JPH0587166B2 - - Google Patents
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- JPH0587166B2 JPH0587166B2 JP1072122A JP7212289A JPH0587166B2 JP H0587166 B2 JPH0587166 B2 JP H0587166B2 JP 1072122 A JP1072122 A JP 1072122A JP 7212289 A JP7212289 A JP 7212289A JP H0587166 B2 JPH0587166 B2 JP H0587166B2
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Landscapes
- Ceramic Capacitors (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
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。
サおよび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つ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つ
ている。このめた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SiO2，
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。
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つ
ている。このめた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SiO2，
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。
化学式ABO3で表されるペロブスカイト型酸化物
であるBaTiO3，SrTiO3，PbTiO3等を主体とし
た材料は単結晶あるいはセラミツクにおいて100
以上10000にも及び誘電率を有することが知られ
ており、セラミツク・コンデツサに広く用いられ
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
ロシーデイング・オブ・アイ・イー・イー・イー
（Proceedings of theIEEE）第59巻10号1440−
1447頁に所載の論文があり、スパツタリング法に
よる成膜および熱処理をおこなつた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。
大きな誘電体薄膜を開発することが必要である。
化学式ABO3で表されるペロブスカイト型酸化物
であるBaTiO3，SrTiO3，PbTiO3等を主体とし
た材料は単結晶あるいはセラミツクにおいて100
以上10000にも及び誘電率を有することが知られ
ており、セラミツク・コンデツサに広く用いられ
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
ロシーデイング・オブ・アイ・イー・イー・イー
（Proceedings of theIEEE）第59巻10号1440−
1447頁に所載の論文があり、スパツタリング法に
よる成膜および熱処理をおこなつた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。
（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
ため実用化に至つていない。
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
ため実用化に至つていない。
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、これをもつ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。
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、これをもつ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（Ba1-xSrx）TiO3（０≦ｘ≦1.0）に0.15
モル％以上５モル％以下のMo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Moを添加した（Ba1-xSrx）TiO3（０≦ｘ≦1.0）
の粉末あるいは焼結セラミツクをターゲツトとし
てスパツタリング法によつて作製することを特徴
として構成される。なお上記したスパツタリング
法としてはRFスタツパ法、イオンビームスパツ
タ法のいずれを用いても有効である。
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（Ba1-xSrx）TiO3（０≦ｘ≦1.0）に0.15
モル％以上５モル％以下のMo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Moを添加した（Ba1-xSrx）TiO3（０≦ｘ≦1.0）
の粉末あるいは焼結セラミツクをターゲツトとし
てスパツタリング法によつて作製することを特徴
として構成される。なお上記したスパツタリング
法としてはRFスタツパ法、イオンビームスパツ
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、あるいはサフアイアなどの
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Mo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ツトを用
いてスパツ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
晶が起こつ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℃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。スパツタリング・ターゲツトの
BaTiO3粉末あるいは焼結セラミツクに添加した
Moの量と、作成されたBaTiO3薄膜中のMoの量
との関係は基板温度に若干依存するが、基板温度
600℃の場合には膜中のMo量（モル％）はターゲ
ツト中のMo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つている。したがつ
て、誘電体薄膜中に所望のMo量（モル％）の添
加を実現するためには、ターゲツトにその２倍量
（モル％）のMo添加を施せば良い。
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、あるいはサフアイアなどの
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Mo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ツトを用
いてスパツ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
晶が起こつ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℃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。スパツタリング・ターゲツトの
BaTiO3粉末あるいは焼結セラミツクに添加した
Moの量と、作成されたBaTiO3薄膜中のMoの量
との関係は基板温度に若干依存するが、基板温度
600℃の場合には膜中のMo量（モル％）はターゲ
ツト中のMo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つている。したがつ
て、誘電体薄膜中に所望のMo量（モル％）の添
加を実現するためには、ターゲツトにその２倍量
（モル％）のMo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BaTiO3誘電体薄膜中のMo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Moが添加量（モル％）を示す。BaTiO3の
膜厚は5000Åである。Mo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、Mo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つて短絡状態に近くなる。一
般的にコンデンサの許容リーク電流の目安は10-9
Ａ／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Mo量0.1モル％の特性
と同0.15モル％の特性の差は極めて大きく、実用
上0.15モル％以上のMo添加が必要である。
おいてBaTiO3誘電体薄膜中のMo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Moが添加量（モル％）を示す。BaTiO3の
膜厚は5000Åである。Mo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、Mo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つて短絡状態に近くなる。一
般的にコンデンサの許容リーク電流の目安は10-9
Ａ／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Mo量0.1モル％の特性
と同0.15モル％の特性の差は極めて大きく、実用
上0.15モル％以上のMo添加が必要である。
したがつて、本発明に従つて0.15モル％以上５
モル％以下のMo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
い薄膜コンデンサ用が実現できる。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Mo量を添加したBaTiO3の粉末あるいは焼
結セラミツクをターゲツトに用いたスパツタリン
グ法により作成することができる。
モル％以下のMo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
い薄膜コンデンサ用が実現できる。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Mo量を添加したBaTiO3の粉末あるいは焼
結セラミツクをターゲツトに用いたスパツタリン
グ法により作成することができる。
（実施例 ２）
次に（Ba1-xSrx）TiO3のｘ＝0.3，0.7，1.0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Mo添加の効果を調べた。
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Mo添加の効果を調べた。
（Ba1-xSrx）TiO3のｘ＝0.3，0.7，1.0の組成
の粉末ターゲツトとそれぞれに0.6モル％のMoを
添加した粉末ターゲツトを用い、パラジウム膜を
蒸着したサフアイア基板上にスパツタリング法に
よつて成膜した。基板温度は600℃、膜厚は5000
Å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50V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。Mo添加が無い場合、各組成に
おいてリーク電流は温度ともに増加し、75℃以上
の温度で許容リーク電流の目安である10-9Ａ／３
mm2を超えている。これらの組成に0.3モル％のMo
を添加するとリーク電流はMo添加なしの試料よ
りも低い値となつている。室温から125℃の温度
範囲で10-9Ａ／mm2を超えることはなく、むしろ
Mo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。
の粉末ターゲツトとそれぞれに0.6モル％のMoを
添加した粉末ターゲツトを用い、パラジウム膜を
蒸着したサフアイア基板上にスパツタリング法に
よつて成膜した。基板温度は600℃、膜厚は5000
Å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50V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。Mo添加が無い場合、各組成に
おいてリーク電流は温度ともに増加し、75℃以上
の温度で許容リーク電流の目安である10-9Ａ／３
mm2を超えている。これらの組成に0.3モル％のMo
を添加するとリーク電流はMo添加なしの試料よ
りも低い値となつている。室温から125℃の温度
範囲で10-9Ａ／mm2を超えることはなく、むしろ
Mo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Mo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。
ク電流の小さいMo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％以下の
Mo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つ
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Mo添加によ
つ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。
誘電体膜として、0.15モル％以上５モル％以下の
Mo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つ
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Mo添加によ
つ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。
薄膜を容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、 １……基板、２……下部電極、３……誘電体薄
膜、４……上部電極。 第２図は、Mo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図はモル％Mo添加による（Ba1-xSrx）
TiO3，ｘ＝0.3，0.7，1.0組成の誘電体薄膜の50V
印加時のリーク電流−温度特性の変化を示す図で
ある。
を示す断面図である。図において、 １……基板、２……下部電極、３……誘電体薄
膜、４……上部電極。 第２図は、Mo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図はモル％Mo添加による（Ba1-xSrx）
TiO3，ｘ＝0.3，0.7，1.0組成の誘電体薄膜の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 (1)
- 【特許請求の範囲】 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（Ba1-xSrx）TiO3（０≦ｘ≦1.0）に0.15
モル％以上５モル％以下のMo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用。 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Moを
添加した（Ba1-xSrx）TiO3（０≦ｘ≦1.0）の粉
末あるいはセラミツクをターゲツトとして用いた
スパツタリング法によつ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 JPH02197108A (ja) | 1990-08-03 |
| JPH0587166B2 true 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) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2500611B2 (ja) * | 1993-06-17 | 1996-05-29 | 日本電気株式会社 | 高誘電率薄膜 |
| EP2426684A1 (en) | 2010-09-02 | 2012-03-07 | Mitsubishi Materials Corporation | Dielectric-thin-film forming composition, method of forming dielectric thin film, and dielectric thin film formed by the method |
| EP2608219B1 (en) | 2011-12-20 | 2015-03-04 | Mitsubishi Materials Corporation | Dielectric thin film-forming composition, method of forming dielectric thin film and dielectric thin film formed by the method |
| JP6766607B2 (ja) * | 2016-11-11 | 2020-10-14 | 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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02197108A (ja) | 1990-08-03 |
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