JP2001126947A

JP2001126947A - 高誘電体薄膜コンデンサの製造方法

Info

Publication number: JP2001126947A
Application number: JP30667499A
Authority: JP
Inventors: Naoki Obara; 直樹小原; Tasuke Sawada; 太助沢田; Masatoshi Kitagawa; 雅俊北川; Takeshi Uenoyama; 雄上野山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2001-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ペロブスカイト構造を有する高誘電体薄膜の
配向性が（１１１）面に優先配向していることにより誘
電率が大きく、リーク電流の小さな絶縁耐圧に優れたコ
ンデンサの製造方法を提供する。【解決手段】ガラス基体上１上にＰｔの下部電極をＤ
Ｃマグネトロンスパッタ法により形成した後、ＲＦマグ
ネトロンスパッタ法によりエロージョン７直上におい
て、基体温度３００℃、成膜ガスＡｒ／Ｏ₂／Ｎ₂＝２／
１の混合雰囲気中において高誘電体薄膜４のＳｒＴｉＯ
₃を形成し、引き続き上部電極３のＰｔをＤＣマグネト
ロンスパッタ法により形成し、高誘電体薄膜コンデンサ
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペロブスカイト構
造を有する高誘電体薄膜が（１１１）面に優先配向した
高誘電体薄膜を形成するための高誘電体薄膜コンデンサ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化、薄型化が要求
されている。電子機器はＩＣやコンデンサなどの電子部
品が実装された回路基板等から構成され、使用される電
子部品、回路基板にも薄型化が要求されている。小型か
つ薄型なコンデンサを実現するために、ガラスやセラミ
ック、金属箔、あるいは有機高分子フィルムなどの小
型、軽量、低コストな基体の上に、電極薄膜と高誘電体
薄膜との積層構造からなる小型、軽量コンデンサが提供
されている。あるいはＩＣ基板上に直接高誘電体薄膜を
堆積し、メモリ素子としてモノリシックな集積回路が構
成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記、電極薄膜上に高
誘電体薄膜を形成する際、高誘電体薄膜は成膜条件によ
りランダムな方位に配向し、基体の影響を受けない場
合、主に（１１０）面、（１１１）面、（２００）面に
ランダムに配向する。しかし、（１１１）面以外に配向
した高誘電体薄膜は（１１１）面に配向した高誘電体薄
膜よりも誘電分極が小さくなる結果、誘電率が低くなっ
てしまう。さらに、（１１１）面以外に配向すると表面
の凹凸が大きくなると共に、結晶粒界も粗な膜が形成さ
れてしまう。

【０００４】このような表面の凹凸や粗な結晶粒界は電
極薄膜との接触状態を劣悪なものとし、結晶粒界や電極
との界面での界面準位が多発してキャリアの再結合が支
配的となる結果、リーク電流が増大してしまい、絶縁耐
圧の低いコンデンサとなってしまう。

【０００５】本発明は、ペロブスカイト構造を有する高
誘電体薄膜の配向性が（１１１）面に優先配向すること
により大きな誘電率を有し、しかもフラットな表面形態
となり、結晶粒界が緻密な高誘電体薄膜を提供すること
により、誘電率が大きく、しかも絶縁耐圧に優れた高品
質かつ高信頼性を有する高誘電体薄膜コンデンサの製造
方法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】前記目的を達成するた
め、本発明の高誘電体薄膜コンデンサの製造方法は、ペ
ロブスカイト構造を有する高誘電体薄膜の配向性が（１
１１）面に優先配向した高誘電体薄膜を形成するための
高誘電体薄膜コンデンサの製造方法である。

【０００７】前記方法においては、高誘電体薄膜の形成
法としてＲＦマグネトロンスパッタ法を用い、前記ＲＦ
マグネトロンスパッタ法において、エロージョン直上で
成膜することが好ましい。これによりペロブスカイト構
造を有する高誘電体薄膜の配向性が（１１１）面に優先
配向し、高い比誘電率を示す高誘電体薄膜の形成が可能
となり、誘電率が大きく、しかもリーク電流の小さな絶
縁耐圧に優れたコンデンサを提供することが可能であ
る。

【０００８】また前記方法においては、ＲＦマグネトロ
ンスパッタ法での成膜ガスとして希ガス、酸素ガス及び
窒素を含有するガスの混合ガスを用いて成膜することが
好ましい。これによりペロブスカイト構造を有する高誘
電体薄膜の配向性が（１１１）面に優先配向し、高い比
誘電率を示す高誘電体薄膜の形成が可能となり、誘電率
が大きく、しかもリーク電流の小さな絶縁耐圧に優れた
コンデンサを提供することが可能である。

【０００９】また前記方法においては、希ガスとしてＨ
ｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ及Ｘｅからなる群より選択される
少なくとも１つの物質であることが好ましい。これによ
りペロブスカイト構造を有する高誘電体薄膜の配向性が
（１１１）面に優先配向し、高い比誘電率を示す高誘電
体薄膜の形成が可能となり、誘電率が大きく、しかもリ
ーク電流の小さな絶縁耐圧に優れたコンデンサを提供す
ることが可能である。

【００１０】また前記方法においては、基板とターゲッ
ト間に規制板を設けることによりコリメートされたスパ
ッタ粒子を用いて成膜することが好ましい。これにより
ペロブスカイト構造を有する高誘電体薄膜の配向性が
（１１１）面により優先配向し、高い比誘電率を示す高
誘電体薄膜の形成が可能となり、誘電率が大きく、しか
もリーク電流の小さな絶縁耐圧に優れたコンデンサを提
供することが可能である。

【００１１】また前記方法においては、基板の回転によ
り基板面内に均一な配向性を有する高誘電体薄膜を形成
することが好ましい。これにより（１１１）面により優
先配向したペロブスカイト構造を有する高誘電体薄膜を
大面積基板上に均一に形成することが可能となり、誘電
率が大きく、しかもリーク電流の小さな絶縁耐圧に優れ
たコンデンサを大量に提供することが可能である。

【００１２】また前記方法においては、高誘電体薄膜の
堆積速度が毎分１０ｎｍを下限とすることが好ましい。
これによりペロブスカイト構造を有する高誘電体薄膜の
配向性が（１１１）面に優先配向した高誘電体薄膜形成
の時間が短縮される結果、製造のスループット向上が可
能となり、低コストかつ誘電率が大きく、リーク電流の
小さな絶縁耐圧に優れたコンデンサを提供することが可
能である。

【００１３】本発明により製造される高誘電体薄膜コン
デンサとは、ペロブスカイト構造を有する高誘電体薄膜
が（１１１）面に優先配向することにより誘電分極が大
きく、さらにフラットな表面形態となり、結晶粒界が緻
密な高誘電体薄膜となり、誘電率が大きく、絶縁耐圧に
優れた高品質かつ高信頼性を有する高誘電体薄膜コンデ
ンサである。すなわち、本高誘電体薄膜コンデンサを用
いることによりチップコンデンサとして小型かつ軽量な
電子機器に搭載することが可能となり、平滑用、同調用
やデカップリング用などのフレキシブルな低容量から高
容量までのチップコンデンサとして使用することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例を用いて図
面を参照してさらに詳しく説明する。

【００１５】（実施の形態１）第１の実施の形態におけ
る高誘電体薄膜コンデンサの構成を図１に示す。図１に
おいて、１は基体、２は電極薄膜、３は高誘電体薄膜で
ある。基体１として硼珪酸ガラスを用い、電極薄膜２に
はＰｔ、高誘電体薄膜３にＳｒＴｉＯ₃を用いた。

【００１６】ガラス基体１上にＤＣマグネトロンスパッ
タ法を用いて電極のＰｔ／Ｔｉ薄膜２を形成後、ＲＦマ
グネトロンスパッタ法によりＳｒＴｉＯ₃薄膜３を形成
した。引き続き電極のＰｔ薄膜２をＤＣマグネトロンス
パッタ法により形成し、高誘電体薄膜コンデンサとし
た。上記試料においてコンデンサ特性を確認することが
できた。

【００１７】高誘電体薄膜の形成法としては、ＲＦマグ
ネトロンスパッタ法を用いることが好ましい。

【００１８】高誘電体薄膜の形成法時における成膜ガス
としては、希ガス、酸素ガス及び窒素を含有するガスの
混合ガスを用いて成膜することが好ましい。

【００１９】成膜ガスの希ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、
Ａｒ、Ｋｒ及Ｘｅからなる群より選択される少なくとも
１つの物質であることが好ましい。

【００２０】高誘電体薄膜の堆積速度としては、毎分１
０ｎｍを下限とすることが好ましい。

【００２１】

【実施例】以下本発明の具体的実施例について説明す
る。

【００２２】（実施例１）第１の実施例として、図１の
高誘電体薄膜コンデンサにおいて、一辺が１０ｃｍ角の
正方形、厚さ０．５ｍｍのガラス基体１上に、ＤＣマグ
ネトロンスパッタ法を用いてＴｉ接着層、Ｐｔ下部電極
２を形成した。電極薄膜のスパッタ条件は１０^-6Ｔｏｒ
ｒ台の高真空チャンバー内においてＡｒ雰囲気中、ＤＣ
電力２００Ｗ、成膜圧力８×１０^-3Ｔｏｒｒ、基体温度
２５℃の条件で行った。Ｐｔ／Ｔｉの膜厚はそれぞれ約
１００ｎｍ／１０ｎｍ、蒸着レートはともに約１０ｎｍ
／ｍｉｎであった。なお、電極形状はメタルマスクを用
いて５ｍｍ角の大きさに形成されている。下部電極形成
後、ＳｒＴｉＯ₃の高誘電体薄膜３の形成を行った。Ｓ
ｒＴｉＯ₃薄膜はＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて
成膜した。

【００２３】図２にＲＦマグネトロンスパッタ装置の概
念図を示す。４はターゲット、５は基体ホルダ、６はマ
グネット、７はエロージョン（erosion）、８は磁力線
である。ターゲット４には６インチターゲットを使用し
た。マグネット６はターゲット／バッキングプレート下
の中心から２ｃｍ、および中心から６ｃｍ離れた場所
に、同心円上に配置されている。ガウスメータによる測
定結果、ターゲット上の中心点から４ｃｍの距離におい
て水平磁場が最強となり、約１，２００Ｇａｕｓｓを示
した。また、ＳｒＴｉＯ₃薄膜のスパッタ条件は、１０
^-6Ｔｏｒｒ台の高真空チャンバー内において、成膜圧力
８×１０^-3Ｔｏｒｒ、ＲＦ電力８００Ｗ、基体温度３０
０℃の条件で行った。成膜ガスはＡｒ／Ｏ₂＝２／１で
形成した。ＳｒＴｉＯ₃薄膜の膜厚は約３００ｎｍ、膜
堆積速度は約３０ｎｍ／ｍｉｎであった。Ｐｔ下部電極
上のＳｒＴｉＯ₃薄膜の表面積は４×４ｍｍであった。
ＳｒＴｉＯ₃薄膜形成後、上部電極２として再びＰｔ電
極の形成を行った。上部電極の形成条件は、下部電極と
同一条件である。電極間に挟まれたＳｒＴｉＯ₃薄膜の
表面積は３×３ｍｍであった。

【００２４】上記、１０ｃｍ角基板上の中心点（Ａ
点）、及びエロージョン直上となる基板の中心から４ｃ
ｍ離れた場所（Ｂ点）に形成された２種類のＰｔ／Ｓｒ
ＴｉＯ₃／Ｐｔ構造積層膜について、Ｘ線回折（ＸＲ
Ｄ）を用いて分析した結晶の配向性を図３に示す。Ｘ線
回折パターンから、Ａ点でのＳｒＴｉＯ₃薄膜は（１１
０）面に優先配向し、Ｂ点でのＳｒＴｉＯ₃薄膜は（１
１１）面に優先配向していることがわかる。

【００２５】図４に１０ｃｍ角基板面内に、エロージョ
ン直上となる基板中心から４ｃｍ離れた点を基準として
外側約１．２ｃｍ、内側４．０ｃｍの各点に形成したＰ
ｔ／ＳｒＴｉＯ₃／Ｐｔ構造積層膜について、Ｘ線回折
（ＸＲＤ）を用いて分析したときのエロージョン直上と
なる点からの距離に対するＳｒＴｉＯ₃の１１１ピーク
強度をプロットした結果を示す。エロージョンの中心の
直上となる点を境にそれぞれ１ｃｍの幅で１１１ピーク
が観測され、エロージョン中心直上において最も１１１
ピーク強度が強くなっていることがわかる。このエロー
ジョンの中心点から外側、および内側１ｃｍという距離
は、実際にスパッタされているターゲットの領域と良い
一致を示した。すなわち、エロージョン直上において
（１１１）面に優先配向したＳｒＴｉＯ₃薄膜が形成さ
れている。

【００２６】上記、Ａ点およびＢ点での２種類のＰｔ／
ＳｒＴｉＯ₃／Ｐｔ構造積層膜のＳｒＴｉＯ₃薄膜表面の
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて分析した表面形態
を図５に示す。ＸＲＤの結果と合わせると、Ｂ点に形成
された（１１１）面に優先配向したＳｒＴｉＯ₃薄膜は
表面の凹凸が小さく、結晶粒界も緻密であることが分か
る。これに対し、Ａ点に形成された（１１０）面に優先
配向したＳｒＴｉＯ ₃薄膜は表面の凹凸が大きく、結晶
粒界も粗であることがわかる。

【００２７】上記、２種類の高誘電体薄膜コンデンサを
用いてコンデンサ特性を評価した結果を（表１）に示
す。なお、測定周波数は１ｋＨｚである。またリーク電
流測定時の電圧は下部電極に＋５Ｖを印加している。

【００２８】

【表１】

【００２９】Ａ点に形成されたＳｒＴｉＯ₃薄膜は誘電
率が６０で、５．３×１０^-4ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で
あったのに対し、Ｂ点に形成されたＳｒＴｉＯ₃薄膜は
誘電率が８０で、２．６×１０^-7ｍＡ／ｃｍ²の電流密
度であった。これらの誘電率の違いは、ＳｒＴｉＯ₃が
（１１１）面に優先配向したことにより誘電分極が大き
くなったことを反映して誘電率が大きくなったものであ
る。また、電流密度の違いは、ＳｒＴｉＯ₃薄膜の配向
性の違いを反映した結果であり、（１１０）面に配向し
たＳｒＴｉＯ₃薄膜はＳＥＭで観察された表面の凹凸お
よび粗な結晶粒界によりＰｔとの接合状態が悪くなり、
ＳｒＴｉＯ₃／Ｐｔ接合界面での欠陥準位が増大したこ
とによりリーク電流が大きくなったものである。ｔａｎ
δについても同様の現象が確認されている。

【００３０】従って、ＲＦマグネトロンスパッタ法にお
いて、エロージョン直上で成膜することによりペロブス
カイト構造を有する高誘電体薄膜の配向性が（１１１）
面に優先配向し、ペロブスカイト構造高誘電体薄膜が
（１１１）に優先配向することにより誘電率が大きく、
しかも表面の凹凸が小さく結晶粒界も緻密となり、電極
薄膜との接合も良好となる結果、リーク電流の小さな絶
縁耐圧に優れたコンデンサを提供することが可能であ
る。

【００３１】（実施例２）第２の実施例として、実施例
１で使用した成膜ガスとして、Ａｒ／Ｏ₂ガスにＮ₂ガス
を添加してＳｒＴｉＯ₃の高誘電体薄膜の形成を行っ
た。成膜ガスはＡｒ／Ｏ₂＝２／１とＡｒ／Ｏ₂／Ｎ₂＝
２／１／０．５の２条件で形成した。それ以外は実施例
１とすべて同一条件である。

【００３２】上記、Ａ点及びＢ点でのそれぞれ２種類の
成膜ガスを用いて作製したＰｔ／ＳｒＴｉＯ₃／Ｐｔ構
造積層膜のＸ線回折（ＸＲＤ）を用いて分析した結晶の
配向性を図６に示す。Ｘ線回折パターンから、Ａ点およ
びＢ点のそれぞれにおいて、成膜ガスとしてＡｒ／Ｏ₂
／Ｎ₂を用いて形成したＳｒＴｉＯ₃薄膜の方が成膜ガス
としてＡｒ／Ｏ₂を用いて形成したＳｒＴｉＯ₃薄膜より
１１１ピーク強度が強くなっている。すなわち、Ａｒ／
Ｏ₂／Ｎ₂ガスを用いてＳｒＴｉＯ₃薄膜を形成すること
により、より（１１１）面への配向性の強いＳｒＴｉＯ
₃薄膜の形成が可能となる。さらに、Ｂ点では、成膜ガ
スにＡｒ／Ｏ₂を用いて形成したＳｒＴｉＯ₃薄膜は１１
１ピークは観測されなかったが、成膜ガスにＡｒ／Ｏ₂
／Ｎ₂を用いて形成したＳｒＴｉＯ₃薄膜からは１１１ピ
ークが観測され、Ａｒ／Ｏ₂／Ｎ ₂を用いて形成したＳｒ
ＴｉＯ₃薄膜は（１１１）面に優先配向していることが
わかる。

【００３３】上記、４種類の高誘電体薄膜コンデンサを
用いてコンデンサ特性を評価した結果を（表２）に示
す。なお、測定周波数は１ｋＨｚである。またリーク電
流測定時の電圧は下部電極に＋５Ｖを印加している。

【００３４】

【表２】

【００３５】Ａ点、Ｂ点のそれぞれの領域において、Ａ
ｒ／Ｏ₂ガスで成膜したＳｒＴｉＯ₃薄膜よりもＡｒ／Ｏ
₂／Ｎ₂ガスで成膜したＳｒＴｉＯ₃薄膜の方が誘電率、
誘電損失、絶縁耐圧特性が向上していることがわかる。

【００３６】従って、ＲＦマグネトロンスパッタ法での
成膜ガスとして希ガス、酸素ガス及び窒素を含有するガ
スの混合ガスを用いて成膜することによりペロブスカイ
ト構造を有する高誘電体薄膜の配向性が（１１１）面に
優先配向し、ペロブスカイト構造高誘電体薄膜が（１１
１）に優先配向することにより誘電率が大きく、しかも
表面の凹凸が小さく結晶粒界も緻密となり、電極薄膜と
の接合も良好となる結果、リーク電流の小さな絶縁耐圧
に優れたコンデンサを提供することが可能である。

【００３７】（実施例３）第３の実施例として、実施例
１で使用した成膜ガスとして、Ｎ₂ガスの代わりにＮ₂Ｏ
ガスを用いてＳｒＴｉＯ₃の高誘電体薄膜の形成を行っ
た。

【００３８】（表３）にＮ₂ガスとＮ₂Ｏガスを用いて形
成したＳｒＴｉＯ₃高誘電体薄膜コンデンサの諸特性示
す。

【００３９】

【表３】

【００４０】実験の結果、実施例１のＡｒ／Ｏ₂／Ｎ₂ガ
スを用いて形成したＳｒＴｉＯ₃薄膜コンデンサとほぼ
同等の特性を得ることができた。

【００４１】従って、窒素を含有する成膜ガスとしてＮ
₂ガス以外にＮ₂Ｏガスを用いてもペロブスカイト構造を
有する高誘電体薄膜の配向性が（１１１）面に優先配向
し、ペロブスカイト構造高誘電体薄膜が（１１１）に優
先配向することにより誘電率が大きく、しかも表面の凹
凸が小さく結晶粒界も緻密となり、電極薄膜との接合も
良好となる結果、リーク電流の小さな絶縁耐圧に優れた
コンデンサを提供することが可能である。

【００４２】（実施例４）第４の実施例として、実施例
３で使用したＳｒＴｉＯ₃高誘電体薄膜の形成条件とし
て、Ａｒ以外の希ガスを用いてＳｒＴｉＯ₃高誘電体薄
膜の形成を行った。Ａｒ以外の希ガスとして、Ｈｅ、Ｎ
ｅ、Ｋｒ、Ｘｅを用いて検討を行った。その他のスパッ
タ条件は実施例１と同様である。

【００４３】（表４）にそれぞれの希ガスを用いて形成
した誘電体薄膜を用いて作製した薄膜コンデンサの諸特
性を示す。

【００４４】

【表４】

【００４５】実験の結果、全ての希ガスを用いて形成し
た高誘電体薄膜コンデンサにおいて良好なコンデンサ特
性が得られている。

【００４６】従って、希ガスとしてＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、
Ｋｒ及びＸｅからなる群より選択される物質を用いるこ
とによりペロブスカイト構造を有する高誘電体薄膜の配
向性が（１１１）面に優先配向し、ペロブスカイト構造
高誘電体薄膜が（１１１）に優先配向することにより誘
電率が大きく、しかも表面の凹凸が小さく結晶粒界も緻
密となり、電極薄膜との接合も良好となる結果、リーク
電流の小さな絶縁耐圧に優れたコンデンサを提供するこ
とが可能である。

【００４７】（実施例５）第５の実施例として、実施例
１で使用した製造装置に規制板を設け、コリメートされ
たスパッタ粒子を用いてＳｒＴｉＯ₃の高誘電体薄膜の
形成を行った。成膜場所はエロージョン直上のＢ点で、
それ以外は実施例１とすべて同一条件である。図７は規
制板を設けた成膜装置の概念図を示す。９は規制板であ
る。

【００４８】上記、規制板を設けた条件及び規制板のな
い条件で作製したＰｔ／ＳｒＴｉＯ ₃／Ｐｔ構造積層膜
のＸ線回折（ＸＲＤ）を用いて分析した結晶の配向性を
図８に示す。Ｘ線回折パターンから、規制板９を設ける
ことによりＳｒＴｉＯ₃薄膜の１１１ピーク強度が強く
なっている。すなわち、規制板９を用いてＳｒＴｉＯ ₃
薄膜を形成することにより、より（１１１）面への配向
性の強いＳｒＴｉＯ₃薄膜の形成が可能となる。

【００４９】上記、２種類の高誘電体薄膜コンデンサを
用いてコンデンサ特性を評価した結果を（表５）に示
す。なお、測定周波数は１ｋＨｚである。またリーク電
流測定時の電圧は下部電極に＋５Ｖを印加している。

【００５０】

【表５】

【００５１】規制板を設けることにより少しづつ特性が
向上していることがわかる。

【００５２】従って、基板とターゲット間に規制板を設
けることによりコリメートされたスパッタ粒子を用いて
成膜することによりペロブスカイト構造を有する高誘電
体薄膜の配向性が（１１１）面により優先配向し、高い
比誘電率を示す高誘電体薄膜の形成が可能となり、誘電
率が大きく、しかもリーク電流の小さな絶縁耐圧に優れ
たコンデンサを提供することが可能である。

【００５３】（実施例６）第６の実施例として、実施例
５で使用した規制板付きの製造装置において、基板回転
機構を設けた製造装置を用いてＳｒＴｉＯ₃の高誘電体
薄膜の形成を行った。基板回転は１０ｃｍ角の基板が５
ｃｍの振り幅で公転運動をする。それ以外は実施例１と
すべて同一条件である。

【００５４】上記、基板回転条件下での基板のＡ点、及
びＢ点それぞれの場所において作製したＰｔ／ＳｒＴｉ
Ｏ₃／Ｐｔ構造積層膜に対してＸ線回折（ＸＲＤ）を用
いて分析したを行ったところ、同程度の配向性を示し
た。すなわち、基板回転を行うことにより、基板面内で
均一な配向性を有するＳｒＴｉＯ₃薄膜の形成が可能と
なる。

【００５５】上記、２種類の高誘電体薄膜コンデンサを
用いてコンデンサ特性を評価した結果を（表６）に示
す。なお、測定周波数は１ｋＨｚである。またリーク電
流測定時の電圧は下部電極に＋５Ｖを印加している。

【００５６】

【表６】

【００５７】基板回転により基板面内の異なる場所でも
全く同等の特性を有する素子が形成されていることがわ
かる。

【００５８】従って、基板の回転により基板面内に均一
な配向性を有する高誘電体薄膜を形成することが可能で
あり、これにより（１１１）面により優先配向したペロ
ブスカイト構造を有する高誘電体薄膜を大面積基板上に
均一に形成することが可能となり、誘電率が大きく、し
かもリーク電流の小さな絶縁耐圧に優れたコンデンサを
大量に提供することが可能である。

【００５９】（実施例７）第７の実施例として、実施例
１で使用した（１１１）面に優先配向したＳｒＴｉＯ₃
薄膜を用いて、ＲＦ電力を増加させた時の高誘電体薄膜
の堆積速度の検討を行った。それ以外は実施例１とすべ
て同一条件である。

【００６０】図９にＲＦ電力に対する蒸着速度を示す。
ＲＦ電力の増加に伴い蒸着速度が直線的に増加している
ことがわかる。堆積速度の増大に伴うＳｒＴｉＯ₃薄膜
の配向性の変化は確認されなかった。また、コンデンサ
の誘電率は、ＲＦ電力を増加させて堆積速度を上げても
極度に劣化することはなかった。また、リーク電流も極
度に増大することはなかった。蒸着速度の向上はスルー
プットの向上につながり、高誘電体薄膜コンデンサの低
価格化を実現できる。特性が劣化しなければより速い堆
積速度が好ましく、本実施例では誘電率の極度の低下や
リーク電流の増大は見られなかった。

【００６１】従って、実質的な高誘電体薄膜の形成速度
として１０ｎｍを下限とすることにより高誘電体薄膜形
成の時間が短縮される結果、製造のスループット向上が
可能となり、低コストかつ誘電率が大きく、リーク電流
の小さな絶縁耐圧に優れたコンデンサを提供することが
可能である。

【００６２】

【発明の効果】前記した本発明の製造方法によれば、
（１１１）面に優先配向したペロブスカイト構造を有す
る高誘電体薄膜を製造することが可能であり、ペロブス
カイト構造を有する高誘電体薄膜の配向性が（１１１）
面に優先配向していることにより誘電率が大きく、リー
ク電流の小さな絶縁耐圧に優れたコンデンサを提供する
ことができる。

【００６３】また、本発明の製造方法は、前記高誘電体
薄膜コンデンサを効率よく合理的に製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１及び実施例１〜５の高誘
電体薄膜コンデンサを示す断面図

【図２】本発明の実施例１の高誘電体薄膜コンデンサ製
造装置の概念図

【図３】本発明の実施例１のＰｔ／ＳｒＴｉＯ₃／Ｐｔ
構造積層膜のＸ線回折パターンを示す図

【図４】本発明の実施例１のＸ線回折強度の分布を示す
図

【図５】本発明の実施例１のＳｒＴｉＯ₃薄膜の表面形
態を示す図

【図６】本発明の実施例２のＰｔ／ＳｒＴｉＯ₃／Ｐｔ
構造積層膜のＸ線回折パターンを示す図

【図７】本発明の実施例５の高誘電体薄膜コンデンサ製
造装置の概念を示す図

【図８】本発明の実施例５のＰｔ／ＳｒＴｉＯ₃／Ｐｔ
構造積層膜のＸ線回折パターンを示す図

【図９】本発明の実施例７のＳｒＴｉＯ₃薄膜の蒸着速
度を示す図

【符号の説明】

１基体２電極薄膜３高誘電体薄膜４ターゲット５基体ホルダ６マグネット７エロージョン８磁力線９規制板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北川雅俊大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者上野山雄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5E001 AB06 AE01 AE03 AH03 AJ01 AJ02 5E082 AB03 BB10 BC35 EE05 EE23 EE37 FG03 FG26 FG42 KK01 PP10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ペロブスカイト構造を有する高誘電体薄
膜の配向性が（１１１）面に優先配向した高誘電体薄膜
を形成するための高誘電体薄膜コンデンサの製造方法で
あって、前記高誘電体薄膜の形成法としてＲＦマグネト
ロンスパッタ法を用い、前記ＲＦマグネトロンスパッタ
法において、エロージョン直上で成膜することを特徴と
する高誘電体薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項２】ＲＦマグネトロンスパッタ法での成膜ガ
スとして希ガス、酸素ガス及び窒素を含有するガスの混
合ガスを用いて成膜することを特徴とする請求項１記載
の高誘電体薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項３】希ガスとしてＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ及
Ｘｅからなる群より選択される少なくとも１つの物質で
ある請求項２記載の高誘電体薄膜コンデンサの製造方
法。
【請求項４】基板とターゲット間に規制板を設けるこ
とによりコリメートされたスパッタ粒子を用いて成膜す
ることを特徴とする請求項１記載の高誘電体薄膜コンデ
ンサの製造方法。
【請求項５】基板の回転により基板面内に均一な配向
性を有する高誘電体薄膜を形成することを特徴とする請
求項４記載の高誘電体薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項６】高誘電体薄膜の堆積速度が毎分１０ｎｍ
を下限とする請求項１に記載の高誘電体薄膜コンデンサ
の製造方法。