[發明專利]一種硅集成BTO薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010889808.5
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112133753B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 劉明;羅健;金靚
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/423;C23C16/40;C23C14/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種硅集成BTO薄膜及其制備方法，硅集成BTO薄膜包括Si基片、8Al₂O₃:96HfO₂過渡層和BaTiO₃薄膜，8Al₂O₃:96HfO₂過渡層設置于Si基片表面，BaTiO₃薄膜設置于8Al₂O₃:96HfO₂過渡層表面；制造方法，包括以下過程：采用原子層沉積方法在Si基片上生長8Al₂O₃:96HfO₂過渡層；采用射頻磁控濺射方法在8Al₂O₃:96HfO₂過渡層上生長BaTiO₃薄膜，射頻磁控濺射完成后進行退火，得到所述硅集成的BTO薄膜。本發明的薄膜大幅度提升了硅基片上薄膜的鐵電性能，其疲勞性能和寬溫寬頻性也維持在較高水平。

技術領域

本發明涉及鐵電薄膜器件及其制造方法領域，特別是電容器或存儲器，具體涉及一種硅集 成BTO薄膜及其制備方法。

背景技術

在硅片上面制備出性能優異的鐵電薄膜對于微電子工業應用至關重要。在金屬鐵電半導體 場效應晶體管(MFS-FET)中，鐵電薄膜用作柵絕緣體。使用鐵電薄膜制造的存儲設備(鐵電隨 機存取存儲器FRAM和DRAM)也是研究的熱點。鈦酸鋇(BaTiO₃，BTO)作為一個典型的 鐵電材料，由于其優良的鐵電性，電光和非線性光學等性質使其在存儲設備，多層，光電器件， 紅外探測器和其它一些應用中得到了許多的應用和關注，而且BTO薄膜具有價格低廉、居里 溫度較低和無毒無污染等優點，使其更加便于研究和應用。然而由于硅片與BTO具有不同的 結構，往往在硅片上面制備的BTO薄膜性能較差，如何在晶圓上面制備出性能優異BTO鐵電 薄膜是一個有很大應用背景的工業問題。

電滯回線是表征鐵電材料最重要參數，從中可以得到最大極化Pmax、剩余極化Pr、矯頑 電場Ec，如何進一步提高鐵電材料的鐵電性能并保持循環性能和溫度穩定性，是鐵電薄膜器 件研究領域中需要不斷解決的問題。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種硅集成BTO薄膜及其制備方法， 本發明能夠提高硅集成BTO薄膜的鐵電性能并具有優良的抗疲勞性能及溫度穩定性。

本發明采用的技術方案如下：

一種硅集成BTO薄膜，包括Si基片、8Al₂O₃:96HfO₂過渡層和BaTiO₃薄膜，8Al₂O₃:96HfO₂過渡層設置于Si基片表面，BaTiO₃薄膜設置于8Al₂O₃:96HfO₂過渡層表面。

優選的，所述Si基片為硼元素摻雜的P型(100)取向的Si基片。

優選的，所述8Al₂O₃:96HfO₂過渡層的厚度為10-50nm。

優選的，所述BaTiO₃薄膜的厚度為20-600nm。

本發明還提供了一種硅集成BTO薄膜的制備方法，包括以下過程：

采用原子層沉積方法在Si基片上生長8Al₂O₃:96HfO₂過渡層；