CN102142444B - 一种不挥发信息存储单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了信息存储技术领域中的一种不挥发信息存储单元。该单元包括一种衬底材料，在衬底上制备一种金属材料作为下电极，铁电材料制备在下电极金属上，在铁电材料上制备有氧化物半导体材料，在半导体材料上制备有接触电极并形成源漏区域。该结构中制备在金属电极上的铁电材料结晶温度低并且极化特性好，氧化物半导体在铁电材料上制备可以避免铁电材料的高温结晶过程对半导体特性的影响。本发明中器件的制备工艺简单，可以降低成本，易于实现产业化。

Description

一种不挥发信息存储单元
技术领域
本发明属于信息存储技术领域，尤其涉及一种不挥发信息存储单元。
背景技术
在现有的其它使用铁电材料控制半导体导电状态的器件中，铁电介质通常直接在半导体材料如硅等上制备，制备工艺过程复杂。由于铁电材料的结晶过程对衬底有着较高的依赖性，并且需要高温的过程。通常在硅等半导体上直接制备的铁电材料铁电相很弱，并且高温过程中铁电材料和半导体材料间容易发生元素互扩散，导致界面质量严重下降，造成器件性能如数据分辨窗口小、存储数据保持时间短等问题。在半导体材料和铁电材料间加入一层中间层可以提高界面质量，但是会造成改变铁电材料极化状态所需的操作电压过大，同时也难以改善铁电材料的结晶特性，无法提高数据的分辨窗口。
发明内容
针对上面技术背景中描述的铁电材料控制半导体导电状态器件，在制备工艺过程中铁电材料电相弱、器件数据分辨窗口小、铁电材料和半导体材料容易发生元素互扩散的不足，本发明提出了一种不挥发信息存储单元。
本发明的技术方案是，一种不挥发信息存储单元，其特征是所述不挥发信息存储单元包括一层金属材料制备在衬底上作为下电极，一层铁电材料制备在下电极上，铁电材料上制备出的氧化物半导体，两个上电极区制备在氧化物半导体上并形成源漏区。
所述下电极至少含有铂、铱、钌、氧化铱或氧化钌中的一种材料。
所述下电极和衬底间制备有粘附层材料。
所述下电极与衬底间的粘附层至少含有氧化硅、氧化钛或钛中的一种材料。
所述铁电材料层含有钽酸锶铋、锆钛酸铅、铁酸铋或掺钕钛酸铋。
所述氧化物半导体材料含有氧化锌、掺杂铝的氧化锌、氧化锡、氧化镍或氧化钴。
所述源漏区为两个相互分离的电极。
所述电极含有铂、铱、钌、钛或铝。
本发明提供了一种不挥发信息存储单元，该单元结构中制备在金属电极上的铁电材料结晶温度低并且极化特性好，氧化物半导体在铁电材料上制备可以避免铁电材料的高温结晶过程对半导体特性的影响。本发明中器件的制备工艺简单，可以降低成本，易于实现产业化。
附图说明
图1是不挥发信息存储单元截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
对硅衬底1进行清洗后进行氧化，形成厚度为300纳米-500纳米的氧化硅2。在氧化硅2上溅射厚度为20纳米-30纳米的钛金属3作为粘附层材料。
在粘附层3的表面制作铂金属4作为下电极，金属铂的厚度为100纳米-200纳米，可以通过溅射的方法制备。
在铂电极4上制作一层铁电材料5。通过溶胶凝胶、溅射或者金属有机化合物化学气相淀积等方法制备厚度为200纳米-300纳米的锆钛酸铅(PZT)材料，并通过后续的工艺将锆钛酸铅(PZT)结晶，可以采用快速退火等方法。
在铁电材料5上制备一层氧化物半导体材料6。通过磁控溅射、溶胶凝胶、脉冲激光淀积等工艺制备厚度为150纳米-200纳米的氧化锌(ZnO)材料。
通过光刻和刻蚀工序，把光刻版上的图形转移到对应材料层上的工艺过程称为图形化。
在氧化物半导体上制备两个金属电极区域7作为源漏。通过光刻形成电极区域再溅射厚度为100纳米-200纳米的铂(Pt)金属，剥离形成金属电极区域7。或者溅射厚度为100纳米-200纳米的铂(Pt)金属，光刻刻蚀得到金属电极区域。
然后对氧化锌(ZnO)进行光刻和刻蚀，形成氧化物半导体材料6的图形。对锆钛酸铅(PZT)光刻刻蚀，进一步形成铁电材料5的图形。氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT)在图形化的过程可以采用酸溶液进行湿法刻蚀，也可以通过反应离子刻蚀的干法工艺。最后对下电极4和粘附层材料3进行图形化
当下电极上加正电压时铁电材料锆钛酸铅(PZT)产生的极化将使氧化锌(ZnO)出于电子积累的状态。而当锆钛酸铅(PZT)的极化方向发生翻转后，氧化锌(ZnO)则在铁电极化的作用下发生耗尽。对应于两种不同的状态，氧化锌(ZnO)将表现出不同的导电特性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种不挥发信息存储单元，其特征是所述不挥发信息存储单元包括一层金属材料制备在衬底上作为下电极，一层铁电材料制备在下电极上，在铁电材料上制备出一层氧化物半导体，两个上电极区制备在氧化物半导体上并形成源漏区；
所述下电极至少含有铂、铱、钌、氧化铱或氧化钌中的一种材料；
所述氧化物半导体材料含有氧化锌、掺杂铝的氧化锌、氧化锡、氧化镍或氧化钴的一种材料；
所述源漏区为两个相互分离的电极。
2.根据权利要求1所述不挥发信息存储单元，其特征是所述下电极和衬底间制备有粘附层材料。
3.根据权利要求2所述不挥发信息存储单元，其特征是所述下电极与衬底间的粘附层至少含有氧化硅、氧化钛或钛中的一种材料。
4.根据权利要求1所述不挥发信息存储单元，其特征是所述铁电材料层含有钽酸锶铋、锆钛酸铅、铁酸铋或掺钕钛酸铋中的一种材料。
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