[發(fā)明專利]一種面向鐵電存儲(chǔ)器應(yīng)用的ALD制備Hf0.5Zr0.5O2鐵電薄膜的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910452232.3
• 申請(qǐng)日: 2019-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN110165053A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸旭兵;王佳麗;王島
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 肇慶市華師大光電產(chǎn)業(yè)研究院
• 主分類號(hào): H01L49/02
• 分類號(hào): H01L49/02;H01L27/11507;C23C16/40;C23C16/455
• 代理公司: 廣州正明知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44572
• 代理人: 成姍

本發(fā)明公開了一種面向鐵電存儲(chǔ)器應(yīng)用的ALD制備Hf_0.5Zr_0.5O₂鐵電薄膜的方法，包括使用原子層沉積技術(shù)，將鉿源和鋯源分別作為反應(yīng)前驅(qū)體，臭氧或水作為氧源，腔體溫度是250~280℃，反應(yīng)前驅(qū)體加熱溫度是75~80℃，制備鐵電薄膜。本發(fā)明制備的鐵電薄膜，相比于傳統(tǒng)工藝得到的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電薄膜，更易與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造工藝兼容，集成性高，薄膜退火溫度低，退火速率高，退火時(shí)間短，鐵電層厚度尺寸小，經(jīng)過高退火速率熱處理工藝所得的薄膜，具有剩余極化強(qiáng)度大、介電常數(shù)大、漏電流小的優(yōu)異性能。本發(fā)明制備方法可重復(fù)性高，薄膜鐵電性均勻，有利于實(shí)現(xiàn)鐵電薄膜在信息存儲(chǔ)、集成電路等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于導(dǎo)電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向鐵電存儲(chǔ)器應(yīng)用的ALD制備Hf_0.5Zr_0.5O₂鐵電薄膜的方法。

背景技術(shù)

二氧化鉿薄膜是一種高介電常數(shù)（High-K）材料，具有寬的能帶間隙以及與 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor) 工藝具有較好的兼容性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于微電子器件中制備電介質(zhì)絕緣材料。近年來陸續(xù)有研究發(fā)現(xiàn)這種介電材料HfO₂摻雜不同元素后會(huì)產(chǎn)生鐵電性，可用來制備鉿基鐵電薄膜。而傳統(tǒng)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Pb(Zr,Ti)O₃ (PZT)、SrBi₂Ta₂O₉(SBT)等鐵電薄膜，受到薄膜尺寸效應(yīng)、結(jié)晶時(shí)熱處理導(dǎo)致鐵電性退化、帯隙窄、與Si的界面不匹配等因素限制了鐵電存儲(chǔ)器的發(fā)展，使得其長(zhǎng)期面臨高制造成本和低存儲(chǔ)密度的發(fā)展障礙。

目前較為成熟的鐵電薄膜的制備技術(shù)方法主要還是依賴于磁控濺射、溶膠凝膠、脈沖激光沉積等技術(shù)。這些技術(shù)制備薄膜的過程比較復(fù)雜，對(duì)于薄膜的厚度控制不夠精確，而且對(duì)于襯底的尺寸有所限制，制備成本比較高，不適合大規(guī)模制備薄膜材料，薄膜的均勻性欠佳，介電性能不理想。傳統(tǒng)的鐵電材料需要一定厚度才具有鐵電性，而且需要高溫退火，熱損耗較大，這樣制作出來的器件尺寸大，不符合器件微小化的趨勢(shì)，采用原子層沉積（ALD）技術(shù)制備鐵電薄膜，可以精確控制薄膜的厚度，大面積生長(zhǎng)薄膜，襯底的形狀不受限制。

而鉿基鐵電材料是鐵電材料和半導(dǎo)體工藝結(jié)合的一個(gè)趨勢(shì)化選擇，為實(shí)現(xiàn)鐵電器件的微小化提供可能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供了一種面向鐵電存儲(chǔ)器應(yīng)用的ALD制備Hf_0.5Zr_0.5O₂鐵電薄膜的方法。本發(fā)明基于摻雜鋯元素的二氧化鉿基鐵電薄膜鐵電相的誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變研究，通過ALD（原子層沉積）技術(shù)和高退火速率熱處理工藝，在較低退火溫度和短退火時(shí)間內(nèi)得到性能優(yōu)良的鉿鋯氧鐵電薄膜。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種面向鐵電存儲(chǔ)器應(yīng)用的ALD制備Hf_0.5Zr_0.5O₂鐵電薄膜的方法，包括使用原子層沉積技術(shù)，使用鉿源和鋯源作為反應(yīng)前驅(qū)體，臭氧或水作為氧源，腔體溫度是250~280℃，反應(yīng)前驅(qū)體加熱溫度為75~80 ℃，Hf：Zr的摩爾比為0.2~0.8：02~0.8 ，制備鐵電薄膜，鐵電薄膜的分子式為Hf_xZr_1-xO₂，其中，0＜x＜1。

首先以ALD生長(zhǎng)鐵電薄膜，可以在超凈間一體化實(shí)現(xiàn)工藝的對(duì)接，同時(shí)ALD生長(zhǎng)的薄膜，能夠具有較好的致密性和均勻性，成分均勻。

在真空環(huán)境ALD腔體內(nèi)制備薄膜，此方法具有使用簡(jiǎn)便、膜厚易于控制等特點(diǎn)，而且可以通過ALD的循環(huán)周期來控制薄膜的最終厚度。