由于铁电薄膜材料优异的电学性能、稳定的温度特性和丰富的材料体系,近年来,基于硅工艺的铁电器件在微电子机械系统、新能源光伏,尤其是非挥发性存储器等领域具有广泛应用。通过图形化工艺制作一定规则图形的铁电薄膜是其集成应用的基础。随着微电子工艺的不断发展,制作更小尺寸的铁电薄膜有利于提高铁电存储密度、降低生产成本。但图形化工艺过程导致的铁电性能损伤越来越严重,已成为制约铁电器件发展的重要原因之一。锆钛酸铅(PZT)是最有代表性的铁电材料,具有剩余极化值大、矫顽场值小、结晶温度低等优点,成为铁电薄膜材料的研究热点。本论文采用离子束刻蚀法(IBE)对溶胶-凝胶法制备的PZT铁电薄膜微图形化工艺进行了研究,研究了刻蚀工艺参数对图形质量、铁电性能的影响和刻蚀损伤的工艺方法改善。其主要研究内容如下:(1)采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel法)制备Pb1.1(Zr0.52,Ti0.48)O3薄膜。研究了退火温度对PZT薄膜铁电性能的影响。在最佳退火温度650°C下制备出剩余极化值约25μC/cm2、矫顽场值约100 kV/cm的PZT铁电薄膜。(2)优化了PZT铁电薄膜刻蚀保护层(ILR-1050型光刻胶)的制备工艺参数,研究了曝光能量、前烘温度、显影时间、后烘温度等对刻蚀保护层表面质量和侧壁的影响。通过优化工艺,获得了最佳的光刻工艺参数,如甩胶转速4500rpm,前烘温度90°C,曝光时间12 s,显影时间60 s,后烘温度120°C。得到了表面平整、边线平直、显影干净、图形完整的光刻胶图形。(3)研究了离子束入射角、屏极电压、氩气流量等刻蚀参数对PZT铁电薄膜刻蚀速率和表面粗糙度的影响。实验发现,当氩气流量为7 sccm、屏级电压值为600 V、氩离子束的入射角度约为45o时,是最优的工艺参数。此时,刻蚀速率达到最大值25 nm/min,表面粗糙度值Rq(均方根)和Ra(算术平均值)分别为0.976 nm和0.776 nm且它们的降幅分别达到65.2%和65.9%。(4)从刻蚀PZT铁电薄膜的厚度比值和图形尺寸两个方面,研究了它们的刻蚀性能损伤问题。发现当刻蚀等比例厚度时,由于缺陷的畴钉扎作用,矫顽场随初始薄膜厚度的增大而减小。随着PZT铁电电容尺寸的增大,由于基板对铁电薄膜的夹持作用,形成了更大的界面势阱,导致矫顽场增加。研究表明采用非晶刻蚀工艺后,PZT薄膜的铁电性能几乎能恢复到刻蚀前,如矫顽场值、漏电流、疲劳性能等。采用两步刻蚀法刻蚀非晶PZT薄膜时,它的铁电性能会得到更好的改善。