本发明专利技术公开了一种低温制备HZO铁电薄膜的方法、HZO铁电薄膜及具有其的电容器，以四二甲氨基铪，四二甲氨基锆和水分别作为铪源、锆源和水源。采用原子层沉积的方法，将铪源、锆源和氧源交替循环导入腔体，通过控制交替循环次数和沉积速度来控制薄膜厚度，最终生长出需要的HZO铁电薄膜，并控制铪、锆的有效摩尔比为1：1。本发明专利技术实施例提供的HZO制备方法，整个制备过程中无需退火工艺，在生长温度为250℃左右的条件下能够得到HZO铁电薄膜，所制得的无需退火的HZO铁电薄膜，能够有效避免高温退火所带来的能量损耗，解决了HZO铁电薄膜在实际应用时所面临的温度限制。时所面临的温度限制。时所面临的温度限制。
【技术实现步骤摘要】
一种低温制备HZO铁电薄膜的方法及HZO铁电薄膜
[0001]本专利技术涉及铁电薄膜的制备工艺，尤其涉及一种HZO铁电薄膜制备方法及由此制备的HZO铁电薄膜和具有该铁电薄膜的电容器。
技术介绍
[0002]HfO2作为商用的高介电材料，具有良好的集成电路技术基础和成熟的制造工艺。而HfO2掺杂的铁电薄膜可以在极薄的尺寸下(～2nm)保持良好的铁电特性，克服了传统铁电材料所面临的瓶颈问题。
[0003]众多已报道的HfO2掺杂铁电薄膜制备工艺中，原子层沉积方法能够将薄膜厚度控制在纳米级别，实现生长大面积的均匀薄膜，制备得到的薄膜表现出优良的铁电性能，同时工艺较成熟。一系列优势，使得原子层沉积成为了最有可能产业化的制备方法。可是，原子层沉积得到的薄膜一般表现为非晶，需要经过高温处理使薄膜结晶，而后得到铁电性薄膜。然而集成电路技术处理过程中需要薄膜制备温度低于550℃，并且基于柔性衬底的器件制备也要求温度能够进一步降低。这些问题对HfO2掺杂铁电薄膜的制备工艺提出了新的挑战。
技术实现思路
[0004]为了克服上述缺陷，本专利技术提供了一种HZO铁电薄膜制备方
[0005]法、HZO铁电薄膜及具有其的电容器，该制备方法无需经过退火，能够在较低温度例如250℃下生长得到HZO铁电薄膜。
[0006]本专利技术为了解决其技术问题所采用的技术方案是：根据本专利技术的一个方面，提供一种HZO铁电薄膜制备方法，包括如下步骤：
[0007]提供生长HZO铁电薄膜的衬底组件；
[0008]放置衬底组件于ALD腔室内，将铪源、锆源和氧源交替循环导入ALD腔室内，生长HZO铁电薄膜；
[0009]其中，四二甲氨基铪用作铪源、四二甲氨基锆用作锆源、水用作氧源；每导入一次铪源、锆源或氧源后，分别用惰性气体吹扫ALD腔室；
[0010]HZO铁电薄膜生长过程中，ALD腔室的温度维持在250
±
20℃的范围。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，将铪源、锆源和氧源按照“铪源
‑
氧源
‑
锆源
‑
氧源”或者“锆源
‑
氧源
‑
铪源
‑
氧源”的顺序交替循环导入腔室。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，将铪源、锆源和氧源按照“铪源
‑
锆源
‑
氧源”或者“锆源
‑
铪源
‑
氧源”的顺序交替循环导入腔室。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，每一个循环内，铪源导入ALD腔室的导入持续时间为0.2s、锆源导入ALD腔室内的导入持续时间为0.2s、氧源导入ALD腔室的导入持续时间为0.02s。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，铪源、锆源和氧源交替循环100次导入ALD腔室，每个循
环内HZO铁电薄膜的生长速度为0.15
‑
0.20nm/cycle。
[0015]根据本专利技术的另一个方面，提供一种HZO铁电薄膜，所述HZO铁电薄膜采用前面所述的制备方法制备。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，HZO铁电薄膜中，铪和锆的有效摩尔比是1：1。
[0017]根据本专利技术的再一个方面，提供一种HZO铁电薄膜电容器，从下到上依次包括衬底，底电极，HZO铁电薄膜和顶电极，其特征在于，所述HZO铁电薄膜采用前面所述的制备方法制得。
[0018]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过选用四二甲氨基铪和四二甲氨基锆源，通过原子层沉积精准控制薄膜的厚度，从而制备得到了低温生长的HZO铁电薄膜，工艺温度例如为250℃。相对于一般的原子层沉积HZO铁电薄膜生长方法，本专利技术展示了不需要高温退火的HZO铁电薄膜的制备方法，能够有效避免高温退火所带来的能量损耗，解决HZO铁电薄膜在实际应用时所面临的工艺温度限制问题。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一个实施例提供的HZO铁电薄膜的制备流程图；
[0020]图2为本专利技术一个实施例提供的HZO铁电薄膜的电容器结构的结构示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例提供的含有基于本专利技术实施例提供的制备方法制备的HZO铁电薄膜的HZO铁电薄膜电容器的P
‑
E曲线；
[0022]图4为本专利技术实施例提供的含有基于本专利技术实施例提供的制备方法制备的HZO铁电薄膜的HZO铁电薄膜电容器的I
‑
E曲线；
[0023]图5是本专利技术实施例提供的含有基于本专利技术实施例提供的制备方法制备的HZO铁电薄膜的HZO铁电薄膜电容器的电容器的疲劳测试曲线。
[0024]结合附图，作以下说明：
[0025]21
‑
1(21
‑
2)——复合衬底；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
22——底电极；
[0026]23——HZO铁电薄膜；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
24——顶电极。
具体实施方式
[0027]以下结合附图，对本专利技术的一个较佳实施例作详细说明。
[0028]本专利技术提供一种锆掺杂的铪基铁电薄膜(Hf
0.5
Zr
0.5
O2；HZO)的制备方法，以四二甲氨基铪，四二甲氨基锆和水分别作为铪源、锆源和水源。采用原子层沉积(Atomic layer deposition；ALD)的方法，将铪源、锆源和氧源交替循环导入腔体，通过控制交替循环次数和沉积速度来控制薄膜厚度，最终生长出需要的HZO铁电薄膜，并控制铪、锆的有效摩尔比为1：1。本专利技术实施例提供的HZO制备方法，整个制备过程中无需退火工艺，在生长温度为250℃左右的条件下能够得到铁电HZO铁电薄膜，所制得的无需退火的HZO铁电性薄膜，能够有效避免高温退火所带来的能量损耗，解决了HZO铁电薄膜在实际应用时所面临的温度限制。
[0029]图1是本专利技术一个实施例提供的HZO铁电薄膜的制备流程图，请结合图1，以下详细介绍HZO铁电薄膜的制备流程，该制备方法包括如下步骤：
[0030]S10，提供生长HZO铁电薄膜的衬底组件；
[0031]生长HZO铁电薄膜需要在衬底组件上进行，衬底组件可以是包括衬底以及形成于衬底上的电极，用作衬底的材料例如可以是硅、碳化硅、二氧化硅、石英中的一种或多种，电极所采用的材料例如是氮化钛TiN，、钨W、镍Ni、铂Pt、金Au、钽Ta中的一种或多种，电极的厚度例如是20～50nm。当然本领域技术人员可以理解的是，衬底组件还可以是没有形成电极的衬底例如硅、碳化硅、二氧化硅、石英或者其组合物，当然还可以是蓝宝石、玻璃、金属、聚合物或者有机聚合物。
[0032]S20，放置衬底组件于ALD腔室内，将铪源、锆源和氧源交替循环导入ALD腔室内，生长HZO铁电薄膜；
[0033]具体地，在本专利技术的实施例中，分别使用四二甲氨基铪(Tetrakis(dimethylamino)h本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低温制备HZO铁电薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：提供生长HZO铁电薄膜的衬底组件；放置衬底组件于ALD腔室内，将铪源、锆源和氧源交替循环导入ALD腔室内，生长HZO铁电薄膜；其中，铪源为四二甲氨基铪、锆源为四二甲氨基锆、氧源为水；每导入一次铪源、锆源或氧源后，分别用惰性气体吹扫ALD腔室；其中，HZO铁电薄膜生长过程中，ALD腔室的温度维持在250
±
20℃的范围。2.根据权利要求1所述的低温制备HZO铁电薄膜的方法，其特征在于：将铪源、锆源和氧源按照“铪源
‑
氧源
‑
锆源
‑
氧源”或者“锆源
‑
氧源
‑
铪源
‑
氧源”的顺序交替循环导入腔室。3.根据权利要求1所述的低温制备HZO铁电薄膜制备方法，其特征在于：将铪源、锆源和氧源按照“铪源
‑
锆源
‑
氧源”或者“锆源
【专利技术属性】
技术研发人员：田博博，陈璐秋，朱秋香，褚君浩，段纯刚，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：
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