技术摘要：
一种氧化铪基铁电薄膜的制备方法，包括：在基底上沉积氧化铪基薄膜；并在氧化铪基薄膜的上表面沉积覆盖层后，基于退火装置在电场作用下进行退火处理，得到结晶状的大面积单相氧化铪基铁电薄膜，包括在退火处理的不同时间段有选择的施加电场；其中，退火处理包括升温、  全部
背景技术：
铁电存储器具有高速读写、低功耗、高保持性等优点，被称为最具潜力的下一代新 型存储器之一，铁电存储器的性能很大程度上取决于铁电薄膜的性质。2011年后掺杂的氧 化铪薄膜被人们验证具有铁电性后，已经解决了传统铁电薄膜互补金属-氧化物-半导体 (CMOS)制备工艺的兼容性问题。此外，由于氧化铪薄膜在厚度尺寸上微缩至亚十纳米时仍 具有铁电性，且具有矫顽电场大、铁电极化大等优点，因此基于氧化铪基铁电薄膜的存储器 件近几年取得了许多突破性的进展。 目前基于28nm工艺节点的铁电鳍型晶体管(Fe-FinFET)已经制备出并且实现存储 特性；三维NAND结构的铁电存储器件也被验证成功。随着CMOS工艺技术不断发展，为满足现 在先进的5nm、3nm工艺节点要求，器件结构设计中要求Fin栅结构以及nanowire栅结构中的 铁电薄膜在小尺寸下仍具有优异的均一性。 然而目前制备的氧化铪基铁电薄膜均具有多相，即正交相、单斜相、四方相、立方 相等共存的特性。已有模拟和实验的数据表明，当器件沟道尺寸微缩至30nm以下时，其多相 共存的特性会影响器件性能的均一性，包括开态电流、开关比、阈值电压以及亚阈值摆幅等 指标。如何提高氧化铪基薄膜在小面积下的晶相均一性，是解决这一瓶颈问题的最有效的 方法。 在常压下，氧化铪晶体有三种稳定的相结构，常温下稳定存在的单斜相P21/c，温 度高于1720oC时的四方相P42/nmc，温度高于2600oC时的立方相Fm3m。研究表明，具有铁电 性的氧化铪为正交相Pca21，也称为该材料的铁电相，通常是在非晶薄膜在退火结晶过程中 单斜相、四方相以及立方相的相互转换中作为过渡相形成，通过掺杂、氧空位调控、电极应 力挟持等作用可使其稳定。 现有的技术中，由于铁电薄膜在退火的过程中，结晶后各晶相(包括正交相/铁电 相，单斜相，四方相，立方相等)形成的能量势垒差别较小，目前不管是通过物理气相沉积亦 或是化学气相沉积制备的氧化铪基薄膜均呈现多相共存的特性，且各相的尺寸为-几纳米 至几十纳米左右，且分布不均，导致了薄膜中铁电性能的不均一；当器件尺寸逐渐缩小时， 氧化铪基薄膜性能不均一性将导致器件性能的不均一性，因此影响器件的实际应用和产业 化发展。 如何进一步优化制备工艺、消除多相共存(抑制甚至消除非铁电相)，是提高器件 微缩时铁电薄膜性能均一性的方向，将为氧化铪基薄膜的器件集成带来工艺节点上的突 破。
技术实现要素：
(一)发明目的 3 CN 111554568 A 说　明　书 2/6 页 本发明的目的是提供一种氧化铪基铁电薄膜的制备方法，通过在对氧化铪基铁电 薄膜进行退火处理的同时施加电场，控制氧化铪基铁电薄膜结晶过程中的能量场，使掺杂 的氧化铪薄膜具有良好的铁电性。 (二)技术方案 为解决上述问题，根据本发明的一个方面,本发明提供了一种氧化铪基铁电薄膜 的制备方法，其特征在于，包括：在基底上沉积氧化铪基薄膜；基于退火装置在电场作用下 进行退火处理，得到结晶状的氧化铪基铁电薄膜，包括在退火处理的不同时间段以及退火 之前的一段时间内有选择的施加电场；其中，退火处理包括升温、保持温度和降温三个不同 时间段。 进一步的，在电场作用下进行退火处理之前还包括：采用电场对氧化铪基薄膜进 行预处理。 进一步的，在电场作用下进行退火处理包括：在退火处理的三个不同时间段以及 退火之前的一段时间间断的施加电场；或在退火处理的三个不同时间段以及退火之前的一 段时间不间断的施加电场。 进一步的，电场为直流电或交流电或两者组合。 进一步的，在基底上沉积氧化铪基薄膜还包括：在氧化铪基薄膜的上表面沉积覆 盖层。 进一步的，退火的温度为：300-1000℃；退火的时间为：1s-1h。 进一步的，退火装置包括：壳体；以及退火炉支撑板，退火炉支撑板设置在壳体内； 电场下极板和电场上极板，电场下极板和电场上极板相互平行设置在退火炉支撑板上，且 电场下极板和电场上极板之间预设有一定间距，以放置氧化铪基薄膜；加热设备，加热设备 围绕在壳体的内壁面，用于加热氧化铪基薄膜；电压控制器，电压控制器与电场上极板电连 接，电场下极板与接地端电连接，以在电场下极板和电场上极板之间预设的间距内形成电 场。 进一步的，沉积的方法为溅射、原子层沉积、脉冲激光沉积、分子束外延、离子束外 延或化学气相沉积。 进一步的，沉积的温度低于氧化铪基铁电薄膜结晶的温度。 (三)有益效果 本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果： 改善了氧化铪基铁电薄膜的质量，使得制备的氧化铪基铁电薄膜具有大面积正交 相，铁电性强；且当薄膜面积缩小时，薄膜性能也保持较好的均一性。 本发明的制备方法对常规方法沉积的氧化铪基薄膜的优化均可实现，不限制掺杂 元素种类和非晶薄膜沉积方法，也不限制器件的结构和图形(即平面的和3D复杂结构均适 用)，适用面大大扩宽。 附图说明 图1是本发明提供的实施例一的退火装置的结构示意图； 图2是本发明提供的实施例一的退火装置的退火炉支撑板的结构示意图； 图3是本发明提供的实施例一的退火装置的电场上极板的结构示意图； 4 CN 111554568 A 说　明　书 3/6 页 图4是本发明提供的实施例一的时间温度程序图； 图5是本发明提供的实施例一的时间电场程序图。 附图标记： 1-退火炉支撑板；2-电场下极板；3-氧化铪基薄膜；4-接地端；6-电压控制器；7-间 距；8-加热设备；9-温度传感器；10-壳体。