[发明专利]一种三维结构PZT电容及其MOCVD制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属氧化物薄膜、金属有机先驱体和金属有机物化学气相淀积(MOCVD)，特别涉及铁电存储器和压电类微米/纳米器件用镐钛酸铅(PZT)薄膜材料及其三维结构的电容器件制备技术。

背景技术

镐钛酸铅(PZT)薄膜是一种用途广泛同时具有铁电、压电特性的氧化薄膜结构，铁电材料是一类具有自发极化且其自发极化可随外电场方向的改变而改变方向的介质材料，压电材料是指在某些晶体的特定方向加压力时，相应的表面上出现或正或负的电荷，且电荷密度与压力的大小成正比。

PZT即Pb(Zr_1-xTi_x)O₃中各组份的比例为：Pb∶(Zr+Ti)∶O＝1∶1∶3，Zr∶Ti＝1-X∶X，其中，Ti中的X为PZT中Ti占Zr和Ti元素总量的摩尔百分数，X的取值范围为0.1＜X＜1.0，X的值不同，其压电、铁电特性均有不同，在实际应用中，可以根据不同的压电、铁电应用目标，对X值进行选择以获得最好器件应用特性。国内外已有的专利涉及清洗镐钛酸铅薄膜的方法(三星电子株式会社，申请号99110200.2)、一种基于Al_XGaN_1-X/GaN异质结的铁电/半导体存贮器及其制法(南京大学，申请号02113005.1)、利用MOCVD沉积金属氧化物薄膜的方法(夏普株式会社，专利号ZL200310123290.0)、控制MOCVD淀积的PCMO组成的先驱物溶液和方法(夏普株式会社，申请号200410030292.X)，上述专利的均围绕或涉及铁电、压电用PZT的制备、清洗等。但对于三维特定组分PZT结构电容等器件的研究，尚没有相关专利报道。随着存储器(RAM)器件集成度的不断提高，平面类型的电容其实际电容面积不断减小，而电容值却要求不变或更高，针对这一矛盾。有研究专门提出了不同的材料，可以提高电容介质材料的介电常数值，本发明提出用MOCVD方法制备三维结构优势，使用MOCVD制备精确组分铁电用PZT介质材料，作为三维结构PZT电容，并结合MEMS中特有的高深宽比结构加工方法，可以有效提高电容的实际电容面积，工艺简单，可与现有集成电路工艺兼容，具有实际应用前景。

发明内容

本发明目的是提供厚度和成分精确可控，均匀致密用于微米/纳米器件的铁电、压电Pb(Zr_1-xTi_x)O₃薄膜及其三维结构的直接液体输运式化学气象淀积(direct liquid injection metalorganic chemical vapor deposition，DLI-MOCVD)制备技术。包括DLI-MOCVD方法制备具有铁电、压电特性的PZT有机化合物薄膜的先驱体溶液方案，DLI-MOCVD的具体工艺步骤、工艺参数、及三维结构PZT电容器件和制备方法。

本发明的特征之一在于，所述的三维PZT电容纵横截面上从下至上依次含有：

中间部位凹下的三维结构硅支撑衬底，使用感应耦合等离子体ICP刻蚀形成，

下电极，由至少包括Ir、Pt/Ti、Ru、Cu、金红石型结构氧化物、钙钛矿型结构氧化物在内的材料溅射或蒸发形成，PZT薄膜介质结构，用直接液体输运式MOCVD(DLI-MOCVD)形成，其中，Pb为27％，Zr为55％，Ti为18％，

上电极，由至少包括Ir、Pt/Ti、Ru、Cu、金红石型结构氧化物、钙钛矿型结构氧化物在内的材料溅射或蒸发形成。

所述三维结构硅支撑衬底是中间部位凸起的。

所述三维结构支撑是中间部位凹下的铱衬底。

本发明的特征之二在于，所述三维结构PZT电容的MOCVD制备方法，依次含有以下步骤：

一种三维结构PZT电容的MOCVD制备方法，其特征在于，所述MOCVD制备方法依次含有如下步骤：

步骤(1)配置先驱体溶液：

设定摩尔浓度为0.14mol/L，四氢呋喃为30ml，四-乙二醇二甲醚为4ml，Pb为27％，Zr为55％，Ti为18％，按下式计算Pb、Zr、Ti的单质用量，制成总溶剂体积为0.034L的先驱体溶液：

单质用量＝单质元素百分比×溶质摩尔浓度×总溶剂体积×摩尔质量

其中，相当于单质用量的三种单质固态源分别为Pb(THD)₂、Zr(THD)₂以及Ti(O-iPr)₂(THD)₂，其摩尔质量依次分别为572g/mol、452g/mol以及526g/mol，从而得到，