在300°C处理的铁电Hf0.5Zr0.5O2薄膜的区域选择性氧气空隙工程
Ruifeng Tang1,2, Yifan Zhang1,2, Yang Yang1
1State Key Laboratory of Fabrication Technologies for Integrated Circuits, Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China.
ACS applied materials & interfaces
|August 27, 2025
概括
我们在300°C的氧化氧薄膜中稳定了铁电或形相. 这种方法使高性能铁电设备的低热预算制造成为可能,用于先进的内存应用.
科学领域:
- 材料科学
- 固态物理
- 纳米技术
背景情况:
- 氧化 (HfO2) 薄膜中的铁电对于下一代非易失性记忆至关重要.
- 将基于HfO2的铁电薄膜集成到后端线 (BEOL) 工艺中,由于需要高温进行正方形 (O) 阶段,因此受到阻碍.
研究的目的:
- 开发一种低热预算的方法来稳定基于HfO2的薄膜中的铁电O相.
- 为了使铁电HfO2能够融入先进的半导体制造工艺.
主要方法:
- 在原子层沉积 (ALD) 过程中进行区域选择性氧空工程,以在Hf0.5Zr0.5O2 (HZO) 薄膜中创建氧空工程层 (Vo-EL).
- 通过延迟氧前体的引入来修改ALD过程,以创建垂直氧空度梯度.
- 使用电子能量损失光谱 (EELS) 和第一原理计算来分析氧空位分布和相位过渡能量.
主要成果:
- 在300°C显著降低的火温度下实现了铁电O相的稳定.
- 证明氧空位降低了相位过渡的能量障碍,并提高了O相位的稳定性.
- 使用低温工艺制造的高余极化 (36.4μC/cm2) 和优异耐用性 (>10^9周期) 的HZO铁电容器.
结论:
- 通过Vo-ELs的氧气空位工程有效地稳定了低温的铁电O相.
- 这种技术有助于制造符合BEOL集成的高性能铁电器件.
- 开发的方法为先进的低功耗存储技术提供了途径.
