[發明專利]一種Ru-Al共摻雜鎳錫復合薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201210204871.6
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102709473A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 李建昌;王博鋒;曹青;李永寬;巴德純
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 李運萍

技術領域

本發明屬于半導體與器件領域，具體涉及一種Ru-Al共摻雜鎳錫復合薄膜的制備方法。

背景技術

近幾十年里集成電路技術飛速發展，以之為核心的信息產業已成為國民經濟的支柱，半導體存儲器在其中起到了關鍵作用。存儲器一般可分為揮發性隨機存儲器和非揮發性存儲器，其中的非揮發性存儲器主要包括只讀存儲器、可編程存儲器、電可擦除存儲器和閃存存儲器等，其特點為存取速度較慢但斷電后數據仍能繼續保存，故廣泛應用于各種手持終端和多媒體設備，其中閃存存儲器發展最為成熟，閃存存儲器的基本原理是利用浮柵電荷存儲技術改變金屬—氧化物—半導體場效應晶體管的閾值特性，根據國際半導體技術發展路線圖預計，到2016年金屬—氧化物—半導體場效應晶體管的特征尺寸將達22納米，進一步縮小器件尺寸將導致柵絕緣層厚度過小，引發電子隧穿效應而使漏電流急劇增大，進而影響器件穩定性和可靠性。因此，近年來新存儲技術研發受到關注，如鐵電存儲器、磁存儲器、相變存儲器和阻變存儲器。

其中的阻變存儲器一般是金屬/絕緣層/金屬結構，金屬層材料是具有良好導電性的金屬，如銅、銀、鉑、鈦和氮化鈦等，絕緣層材料大致可分為三類：單元金屬氧化物、多元金屬氧化物和有機化合物。在多元金屬氧化物材料中，鈣鈦復合材料的研究最早也最成熟，但在制備材料時一般都要進行摻雜,而有關多元金屬氧化物的摻雜機制尚無定論。有機化合物材料主要有孟加拉玫瑰紅、聚乙撐二氧噻吩、以及四氰基對苯醌二甲烷銅等，此類開關存儲器中電極制備對其開關特性有較大影響。而單元金屬氧化物結構相對簡單，制備容易且成本較低，此類阻變存儲器研究在不斷增多，該類氧化物目前有氧化鈦、氧化鎳、氧化亞銅、氧化鋅、氧化鋯和氧化錫等。

氧化鎳是一種具有氯化鈉簡立方結構的過渡金屬氧化物p型半導體，其高阻態和低阻態的阻值變化相差二個數量級以上，且高阻態時電流很小接近斷路，高阻態和低阻態可往復轉變并穩定停留。氧化鎳薄膜結構簡單，和現代半導體工藝兼容性好，是制作下一代高存儲密度、低功耗、高速非揮發性阻變存儲器的最佳候選材料之一。目前基于氧化鎳薄膜材料的阻變器件研究在各個方面都取得了一定進展，但仍存在許多問題，例如阻變開關機制不明確，導電細絲形成位置以及數目的控制研究沒有太大進展，多晶氧化鎳薄膜晶界在化學計量成分中的局部變動以及粗糙表面導致電學特性研究上的困難，采用復合其他氧化物和摻雜特定元素的方法來改善氧化鎳薄膜的表面結構和開關特性是值得探索的有效途徑之一。

氧化錫材料物理特性優良，在可見光范圍透射率高、摻雜可實現高導電率及化學穩定性和熱穩定性良好等，適于太陽能電池、液晶顯示器、光探測器和保護涂層等領域的應用要求。氧化錫作為氣敏傳感半導體材料時屬表面控制型，靠阻抗變化檢測信息。該類傳感器表面電阻變化取決于吸附氣體與半導體材料間的電子交換，器件在空氣中工作時會吸附氧等電子兼容性大的氣體，導致氧化錫表面空間電荷層區域的自由電子被束縛，表面電導減少，從而器件處于高阻態；一旦器件與被測氣體接觸，就會與吸附的氧等發生反應，將被束縛的電子釋放出來，使器件處于低阻態。所以氧化錫與氧化鎳復合薄膜將可能互補提高阻變特性，在阻變存儲器領域表現出良好應用前景。

阻變存儲器的功能是由不同電阻狀態轉換來實現的，雖然不同材料中阻變機理仍沒有定論，但是缺陷和雜質的關鍵作用卻已得到公認，單元金屬氧化物薄膜中的本征缺陷如位錯、晶界、離子或者空位分布不均勻且難以控制，導致相應存儲器件性能不理想，器件優良率低、閾值電壓高、均一性和穩定性差等缺點，而摻雜則能有效解決這些問題，如對于單純的氧化鎳薄膜，Al摻雜可增加開關動作的持久性，Ru則是優良的記憶金屬和吸光金屬元素，在存儲器和選擇性吸收涂層領域中有良好應用潛質，但是目前對于氧化錫與氧化鎳復合薄膜摻雜改性的技術研究還是空白。

目前常用的薄膜制備方法包括濺射法、氣相沉積法和噴霧熱分解法，不同的制備工藝對薄膜微觀結構和性能有很大影響。其中的濺射法存在對設備的真空度要求較高，大面積成膜的電導率和透光率穩定性差，以及薄膜均勻性得不到保證等缺點；氣相沉積法鍍膜所用的高蒸氣壓液體或氣體，制備和提純困難，易產生廢液污染；噴霧熱分解法制備的薄膜粗糙度較大，存在較多孔洞，致密性差。都不適合制備顆粒分散性好，粒徑小且尺寸分布窄的大面積薄膜。

發明內容

針對現有鎳錫復合薄膜摻雜技術存在的空白，本發明提供一種Ru-Al共摻雜鎳錫復合薄膜的制備方法，本發明方法采用溶膠凝膠法，通過制備Ru-Al共摻雜鎳錫復合溶膠、清洗基片、旋涂鍍膜、熱處理等步驟，制備出晶粒分布均勻、致密性較好的高質量Ru-Al共摻雜鎳錫復合薄膜。