CN109055916A - 一种peald低温制备铁电薄膜的方法及铁电薄膜 - Google Patents

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Abstract

一种铁电薄膜的制备方法，属于铁电薄膜制备技术领域，包括：S1：用衬底材料制备衬底；S2：在第一预设温度范围内，采用等离子增强原子层沉积方法对所述衬底进行处理，得到预定厚度的铁电薄膜。通过该方法制备的铁电薄膜，在制备过程中与硅衬底材料的兼容性高，而且制备的铁电薄膜其应用时的铁电性能具有较高的自发极化、剩余极化值大、抗疲劳性高、保持时间长等特性。

Description

一种PEALD低温制备铁电薄膜的方法及铁电薄膜
技术领域
本申请属于铁电薄膜制备技术领域，具体涉及一种PEALD低温制备铁电薄膜的方法及铁电薄膜。
背景技术
现有技术介绍
关于对传统材料(如PZT、BTO等)的铁电薄膜已经在铁电薄膜的制备以及与铁电薄膜相关的器件制备技术领域研究多年并发展的较为成熟以及其相关技术也较为成熟。例如现拥有技术中多采用传统铁电薄膜制备的铁电存取器，这种技术被应用于商业化制造，且广泛应用于军事、航天工业中。然而，传统铁电材料也出现了如对环境污染较大(含铅)、漏电流较大、与硅工艺兼容性差等问题，阻碍了其进一步发展。对此，现有技术中提出在制备铁电薄膜过程中掺杂金属元素，以提高铁电薄膜的性能，客服上述问题。但目前现有技术中，常见的铁电薄膜制备方法主要有：1)溶胶-凝胶法(sol-gel)，该方法的成本较低，但在制备过程中只能在分子水平控制掺杂，影响薄膜厚度精度，因此难以控制薄膜质量；2)PLD法，即脉冲激光沉积方法，该方法具有生长参数独立可调、可精确控制化学计量比，易于实现超薄薄膜的生长和多层膜的制备，生长的薄膜结晶性能很好，膜的平整度很高，能够批量生长。但是由于等离子体管中的微粒、气态原子和分子沉积在薄膜上会降低薄膜质量，所以比较难以进一步提高薄膜的质量。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种PEALD低温制备铁电薄膜的方法，先对衬底材料进行清洗，对清洗后的衬底材料在一定的温度条件下采用等离子增强原子层沉积方法进行处理，得到一种纳米级别厚度的铁电薄膜。通过该方法制备的铁电薄膜，在制备过程中与硅衬底材料的兼容性高，而且制备的铁电薄膜其应用时的铁电性能具有较高的自发极化、剩余极化值大、抗疲劳性高、保持时间长等特性。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种PEALD低温制备铁电薄膜的方法，包括：
S1：用衬底材料制备衬底。
S2：在第一预设温度范围内，采用等离子增强原子层沉积方法对所述衬底进行处理，得到预定厚度的铁电薄膜。
进一步的，所述衬底材料采用p型中阻Si(100)。
进一步的，所述步骤S1具体包括：
S11：将衬底材料放入温度为120℃的SPM溶液中保温8-15分钟。
S12：再转移至温度为80℃的sc-2溶液中保温9-12分钟。
S13：放入氢氟酸溶液中浸泡25-40秒，得到衬底。
进一步的，所述步骤S2具体包括：
S21：向反应腔室中通入载气，通入载气的同时将反应腔室温度升高至220-330℃，并保持恒温，且控制压强范围为150-185mtorr。
S22：将至少两种金属源前驱体和/或氧源前驱体按预定顺序对所述衬底分别进行脉冲叠层，并在每两次脉冲叠层之间进行一次载气吹扫，得到铁电薄膜预成型品。
S23：对所述铁电薄膜预成型品在第二预设温度范围内退火第一预定时长，得到所述20-30纳米厚的铁电薄膜。
进一步的，所述步骤S22具体包括：
S221：在150-185mtorr压强下通入所述金属源前驱体脉冲叠层1-15秒。
S222：降低压强，并在压强80-90mtorr下，进行所述载气吹扫1-40秒。
S223：在80-90mtorr压强下，通入所述氧源前驱体进行脉冲叠层1-15秒。
S224：鼓入所述载气吹扫1-40秒；
S225：将所述步骤S221-S224重复1-N次；所述N为大于1的重复次数。
进一步的，所述步骤S23具体包括：
S231：调节反应腔室温度550-650℃，且在该温度下恒温20-30秒。
S232：再调节反应腔室温度至室温，并通入载气20-40秒，得到并取出20-30纳米厚的铁电薄膜。
进一步的，所述载气为惰性气体。
进一步的，所述金属源前驱体包括铪源前驱体、锆源前驱体、铅源前驱体和/或钛源前驱体。
进一步的，所述氧源前驱体包括H2O前驱体、O2前驱体和/或O3前驱体。
根据本申请的另一方面，提供了一种铁电薄膜，采用如上任意一项所述的铁电薄膜的制备方法制备而成。
技术方案小结：
原子层沉积技术(aromic layer deposition,ALD)因其具有独特的自限制生长原理，可在纳米尺度上控制薄膜厚度，使得该方法成为沉积微电子器件内薄膜的主要方法。基于原子层沉积技术，本申请采用的等离子增强原子层沉积(plasma enhanced atomiclayer deposition,PEALD)技术作为ALD的二种沉积模式之一，基本原理是是金属等离子化后，衬底吸附等离子化金属前驱体，然后暴露在氧自由基中形成金属氧化物膜。除了具有普通热原子层沉积(thermal atomic layer,TALD)技术的特点外，还可以增强反应物的活性，降低薄膜中的杂质浓度，扩展反应温度窗口以及更加致密的薄膜。
(三)有益效果
本发明采用PEALD对铁电薄膜进行制备，在ALD制备技术的基础上，加入了等离子体增强，降低了反应温度。而通过低温控制的PEALD技术，使得铁电薄膜制造过程中，可以形成，有利于铁电薄膜形成具有成分控制精确，厚度可控，与硅界面结合性好性能的铁电薄膜。本申请通过降低生长温度，可以提升与硅相容性能，降低硅表面处的界面层和界面态密度，并且使铁电薄膜内晶粒尺寸降低，使得制备的铁电薄膜在应用时其铁电性能具有剩余极化值大，保持时间长、抗疲劳性能好等特性。
在制备铁电薄膜是对镧、铪以及锆等金属元素以一定浓度进行掺杂沉积，并严格控制退火温度及时间，以确保制备的铁电薄膜质量的电学性能得到最优化。
本发明选择了氧化铪基铁电薄膜，绿色无污染，有利于推动并加快铁电存储器的研制和应用。
附图说明
图1是根据本申请一实施例方式的PEALD低温制备铁电薄膜的方法流程图；
图2是根据本申请一实施例方式的衬底材料制备衬底的方法流程图；
图3是根据本申请一实施例方式的步骤S2方法中具体执行过程流程图；
图4是根据本申请一实施例方式的步骤S22方法中具体执行过程流程图；
图5是根据本申请一实施例方式的步骤S23方法中具体执行过程流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参阅图1，图1是根据本申请一实施例方式的PEALD低温制备铁电薄膜的方法流程图。
根据本发明的一种实施方式，如图1所示，提供了一种PEALD低温制备铁电薄膜的方法，包括：
S1：用衬底材料制备衬底。
S2：在第一预设温度范围内，采用等离子增强原子层沉积方法对衬底进行处理，得到预定厚度的铁电薄膜。
在本实施例中，步骤S1中的对沉底材料的清洗方法可以为RCA法，但不限于此。S2中铁电薄膜的进行沉积处理的方法可以为等离子增强原子层沉积方法，但不限于该方法。
在一可选实施例中，衬底材料采用p型中阻Si(100)，其中，p型中阻Si(100)是指在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半导体，Si为硅的化学式，中阻表示硅电阻适中，(100)表示硅晶体晶面指数。
请参阅图2，图2是根据本申请一实施例方式的衬底材料制备衬底的方法流程图。
在一可选实施例中，如图2所示，步骤S1具体包括：
S11：将衬底材料放入温度为120℃的SPM溶液中保温8-15分钟；其中，SPM溶液是一种具有很强的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液，并将有机污染物氧化成CO2和H2O的用于清洗的溶液。用SPM清洗硅片可去除硅片表面的有机污物和部分金属。本申请中，SPM溶液用H2O2溶液、NH4OH溶液和H2SO4溶液按比例配成，具体配比可以为5:5:20，但不限于此比例。保温时间为8-15分钟，优选为10分钟。
S12：再转移至温度为80℃的sc-2溶液中保温9-12分钟；其中，sc-2溶液是一种硅片化学清洗液。本申请中sc-2溶液可以为H2O2:HCl:H2O＝5:5:25。保温时间可以为9-12分钟，优选为10分钟。
S13：放入氢氟酸溶液中浸泡25-40秒，得到衬底；其中，浸泡时间还可以为28-38秒，例如为28秒、29秒、30秒、31秒、32秒、33秒、34秒、35秒、36秒、37秒或38秒；优选为30秒。通过氢氟酸的浸泡，可以钝化衬底材料表面的悬挂键，再鼓入载气，其中，载气为惰性气体，例如为氩气，但不限于此。再吹干衬底材料的表面，得到衬底。优选的，在将衬底材料用氢氟酸溶液中浸泡25-40秒后，使用仪器向衬底材料表面鼓入载气使其表面干燥、洁净，以为制备铁电薄膜提供表面清洁的衬底。
在一可选实施例中，在步骤S13之前，还包括取出衬底材料，并用去离子水冲洗。以冲洗掉衬底材料表面的sc-2溶液，进一步再冲洗。
请参阅图3和图5，图3是根据本申请一实施例方式的步骤S2方法中具体执行过程流程图；图5是根据本申请一实施例方式的步骤S23方法中具体执行过程流程图。
在一可选实施例中，如图3和图5所示，步骤S2具体包括：
S21：向反应腔室中通入载气，通入载气的同时将反应腔室温度升高至220-330℃，并保持恒温，且控制压强范围为150-185mtorr。优选的，第一预设温度范围还可以为280-330℃，例如为280℃、290℃、300℃、310℃、320℃或330℃，但不限于此，可以根据具体的反应需要进行温度调节。优选的，压强范围为160-180mtorr，例如为162mtorr、164mtorr、165mtorr、166mtorr、168mtorr、170mtorr、172mtorr、174mtorr、176mtorr、178mtorr或180mtorr，但不限于上列举。
S22：将至少两种金属源前驱体和/或氧源前驱体按预定顺序对衬底分别进行脉冲叠层，并在每两次脉冲叠层间进行一次载气吹扫，得到铁电薄膜预成型品。在本申请中，金属源前驱体可以为两种、三种、四种或五种，但不限于此，也可以为更多种。金属源前驱体可以为铪源前驱体、锆源前驱体、铅源前驱体和/或钛源前驱体，但不限于此。氧源前驱体可以包括O2、O3或H2O，但不限于此，优选为O2或H2O，更有选为O2。其中，优选的，对交替的脉冲叠层重复多次。
S23：对铁电薄膜预成型品在第二预设温度范围内退火第一预定时长，得到预定厚度铁电薄膜。具体的步骤S23包括：S231：调节反应腔室温度550-650℃，且在该温度下恒温20-30秒，其中，退火温度可以根据金属前驱体的不同进行选择，例如可以选择550℃、600℃、650℃，但不限于此。
S232：再调节反应腔室温度至室温，并通入载气20-40秒，得到并取出20-30纳米厚的铁电薄膜。本申请中的载气为惰性气体，优选为氩气。
请参阅图4，图4是根据本申请一实施例方式的步骤S22方法中具体执行过程流程图。
在一可选实施例中，如图4所示，步骤S22具体包括：
S221：在150-185mtorr压强下通入所述金属源前驱体脉冲叠层1-15秒。其中，通入金属源前驱体的压强值为还可以为160-185mtorr，例如为160mtorr、165mtorr、170mtorr、175mtorr、180mtorr或185mtorr，优选为180mtorr但不限于此；且通入时间可以为1秒、2秒、3秒、4秒、5秒、6秒、7秒、8秒、9秒、10秒、11秒、12秒、13秒、14秒或15秒，但不限于此，优选为15秒。
S222：降低压强，并在压强80-90mtorr下，进行所述载气吹扫1-40秒。其中，鼓入载气进行吹扫的时间还可以为10-40秒或者20-30秒，例如为21秒、22秒、23秒、24秒、25秒、26秒、27秒、28秒、29秒或30秒，但不限于此，优选为30秒，鼓入载气的压强为80mtorr、81mtorr、82mtorr、83mtorr、84mtorr、85mtorr、86mtorr、87mtorr、88mtorr、89mtorr、或90mtorr优选为80mtorr、或90mtorr。
S223：在80-90mtorr压强下，通入所述氧源前驱体进行脉冲叠层1-15秒。其中，通氧源前驱体的压强值鼓入载气的压强为80mtorr、81mtorr、82mtorr、83mtorr、84mtorr、85mtorr、86mtorr、87mtorr、88mtorr、89mtorr、或90mtorr优选为80mtorr、或90mtorr；且通入时间可以为1秒、2秒、3秒、4秒、5秒、6秒、7秒、8秒、9秒、10秒、11秒、12秒、13秒、14秒或15秒，但不限于此，优选为15秒。
S224：鼓入所述载气吹扫1-40秒。鼓入载气进行吹扫的时间还可以为20-40秒，例如为22秒、24秒、26秒、28秒、30秒、32秒、34秒、36秒、38秒或40秒，但不限于此，优选为30秒。优选的可以在150-185mtorr压强下，鼓入所述载气吹扫1-40秒。鼓入载气的还可以为160-185mtorr，例如为160mtorr、165mtorr、170mtorr、175mtorr、180mtorr或185mtorr，优选为180mtorr但不限于此。
S225：将所述步骤S221-S224重复1-N次；所述N为大于1的重复次数。具体的循环次数依据金属源前驱体的不同而改变。例如有两种金属源前驱体，一种金属源前驱体为铪源前驱体，另一种为镧源前驱体。则当金属源前驱体为铪源前驱体，则步骤S221-S224循环重复15次；当金属源前驱体为镧源前驱体则步骤S221-S224循环重复1次，但不限于此。其中，镧源前驱体的循环重复的执行可以在铪源前驱体循环重复15次执行完以后进行，也可以在铪源前驱体循环重复15次中的任意一次以后执行。
在一可选实施例中，预定厚度为20-30纳米，但不限于20-30纳米，优选为20纳米。
在一可选实施例中，所述金属源前驱体包括铪源前驱体、锆源前驱体、铅源前驱体和/或钛源前驱体。
在一可选实施例中，所述氧源前驱体包括H2O前驱体、O2前驱体和/或O3前驱体。
根据本申请的另一实施方式，提供了一种铁电薄膜，采用如上任意一实施例中的铁电薄膜的制备方法制备而成。
根据本申请的又一实施方式，提供了一种铁电存储器，包括如上实施例中的铁电薄膜。
实施例1：
选择Hf(NC2H5CH3)4为铪源前驱体,La(iprcp)3为镧源前驱体，O2为氧源前驱体；以Ar为载气。用PEALD法低温制备镧掺杂氧化铪基铁电薄膜的方法，包括以下步骤：
Si衬底选择及衬底表面的清洗：选用p型中阻Si(100)作为衬底材料，采用RCA方法对Si衬底表面进行清洗具体包括将硅片放入温度为120℃的SPM溶液(H2O2:NH4OH:H2SO4＝5:5:20)中保温10min,除去有机污染物及金属离子，用去离子水将硅片冲洗干净；再将硅片放入温度为80℃的sc-2溶液(H2O2:HCl:H2O＝5:5:25)中保温10min,除去金属离子，用去离子水将硅片冲洗干净；再用HF浸泡硅片30s，除去钝化Si表面悬挂键；用氩气吹干硅片；获取超净表面Si衬底。在将Si衬底吹干后，继续向反应腔室通入氩气30s，同时控制反应腔室的压强值为180mtorr，反应腔室温度280℃并保持恒温。
调节压强值为180mtorr，并在180mtorr下通入铪源前驱体Hf(NC2H5CH3)4进行等离子体脉冲,持续时间为15s；降低压强值至90mtorr，进行氩气吹扫30s；在压强值为90mtorr下通入氧源前驱体O2进行等离子体脉冲，持续时间为15S；通入氩气吹扫30s。从执行通入铪源前驱体Hf(NC2H5CH3)4步骤开始至此，再循环重复14次。
调节压强值为180mtorr，并在180mtorr下通入镧源前驱体La(iprcp)3进行等离子体脉冲，持续时间为15s；降低压强值至90mtorr，进行氩气吹扫30s；在压强值为90mtorr下通入氧源前驱体O2进行等离子体脉冲，持续时间为15S；通入氩气吹扫30s，同时控制反应腔室的压强值为180mtorr。从通入镧源前驱体La(iprcp)3步骤开始至此，执行1次即可。从而保证镧掺杂量选为2.1％。
需要说明的是，上面的实施过程铪源前驱体Hf(NC2H5CH3)4总次数为15次，镧源前驱体La(iprcp)3通入总次数为1。该实施过程可称为一个周期。该周期中包括金属源前驱体通入次数16次，一个周期的薄膜生长量约为0.2—0.5nm,故需进行多次周期，得到预定厚度薄膜。
将反应腔室内温度调节为650℃，持续时间为30s，进行退火，待温度降至室温降温，通入氩气30s，取出厚度为20纳米的镧掺杂氧化铪基铁电薄膜。
实施例2：
选用四叔丁基铪(HTB，纯度为99.9％)为铪源前驱体，四叔丁基锆(ZTB,纯度为99％)为锆源前驱体，O2为氧源前驱体，载气为Ar；采用PEALD法低温制备锆(Zr)掺杂铁电薄膜的方法，包括以下步骤：
Si衬底选择及衬底表面的清洗：选用p型中阻Si(100)作为衬底材料，采用RCA方法对Si衬底表面进行清洗具体包括将硅片放入温度为120℃的SPM溶液(H2O2:NH4OH:H2SO4＝5:5:20)中保温8min,除去有机污染物及金属离子，用去离子水将硅片冲洗干净；再将硅片放入温度为80℃的sc-2溶液(H2O2:HCl:H2O＝5:5:25)中保温9min,除去金属离子，用去离子水将硅片冲洗干净；再用HF浸泡硅片25s，除去钝化Si表面悬挂键；用氩气吹干硅片；获取超净表面Si衬底。在将Si衬底吹干后，继续向反应腔室通入氩气30s，同时控制反应腔室的压强值为150mtorr，反应腔室温度240℃并保持恒温。
调节压强值为150mtorr，并在150mtorr下通入铪源前驱体四叔丁基铪(HTB)进行等离子体脉冲,持续时间为15s；进行氩气吹扫30s；调节压强值为80mtorr下通入氧源前驱体O2等离子体脉冲，持续时间为15S；通入氩气吹扫30s。从通入铪源前驱体四叔丁基铪(HTB)步骤开始至此，执行1次即可。
调节压强值为150mtorr，并在150mtorr下通入四叔丁基锆(ZTB)等离子体脉冲，持续时间为15s；进行氩气吹扫30s；降低压强值至80mtorr，在压强值为80mtorr下通入氧源前驱体O2等离子体脉冲，持续时间为15S；通入氩气吹扫15s，从通入四叔丁基锆(ZTB)步骤开始至此，执行1次。从而保证锆掺杂量选为50％。
需要说明的是，上面的实施过程通入铪源前驱体HTB等离子体脉冲次数为1次，通入锆源前驱体ZTB等离子体脉冲总次数为1次。该实施过程可称为一个周期。该周期包括金属源前驱体脉冲通入次数为2次，一个周期的薄膜生长量约为0.2—0.5nm,故需进行多次周期，得到预定厚度薄膜。
将反应腔室内温度调节为550℃，持续时间为20s，进行退火，待温度降至室温降温，通入氩气40s，取出厚度为20纳米的锆掺杂氧化铪基铁电薄膜。
实施例3：
选用金属烷基四乙基铅Pb(Et)4,为金属铅源前驱体，Ti(OiPr)4为金属钛源前驱体，Zrcl4为锆源前驱体，氧前驱体为H2O，载气为Ar气；采用PEALD法低温制备PZT铁电薄膜的方法，包括以下步骤：
Si衬底选择及衬底表面的清洗：选用p型中阻Si(100)作为衬底材料，采用RCA方法对Si衬底表面进行清洗具体包括将硅片放入温度为120℃的SPM溶液(H2O2:NH4OH:H2SO4＝5:5:20)中保温15min,除去有机污染物及金属离子，用去离子水将硅片冲洗干净；再将硅片放入温度为80℃的sc-2溶液(H2O2:HCl:H2O＝5:5:25)中保温12min,除去金属离子，用去离子水将硅片冲洗干净；再用HF浸泡硅片40s，除去钝化Si表面悬挂键；用氩气吹干硅片；获取超净表面Si衬底。在将Si衬底吹干后，继续向反应腔室通入氩气20s，同时控制反应腔室的压强值为185mtorr，反应腔室温度250℃保持恒温。
在185mtorr下通入铅源前驱体金属烷基四乙基铅Pb(Et)4等离子脉冲，持续时间为1s；进行氩气吹扫20s，降低压强值至90mtorr，在压强值为90mtorr下通入氧源前驱体H2O等离子体脉冲，持续时间为1s；通入氩气吹扫20s。从执行通入铅源前驱体铅源前驱体金属烷基四乙基铅Pb(Et)4步骤开始至此，共执行10次即可。
调节压强值为185mtorr，并在185mtorr下通入金属钛源前驱体Ti(OiPr)4等离子体脉冲，持续时间为1s；氩气吹扫20s，降低压强值至90mtorr，在压强值为90mtorr下氧源前驱体H2O等离子体脉冲，持续时间为1s；通入氩气吹扫20s。从执行通入钛源前驱体Ti(OiPr)4步骤开始至此，循环重复2次即可。
调节压强值为185mtorr，并在185mtorr下通入锆源前驱体Zrcl4等离子体脉冲,持续时间为1s；进行氩气吹扫20s，降低压强值至90mtorr，在压强值为90mtorr下通入氧源前驱体H2O等离子体脉冲，持续时间为1s；通入氩气吹扫20s。使得铁电薄膜中Zr:Ti物质量比为70:30。从执行通入锆源前驱体Zrcl4步骤开始至此，循环重复6次即可。
需要说明的是，上面的实施过程分别通入铅源前驱体Pb(Et)4以及钛源前驱体Ti(OiPr)4，锆源前驱体Zrcl4等离子体脉冲，因为Zr:Ti物质量比为70:30，所以铅源前驱体通入次数为10次，钛源前驱体通入次数为3次。锆源前驱体脉冲通入次数为7次，该实施过程可称为一个循环周期，通入金属源前驱体次数为20次，即为一个生长周期。一个周期的薄膜生长量约为0.2—0.5nm,故需进行多次周期，得到预定厚度薄膜。
将反应腔室内温度调节为600℃，持续时间为20s，进行退火，待温度降至室温降温，通入氩气30s，取出厚度为20纳米的PZT铁电薄膜。
本发明旨在保护一种铁电薄膜及其制备方法。本发明采用PEALD对铁电薄膜进行制备，在ALD制备技术的基础上，加入了等离子体增强，降低了反应温度。而通过低温控制的PEALD技术，使得铁电薄膜制造过程中，有利于形成具有成分控制精确，厚度可控，与硅界面结合性好性能的铁电薄膜。
在制备铁电薄膜是对镧、铪以及锆等金属元素以一定浓度进行掺杂沉积，并严格控制退火温度及时间，以确保制备的铁道薄膜质量的电学性能得到最优化。
本发明选择了氧化铪基铁电薄膜，绿色无污染，有利于推动并加快铁电存储器的研制和应用。
本发明采用PEALD技术，使制备过程降低了生长温度，通过降低生长温度，可以提升与硅衬底的相容性能，降低硅表面处的界面层和界面态密度，并且使铁电薄膜内晶粒尺寸降低，使得制备的铁电薄膜在应用时其铁电性能具有剩余极化值大，保持时间长、抗疲劳性能好等特性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种PEALD低温制备铁电薄膜的方法，其特征在于，包括：
S1：用衬底材料制备衬底；
S2：在第一预设温度范围内，采用等离子增强原子层沉积方法对所述衬底进行处理，得到预定厚度的铁电薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述衬底材料采用p型中阻Si(100)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
S11：将衬底材料放入温度为120℃的SPM溶液中保温8-15分钟；
S12：再转移至温度为80℃的sc-2溶液中保温9-12分钟；
S13：放入氢氟酸溶液中浸泡25-40秒，得到衬底。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21：向反应腔室中通入载气，通入载气的同时将反应腔室温度升高至220-330℃，并保持恒温，且控制压强范围为150-185mtorr；
S22：将至少两种金属源前驱体和/或氧源前驱体按预定顺序对所述衬底分别进行脉冲叠层，并在每两次脉冲叠层之间进行一次载气吹扫，得到铁电薄膜预成型品；
S23：对所述铁电薄膜预成型品在第二预设温度范围内退火第一预定时长，得到所述20-30纳米厚的铁电薄膜。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括：
S221：在150-185mtorr压强下通入所述金属源前驱体脉冲叠层1-15秒；
S222：降低压强，并在压强80-90mtorr下，进行所述载气吹扫1-40秒；
S223：在80-90mtorr压强下，通入所述氧源前驱体进行脉冲叠层1-15秒；
S224：鼓入所述载气吹扫1-40秒；
S225：将所述步骤S221-S224重复1-N次；所述N为大于1的重复次数。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S23具体包括：
S231：调节反应腔室温度550-650℃，且在该温度下恒温20-30秒；
S232：再调节反应腔室温度至室温，并通入载气20-40秒，得到并取出20-30纳米厚的铁电薄膜。
7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述载气为惰性气体。
8.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述金属源前驱体包括铪源前驱体、锆源前驱体、铅源前驱体和/或钛源前驱体。
9.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述氧源前驱体包括H2O前驱体、O2前驱体和/或O3前驱体。
10.一种铁电薄膜，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的铁电薄膜的制备方法制备而成。
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