[發(fā)明專利]一種利用PLD制備Al摻雜Hf0.5

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010190579.8
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN111370576B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱宇;朱俊
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H10N97/00
• 分類號(hào): H10N97/00
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 張冉

本發(fā)明公開了一種利用PLD制備Al摻雜Hfsubgt;0.5/subgt;Zrsubgt;0.5/subgt;Osubgt;2/subgt;鐵電薄膜電容器的方法，屬于導(dǎo)電材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法通過使用脈沖激光沉積方法沉積薄膜，控制激光能量密度、襯底溫度、氧分壓、沉積時(shí)間等研究Al摻雜Hfsubgt;0.5/subgt;Zrsubgt;0.5/subgt;Osubgt;2/subgt;鐵電薄膜的生長工藝與特性，并最終得到TiN/Al?Hfsubgt;0.5/subgt;Zrsubgt;0.5/subgt;Osubgt;2/subgt;/TiN/Pt/Ti/SiOsubgt;2/subgt;/Si的MIM結(jié)構(gòu)電容器。本發(fā)明制備的鐵電薄膜，與現(xiàn)有技術(shù)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電薄膜相比，具有與CMOS器件的兼容性好、可集成性高、鐵電層厚度尺寸小、熱穩(wěn)定性好和化學(xué)穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，經(jīng)過高溫快速退火處理工藝后的薄膜，具有介電常數(shù)大、剩余極化強(qiáng)度大、漏電流小的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于導(dǎo)電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用PLD制備Al摻雜Hf_0.5Zr_0.5O₂鐵電薄膜電容器的方法。

背景技術(shù)

過渡金屬氧化物HfO₂和ZrO₂因其高的介電常數(shù)和寬的能帶間隙以及與CMOS器件工藝具有較好的兼容性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于微電子器件中制備場效應(yīng)管柵介質(zhì)層。近年來，陸續(xù)有研究人員發(fā)現(xiàn)HfO₂薄膜在不同元素?fù)诫s的情況下會(huì)出現(xiàn)顯著的并且室溫下穩(wěn)定的鐵電性，例如Si、Y、Al、Ga、Zr、Gd、Sr和La。在鐵電存儲(chǔ)器應(yīng)用方面，HfO₂基摻雜薄膜由于其高的介電常數(shù)只需10nm左右就能保證器件的非易失性，而傳統(tǒng)的鈣鈦礦型鐵電薄膜例如SrBi₂Ta₂O₉(SBT)、(Zr,Ti)O₃(PZT)薄膜的薄膜厚度至少要大于100nm才能保證其非易失性，HfO₂基摻雜薄膜的發(fā)展與應(yīng)用，有利于器件的微型化和電路的集成度的提高，也為未來開發(fā)三維器件提供了條件。

研究發(fā)現(xiàn)，鋯元素大范圍摻雜HfO₂得到的Hf_xZr_1-xO₂薄膜，鋯元素在Hf_xZr_1-xO₂薄膜中的占比在50％附近都具有比較明顯的鐵電性，尤其是n(Hf):n(Zr)＝1:1時(shí)，n為原子比，鐵電性最為明顯，也就是Hf_0.5Zr_0.5O₂薄膜。在Hf_0.5Zr_0.5O₂薄膜中摻雜Al可以增加鐵電性的耐久力，保留損失更強(qiáng)，提高能量存儲(chǔ)密度和效率，并且在一定濃度時(shí)將誘導(dǎo)出類似AFE的特性，將名義上的鐵電Hf_0.5Zr_0.5O₂薄膜材料轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂忻黠@反鐵電特性的材料，反鐵電薄膜的儲(chǔ)能密度比鐵電薄膜高，所以可以用來制造具有高效率和儲(chǔ)能密度的Hf基超級(jí)電容器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種利用PLD制備Al摻雜Hf_0.5Zr_0.5O₂鐵電薄膜電容器的方法。本發(fā)明所述方法基于摻雜鋁元素與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PLD(脈沖激光沉積)技術(shù)和快速退火(RTA)熱處理工藝，在較低退火溫度和較短的退火時(shí)間內(nèi)得到性能優(yōu)良的Al摻雜的Hf_0.5Zr_0.5O₂鐵電薄膜。

本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的：

一種利用PLD制備Al摻雜Hf_0.5Zr_0.5O₂鐵電薄膜電容器的方法，包括以下步驟：

步驟1.襯底處理