[發(fā)明專利]一種PEALD低溫制備鐵電薄膜的方法及鐵電薄膜

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811002707.0
• 申請(qǐng)日: 2018-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109055916B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖敏;游朋先;鄭帥至;彭強(qiáng)祥;尹路;周益春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C16/455
• 分類號(hào): C23C16/455;C23C16/50;C23C16/40
• 代理公司: 11489 北京中政聯(lián)科專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 陳超

一種鐵電薄膜的制備方法，屬于鐵電薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，包括：S1：用襯底材料制備襯底；S2：在第一預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)，采用等離子增強(qiáng)原子層沉積方法對(duì)所述襯底進(jìn)行處理，得到預(yù)定厚度的鐵電薄膜。通過(guò)該方法制備的鐵電薄膜，在制備過(guò)程中與硅襯底材料的兼容性高，而且制備的鐵電薄膜其應(yīng)用時(shí)的鐵電性能具有較高的自發(fā)極化、剩余極化值大、抗疲勞性高、保持時(shí)間長(zhǎng)等特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于鐵電薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PEALD低溫制備鐵電薄膜的方法及鐵電薄膜。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)介紹

關(guān)于對(duì)傳統(tǒng)材料(如PZT、BTO等)的鐵電薄膜已經(jīng)在鐵電薄膜的制備以及與鐵電薄膜相關(guān)的器件制備技術(shù)領(lǐng)域研究多年并發(fā)展的較為成熟以及其相關(guān)技術(shù)也較為成熟。例如現(xiàn)擁有技術(shù)中多采用傳統(tǒng)鐵電薄膜制備的鐵電存取器，這種技術(shù)被應(yīng)用于商業(yè)化制造，且廣泛應(yīng)用于軍事、航天工業(yè)中。然而，傳統(tǒng)鐵電材料也出現(xiàn)了如對(duì)環(huán)境污染較大(含鉛)、漏電流較大、與硅工藝兼容性差等問(wèn)題，阻礙了其進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)此，現(xiàn)有技術(shù)中提出在制備鐵電薄膜過(guò)程中摻雜金屬元素，以提高鐵電薄膜的性能，客服上述問(wèn)題。但目前現(xiàn)有技術(shù)中，常見(jiàn)的鐵電薄膜制備方法主要有：1)溶膠-凝膠法(sol-gel)，該方法的成本較低，但在制備過(guò)程中只能在分子水平控制摻雜，影響薄膜厚度精度，因此難以控制薄膜質(zhì)量；2)PLD法，即脈沖激光沉積方法，該方法具有生長(zhǎng)參數(shù)獨(dú)立可調(diào)、可精確控制化學(xué)計(jì)量比，易于實(shí)現(xiàn)超薄薄膜的生長(zhǎng)和多層膜的制備，生長(zhǎng)的薄膜結(jié)晶性能很好，膜的平整度很高，能夠批量生長(zhǎng)。但是由于等離子體管中的微粒、氣態(tài)原子和分子沉積在薄膜上會(huì)降低薄膜質(zhì)量，所以比較難以進(jìn)一步提高薄膜的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

(一)發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是提供一種PEALD低溫制備鐵電薄膜的方法，先對(duì)襯底材料進(jìn)行清洗，對(duì)清洗后的襯底材料在一定的溫度條件下采用等離子增強(qiáng)原子層沉積方法進(jìn)行處理，得到一種納米級(jí)別厚度的鐵電薄膜。通過(guò)該方法制備的鐵電薄膜，在制備過(guò)程中與硅襯底材料的兼容性高，而且制備的鐵電薄膜其應(yīng)用時(shí)的鐵電性能具有較高的自發(fā)極化、剩余極化值大、抗疲勞性高、保持時(shí)間長(zhǎng)等特性。

(二)技術(shù)方案

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的第一方面提供了一種PEALD低溫制備鐵電薄膜的方法，包括：

S1：用襯底材料制備襯底。

S2：在第一預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)，采用等離子增強(qiáng)原子層沉積方法對(duì)所述襯底進(jìn)行處理，得到預(yù)定厚度的鐵電薄膜。

進(jìn)一步的，所述襯底材料采用p型中阻Si(100)。

進(jìn)一步的，所述步驟S1具體包括：

S11：將襯底材料放入溫度為120℃的SPM溶液中保溫8-15分鐘。

S12：再轉(zhuǎn)移至溫度為80℃的sc-2溶液中保溫9-12分鐘。

S13：放入氫氟酸溶液中浸泡25-40秒，得到襯底。

進(jìn)一步的，所述步驟S2具體包括：

S21：向反應(yīng)腔室中通入載氣，通入載氣的同時(shí)將反應(yīng)腔室溫度升高至220-330℃，并保持恒溫，且控制壓強(qiáng)范圍為150-185mtorr。

S22：將至少兩種金屬源前驅(qū)體和/或氧源前驅(qū)體按預(yù)定順序?qū)λ鲆r底分別進(jìn)行脈沖疊層，并在每?jī)纱蚊}沖疊層之間進(jìn)行一次載氣吹掃，得到鐵電薄膜預(yù)成型品。

S23：對(duì)所述鐵電薄膜預(yù)成型品在第二預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)退火第一預(yù)定時(shí)長(zhǎng)，得到所述20-30納米厚的鐵電薄膜。

進(jìn)一步的，所述步驟S22具體包括：

S221：在150-185mtorr壓強(qiáng)下通入所述金屬源前驅(qū)體脈沖疊層1-15秒。