本公开内容涉及电容器、包括其的器件(设备)、以及其制备方法。
背景技术:
1、半导体器件(设备)例如存储器和晶体管被用于多种家用和工业设备中。根据家用和工业设备越来越高的性能,半导体器件正变得高度集成和小型化。
2、随着半导体器件变得高度集成和小型化,半导体器件的尺寸减小。
3、例如,由于随着电容器的尺寸减小,电容器的电容减小并且漏电流可增加,因此提出多种方法来解决该问题。
4、例如,通过修改电容器的结构、通过增加电容器的电极面积、或通过减小电介质厚度、或者通过改进电容器制造工艺,可保持电容器的电容。
技术实现思路
1、然而,对于通过结构修改例如增加电容器的电极表面或者减小电介质材料厚度、或者通过改进制造工艺来保持电容器的电容存在限制。
2、为了电容器的高电容,可使用三元氧化物电介质材料。典型的三元氧化物电介质为作为含有二价阳离子和四价阳离子的三元氧化物的钙钛矿晶体结构材料,其中二价阳离子、四价阳离子、和氧的组成比为1:1:3。所述三元氧化物电介质材料的实例包括例如srtio3、catio3、batio3、srhfo3、srzro3、和pbtio3的材料。所述三元氧化物电介质材料不限于前述材料,并且可使用含有其它阳离子的三元氧化物作为电介质材料。
3、随着薄膜厚度降低,所述三元氧化物电介质材料经历电容率的急剧降低。此外,由于所述三元氧化物电介质材料具有约3ev-约4ev的小的带隙,因此电极和电介质材料之间的漏电流可为大的。
4、因此,抑制由于电介质薄膜的厚度降低而引起的电容率降低、以及控制电极和电介质材料之间的漏电流是重要的。
5、为了抑制由于电介质薄膜的厚度降低而引起的电容率降低,可考虑具有增加的晶粒尺寸的多晶电介质材料薄膜。所述具有增加的晶粒尺寸的多晶电介质材料薄膜可通过如下制备:将掺杂剂注入无定形电介质材料薄膜中并且通过热处理而诱导相变。所述具有增加的晶粒尺寸的多晶电介质材料薄膜可引起问题例如在电极-电介质材料界面处的低k电介质层的形成和受限的极化定向(polarization alignment)。因此,所述具有增加的晶粒尺寸的多晶电介质材料薄膜在或更小的厚度时控制电容率方面是受限的。
6、因此,对于如下新型电容器存在需要:通过具有与常规电容器相比的新型的结构,其可抑制由于电介质材料薄膜的厚度降低而引起的电容率降低,并且可控制电极和电介质材料之间的漏电流。
7、提供电容器,其包括电介质材料和电极,具有新型结构,从而抑制由于电介质材料的厚度降低而引起的电容率降低和控制漏电流。
8、提供包括所述电容器的器件。
9、提供制备所述电容器的方法。
10、另外的方面将部分地在随后的描述中阐明,且部分地将由该描述明晰,或者可通过本公开内容的所呈现实施方式的实践而获悉。
11、根据实例实施方式,电容器可包括:第一薄膜电极层;第二薄膜电极层;以及在所述第一薄膜电极层和所述第二薄膜电极层之间的电介质层。所述第一薄膜电极层和所述第二薄膜电极层各自可具有导电性钙钛矿型晶体结构。所述电介质层可包括具有介电性钙钛矿型晶体结构的金属氧化物,并且所述电介质层可为外延层。所述金属氧化物可包括在立方八面体位点(cubooctahedral)中的第一元素、在八面体位点中的第二元素、和在八面体位点中的第三元素。所述第三元素的化合价可低于所述第二元素的化合价。所述第三元素可为掺杂剂。
12、根据实例实施方式,器件可包括以上电容器。
13、根据实例实施方式,制备电容器的方法可包括:通过外延生长而在第一薄膜电极层的一侧上形成电介质层;和在所述电介质层上形成第二薄膜电极层,以由此提供所述电容器。所述电容器可包括在所述第一薄膜电极层和所述第二薄膜电极层之间的所述电介质层。所述第一薄膜电极层和所述第二薄膜电极层可具有导电性钙钛矿型晶体结构。所述电介质层可包括具有介电性钙钛矿型晶体结构的金属氧化物。所述金属氧化物可包括在立方八面体位点中的第一元素、在八面体位点中的第二元素、和在八面体位点中的第三元素。所述第三元素的化合价可低于所述第二元素的化合价。所述第三元素可为掺杂剂。
1.电容器,其包括:
2.如权利要求1所述的电容器,其中所述第二元素的化合价为4或更大,并且所述第三元素具有3或更小的化合价。
3.如权利要求1所述的电容器,其中所述第三元素为如下的至少一种:y、mg、ni、fe、mn、co、al、cr、bi、和ga。
4.如权利要求1所述的电容器,其中所述第三元素的离子半径大于所述第二元素的离子半径。
5.如权利要求1所述的电容器,其中
6.如权利要求5所述的电容器,其中
7.如权利要求1所述的电容器,其中
8.如权利要求1所述的电容器,其中所述电介质层包括由下式1表示的金属氧化物:
9.如权利要求5所述的电容器,其中c1为如下的至少一种:y、mg、ni、fe、mn、co、al、cr、bi、和ga。
10.如权利要求1所述的电容器,其中所述电介质层包括由下式2表示的金属氧化物:
11.如权利要求1所述的电容器,其中
12.如权利要求1所述的电容器,其中
13.如权利要求1所述的电容器,其中
14.如权利要求1所述的电容器,其中
15.如权利要求1所述的电容器,其进一步包括:
16.如权利要求15所述的电容器,其中所述中间层具有钙钛矿型晶体结构,和
17.如权利要求15所述的电容器,其中
18.如权利要求15所述的电容器,其中
19.器件,其包括
20.如权利要求19所述的器件,其中所述器件包括存储器件、逻辑器件、或者能量储存器件。
21.制备如权利要求1-18任一项所述的电容器的方法,所述方法包括:
22.如权利要求21所述的方法,其中所述外延生长在600℃或更低的温度进行。
23.如权利要求21所述的方法,其进一步包括: