一种定向金属电极单元及其制备方法和应用与流程

本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种定向金属电极单元及其制备方法和应用。

背景技术：

1、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。

2、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

1、为了克服上述技术缺陷，本发明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。

2、本发明公开了一种定向金属电极单元，包括：

3、si衬底，其上覆盖有非晶态sio2层；

4、缓冲层，覆盖在所述sio2层上，包括ta、cr、tin、tan、mgo或crn；

5、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mnxn1-x，其中0<x<1；

6、金属电极层，基于所述种子层上制备，具有(00l)晶向；

7、所述种子层和所述金属电极层具有相匹配的晶格常数。

8、优选地，所述si衬底上布置有cmos电路。

9、优选地，所述金属电极层包括pd，pt。

10、优选地，所述si衬底和非晶态sio2层厚度为1～5000nm。

11、优选地，所述非晶态sio2层的粗糙度小于5nm。

12、优选地，所述缓冲层厚度为2～100nm；

13、所述种子层厚度为2～200nm；

14、所述金属电极层厚度为10～500nm。

15、本发明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；

16、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；

17、在所述缓冲层上制备种子层，其中，所述种子层包括a3bn或mnxn1-x，a＝cu或fe；b＝pd或pt；0<x<1；

18、在所述种子层上制备具有(00l)晶向的金属电极层。

19、优选地，所述缓冲层和所述种子层生长温度均低于450℃。

20、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。

21、本发明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。

22、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：

23、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。

技术特征：

1.一种定向金属电极单元，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的定向金属电极单元，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的定向金属电极单元，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的定向金属电极单元，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的定向金属电极单元，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的定向金属电极单元，其特征在于：

7.一种定向金属电极单元的制备方法，其特征在于，用于制备上述权利要求1-6中任一项所述的定向金属电极，包括：

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

10.一种定向金属电极单元的应用，其特征在于：

技术总结
本发明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SiO<subgt;2</subgt;层；缓冲层，覆盖在所述SiO<subgt;2</subgt;层上，包括Ta、Cr、TiN、TaN或MgO；种子层，覆盖在所述缓冲层上，包括A<subgt;3</subgt;BN，其中A＝Cu或Fe；B＝Pd或Pt；或Mn<subgt;x</subgt;N<subgt;1‑x</subgt;，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；所述缓冲层、种子层以及所述金属电极层具有一致的晶格常数，解决现有半导体器件在非晶态SiO<subgt;2</subgt;层上获得结晶金属电极性能不佳的问题。

技术研发人员：俞凤至,孙旭东,安德烈·保罗·米哈伊,邹斌,简·泽曼
受保护的技术使用者：洛玛瑞芯片技术常州有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15