一种择优取向的电极薄膜及其制备方法与流程

本发明涉及薄膜制备，尤其涉及一种择优取向的电极薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、越来越多的研究表明，(00l)晶向结构的薄膜在微电子学与纳米电子学方面具有广泛的应用前景。相比(111)晶向择优取向和多晶的薄膜，(00l)晶向的薄膜具有更好的压电、铁电、磁性存储等性能。

2、例如在磁性随机存储器领域，外延制备(00l)晶向的底电极，比起(111)晶向或者混合晶向的底电极，器件的隧道磁电阻值(tmr)获得了高达50％以上的提升。再例如在钙钛矿结构化合物中，(00l)择优取向的薄膜也比(111)优选取向和多晶薄膜具有更好的压电性能。然而目前的研究结果多集中在与电极晶格相对匹配的氧化镁、钛酸锶(sto)等衬底上，而无法应用到硅基半导体领域。因此如何将(00l)晶向的薄膜集成到当前的硅基大规模集成电路工业中是一个主要问题。

技术实现思路

1、为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种择优取向的电极薄膜及其制备方法，旨在解决现有硅基半导体领域内在衬底上无法获得(00l)择优取向的薄膜的问题。

2、本发明公开了一种择优取向的电极薄膜，

3、包括硅基衬底及依次生长在所述衬底上第一种子层、第二种子层和底电极层；

4、所述第一种子层为axb1-xn薄膜，其中a＝cu，fe；b＝pd，pt；0<x<1；

5、所述第二种子层采用以下一种或多种薄膜：氮化铬薄膜、氮化钛薄膜、氮化钽薄膜、氧化镁薄膜；

6、所述底电极层采用以下一种或多种薄膜：铂薄膜、氮化钛薄膜、金薄膜、钌酸锶薄膜或铌掺杂钛酸锶薄膜，其具有在(00l)晶体方向上的择优取向。

7、优选地，所述衬底包括硅衬底、表面氧化硅衬底、表面氮化硅衬底、碳化硅衬底、金属衬底、玻璃衬底、氧化镁衬底。

8、优选地，所述第一种子层和第二种子层厚度均为2nm～500nm。

9、优选地，所述衬底与所述第一种子层之间设置一缓冲层；所述缓冲层为金属薄膜或金属氮化物薄膜。

10、优选地，所述缓冲层包括钽薄膜、铬薄膜、钛薄膜、氮化钛、氮化钽薄膜，且所述缓冲层厚度为2nm～50nm。

11、本发明还提供一种择优取向的电极薄膜的制备方法，包括：

12、提供一衬底，对所述衬底进行预处理，装入磁控溅射设备内试样台；

13、在磁控溅射设备下，连接第一靶材，在氮气和惰性气体下生长第一种子层；其中，形成的第一种子层为axb1-xn薄膜，其中a＝cu，fe；b＝pd，pt；0<x<1；

14、结束第一种子层的的溅射，连接第二靶材，在氮气/氧气和惰性气体下生长第二种子层；其中，形成的第二种子层为以下一种或多种薄膜组合：氮化铬薄膜、氮化钛薄膜、氮化钽薄膜、氧化镁薄膜；

15、结束第二种子层的溅射，连接第三靶材，以生长具有在(00l)晶体方向上的择优取向的底电极层，其中，形成的底电极层为以下一种或多种薄膜组合：铂薄膜、氮化钛薄膜、金薄膜、钌酸锶薄膜或铌掺杂钛酸锶薄膜。

16、优选地，在所述连接第一靶材前：

17、连接第四靶材，在衬底上预先生长一缓冲层。

18、优选地，根据形成的第一种子层或第二种子层确定衬底温度、通入的气体流量和压力。

19、优选地，形成的所述第一种子层和第二种子层厚度为2nm～500nm。

20、优选地，所述衬底包括硅衬底、表面氧化硅衬底、表面氮化硅衬底、碳化硅衬底、金属衬底、玻璃衬底、氧化镁衬底。

21、采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

22、本申请提供的电极薄膜及其制备方法，采用容易形成(00l)晶体取向的axb1-xn薄膜作为第一种子层，采用氮化铬、氮化钛、氮化钽、氧化镁等作为第二种子层，获得在(00l)晶体方向上的高度择优取向底电极薄膜结构，即使在高温下也不会产生元素扩散，不仅可以用作半导体领域的高质量底电极，提升器件性能，还可以为后续生长(00l)晶向的压电、铁电、磁性存储等功能薄膜的晶体生长提供晶向控制作用。

技术特征：

1.一种择优取向的电极薄膜，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的电极薄膜，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的电极薄膜，其特征在于：。

4.根据权利要求1所述的电极薄膜，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的电极薄膜，其特征在于：

6.一种择优取向的电极薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述连接第一靶材前：

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

技术总结
本发明提供了一种择优取向的电极薄膜及其制备方法，涉及薄膜制备技术领域，包括硅基衬底及依次生长在所述衬底上第一种子层、第二种子层和底电极层；所述第一种子层为A<subgt;x</subgt;B<subgt;1‑x</subgt;N薄膜，其中A＝Cu，Fe；B＝Pd，Pt；0<x<1；所述第二种子层采用以下一种或多种薄膜：氮化铬薄膜、氮化钛薄膜、氮化钽薄膜、氧化镁薄膜；所述底电极层采用以下一种或多种薄膜：铂薄膜、氮化钛薄膜、金薄膜、钌酸锶薄膜或铌掺杂钛酸锶薄膜，其具有在(00l)晶体方向上的择优取向，解决现有在硅基衬底上无法获得(00l)择优取向的薄膜的问题。

技术研发人员：孙旭东,俞凤至,邹斌,安德烈·保罗·米哈伊,简·泽曼
受保护的技术使用者：洛玛瑞芯片技术常州有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15