CN102157262A - 一种以Ta2O5薄膜为电介质膜的电容器制备方法 - Google Patents

一种以Ta2O5薄膜为电介质膜的电容器制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以Ta2O5薄膜为电介质膜的电容器制备方法，其特征在于，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Ta2O5靶材、具有下部电极的衬底；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0.2～2Pa之间；采用磁控溅射方法，在待镀膜衬底上形成Ta2O5薄膜层。本发明在室温条件下用直接溅射Ta2O5靶材，不需加温处理；工艺简单、操作方便，可以开发和实现大面积生产新一代高存储密度的DRAM产品。

Description

一种以Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>薄膜为电介质膜的电容器制备方法
技术领域
本发明涉及一种电容器的制备方法，尤其涉及一种薄膜电介质电容器的制备方法。
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，但由常规技术制备的现行器件中通用的Si-基化合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，Ta2O5薄膜因为具有许多优异的物理特性，倍受微电子领域的关注。由于它的25～27的高介电常数，可望成为新一代微电子器件的介电材料。Ta2O5薄膜可用多种方法制备，包括热氧化、化学气相沉积、离子束溅射、dc或RF反应磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积等，其中的磁控溅射和电子束蒸发具有成膜面积大等优点，是较为常用的方法。问题是用这些方法制备的薄膜中容易出现微结构的缺陷，导致漏电流的增大、影响薄膜的介电特性和器件的性能。为减少缺陷，在薄膜沉积以后，再进行高温退火处理，或者在加温的衬底上沉积薄膜，能够明显地改善结晶结构。但又会伴随出现另外一个问题，即高温处理不仅会使整个制备工艺过程长而复杂，也容易促进不同功能薄膜层之间的成分扩散、在界面处形成另外的化合物，作为新的不利因素，影响薄膜器件的结构、弱化它的功能和性能。因此，研究用不需加温处理的简化工艺制备缺陷少的高品质Ta2O5薄膜，仍是一个继续探讨的热点课题。其中需要解决的重要问题是确定和区分缺陷的类型是因工艺不当引起的薄膜内化学成分的失衡（比如缺氧），还是由于生长条件不够引起的结晶不完善。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种以Ta2O5薄膜为电介质膜的电容器制备方法，在提高电介质薄膜的平整致密度的同时，防止出现缺氧或Ta富余等结构缺陷、引起电流的泄漏。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种以Ta2O5薄膜为电介质膜的电容器制备方法，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Ta2O5靶材、具有下部电极的衬底；
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Ta2O5薄膜层。
上述技术方案中，磁控溅射时，溅射功率50-120W，溅射时间15～30min，电介质薄膜厚度控制在50～100nm。
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．本发明在室温条件下用直接溅射Ta2O5靶材，不加温处理也能够制备高品质的Ta2O5薄膜，作为制备薄膜电容器的电介质薄膜。
2．本发明方法工艺简单、操作方便，可以开发和实现大面积生产新一代高存储密度的DRAM产品。
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，电介质镀膜采用纯度为99.99%的Ta2O5靶材。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，在安装Ta2O5靶的阴极上施加射频电源，在下部电极上镀制Ta2O5薄膜。其间，控制溅射功率在50-120W，溅射时间20min。之后，切断氧气，调节高真空阀使工作室压强回到0.5Pa，在所述Ta2O5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Ta2O5薄膜为电介质的薄膜电容器，Ta2O5薄膜的表面平整致密，可以有效抑制漏电流，得到具有高介电常数的电介质薄膜，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。

Claims (2)

1. 一种以Ta2O5薄膜为电介质膜的电容器制备方法，其特征在于，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Ta2O5靶材、具有下部电极的衬底；
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Ta2O5薄膜层。
2. 根据权利要求1所述的以复合二氧化钛薄膜为电介质的电容器制备方法，其特征在于：磁控溅射时，溅射功率50-120W，溅射时间15～30min，电介质薄膜厚度控制在50～100nm。
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