[发明专利]一种以复合二氧化钛薄膜为电介质的电容器制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容器的制备方法，尤其涉及一种以二氧化钛薄膜为电介质的电容器的制备方法。

背景技术

随着半导体器件的特征尺寸按摩尔定律不断缩小，为保证器件的性能不变或必须的电容器容量，所需电介质薄膜层的厚度也必须按相应比例降低，由常规技术制备的氧化物薄膜容易出现多孔形貌和氧空缺等缺陷，引起隧穿漏电流等问题，影响半导体器件或存储器件DRAM的性能。因此具有平整致密性和高介电常数氧化物薄膜的制备在半导体器件的升级换代和增大薄膜电容器容量等方面成为重要的工艺环节。近年来，TiO₂因为较高的介电常数（80～100）和较高的电阻率成为倍受关注的材料，但纯二氧化钛薄膜容易形成介电常数较低（约30左右）的锐钛矿相，且表面具有多孔性结构，平整度不好、漏电流大，阻碍了它作为高K电介质薄膜材料的应用。

研究开发表面平整致密二氧化钛薄膜，其漏电流会减小，对于半导体二氧化钛的电学性能具有非常重要的意义。李斌使用浸涂、烧结方法制备致密二氧化钛薄膜，利用AFM分析制备工艺对薄膜表面形貌的影响，当浸涂次数增加到3-4次时，薄膜的表面起伏度最小（RMS=0.59-0.44nm）。但这种工艺比较复杂，且表面平整度仍不能满足要求。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种二氧化钛复合薄膜电容器制备方法，提高电介质薄膜的平整致密度，防止出现多孔结构、引起电流泄漏。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种以复合二氧化钛薄膜为电介质的电容器制备方法，包括下列步骤：

在所需制备薄膜电容器的衬底上，镀制下部电极；

在形成的下部电极上镀制电介质薄膜；

在电介质薄膜上镀制电容器的上部电极；

其中，所述电介质薄膜的镀制包括，

提供一真空腔体，该真空腔体内设有氧化钇与二氧化钛复合靶材、具有下部电极的衬底，所述氧化钇与二氧化钛复合靶材为将片状的氧化钇设置在二氧化钛靶材表面而成；

通入氧气体积含量在0.1～20%范围的氧气和氩气的混合气体，工作气压调控在0.2～2 Pa之间；

采用磁控溅射方法，在待镀膜衬底上形成Y₂O₃-TiO₂复合薄膜层。

上述技术方案中，磁控溅射时，溅射功率密度在3～8 W/cm²范围。

进一步的技术方案，在镀制电介质薄膜后，镀制上部电极前，对镀制有电介质薄膜的材料进行低温退火处理，促进金红石结构的二氧化钛结晶颗粒形成。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1．本发明的薄膜电容器采用氧化钇掺杂二氧化钛复合薄膜作为电介质薄膜，提高了电介质薄膜的平整致密度，防止出现多孔结构、引起电流泄漏。

2．采用氧化钇掺杂二氧化钛复合薄膜作为电介质薄膜，容易生成金红石相结构的二氧化钛、提高介电特性。

3．本发明采用磁控溅射方法、通过直接溅射氧化钇和二氧化钛的复合靶材制备所述的复合薄膜，简化电介质薄膜的制造工艺、有利于实现流水式的连续生产，提高产品的生产效率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：以硅片为衬底，电极镀膜采用纯度为99.99%的铝靶，电介质镀膜采用氧化钇和二氧化钛复合靶材和纯二氧化钛复合靶材。所述复合靶材是将99.99%纯度的Y₂O₃小片叠加在99.99%的TiO₂靶表面组合而成的复合靶，且（Y₂O₃）覆盖（TiO₂）靶表面的面积约为20%。将真空镀膜室抽至10^-6Pa的真空后，先通入氩气、调节高真空阀使工作室压强保持在0.5Pa的溅射压强，在硅片衬底上镀制下部电极。之后在氩气中混入约5%的氧气，调节高真空阀使工作室压强保持在0.5Pa的溅射压强后，安装复合靶的阴极上施加射频电源，在下部电极上镀制氧化钇掺杂的二氧化钛薄膜（即所述的Y₂O₃-TiO₂复合薄膜）。其间，控制溅射功率在160W，溅射时间90min。之后，切断气体，对所述复合薄膜进行低温退火处理。最后，再通入氩气、调节高真空阀使工作室压强回到0.5Pa后，在所述复合电介质薄膜上镀制上部电极。上下电极的厚度控制在100nm左右，电介质薄膜厚度控制在50-100nm。

实验表明，采用本发明的方法制备的以Y₂O₃-TiO₂复合薄膜为电介质的薄膜电容器，氧化钇掺杂二氧化钛薄膜的表面平整致密性、可以有效抑制漏电流，促进金红石结构二氧化钛结晶颗粒的形成、得到具有高介电常数的复合电介质，提高薄膜电容的特性。采用本发明的方法制备薄膜电容器的所有工艺简单、所有流程都在真空中进行，适合于高生产效率的流水线生产模式。