[发明专利]一种铪铝氧薄膜的制备方法及其应用

说明书

本发明属于射频/微波介质薄膜技术领域，具体涉及一种电学性能优异的铪铝氧薄膜的制备方法及其在制备射频薄膜电容器中的应用，为研制高电容密度、低漏电流、高击穿电压以及较小的电压系数的射频/微波介质薄膜，本发明提供了一种电学性能优异的铪铝氧薄膜的制备方法，以一定铪铝掺杂比的四(二甲基酰胺)铪和三甲基铝为前驱体，通过臭氧利用原子层沉积技术于一定铪源加热温度以及生长温度下在重掺硅上生长铪铝氧薄膜,最后经高温退火处理后得到，应用于制备射频薄膜电容器领域，所制备得到的铪铝氧薄膜电容器具有较高的击穿电压、较小的漏电流、较大的介电常数和较低的介电损耗；同时，本发明的铪铝氧薄膜电容器结构简单，比较容易制备得到。

技术领域

本发明属于射频/微波介质薄膜技术领域，具体涉及一种电学性能优异的铪铝氧薄膜的制备方法及其在制备射频薄膜电容器中的应用。

背景技术

波通信技术(蓝牙技术、电话、广播电视、无线通讯、移动网络等)的快速发展和广泛应用，促进了射频/微波系统中的材料和器件的广泛研究，从而催生出了具有更优性能和更高品质的微波材料和器件。随着射频/微波通讯终端设备向轻、薄、短、小和高频化的趋势发展，射频/微波介质陶瓷由于其尺寸受到严重的限制，因而远远满足不了日益集成化、小型化的电子产品的性能要求，严重阻碍了射频/微波技术的大规模应用。同时，射频/微波介质陶瓷的介电损耗较大，烧结温度过高等缺点也使其产业化面临多种困难。而如果把射频/微波高介电介质薄膜材料应用在微波集成电路中，它将具有比射频/微波介质陶瓷材料更低的微波介电损耗，并且也能改善其藕合特性。由此可见，射频/微波高介电介质薄膜比射频/微波介质陶瓷拥有更为广阔的发展空间。若将高介电常数的射频/微波介质薄膜应用在射频/微波介质电容器中，可以使器件的几何尺寸进一步减小，不仅可以满足器件小型化、电路集成化的要求，而且可以使射频/微波器件的插入损耗进一步降低，从而进一步提高射频/微波设备的质量和性能，并且对于实现我国射频/微波设备的集成化和高品质应用具有极其重要的现实意义和实用价值。

随着微波器件向小型化、集成化的发展，由于微波介质薄膜拥有比微波介质陶瓷更广阔的发展前景，因而也加快了对微波介质薄膜的研究进程。其中，氧化铝(Al₂O₃)和氧化铪(HfO₂) 是目前研究得比较广泛的两种材料，也是目前很有希望实现实用化的绝缘层材料。A1₂O₃通常情况下处于非晶状态，结晶温度非常高，具有中等介电常数(ε_r～9)，高击穿场强；由于其具有较大的带隙(9eV)，与硅的带偏值很大，可以保持较低的漏电流，同时高温下与硅之间具有良好的热稳定性，因而在很多领域被广泛应用。相对ZrO₂而言，HfO₂的综合性能相对更好，HfO₂具有较高的K值(ε_r～20-25)，较大的禁带宽度(～5.7eV)，与硅的导带偏移大于 1eV，且具有良好的硅基稳定性。但A1₂O₃和HfO₂仍然具有一些缺点，A1₂O₃的介电常数相对偏小，只适用于低电容密度的电路，而HfO₂的结晶温度很低，在高温退火处理过程中极易变成多晶，致使其击穿电压较小，漏电流和功耗也越来越大。

原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)是通过将气相前驱物交替地通入反应器并在基体的表面发生化学反应而形成沉积薄膜的一种技术，该技术可以将物质以单原子层薄膜形式一层一层地镀在基底表面。ALD技术凭借独特的自限制化学反应，不仅能够保证薄膜的优异生长，而且可以准确的控制薄膜的厚度生长至原子层的级别，因而受到了微电子领域的重视和青睐。

引入新型射频/微波高介电介质薄膜对于微波器件向小型化、轻便化和集成化的发展具有重要的意义。目前，国内对于作为Si微电子的高k栅介质材料虽然有较为广泛的研究，但对小型化射频/微波电容薄膜介质的研究尚不多见。因此，研究高电容密度、低漏电流、高击穿电压以及较小的电压系数的射频/微波介质薄膜刻不容缓。

发明内容