[發明專利]一種基于納米疊層結構金屬氧化物柔性電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 201910645580.2
• 申請日: 2019-07-17
• 公開（公告）號: CN110415974B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 李愛東;房昌;王梅;曹燕強;吳迪
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01G4/10
• 分類號: H01G4/10;H01G4/08;H01G4/005;H01G4/008;H01G4/00;H01L23/64;H01L49/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種基于納米疊層結構金屬氧化物柔性電容器及其制備方法，屬于微納電子技術－高密度電容器領域，利用低溫PEALD方法制備基于Al?Hf?Sn?Ti?Al?O納米疊層結構超薄金屬氧化物的柔性電容器，制備的電容器既具有較高的電容密度，同時又具有較低的漏電流密度和電壓線性度，而且可根據實際需要選擇不同的制備條件可得到不同性能的柔性電容器。本發明利用低溫PEALD制備方法，在80℃生長工藝下，通過調控金屬前驅體脈沖序列循環比和循環數，獲得了介質層厚度為20?30納米厚的Al?Hf?Sn?Ti?Al?O納米疊層結構電容器，所述電容器既具有較高的電容密度3~10 fF/μm²，同時又具有較低的漏電流密度10^?7~10^?8 A/cm²和電壓線性度650 ppm/V²。

技術領域

本發明屬于微納電子技術－高密度電容器領域，尤其涉及一種基于納米疊層結構金屬氧化物柔性電容器及其制備方法。

背景技術

隨著無線通信市場的快速發展，通信電子產品占到了如今半導體制造行業的一半市場份額。摩爾定律指出集成電路芯片上所集成的元件數目，每隔18個月就翻一倍。在摩爾定律提出后的近50年里，半導體芯片制造工藝水平高速發展，芯片集成度的提高意味著芯片上器件的尺寸越來越小。在對邏輯器件、存儲器件要求高速、高密度和低功耗的同時，對系統級芯片（System-on-Chip，SoC）中電容和電阻等無源器件的要求也越來越高。電容是一種基本的無源元件，金屬-絕緣層-金屬（metal-insulator-metal，MIM）電容是一種新型的電容器，其以金屬材料作為器件的上下電極，在有效降低寄生電容的同時又極大降低介質層與電極的接觸電阻，具有導電性好且無損耗的特點，在集成電路領域和大量的消費和工業用電子電路系統中應用越來越廣泛。

與傳統的硅基半導體電子器件相比，新興的柔性電子（flexible electronics）產品因具有高的技術開發潛力和廣泛的應用前景同樣引起工業界和學術界的極大興趣。目前柔性電子器件的研究方興未艾，作為一種基本電路元件，發展柔性基電容器件也是必不可少的環節。

聚合物襯底成本低，但是其耐受溫度低的特點限制了薄膜的生長方式。而原子層沉積技術（atomic layer deposition , ALD）是一種具有自限制性和自飽和性反應機制的新型薄膜沉積技術，具有優異的三維貼合性、大面積的均勻性和簡單精確的亞單層膜厚控制，可在低溫下生長高質量的金屬氧化物薄膜等特點，特別是等離子體增強ALD（plasma-enhanced ALD，PEALD）技術，甚至可以在室溫沉積。目前有利用熱ALD技術在柔性硅織物襯底上制備Al₂O₃ MIM結構電容的報道，電容密度值只有0.6 μF/cm²，但尚未有在聚合物襯底上用PEALD制備MIM電容的報道。

發明內容

本發明提供了一種基于納米疊層結構金屬氧化物柔性電容器及其制備方法，利用低溫PEALD方法制備基于Al-Hf-Sn-Ti-Al-O納米疊層結構超薄金屬氧化物的柔性電容器，制備的電容器既具有較高的電容密度，同時又具有較低的漏電流密度和電壓線性度，而且可根據實際需要選擇不同的制備條件可得到不同性能的柔性電容器。

為實現以上目的，本發明采用以下技術方案：