[发明专利]一种铁电半导体器件的制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种铁电半导体器件的制备方法。

背景技术

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。

然而，现有的生长HfO₂基铁电薄膜的技术主要通过ALD(atomic layerdeposition，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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。