一种通过等离子体技术增强氧化铪(HfO2)基铁电薄膜铁电性能的方法

摘要

本发明公开了一种通过等离子体技术增强氧化铪(HfO2)基铁电薄膜铁电性能的方法，具体方法步骤包括：预先对衬底进行等离子体清洗；配制HfO2基铁电薄膜的前驱体溶液；在所述衬底上沉积HfO2基铁电薄膜；对所述HfO2基铁电薄膜进行退火处理；对所述HfO2基铁电薄膜进行等离子体处理；在所述HfO2基铁电薄膜上沉积顶电极。本发明通过等离子技术改善衬底与HfO2基铁电薄膜界面的质量、降低HfO2基铁电薄膜中的氧空位浓度，从而显著提高HfO2基铁电薄膜材料的极化强度。本发明公开的工艺方法具有低成本、高重复性、效果显著等优点。

说明书

技术领域

本公开涉及新型铁电薄膜材料制备的工艺方法，具体涉及一种制备超大极化的氧化铪(HfO

背景技术

自20世纪80年代以来，电子元器件逐渐向微型化和高度集成化的方向发展，得益于薄膜制备技术的不断提升，铁电薄膜材料由于其独特的极化特性成为了一类重要的功能薄膜材料，是目前信息科学技术研究的前沿和热点之一。近几年来，众多研究发现在退火结晶或掺杂状态下HfO

极化性能是铁电薄膜材料重要的性能指标之一。HfO

发明内容

为解决上述氧空位降低HfO

S1、预先对衬底进行等离子体清洗；

S2、配制HfO

S3、在所述衬底上沉积HfO

S4、对所述HfO

S5、对所述HfO

S6、在所述HfO

在步骤S1中，所述衬底为镀铂的氧化硅片，所述等离体子的气体源选用氧气。

在步骤S1中，所述等离子体清洗的参数为：射频电源1的功率为13～16W、持续时间为300～400s，射频电源2功率为8～12W、持续时间为301～401s，腔体压强为6×10

在步骤S2中，所述前驱体溶液为掺杂的HfO

在步骤S3中，沉积所述HfO

上述方案中，所述HfO

在步骤S4中，所述退火处理的工艺步骤为：在氮气保护气氛下以3～6℃/min的升温速率加热到120～150℃、以1～5℃/min的升温速率加热到240～280℃、以1～3℃/min的升温速率加热到350～400℃、以8～12℃/min的升温速率加热到430～460℃，各节点保温3～7min，最后再以6～10℃/min的升温速率加热到720～800℃、保温0.5～3min，最后随炉冷却至室温。

在步骤S5中，所述等离体子的气体源选用氧气，所述等离子体处理的参数为：射频电源1的功率为10～20W、持续时间为8～15s，射频电源2的功率为5～15W、持续时间为9～16s，腔体压强为6×10

在步骤S6中，所述沉积顶电极为铂材料，所使用的仪器为离子溅射仪，具体工艺参数为：真空度为4～6Pa、溅射电流为7～10mA,以110s为周期共沉积四个周期，厚度为10～20nm。

与其他制备及改性手段相比，本发明的有益效果是：过等离子技术改善衬底与HfO

附图说明

图1为本发明所提出的工艺流程图。

图2为实施中的工艺流程中退火处理的流程图。

图3为本发明所提出的HfO

图4为实施中的HfO

图5为实施中的HfO

图6为实施中的HfO

具体实施方法

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参考图1，在步骤S1中，选用镀铂的氧化硅片作为衬底，通过氧等离子体对衬底进行清洗，清洗的工艺参数为：射频电源1的功率为15W、持续时间为361s，射频电源2功率为10W、持续时间为360s，腔体压强为8×10

参考图1，在步骤S2中，HfO

参考图1，在步骤S3中，将HfO

参考图1，在步骤S4中，机械旋涂后立即将衬底取出并置于退火炉中退火。退火处理的工艺流程如图2所示，即：在氮气保护气氛下以5℃/min的升温速率加热到120℃、以3℃/min的升温速率加热到250℃、以2℃/min的升温速率加热到380℃、以10℃/min的升温速率加热到450℃，各节点保温5min，最后再以8℃/min的升温速率加热到750℃、保温1min，最后随炉冷却至室温。

参考图1，在步骤S5中，退火完成后立即对HfO

参考图1，在步骤S6中，选取直径200μm、间距100μm的圆形通孔点阵掩膜版，通过离子溅射仪制备铂顶电极，具体工艺参数为：真空度4Pa、溅射电流10mA，以110s为周期共沉积四个周期。溅射完成后沉积的顶电极厚度为10nm到20nm之间。

参考图3，通过本发明工艺方法所制备的HfO

参考图4，AFM探针扫描范围为10μm×10μm，采用轻敲模式。经过计算得到所制备的HfO

参考图5，所制备的HfO

参考图6，通过铁电分析仪测试极化特性，表明本发明工艺方法所制备的HfO

本领域的普通技术人员将会意识到，本发明方法并不限于上述实施例，上述实施例仅仅是为了说清楚本发明方法而作的举例。在不脱离本发明方法主旨的情况下，由本发明方法所属领域的技术人员做出的其它各种具体变形和组合，仍然在本发明方法的保护范围内。