JP2000068454A - 誘電体薄膜コンデンサ - Google Patents
誘電体薄膜コンデンサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ペロブスカイト型酸化物結晶を用いた高誘電率
の誘電体薄膜コンデンサを得る。 【解決手段】下部電極のＰｔ下地層１３の平均結晶粒径
を５０ｎｍ以下とし、また、（１１１）面のロッキング
カーブの半値幅を５°以下とし、その上に誘電体薄膜１
４を形成する。
の誘電体薄膜コンデンサを得る。 【解決手段】下部電極のＰｔ下地層１３の平均結晶粒径
を５０ｎｍ以下とし、また、（１１１）面のロッキング
カーブの半値幅を５°以下とし、その上に誘電体薄膜１
４を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高誘電率を有する
誘電体薄膜を用いた誘電体薄膜コンデンサに関する。
誘電体薄膜を用いた誘電体薄膜コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】ペロブスカイト型酸化物は、構成する金
属元素により強誘電性を示すものや、室温で大きな比誘
電率を示すものがあり、強誘電性メモリー用コンデンサ
材料やフィルター用コンデンサ材料として有用である。
一般構造式がＡＢＯ3 またはＡ 2 Ｂ2 Ｏ7 で表されるぺ
ロブスカイト型酸化物セラミックは、いずれもＡ，Ｂの
金属元素の組合わせにより高い強誘電性や室温で高い比
誘電率を有することが知られている。例えばＢａＴｉＯ
3 やＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 やＬａ2 Ｔｉ2 Ｏ7等があ
る。従って、このセラミックスを薄膜化してコンデンサ
を構成できれば容量が非常に大きく、しかも小型、軽量
のコンデンサを実現できて、そのようなコンデンサを、
強誘電性メモリーやフィルター、電源用等のＩＣ回路に
組み込むことにより、電気機器（特に携帯機器）の高信
頼化、小型化、軽量化に大きく寄与できることになる。
属元素により強誘電性を示すものや、室温で大きな比誘
電率を示すものがあり、強誘電性メモリー用コンデンサ
材料やフィルター用コンデンサ材料として有用である。
一般構造式がＡＢＯ3 またはＡ 2 Ｂ2 Ｏ7 で表されるぺ
ロブスカイト型酸化物セラミックは、いずれもＡ，Ｂの
金属元素の組合わせにより高い強誘電性や室温で高い比
誘電率を有することが知られている。例えばＢａＴｉＯ
3 やＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 やＬａ2 Ｔｉ2 Ｏ7等があ
る。従って、このセラミックスを薄膜化してコンデンサ
を構成できれば容量が非常に大きく、しかも小型、軽量
のコンデンサを実現できて、そのようなコンデンサを、
強誘電性メモリーやフィルター、電源用等のＩＣ回路に
組み込むことにより、電気機器（特に携帯機器）の高信
頼化、小型化、軽量化に大きく寄与できることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このため、これらのぺ
ロブスカイト型酸化物セラミックスを種々の化学的、物
理的薄膜形成法で薄膜化する試みがおこなわれている
が、これまで報告されている範囲では、薄膜化した場合
の比誘電率はバルクセラミックスの１／５〜１／１０に
減少してしまうという問題があった。
ロブスカイト型酸化物セラミックスを種々の化学的、物
理的薄膜形成法で薄膜化する試みがおこなわれている
が、これまで報告されている範囲では、薄膜化した場合
の比誘電率はバルクセラミックスの１／５〜１／１０に
減少してしまうという問題があった。
【０００４】この原因としては、膜厚を薄くすると相対
的に表面やその近傍の結晶性の悪い部分の影響が、バル
ク部分に比べ大きくなることが考えられる。これまで誘
電体薄膜の形成条件の検討は広く行われてきた。しか
し、誘電体を用いたコンデンサでは、誘電体薄膜が電極
となる下地金属層上に形成されることが必須であり、金
属層の表面近傍の結晶性が誘電体薄膜の形成初期に大き
く影響することは当然考えられる。それにもかかわらず
従来下地金属層の膜質はあまり注目されてこなかった。
的に表面やその近傍の結晶性の悪い部分の影響が、バル
ク部分に比べ大きくなることが考えられる。これまで誘
電体薄膜の形成条件の検討は広く行われてきた。しか
し、誘電体を用いたコンデンサでは、誘電体薄膜が電極
となる下地金属層上に形成されることが必須であり、金
属層の表面近傍の結晶性が誘電体薄膜の形成初期に大き
く影響することは当然考えられる。それにもかかわらず
従来下地金属層の膜質はあまり注目されてこなかった。
【０００５】本発明ではこの点に着目し、誘電体薄膜が
形成される下地金属層として白金（以後Ｐｔと記す）層
を用いた場合の、誘電体薄膜の誘電特性や絶縁特性を低
下させない誘電体薄膜コンデンサを提供することを目的
とする。
形成される下地金属層として白金（以後Ｐｔと記す）層
を用いた場合の、誘電体薄膜の誘電特性や絶縁特性を低
下させない誘電体薄膜コンデンサを提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題解決のため本発
明は、ペロブスカイト型酸化物結晶からなる誘電体薄膜
を一対の対向する金属電極で挟んだ構造の誘電体薄膜コ
ンデンサにおいて、誘電体薄膜が接する下地金属層とし
てＰｔ層を有し、そのＰｔ層の平均結晶粒径が５０ｎｍ
以下であるものとする。
明は、ペロブスカイト型酸化物結晶からなる誘電体薄膜
を一対の対向する金属電極で挟んだ構造の誘電体薄膜コ
ンデンサにおいて、誘電体薄膜が接する下地金属層とし
てＰｔ層を有し、そのＰｔ層の平均結晶粒径が５０ｎｍ
以下であるものとする。
【０００７】また、下地Ｐｔ層のＸ線回折における（１
１１）面のロッキングカーブの半値幅が５°以下である
こともよい。そのようにすれば、後述の実験結果に示す
ようにその上に成膜した誘電体薄膜の比誘電率としてバ
ルクに近い大きな値が得られる。詳細な機構は不明であ
るが、そのような下地金属層の膜質にすると、表面粗さ
が改善されていること、またＰｔ層自体の結晶性がよ
く、残留応力等が無いこと等が、その上に成膜される誘
電体薄膜、特に形成初期段階の膜の結晶配向性やラフネ
スに良い影響を与えると考えられる。
１１）面のロッキングカーブの半値幅が５°以下である
こともよい。そのようにすれば、後述の実験結果に示す
ようにその上に成膜した誘電体薄膜の比誘電率としてバ
ルクに近い大きな値が得られる。詳細な機構は不明であ
るが、そのような下地金属層の膜質にすると、表面粗さ
が改善されていること、またＰｔ層自体の結晶性がよ
く、残留応力等が無いこと等が、その上に成膜される誘
電体薄膜、特に形成初期段階の膜の結晶配向性やラフネ
スに良い影響を与えると考えられる。
【０００８】
【発明の実施の形態】先にも述べたように、従来誘電体
薄膜を形成する下地金属層の膜質はあまり注目されてい
なかった。本発明では、誘電体薄膜が形成される下地金
属層としてのＰｔ層に着目し、誘電体薄膜の誘電特性や
絶縁特性を低下させない誘電体薄膜コンデンサを得るた
めの実験をおこなった。
薄膜を形成する下地金属層の膜質はあまり注目されてい
なかった。本発明では、誘電体薄膜が形成される下地金
属層としてのＰｔ層に着目し、誘電体薄膜の誘電特性や
絶縁特性を低下させない誘電体薄膜コンデンサを得るた
めの実験をおこなった。
【０００９】［実験］図３は、実験において作製した誘
電体薄膜コンデンサの断面図である。１１は酸化膜１１
ａを付けた基板とするシリコンウエハである。１２、１
３は下部電極をなすそれぞれチタン（以下Ｔｉと記す）
層、Ｐｔ下地層である。１４はジルコニウムチタン酸鉛
［Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 、以下ＰＺＴと記す］膜の誘
電体薄膜、１５はＰｔ上部電極である。
電体薄膜コンデンサの断面図である。１１は酸化膜１１
ａを付けた基板とするシリコンウエハである。１２、１
３は下部電極をなすそれぞれチタン（以下Ｔｉと記す）
層、Ｐｔ下地層である。１４はジルコニウムチタン酸鉛
［Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 、以下ＰＺＴと記す］膜の誘
電体薄膜、１５はＰｔ上部電極である。
【００１０】以下に作製方法を説明する。熱酸化膜付き
のシリコンウエハ１１上に、ＲＦマグネトロンスパッタ
法でＴｉ層１２を２０ｎｍ、Ｐｔ下地層１３を２００ｎ
ｍ形成する。ここでＰｔ下地層１３の成膜条件として
は、基板温度を室温から６００℃の範囲で、放電電力は
２００〜１０００Ｗの範囲で、アルゴンガス圧は０．１
〜１Ｐａの範囲で変化させた。次にゾルゲル法でＰＺＴ
を形成する。すなわちまず、化学量論組成に混合したゾ
ルを通常のスピンコート法で塗布する。ＺｒとＴｉの比
はほぼ１対１とした。塗布の際の回転数は３０００ｒｐ
ｍである。塗布、仮焼を数回繰り返し、最終的な膜厚を
６００ｎｍとした。仮焼温度は４００℃、本焼成温度
は、６００℃である。その後、Ｐｔ下地膜１３と同様の
スパッタ法で直径１ｍｍのＰｔ上部電極１５を形成し
た。この時の成膜温度は室温である。
のシリコンウエハ１１上に、ＲＦマグネトロンスパッタ
法でＴｉ層１２を２０ｎｍ、Ｐｔ下地層１３を２００ｎ
ｍ形成する。ここでＰｔ下地層１３の成膜条件として
は、基板温度を室温から６００℃の範囲で、放電電力は
２００〜１０００Ｗの範囲で、アルゴンガス圧は０．１
〜１Ｐａの範囲で変化させた。次にゾルゲル法でＰＺＴ
を形成する。すなわちまず、化学量論組成に混合したゾ
ルを通常のスピンコート法で塗布する。ＺｒとＴｉの比
はほぼ１対１とした。塗布の際の回転数は３０００ｒｐ
ｍである。塗布、仮焼を数回繰り返し、最終的な膜厚を
６００ｎｍとした。仮焼温度は４００℃、本焼成温度
は、６００℃である。その後、Ｐｔ下地膜１３と同様の
スパッタ法で直径１ｍｍのＰｔ上部電極１５を形成し
た。この時の成膜温度は室温である。
【００１１】誘電特性を測定し、いくつかのパラメータ
について解析して、誘電体薄膜の比誘電率に大きな影響
を与える因子を選びだした。図１は、ＰＺＴ膜の誘電率
の結晶粒径依存性を示すグラフである。横軸は、Ｐｔ下
地層の表面ＳＥＭ写真から求めた平均の結晶粒径であ
り。縦軸は比誘電率である。結晶粒径が大きくなるほど
比誘電率は次第に低下し、５０μｍを越すと１０００以
下になっている。すなわち結晶粒径が５０μｍ以下の範
囲では、１０００以上の誘電率が得られることがわか
る。Ｚｒ対Ｔｉの比をほぼ１対１としたバルクのＰＺＴ
の誘電率は約１５００であり、それには達しないが、従
来得られていたＰＺＴ薄膜の誘電率は約５００以下であ
り、その倍以上の誘電率とすることができることにな
る。なお、結晶粒径に大きく影響する製造パラメータは
成膜温度であった。
について解析して、誘電体薄膜の比誘電率に大きな影響
を与える因子を選びだした。図１は、ＰＺＴ膜の誘電率
の結晶粒径依存性を示すグラフである。横軸は、Ｐｔ下
地層の表面ＳＥＭ写真から求めた平均の結晶粒径であ
り。縦軸は比誘電率である。結晶粒径が大きくなるほど
比誘電率は次第に低下し、５０μｍを越すと１０００以
下になっている。すなわち結晶粒径が５０μｍ以下の範
囲では、１０００以上の誘電率が得られることがわか
る。Ｚｒ対Ｔｉの比をほぼ１対１としたバルクのＰＺＴ
の誘電率は約１５００であり、それには達しないが、従
来得られていたＰＺＴ薄膜の誘電率は約５００以下であ
り、その倍以上の誘電率とすることができることにな
る。なお、結晶粒径に大きく影響する製造パラメータは
成膜温度であった。
【００１２】詳細な作用の機構は明らかでないが、結晶
粒径が５０μｍ以下の範囲では、表面粗さが小さく、平
滑な面となることが、その上に成膜する誘電体薄膜の結
晶配向性やラフネスに良い影響を与え、薄膜の誘電率を
向上させる一因と考えられるＰｔ下地層の結晶性の指標
としてＸ線回折における（１１１）面のロッキングカー
ブの半値幅を取り上げた。図２は、ＰＺＴ膜の比誘電率
の半値幅依存性を示すグラフである。横軸は、ロッキン
グカーブの半値幅であり。縦軸は比誘電率である。半値
幅が大きくなるほど比誘電率が次第に低下し、半値幅が
５°を越すと１０００以下になっている。すなわち半値
幅が５°以下の範囲では、１０００以上の比誘電率が得
られることがわかる。
粒径が５０μｍ以下の範囲では、表面粗さが小さく、平
滑な面となることが、その上に成膜する誘電体薄膜の結
晶配向性やラフネスに良い影響を与え、薄膜の誘電率を
向上させる一因と考えられるＰｔ下地層の結晶性の指標
としてＸ線回折における（１１１）面のロッキングカー
ブの半値幅を取り上げた。図２は、ＰＺＴ膜の比誘電率
の半値幅依存性を示すグラフである。横軸は、ロッキン
グカーブの半値幅であり。縦軸は比誘電率である。半値
幅が大きくなるほど比誘電率が次第に低下し、半値幅が
５°を越すと１０００以下になっている。すなわち半値
幅が５°以下の範囲では、１０００以上の比誘電率が得
られることがわかる。
【００１３】半値幅が小さいことは、Ｐｔ下地層自体の
結晶性がよいことを意味しているが、それにより、残留
応力等が無いこと等が、その上に成膜される誘電体薄膜
の比誘電率を向上させる一因と考えられる。なお、今回
は誘電体材料としてＰＺＴを用いたが、同様の効果は上
述の数値の範囲で他のぺロブスカイト型酸化物薄膜を用
いた場合にも得られる。
結晶性がよいことを意味しているが、それにより、残留
応力等が無いこと等が、その上に成膜される誘電体薄膜
の比誘電率を向上させる一因と考えられる。なお、今回
は誘電体材料としてＰＺＴを用いたが、同様の効果は上
述の数値の範囲で他のぺロブスカイト型酸化物薄膜を用
いた場合にも得られる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ペ
ロブスカイト型酸化物結晶からなる誘電体薄膜を一対の
対向する金属電極で挟んだ構造の誘電体薄膜コンデンサ
において、誘電体薄膜に接する下地金属層を白金とし、
その白金層の平均結晶粒径が５０ｎｍ以下、またＸ線回
折における（１１１）面のロッキングカーブの半値幅が
５°以下とすることにより、その電極膜の上部に形成さ
れる誘電体薄膜の結晶性やラフネスが改善され、従来よ
りも安定して高い比誘電率を有する誘電体薄膜コンデン
サを得ることが出来る。
ロブスカイト型酸化物結晶からなる誘電体薄膜を一対の
対向する金属電極で挟んだ構造の誘電体薄膜コンデンサ
において、誘電体薄膜に接する下地金属層を白金とし、
その白金層の平均結晶粒径が５０ｎｍ以下、またＸ線回
折における（１１１）面のロッキングカーブの半値幅が
５°以下とすることにより、その電極膜の上部に形成さ
れる誘電体薄膜の結晶性やラフネスが改善され、従来よ
りも安定して高い比誘電率を有する誘電体薄膜コンデン
サを得ることが出来る。
【図１】比誘電率のＰｔ下地膜結晶粒径依存性を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図２】比誘電率のロッキングカーブの半値幅依存性を
示すグラフ
示すグラフ
【図３】本発明の誘電体薄膜コンデンサの構成を示す断
面図
面図
１１ Ｓｉウエハ １１ａ 酸化膜 １２ Ｔｉ層 １３ Ｐｔ下地層 １４ 誘電体薄膜 １５ Ｐｔ上部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/8242 Ｆターム(参考） 5E082 AB03 EE05 EE18 EE19 EE23 EE37 FG03 FG26 FG41 FG46 KK01 PP09 PP10 5F038 AC05 AC15 AC18 DF05 EZ20 5F083 JA13 JA14 JA15 JA38 PR22 PR23
Claims (3)
- 【請求項１】ペロブスカイト型酸化物結晶からなる誘電
体薄膜を一対の対向する金属電極で挟んだ構造の誘電体
薄膜コンデンサにおいて、誘電体薄膜に接する白金層を
有し、その白金層の平均結晶粒径が５０ｎｍ以下である
ことを特徴とする誘電体薄膜コンデンサ。 - 【請求項２】ペロブスカイト型酸化物結晶からなる誘電
体薄膜を一対の対向する金属電極で挟んだ構造の誘電体
薄膜コンデンサにおいて、誘電体薄膜に接する白金層を
有し、その白金層のＸ線回折における（１１１）面のロ
ッキングカーブの半値幅が５°以下であることを特徴と
する誘電体薄膜コンデンサ。 - 【請求項３】ペロブスカイト型酸化物結晶からなる誘電
体薄膜を一対の対向する金属電極で挟んだ構造の誘電体
薄膜コンデンサにおいて、誘電体薄膜に接する白金層を
有し、その白金層のＸ線回折における（１１１）面のロ
ッキングカーブの半値幅が５°以下であることを特徴と
する請求項１記載の誘電体薄膜コンデンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10231278A JP2000068454A (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 誘電体薄膜コンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10231278A JP2000068454A (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 誘電体薄膜コンデンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000068454A true JP2000068454A (ja) | 2000-03-03 |
Family
ID=16921106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10231278A Pending JP2000068454A (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 誘電体薄膜コンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000068454A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003017767A (ja) * | 2001-07-03 | 2003-01-17 | Sony Corp | 圧電素子 |
| WO2012160972A1 (ja) | 2011-05-23 | 2012-11-29 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 圧電素子用下部電極およびそれを備えた圧電素子 |
| EP2846370A4 (en) * | 2012-05-01 | 2015-07-08 | Konica Minolta Inc | PIEZOELECTRIC ELEMENT |
-
1998
- 1998-08-18 JP JP10231278A patent/JP2000068454A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003017767A (ja) * | 2001-07-03 | 2003-01-17 | Sony Corp | 圧電素子 |
| WO2012160972A1 (ja) | 2011-05-23 | 2012-11-29 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 圧電素子用下部電極およびそれを備えた圧電素子 |
| US9331605B2 (en) | 2011-05-23 | 2016-05-03 | Konica Minolta, Inc. | Lower electrode for piezoelectric element, and piezoelectric element provided with lower electrode |
| EP2846370A4 (en) * | 2012-05-01 | 2015-07-08 | Konica Minolta Inc | PIEZOELECTRIC ELEMENT |
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