铋钛硅氧化物，铋钛硅氧化物薄膜，以及薄膜制备方法技术

一种式（１）的具有烧绿石相的铋钛硅氧化物：　　　　Ｂｉ↓［２］（Ｔｉ↓［２－ｘ］Ｓｉ↓［ｘ］）Ｏ↓［７－ｙ］　　．．．（１）　　　　其中ｘ代表从０．８到１．３的数，ｙ代表从－１到１的数。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍

本专利技术涉及一种钛硅氧化物，钛硅氧化物薄膜，以及一种用于形成该钛硅氧化物薄膜的方法，更特别的，涉及一种新颖的铋钛硅氧化物，其具有良好的介电性质，此性质可以使得其被用于高度集成存储设备中的电容器和晶体管中，以及涉及一种由该铋钛硅氧化物形成的薄膜，一种用于制备铋钛硅氧化物薄膜的方法，利用该铋钛硅氧化物薄膜的电容器和晶体管，以及具有上述电容器和/或晶体管的电子设备。2、现有技术由于存储器的集成密度愈来愈大，单位元件的尺寸和电容器的面积愈来愈小。通常，为了在一个有限的区域形成一个高容量电容器，曾多次尝试使用高介电常数的材料。因此，高介电常数材料，比如氧化钽(TaO)，钡钛氧化物(BaTiO3)，锶钛氧化物(SrTiO3)，吸引了比通常的低介电常数材料比如SiO2和Si3N4更多的关注。尽管这些高介电常数材料是可以利用的，但是必须使用这些材料，例如，利用金属有机化学汽相沉积(MOVCD)或者原子层沉积(ALD)的方法制备三维的电容器也是必要的。然而，当需要形成这种高介电常数薄膜下，这些方法引起了一些问题。为了使得这些前体很容易的被汽化，就需要保持高温，以便供给和汽化前体。然而，高温会缩短薄膜制备系统和设备的寿命。此外，当利用这些高介电常数材料制备多-成分薄膜下，不同种类的前体混合在一种单一混合的溶液里面，会彼此间相互作用以至于降低存贮时的前体溶液的稳定性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种铋钛硅氧化物，作为一种新颖的高介电常数材料。本专利技术还提供了一种由上述的铋钛硅氧化物形成的薄膜以及一种简单可重复的制备铋钛硅氧化物薄膜的方法。本专利技术还提供了一种具有良好的介电性质，用于半导体设备的电容器或晶体管，其包括铋钛硅氧化物薄膜，本专利技术还提供了一种使用上述电容器和/或晶体管的电子设备。关于本专利技术的一个方面，提供了一种具有烧绿石相的下面的式(1)的铋钛硅氧化物Bi2(Ti2-xSix)O7-y...(1)其中x代表从0.8到1.3的数，Y代表从-1到1的数。关于本专利技术的另一个方面，提供了一种上述式(1)的具有烧绿石相的铋钛硅氧化物薄膜。关于本专利技术的另一个方面，提供了一种制备上述式(1)所示的具有烧绿石相的铋钛硅氧化物薄膜的方法，该方法包括(a1)将包括铋前体，钛前体，和硅前体的前体混合物加入到汽化器中，在非氧化气氛中，前体混合物吸附到衬底的表面上；和(b1)氧化被吸附到衬底表面上的前体混合物，在衬底表面上沉积前体混合物的原子层。关于本专利技术另一种制备上述式(1)所示的具有烧绿石相的铋钛硅氧化物薄膜的方法包括(a2)在反应器中形成氧化气氛；和(b2)将包括铋前体，钛前体，和硅前体的前体混合物加入到反应器中，并通过汽相沉积在衬底的表面沉积前体混合物。关于本专利技术的另一个方面，提供了一种用于半导体设备的电容器，该电容器包括一个低电极；一个在低电极上由上述式(1)所示的具有烧绿石相的铋钛硅氧化物形成的介电薄膜；以及在介电薄膜上形成的高电极。关于本专利技术的另一个方面，提供了一种用于半导体设备的晶体管，该晶体管包括一个源极；一个漏极；一个在源极和漏极之间的具有导电区的衬底；在导电区上由上述式(1)所示的具有烧绿石相的铋钛硅氧化物形成的一个门极介电薄膜；以及在门极介电薄膜上形成的一个门电极。关于本专利技术的另一个方面，提供了一种具有电容器和/或晶体管的电子设备，其中该电容器包括一个低电极，一个在低电极上由如上述式(1)所示的具有烧绿石相的铋钛硅氧化物形成的介电薄膜，以及一个在介电薄膜上形成的高电极；该晶体管包括一个源极，一个漏极，一个在源极和漏极之间的具有导电区的衬底，在导电区上的由如上述式(1)所示的具有烧绿石相的铋钛硅氧化物形成的一个门极介电薄膜，以及在门极介电薄膜上的形成的一个门电极。本专利技术的电子设备可以是动态随机存取存储器。附图说明本专利技术上述和其他的特点和有益效果，将通过参照附图对优选实施例的详细描述会更显而易见，其中图1A是表示本专利技术实施例中晶体管结构的横截面图；图1B和图1C是表示本专利技术实施例中具有晶体管和电容器的存储器设备的结构的截面图；图2是关于本专利技术的实例1-3中形成的铋钛硅氧化物(Bi-Ti-Si-O)薄膜的，相对于衬底温度的薄膜形成率的曲线图；图3是关于本专利技术的实例4-6中形成的铋钛硅氧化物薄膜中铋的原子百分比的曲线图，其使用电感耦合等离子-原子发射光谱(ICP-AES)进行测量；图4是表示本专利技术实施例5制备的Bi-Ti-Si-O薄膜采用次离子质谱法(SIMS)的分析结果的曲线图；图5是表示本专利技术实施例7制备电容器中在退火前后Bi-Ti-Si-O薄膜上X-射线的衍射分析结果的曲线图；图6A和图6B是扫描电子显微(SEM)照片，显示了本专利技术实施例7中制备的Bi-Ti-Si-O薄膜表面退火之前的拓扑结构；图7A和图7B是表示本专利技术实施例7制备的电容器的电特性的曲线图；图8是表示本专利技术实施例8的Bi-Ti-Si-O薄膜的介电常数的曲线图；图9A和图9B是SEM照片，分别表示在退火前后，本专利技术实施例9制备的Bi-Ti-Si-O薄膜表面的拓扑结构；图10A和图10B是表示本专利技术实施例9中制备的电容器电特性的曲线图；图11A和图11B是实施例7中制备的Bi-Ti-Si-O薄膜在退火之后的传输电子显微(JEM)照片，以及利用STEM-EDX(扫描传输电子显微镜-能量分散分光计)对薄膜进行组成分析的曲线图；和图12说明A2B2X7或者A2B2X6Z的晶格结构，其相似于本专利技术实施例7中制备的Bi-Ti-Si-O薄膜的结晶结构。专利技术的详细说明本专利技术提供了一种具有烧绿石相的下述式(1)的高介电常数材料Bi2(Ti2-xSix)O7-y...(1)其中x代表从0.8到1.3的数，y代表从-1到1的数。上述式(1)的铋钛硅氧化物(下文中，简称为“Bi-Ti-Si-O”)的烧绿石相是由下面的实验数据来确定的。根据本专利技术图5的Bi-Ti-Si-O的X-射线衍射图案与JCPDS卡32-0118，Jour.Cryst.Grouth，41，317(1997)中显示的Bi2Ti2O7的X-射线衍射图案是相近似的，且图11B中的高-分辨率传输电子显微(HRTEM)照片确定了在本专利技术的Bi-Ti-Si-O中有均匀的晶格结构。如图11A所图示的，其显示了沿薄膜厚度方向上单一颗粒组成分析结果，Bi，Ti和Si的组成分布在整个薄膜厚度上是一致的。烧绿石相指的是立方晶格系统，表示为A2B2X7或者A2B2X6Z，其中A和B是阳离子，以及X和Z是阴离子。在一个例子中(BX6)n表面借助球体彼此连接，且阳离子A存在于间隙内，如图12所示，这在Jour.Appl.Phys.，51卷，第一期(1980)中公开。图12中，各符号分别为，球体(A)表示阳离子A，球体(C)表示阳离子B，以及球体(C)和剩下的球体表示阴离子X和Y。采用通常的薄膜制备方法可以由式(1)的Bi-Ti-Si-O形成薄膜，例如，金属有机化学汽相沉积(MOCVD)，原子层沉积(ALD)，脉冲激光沉积(PLD)，分子束取向生长(MBE)，等等。这些方法将在下面被详细描述。首先，利用ALD按下述方法形成Bi-Ti-Si-O薄膜。在其上形成薄膜的衬底被加热之后，被加热的衬底传送到一个加热器之中，以保持衬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种式(1)的具有烧绿石相的铋钛硅氧化物Bi2(Ti2-xSix)O7-y...(1)其中x代表从0.8到1.3的数，y代表从-1到1的数。2.一种式(1)的具有烧绿石相的铋钛硅氧化物薄膜Bi2(Ti2-xSix)O7-y...(1)其中x代表从0.8到1.3的数，y代表从-1到1的数。3.一种制备式(1)的具有烧绿石相的铋钛硅氧化物薄膜的方法Bi2(Ti2-xSix)O7-y...(1)其中x代表从0.8到1.3的数，y代表从-1到1的数，这方法包括(a1)将包括铋前体，钛前体，硅前体的前体混合物加入到汽化器中，在非氧化气氛中，前体混合物吸附到衬底的表面上；和(b1)氧化被吸附到衬底表面上的前体混合物，以在衬底表面上沉积前体混合物的原子层。4.权利要求3所述的方法，还包括在步骤(b1)之前在衬底表面上提供惰性气体。5.权利要求3所述的方法，还包括在步骤(b1)之后进行退火。6.权利要求5所述的方法，其中退火是在500-800℃下，在氧化气氛中，在惰性气氛中或者是在真空气氛中进行的。7.权利要求3所述的方法，其中步骤(a1)中，包含铋前体，钛前体，和硅前体的前体混合物经直接液体注射被加入汽化器。8.权利要求3所述的方法，其中步骤(a1)中使用的前体混合物中的铋前体，钛前体，和硅前体溶解于选自乙基环己烷，四氢呋喃，醋酸正丁酯，和丁腈的一种溶剂中。9.权利要求3所述的方法，其中步骤(a1)中的非氧化气氛是通过使用惰性气体生成。10.权利要求3所述的方法，其中在步骤(a1)中，铋前体是选自Bi(MMP)3{三(1-甲氧基-2-甲基-2-丙氧基)铋}，Bi(phen)3，其中“phen”表示苯基，和BiCl3中的至少一种；钛前体是选自Ti(MMP)4{四(1-甲氧基-2-甲基-2-propxy)钛}，TiO(tmhd)2，其中“tmhd”表示2，2，6，6-四甲基庚烷-3，5-二酮酸根，Ti(i-Opr)2(tmhd)2，其中“i-Opr”表示异丙基，Ti(dmpd)(tmhd)2，其中“dmpd”表示二甲基戊二醇，Ti(depd)(tmhd)2，其中，“depd”表示二乙基戊二醇，和TiCl4中的至少一种；以及硅前体是原硅酸四乙基酯，和SiCl4中的至少一种。11.权利要求3所述的方法，其中步骤(b1)中，被吸附到衬底表面的前体混合物被氧气，臭氧，或者水蒸气氧化。12.一种制备式(1)的具有烧绿石相的铋钛硅氧化物薄膜的方法Bi2(Ti2-xSix)O7-y...(1)其中x代表从0.8到1.3的数，y代表从-1到1的数，此方法包括(a2)在反应器中形成氧化气氛；和(b2)将包括铋前体，钛前体，和硅前体的前体混合物加入到反应器中，然后通过将前体混合物汽相沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹永真，闵约赛，朴永洙，李正贤，李俊冀，李容均，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：