[发明专利]铁电薄膜结构、形成其的方法和系统及包括其的电子器件

说明书

公开了铁电薄膜结构、形成其的方法和系统及包括其的电子器件。该铁电薄膜结构包括至少一个第一原子层和至少一个第二原子层。第一原子层包括基于氧化物的第一电介质材料，第二原子层包括第一电介质材料和具有比第一电介质材料的带隙大的带隙的掺杂剂两者。

技术领域

本公开涉及铁电薄膜结构、用于制造铁电薄膜结构的方法和/或系统、包括铁电薄膜结构的电子器件以及用于制造电子装置的系统和/或方法。

背景技术

相关技术的基于硅的电子器件在改善操作特性和按比例缩小方面具有限制。例如，当测量常规的基于硅的逻辑晶体管的操作电压和电流特性时，亚阈值摆幅(SS)被限制于约60mV/dec。随着逻辑晶体管的尺寸减小，难以将操作电压降低至约0.8V或更小，因此，功率密度增加，这导致逻辑晶体管的按比例缩小的限制。为了解决这个问题，已经开发了使用铁电薄膜结构的电子器件。

发明内容

提供了铁电薄膜结构、用于制造铁电薄膜结构的方法和/或系统、包括铁电薄膜结构的电子器件以及用于制造电子装置的方法和/或系统。

额外的方面将在以下描述中部分地阐述且将部分地自该描述明显，或者可以通过本公开的所提出的实施方式的实践而获悉。

根据一些示例实施方式，一种铁电薄膜结构可以包括：至少一个第一原子层，包括基于氧化物的第一电介质材料；以及至少一个第二原子层，包括第一电介质材料和掺杂剂两者。掺杂剂可以具有比第一电介质材料的带隙大的带隙。

第一电介质材料可以包括铪(Hf)、锆(Zr)和铝(Al)中的至少一种的氧化物或者铪(Hf)、锆(Zr)和铝(Al)中的至少一种的钙钛矿。

掺杂剂可以包括硅(Si)、铪(Hf)、锆(Zr)、铝(Al)、镧(La)、钇(Y)、锶(Sr)和钆(Gd)中的至少一种的氧化物。

该铁电薄膜结构可以包括多个原子层，所述多个原子层包括彼此相同的电介质材料，所述多个原子层包括所述至少一个第一原子层。

该铁电薄膜结构可以包括包含不同电介质材料的多个原子层，所述多个原子层包括所述至少一个第一原子层。

所述至少一个第二原子层可以构成铁电薄膜结构的最上面的部分、铁电薄膜结构的中间部分和铁电薄膜结构的最下面的部分中的至少一个。

该铁电薄膜结构可以具有约0.1nm至约2nm的厚度。

根据一些示例实施方式，一种通过原子层沉积(ALD)形成铁电薄膜结构的方法可以包括：根据第一原子层沉积(ALD)操作在衬底上沉积第一原子层，第一原子层包括基于氧化物的第一电介质材料；以及根据第二原子层沉积(ALD)操作在第一原子层上沉积第二原子层，第二原子层包括第一电介质材料和掺杂剂两者，掺杂剂具有比第一电介质材料的带隙大的带隙。

根据第一原子层沉积(ALD)操作的第一原子层的沉积可以包括在衬底上形成第一电介质材料的前驱体；以及向第一电介质材料的前驱体供应氧化剂，以使氧化剂与第一电介质材料的前驱体反应从而形成第一原子层。

第二原子层的沉积可以包括：在第一原子层的一部分上形成第一电介质材料的另外前驱体，使得第一原子层的另外部分由第一电介质材料的另外前驱体暴露；在第一原子层的由第一电介质材料的另外前驱体暴露的另外部分上形成掺杂剂的前驱体；以及使第一电介质材料的另外前驱体和掺杂剂的前驱体与氧化剂反应以形成第二原子层。

第一电介质材料可以包括铪(Hf)、锆(Zr)和铝(Al)中的至少一种的氧化物或者铪(Hf)、锆(Zr)和铝(Al)中的至少一种的钙钛矿。

掺杂剂可以包括硅(Si)、铪(Hf)、锆(Zr)、铝(Al)、镧(La)、钇(Y)、锶(Sr)和钆(Gd)中的至少一种的氧化物。