JPH0788219B2 - 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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- JPH0788219B2 JPH0788219B2 JP2055444A JP5544490A JPH0788219B2 JP H0788219 B2 JPH0788219 B2 JP H0788219B2 JP 2055444 A JP2055444 A JP 2055444A JP 5544490 A JP5544490 A JP 5544490A JP H0788219 B2 JPH0788219 B2 JP H0788219B2
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- dielectric constant
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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の製造方
法に関する。
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。
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、Si
3N4、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。
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SiO2、Si
3N4、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
わされるペロブスカイト型酸化物であるBaTiO3、SrTi
O3、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（Proceedings of 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.Electronic Component
s Conferens219−225頁では（Ba0.28Sr0.72）TiO3薄膜
（700℃で成膜）で1100の誘電率が得られている。
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、SrTi
O3、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（Proceedings of 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.Electronic Component
s Conferens219−225頁では（Ba0.28Sr0.72）TiO3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,Sr）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ク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60
0℃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。
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ク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60
0℃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600℃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。
率を有する膜を600℃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高誘電率膜の製造
方法は所定の組成に秤量したBaCO3、SrCO3、TiO2からな
る混合粉末を800℃以上1000℃以下で仮焼してターゲッ
トとして用い、400℃以上600℃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。
方法は所定の組成に秤量したBaCO3、SrCO3、TiO2からな
る混合粉末を800℃以上1000℃以下で仮焼してターゲッ
トとして用い、400℃以上600℃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2000Å形成した。基板温
度は600℃とし、スパッタガスにはAr/O2＝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2000Å形成した。基板温
度は600℃とし、スパッタガスにはAr/O2＝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
ラザフォード・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
いる。
成に対して第２図のように変化する。なお、膜の組成を
ラザフォード・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
いる。
（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。
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/cmである。一
方（Ba,Sr）TiO3膜は破壊強度が約1MV/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。
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/cmである。一
方（Ba,Sr）TiO3膜は破壊強度が約1MV/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。
第２図に示すように本実施例における（Ba1-xSrx）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。
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-xSrx）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。
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、Sr
CO3、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2000Å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500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,Sr）TiO3をスパッタ成膜す
る基板温度としては400℃以上600℃以下の範囲であるこ
とが望ましい。
CO3、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2000Å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500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,Sr）TiO3をスパッタ成膜す
る基板温度としては400℃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、Sr
CO3、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2000Å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10-8A/cm2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。
CO3、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2000Å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10-8A/cm2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。
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。
【図面の簡単な説明】 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（Ba0.5Sr0.5）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（Ba0.5Sr0.5）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)
- 【請求項１】所定の組成に秤量したBaCO3、SrCO3、TiO2
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 JPH03257020A (ja) | 1991-11-15 |
| JPH0788219B2 true JPH0788219B2 (ja) | 1995-09-27 |
Family
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) |
Families Citing this family (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 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0649950B2 (ja) * | 1984-07-19 | 1994-06-29 | ソニー株式会社 | 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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03257020A (ja) | 1991-11-15 |
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Legal Events
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