一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜及电容结构制备方法技术

本发明专利技术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。

A preparation method of cerium doped hafnium oxide based ferroelectric thin film and capacitor structure

【技术实现步骤摘要】
一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜及电容结构制备方法
本专利技术是铁电薄膜制备
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术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，本专利技术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)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：(1)本专利技术实施例提供的一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜的制备方法，得到铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜具有优异的铁电性能。并且，该方法采用化学溶液沉积法，不需要大型设备及高真空环境，所用设备简单，环境要求低，可在大气环境中进行制备，避免了需要大型设备和高要求环境下的苛刻的工艺条件的要求。(2)本专利技术实施例铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜制备方法，采用化学溶液沉积法，一方面所用原料是溶液，简单易用，另一方面由于选用的是溶液，则掺杂的离子的浓度及比例容易调控，制备工艺简单灵活。并且，采用化学溶液沉积法，原料为溶液，生产成本低，而且可大面积成膜。(3)相比于PZT铁电薄膜，本专利技术实施例制备得到的铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜，与CMOS工艺的兼容性更好。附图说明图1是本专利技术实施方式提供的一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜的制备方法流程示意图；图2是本专利技术实施方式提供的一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜的电容的结构示意图；图3是本专利技术实施方式提供的一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜的电滞回线(P-E)图；图4是本专利技术实施方式提供的一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜的掠入射X射线衍射(GIXRD)图；图5是本专利技术实施方式提供的铈离子的掺杂浓度与铁电薄膜剩余极化值的关系图。具体实施方式为使本专利技术的目的、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，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。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专利技术的概念。在本专利技术的描述中，下面所描述的本专利技术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。图1是本专利技术一实施方式提供的一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜的制备方法流程示意图。如图1所示，该方法包括：步骤S101～步骤S103：步骤S101，获取前驱体溶液，所述前驱体溶液为乙酰丙酮铪、乙酸和硝酸铈六水化合物的混合液；其中，铈与铪的摩尔比为X:(1-X)，X的取值范围为0.05～0.2。可选的，X例如是0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.2。在一个实施例中，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溶有乙酰丙酮铪的乙酸溶液中，加热搅拌至澄清。在前驱体溶液中乙酸和乙酰丙酮的体积比为3:2。在一个实施例中，前驱体溶液中金属离子的物质的量浓度为0.05～0.2mol/L,优选为0.1mol/L。即，优选的铈离子的物质的量浓度与铪离子的物质的量浓度的和为0.1mol/L。前驱体溶液中金属离子的物质的量浓度，超过0.2mol/L可能会导致溶质溶解不完全，浓度低于0.05mol/L可能会影响薄膜的生长质量，因此，前驱体溶液中金属离子的物质的量浓度优选为0.1mol/L。在一个具体的实施例中，上述X为0.15，也就是Ce:Hf的摩尔比为0.15:0.85。在本专利技术实施例中，当X为0.15时，即铈离子的摩尔百分比为15％时，经过检测，其极化值约为10μC/cm2,薄膜的铁电性最佳。步骤S102，将衬底上涂覆所述前驱体溶液，并干燥热解以在所述衬底上形成预设厚度的非晶薄膜。优选的，在衬底上旋涂前驱体溶液。可选的,衬底上涂覆所述前驱体溶液可以选择喷涂和浸涂。在步骤中，衬底可以是切片状的，优选为衬底为N型重掺杂Si片。在一个实施例中，在将衬底上旋涂所述前驱体溶液之前，还包括对衬底清洗的步骤，具体地：清洗所述衬底直至所述衬底表面不在挂有水珠，然后将所述衬底干燥。具体地，分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，包括：/n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；/n将衬底上涂覆所述前驱体溶液，并干燥热解以在所述衬底上形成预设厚度的非晶薄膜；/n将带有预设厚度的非晶薄膜的衬底快速热处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种铈掺杂的氧化铪基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，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；
将衬底上涂覆所述前驱体溶液，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。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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溶有乙酰丙酮铪的乙酸溶液中，加热搅拌至澄清。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述前驱体溶液中所述乙酸和所述乙酰丙酮的体积比为3:2。


4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述前驱体溶液中铈离子的物质的量浓度与铪离子的物质的量浓度加和为0.1mol/L。


5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，X为0.15。


6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底为切片状，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑帅至，刘兆通，刘恒，廖敏，周益春，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43