[發(fā)明專利]一種基于單層鈦酸鍶鋇薄膜的電荷俘獲型存儲器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611209244.6
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106783863B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆小兵;張園園;趙建輝;周振宇
• 申請（專利權(quán)）人: 河北大學(xué)
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115
• 代理公司: 石家莊國域?qū)＠虡?biāo)事務(wù)所有限公司 13112
• 代理人: 白利霞;蘇艷肅

本發(fā)明公開了一種基于單層鈦酸鍶鋇（BST）薄膜的電荷俘獲型存儲器，其結(jié)構(gòu)由下而上依次是P型Si襯底、SiO₂隧穿層、鈦酸鍶鋇俘獲阻擋層以及Pd電極層。同時，還公開了該存儲器的制備方法，將P型Si襯底洗凈吹干，通過磁控濺射的方法在Si襯底上形成鈦酸鍶鋇俘獲阻擋層，通過特定的退火工藝在P型Si襯底和鈦酸鍶鋇俘獲阻擋層之間形成了SiO₂隧穿層，再通過磁控濺射的方法在鈦酸鍶鋇俘獲阻擋層上形成了Pd電極層。本發(fā)明通過特定材料和方法制備了p?Si襯底/SiO₂隧穿層/鈦酸鍶鋇俘獲阻擋層/Pd電極層復(fù)合結(jié)構(gòu)的電荷俘獲型存儲器。通過檢測表明，本發(fā)明提供的存儲器與現(xiàn)有同類型的存儲器相比，其存儲窗口更大、數(shù)據(jù)保持性更好，是一種抗疲勞、寫入/擦除速率快、應(yīng)用前景更為廣闊的存儲器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及存儲設(shè)備及其制備方法，具體地說是一種基于單層鈦酸鍶鋇薄膜的電荷俘獲型存儲器及其制備方法。

背景技術(shù)

當(dāng)今世界是信息世界，信息存儲無處不在，如手機、MP3、筆記本、U盤等。隨著便攜存儲設(shè)備和云存儲的發(fā)展，人們對非易失存儲器要求越來越高，因而，發(fā)展高性能、低功耗的非易失性存儲器將成為存儲技術(shù)發(fā)展的趨勢。電荷俘獲型存儲器(charge trappingmemory, CTM)是一種基于高、低態(tài)電容值變化來記錄存儲信息的一種非易失性存儲器，其以低功耗、高電荷存儲密度、快的寫入、擦除速率、優(yōu)秀的數(shù)據(jù)保持能力及卓越的耐疲勞特性而備受人們的關(guān)注。

從結(jié)構(gòu)來講，電荷俘獲型存儲器具有隧穿層、電荷俘獲層、阻擋層結(jié)構(gòu)，其利用在不同電壓激勵下對電子及空穴的俘獲及解獲來實現(xiàn)高、低電容態(tài)，從而實現(xiàn)信息存儲。但是隨著器件尺寸的不斷縮小，漏電流逐漸變大，器件的保持性能也逐漸變差。此外，這類存儲器還存在抗疲勞性較差、存儲窗口相對較小的問題。因此，不斷研發(fā)更多保持特性穩(wěn)定、存儲窗口大以及抗疲勞等綜合性能更好的存儲器是行業(yè)內(nèi)研發(fā)人員積極探索的課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于單層鈦酸鍶鋇薄膜的電荷俘獲型存儲器及其制備方法，以解決現(xiàn)有電荷俘獲型存儲器存在高低態(tài)電容和平帶電壓保持穩(wěn)定性差、存儲窗口相對較小、抗疲勞性能差的問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種基于單層鈦酸鍶鋇薄膜的電荷俘獲型存儲器，其結(jié)構(gòu)由下而上依次是P型Si襯底（p-Si襯底）、SiO₂隧穿層、鈦酸鍶鋇俘獲阻擋層（BST俘獲阻擋層）以及Pd電極層。

本發(fā)明提供的電荷俘獲型存儲器中所述SiO₂隧穿層是在p-Si襯底上形成BST俘獲阻擋層后進(jìn)行退火工藝處理而形成的，所述退火工藝是指在氧氣氣氛下，先用20~40s從室溫升高到600℃，保溫2~10min，再用1~5min從600℃降至室溫。

本發(fā)明提供的電荷俘獲型存儲器中所述SiO₂隧穿層的厚度為2~4nm。

本發(fā)明提供的電荷俘獲型存儲器中所述BST俘獲阻擋層的厚度為5~100nm；優(yōu)選10-50nm。

本發(fā)明提供的電荷俘獲型存儲器中所述Pd電極層的厚度為20~150nm。

本發(fā)明提供的電荷俘獲型存儲器中所述P型Si襯底的晶向指數(shù)為100。

本發(fā)明提供的基于單層鈦酸鍶鋇薄膜的電荷俘獲型存儲器的制備方法，包括以下步驟：

（a）將p-Si襯底依次在丙酮、酒精和去離子水中用超聲波清洗，用HF溶液清洗，再用去離子水清洗，取出后用N₂吹干；