用于后端生产线集成的铁电Al0.63Sc0.37N薄膜的低温逐层外延技术

《Nano Letters》：Low-Temperature Layer-by-Layer Epitaxy of Ferroelectric Al0.63Sc0.37N Thin Films for Back-End-of-Line Integration

Sc掺杂氮化铝薄膜通过氮等离子辅助脉冲激光沉积技术实现400℃低温外延生长，抑制氮空位并稳定六方相结构，获得160μC/cm2超剩余极化和2.9MV/cm-1低矫顽场，为BEOL集成提供新路径。

　　

掺Sc的氮化铝（(Al,Sc)N）由于其优异的铁电性能和与CMOS系统的兼容性，成为下一代非易失性存储器和微机电系统（MEMS）应用的有希望的材料。然而，较高的矫顽场仍然是其应用的主要障碍。为了降低矫顽场，制备高Sc含量的(Al,Sc)N外延薄膜至关重要，但这在低温环境下进行后端线（BEOL）集成时仍然具有挑战性。在这里，我们通过开发一种氮等离子体辅助脉冲激光沉积（N-PLD）技术，在400°C的温度下实现了铁电Al_0.63Sc_0.37N薄膜的逐层外延生长（该薄膜具有目前最高Sc含量）。通过X射线光电子能谱分析验证，氮原子氛围对于抑制氮空位并稳定高Sc含量的(Al,Sc)N纤锌矿相至关重要。这些高质量的外延Al_0.63Sc_0.37N薄膜表现出超过160 μC cm^–2的剩极化强度以及约2.9 MV cm^–1的理想低矫顽场。我们的研究成果为高质量(Al,Sc)N在非易失性存储器和MEMS应用中的BEOL集成开辟了新的途径。