CN114937599B 一种提高铪基铁电器件性能的退火方法 （华中科技大学）

器件包括铪基铁电功能层、第一电极和第二电火在预设的目标退火温度下的保温时间不长于的方式，可以促使更多的中心对称t相转换为非中心对称的铁电相o相，促使铁电器件展现出优2退火方法是利用退火炉对铪基铁电器件进行快速热退火；退火6.如权利要求4所述提高铪基铁电器件性能的退火方法，其特2或O2下进行的。降温速率为10℃/s～150℃/s。3降温速率为50℃/s。标退火温度为400℃~700℃。标退火温度为600℃。4属氧化物半导体(CMOS)难兼容等特性限制了铁电器件的应用。2011年首次报道了10nm厚体)对器件铁电性能的影响(M.H.Parket.al,StudyontheinternalfieldandconductionmechanismofatomiclayerdepositedferroelectricHf0.5Zr0.5O2thin5下提高o相含量(J.Wooet.alImprovedferroelectricswitchinginsputteredHfZrOxdeviceenabledbyhighpressureannealing,IEEEElectronDevice响(T.-M.Leeet.al,Acomparativestudyofmetal-ferroelectric-metaldevicesusingdoped-andstacked-hafniumzirconiumoxides,ThinSolidFilms.2020,701)。同的是，Kuo等人认为足够的退火温度可以提高器件的Pr值并且降低器件的漏电流(Y.-S.Kuoet.al,CMOS-compatiblefabricationoflow-powerferroelectrictunneljunctionforneuralnetworkapplications,IEEETransactionsonElectron加热退火时两侧排灯同时加热退火方式，本发明通过仅单侧排灯加热退火的方式(该单侧[0009]所述快速热退火在预设的目标退火温度下的保温时间不长于60s；利用快速热退[0010]作为本发明的进一步优选，所述第一电极和所述第二电极的电极材料选自：Pt、6[0012]作为本发明的进一步优选，所述铪基铁电器件是基于HfxZryO2铁电材料器件，其50℃/s。[0023]作为本发明的进一步优选，所述预设的目标退火温度为400℃~700℃；优选退火温度为600℃。退火炉使用惰性电极一侧的排灯进行加热退火，能够更有效的实现器件铁电性能的提升。[0026]基于本发明通过惰性电极一侧排灯加热退火的方式，在后文实施例中，将7够解释基于表面能效应出现亚稳态o相的原因。本发明后文实施例中通过对比不同的退火提高o相含量。以后文实施例为例，本发明通过惰性电极一侧排灯加热的方式，惰性电极铁电性能的提升起到关键作用，但是退火到底如何影响器件的铁电性能并不是非常清楚。8[0033]图2是本发明实施例2所对应的实验排灯加热示意图；其快速退火方式为TiN电极的铁电性能。9[0042]下面以使用德国优尼坦公司生产的RTP-100快速退火炉为例(其热电偶位于炉内[0062]实施例3与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例3进行上下电极两侧排灯于样品3(1.3513)。惰性电极一侧单排灯退火导致器件铁电相含量明显高于上下电极两侧[0069]实施例4与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例4采用惰性电极一侧排灯[0071]实施例5与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例5采用惰性电极一侧排灯[0073]实施例6与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例6采用惰性电极一侧排灯[0075]实施例7与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例7采用惰性电极一侧排灯[0077]实施例8与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例8采用惰性电极一侧排灯[0079]实施例9与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例9采用惰性电极一侧排灯[0081]实施例10与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例10采用惰性电极一侧排[0083]实施例11与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例11采用惰性电极一侧排[0085]实施例12与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例12采用惰性电极一侧排[0087]实施例13与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例13采用惰性电极一侧排[0089]实施例14与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例14采用惰性电极一侧排[0091]实施例15与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例15采用惰性电极一侧排[0093]实施例16与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例16采用惰性电极一侧排[0095]实施例17与实施例1器件结构一致，主要区别在于实施例17采用惰性电极一侧排[0097]上述实施例是基于德国优尼坦公司生产的RTP-100快速