一种双电荷注入俘获存储器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种存储器，具体地说是一种双电荷注入俘获存储器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]当前，介电材料的电学特性已经受到科研工作者们广泛的研究，如钛酸锶钡(BaxSr1 J13,缩写为BST)和钛酸钡(BaT13,缩写为ΒΤ0)等。已经有很多文献报道了关于BST薄膜的介电特性、电学运输特性和可靠性分析等，因此，BST薄膜极有可能应用到下一代可调谐微波器件和随机动态存储器中。对于高Ba含量的BST薄膜可以根据它的极性滞回曲线制作成铁电存储器。而基于阻变的新型存储特性也在这些钙钛矿氧化物中发现。基于BST薄膜的铁电存储器和阻变存储器目前被认为是最有可能成为下一代存储器的替代者，但是由于阻变存储器复杂的集成度和铁电材料的高能耗、频率耗散性，致使它们并不适于应用到高频器件中。
【发明内容】
[0003]本发明的目的之一就是提供一种双电荷注入俘获存储器，以解决现有阻变存储器和铁电存储器不适于应用到高频器件中的问题。
[0004]本发明的目的之二就是提供一种上述双电荷注入俘获存储器的制备方法。
[0005]本发明的目的之一是这样实现的:一种双电荷注入俘获存储器，其结构由下至上依次是Pt衬底、Zra5Hfa5O2膜层、Ba Q.6Sra4Ti03膜层和电极膜层；在所述Zr Q.5Hfa502膜层和所述Ba。.J5Sra4T1lJM层之间还具有互扩散层；所述Zr α 5Hf0.502膜层是在Pt衬底上通过磁控派射所制成，所述Ba。.6Sr0.4Ti0j莫层是在所述Zr。.5Hf0.50j莫层上通过磁控派射所制成，所述互扩散层是在形成所述Baa6Sra4T1J莫层后通过退火工艺而形成；所述电极膜层为Au电极膜层或Pt电极膜层，所述电极膜层是在形成所述互扩散层后在所述Baa 6Sr0.4Ti0j莫层上通过真空蒸镀而形成。
[0006]所述Zr。.5Hfa502膜层的厚度为 0.lnm~5nm0
[0007]所述Zr。.5Hfa502膜层的厚度为 2nm~2.5nm。
[0008]所述Baa6Sra4T13膜层的厚度为 100nm~400nm。
[0009]所述Baa6Sra4T13膜层的厚度为 200nm~260nm。
[0010]所述电极膜层为若干均布的直径为0.1mm-0.3mm的圆形电极膜。
[0011]本发明的目的之二是这样实现的:一种双电荷注入俘获存储器的制备方法，包括如下步骤:
a、对Pt衬底进行预处理:将Pt衬底依次在丙酮、酒精和去离子水中分别用超声波清洗，之后取出用N2吹干；
b、将预处理后的Pt衬底置于设有Zra5Hfa5O2靶材的磁控溅射设备腔体内；
c、将磁控溅射设备腔体抽真空至1X104Pa -4X10 4Pa,之后向腔体内通入流量比为40~50sccm:20~30sccm 的 Ar 和 O2; d、启动射频发射器，调节接口阀使磁控溅射设备腔体内起辉；
e、根据薄膜沉积速率，确定沉积时间，在Pt衬底上沉积Zra5Hfa5O2膜层；
f、将沉积有Zra5Hfa5O2膜层的衬底移至设有Baa6Sra4Ti03靶材的磁控溅射设备腔体内，重复步骤c~e，在Zr。.J1Hfa5O2膜层上沉积Ba a6Sra4Ti03膜层；
g、向退火炉中通入2sccm~4sccm的O2，将沉积有Baa6Sra4T1j莫层的衬底放入退火炉中，打开退火炉电源，设置好退火温度和退火时间，在Baa6Sra4T1J莫层和Zr a5Hfa502膜层之间形成互扩散层；
h、将退火处理后的衬底置于真空蒸镀设备腔体内，在衬底的Baa6Sra4T1J莫层上放置掩膜版；将电极材料置于真空蒸镀设备腔体内掩膜版的上方；所述电极材料为Au或Pt ;
1、将真空蒸镀设备腔体内抽真空至4X 10 3Pa -5X10 3Pa ;
j、对真空蒸镀设备腔体内的电极材料进行加热，在Ba。.6Sr0.4Ti03膜层上蒸镀形成电极膜层。
[0012]步骤h中，掩膜版上均布有直径为0.1mm-0.3mm的圆形孔。
[0013]步骤g中设置退火温度为700 °C ~750°C，退火时间为20min~30min。
[0014]步骤e中在Pt衬底上沉积的Zr。.5Hfa502膜层的厚度为0.lnm~5nm ;步骤f中，在Zra5Hfa5O2膜层上沉积的Ba a6SrQ.4Ti0j莫层的厚度为100nm~400nm。
[0015]本发明是基于非铁电性的BST薄膜所具有的微弱介电滞回特性，通过在Pt衬底和BST薄膜之间施加一层Zra5Hfa5O2 (缩写为ΖΗ0)薄膜，可以有效地改变其滞回特性的大小；通过退火工艺在BST膜层和ZHO膜层之间形成互扩散层，可以俘获电子或空穴，在同一电压下通过电容的高低状态来进行存储；设置ZHO膜层、BST膜层具有不同的厚度，可使器件实现不同的存储性能。本发明所提供的双电荷注入俘获存储器，可应用于高频器件中，即本发明对于应用到需要兼容存储特性和微波特性的器件具有一定的实用价值。
【附图说明】
[0016]图1是本发明所提供的双电荷注入俘获存储器的结构示意图。
[0017]图2是本发明中用于制备Zra5Hfa5OJ莫层的磁控溅射设备的结构示意图。
[0018]图3是本发明中用于制备电极膜层的真空蒸镀设备的结构示意图。
[0019]图4是本发明实施例2、实施例3和对比例I所制备的存储器的电压-电容曲线示意图。
[0020]图5是本发明实施例4、实施例5和对比例2所制备的存储器的电压-电容曲线示意图。
[0021]图6是本发明实施例2所制备的存储器的电压-电容曲线示意图。
[0022]图7是本发明实施例2所制备的存储器在不同频率下的电压-电容曲线示意图。
[0023]图8是本发明实施例2所制备的存储器的时间-电容特性和读写过程示意图。
[0024]图9是本发明实施例2所制备的存储器的保持特性曲线示意图。
【具体实施方式】
[0025]实施例1，一种双电荷注入俘获存储器。
[0026]如图1所示，本发明所提供的双电荷注入俘获存储器的结构由下至上依次是Pt衬底17、Zra5Hfa5O2膜层(缩写为ZHO膜层)18、Ba a6SrQ.4Ti03膜层(缩写为BST膜层)19和电极膜层20。在ZHO膜层18和BST膜层19之间(即两膜层交界处)还具有互扩散层(图中小点点所示区域)。
[0027]ZHO膜层18是在Pt衬底17上通过磁控溅射所制成，BST膜层19是在ZHO膜层18上通过磁控溅射所制成，互扩散层是在形成BST膜层19后通过退火工艺而形成。ZHO膜层18的厚度可以为0.lnm~5nm，优选的，可以为2nm~2.5nm。BST膜层19的厚度可以为100nm~400nm，优选的，可以为200nm~260nm。互扩散层是通过退火工艺而形成，即通过退火工艺使得ZHO膜层18和BST膜层19两者相互渗透、扩散，进而在两者相接的边界处形成了互扩散层。互扩散层可以俘获电子或空穴，ZHO膜层18和BST膜层19的厚度对存储器的存储性能也有很大的影响，因此必须沉积合适厚度的ZHO膜层18和BST膜层19，才能制得存储性能较好的器件。
[0028]电极膜层20为Au电极膜层或Pt电极膜层，电极膜层20是在形成互扩散层后在BST膜层19上通过真空蒸镀而形成。本发明中电极膜层20为若干均布的直径为
0.lmm~0.3mm的圆形电极膜。
[0029]实施例2，一种双电荷注入俘获存储器的制备方法。
[0030]本实施例所提供的双电荷注入俘获存储器的制备方法包括如下步骤:
a、衬底材料的选择和处理。选择Pt作为衬底(或称基片)，将Pt衬底放在丙酮中用超声波清洗10分钟，然后放入酒精中用超声波清洗10分钟，再用夹子取出放入去离子水中用超声波清洗10分钟，之后取出，用氮气(N2)吹干。
[0031]b、将预处理后的Pt衬底置于磁控溅射设备腔体内。如图2所示，打开磁控溅射设备腔体6，将预处理过的Pt衬底I固定到磁控溅射设备腔体6内的衬底台2上，并在腔体6内的靶台5上设置Zra5Hfa5O2靶材4。
[0032]C、通过机械栗和分子栗的接口阀7将腔体6内抽真空至2X 10 4Pa ;之后通过外部气路系统从充气阀8处向腔体6内通入流量为50sccm的Ar和流量为25sccm的02。
[0033]d、启动射频发射器，调节接口阀7使磁控溅射设备腔体6内起辉。
[0034]e、根据薄膜沉积速率，确定沉积时间，在Pt衬底上沉积2.5nm厚的Zra5Hfa5O2膜层。
[0035]f、将沉积有Zra5Hfa5O2膜层的衬底快速移至另一设有Baa6Sra4T1jE材的磁控溅射设备腔体内，重复步骤c~e，在Zr。.5Hf0.502膜层上沉积200nm厚的Ba 0.6Sr0.4Ti03膜层。本步骤中，使用同一磁控溅射设备腔体，通过将Zra5Hfa5O2靶材替换为Baa6Sra4T1JE材也可以。
[0036]g、对衬底进行退火处理。在打开退火炉之前首先向退火炉内通入2sCCm的O2，之后打开退火炉电源，将沉积有Baa6Sra4T1J莫层的衬底放入退火炉中，使退火炉以每分钟200C的速度升至700°C，退火20min，在Baa6Sra4T13膜层和Zr Q.5HfQ.502膜层之间形成互扩散层。退火完毕后以每分钟5°C的速度降至室温，之后将衬底从退火炉中取出。
[0037]h、将退火处理后的衬底置于真空蒸镀设备腔体内。如图3所示，将退火处理后的衬底10置于真空蒸镀设备腔体3内的石墨衬底及加热器13上，在衬底上的Baa6Sra4T13膜层上放置金属制的掩膜版，掩膜版上均布有直径为0