[發明專利]一種通過等離子體技術增強氧化鉿(HfO2

在審

• 申請號: 202011325193.X
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112447508A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 燕少安;龔俊;羅鵬宏;唐明華;鄭學軍
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種通過等離子體技術增強氧化鉿(HfO₂)基鐵電薄膜鐵電性能的方法，具體方法步驟包括：預先對襯底進行等離子體清洗；配制HfO₂基鐵電薄膜的前驅體溶液；在所述襯底上沉積HfO₂基鐵電薄膜；對所述HfO₂基鐵電薄膜進行退火處理；對所述HfO₂基鐵電薄膜進行等離子體處理；在所述HfO₂基鐵電薄膜上沉積頂電極。本發明通過等離子技術改善襯底與HfO₂基鐵電薄膜界面的質量、降低HfO₂基鐵電薄膜中的氧空位濃度，從而顯著提高HfO₂基鐵電薄膜材料的極化強度。本發明公開的工藝方法具有低成本、高重復性、效果顯著等優點。

技術領域

本公開涉及新型鐵電薄膜材料制備的工藝方法，具體涉及一種制備超大極化的氧化鉿(HfO₂)基鐵電薄膜材料的工藝方法。

背景技術

自20世紀80年代以來，電子元器件逐漸向微型化和高度集成化的方向發展，得益于薄膜制備技術的不斷提升，鐵電薄膜材料由于其獨特的極化特性成為了一類重要的功能薄膜材料，是目前信息科學技術研究的前沿和熱點之一。近幾年來，眾多研究發現在退火結晶或摻雜狀態下HfO₂薄膜可形成非中心對稱結構的亞穩態正交相(即鐵電相)，從而具有優異的鐵電性能。相比于傳統鈣鈦礦結構鐵電薄膜，HfO₂基鐵電薄膜工藝兼容度高、可微縮性好、操作電壓低、極化強度適中，而且還具備極高的抗輻照能力，是一種極為理想的新型鐵電薄膜材料，可以應用于非揮發性鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)、鐵電場效應晶體管(FeFET)和負電容場效應晶體管(NCFET)等重要的信息器件中。

極化性能是鐵電薄膜材料重要的性能指標之一。HfO₂基鐵電薄膜材料極化性能調控目前已報到的方法為摻雜法、退火結晶法、電極調控法等，然而這些工藝方法在穩定HfO₂基鐵電薄膜鐵電相的同時，都不可避免地引入了大量的氧空位，從而造成HfO₂基鐵電薄膜的漏電流增大、剩余極化減小，限制了HfO₂基鐵電薄膜材料在新型信息器件中的低功耗及高可靠性應用(Journal ofApplied Physics,2015,118,072006(1-9))。

發明內容

為解決上述氧空位降低HfO₂基鐵電薄膜材料極化性能的問題，本發明提供了一種通過等離子體技術增強HfO₂基鐵電薄膜鐵電性能的方法，具體方法步驟包括：

S1、預先對襯底進行等離子體清洗；

S2、配制HfO₂基鐵電薄膜的前驅體溶液；

S3、在所述襯底上沉積HfO₂基鐵電薄膜；

S4、對所述HfO₂基鐵電薄膜進行退火處理；

S5、對所述HfO₂基鐵電薄膜進行等離子體處理；

S6、在所述HfO₂基鐵電薄膜上沉積頂電極。

在步驟S1中，所述襯底為鍍鉑的氧化硅片，所述等離體子的氣體源選用氧氣。

在步驟S1中，所述等離子體清洗的參數為：射頻電源1的功率為13～16W、持續時間為300～400s，射頻電源2功率為8～12W、持續時間為301～401s，腔體壓強為6×10^-3～8×10^-3Pa，氧氣的氣體流量為40～60sccm。

在步驟S2中，所述前驅體溶液為摻雜的HfO₂基溶液，對所述HfO₂基溶液用9mol％鑭源進行摻雜。