專利名稱：一種以復(fù)合二氧化鈦薄膜為電介質(zhì)的電容器制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(zhì)的電 容器的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)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(zhì)薄膜層的厚度也必須按相應(yīng)比例降低，由常規(guī)技術(shù)制備的氧化 物薄膜容易出現(xiàn)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(dǎo)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(shù)氧化物薄膜的制備在半導(dǎo)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(huán)節(jié)。近年來，TiO2因?yàn)檩^高的 介電常數(shù)(80 100)和較高的電阻率成為倍受關(guān)注的材料，但純二氧化鈦薄膜容易形成介 電常數(shù)較低(約30左右)的銳鈦礦相，且表面具有多孔性結(jié)構(gòu)，平整度不好、漏電流大，阻礙 了它作為高K電介質(zhì)薄膜材料的應(yīng)用。研究開發(fā)表面平整致密二氧化鈦薄膜，其漏電流會減小，對于半導(dǎo)體二氧化鈦的 電學(xué)性能具有非常重要的意義。李斌使用浸涂、燒結(jié)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(dāng)浸涂次數(shù)增加到3-4次時(shí)，薄膜的表面起伏度最 小(RMS=O. 59-0. 44nm)。但這種工藝比較復(fù)雜，且表面平整度仍不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種二氧化鈦復(fù)合薄膜電容器制備方法，提高電介質(zhì)薄 膜的平整致密度，防止出現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)、引起電流泄漏。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種以復(fù)合二氧化鈦薄膜為電介質(zhì)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(zhì)薄膜； 在電介質(zhì)薄膜上鍍制電容器的上部電極； 其中，所述電介質(zhì)薄膜的鍍制包括，
提供一真空腔體，該真空腔體內(nèi)設(shè)有氧化釔與二氧化鈦復(fù)合靶材、具有下部電極的襯 底，所述氧化釔與二氧化鈦復(fù)合靶材為將片狀的氧化釔設(shè)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(diào)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IO3-TW2復(fù)合薄膜層。上述技術(shù)方案中，磁控濺射時(shí)，濺射功率密度在3 8 ff/cm2范圍。進(jìn)一步的技術(shù)方案，在鍍制電介質(zhì)薄膜后，鍍制上部電極前，對鍍制有電介質(zhì)薄膜 的材料進(jìn)行低溫退火處理，促進(jìn)金紅石結(jié)構(gòu)的二氧化鈦結(jié)晶顆粒形成。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明的薄膜電容器采用氧化釔摻雜二氧化鈦復(fù)合薄膜作為電介質(zhì)薄膜，提高了電 介質(zhì)薄膜的平整致密度，防止出現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)、引起電流泄漏。2.采用氧化釔摻雜二氧化鈦復(fù)合薄膜作為電介質(zhì)薄膜，容易生成金紅石相結(jié)構(gòu)的 二氧化鈦、提高介電特性。3.本發(fā)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(fù)合靶材制備所 述的復(fù)合薄膜，簡化電介質(zhì)薄膜的制造工藝、有利于實(shí)現(xiàn)流水式的連續(xù)生產(chǎn)，提高產(chǎn)品的生
產(chǎn)效率。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
實(shí)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(zhì)鍍膜采用氧化 釔和二氧化鈦復(fù)合靶材和純二氧化鈦復(fù)合靶材。所述復(fù)合靶材是將99. 99%純度的IO3小 片疊加在99. 99%的TW2靶表面組合而成的復(fù)合靶，且( )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(diào)節(jié)高真空閥使工作室壓強(qiáng)保持 在0. 5Pa的濺射壓強(qiáng)，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(diào)節(jié)高 真空閥使工作室壓強(qiáng)保持在0. 5Pa的濺射壓強(qiáng)后，安裝復(fù)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IO3-TW2復(fù)合薄膜)。其間，控制濺 射功率在160W，濺射時(shí)間90min。之后，切斷氣體，對所述復(fù)合薄膜進(jìn)行低溫退火處理。最 后，再通入氬氣、調(diào)節(jié)高真空閥使工作室壓強(qiáng)回到0. 5 后，在所述復(fù)合電介質(zhì)薄膜上鍍制 上部電極。上下電極的厚度控制在IOOnm左右，電介質(zhì)薄膜厚度控制在50-100nm。實(shí)驗(yàn)表明，采用本發(fā)明的方法制備的以Y2O3-TiO2復(fù)合薄膜為電介質(zhì)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(jìn)金紅石結(jié)構(gòu)二 氧化鈦結(jié)晶顆粒的形成、得到具有高介電常數(shù)的復(fù)合電介質(zhì)，提高薄膜電容的特性。采用本 發(fā)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(jìn)行，適合于高生產(chǎn)效 率的流水線生產(chǎn)模式。
權(quán)利要求
1.一種以復(fù)合二氧化鈦薄膜為電介質(zhì)的電容器制備方法，其特征在于，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(zhì)薄膜； 在電介質(zhì)薄膜上鍍制電容器的上部電極； 其中，所述電介質(zhì)薄膜的鍍制包括，提供一真空腔體，該真空腔體內(nèi)設(shè)有氧化釔與二氧化鈦復(fù)合靶材、具有下部電極的襯 底，所述氧化釔與二氧化鈦復(fù)合靶材為將片狀的氧化釔設(shè)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(diào)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IO3-TW2復(fù)合薄膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以復(fù)合二氧化鈦薄膜為電介質(zhì)的電容器制備方法，其特征 在于磁控濺射時(shí)，濺射功率密度在3 8 ff/cm2范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以復(fù)合二氧化鈦薄膜為電介質(zhì)的電容器制備方法，其特征 在于在鍍制電介質(zhì)薄膜后，鍍制上部電極前，對鍍制有電介質(zhì)薄膜的材料進(jìn)行低溫退火處 理，促進(jìn)金紅石結(jié)構(gòu)的二氧化鈦結(jié)晶顆粒形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以復(fù)合二氧化鈦薄膜為電介質(zhì)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，依次鍍制下部電極、電介質(zhì)薄膜、上部電極；其中，電介質(zhì)薄膜的鍍制包括，提供一真空腔體，該真空腔體內(nèi)設(shè)有氧化釔與二氧化鈦復(fù)合靶材、具有下部電極的襯底，所述復(fù)合靶材為將片狀的氧化釔設(shè)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0.2～2Pa；采用磁控濺射方法，形成Y2O3-TiO2復(fù)合薄膜層。本發(fā)明提高了電介質(zhì)薄膜的平整致密度，防止出現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)、引起電流泄漏，提高了介電特性簡化電介質(zhì)薄膜的制造工藝、有利于實(shí)現(xiàn)流水式的連續(xù)生產(chǎn)，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。
文檔編號H01G4/10GK102097209SQ20111005764
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者曹月華, 狄國慶 申請人:蘇州大學(xué)