硅基PZT薄膜的制备与工艺损伤研究

本文主要探讨了硅基PZT（铅钛酸铅）薄膜的制备及其在铁电随机存取存储器（FeRAM）中的应用。研究者采用PbTiO3（PT）作为种子层，在硅衬底上通过改进的溶胶凝胶法制备出高质量的PZT薄膜。这种薄膜具有重要的电性能，其相对介电常数高达1000，矫顽场达到30kV/cm，剩余极化强度为16μC/cm²，这些参数表明PZT薄膜具备出色的铁电特性，满足FeRAM所需的高性能标准。电容被进一步利用RIE（溅射离子蚀刻）技术制成了MFM（金属铁电层金属）结构，这对于存储器设备的构建至关重要。 然而，随着铁电膜与CMOS（互补金属氧化物半导体）电路集成，文章关注了工艺损伤问题，特别是刻蚀损伤、氢损伤和应力损伤。刻蚀过程中可能会对铁电薄膜的性能造成负面影响，如减少厚度、改变电学性质。氢损伤则源于在高氢环境下可能发生的氢原子嵌入，影响铁电材料的稳定性。应力损伤则源于材料在制造过程中的机械应力，可能导致失活或性能下降。 作者对这些工艺损伤的物理机制进行了初步研究，并提出了相应的解决途径。这包括优化刻蚀工艺参数以减小损伤、使用保护气体来减少氢损伤，以及通过热处理或设计抗应力结构来缓解应力损伤。通过这样的方法，可以确保在集成过程中尽可能地保持铁电膜的优良性能，以便于在实际应用中发挥其潜力。 这篇论文不仅提供了硅基PZT薄膜的制备技术，还为解决其在铁电存储器中的集成工艺损伤提供了一定的理论支持，对于推动铁电材料在微电子领域的应用具有重要意义。