[发明专利]一种镓掺杂的氧化铪基铁电薄膜电容器及其制备方法

权利要求书

1.一种镓掺杂的氧化铪基铁电薄膜电容器，其特征在于，其为多层结构，从下到上包括衬底、底电极、功能材料和顶电极，功能材料为镓掺杂的氧化铪HfGaO铁电薄膜层，镓在铁电薄膜中的掺杂浓度在3~6 at%之间。

2.根据权利要求1所述的镓掺杂的氧化铪基铁电薄膜电容器，其特征在于，镓掺杂的氧化铪铁电薄膜层的厚度在5~15 nm之间。

3.根据权利要求1所述的镓掺杂的氧化铪基铁电薄膜电容器，其特征在于，衬底为硅/二氧化硅衬底、底电极为钨电极、顶电极为钨电极。

4.根据权利要求1所述的镓掺杂的氧化铪基铁电薄膜电容器，其特征在于，其通过下述方法制备得到：

（1）利用物理气相沉积技术，在衬底上生长底电极；

（2）利用等离子体增强原子层沉积技术，在步骤（1）的结构基础上生长镓掺杂氧化铪HfGaO铁电薄膜；

（3）通过光刻工艺对步骤（2）得到的结构进行图形化；

（4）采用物理气相沉积技术在步骤（3）所得的晶圆表面生长顶电极；

（5）通过剥离工艺去除光刻胶和多余电极；

（6）通过快速热退火工艺对晶圆进行处理得到最终器件。

5.一种根据权利要求1所述的镓掺杂的氧化铪基铁电薄膜电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）利用物理气相沉积技术，在衬底上生长底电极；

（2）利用等离子体增强原子层沉积技术，在步骤（1）的结构基础上生长镓掺杂氧化铪HfGaO铁电薄膜；

（3）通过光刻工艺对步骤（2）得到的结构进行图形化；

（4）采用物理气相沉积技术在步骤（3）所得的晶圆表面生长顶电极；

（5）通过剥离工艺去除光刻胶和多余电极；

（6）通过快速热退火工艺对晶圆进行处理得到最终器件。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，底电极为钨电极； 利用物理气相沉积技术，在硅/二氧化硅衬底上生长底电极钨。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，采用等离子体增强原子层沉积技术生长5~15 nm厚度的HfGaO铁电薄膜，生长工艺温度为250~280℃；PEALD沉积单个循环的氧化铪生长工艺包括0.2 s四二甲氨基铪TDMAHf脉冲，2 s N₂吹扫，3 s氧气等离子体脉冲，2 s N₂吹扫；PEALD沉积单个循环的氧化镓生长工艺包括0.2 s三甲镓TMG脉冲，2 sN₂吹扫，3 s氧气等离子体脉冲，2 s N₂吹扫，镓掺杂浓度为3~6 at%。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，顶电极为钨电极；采用物理气相沉积技术生长顶电极钨。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，采用丙酮对步骤（4）晶圆进行剥离，去除光刻胶和多余电极。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，将步骤（5）晶圆在氮气氛围下进行快速热退火处理，退火温度为500~800 ℃，退火时间为30~180 s。