一种铁电半导体器件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铁电半导体器件的制备方法，应用于微电子技术领域，该方法包括:提供半导体基材；采用预先制备的HfZrO4靶材，通过溅射工艺在半导体基材的上方形成HZO基铁电薄膜层。通过本发明专利技术至少在一定程度上解决了现有技术中铁电半导体器件的生产效率低、铁电性能较差、漏电大的技术问题。漏电大的技术问题。漏电大的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铁电半导体器件的制备方法


[0001]本专利技术属于微电子
，尤其涉及一种铁电半导体器件的制备方法。

技术介绍

[0002]作为传统非易失性存储器的典型代表，闪存器件正面临其发展瓶颈。一方面，不断缩小的器件尺寸使得制造成本越来越高；另一方面，尺寸缩小带来的一系列可靠性问题，使得闪存器件难以继续沿摩尔定律向前发展。其中，HfO2基铁电存储器因为具有高速、低功耗、结构简单易集成、与现有CMOS工艺兼容性好等一系列优点，成为后摩尔时代新型非易失性存储器的热门候选之一。
[0003]然而，现有的生长HfO2基铁电薄膜的技术主要通过ALD(atomic layer deposition，单原子层沉积)的方式实现，这种生长方式生产效率低，同时在生长过程中容易引入C和H等杂质，导致形成铁电半导体器件的铁电性能较差、漏电大。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例通过提供一种铁电半导体器件的制备方法，至少在一定程度上解决了现有技术中铁电半导体器件的生产效率低、铁电性能较差、漏电大的技术问题。
[0005]本专利技术实施例提供了一种铁电半导体器件的制备方法，包括:根据需要制备的HZO基铁电薄膜层的原子配比，预先制备HfZrO4靶材；提供半导体基材；采用所述HfZrO4靶材，通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积HZO基铁电薄膜层。
[0006]可选地，所述预先制备HfZrO4靶材，包括：根据所述HZO基铁电薄膜层中Hf原子、Zr原子以及O原子的配比，预先制备纯度在99％以上的HfZrO4靶材。
[0007]可选地，通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积的HZO基铁电薄膜层的厚度为3～70nm。
[0008]可选地，如果所述铁电半导体器件为HZO基铁电存储器，则在所述通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积HZO基铁电薄膜层的步骤中，所述溅射工艺所用的溅射功率为10W～200W；如果所述铁电半导体器件为HZO基铁电场效应晶体管，则在所述通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积HZO基铁电薄膜层的步骤中，所述溅射工艺所用的溅射功率为20W～200W。
[0009]可选地，在通入第一混合气氛的真空条件下，进行通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积HZO基铁电薄膜层的过程，其中，所述第一混合气氛中的氩气流量为10～50sccm、氧气流量为0～10sccm以及氮气流量为0～10sccm。
[0010]可选地，在通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积HZO基铁电薄膜层的过程中，控制所述半导体基材的转速在3～10rpm范围内。
[0011]可选地，所述铁电半导体器件为HZO基铁电存储器，所述提供半导体基材的步骤，包括：提供第一衬底；在所述第一衬底之上形成第一电极，获得所述半导体基材，或者在所述第一衬底之上依次形成第一电极和第一介电层，以获得所述半导体基材。
[0012]可选地，在所述通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积HZO基铁电薄膜层之后，还包括：在所述HZO基铁电薄膜层之上形成第二电极之后，执行热退火工艺，或者在所述HZO基铁电薄膜层之上依次形成第二介电层和第二电极之后，执行热退火工艺；其中，所述热退火工艺的温度在400℃～700℃范围内。
[0013]可选地，所述铁电半导体器件为HZO基铁电场效应晶体管，所述提供半导体基材的步骤，包括：提供第二衬底；在所述第二衬底中形成源极和漏极；在所述第二衬底的上方形成栅极介电层，以形成所述半导体基材，其中，所述栅极介电层位于所述源极和漏极之间的间隙区域。
[0014]可选地，在所述通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积HZO基铁电薄膜层之后，还包括：在所述HZO基铁电薄膜层之上形成栅电极后，执行热退火工艺，其中，所述热退火工艺的温度在400℃～700℃范围内。
[0015]本专利技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本专利技术实施例，由于根据需要制备的HZO基铁电薄膜层的原子配比预先制备HfZrO4靶材，再利用预先制备好的HfZrO4靶材，通过溅射工艺在半导体基材上制备铁电半导体器件的HZO基铁电薄膜层，使得形成的HZO基铁电薄膜层中的原子配比是预先就配比好的，而不是通过工艺过程来控制原子配比，因此形成的HZO基铁电薄膜层中原子配比更加精准，且由于不需要ALD方式沉积，因此不会引入其他杂质。进而，所形成的HZO基铁电薄膜层具有优异的铁电性能、漏电小，进而提高了铁电半导体器件的可靠性。
[0016]且由于不再需要ALD方式沉积HZO基铁电薄膜层，因此，提高了铁电半导体器件的生产效率。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术实施例中铁电半导体器件的制备方法流程图；
[0019]图2～图5为本专利技术实施例中铁电存储器不同制备工艺的示意图；
[0020]图6为本专利技术实施例中铁电场效应晶体管的制备工艺示意图；
[0021]图7为本专利技术实施例中HZO基铁电存储器的极化回滞曲线。
具体实施方式
[0022]本专利技术实施例通过提供一种铁电半导体器件的制备方法，至少在一定程度上解决了现有技术中铁电半导体器件的生产效率差、铁电性能较差、漏电大的技术问题。
[0023]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0024]参考图1所示，本专利技术实施例提供了一种铁电半导体器件的制备方法，包括如下步
骤：
[0025]首先，执行步骤S101：根据需要制备的HZO基铁电薄膜层的原子配比，预先制备HfZrO4靶材。
[0026]在HZO基铁电薄膜层20中，Hf原子、Zr原子和O原子的百分比为任何合适诱导铁电特性的Hf原子、Zr原子和O原子之间的原子百分比。
[0027]具体而言，根据HZO基铁电薄膜层20中所需的Hf原子、Zr原子和O原子的百分比，来预先制备同等比例的HfZrO4靶材，从而精准控制HZO基铁电薄膜层20中Hf原子、Zr原子和O原子的原子比例，进而精准控制HZO基铁电薄膜层20的铁电性能。
[0028]举例来讲，如果制备的HZO基铁电薄膜层20中需要满足Hf原子、Zr原子和O原子的百分比为0.5：0.5：2，则预先制备Hf原子、Zr原子和O原子的百分比为0.5：0.5：2的一种HfZrO4靶材。如果需要制备的HZO基铁电薄膜层20中需要满足Hf原子、Zr原子和O原子的百分比为0.3：0.7：2，则预先制备Hf原子、Zr原子和O原子的百分比为0.3：0.7：2的HfZrO4靶材，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁电半导体器件的制备方法，其特征在于，包括:根据需要制备的HZO基铁电薄膜层的原子配比，预先制备HfZrO4靶材；提供半导体基材；采用所述HfZrO4靶材，通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积HZO基铁电薄膜层。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先制备HfZrO4靶材，包括：根据所述HZO基铁电薄膜层中Hf原子、Zr原子以及O原子的配比，预先制备纯度在99％以上的HfZrO4靶材。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积的HZO基铁电薄膜层的厚度为3～70nm。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述铁电半导体器件为HZO基铁电存储器，则在所述通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积HZO基铁电薄膜层的步骤中，所述溅射工艺所用的溅射功率为10W～200W；如果所述铁电半导体器件为HZO基铁电场效应晶体管，则在所述通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积HZO基铁电薄膜层的步骤中，所述溅射工艺所用的溅射功率为20W～200W。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在通入第一混合气氛的真空条件下，进行通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积HZO基铁电薄膜层的过程，其中，所述第一混合气氛中的氩气流量为10～50sccm、氧气流量为0～10sccm以及氮气流量为0～10sccm。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过溅射工艺在所述半导体基材上沉积HZO基铁电薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗庆，王渊，姜鹏飞，刘明，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：