[发明专利]一种致密复合二氧化钛薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于半导体器件的薄膜的制备方法，尤其涉及一种掺杂的二氧化钛薄膜的制备方法。

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，所需栅氧化层厚度也按相应比例降低。当氧化层厚度降低到一定的数量级时，氧化层薄膜会出现体缺陷如多孔形貌和氧空缺，由此将带来严重的隧穿漏电流问题，从而限制半导体器件的发展，因此栅氧化层表面形貌的致密性和高介电常数对半导体器件的发展有重要的作用。近年来，TiO₂因为可以达到较高的介电常数（80-100）和较高的电阻率成为倍受关注的材料之一，纯二氧化钛薄膜通常生成锐钛矿相，其具有较低的结晶温度，而锐钛矿相的介电常数较低（30），且具有多孔性的二氧化钛薄膜的漏电流大，这些现象阻碍了其作为高K材料的实际应用性。

因此，研究表面高致密性的平整的二氧化钛薄膜，可以有效减小其漏电流，对于提高半导体中二氧化钛薄膜的电学性能具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种以二氧化钛为主成分的表面平整致密的薄膜的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种致密复合二氧化钛薄膜的制备方法，包括下列步骤：

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、待镀膜衬底，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，通过控制靶材表面TiO₂与Y₂O₃的面积比，可以改变制备的薄膜中Y₂O₃的含量，该面积比根据需要设置，一般，靶材表面TiO₂与Y₂O₃的面积比在2:1～9:1之间。薄膜的厚度则通过改变溅射时间来控制。

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。

在具体实施时，可以采用的具体步骤如下：

清洗被镀件（衬底）；

烘干或晾干后装入溅射镀膜真空室；

用机械泵抽真空至1-5 Pa；

改用高真空泵抽至系统能达到的本底真空镀；

对被镀件（衬底）加温或反溅射、进一步清洁衬底表面；

向真空室注入氩气后，再加进氧气，调节流量计控制阀，使两者达到所需的混合比例；

调节真空室阀门使真空室气压升高至5-20 Pa；

向阴极施加射频电压，逐步调节射频电源的输出电压或功率，直至真空室气体激发起辉；

调节真空室阀门，使气压降至所定的溅射镀膜的工作压强；

缓慢增加射频电源的输出电压或功率至所定的值；

对靶材进行5分钟以上的预溅射、去除靶材表面的附着物或污染物；

预溅射结束后，开始计时，并同时打开衬底与阴极之间的档板、对衬底镀膜；

到达所定的时间后，关闭档板、切断射频电源，结束镀膜。

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．本发明的复合薄膜制备方法简单，薄膜中的氧化钇的掺杂成份可通过氧化钇所占靶材的面积比和溅射功率来调整。

2．复合薄膜中的氧化钇填入主成分二氧化钛晶粒的周围，使得薄膜表面平整致密的同时，还能抑制锐钛矿晶相的生成、而有利于制备以金红石为主相的高介电常数薄膜，可应用于高性能薄膜电容和薄膜电池等新一代高科技产品中。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：