[發明專利]一種以復合二氧化鈦薄膜為電介質的電容器制備方法

無效

• 申請號: 201110057643.6
• 申請日: 2011-03-10
• 公開（公告）號: CN102097209A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 狄國慶;曹月華
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01G4/10
• 分類號: H01G4/10;H01G4/33
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種電容器的制備方法，尤其涉及一種以二氧化鈦薄膜為電介質的電容器的制備方法。

背景技術

隨著半導體器件的特征尺寸按摩爾定律不斷縮小，為保證器件的性能不變或必須的電容器容量，所需電介質薄膜層的厚度也必須按相應比例降低，由常規技術制備的氧化物薄膜容易出現多孔形貌和氧空缺等缺陷，引起隧穿漏電流等問題，影響半導體器件或存儲器件DRAM的性能。因此具有平整致密性和高介電常數氧化物薄膜的制備在半導體器件的升級換代和增大薄膜電容器容量等方面成為重要的工藝環節。近年來，TiO₂因為較高的介電常數（80～100）和較高的電阻率成為倍受關注的材料，但純二氧化鈦薄膜容易形成介電常數較低（約30左右）的銳鈦礦相，且表面具有多孔性結構，平整度不好、漏電流大，阻礙了它作為高K電介質薄膜材料的應用。

研究開發表面平整致密二氧化鈦薄膜，其漏電流會減小，對于半導體二氧化鈦的電學性能具有非常重要的意義。李斌使用浸涂、燒結方法制備致密二氧化鈦薄膜，利用AFM分析制備工藝對薄膜表面形貌的影響，當浸涂次數增加到3-4次時，薄膜的表面起伏度最小（RMS=0.59-0.44nm）。但這種工藝比較復雜，且表面平整度仍不能滿足要求。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種二氧化鈦復合薄膜電容器制備方法，提高電介質薄膜的平整致密度，防止出現多孔結構、引起電流泄漏。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：

一種以復合二氧化鈦薄膜為電介質的電容器制備方法，包括下列步驟：

在所需制備薄膜電容器的襯底上，鍍制下部電極；

在形成的下部電極上鍍制電介質薄膜；

在電介質薄膜上鍍制電容器的上部電極；

其中，所述電介質薄膜的鍍制包括，

提供一真空腔體，該真空腔體內設有氧化釔與二氧化鈦復合靶材、具有下部電極的襯底，所述氧化釔與二氧化鈦復合靶材為將片狀的氧化釔設置在二氧化鈦靶材表面而成；

通入氧氣體積含量在0.1～20%范圍的氧氣和氬氣的混合氣體，工作氣壓調控在0.2～2?Pa之間；

采用磁控濺射方法，在待鍍膜襯底上形成Y₂O₃-TiO₂復合薄膜層。

上述技術方案中，磁控濺射時，濺射功率密度在3～8?W/cm²范圍。

進一步的技術方案，在鍍制電介質薄膜后，鍍制上部電極前，對鍍制有電介質薄膜的材料進行低溫退火處理，促進金紅石結構的二氧化鈦結晶顆粒形成。

由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：

1．本發明的薄膜電容器采用氧化釔摻雜二氧化鈦復合薄膜作為電介質薄膜，提高了電介質薄膜的平整致密度，防止出現多孔結構、引起電流泄漏。

2．采用氧化釔摻雜二氧化鈦復合薄膜作為電介質薄膜，容易生成金紅石相結構的二氧化鈦、提高介電特性。

3．本發明采用磁控濺射方法、通過直接濺射氧化釔和二氧化鈦的復合靶材制備所述的復合薄膜，簡化電介質薄膜的制造工藝、有利于實現流水式的連續生產，提高產品的生產效率。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步描述：

實施例一：以硅片為襯底，電極鍍膜采用純度為99.99%的鋁靶，電介質鍍膜采用氧化釔和二氧化鈦復合靶材和純二氧化鈦復合靶材。所述復合靶材是將99.99%純度的Y₂O₃小片疊加在99.99%的TiO₂靶表面組合而成的復合靶，且（Y₂O₃）覆蓋（TiO₂）靶表面的面積約為20%。將真空鍍膜室抽至10^-6Pa的真空后，先通入氬氣、調節高真空閥使工作室壓強保持在0.5Pa的濺射壓強，在硅片襯底上鍍制下部電極。之后在氬氣中混入約5%的氧氣，調節高真空閥使工作室壓強保持在0.5Pa的濺射壓強后，安裝復合靶的陰極上施加射頻電源，在下部電極上鍍制氧化釔摻雜的二氧化鈦薄膜（即所述的Y₂O₃-TiO₂復合薄膜）。其間，控制濺射功率在160W，濺射時間90min。之后，切斷氣體，對所述復合薄膜進行低溫退火處理。最后，再通入氬氣、調節高真空閥使工作室壓強回到0.5Pa后，在所述復合電介質薄膜上鍍制上部電極。上下電極的厚度控制在100nm左右，電介質薄膜厚度控制在50-100nm。

實驗表明，采用本發明的方法制備的以Y₂O₃-TiO₂復合薄膜為電介質的薄膜電容器，氧化釔摻雜二氧化鈦薄膜的表面平整致密性、可以有效抑制漏電流，促進金紅石結構二氧化鈦結晶顆粒的形成、得到具有高介電常數的復合電介質，提高薄膜電容的特性。采用本發明的方法制備薄膜電容器的所有工藝簡單、所有流程都在真空中進行，適合于高生產效率的流水線生產模式。