本發(fā)明涉及鐵電薄膜器件及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，適用于各類鐵電薄膜電容，主要應(yīng)用于得到具備柔性特征的鐵電薄膜電容。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體工藝水平的發(fā)展，基于鐵電材料的柔性襯底器件的研制受到了越來越多的關(guān)注，其良好的物理和化學(xué)性能，使得柔性襯底器件具有非常廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的硅基材料具有機(jī)械脆性，難以承受較大形變，因此硅基材料器件在柔性應(yīng)用方面有其自身的局限性。

通常情況下的柔性器件是生長在有機(jī)襯底上的，其電學(xué)特性遠(yuǎn)沒有生長在無機(jī)襯底的器件理想。同時，考慮到有機(jī)柔性襯底器件的制作對設(shè)備和工藝的要求較高，需要大量的時間和資金的投入?；诖宋覀兲岢鲆环N更為便捷、經(jīng)濟(jì)地得到柔性鐵電薄膜電容的方法，能夠保證其電學(xué)性能不受影響。同時可在較大受力條件下發(fā)生形變，并保持原有的電學(xué)性能，具備柔性器件的特性。

本發(fā)明提供了一種可以便捷得到柔性鐵電薄膜電容的方法，且該方法簡便、快捷，也可應(yīng)用于其他小尺寸硅襯底器件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要達(dá)成的目的是提供一種安全可靠的方法，以生長在硅(Si)襯底上的鋯鈦酸鉛(PbZr_0.44Ti_0.56O₃,PZT)薄膜電容結(jié)構(gòu)Pt/PZT/Pt/SiO₂/Si為主要研究對象，通過對剛性硅襯底的研磨，在不破壞器件結(jié)構(gòu)和性能的情況下得到柔性PZT薄膜電容。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供如下解決方案：

一種生長在硅襯底上的鋯鈦酸鉛(PbZr_0.44Ti_0.56O₃,PZT)薄膜電容結(jié)構(gòu)特征包括：硅襯底1、外延緩沖二氧化硅層2、下電極3、PZT4、上電極5。下電極3和上電極5的材料為鉑。外延緩沖二氧化硅層2生長在硅襯底1上，下電極3生長在外延緩沖二氧化硅層2上，PZT4生長在下電極3上，上電極5生長在PZT4上。

先將上電極5和PZT4用工業(yè)蠟6保護(hù)起來，并利用工業(yè)蠟6的熱熔和冷凝使上電極5與小玻璃片7粘合到一起，進(jìn)而用金剛砂實現(xiàn)襯底的研磨。

利用上述結(jié)構(gòu)作為樣品進(jìn)行的一種非破壞性得到柔性鐵電薄膜電容的方法，該方法的步驟實施如下。

實施該方法的實驗器材包括：一種生長在硅襯底上的鋯鈦酸鉛(PbZr_0.44Ti_0.56O₃，PZT)薄膜電容結(jié)構(gòu)、金剛砂、工業(yè)蠟6、小玻璃片7、大玻璃板、螺旋測微計、刀片、鑷子、加熱平臺、化學(xué)試劑、鏡頭紙、小燒杯、彈簧鋼片?；瘜W(xué)試劑包括四氯化碳、三氯乙烯、丙酮、乙醇和去離子水；加熱平臺能夠使蠟融化。

步驟一：利用工業(yè)蠟6的熱熔和冷凝對PZT4頂部的上電極5進(jìn)行保護(hù)，同時將上電極5與小玻璃片7的一側(cè)進(jìn)行粘合。

步驟二：采用金剛砂對一種生長在硅襯底上的鋯鈦酸鉛薄膜電容結(jié)構(gòu)的硅襯底1進(jìn)行研磨，手握小玻璃片7并在硅襯底1上面“畫8字”，直至硅襯底1厚度減至100μm左右。

步驟三：再次對小玻璃片7加熱使工業(yè)蠟6融化，取下PZT4并放入墊有鏡頭紙的小燒杯中，利用化學(xué)試劑對其做最后的清洗。

考慮到樣品研磨前后需要進(jìn)行電學(xué)測量，且在研磨過程中需要與小玻璃片7保持較為緊密的粘合狀態(tài)，故采用工業(yè)蠟6這一相對穩(wěn)定的材料。

使用金剛砂較快地研磨好PZT的硅襯底1，同時金剛砂的主要成分為Al₂O₃，不會對樣品性能產(chǎn)生影響。

最后的化學(xué)試劑清洗能夠有效的去除附著在PZT4頂部、起保護(hù)作用的工業(yè)蠟6，以防止殘留工業(yè)蠟6對樣品的電學(xué)性能產(chǎn)生影響。剛性樣品：襯底厚度較厚，不具備柔性特性(即反復(fù)彎折后電學(xué)性能發(fā)生退化)的樣品。柔性樣品：經(jīng)過本方法得到的，襯底減薄后且具備柔性器件特性(即反復(fù)彎折后電學(xué)性能未發(fā)生退化)的樣品。

本方法在對生長在硅襯底上的PZT薄膜電容進(jìn)行研磨之前先用工業(yè)蠟對頂部電極進(jìn)行保護(hù)，使得襯底減薄過程中不會對樣品頂部的電極結(jié)構(gòu)造成損傷，同時利用金剛砂作為研磨材料能夠?qū)崿F(xiàn)在不影響樣品電學(xué)性能的情況下，安全、快速的完成襯底的減薄操作，從而得到柔性的PZT。

減薄后的PZT可以更好的實現(xiàn)反復(fù)的彎折，具備柔性器件的性質(zhì)，且電學(xué)性能未發(fā)生退化。且此方法簡便易實施，操作簡單、用途廣泛、價格低廉，可用于任何需要得到柔性鐵電薄膜電容的領(lǐng)域。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

圖1為一種生長在硅(Si)襯底上的鋯鈦酸鉛PZT薄膜電容結(jié)構(gòu)。

圖2為與玻璃片粘合后的剛性硅襯底的PZT結(jié)構(gòu)。

圖3為與玻璃片粘合的柔性(襯底研磨后)PZT結(jié)構(gòu)。

圖4為剛性和柔性PZT樣品的電滯回線對比。

圖5為柔性PZT在不同受力圈數(shù)條件下的電滯回線。

圖6為剛性硅襯底的PZT(襯底厚度約為500μm)在反復(fù)彎折5次(應(yīng)變0.186％)與55次(應(yīng)變0.186％)后測得的電滯回線對比。

圖中：1、硅襯底，2、外延緩沖層二氧化硅(SiO₂)層，3、下電極，4、PZT，5、上電極，6、工業(yè)蠟，7、玻璃片。

具體實施方式

一種剛性硅襯底的PZT結(jié)構(gòu)特征包括：硅襯底1、外延緩沖二氧化硅(SiO₂)層2、下電極3、PZT4、上電極5，如圖1。

研磨前預(yù)先對樣品的電滯回線進(jìn)行測量，為后續(xù)測量結(jié)果做對比，使用的儀器為鐵電性能測試儀，測試條件為：電壓40V，頻率1kHz，測試波形為三角波。

先對加熱平臺進(jìn)行升溫操作，將小玻璃片7放到加熱平臺上的同時將一小塊工業(yè)蠟6置于小玻璃片7的中心位置處，當(dāng)工業(yè)蠟6完全融化后(約80℃左右)用鑷子夾住樣品，此時樣品為剛性，同時硅襯底1面朝上，放置在小玻璃片7的中心，使其與工業(yè)蠟6充分接觸，如圖2。

而后取下小玻璃片7冷卻至常溫，待其完全冷卻后用刀片刮掉PZT4周圍多余的工業(yè)蠟6，記小玻璃片粘有PZT4的一面為正面。

取適量金剛砂放置在大玻璃板上，用螺旋測微計測量粘有PZT的小玻璃片7厚度并記下，將小玻璃片7正面朝下放置在鋪有金剛砂的大玻璃板上，按住小玻璃片7并在大玻璃板上“畫8字”。

時刻保持硅襯底1與大玻璃板之間有金剛砂，并重復(fù)上述操作，每隔10次左右用螺旋測微計對粘有PZT4的小玻璃片7厚度進(jìn)行測量，并與之前的測量結(jié)果相比較。

由于樣品的厚度約為500μm，通過研磨前后的差值得到硅襯底的研磨量，進(jìn)而得知硅襯底1剩余厚度。

當(dāng)其硅襯底1的厚度減薄到約100μm時停止研磨，用干凈的試紙擦掉小玻璃片7上的金剛砂，如圖3。

此時將得到的柔性PZT連同玻璃片再次放置到加熱平臺上加熱，直至工業(yè)蠟6融化，用鑷子取下研磨后的PZT。將鏡頭紙墊至燒杯底部，放入四氯化碳和PZT，煮沸2分鐘后取出PZT，而后依次用三氯乙烯、丙酮、乙醇試劑重復(fù)上述操作，最后用去離子水反復(fù)沖洗PZT至少20遍，以去除殘留化學(xué)試劑。

利用探針臺與鐵電性能測試儀對樣品進(jìn)行電滯回線的測量，由此來判斷研磨前后樣品的電學(xué)特性是否發(fā)生改變。并將測量結(jié)果進(jìn)行整合，如圖4。

為判定剛性和柔性PZT樣品在不同彎折幅度下電學(xué)性能的區(qū)別，將柔性PZT樣品粘合在30mmx8mmx0.5mm的彈簧鋼片上，通過施加外力使樣品產(chǎn)生大小分別為0.186％、0.223％、0.260％的彎曲應(yīng)變，每種應(yīng)變反復(fù)施加50次，并對樣品的電滯回線進(jìn)行測量。結(jié)果如圖5所示，樣品的極化值并未發(fā)生退化。

取一塊剛性硅襯底的PZT樣品，使其產(chǎn)生5次0.186％彎曲應(yīng)變與50次0.186％彎曲應(yīng)變，并對其電滯回線進(jìn)行測量。結(jié)果如圖6所示，在對樣品進(jìn)行50次的反復(fù)彎折后，其極化值退化了22.8％。

由此認(rèn)為得到的柔性PZT樣品的電學(xué)性能未發(fā)生退化，同時可以在受到百次反復(fù)彎折后保持其電學(xué)特性(電滯回線)不發(fā)生變化，相比于剛性硅襯底的PZT樣品更具備柔性特性。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅為用以說明本發(fā)明最佳實施例，而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，凡依本案的設(shè)計關(guān)鍵所做的等同變化，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。