一种定向金属电极单元及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种定向金属电极单元及其制备方法和应用，涉及半导体器件技术领域，包括：Si衬底，其上覆盖有非晶态SiO2层；缓冲层，覆盖在所述SiO2层上，包括Ta、Cr、TiN、TaN或MgO；种子层，覆盖在所述缓冲层上，包括A3BN，其中A＝Cu或Fe；B＝Pd或Pt；或Mn

【技术实现步骤摘要】
一种定向金属电极单元及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，尤其涉及一种定向金属电极单元及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在大多数半导体器件中，只考虑金属作为电极的导电性和稳定性，因此金属通常是无定形的。然而，由于非晶材料存在大量缺陷，在一些特定的器件中，如MRAM，以及其他单片外延自旋电子器件，需要具有高结晶度的金属电极。
[0003]半导体器件需要集成在硅电路上，如CMOS，以获得更广泛的应用。但CMOS的顶层通常是非晶SiO2钝化层，因此如何在非晶态SiO2层上获得结晶金属电极以获得更好的性能仍然是一个挑战。

技术实现思路

[0004]为了克服上述技术缺陷，本专利技术的目的在于提供一种定向金属电极单元及其制备方法和应用，旨在解决现有半导体器件在非晶态SiO2层上获得结晶金属电极性能不佳的问题。
[0005]本专利技术公开了一种定向金属电极单元，包括：
[0006]Si衬底，其上覆盖有非晶态SiO2层；
[0007]缓冲层，覆盖在所述SiO2层上，包括Ta、Cr、TiN、TaN、MgO或CrN；
[0008]种子层，覆盖在所述缓冲层上，包括A3BN，其中A＝Cu或Fe；B＝Pd或Pt；或Mn
x
N1‑
x
，其中0<x<1；
[0009]金属电极层，基于所述种子层上制备，具有(00l)晶向；
[0010]所述种子层和所述金属电极层具有相匹配的晶格常数。
[0011]优选地，所述Si衬底上布置有CMOS电路。
[0012]优选地，所述金属电极层包括Pd，Pt。
[0013]优选地，所述Si衬底和非晶态SiO2层厚度为1～5000nm。
[0014]优选地，所述非晶态SiO2层的粗糙度小于5nm。
[0015]优选地，所述缓冲层厚度为2～100nm；
[0016]所述种子层厚度为2～200nm；
[0017]所述金属电极层厚度为10～500nm。
[0018]本专利技术还提供一种定向金属电极单元的制备方法，用于制备上述任一项所述的定向金属电极，包括：在Si衬底上制备非晶态SiO2层；
[0019]在所述非晶态SiO2层上制备缓冲层，其中所述缓冲层包括Ta、Cr、TiN、TaN或MgO；
[0020]在所述缓冲层上制备种子层，其中，所述种子层包括A3BN或Mn
x
N1‑
x
，A＝Cu或Fe；B＝Pd或Pt；0<x<1；
[0021]在所述种子层上制备具有(00l)晶向的金属电极层。
[0022]优选地，所述缓冲层和所述种子层生长温度均低于450℃。
[0023]优选地，采用磁控溅射、原子层沉积、脉冲激光束沉积或分子束外延制备缓冲层、种子层。
[0024]本专利技术还提供一种定向金属电极单元的应用，所述定向金属电极单元为采用任一项制备方法制备的任一项所述的定向金属电极单元，作为结晶电极在电子器件中的应用，其中，所述电子器件包括自旋电子器件、存储器、磁性内存元件和铁电隧穿器件。
[0025]采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0026]本申请提供的一种定向金属电极单元及其制备方法和应用，形成包括衬底(Si或含CMOS的Si)、非晶态SiO2层、缓冲层、种子层和结晶金属电极层组成的定向金属电极单元，其中金属电极层以缓冲层和种子层为底层，溅射或沉积金属或氮化物、氧化物以形成缓冲层和种子层，金属电极将在(00l)的方向结晶，从而在非晶衬底上得到高结晶度金属电极，以作为结晶电极，形成自旋电子器件的一部分，如应用于自旋阀、隧道磁性器件、MRAM、SOT
‑
MRAM和铁电隧道器件等电子器件。
附图说明
[0027]图1为本专利技术所述一种定向金属电极单元及其制备方法和应用的实施例一的结构示意图；
[0028]图2为本专利技术所述一种定向金属电极单元及其制备方法和应用的实施例二中以某一衬底、缓冲层、种子层和金属电极层制备的金属电极单元的x射线衍射图；
[0029]图3为本专利技术所述一种定向金属电极单元及其制备方法和应用的实施例二中以另一衬底、缓冲层、种子层和金属电极层制备的金属电极单元的x射线衍射图；
[0030]图4为本专利技术所述一种定向金属电极单元及其制备方法和应用的实施例二中以另一衬底、缓冲层、种子层和金属电极层制备的金属电极单元的x射线衍射图；
[0031]图5为本专利技术所述一种定向金属电极单元及其制备方法和应用的实施例二中以另一衬底、缓冲层、种子层和金属电极层制备的金属电极单元的x射线衍射图；
[0032]图6为本专利技术所述一种定向金属电极单元及其制备方法和应用的实施例二中以另一衬底、缓冲层、种子层和金属电极层制备的金属电极单元的x射线衍射图；
[0033]图7为本专利技术所述一种定向金属电极单元及其制备方法和应用的实施例二中以另一衬底、缓冲层、种子层和金属电极层制备的金属电极单元的x射线衍射图；
[0034]图8为本专利技术所述一种定向金属电极单元及其制备方法和应用的实施例二的流程图。
具体实施方式
[0035]以下结合附图与具体实施例进一步阐述本专利技术的优点。
[0036]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0037]在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。
层厚度为1～5000nm；所述非晶态SiO2层的粗糙度小于5nm，即在衬底表面保持较小的粗糙度使得与其上的缓冲层连接更紧密。所述缓冲层厚度为2～100nm；所述种子层厚度为2～200nm；所述金属电极层厚度为10～500nm；缓冲层与种子层作为金属电极层的底层，相对金属电极层厚度较小，其使得形成具有特定晶向的金属电极层，同时实现定向金属电极单元的应用。
[0051]作为说明的，上述在Si衬底上形成的非晶态SiO2层可以通过热氧化、化学气相乘积(CVD、PECVD)或者也可以是自然氧化实现，上述缓冲层和种子层则可以通过溅射或沉积形成，具体的包括但不限于溅射、PLD、ALD或MBE沉积，最后基于上述缓冲层和种子层生长形成具有(00l)晶向的金属电极层以形成本实施方式中可用于形成磁隧道结(MTJ)或其他一些自旋电子器件(自旋电子器件包括但不限于场效应晶体管、存储器件、隧道结、磁电耦合器件、可切换光伏器件、自旋阀和铁电器件)的定向金属电极单元。
[0052]实施例二：本专利技术还提供一种定向金属电极的制备方法，用于制备上述实施例一中任一项所述的定向金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定向金属电极单元，其特征在于，包括：Si衬底，其上覆盖有非晶态SiO2层；缓冲层，覆盖在所述SiO2层上，包括Ta、Cr、TiN、TaN、MgO或CrN；种子层，覆盖在所述缓冲层上，包括A3BN，其中A＝Cu或Fe；B＝Pd或Pt；或Mn
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，其中0<x<1；金属电极层，基于所述种子层上制备，具有(00l)晶向；所述种子层和所述金属电极层具有相匹配的晶格常数。2.根据权利要求1所述的定向金属电极单元，其特征在于：所述Si衬底上布置有CMOS电路。3.根据权利要求1所述的定向金属电极单元，其特征在于：所述金属电极层包括Pd，Pt。4.根据权利要求1所述的定向金属电极单元，其特征在于：所述Si衬底和非晶态SiO2层厚度为1～5000nm。5.根据权利要求1所述的定向金属电极单元，其特征在于：所述非晶态SiO2层的粗糙度小于5nm。6.根据权利要求1所述的定向金属电极单元，其特征在于：所述缓冲层厚度为2～100nm；所述种子层厚度为2～200...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞凤至，孙旭东，安德烈，
申请(专利权)人：洛玛瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：