[發明專利]基于氧化鋁材料內嵌納米晶結構的鐵電薄膜制備方法

在審

• 申請號: 201811565502.3
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109712868A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 韓根全;彭悅;朱明璋;張春福;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/28;H01L21/285;H01L29/423;H01L29/51
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;張問芬

本發明公開了一種基于氧化鋁材料內嵌納米晶結構的鐵電薄膜制備方法，主要解決現有技術多晶的鐵電薄膜在厚度低于10nm時，其鐵電性能變差的問題。其實現方案為：1)對襯底進行標準清洗；2)將清洗后的襯底放置在升溫后的原子層沉積設備ALD主工藝腔的反應腔中；3)向反應腔通入三甲基鋁氣體，沉積氧化鋁原子層，并使用氬氣對反應腔進行凈化；5)在凈化后的反應腔中通入四(二甲氨基)鋯，在氧化鋁中內嵌氧化鋯納米晶，并使用氬氣對反應腔進行二次凈化；6)重復4)多次，直到將氧化鋁沉積到2?10nm的預定厚度，完成鐵電薄膜制備。本發明提高了鐵電薄膜厚度在低于10nm時的鐵電性能，可用于制作鐵電場效應晶體管。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，更進一步涉及一種鐵電薄膜制備方法，可用于制作鐵電場效應晶體管。

背景技術

隨著IT技術的不斷發展，對于非易失性存儲器的需求越來越大，讀寫速度要求越來越快，集成度要求越來越高。以氧化物鐵電薄膜為基礎的鐵電存儲器由于其具有本征揮發性、讀寫速度快、抗輻射能力強、功耗低、密度高等優良性能而受到人們的廣泛關注。目前，廣泛使用的鐵電薄膜是鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛等含鉛類鐵電薄膜，但是這類材料在制備和使用的過程中會給環境和人類健康帶來危害。而不含鉛的傳統鈣鈦礦類的鐵電氧化物薄膜因其厚度較厚，受現在高集成密度的集成工藝的制約，無法得到應用。因此，進一步開發不含鉛的、與環境友好的、與現有集成工藝兼容的鐵電薄膜新材料，已成為當前新材料研究的熱點之一。

2011年德國科學家T.S.等人發現非中心對稱的正交相氧化鉿或其摻雜系列材料具有鐵電性，后續也有大量的工作報道了這種氧化鉿摻雜的鐵電薄膜特性及其鐵電場效應晶體管，但是由于氧化鉿基鐵電薄膜的形成需要經歷結晶的過程，導致鐵電薄膜兩側出現較大漏電，而且多晶的鐵電柵介質層在厚度低于10nm時，其鐵電性能變差，從而導致氧化鉿基鐵電場效應晶體管難以正常穩定的工作。

原子層沉積設備ALD因其精確的厚度控制、優異的三維貼合性和均勻的大面積成膜特性，成為制備柵介質薄膜的首先方法。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已存在的鐵電氧化物薄膜材料存在的不足，提供一種基于氧化鋁材料內嵌納米晶結構的鐵電薄膜制備方法，以提高鐵電材料的性能，保證當鐵電柵介質層厚度低于10nm時鐵電場效應晶體管仍能正常穩定工作，提升器件的整體性能。

為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下：

(1)對襯底進行標準清洗；

(2)將原子層沉積設備ALD的主工藝腔中的反應腔升溫至300℃，將主工藝腔源瓶中的四(二甲氨基)鋯源升至70-80℃；

(3)將清洗后的襯底放置在原子層沉積設備ALD主工藝腔的反應腔中；

(4)向原子層沉積設備ALD的主工藝腔的反應腔通入流量范圍為40-70sccm的三甲基鋁氣體，沉積氧化鋁原子層，并使用氬氣對該主工藝腔的反應腔進行凈化；

(5)在凈化后的主工藝腔的反應腔中再通入流量范圍為40-70sccm的四(二甲氨基)鋯，在氧化鋁中內嵌氧化鋯納米晶，并使用氬氣對該主工藝腔的反應腔進行二次凈化；

(6)重復(4)多次，直到將氧化鋁沉積到2-10nm的預定厚度，完成氧化鋁材料內嵌納米晶鐵電薄膜制備。

作為優選，所述襯底，采用硅(100)單晶或鍺(001)單晶或硅鍺合金。

作為優選，所述向主工藝腔通入的氬氣，其流量為60sccm。

作為優選，所述向主工藝腔中的反應腔通入的四(二甲氨基)鋯，其含量低于0.1％。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：