[發明專利]一種鐵電半導體器件的制備方法

在審

• 申請號: 202210189814.9
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114628234A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 羅慶;王淵;姜鵬飛;劉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/336;H01L49/02;C23C14/08;C23C14/34;C23C14/58
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 馬苗苗

本發明公開了一種鐵電半導體器件的制備方法，應用于微電子技術領域，該方法包括:提供半導體基材；采用預先制備的HfZrO₄靶材，通過濺射工藝在半導體基材的上方形成HZO基鐵電薄膜層。通過本發明至少在一定程度上解決了現有技術中鐵電半導體器件的生產效率低、鐵電性能較差、漏電大的技術問題。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，尤其涉及一種鐵電半導體器件的制備方法。

背景技術

作為傳統非易失性存儲器的典型代表，閃存器件正面臨其發展瓶頸。一方面，不斷縮小的器件尺寸使得制造成本越來越高；另一方面，尺寸縮小帶來的一系列可靠性問題，使得閃存器件難以繼續沿摩爾定律向前發展。其中，HfO₂基鐵電存儲器因為具有高速、低功耗、結構簡單易集成、與現有CMOS工藝兼容性好等一系列優點，成為后摩爾時代新型非易失性存儲器的熱門候選之一。

然而，現有的生長HfO₂基鐵電薄膜的技術主要通過ALD(atomic layerdeposition，單原子層沉積)的方式實現，這種生長方式生產效率低，同時在生長過程中容易引入C和H等雜質，導致形成鐵電半導體器件的鐵電性能較差、漏電大。

發明內容

本發明實施例通過提供一種鐵電半導體器件的制備方法，至少在一定程度上解決了現有技術中鐵電半導體器件的生產效率低、鐵電性能較差、漏電大的技術問題。

本發明實施例提供了一種鐵電半導體器件的制備方法，包括:根據需要制備的HZO基鐵電薄膜層的原子配比，預先制備HfZrO₄靶材；提供半導體基材；采用所述HfZrO₄靶材，通過濺射工藝在所述半導體基材上沉積HZO基鐵電薄膜層。

可選地，所述預先制備HfZrO₄靶材，包括：根據所述HZO基鐵電薄膜層中Hf原子、Zr原子以及O原子的配比，預先制備純度在99％以上的HfZrO₄靶材。

可選地，通過濺射工藝在所述半導體基材上沉積的HZO基鐵電薄膜層的厚度為3～70nm。

可選地，如果所述鐵電半導體器件為HZO基鐵電存儲器，則在所述通過濺射工藝在所述半導體基材上沉積HZO基鐵電薄膜層的步驟中，所述濺射工藝所用的濺射功率為10W～200W；如果所述鐵電半導體器件為HZO基鐵電場效應晶體管，則在所述通過濺射工藝在所述半導體基材上沉積HZO基鐵電薄膜層的步驟中，所述濺射工藝所用的濺射功率為20W～200W。

可選地，在通入第一混合氣氛的真空條件下，進行通過濺射工藝在所述半導體基材上沉積HZO基鐵電薄膜層的過程，其中，所述第一混合氣氛中的氬氣流量為10～50sccm、氧氣流量為0～10sccm以及氮氣流量為0～10sccm。

可選地，在通過濺射工藝在所述半導體基材上沉積HZO基鐵電薄膜層的過程中，控制所述半導體基材的轉速在3～10rpm范圍內。

可選地，所述鐵電半導體器件為HZO基鐵電存儲器，所述提供半導體基材的步驟，包括：提供第一襯底；在所述第一襯底之上形成第一電極，獲得所述半導體基材，或者在所述第一襯底之上依次形成第一電極和第一介電層，以獲得所述半導體基材。

可選地，在所述通過濺射工藝在所述半導體基材上沉積HZO基鐵電薄膜層之后，還包括：在所述HZO基鐵電薄膜層之上形成第二電極之后，執行熱退火工藝，或者在所述HZO基鐵電薄膜層之上依次形成第二介電層和第二電極之后，執行熱退火工藝；其中，所述熱退火工藝的溫度在400℃～700℃范圍內。

可選地，所述鐵電半導體器件為HZO基鐵電場效應晶體管，所述提供半導體基材的步驟，包括：提供第二襯底；在所述第二襯底中形成源極和漏極；在所述第二襯底的上方形成柵極介電層，以形成所述半導體基材，其中，所述柵極介電層位于所述源極和漏極之間的間隙區域。