铁电薄膜的制备方法及铁电薄膜技术

本申请公开了一种铁电薄膜的制备方法及铁电薄膜，属于微电子器件技领域，其中，铁电薄膜的制备方法包括：将衬底置于均匀电场中；于所述衬底上依次沉积第一铁电薄膜、介电层及第二铁电薄膜层。由于该方法施加同步电场调控了衬底表面的势能分布，使得沉积过程中前驱体的吸附和脱附过程不受表面形貌的影响，为制备保形性优异、均一性好的超薄铁电薄膜提供了保障；同时，在电场的作用下，可以调控薄膜内部缺陷的分布以及浓度，消除唤醒效应，提高薄膜的铁电性能和可靠性。铁电性能和可靠性。铁电性能和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
铁电薄膜的制备方法及铁电薄膜


[0001]本申请属于微电子器件
，具体涉及一种铁电薄膜的制备方法及铁电薄膜。

技术介绍

[0002]近年来，信息产业的飞速发展使得现有的配套系统无法满足数据的指数级增长，微电子器件领域面临着十分严峻的挑战。
[0003]随着微电子器件不断向便携式、小型化、低功耗的需求发展，其中的功能薄膜材料的尺寸要求同步进行微缩。铁电薄膜因独特物理特性进入了人们的视野，其是一种功能材料，可应用于铁电存储器、压电传感器、温度传感器、非线性光学器件等。制备大面积、厚度薄、可三维集成、性能均一且优异的铁电薄膜是制备高性能器件的基础之一。
[0004]随着摩尔定律的发展，为了提高器件的集成密度，对于器件结构的研究逐渐由平面开始向三维转化，因此，对于适合复杂三维结构的薄膜沉积方法的开发势在必行。但是现有三维结构的薄膜沉积方法制备的铁电薄膜的厚度均一性差。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是提供一种铁电薄膜的制备方法及铁电薄膜以解决铁电薄膜的厚度均一性差的问题。
[0006]根据本申请实施例的第一方面，提供了一种铁电薄膜的制备方法，该方法可以包括：
[0007]将衬底置于均匀电场中；
[0008]于所述衬底上依次沉积第一铁电薄膜、介电层及第二铁电薄膜层。
[0009]在本申请的一些可选实施例中，所述衬底的热膨胀系数为5*10e
‑6～5*10e
‑5。
[0010]在本申请的一些可选实施例中，所述电场包括：直流电场。
[0011]在本申请的一些可选实施例中，所述电场包括：交流电场。
[0012]在本申请的一些可选实施例中，所述交流电场的波形为：正弦波、方形波、三角波或锯齿波。
[0013]在本申请的一些可选实施例中，所述介电层的热膨胀系数为5*10e
‑6～5*10e
‑5。
[0014]在本申请的一些可选实施例中，在所述于所述衬底上依次沉积第一铁电薄膜、介电层及第二铁电薄膜层之后，所述铁电薄膜的制备方法还包括：
[0015]进行300度～600度的原位退火，得到铁电薄膜。
[0016]在本申请的一些可选实施例中，在所述将衬底置于均匀电场中之前，所述铁电薄膜的制备方法还包括：对所述衬底的环境抽真空，真空度为0.1
‑
0.2torr。
[0017]在本申请的一些可选实施例中，将所述衬底的环境加热至预设值，所述预设值在100
‑
300℃范围内。
[0018]根据本申请实施例的第二方面，提供一种铁电薄膜，该铁电薄膜利用第一方面实
施例任一项所述的铁电薄膜的制备方法制备得到的。
[0019]本申请的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0020]本申请实施例方法通过施加同步电场调控了衬底表面的势能分布，使得沉积过程中前驱体的吸附和脱附过程不受表面形貌的影响，为制备保形性优异、均一性好的超薄铁电薄膜提供了保障；同时，在电场的作用下，可以调控薄膜内部缺陷的分布以及浓度，消除唤醒效应，提高薄膜的铁电性能和可靠性。
附图说明
[0021]图1是本申请一示例性实施例中铁电薄膜的制备方法流程图；
[0022]图2是本申请一示例性实施例中衬底与铁电薄膜的结构示意图；
[0023]图3是本申请一示例性实施例中ALD沉积腔室结构示意图；
[0024]图4是本申请一示例性实施例中施加电场示意图；
[0025]图5是本申请示例性实施例的验证结果图。
具体实施方式
[0026]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。
[0027]在附图中示出了根据本申请实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0028]显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0029]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0030]此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0031]下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的铁电薄膜的制备方法进行详细地说明。
[0032]如图1所示，在本申请实施例的第一方面，提供了一种铁电薄膜的制备方法，该方法可以包括：
[0033]S110：将衬底置于均匀电场中；
[0034]S120：于所述衬底上依次沉积第一铁电薄膜、介电层及第二铁电薄膜层。
[0035]本实施例方法通过施加同步电场调控了衬底表面的势能分布，使得沉积过程中前驱体的吸附和脱附过程不受表面形貌的影响，为制备保形性优异、均一性好的超薄铁电薄
膜提供了保障；同时，在电场的作用下，可以调控薄膜内部缺陷的分布以及浓度，消除唤醒效应，提高薄膜的铁电性能和可靠性。
[0036]为了更加清楚的描述，下面对于上述步骤分别进行说明：
[0037]首先是步骤S110：将衬底置于均匀电场中。
[0038]本实施例中的电场可以是直流电形成的电场，也可以是交流电形成的电场。其中，交流电可以选择不同的波形如正弦波、方形波、三角波或者锯齿波等，也可以在沉积的过程中选择不同的波形相结合，或者直流电与不同波形的交流电相结合。电压的大小取决于薄膜的击穿电场、薄膜厚度、介电常数、以及沉积腔室中上下电极板的距离。优选地，为了各精准地控制每层原子的沉积，不同源脉冲对应的电压波形所有不同。电压施加的时间和源脉冲的沉积程序保持一致。
[0039]然后是步骤S120：于所述衬底上依次沉积第一铁电薄膜、介电层及第二铁电薄膜层。
[0040]本步骤中在第一层铁电薄膜沉积完成后，沉积高热膨胀系数介电层，再次进行薄膜的沉积，同时，也可以选择高热膨胀系数顶电极。
[0041]在步骤S120之后，即待到所有沉积结束后，在ALD腔内进行300～600度的原位退火形成晶相。选择不同的介电层材料将会对薄膜产生不同大小的压应力，不同位置的选择将会产生不同方向的压应力。另外，也可以在沉积前选择高热膨胀系数的衬底材料，同样在退火后得到具有应力的薄膜。最后再充气至大气压，打开腔室，取出样品。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁电薄膜的制备方法，其特征在于，包括：将衬底置于均匀电场中；于所述衬底上依次沉积第一铁电薄膜、介电层及第二铁电薄膜层。2.根据权利要求1所述的铁电薄膜的制备方法，其特征在于，所述衬底的热膨胀系数为5*10e
‑6～5*10e
‑5。3.根据权利要求1所述的铁电薄膜的制备方法，其特征在于，所述电场包括：直流电场。4.根据权利要求1所述的铁电薄膜的制备方法，其特征在于，所述电场包括：交流电场。5.根据权利要求4所述的铁电薄膜的制备方法，其特征在于，所述交流电场的波形为：正弦波、方形波、三角波或锯齿波。6.根据权利要求1所述的铁电薄膜的制备方法，其特征在于，所述介电层的热膨胀系数为5*10e
‑6～5*10e
‑5。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：周益春，徐意，廖敏，廖佳佳，曾斌建，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：