[发明专利]一种计算机用Al/Zn0.83Li0.17O/p-Si MFS结构信息存储电容器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电容器的制备领域，特别涉及一种计算机用Al/Zn_0.83Li_0.17O/p-Si MFS结构信息存储电容器的制备方法。

背景技术

存储器是计算机、通讯设备等信息处理系统的核心部分。目前存储器中普遍使用的半导体随机存储器(SRAM)主要缺点是挥发性，即所存储的信息必须在通电时才能保持，电源一旦消失便丧失所有信息。发展新型高速、高密度、低功耗的非挥发性存储器成为信息处理科学急待突破的领域之一。目前对新型非挥发存储器的要求是：读写速度快；抗辐射；成本低并可以与硅集成；强度好并耐老化；具有非破坏性读出能力。

铁电材料是一类具有自发极化，而且自发极化矢量可以在外电场作用下反转的电介质，这类材料的主要特征是具有铁电性，即电极化强度与外电场之间具有电滞回线的关系。这种特征使之非常适于做存储器。用铁电薄膜作为铁电场效应晶体管的栅极绝缘材料，利用铁电薄膜的极化状态调制半导体表面状态，从而调制晶体管源一漏极间的导通状态，区别逻辑态“0”和“1”，以达到存储信息的目的。

近十年来，随着电子和光电子器件微型化、集成化与智能化的发展，各种性能优良、能满足制备体积更小的电子和光电子器件的新型材料成为材料科学界的研究热点之一。铁电薄膜因其具有独特的电学、光学和光电子学性能，在现代微电子、微机电系统、信息存储等方面有着广泛的应用前景，已经成为当前新型功能材料研究的热点之一。用铁电薄膜制备的铁电场效应晶体管（MFSFET）因断电后可存储信息、抗疲劳性强而倍受青睐。铁电存储器具有无限读/写次数（约为10¹⁶次），在速度方面，铁电存储器没有写等待时间，再加上铁电存储器超级省电，几乎能实现零功耗读/写运作，具有很高可靠性，许多发达国家纷纷投入巨资进行研究。

铁电随机读写存储器由于具有非挥发性、低功耗、高读写次数、高存取速度、高密度存储、抗辐射、与集成电路(IC)工艺兼容等突出优点，而被公认为是下一代最具潜力的存储器之一，在计算机、航空航天和军工等领域具有广阔的应用前景。铁电场效应存储器（FFET）是以铁电薄膜作为栅介质，其基本原理是利用铁电薄膜剩余极化来控制半导体衬底表面的导电性，从而实现记忆功能。FFET的核心关键元件就是MFS（分别是Metal—Ferroelectric—Semiconductor即金属—铁电—半导体的缩写）结构。研究这一结构的C-V特性就可以了解FFET的存储机制。目前,用于制备非挥发性铁电随机存储器（FRAM）的铁电薄膜材料仍以锆钛酸铅(PZT)系列为主。但PZT薄膜材料体系含铅,难以满足人类在新世纪中对环境保护的要求。多年来人们一直在寻找新的无铅体系、剩余极化强度Pr高而抗疲劳性能又较好的铁电薄膜材料体系以取代锆钛酸铅(PZT)。Bi₄Ti₃O₁₂薄膜由于Bi元素容易挥发而导致其铁电性能不够稳定。ZnO不含有害元素铅，在第三代宽带隙半导体家族里以其制备相对简单，易于掺杂等优势在诸如发光器件、自旋电子器件等领域有着广泛的应用前景，是一种非常重要的电子信息功能材料，成为近年来国际研究热点。最近研究发现，Li掺杂的ZnO具有铁电性。Zn离子半径和Li离子半径的失配较大，Li离子取代Zn离子，占据了偏离中心的位置，形成了电偶极子，导致Li掺杂的ZnO发生铁电相变。此外，Li原子不含3d电子，当取代Zn的时候，增强了离子特性，影响了极化c轴方向的Zn—O键长，有利于自发极化的形成。在Li掺杂ZnO系统中，Zn²⁺和Li⁺离子半径分别为0.74和0.6。目前对于离子掺杂ZnO铁电性起源和改性仍是国际研究的热点与前沿。

目前制备ZnO薄膜常用的方法有：磁控溅射、脉冲激光沉积、溶胶—凝胶法、化学气相沉积、喷雾热分解等。在这些制备方法中，磁控溅射具有方便、高沉积速率及ZnO薄膜有好的择优取向等优点。由于可在计算机不挥发性存储器中的应用，基于半导体的铁电场效应晶体管（MFSFET）目前已成为国内外研究的热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种计算机用Al/Zn_0.83Li_0.17O/p-Si MFS结构信息存储电容器的制备方法，本发明射频磁控溅射Al/Zn_0.83Li_0.17O/p-Si MFS结构电容器可满足计算机不挥发性铁电信息存储器件的应用要求，具有重要应用前景。