[发明专利]绝缘体-金属结构中的铪基或锆基氧化物的快速再结晶

权利要求书

1.一种用于将包括IV型过渡金属氧化物的主要为非晶的电介质材料转变成结晶材料的方法，包括：

在支撑衬底上形成包括所述IV型过渡金属的主要为非晶的电介质材料；以及

通过暴露于能量纳秒持续时间，将包括所述IV型过渡金属的所述主要为非晶的电介质材料转变成结晶的晶体结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述结晶的晶体结构包括非单斜晶相、铁电相或表现出场诱导的铁电性的相。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述支撑衬底包括半导体材料、聚合物材料、电介质材料、金属化合物或其组合。

4.根据权利要求1所述的方法，其中包括所述IV型过渡金属的所述主要为非晶的电介质材料从由以下各项组成的群中被选择：氧化铪(HfO₂)、氧化锆(ZrO₂)及其组合。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在到所述结晶的晶体结构的所述转变期间，电气器件的被相邻定位的组件不经历热劣化。

6.根据权利要求5所述的方法，其中热劣化从由以下各项组成的群中被选择：所述暴露于能量导致的所述电气器件的阈值电压的变化、所述电气器件的晶体管阈值电压的偏移、所述电气器件的栅极电介质的增厚、所述电气器件的互连可靠性的劣化、互连低k电介质的劣化及其组合。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述暴露于能量所述持续时间由具有范围为0.1J/cm²至约3J/cm²的能量密度的激光退火提供。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述暴露于能量的所述持续时间为1纳秒至10000纳秒。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述主要为非晶的电介质材料是具有微尺度或更小的尺度的电气器件的组件，所述电气器件从由以下各项组成的群中被选择：场效应晶体管(FET)、动态随机存取存储器(DRAM)、金属绝缘体金属(MIM)去耦合电容器、铁电随机存取存储器(FeRAM)、铁电场效应晶体管(FeFET)、铁电隧道结(FTJ)、电阻随机存取存储器(RRAM)、电光调制器、电光开关、神经形态器件及其组合。

10.一种将电介质材料转变成结晶材料的方法，包括：

在支撑衬底上形成主要为非晶的含氧化铪的材料，作为具有微尺度或更小的尺度的电气器件的组件；以及

通过暴露于能量小于100毫秒的持续时间，将所述主要为非晶的含氧化铪的材料转变成结晶的晶体结构，其中所述电气器件的被相邻定位的组件不经历热劣化。

11.根据权利要求10所述的方法，其中热劣化从由以下各项组成的群中被选择：所述暴露于能量导致的所述电气器件的阈值电压的变化、所述电气器件的晶体管阈值电压的偏移、所述电气器件的栅极电介质的增厚、所述电气器件的互连可靠性的劣化、互连低k电介质的劣化及其组合。

12.根据权利要求11所述的方法，其中被转变成所述结晶的晶体结构的、所述主要为非晶的含氧化铪的材料具有小于5nm的厚度。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述主要为非晶的含氧化铪材料为纯氧化铪，并且所述含氧化铪的材料的所述结晶的晶体结构包含铁电相。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述暴露于能量的所述持续时间为0.1毫秒至100毫秒。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述暴露于能量的所述持续时间为1纳秒至10000纳秒。