[发明专利]一种极化定常性铁电薄膜的分析方法及制备方法

说明书

本发明公开了一种极化定常性铁电薄膜的分析方法及制备方法，涉及铁电薄膜技术领域，本发明包括以下步骤：制备铁电电容器；对所述铁电电容器进行电学性能测试，得到所述铁电电容器唤醒后的第一电滞回线和第一介电常数；对唤醒后的铁电电容器施加去极化电场，并进行静置处理；获取静置处理后铁电电容器的第二电滞回线和第二介电常数；分析第一电滞回线和第二电滞回线，确定电荷漂移或扩散对极化的影响。本发明可以精确分析氧化铪基铁电薄膜中的带电缺陷尤其是氧空位对极化值的影响。

技术领域

本发明涉及铁电薄膜技术领域，更具体的说是涉及一种极化定常性铁电薄膜的分析方法及制备方法。

背景技术

氧化铪(HfO₂)基铁电场效应晶体管(FeFET)具有功耗低、读写速度快、保持性能稳定、可微缩性强、与CMOS工艺兼容等特点，是极具潜力的一种新型半导体存储器。然而，氧化铪基FeFET的产业化进程中还存在诸多挑战，“唤醒效应”(wake-up)和疲劳失效(fatigue)则是其中重要的瓶颈问题。“唤醒效应”和疲劳失效表现为氧化铪基铁电薄膜的剩余极化值随着电场循环先增大后减小，即氧化铪基铁电薄膜极化非定常性。现有研究表明，在“唤醒效应”和疲劳失效过程中，带电缺陷特别是氧空位具有举足轻重的作用。但是，关于氧化铪基铁电薄膜中氧空位的表征始终是亟待解决的难题。

目前，少量研究机构通过多种高端微观分析手段观测到了氧空位及其在电场作用下的运动。但这些表征技术具有明显的缺点：制样要求高、价格昂贵、可操作性差等，无法满足商业生产的要求。所以，为了推进氧化铪基FeFET的产业化进程，急需开发出一种无损、简单、可操作性高的分析方法来确定氧化铪基铁电薄膜中带电缺陷尤其是氧空位对其极化的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种极化定常性铁电薄膜的分析方法及制备方法，以弥补现有表征技术的不足，为制备出极化定常性的氧化铪基铁电薄膜提供技术支持。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种极化定常性铁电薄膜的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备铁电电容器；

对所述铁电电容器进行电学性能测试，得到所述铁电电容器唤醒后的第一电滞回线和第一介电常数；

对唤醒后的铁电电容器施加去极化电场，并进行静置处理；

获取静置处理后铁电电容器的第二电滞回线和第二介电常数；

分析第一电滞回线和第二电滞回线，确定电荷漂移或扩散对极化的影响。

可选的，制备铁电电容器包括：基片清洗、下电极层沉积、铁电层沉积、上电极层沉积、上电极层图形化和热处理。

可选的，所述电学性能测试在铁电分析仪或半导体分析仪上进行。

可选的，所述电学性能测试的具体步骤为：对铁电电容器施加唤醒脉冲；唤醒后，通过采集流经铁电薄膜的电流，积分处理后得到铁电薄膜的第一电滞回线和第一介电常数。

可选的，所述去极化电场由两个写脉冲、一个读脉冲和一个完整的PUND组成。

可选的，去极化后翻转极化P_x应为最大的翻转极化P_sw的一半，P_x指的是读脉冲x得到的翻转极化，P_sw指的是PUND确定的最大翻转极化。

可选的，对铁电电容器进行静置处理的条件是温度、压力和时间的组合。

可选的，提取第一电滞回线和第二电滞回线的剩余极化值，确定电荷漂移或扩散对极化的影响，影响通过P₂的权重比体现，P₂的权重比的计算公式为