[发明专利]一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜及电容结构制备方法

说明书

本发明公开了一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜及电容结构制备方法，该薄膜制备方法包括获取前驱体溶液，所述前驱体溶液为乙酰丙酮铪、乙酸、硝酸铈六水化合物和乙酰丙酮的混合液；其中，铈与铪的摩尔比为X:(1‑X)，X的取值范围为0.05～0.2；将衬底上旋涂所述前驱体溶液，并干燥热解以在所述衬底上形成预设厚度的非晶薄膜；将带有预设厚度的非晶薄膜的衬底快速热处理。该方法相比于现有技术工艺简单，制备成本低。

技术领域

本发明是铁电薄膜制备技术领域，涉及一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜的制备方法及电容结构。

背景技术

铁电存储器是以铁电薄膜作为存储介质的新型存储器，通过微电子工艺技术与半导体集成所制成的非挥发性存储器。铁电存储器因具有非易失、工作能耗低、超高抗辐射能力、高存储密度、高写入速度、数据可长时间保存等优点，而成为下一代存储器的有力候选材料。铁电薄膜是铁电存储器中的关键存储介质材料，铁电薄膜的性能往往决定着铁电存储器工作时的可靠性和稳定性。传统钙钛矿结构的PZT铁电材料，当厚度小到一定程度时，剩余极化会减小甚至消失，影响铁电存储器朝着高密度集成的方向发展。传统的铁电材料与CMOS工艺不相容，且PZT所含的重金属的污染，使得传统铁电材料难以满足现代铁电存储器的发展。氧化铪基铁电薄膜很好的克服了薄膜厚度降低所导致的尺寸效应，且有与CMOS工艺兼容的特点，是极具发展潜力的铁电薄膜材料。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜的制备方法，该方法相比于现有技术工艺简单，制备成本低。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜的制备方法，包括：获取前驱体溶液，所述前驱体溶液为乙酰丙酮铪、乙酸、硝酸铈六水化合物和乙酰丙酮的混合液；其中，铈与铪的摩尔比为X: (1-X)，X的取值范围为0.05～0.2；将衬底上旋涂所述前驱体溶液，并干燥热解以在所述衬底上形成预设厚度的非晶薄膜；将带有预设厚度的非晶薄膜的衬底进行快速热处理。

进一步地，获取前驱体溶液步骤包括：按照摩尔比为Ce:Hf＝X:(1-X) 称取硝酸铈六水化合物和乙酰丙酮铪；将乙酰丙酮铪溶于乙酸中，加热搅拌至澄清，冷却至室温；将硝酸铈六水化合物和乙酰丙酮加入到该溶有乙酰丙酮铪的乙酸溶液中，加热搅拌至澄清。

进一步地，前驱体溶液中所述乙酸和所述乙酰丙酮的体积比为3:2。

进一步地，前驱体溶液中金属离子的物质的量浓度为0.1mol/L。

进一步地，X为0.15。

进一步地，衬底为切片状，优选的，所述衬底为N型重掺杂Si片；在将衬底上旋涂所述前驱体溶液之前，还包括：清洗所述衬底直至所述衬底表面不在挂有水珠；将所述衬底干燥。

进一步地，清洗所述衬底步骤包括：分别用丙酮、乙醇和去离子水超声对所述衬底清洗。

进一步地，将衬底上旋涂所述前驱体溶液步骤包括：将衬底放于匀胶机上吸住，设定转速和时间，在衬底上滴上前驱体溶液甩匀。

进一步地，干燥热解的步骤包括：将旋涂有前驱体溶液的所述衬底放入加热室；将加热室的温度从室温加热到120～200℃保温2～5min；升温至 300～500℃保温2～5min。

进一步地，快速热处理步骤包括：将带有预设厚度的非晶薄膜的衬底放入加热室内；将加热室的温度从室温加热到300～500℃保温2～5min；升温至600～800℃保温2～5min；其中，快速热处理在惰性气体、氮气或氧气气氛下进行。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：