JPH03257020A - 高誘電率薄膜の製造方法 - Google Patents
高誘電率薄膜の製造方法Info
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- JPH03257020A JPH03257020A JP5544490A JP5544490A JPH03257020A JP H03257020 A JPH03257020 A JP H03257020A JP 5544490 A JP5544490 A JP 5544490A JP 5544490 A JP5544490 A JP 5544490A JP H03257020 A JPH03257020 A JP H03257020A
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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）
本発明は薄膜コンデンサに用いる高誘電率薄膜に関す今
。
。
（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ＢａＴｉＯ３，５ｒＴｉ０３、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１０
０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、が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・イ町イー（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
理を行ったＢａＴｉＯ３薄膜で１６（室温で作製）から
１９００（１２００℃で熱処理）の誘電率が得られてい
る。またＰｒｏｃ、 ３５ｔｈ、 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｓ ２１
９−２２５頁では（Ｂａｏ、２ＢＳｒｏ、７２）ＴｉＯ
３薄膜（７００℃で成膜）で１１００の誘電率が得られ
ている。
あるＢａＴｉＯ３，５ｒＴｉ０３、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１０
０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、が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・イ町イー（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
理を行ったＢａＴｉＯ３薄膜で１６（室温で作製）から
１９００（１２００℃で熱処理）の誘電率が得られてい
る。またＰｒｏｃ、 ３５ｔｈ、 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｓ ２１
９−２２５頁では（Ｂａｏ、２ＢＳｒｏ、７２）ＴｉＯ
３薄膜（７００℃で成膜）で１１００の誘電率が得られ
ている。
（発明が解決しようとする課題）
このように（Ｂａ、 ５ｒ）ＴｉＯ３系の薄膜で高い誘
電率を得るためには７００℃以上の成膜温度あるいは熱
処理温度が必要であるが、膜を成膜温度以上高温で処理
すると絶縁性が劣化し、薄膜コンデンサに使用される場
合の実用的電圧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。上記の絶縁性の劣化は高温熱処理中の
膜の結晶化に伴う体積変化、あるいは膜と基板との熱膨
張係数差によって冷却過程で発生する微小なりラックや
ボイドに起因する。このような問題を解決するためには
少なくとも６００００以下の低温で成膜する必要がある
。しかし、例えば従来のＢａＴｉＯ３膜では６００℃成
膜された場合、誘電率はたかだか２００程度である。
電率を得るためには７００℃以上の成膜温度あるいは熱
処理温度が必要であるが、膜を成膜温度以上高温で処理
すると絶縁性が劣化し、薄膜コンデンサに使用される場
合の実用的電圧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。上記の絶縁性の劣化は高温熱処理中の
膜の結晶化に伴う体積変化、あるいは膜と基板との熱膨
張係数差によって冷却過程で発生する微小なりラックや
ボイドに起因する。このような問題を解決するためには
少なくとも６００００以下の低温で成膜する必要がある
。しかし、例えば従来のＢａＴｉＯ３膜では６００℃成
膜された場合、誘電率はたかだか２００程度である。
本発明は薄膜コンデンサとして実用的な４００以上の誘
電率を有する膜を６００８Ｃ以下の低温で作製し、小型
の薄膜コンデンサを実現することを目的としている。
電率を有する膜を６００８Ｃ以下の低温で作製し、小型
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の発明は誘電
体膜を（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３で０．４≦ｘ≦０
．７の組成としたことを特徴としたものであり、第２の
発明の高誘電率膜の製造方法は所定の組成に秤量したＢ
ａＣＯ３，５ｒＣ０３、ＴｉＯ２からなる混合粉末を８
００℃以上１０００６Ｃ以下で仮焼してターゲットとし
て用い、４００’Ｃ以上６００’Ｃ以下の基板温度でス
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。
体膜を（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３で０．４≦ｘ≦０
．７の組成としたことを特徴としたものであり、第２の
発明の高誘電率膜の製造方法は所定の組成に秤量したＢ
ａＣＯ３，５ｒＣ０３、ＴｉＯ２からなる混合粉末を８
００℃以上１０００６Ｃ以下で仮焼してターゲットとし
て用い、４００’Ｃ以上６００’Ｃ以下の基板温度でス
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は出発原料のＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＴｉＯ２を
（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３のｘ＝０．０．１．０．
２．０．３．０．４．０．５．０．６．０．７．０．８
゜０．９．１．０の組成に秤量し９００℃で仮焼した粉
末ターゲットを用いてスパッタリング法により膜厚２０
０ＯＡ形成した。基板温度は６００℃とし、スパッタガ
スにはＡｒ１０２＝９０／１０の混合ガスを用いた。
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は出発原料のＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＴｉＯ２を
（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３のｘ＝０．０．１．０．
２．０．３．０．４．０．５．０．６．０．７．０．８
゜０．９．１．０の組成に秤量し９００℃で仮焼した粉
末ターゲットを用いてスパッタリング法により膜厚２０
０ＯＡ形成した。基板温度は６００℃とし、スパッタガ
スにはＡｒ１０２＝９０／１０の混合ガスを用いた。
上記実施例のように作製した誘電体膜の誘電率は膜の組
成に対して第２図のように変化する。なお、膜の組成を
ラザフオード・バック・スキャタリング（ＲＢＳ）で分
析したところ、ターゲット組成と一致することを確認し
ていＺｏ （Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３膜の誘電率は組成に依存
し、ｘ＝０．５で最大値９８０を示した。
成に対して第２図のように変化する。なお、膜の組成を
ラザフオード・バック・スキャタリング（ＲＢＳ）で分
析したところ、ターゲット組成と一致することを確認し
ていＺｏ （Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３膜の誘電率は組成に依存
し、ｘ＝０．５で最大値９８０を示した。
薄膜コンデンサを作製する場合には、誘電体膜の誘電率
をε、破壊強度をＥｂとするとε・Ｅｂは性能指数とし
て表わされる。現在薄膜コンデンサの誘電体膜にはシリ
コン窒化膜が用いられているが、将来的にはシリコン窒
化膜の１０倍以上のキャパシタ容量が望まれている。シ
リコン窒化膜の誘電率は約８、破壊強度は約６ＭＶ／ａ
ｍである。一方（Ｂａ。
をε、破壊強度をＥｂとするとε・Ｅｂは性能指数とし
て表わされる。現在薄膜コンデンサの誘電体膜にはシリ
コン窒化膜が用いられているが、将来的にはシリコン窒
化膜の１０倍以上のキャパシタ容量が望まれている。シ
リコン窒化膜の誘電率は約８、破壊強度は約６ＭＶ／ａ
ｍである。一方（Ｂａ。
５ｒ）ＴｉＯ３膜は破壊強度が約ＩＭＶ／ｃｍであるか
らシリコン窒化膜の１０倍以上の材料指数ε・Ｅｂを得
るためには約５００以上の誘電率を有する必要がある。
らシリコン窒化膜の１０倍以上の材料指数ε・Ｅｂを得
るためには約５００以上の誘電率を有する必要がある。
第２図に示すように本実施例における（Ｂａｌ−ｘＳｒ
ｘ）ＴｉＯ３膜は０．４≦ｘ≦０．７の組成範囲で誘電
率は５００以上を示し、上記の薄膜コンデンサ用誘電体
膜としての材料指数を満足するものである。
ｘ）ＴｉＯ３膜は０．４≦ｘ≦０．７の組成範囲で誘電
率は５００以上を示し、上記の薄膜コンデンサ用誘電体
膜としての材料指数を満足するものである。
（実施例２）
次に（Ｂａ１，５ｒｘ）ＴｉＯ３のｘ＝０．４．０．５
．０．７の組成において誘電率、リーク電流に及ぼす成
膜温度の効果を調べた。
．０．７の組成において誘電率、リーク電流に及ぼす成
膜温度の効果を調べた。
（Ｂａ１−ｘＳｒＸ）ＴｉＯ３のｘ＝０．５の組成に秤
量したＢａＣＯ３，５ｒＣ０３、ＴｉＯ２からなる混合
粉末を９００℃で仮焼してターゲットとして用い、基板
温度３００〜９００℃で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。膜厚
は２０００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
。各基板温度で成膜した場合の誘電体膜の誘電率とリー
ク電流をそれぞれ第３図、第４図にまとめた。誘電率は
基板温度とともに増加し、基板温度４００℃以上で５０
０以上の誘電率となる。ただし、リーク電流は６００℃
を越えると急激に増大し、薄膜コンデンサとして使用は
不可能である。従って（Ｂａ。
量したＢａＣＯ３，５ｒＣ０３、ＴｉＯ２からなる混合
粉末を９００℃で仮焼してターゲットとして用い、基板
温度３００〜９００℃で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。膜厚
は２０００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
。各基板温度で成膜した場合の誘電体膜の誘電率とリー
ク電流をそれぞれ第３図、第４図にまとめた。誘電率は
基板温度とともに増加し、基板温度４００℃以上で５０
０以上の誘電率となる。ただし、リーク電流は６００℃
を越えると急激に増大し、薄膜コンデンサとして使用は
不可能である。従って（Ｂａ。
５ｒ）ＴｉＯ３をスパッタ成膜する基板温度としては４
００℃以上６００℃以下の範囲であることが望ましい。
００℃以上６００℃以下の範囲であることが望ましい。
（実施例３）
次にスパッタリング法に用いる粉末ターゲットの仮焼温
度が誘電体膜の誘電率に及ぼす効果を調べた。
度が誘電体膜の誘電率に及ぼす効果を調べた。
（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３のｘ＝０．５の組成に秤
量したＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＴｉＯ２からなる混合
粉末を５００〜１４００℃で仮焼してターゲットとして
用い、基板温度６００℃で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。膜
厚は２０００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。各温度で混合粉末を仮焼してターゲットとして用い
た場合の誘電率を第５図にまとめた。誘電率はターゲッ
ト粉の仮焼温度に依存し、 ７００〜１０００℃で５００以上となる。但し、リーク
電流はターゲット粉の仮焼温度に依らず１０ ’Ａ／ｃ
ｍ２のレベルである。従ってターゲット粉の仮焼温度は
７００℃以上１０００℃以下が良い。
量したＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＴｉＯ２からなる混合
粉末を５００〜１４００℃で仮焼してターゲットとして
用い、基板温度６００℃で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。膜
厚は２０００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。各温度で混合粉末を仮焼してターゲットとして用い
た場合の誘電率を第５図にまとめた。誘電率はターゲッ
ト粉の仮焼温度に依存し、 ７００〜１０００℃で５００以上となる。但し、リーク
電流はターゲット粉の仮焼温度に依らず１０ ’Ａ／ｃ
ｍ２のレベルである。従ってターゲット粉の仮焼温度は
７００℃以上１０００℃以下が良い。
（発明の効果）
以上説明したように本発明によれば６００℃以下の成膜
温度で誘電率５００以上、かつ高絶縁性の誘電体膜を作
製でき、従来の薄膜コンデンサに比べて小型化、高容量
化を実現できる。
温度で誘電率５００以上、かつ高絶縁性の誘電体膜を作
製でき、従来の薄膜コンデンサに比べて小型化、高容量
化を実現できる。
第１図は薄膜コンデンサの構造を示す断面図、第２図は
（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３膜の組成Ｘと誘電率の関
係を示す図、第３図は成膜時の基板温度と誘電率の関係
を示す図、第４図は成膜時基板温度とリーク電流の関係
を示す図、第５図はターゲット粉末の仮焼温度と（Ｂａ
（１，５Ｓｒｇ、５）ＴｉＯ３膜の誘電率との関係を示
す図。 １・・・基板、２・・・下部電極、３・・・誘電体膜、
４・・・上部電極。
（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３膜の組成Ｘと誘電率の関
係を示す図、第３図は成膜時の基板温度と誘電率の関係
を示す図、第４図は成膜時基板温度とリーク電流の関係
を示す図、第５図はターゲット粉末の仮焼温度と（Ｂａ
（１，５Ｓｒｇ、５）ＴｉＯ３膜の誘電率との関係を示
す図。 １・・・基板、２・・・下部電極、３・・・誘電体膜、
４・・・上部電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、（Ｂａ＿１＿−＿ｘＳｒ＿ｘ）ＴｉＯ＿３の化学式
で表わされるペロブスカイト型の酸化物であり、０．４
≦ｘ≦０．７の組成を有することを特徴とする高誘電率
薄膜。 ２、所定の組成に秤量したＢａＣＯ＿３、ＳｒＣＯ＿３
、ＴｉＯ＿２からなる混合粉末を８００℃以上１０００
℃以下の温度で仮焼してターゲットとして用い、基板温
度４００℃以上６００℃以下でスパッタリング法により
作製することを特徴とする高誘電率薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2055444A JPH0788219B2 (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 高誘電率薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2055444A JPH0788219B2 (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 高誘電率薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03257020A true JPH03257020A (ja) | 1991-11-15 |
| JPH0788219B2 JPH0788219B2 (ja) | 1995-09-27 |
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ID=12998765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2055444A Expired - Fee Related JPH0788219B2 (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 高誘電率薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0788219B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003063860A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-03-05 | Taiyo Yuden Co Ltd | 焼結体ターゲット，それを利用した誘電体薄膜及びその製造方法，それを利用した電子部品 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6130678A (ja) * | 1984-07-19 | 1986-02-12 | Sony Corp | Ｔｉ金属層とＢａ１−ｘＳｒｘＴｉＯ３被膜よりなる複合体及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-03-06 JP JP2055444A patent/JPH0788219B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6130678A (ja) * | 1984-07-19 | 1986-02-12 | Sony Corp | Ｔｉ金属層とＢａ１−ｘＳｒｘＴｉＯ３被膜よりなる複合体及びその製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003063860A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-03-05 | Taiyo Yuden Co Ltd | 焼結体ターゲット，それを利用した誘電体薄膜及びその製造方法，それを利用した電子部品 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0788219B2 (ja) | 1995-09-27 |
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