專利名稱：一種鐵電存儲(chǔ)器用外延應(yīng)變鐵電薄膜及調(diào)控其應(yīng)變的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鐵電存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵電存儲(chǔ)器用外延應(yīng)變鐵電薄膜
及調(diào)控外延鐵電薄膜應(yīng)變的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的SRAM、DRAM、E乍ROM、FLASH等存儲(chǔ)器都是以硅為存儲(chǔ)介質(zhì)。由于物理和工藝 上的極限，硅已經(jīng)不再滿足信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，并且E乍ROM和FLASH都是基于電子電荷 來存儲(chǔ)信息，在電磁波或其他射線的輻射下，可能就會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)信息的丟失。隨著微電子產(chǎn) 業(yè)的發(fā)展，信息安全和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)受到廣泛的重視，特別是在國(guó)防工業(yè)器件的開發(fā)上，需 要一種高效率、低成本和安全保密的存儲(chǔ)技術(shù)，因此，尋求和開發(fā)新的存儲(chǔ)介質(zhì)尤為重要。 鐵電材料是一類具有自發(fā)極化特性，并且自發(fā)極化可隨電場(chǎng)變化進(jìn)行反轉(zhuǎn)并在斷電時(shí)仍可 保持的介電材料，利用這種特性，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的非揮發(fā)存儲(chǔ)。基于鐵電薄膜材料的鐵電存 儲(chǔ)器除了具有非揮發(fā)性以外，還具有高寫入速度(l-100ns)、低功耗、低電壓工作(l-3V)、 抗輻照性能好、高的抗疲勞特性(1(T-10"次)、超高密度的理論存儲(chǔ)容量，日益成為科技 界、產(chǎn)業(yè)界和軍事界等部門的研究熱點(diǎn)。 鐵電存儲(chǔ)器的優(yōu)勢(shì)是毋庸置疑的，但是從目前的研究現(xiàn)狀來看卻存在幾大問題亟 待解決。典型的可靠性問題即三大失效疲勞、印記和保持損失還沒有克服。因此，尋求新 的制作方法和制作工藝尤為重要。在長(zhǎng)期的研究過程中，人們總結(jié)發(fā)現(xiàn)界面對(duì)薄膜的性能 有極大的影響，關(guān)鍵的可靠性問題都與之相關(guān)。著名鐵電物理學(xué)家J. F. Scott教授也指出 改善界面結(jié)構(gòu)和施加高應(yīng)變態(tài)是改善鐵電薄膜性能行之有效的方法。外延薄膜和襯底因?yàn)?晶格失配、熱失配會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變。如果能合理利用這種應(yīng)變，就可避免薄膜產(chǎn)生大量的界 面位錯(cuò)，從而改善薄膜的性能。另外，應(yīng)變工程已被成功地用來提高半導(dǎo)體晶體管的遷移率 以及鐵磁和超導(dǎo)體的相變溫度。但是將應(yīng)變工程用在鐵電存儲(chǔ)器中，用來改善鐵電薄膜和 器件的電性能，目前文獻(xiàn)中仍鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種鐵電存儲(chǔ)器用外延應(yīng)變鐵電 薄膜，本發(fā)明的鐵電薄膜具有優(yōu)異的界面和極化性能，從而使得存儲(chǔ)器件具有更好的存儲(chǔ)性能。 本發(fā)明的目的是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的 所述的鐵電存儲(chǔ)器用外延應(yīng)變鐵電薄膜，為多層膜結(jié)構(gòu)，在鐵電存儲(chǔ)器硅襯底或 者覆有一層絕緣層的硅襯底上為松弛的底層Ba,Sr卜,TiO"鈦酸鍶鋇，BST)合金膜層，O < x < 1 ;所述的合金膜層上沉積有鐵電薄膜層；合金膜層與鐵電薄膜層依次交替沉積成膜。
本發(fā)明的多層膜最少為二層，即在鐵電存儲(chǔ)器硅襯底或者覆有一層絕緣層的硅襯 底上生長(zhǎng)松弛的底層BaxSivxTi03(鈦酸鍶鋇，BST)合金膜層，O < x < 1 ;然后在合金膜層 上沉積一層鐵電薄膜層。
鈦酸鍶鋇(BST)合金膜層的晶格常數(shù)范圍為3. 905 4. Oangstrom。 所述的鐵電(FE)薄膜為AB03鈣鈦礦鐵電、鉍層狀鐵電或多重鐵電氧化物。各個(gè)
膜層的厚度為10-30nm。 本發(fā)明是通過鈦酸鍶鋇合金層來調(diào)控外延鐵電薄膜的應(yīng)變。因而存儲(chǔ)器柵極層結(jié) 構(gòu)中鐵電薄膜具有優(yōu)異的界面和極化性能，所得到的存儲(chǔ)器件也就具有更好的存儲(chǔ)性能。 本發(fā)明的鐵電薄膜材料還可以在與CMOS集成工藝相兼容的前提下，實(shí)現(xiàn)襯底對(duì)鐵電薄膜 的應(yīng)變調(diào)控。 本發(fā)明的調(diào)控方法為在硅襯底或者覆有一層絕緣層的硅襯底上沉積具有合理晶 格常數(shù)和松弛度的鈦酸鍶鋇BaxSivxTi03薄膜，然后與鐵電薄膜進(jìn)行交替外延生長(zhǎng)；通過設(shè) 定松弛度R值和選擇Ba的含量x來調(diào)節(jié)鈦酸鍶鋇合金膜層的晶格常數(shù)。
由于發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，松弛的B Siv;ri03合金的晶格常數(shù)隨著鋇含量x的變化呈
現(xiàn)一種近似線性的變化關(guān)系，因而可以考慮選擇Ba的含量x來調(diào)節(jié)鈦酸鍶鋇合金膜層的晶 格常數(shù)。 另外，本發(fā)明的松弛度應(yīng)考慮不低于90% ，較佳的為不低于95% 。 為了調(diào)控外延鐵電薄膜的應(yīng)變，合金層BST平行于表面的晶格常數(shù)a〃需要控制。
晶格松弛可以定義為 A = 100x~^~^~ 其中，as是襯底或覆蓋有絕緣層襯底的晶格常數(shù)，a(x)是BST合金層完全松弛時(shí) 的晶格常數(shù)，a〃為想要的外延應(yīng)變鐵電薄膜的晶格參數(shù)，設(shè)定R值，(需要注意的是，R值，
即鈦酸鍶鋇合金松弛度應(yīng)盡可能大，( 一般在95%以上))，這時(shí)a^;H a, +100x(a〃,)，
由外延應(yīng)變鐵電薄膜晶格常數(shù)a (x)值求得對(duì)應(yīng)的Ba的含量x，即可得到確定x值的鈦酸鍶 鋇合金層。 鋇的含量和鈦酸鍶鋇的松弛度是需考慮的兩個(gè)因素。理論上可以將松弛度的值設(shè) 的高些，因?yàn)橥ㄟ^多層薄膜的交替生長(zhǎng)，在生長(zhǎng)好整個(gè)結(jié)構(gòu)后各BST薄膜層的松弛度還會(huì) 有所增加，多層結(jié)構(gòu)對(duì)鐵電薄膜的應(yīng)變調(diào)控也會(huì)朝著BST完全松弛時(shí)的理想狀態(tài)變化。
本發(fā)明制備鈦酸鍶鋇Ba,Sr卜xTi03層，通過控制Ba的含量x在其表面上得到所需 要的晶格常數(shù)，因?yàn)樗沙诘腂axSivxTi03合金的晶格常數(shù)隨著鋇含量x的變化而改變。使外 延鐵電薄膜的應(yīng)變最小化，可以提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。適當(dāng)?shù)膲夯驈垜?yīng)變鐵電薄膜，也可以 不同程度地提高薄膜鐵電性或介電性，使其滿足最終器件的需要。
所述的底層B Siv;ri03合金層松弛度的調(diào)節(jié)方法，具體可以參考以下兩種方法
(1) 采用低溫生長(zhǎng)或者離子注入來產(chǎn)生補(bǔ)償性襯底，在其上面可以生長(zhǎng)松弛的合金薄膜；
(2) 生長(zhǎng)10-30nm厚合金薄膜，然后通過摻雜H+，tf+等進(jìn)行松弛。能夠直接生長(zhǎng)完全松弛的 底層合金層是最好的，即使不能完全松弛底層合金層，通過交替生長(zhǎng)多層薄膜也可提高合 金層的松弛度，起到應(yīng)變調(diào)控的作用。 本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)步驟包括首先準(zhǔn)備硅襯底或覆有絕緣層的硅襯底；然后在硅 襯底或者覆有一層絕緣層(如Hf02、 Si02)(厚度為5 20nm)的硅襯底上，形成具有合 理晶格常數(shù)的底層鈦酸鍶鋇(BaxSivxTi03， BST)合金層；其次在合金層上外延生長(zhǎng)鐵電
4(FE)薄膜ABO^丐鈦礦鐵電、鉍層狀鐵電或多重鐵電氧化物；最后形成BST/FE(10-30nm)/ BST (10-30nm) /FE (10-30nm). . . /BST多層膜結(jié)構(gòu)；通過選擇合金材料的Ba含量x來調(diào)節(jié)或 者說選擇鈦酸鍶鋇合金的應(yīng)變類型來調(diào)節(jié)外延鐵電薄膜的晶格常數(shù)。最終完成鐵電薄膜存 儲(chǔ)器件。 本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于，一、在本發(fā)明的調(diào)控方法中，發(fā)明人提出了添加晶格常數(shù)可調(diào) 的合金層。通過添加合金層，可以人為的、可修改地對(duì)在其上交替外延生長(zhǎng)的鐵電薄膜施加 張應(yīng)變、無應(yīng)變或者壓應(yīng)變。 二、本發(fā)明的薄膜通過合理選擇鈦酸鍶鋇合金材料的成分來調(diào)節(jié)合金層的晶格常 數(shù)，使外延鐵電(多重鐵電)薄膜(AB03鈣鈦礦鐵電、鉍層狀鐵電或多重鐵電氧化物薄膜) 的應(yīng)變最小。 三、本發(fā)明還提供了一種調(diào)整外延鐵電(多重鐵電)薄膜(AB03鈣鈦礦鐵電、鉍層 狀鐵電或多重鐵電氧化物薄膜)的晶格常數(shù)的張應(yīng)變或壓應(yīng)變的方式。
本發(fā)明所述方法提出了一個(gè)晶格常數(shù)可調(diào)的中間合金層，該層可人為的、可修改 地使外延鐵電薄膜產(chǎn)生張應(yīng)變、無應(yīng)變或壓應(yīng)變。這對(duì)于以Si (100) 、 Si (111)和Si (110) 為基底的AB03鈣鈦礦鐵電、鉍層狀鐵電或多重鐵電氧化物薄膜在鐵電存儲(chǔ)器、微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)、光電系統(tǒng)以及高介電常數(shù)器件中的應(yīng)用來說具有非常重大的意義。這種調(diào)節(jié)可通 過制備鈦酸鍶鋇合金層產(chǎn)生，即，首先在硅片上沉積具有合理晶格取向和松弛度的鈦酸鍶 鋇底層薄膜，然后與被施加應(yīng)變的鐵電薄膜進(jìn)行交替外延生長(zhǎng)?？稍诒景l(fā)明方法中使用的 鐵電薄膜材料大體有三大類(1)通式為AB03的鈣鈦礦鐵電(例如PbTi03) ， AB的價(jià)態(tài)可為 A2+B"或A、5+，該類鈣鈦礦型鐵電體是為數(shù)最多的一類鐵電體。(2)鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛鐵電 (例如SrBi2Ta209)。目前國(guó)際上鐵電材料領(lǐng)域研究的重點(diǎn)已從傳統(tǒng)的含鉛鐵電材料PZT(鋯 鈦酸鉛)轉(zhuǎn)移到無鉛材料?？梢哉f，無鉛鐵電薄膜代表了鐵電材料的發(fā)展方向。(3)多重 鐵性氧化物薄膜(例如BiFeOyBiMnO》。多重鐵性材料的研究是當(dāng)前國(guó)際上研究興趣最濃 厚的新領(lǐng)域之一，是兼顧提升現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用和引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一類非常重要的功能材 料。本發(fā)明方法對(duì)上述三種外延薄膜的應(yīng)變調(diào)節(jié)都是非常有效的，鈦酸鍶鋇合金層的可調(diào) 晶格常數(shù)如圖2所示。 通過選擇Ba的含量x來調(diào)節(jié)合金層的晶格常數(shù)，使外延鐵電薄膜的應(yīng)變最小化， 可以提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。反過來，允許制備可控張應(yīng)變或壓應(yīng)變外延鐵電薄膜。根據(jù)本 發(fā)明方法，可以按照我們的需要來調(diào)整鐵電薄膜器件性能，比如調(diào)節(jié)柵極結(jié)構(gòu)的平均極化
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f/'五^"s,w &尸￡ 其中，PPE是鐵電薄膜剩余極化，PBST為BST剩余極化，Pavg為柵極鐵電多層結(jié)構(gòu)平
均極化值。tpE是鐵電層厚度和t^是合金層厚度。 一般外延鐵電薄膜的介電常數(shù)要遠(yuǎn)小于
BST的介電常數(shù)，另外文獻(xiàn)中已有報(bào)道稱生長(zhǎng)在DySc03襯底上的極薄壓應(yīng)變BaTi03鐵電薄
膜極化值可提高達(dá)200%以上，這與本方法多層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變鐵電薄膜相類似，由上式可看
出本發(fā)明方法能夠非常有效地提高極化值。 本發(fā)明方法的實(shí)現(xiàn)流程，簡(jiǎn)單地通過圖1進(jìn)行了描述，包括準(zhǔn)備硅或覆有絕緣層的硅襯底。硅的取向可以是(100)， (110)或(111)。這里我們用(100)取向的硅襯底作為 一個(gè)例子進(jìn)行說明。


圖1為發(fā)明薄膜制備流程圖 由于發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)松弛的BaxSivxTi03合金的晶格常數(shù)隨著鋇含量x的變化呈
現(xiàn)一種近似線性的變化關(guān)系。圖2則顯示了本發(fā)明方法可以獲得的晶格常數(shù)范圍。該圖描
述的是完全松弛的BaxSivxTi03合金的晶格常數(shù)隨著鋇含量x的近似線性變化。x的變化范
圍為0 (SrTi03)到1. 0 (BaTi03)。 圖3顯示了鐵電薄膜BiFe(^的晶體結(jié)構(gòu)。 圖4脈沖激光沉積過程示意圖。
具體實(shí)施例方式
這里，我們選擇以鈣鈦礦型鐵電材料BiFe03作為一個(gè)例子進(jìn)行詳解。其四方相空 間群為P4mm，晶格常數(shù)為a = 3.935 A; c/a = 1. 016。我們注意到體材料BST(x = 0. 5)具 有立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，室溫下晶格常數(shù)為3.947 A。BiFe03晶格常數(shù)同鈦酸鍶鋇合金層組分x 為 0. 35時(shí)的晶格常數(shù)相近，如圖2所示。下面簡(jiǎn)單演示所加合金層對(duì)鐵電薄膜的應(yīng)變調(diào) 控作用。如果將鐵電薄膜直接長(zhǎng)在硅襯底上，薄膜將承受很大的張應(yīng)力，但是沉積在100% 松弛的x < 0. 32的鈦酸鍶鋇合金層上將承受壓應(yīng)力，在0. 32 < x < 0. 36范圍內(nèi)晶格相近 應(yīng)力近似無應(yīng)力，當(dāng)x > 0. 36承受張應(yīng)力。但是，如果合金層沒有完全松弛，那么合金層的 松弛度就需要考慮。為了調(diào)控外延鐵電薄膜的應(yīng)變，合金層BST平行于表面的晶格常數(shù)a〃 需要控制。晶格松弛可以定義為W = 100x "廣^
- a》 在這里，我們?nèi)」璧木Ц癯?shù)^為5.431 A，a(x)是完全松弛合金層的晶格常數(shù)， 如圖2所示。舉例來說，如果 =& = 3.935 A是需要的晶格參數(shù)，但是鈦酸鍶鋇合金松弛度
為99 % ，即R = 99 ，這時(shí)一x) = "s, + 1(X)X(fl〃—％) = 3.92 A ，這與x " 0. 17 ± 0. 015時(shí)的晶
格常數(shù)一致，所以應(yīng)該生長(zhǎng)x = 0. 17的鈦酸鍶鋇合金層。因此，鋇的含量和鈦酸鍶鋇的松 弛度是需要考慮的兩大因素。但是，理論上可以將松弛度的值設(shè)的高些，因?yàn)橥ㄟ^多層薄膜 的交替生長(zhǎng)，在生長(zhǎng)好整個(gè)結(jié)構(gòu)后各BST薄膜層的松弛度還會(huì)有所增加，多層結(jié)構(gòu)對(duì)鐵電 薄膜的應(yīng)變調(diào)控也會(huì)朝著BST完全松弛時(shí)的理想狀態(tài)變化。
BST合金層的制備舉例(PLD方法) BST耙材可以采用傳統(tǒng)的固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)而成。比如，將滿足化學(xué)計(jì)量比的SrC03、 BaC03和Ti02在98(TC預(yù)燒，把得到的BST陶瓷粉末擠壓成直徑為15. 24cm，厚度為4mm的 圓柱形靶材，然后在138(TC燒結(jié)12h就得到了結(jié)構(gòu)致密的BST靶材。 可以采用KrF準(zhǔn)分子激光器(A = 248nm， f = 5Hz)作為激光光源。激光束經(jīng)過 石英透鏡聚焦，光束焦點(diǎn)落在旋轉(zhuǎn)的BST靶材上，焦點(diǎn)處的能量密度約為2. 0J/cm2。溫度范圍約為650-80(TC，氧氣壓為100-150mTorr。退火時(shí)間為10分鐘左右。制備薄膜的厚度可 以為10-30nm。 BiFe03薄膜制備方法 該發(fā)明方法下一步就是外延生長(zhǎng)鐵電薄膜。以BiFe03為例，圖3出示了 BiFe03的 結(jié)構(gòu)。x、y方向分別對(duì)應(yīng)〈100〉、〈010〉方向。生長(zhǎng)過程需要很多技術(shù)技巧。較理想的生長(zhǎng) 方法為脈沖激光沉積(PLD)，該方法制備鐵電薄膜的優(yōu)點(diǎn)是(l)可以制備與靶材成分一致 的復(fù)雜組分鐵電薄膜，薄膜組分容易控制；(2)可引入氧氣等活性氣體，這對(duì)多元氧化物薄 膜，特別是鐵電薄膜的制備極為有利；(3)靈活的換靶裝置，便于實(shí)現(xiàn)沉積多層鐵電薄膜； (4)可實(shí)現(xiàn)原位退火，系統(tǒng)污染少。(5)生長(zhǎng)速率快，沉積參數(shù)易調(diào)等；
準(zhǔn)備好襯底，將BST(OOl)底層薄膜沉積到襯底上，制備方法如上。BFO(OOl)薄膜 在67(TC下20mTorr的氧氣氣氛中沉積，沉積速度為 0.7A/sec。在latm的氧氣氣氛中，薄 膜以5°C /min的冷卻速度冷卻到390°C。退火一個(gè)小時(shí)，然后冷卻到室溫。
整個(gè)PLD過程分為3個(gè)區(qū)域(I)激光與靶作用區(qū)I ; (2)氣氛氣體中燒蝕物的傳 輸區(qū)II ; (3)到達(dá)襯底的燒蝕物在襯底上的成膜區(qū)III。圖4是脈沖激光沉積過程示意圖。
如果需要制備應(yīng)變態(tài)的薄膜，注意不要將膜做的太厚，因?yàn)?，超過臨界厚度(該厚 度與應(yīng)變、材料和溫度有關(guān))，位錯(cuò)就會(huì)形成，從而使應(yīng)變松弛，這也是我們?yōu)槭裁磳⒑穸裙?定在10-30nm范圍內(nèi)的原因。 只要外延鐵電薄膜制備好，襯底、合金層和外延鐵電薄膜多層結(jié)構(gòu)就可以用來完 成一個(gè)需要的器件。這樣，我們公開了一種可以形成晶格常數(shù)可調(diào)的鐵電薄膜多層結(jié)構(gòu) (或者說器件)的方法。
權(quán)利要求
一種鐵電存儲(chǔ)器用外延應(yīng)變鐵電薄膜，其特征在于，為多層膜結(jié)構(gòu)，在鐵電存儲(chǔ)器硅襯底或者覆有一層絕緣層的硅襯底上為松弛的底層BaxSr1-xTiO3合金膜層，0＜x＜1；所述的合金膜層上沉積有鐵電薄膜層；合金膜層與鐵電薄膜層依次交替沉積成膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種鐵電存儲(chǔ)器用外延應(yīng)變鐵電薄膜，其特征在于，多層膜為二層，即在鐵電存儲(chǔ)器硅襯底或者覆有一層絕緣層的硅襯底上生長(zhǎng)松弛的底層Baxsri—;1103合金膜層，0 < x < i ;然后在合金膜層上沉積一層鐵電薄膜層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵電存儲(chǔ)器用外延應(yīng)變鐵電薄膜，其特征在于，鈦酸鍶鋇合金膜層的晶格常數(shù)范圍為3. 905 4. Oangstrom。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵電存儲(chǔ)器用外延應(yīng)變鐵電薄膜，其特征在于，所述的鐵電薄膜為AB03鈣鈦礦鐵電、鉍層狀鐵電或多重鐵電氧化物；各個(gè)膜層的厚度為10-30nm。
5. —種調(diào)控鐵電存儲(chǔ)器用外延鐵電薄膜應(yīng)變方法，其特征在于，在硅襯底或者覆有一層絕緣層的硅襯底上沉積具有合理晶格常數(shù)和松弛度的鈦酸鍶鋇B siv;r叫薄膜，然后與鐵電薄膜進(jìn)行交替外延生長(zhǎng)；通過設(shè)定松弛度R值和選擇Ba的含量x來調(diào)節(jié)鈦酸鍶鋇合金膜層的晶格常數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種調(diào)控鐵電存儲(chǔ)器用外延鐵電薄膜應(yīng)變方法，其特征在于，松弛度不低于90%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種調(diào)控鐵電存儲(chǔ)器用外延鐵電薄膜應(yīng)變方法，其特征在于，松弛度不低于95%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述的一種調(diào)控鐵電存儲(chǔ)器用外延鐵電薄膜應(yīng)變方法，其特征在于，為了調(diào)控外延鐵電薄膜的應(yīng)變，合金層BST平行于表面的晶格常數(shù)a〃需要控制。晶格松弛可以定義為7 = 100x ，、—&其中，^是襯底或覆蓋有絕緣層襯底的晶格常數(shù)，a(x)是BST合金層完全松弛時(shí)的晶格常數(shù)，a〃為想要的外延應(yīng)變鐵電薄膜的晶格參數(shù)，設(shè)定R值，這時(shí)a(x) = a ,由外延應(yīng)變鐵電薄膜晶格常數(shù)a(x)值求得對(duì)應(yīng)的Ba的含量x，即可得到確定x值的鈦酸鍶鋇合金層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述的一種調(diào)控鐵電存儲(chǔ)器用外延鐵電薄膜應(yīng)變方法，其特征在于，所述的底層BaxSivxTi03合金層松弛度的調(diào)節(jié)采用以下兩種方式中的一種(1)采用低溫生長(zhǎng)或者離子注入來產(chǎn)生補(bǔ)償性襯底，在其上面可以生長(zhǎng)松弛的合金薄膜；(2)生長(zhǎng)10-30nm厚合金薄膜，然后通過摻雜lT， H2+等進(jìn)行松弛。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵電存儲(chǔ)器用外延應(yīng)變鐵電薄膜及調(diào)控應(yīng)變的方法，主要應(yīng)用于鐵電存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域。即首先準(zhǔn)備硅襯底或覆有絕緣層的硅襯底；然后在襯底上覆蓋一層具有合理晶格常數(shù)的鈦酸鍶鋇(BST)合金層(晶格常數(shù)范圍在3.905～4.0 angstrom)；其次在合金層上外延生長(zhǎng)鐵電(FE)薄膜(AB03鈣鈦礦鐵電、鉍層狀鐵電或多重鐵電氧化物)；最后形成BST/FE(10-30nm)/BST(10-30nm)/FE(10-30nm)…/BST多層膜結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)外延鐵電薄膜的應(yīng)變調(diào)控作用；底層鈦酸鍶鋇合金層生長(zhǎng)在硅襯底或者覆有一層約5～20nm絕緣層(如HfO2)的硅襯底上；最終完成鐵電薄膜存儲(chǔ)器件。
文檔編號(hào)H01L27/115GK101789260SQ20101002207
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者周益春, 楊鋒 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)