[发明专利]一种基于单层钛酸锶钡薄膜的电荷俘获型存储器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于单层钛酸锶钡（BST）薄膜的电荷俘获型存储器，其结构由下而上依次是P型Si衬底、SiO₂隧穿层、钛酸锶钡俘获阻挡层以及Pd电极层。同时，还公开了该存储器的制备方法，将P型Si衬底洗净吹干，通过磁控溅射的方法在Si衬底上形成钛酸锶钡俘获阻挡层，通过特定的退火工艺在P型Si衬底和钛酸锶钡俘获阻挡层之间形成了SiO₂隧穿层，再通过磁控溅射的方法在钛酸锶钡俘获阻挡层上形成了Pd电极层。本发明通过特定材料和方法制备了p‑Si衬底/SiO₂隧穿层/钛酸锶钡俘获阻挡层/Pd电极层复合结构的电荷俘获型存储器。通过检测表明，本发明提供的存储器与现有同类型的存储器相比，其存储窗口更大、数据保持性更好，是一种抗疲劳、写入/擦除速率快、应用前景更为广阔的存储器。

技术领域

本发明涉及存储设备及其制备方法，具体地说是一种基于单层钛酸锶钡薄膜的电荷俘获型存储器及其制备方法。

背景技术

当今世界是信息世界，信息存储无处不在，如手机、MP3、笔记本、U盘等。随着便携存储设备和云存储的发展，人们对非易失存储器要求越来越高，因而，发展高性能、低功耗的非易失性存储器将成为存储技术发展的趋势。电荷俘获型存储器(charge trappingmemory, CTM)是一种基于高、低态电容值变化来记录存储信息的一种非易失性存储器，其以低功耗、高电荷存储密度、快的写入、擦除速率、优秀的数据保持能力及卓越的耐疲劳特性而备受人们的关注。

从结构来讲，电荷俘获型存储器具有隧穿层、电荷俘获层、阻挡层结构，其利用在不同电压激励下对电子及空穴的俘获及解获来实现高、低电容态，从而实现信息存储。但是随着器件尺寸的不断缩小，漏电流逐渐变大，器件的保持性能也逐渐变差。此外，这类存储器还存在抗疲劳性较差、存储窗口相对较小的问题。因此，不断研发更多保持特性稳定、存储窗口大以及抗疲劳等综合性能更好的存储器是行业内研发人员积极探索的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单层钛酸锶钡薄膜的电荷俘获型存储器及其制备方法，以解决现有电荷俘获型存储器存在高低态电容和平带电压保持稳定性差、存储窗口相对较小、抗疲劳性能差的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于单层钛酸锶钡薄膜的电荷俘获型存储器，其结构由下而上依次是P型Si衬底（p-Si衬底）、SiO₂隧穿层、钛酸锶钡俘获阻挡层（BST俘获阻挡层）以及Pd电极层。

本发明提供的电荷俘获型存储器中所述SiO₂隧穿层是在p-Si衬底上形成BST俘获阻挡层后进行退火工艺处理而形成的，所述退火工艺是指在氧气气氛下，先用20~40s从室温升高到600℃，保温2~10min，再用1~5min从600℃降至室温。

本发明提供的电荷俘获型存储器中所述SiO₂隧穿层的厚度为2~4nm。

本发明提供的电荷俘获型存储器中所述BST俘获阻挡层的厚度为5~100nm；优选10-50nm。

本发明提供的电荷俘获型存储器中所述Pd电极层的厚度为20~150nm。

本发明提供的电荷俘获型存储器中所述P型Si衬底的晶向指数为100。

本发明提供的基于单层钛酸锶钡薄膜的电荷俘获型存储器的制备方法，包括以下步骤：

（a）将p-Si衬底依次在丙酮、酒精和去离子水中用超声波清洗，用HF溶液清洗，再用去离子水清洗，取出后用N₂吹干；