JPH02197108A - 薄膜コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
薄膜コンデンサおよびその製造方法Info
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- JPH02197108A JPH02197108A JP1072122A JP7212289A JPH02197108A JP H02197108 A JPH02197108 A JP H02197108A JP 1072122 A JP1072122 A JP 1072122A JP 7212289 A JP7212289 A JP 7212289A JP H02197108 A JPH02197108 A JP H02197108A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は超小形電子回路に用いる薄膜コンデンサおよび
その製造方法に関する。
その製造方法に関する。
（従来の技術〉
集積回路技術の発達によって電子回路がますます小形化
しており、各種電子回路に必須の回路素子であるコンデ
ンサの小形化も一段と重要になっている。このため誘電
体薄膜を用いて薄膜コンデンサが広く利用されている。
しており、各種電子回路に必須の回路素子であるコンデ
ンサの小形化も一段と重要になっている。このため誘電
体薄膜を用いて薄膜コンデンサが広く利用されている。
薄膜コンデンサに使用される誘電体薄膜には何よりも第
一に高い絶縁性すなわちリーク電流が小さいことが要求
され、このため従来広く利用されている材料は５ｉ０２
゜Ｓｉ３Ｎ４． Ａｌ２Ｏ３等のような誘電率がたかだ
か１０以下の材料に限られている。ところが、コンデン
サ以外の回路素子特にトランジスタ等の能動素子の小形
化の進歩は目覚ましく、コンデンサに対してもより一層
の小形化が強く望まれている。
一に高い絶縁性すなわちリーク電流が小さいことが要求
され、このため従来広く利用されている材料は５ｉ０２
゜Ｓｉ３Ｎ４． Ａｌ２Ｏ３等のような誘電率がたかだ
か１０以下の材料に限られている。ところが、コンデン
サ以外の回路素子特にトランジスタ等の能動素子の小形
化の進歩は目覚ましく、コンデンサに対してもより一層
の小形化が強く望まれている。
薄膜コンデンサを小形化するためには誘電率の大きな誘
電体薄膜を開発することが必要である。
電体薄膜を開発することが必要である。
化学式ＡＢＯ３で表わされるペロブスカイト型酸化物で
あるＢａＴｉＯ３，Ｓｒ’Ｉ’ｉ０３． ＰｂＴｉＯ３
等を主体とした材料は単結晶あるいはセラミックにおい
て１００以上１００００にも及び誘電率を有することが
知られており、セラミック・コンデンサに広く用いられ
ている。これらの材料の薄膜化は上述の薄膜コンデンサ
の小形化の目的に極めて有効であり、かなり以前から研
究が行なわれている。それらの中で比較的良好な特性が
得られている例としては、プロシーディング・オブ・ア
イ・イー・イー・イー（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ
ｔｈｅ ＩＥＥＥ）第５９巻１０号１４４０−１４４７
頁に所載の論文があり、スパッタリング法による成膜お
よび熱処理をおこなったＢａＴｉＯ３薄膜で１６（室温
で作製）から１９００（１２００°Ｃで熱処理）の誘電
率が得られている。
あるＢａＴｉＯ３，Ｓｒ’Ｉ’ｉ０３． ＰｂＴｉＯ３
等を主体とした材料は単結晶あるいはセラミックにおい
て１００以上１００００にも及び誘電率を有することが
知られており、セラミック・コンデンサに広く用いられ
ている。これらの材料の薄膜化は上述の薄膜コンデンサ
の小形化の目的に極めて有効であり、かなり以前から研
究が行なわれている。それらの中で比較的良好な特性が
得られている例としては、プロシーディング・オブ・ア
イ・イー・イー・イー（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ
ｔｈｅ ＩＥＥＥ）第５９巻１０号１４４０−１４４７
頁に所載の論文があり、スパッタリング法による成膜お
よび熱処理をおこなったＢａＴｉＯ３薄膜で１６（室温
で作製）から１９００（１２００°Ｃで熱処理）の誘電
率が得られている。
（発明が解決しようとする課題）
この従来作成されているＢａＴｉＯ３薄膜は絶縁性が十
分でなく、薄膜コンデンサに使用される場合の実用的電
圧レベルにおけるリーク電流が大きいため実用化に至っ
ていない。
分でなく、薄膜コンデンサに使用される場合の実用的電
圧レベルにおけるリーク電流が大きいため実用化に至っ
ていない。
本発明は誘電率が大きくかつ実用的電圧レベルにおける
リーク電流が十分小さい誘電体薄膜の実現を可能にし、
これをもって小形の薄膜コンデンサを実現することを目
的としている。
リーク電流が十分小さい誘電体薄膜の実現を可能にし、
これをもって小形の薄膜コンデンサを実現することを目
的としている。
（課題を解決するための手段）
上記問題点を解決するために本発明の第１の発明の薄膜
コンデンサは薄膜コンデンサに用いる誘電体膜を（Ｂａ
１，５ｒＸ）ＴｉＯ３（０≦ｘ≦１．０）に０．１５モ
ル％以上５モル％以下のＭｎを添加した組成としたこと
を特徴としたものであり、また本発明の第２の発明の薄
膜コンデンサの製造方法は上記した組成の誘電体薄膜を
０．３モル％以上１０モル％以下のＭｎを添加した（Ｂ
ａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（０≦ｘ≦１．０）の粉末あ
るいは焼結セラミックをターゲットとじてスパッタリン
グ法によって作製することを特徴として構成される。な
お上記したスパッタリング法としてはＲＦスパッタ法、
イオンビームスパッタ法のいずれを用いても有効である
。
コンデンサは薄膜コンデンサに用いる誘電体膜を（Ｂａ
１，５ｒＸ）ＴｉＯ３（０≦ｘ≦１．０）に０．１５モ
ル％以上５モル％以下のＭｎを添加した組成としたこと
を特徴としたものであり、また本発明の第２の発明の薄
膜コンデンサの製造方法は上記した組成の誘電体薄膜を
０．３モル％以上１０モル％以下のＭｎを添加した（Ｂ
ａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（０≦ｘ≦１．０）の粉末あ
るいは焼結セラミックをターゲットとじてスパッタリン
グ法によって作製することを特徴として構成される。な
お上記したスパッタリング法としてはＲＦスパッタ法、
イオンビームスパッタ法のいずれを用いても有効である
。
（実施例１）
次に、本発明について図面を参照して説明する。第１図
は本発明の一実施例の構造を示す断面図である。第１図
に示すようにシリコン、表面に絶縁層を有するシリコン
、あるいはサファイアなどの基板１の上に下部電極２と
して白金、パラジウム、モリブデン等の高融点金属ある
いは金属シリサイドから選ばれた材料の膜を形成し、そ
の上に誘電体層３を形成し、さらにその上に上部電極４
としてアルミニウムあるいは金の膜を形成する。誘電体
層３はＭｎを０．３モル％以上１０モル％以下添加した
ＢａＴｉＯ３の粉末あるいは焼結ターゲットを用いてス
パッタリング法により形成する。この場合、誘電率は作
製時の基板温度が高いほど大きくなるが、基板温度が高
すぎると下部電極２の再結晶が起こって表面が荒れるこ
とにより絶縁性を劣下させるなどの不都合を生じるため
、６００’Ｃ程度の温度が最適である。この基板温度で
作成した場合に得られる誘電率は２００であり、実用上
十分大きな値である。
は本発明の一実施例の構造を示す断面図である。第１図
に示すようにシリコン、表面に絶縁層を有するシリコン
、あるいはサファイアなどの基板１の上に下部電極２と
して白金、パラジウム、モリブデン等の高融点金属ある
いは金属シリサイドから選ばれた材料の膜を形成し、そ
の上に誘電体層３を形成し、さらにその上に上部電極４
としてアルミニウムあるいは金の膜を形成する。誘電体
層３はＭｎを０．３モル％以上１０モル％以下添加した
ＢａＴｉＯ３の粉末あるいは焼結ターゲットを用いてス
パッタリング法により形成する。この場合、誘電率は作
製時の基板温度が高いほど大きくなるが、基板温度が高
すぎると下部電極２の再結晶が起こって表面が荒れるこ
とにより絶縁性を劣下させるなどの不都合を生じるため
、６００’Ｃ程度の温度が最適である。この基板温度で
作成した場合に得られる誘電率は２００であり、実用上
十分大きな値である。
スパッタリング・ターゲットのＢａＴｉＯ３粉末あるい
は焼結セラミックに添加したＭｎの量と、作成されたＢ
ａＴｉＯ３薄膜中のＭｎの量との関係は基板温度に若干
依存するが、基板温度６００°Ｃの場合には膜中のＭｎ
量（モル％）はターゲット中のＭｎ量（モル％）の１／
２となることが、本発明者らにより明らかとなっている
。
は焼結セラミックに添加したＭｎの量と、作成されたＢ
ａＴｉＯ３薄膜中のＭｎの量との関係は基板温度に若干
依存するが、基板温度６００°Ｃの場合には膜中のＭｎ
量（モル％）はターゲット中のＭｎ量（モル％）の１／
２となることが、本発明者らにより明らかとなっている
。
したがって、誘電体薄膜中に所望のＭｎ量（モル％）の
添加を実現するためには、ターゲットにその２倍量（モ
ル％）のＭｎ添加を施せば良い。
添加を実現するためには、ターゲットにその２倍量（モ
ル％）のＭｎ添加を施せば良い。
上記実施例のように作成した薄膜コンデンサにおいてＢ
ａＴｉＯ３誘電体薄膜中のＭｎ添加量（モル％）を変化
させた時、コンデンサの電流−電圧特性は第２図のよう
に変化する。第２図中のパラメータはＭｎが添加量（モ
ル％）を示す。ＢａＴｉＯ３の膜厚は５０００人である
。Ｍｎ添加量が０．５モル％以上５モル％までの時の特
性は第２図中に示した０、５モル％の場合の特性とほと
んど同一であり、また、Ｍｎ添加量が５モル％を超える
とＢａＴｉＯ３膜は急激に表面の荒れがひどくなり、同
時にリーク電流が極めて大きくなって短絡状態に近くな
る。−船釣にコンデンサの許容リーク電流の目安は１Ｏ
−９Ａ／ｍｍ２であり、２５〜５０ｖの電圧までこの値
以下のリーク電流値であることが要求される。この観点
からすれば第２図におけるＭｎ量０．１モル％の特性と
同０．１５モル％の特性の差は極めて犬きく、実用上０
．１５モル％以上のＭｎ添加が必要である。
ａＴｉＯ３誘電体薄膜中のＭｎ添加量（モル％）を変化
させた時、コンデンサの電流−電圧特性は第２図のよう
に変化する。第２図中のパラメータはＭｎが添加量（モ
ル％）を示す。ＢａＴｉＯ３の膜厚は５０００人である
。Ｍｎ添加量が０．５モル％以上５モル％までの時の特
性は第２図中に示した０、５モル％の場合の特性とほと
んど同一であり、また、Ｍｎ添加量が５モル％を超える
とＢａＴｉＯ３膜は急激に表面の荒れがひどくなり、同
時にリーク電流が極めて大きくなって短絡状態に近くな
る。−船釣にコンデンサの許容リーク電流の目安は１Ｏ
−９Ａ／ｍｍ２であり、２５〜５０ｖの電圧までこの値
以下のリーク電流値であることが要求される。この観点
からすれば第２図におけるＭｎ量０．１モル％の特性と
同０．１５モル％の特性の差は極めて犬きく、実用上０
．１５モル％以上のＭｎ添加が必要である。
したがって、本発明に従って０．１５モル％以上５モル
％以下のＭｎを添加したＢａＴｉＯ３薄膜を使用すれば
、実用的観点から見て十分リーク電流の小さい薄膜コン
デンサが実現できる。また先に述べたように、上記の組
成の膜を得るには膜中に必要な量の２倍の量すなわち０
．３モル％以上１０モル％以下のＭｎ量を添加したＢａ
ＴｉＯ３の粉末あるいは焼結セラミックをターゲットに
用いたスパッタリング法により作成することができる。
％以下のＭｎを添加したＢａＴｉＯ３薄膜を使用すれば
、実用的観点から見て十分リーク電流の小さい薄膜コン
デンサが実現できる。また先に述べたように、上記の組
成の膜を得るには膜中に必要な量の２倍の量すなわち０
．３モル％以上１０モル％以下のＭｎ量を添加したＢａ
ＴｉＯ３の粉末あるいは焼結セラミックをターゲットに
用いたスパッタリング法により作成することができる。
（実施例２）
次に（Ｂａｌ−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３のｘ ＝０．３．０
．７．１０のそれぞれの組成においてリーク電流の温度
変化に及ぼすＭｎ添加の効果を調べた。
．７．１０のそれぞれの組成においてリーク電流の温度
変化に及ぼすＭｎ添加の効果を調べた。
（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３のｘ＝０．３．０．７．
１．０の組成の粉末ターゲットとそれぞれに０．６モル
％のＭｎを添加した粉末ターゲットを用い、パラジウム
膜を蒸着したサファイア基板上にスパッタリング法によ
って成膜した。基板温度は６００°Ｃ１膜厚は５０００
人とした。
１．０の組成の粉末ターゲットとそれぞれに０．６モル
％のＭｎを添加した粉末ターゲットを用い、パラジウム
膜を蒸着したサファイア基板上にスパッタリング法によ
って成膜した。基板温度は６００°Ｃ１膜厚は５０００
人とした。
さらに上記誘電体膜上に金電極を形成し、第１図に示す
構造の薄膜コンデンサを作製した。各組成における５０
Ｖ印加時のリーク電流の温度変化の０．３モル％Ｍｏ添
加の有無による違いを第３図にまとめた。
構造の薄膜コンデンサを作製した。各組成における５０
Ｖ印加時のリーク電流の温度変化の０．３モル％Ｍｏ添
加の有無による違いを第３図にまとめた。
Ｍｎ添加が無い場合、各組成においてリーク電流は温度
とともに増加し、７５°Ｃ以上の温度で許容リーク電流
の目安である１０ Ａ／ｍｍ２を越えている。これら
の組成に０．３モル％のＭｎを添加するとリーク電流は
Ｍｎ添加なしの試料よりも低い値となっている。室温か
ら１２５°Ｃの温度範囲で１Ｏ−９Ａ／ｍｍ２を越える
ことはなく、むしろＭｎ添加によるリーク電流の抑制効
果はより高温域において顕著である。
とともに増加し、７５°Ｃ以上の温度で許容リーク電流
の目安である１０ Ａ／ｍｍ２を越えている。これら
の組成に０．３モル％のＭｎを添加するとリーク電流は
Ｍｎ添加なしの試料よりも低い値となっている。室温か
ら１２５°Ｃの温度範囲で１Ｏ−９Ａ／ｍｍ２を越える
ことはなく、むしろＭｎ添加によるリーク電流の抑制効
果はより高温域において顕著である。
なお本実施例においても実施例１と同様にリーク電流の
小さいＭｎの添加量は０．１５モル％以上５モル％以下
であることを確認した。
小さいＭｎの添加量は０．１５モル％以上５モル％以下
であることを確認した。
（発明の効果）
以上説明したように本発明の薄膜コンデンサの誘電体膜
として、０．１５モル％以上５モル％モル以下のＭｎを
添加した（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（０≦ｘ≦１）
薄膜を使用しているので、従来技術の課題であったリー
ク電流を極めて小さくすることができ、かつ高い誘電率
の薄膜が得られるので、より小型の薄膜コンデンサが得
られる。さらにＭｎ添加によってリーク電流の温度特性
を改善でき、薄膜コンデンサの信頼性を向上させる効果
もある。
として、０．１５モル％以上５モル％モル以下のＭｎを
添加した（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（０≦ｘ≦１）
薄膜を使用しているので、従来技術の課題であったリー
ク電流を極めて小さくすることができ、かつ高い誘電率
の薄膜が得られるので、より小型の薄膜コンデンサが得
られる。さらにＭｎ添加によってリーク電流の温度特性
を改善でき、薄膜コンデンサの信頼性を向上させる効果
もある。
また本発明の製造方法によれば上記した誘電体薄膜を容
易に得ることができる効果がある。
易に得ることができる効果がある。
第１図は本発明を説明するための実施例の構造を示す断
面図である。図において、 ｌ・・・基板、２・・・下部電極、３・・・誘電体薄膜
、４・・・上部電極。 第２図は、Ｍｎ添加量によるＢａＴｉＯ３薄膜の電流−
電圧特性の変化を示す図である。 第３図は０．３モル％Ｍｎ添加による（Ｂａ１−ｘｓｒ
ｘ）ＴｉＯ３、ｘ＝０．３．０．７．１．０組成の誘電
体薄膜（７）５０Ｖ印加時のリーク電流−温度特性の変
化を示す図である。
面図である。図において、 ｌ・・・基板、２・・・下部電極、３・・・誘電体薄膜
、４・・・上部電極。 第２図は、Ｍｎ添加量によるＢａＴｉＯ３薄膜の電流−
電圧特性の変化を示す図である。 第３図は０．３モル％Ｍｎ添加による（Ｂａ１−ｘｓｒ
ｘ）ＴｉＯ３、ｘ＝０．３．０．７．１．０組成の誘電
体薄膜（７）５０Ｖ印加時のリーク電流−温度特性の変
化を示す図である。
Claims (2)
- （１）基板上に下部電極、誘電体薄膜、上部電極を形成
してなる薄膜コンデンサにおいて、前記誘電体薄膜が（
Ｂａ＿１＿−＿ｘＳｒ＿ｘ）ＴｉＯ＿３（０≦ｘ≦１．
０）に０．１５モル％以上５モル％以下のＭ＿ｎを添加
した組成を有することを特徴とする薄膜コンデンサ。 - （２）基板上に下部電極、誘電体薄膜、上部電極を順次
形成する工程を有する薄膜コンデンサの製造方法におい
て、０．３モル％以上１０モル％以下のＭｎを添加した
（Ｂａ＿１＿−＿ｘＳｒ＿ｘ）ＴｉＯ＿３（０≦ｘ≦１
．０）の粉末あるいはセラミックをターゲットとして用
いたスパッタリング法によって誘電体薄膜を形成するこ
とを特徴とする薄膜コンデンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1072122A JPH02197108A (ja) | 1988-10-25 | 1989-03-23 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26976188 | 1988-10-25 | ||
| JP63-269761 | 1988-10-25 | ||
| JP1072122A JPH02197108A (ja) | 1988-10-25 | 1989-03-23 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02197108A true JPH02197108A (ja) | 1990-08-03 |
| JPH0587166B2 JPH0587166B2 (ja) | 1993-12-15 |
Family
ID=17476783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1072122A Granted JPH02197108A (ja) | 1988-10-25 | 1989-03-23 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02197108A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0717713A (ja) * | 1993-06-17 | 1995-01-20 | Nec Corp | 高誘電率薄膜 |
| EP2608219A1 (en) | 2011-12-20 | 2013-06-26 | Mitsubishi Materials Corporation | Dielectric thin film-forming composition, method of forming dielectric thin film and dielectric thin film formed by the method |
| US9595393B2 (en) | 2010-09-02 | 2017-03-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Dielectric-thin-film forming composition, method of forming dielectric thin film, and dielectric thin film formed by the method |
| JP2018078259A (ja) * | 2016-11-11 | 2018-05-17 | 株式会社村田製作所 | 薄膜デバイス |
-
1989
- 1989-03-23 JP JP1072122A patent/JPH02197108A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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