【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体领域，具体涉及一种la掺杂氧化铪基铁电薄膜、电容器及其制备方法。
技术介绍
1、随着半导体产业向高集成度与低功耗方向加速演进，人工智能与大数据驱动的海量存储需求对存储器件的cmos兼容性及三维集成能力提出严苛要求。铁电存储器凭借非易失性、高速读写和低功耗等优势成为研究热点，但传统铁电材料与互补金属氧化物半导体cmos工艺的兼容性问题制约其应用。hfo2基薄膜本身具有high-k特性而作为介电材料使用，自2011年首次报道si:hfo2铁电薄膜以来，氧化铪基铁电体因与cmos工艺兼容备受关注，在铁电随机存储器（feram）、铁电场效应晶体管（fefet）和铁电隧道结（ftj）等半导体电子器件中的应用都得到许多突破。
2、近年来，外延生长技术为hfo2基铁电薄膜的性能优化提供了关键路径：通过异质外延应变工程可精准调控薄膜的亚稳态正交相，显著提升其极化稳定性。研究焦点已从多晶薄膜转向单晶外延体系，目前主流研究集中在zr元素掺杂氧化铪基铁电薄膜，然而，这类薄膜普遍存在着一些亟待解决的问题：其一，存在严重的极化疲劳困境，随着使用次数的增多，材料的极化性能急剧衰退，这极大地缩短了材料的使用寿命，限制了相关器件的长期稳定运行；其二，以传统 hzo（锆掺杂氧化铪）体系为例，其矫顽场较高，这就导致在器件运行过程中需要消耗更多的能量来实现极化反转，进而造成较高的能耗，而探索新的掺杂体系来降低矫顽场、减少能耗成为当务之急；其三，在衬底选择方面，目前主流研究多采用钙钛矿（001）和（110）取向衬底，对于（111）取向钙
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种高剩余极化、低矫顽场、良好抗疲劳性能的在(111)取向的钙钛矿衬底上外延生长la掺杂氧化铪基铁电薄膜；本专利技术的第二目的是提供该薄膜的制备方法，精确调控薄膜厚度，实现对la掺杂氧化铪基铁电薄膜性能的优化，满足电子器件对高性能铁电薄膜的需求；本专利技术的第三目的是提供一种la掺杂氧化铪基铁电薄膜电容器及其制备方法。
2、技术方案：本专利技术所述的la掺杂氧化铪基铁电薄膜为单一（111）取向的正交相结构。
3、优选的，la掺杂氧化铪基的la掺杂浓度为2~8 at%。
4、进一步优选的，la掺杂氧化铪基的la掺杂浓度为5 at%。
5、优选的，la掺杂氧化铪基铁电薄膜的厚度为10nm~20nm。
6、本专利技术所述的la掺杂氧化铪基铁电薄膜电容器，包括缓冲层、la掺杂氧化铪基铁电薄膜、金属顶电极；缓冲层上为la掺杂氧化铪基铁电薄膜，la掺杂氧化铪基铁电薄膜上为金属顶电极。
7、进一步优选的，所述金属顶电极为pt顶电极、au顶电极或ag顶电极。
8、进一步优选的，所述金属顶电极为pt顶电极。
9、优选的，所述缓冲层为la(1-x)axmno3，0＜x＜1，a为二价金属离子。
10、进一步优选的，所述a为sr、ca或ba。
11、进一步优选的，所述缓冲层为la0.67sr0.33mno3（lsmo）或la0.67ca0.33mno3（lcmo）。
12、优选的，所述缓冲层的厚度为15~20nm，所述金属顶电极厚度为30~50nm。
13、进一步优选的，所述金属顶电极厚度为40nm。
14、本专利技术所述la掺杂氧化铪基铁电薄膜的制备方法为先在（111）取向钙钛矿衬底上外延生长取向一致的缓冲层，再在缓冲层表面外延生长la掺杂氧化铪基铁电薄膜层，得到la掺杂氧化铪基铁电薄膜。
15、优选的，所述（111）取向钙钛矿衬底包括srtio3、gdsco3或laalo3。
16、进一步优选的，所述（111）取向钙钛矿衬底为srtio3。
17、进一步优选的，所述（111）取向钙钛矿衬底的厚度为0.3~0.7mm。
18、进一步优选的，所述（111）取向钙钛矿衬底的厚度为0.5mm。
19、优选的，所述缓冲层为la(1-x)axmno3，0＜x＜1，a为二价金属离子。
20、进一步优选的，所述a为sr、ca或ba。
21、进一步优选的，所述缓冲层为la0.67sr0.33mno3（lsmo）或la0.67ca0.33mno3（lcmo）。
22、优选的，本专利技术所述la掺杂氧化铪基铁电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
23、（1）采用固相反应法烧制la掺杂氧化铪基靶材和缓冲层靶材，并将靶材置于激光脉冲沉积仪生长腔内的靶材室；
24、（2）将（111）取向钙钛矿衬底基片固定于样品台，并将样品台放入送样室，将生长腔与送样室抽真空后，将样品台从送样室送入生长腔；
25、（3）将（111）取向钙钛矿衬底基片升温至720~780℃，并使用挡板隔开靶材与基片；温度到达320~380℃时，通入o2，使生长腔内气压达到3~7mtorr；
26、（4）进行la掺杂氧化铪基靶材和缓冲层靶材预溅射；
27、（5）预溅射结束后打开挡板，待温度加热至720~780℃后，增大o2通入量，使生长腔内气压达到90~110mtorr，先在衬底上沉积缓冲层，设定溅射次数2500~3500pulse；溅射完成后升温至750~810℃，沉积la掺杂氧化铪基薄膜层，设定溅射次数2000~4000pulse；沉积完成后样品冷却至室温，冷却过程中o2压力维持在90~110mtorr；得到la掺杂氧化铪基铁电薄膜。
28、进一步优选的，本专利技术所述la掺杂氧化铪基铁电薄膜的制备方法包括以下步骤：
29、（1）采用固相反应法烧制la掺杂氧化铪基靶材和缓冲层靶材，并将靶材置于激光脉冲沉积仪生长腔内的靶材室；
30、（2）将（111）取向钙钛矿衬底基片固定于样品台，并将样品台放入送样室，将生长腔与送样室抽真空后，将样品台从送样室送入生长腔；
31、（3）将（111）取向钙钛矿衬底基片以3~7℃/min的速率升温至720~780℃，并使用挡板隔开靶材与基片；温度到达320~380℃时，通入o2，使生长腔内气压达到3~7mtorr；
32、（4）进行la掺杂氧化铪基靶材和缓冲层靶材预溅射；
33、（5）预溅射结束后打开挡板，待温度加热至720~780℃后，增大o2通入量，使生长腔内气压达到90~110mtorr，先在衬底上沉积缓冲层，设定溅射次数2500~3500pulse；溅射完成后以3~7℃/min的速率升温本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种La掺杂氧化铪基铁电薄膜，其特征在于，La掺杂氧化铪基铁电薄膜为单一（111）取向的正交相结构。
2.根据权利要求1所述La掺杂氧化铪基铁电薄膜，其特征在于，La掺杂氧化铪基的La掺杂浓度为2~8 at%。
3.根据权利要求1所述La掺杂氧化铪基铁电薄膜，其特征在于，La掺杂氧化铪基铁电薄膜的厚度为10nm~20nm。
4.一种La掺杂氧化铪基铁电薄膜电容器，其特征在于，包括缓冲层、La掺杂氧化铪基铁电薄膜、金属顶电极；缓冲层上为La掺杂氧化铪基铁电薄膜，La掺杂氧化铪基铁电薄膜上为金属顶电极。
5.根据权利要求4所述La掺杂氧化铪基铁电薄膜电容器，其特征在于，所述缓冲层为La(1-x)AxMnO3，0＜x＜1，A为二价金属离子。
6.根据权利要求4所述La掺杂氧化铪基铁电薄膜电容器，其特征在于，所述缓冲层的厚度为15~20nm，所述金属顶电极厚度为30~50nm。
7.一种权利要求1所述La掺杂氧化铪基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，先在（111）取向钙钛矿衬底上外延生长取向一致的缓冲层，再在缓冲层
8.根据权利要求7所述La掺杂氧化铪基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，所述（111）取向钙钛矿衬底包括SrTiO3、GdScO3或LaAlO3。
9.根据权利要求7所述La掺杂氧化铪基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.一种权利要求4所述La掺杂氧化铪基铁电薄膜电容器的制备方法，其特征在于，先在（111）取向钙钛矿衬底上外延生长取向一致的缓冲层，再在缓冲层表面外延生长La掺杂氧化铪基铁电薄膜层，在La掺杂氧化铪基铁电薄膜层表面覆盖掩膜板，磁控溅射金属靶，形成金属顶电极，得到La掺杂氧化铪基铁电薄膜电容器。
...【技术特征摘要】
1.一种la掺杂氧化铪基铁电薄膜，其特征在于，la掺杂氧化铪基铁电薄膜为单一（111）取向的正交相结构。
2.根据权利要求1所述la掺杂氧化铪基铁电薄膜，其特征在于，la掺杂氧化铪基的la掺杂浓度为2~8 at%。
3.根据权利要求1所述la掺杂氧化铪基铁电薄膜，其特征在于，la掺杂氧化铪基铁电薄膜的厚度为10nm~20nm。
4.一种la掺杂氧化铪基铁电薄膜电容器，其特征在于，包括缓冲层、la掺杂氧化铪基铁电薄膜、金属顶电极；缓冲层上为la掺杂氧化铪基铁电薄膜，la掺杂氧化铪基铁电薄膜上为金属顶电极。
5.根据权利要求4所述la掺杂氧化铪基铁电薄膜电容器，其特征在于，所述缓冲层为la(1-x)axmno3，0＜x＜1，a为二价金属离子。
6.根据权利要求4所述la掺杂氧化铪基铁电薄膜电容器，其特征在于，所述缓冲层的厚度为15~20nm，所述金属...
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