CN102610744B - 一种数据存储设备及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有较高稳定性和低漏电性的数据存储设备及其制造方法，该方法包括如下步骤：形成晶体管；形成电容器；其中形成电容器的方法包括如下步骤：形成基板；在基板上形成下电极；在下电极上形成导电层；在导电层上形成铁酸铋层；在铁酸铋层上形成上电极，其中用钙钛矿结构的材料制成导电层，采用溅射法或化学气相沉积法形成铁酸铋层。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据存储设备及其制造方法。
背景技术
现有的数据存储设备一般分为RAM和ROM。RAM的存取速度高，但断电之后存储的内容丢失。ROM的存储不受电流影响，但存取速度低。而随着各种材料的研究，人们研究出了铁电数据存储设备、磁性数据存储设备和相变数据存储设备等。数据存储设备中的数据存储设备单元一般包括晶体管和电容器，一般的电容器包括下电极、介电层和上电极。
复铁材料的出现给数据存储设备注入了一股活力，复铁材料由铁电材料和反铁磁材料合成，二者相互作用产生磁电效应，因此该材料兼有铁电和铁磁性质，可以用于制造电容器中的介电层，因此具有制成数据存储设备的潜力。目前较为热门的是对铁酸铋、锰酸铋和锰酸钇制成的数据存储设备的研究。但是，现有技术中用铁酸铋制成的数据存储设备中，由于结构缺陷导致铁酸铋的铁电性能低，因此制成的数据存储设备的性能差，不适于实际应用。而要改善铁酸铋数据存储设备的性能，需使用铁酸铋在制造数据存储设备的过程中，维持其铁电性能，使得其制成的电容器具有高稳定性和低漏电性。
发明内容
本发明公开了一种具有较高稳定性和低漏电性的数据存储设备及其制造方法。
本发明的数据存储设备的制造方法包括如下步骤：形成晶体管；形成电容器；其中形成电容器的方法包括如下步骤：形成基板；在基板上形成下电极；在下电极上形成导电层；在导电层上形成铁酸铋层；在铁酸铋层上形成上电极，其中用钙钛矿结构的材料制成导电层，采用溅射法或化学气相沉积法形成铁酸铋层。
在一个优选实施例中，采用溅射法形成该铁酸铋层的步骤为：
将Bi2O3和Fe2O3混合后形成混合体，
将该混合体形成铁酸铋靶材，
在背景压力为10-6~10-4托时，通入氧气与氩气，工作压力为20~40托，将基板加热至200~500摄氏度进行溅射；
在另一个优选实施例中，采用化学气相沉积法形成铁酸铋层的步骤为：
形成先驱体，所述先驱体优选包括铁酸盐、铋酸盐和溶剂，该铋酸盐和该铁酸盐的摩尔比例优选在1∶1和2∶1之间；
将该先驱体涂布于该导电层上，
加热至一定温度后退火处理，所述退火处理的温度优选为350~700摄氏度之间。
本发明的制造方法由于采用溅射法或化学气相沉积法制备铁酸铋层，并且通过大量实验得到了优选的制备参数，并结合用钙钛矿结构的材料制成导电层，从而得到具有优异性能的数据存储设备。
其中，优选地，钙钛矿结构的材料为镍酸镧或铅酸钡。
本发明还公开了一种数据存储设备，其包括电容器和晶体管，该电容器包括基板、位于该基板上的下电极，位于该下电极上的导电层、位于该导电层上的铁酸铋层以及位于该铁酸铋层上的上电极，该导电层为具有钙钛矿结构的材料，优选镍酸镧或铅酸钡；铁酸铋层通过溅射法或化学气相沉积法形成。
附图说明
图1为本发明的数据存储设备中电容器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更清楚地理解本发明的技术方案，下面结合附图描述其具体实施方式。
本发明的数据存储设备包括晶体管和电容器，其中如图1所示，电容器包括基板1、位于基板1上的下电极2、形成于下电极2上的导电层3，形成于导电层3上的铁酸铋层4以及位于铁酸铋层4上的上电极5。
导电层3是有钙钛矿结构材料形成，例如镍酸镧或铅酸钡。
在一个实施例中，基板1具有基底11、位于基底11上的扩散阻挡层12、位于扩散阻挡层12上的粘附层13。
基底11优选为硅片。
扩散阻挡层12可以防止基底11在制造过程中受热而发生扩散。扩散阻挡层12优选为二氧化硅、氮化铝、氮化钛或氮化钽。
粘附层13用于将下电极与2扩散阻挡层12接合。粘附层13优选为二氧化钛、钛或钽。
下电极2和上电极5由金属形成，优选为金、银、铂、铱或钌。
在另一个实施例中，在铁酸铋层4和上电极5之间具有氧化物电极层(未示出)。该氧化物电极层优选为与导电层3相同的材料形成。该氧化物电极层可以提高电容器的整体性能。
本发明的数据存储设备的制造方法包括如下步骤：
形成晶体管；
形成电容器，将晶体管与电容器电连接；其中形成电容器包括如下步骤：
在基板1上形成下电极2；在下电极2上形成导电层3；在导电层3上形成铁酸铋层4；在铁酸铋层4上形成上电极5，其中用钙钛矿结构的材料制成导电层3。钙钛矿结构的材料优选镍酸镧或铅酸钡。
在一个实施例中，在形成基板1时，先形成基底11，然后在基底11上形成扩散阻挡层12，在扩散阻挡层12上形成粘附层13。
基底11的材料优选为硅片。扩散阻挡层12优选为二氧化硅、氮化铝、氮化钛或氮化钽。粘附层13的材料优选为二氧化钛、钛或钽。
优选采用溅射法、电子枪蒸渡法形成下电极2和上电极5。下电极2和上电极5的材料优选为金属，更优选为金、银、铂、铱或钌。
在另一个实施例中，在铁酸铋层4上形成氧化物电极层(未示出)，然后在氧化物电极层上形成上电极5。该氧化物电极层优选为与导电层3相同的材料形成。该氧化物电极层可以提高电容器的整体性能。
优选采用溅射法形成导电层3和氧化物电极层。
可以采用溅射法和化学气相沉积形成铁酸铋层4。
在一个实施例中，采用溅射法形成铁酸铋层。其中，首先将Bi203和Fe203混合，形成混合体，将其形成铁酸铋(BixFeO3，1≤x≤2)靶材，然后利用溅射法，背景压力为10-6~10-4托时，优选为10-5托时，通入氧气与氩气，工作压力为20~40托，将基板加热至200~500摄氏度进行溅射，优选加热至350摄氏度，从而在导电层3上形成铁酸铋层4。
在另一个实施例中，采用化学气相沉积法形成铁酸铋层。其中，先形成先驱体，将该先驱体涂布于导电层3上，加热至一定温度后退火处理，从而在导电层3上形成铁酸铋层4。退火处理的温度优选在350~700摄氏度之间，更优选在350~550摄氏度之间。其中，先驱体优选包括铁酸盐、铋酸盐和溶剂。铁酸盐优选为乙酰基丙酮酸铁、硝酸铁或醋酸铁。铋酸盐优选为乙酰基丙酮酸铋、硝酸铋或醋酸铋。溶剂优选为有机酸和醇类的混合物，该有机酸优选为丙酸或醋酸，该醇类优选为2-甲氧基乙醇或2-乙氧基乙醇。铋酸盐和铁酸盐的摩尔比例优选在1∶1和2∶1之间，更优选在1∶1和1.2∶1之间。
以上描述了本发明的数据存储设备的制造方法，其中通过溅射法和化学气相沉积法制备数据存储设备中的铁酸铋层，并且通过大量实验得到了优选的制备参数，同时结合钙钛矿结构材料制成的导电层，从而得到具有优异性能的数据存储设备。
以上具体实施方式仅用于描述本发明的数据存储设备及其制造方法的技术方案，不用于限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的范围内，可以得到各种变型和组合，因此本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (2)
1.一种数据存储设备的制造方法，该方法包括如下步骤：
形成晶体管；
形成电容器，将晶体管与电容器电连接；
其中，形成所述电容器包括如下步骤：
形成基板，
在基板上形成下电极，
在下电极上形成导电层，
在导电层上形成铁酸铋层，
在铁酸铋层上形成上电极；其特征在于：
导电层为镍酸镧或铅酸钡；
采用化学气相沉积法形成铁酸铋层；
采用化学气相沉积法形成铁酸铋层的步骤为：
形成先驱体，所述先驱体包括铁酸盐、铋酸盐和溶剂，该铋酸盐和该铁酸盐的摩尔比例在1：1和2：1之间；
将该先驱体涂布于该导电层上，
加热至一定温度后退火处理，所述退火处理的温度为350～700摄氏度之间。
2.一种数据存储设备的制造方法，该方法包括如下步骤：
形成晶体管；
形成电容器，将晶体管与电容器电连接；
其中，形成所述电容器包括如下步骤：
形成基板，
在基板上形成下电极，
在下电极上形成导电层，
在导电层上形成铁酸铋层，
在铁酸铋层上形成上电极；其特征在于：
导电层为镍酸镧或铅酸钡；
采用溅射法形成铁酸铋层；
其中，采用溅射法形成该铁酸铋层的步骤为：
将Bi2O3和Fe2O3混合后形成混合体，
将该混合体形成铁酸铋靶材，
在背景压力为10-6～10-4托时，通入氧气与氩气，工作压力为20～40托，将基板加热至200～500摄氏度进行溅射。
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