[发明专利]具有铁电薄膜的铁电存储器及其制造方法

说明书

1.发明领域：

本发明总的来说涉及具有层状超点阵铁电材料薄膜的铁电存储器，薄膜具有小于90纳米或更薄的厚度，以及制造这种薄膜的方法。

2.问题的提出：

铁电化合物具有用于永久集成电路存储器的良好的特性。如美国专利No.5，046，043，Miller所公开的。当铁电器件例如电容器具有所需要的电特性例如高的剩余极化、好的矫顽场、高的疲劳电阻和低的漏电流时，可将它用做永久存储器。已经研究将层状超点阵材料氧化物用于集成电路。如美国专利No.5,434,102，Watanable。层状超点阵材料在铁电存储器中呈现的特性的数量级优于交变型铁电材料，例如PZT和PLZT化合物。目前已经制造出了包含铁电元件的集成电路器件，该铁电元件具有层状超点阵材料。层状超点阵材料包括金属氧化物。

特别希望铁电存储器是密集的；也就是说，在给定的芯片体积中，具有大量的存储单元。为了得到最大的密度，存储器的各个元件应尽可能的小，这就需要铁电材料膜尽可能的薄。

然而，本领域已经知道当铁电膜做得更薄时，其临界电性能特别是铁电极化率恶化。看Physical Review第8卷第7期第3257-3265页(1973年10月)Batra et al的“铁电薄膜中的相转变、稳定性和去极化场”中的第3261页第一栏的底部和第二栏的顶部、图4和第3265页第Ⅳ结论部分的最后一句。实验已经证实Batra et al的理论分析是正确的。例如，IEEE关于超声波、铁电体和频率控制的会刊上Robert W.Vest和Jiejie XU的“从金属有机物母体得到的钛酸铅膜(PbTiO3 Film From Metalloorganic Precursors)”第13卷第6期(1998年12月)第711页地1栏第1段和714页最后一段。还可以看1996年5月21日出版的Carios A.Paz De Araujo et al的美国专利No.5,519,234，特别是图25和第34栏第28-33行的讨论。铁电存储器的极化率必须至少是每平方厘米7微库仑(μC/cm²)以便制造实用的存储器。例如欧洲专利公开号No.0489512A2第4页第3-7行和第5页第7-10行。如上面的参考文献中Vest论文和美国专利No.5,519,234所指出的，当制作低于140纳米至200纳米厚的的薄膜时，铁电材料的极化率通常低于上述水平。因此，当利用铁电材料薄膜时，通常要制作几个铁电材料的涂层以达到大约140纳米(1400埃)或更大的厚度，以便得到足够高的极化率来制造存储器。看1993年3月30日出版的Scott L Swartz和PterJ.Melling的美国专利No.5,198,269。

制造密集铁电存储器的另一个障碍是在商业上实用的衬底上制作非常薄的薄膜是很困难的。通常，已经发现制造集成电路优质电子器件所需要的工艺参数例如退火温度也会引起小于大约100纳米厚的膜破裂或失效。

为了增加铁电存储器的密度，特别希望得到极化率高于7μC/cm²而厚度大大低于100纳米的铁电薄膜，该铁电薄膜能够用商业上可行的工艺制造。

3.发明概述：

本发明提供一种永久铁电存储器，具有商业上实用的铁电存储电容器，在该铁电存储电容器中，铁电材料的薄膜具有90纳米或更薄的厚度。本发明还提供一种制造这种薄膜的方法。该方法是液体淀积方法，其中用产物母体涂覆衬底，然后加热。最好是，不同加热步骤的温度不超过700。总的加热时间少于两小时。

本发明的器件是铁电存储器，该铁电存储器包括厚90纳米(下文“nm”)或更薄的层状超点阵材料薄膜，在本发明的一个实施例中，厚度小于50纳米。

在本发明的一个实施例中，层状超点阵材料包括锶、铋和钽。在这种情况下，上述材料最好包含u摩尔当量的锶，v摩尔当量的铋，w摩尔当量的钽，其中0.8≤u≤1.0，2.0≤v≤2.3和1.9≤w≤2.1。实验显示当u＝0.9和v＝2.18时，能得到好的结果。在另一个实施例中，层状超点阵材料还包括铌。在这种情况下，材料还包含x摩尔当量的铌，且1.9≤(w＋x)≤2.1。最好，u＝0.9和v＝2.18。