JP2003347158A - 薄膜コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
薄膜コンデンサおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】誘電損失特性に優れた薄膜コンデンサ及びその
製造方法を提供する。 【解決手段】基板上に形成された下部電極層と、該下部
電極層上に形成された誘電体薄膜と、該誘電体薄膜上に
形成された上部電極層とからなる薄膜コンデンサにおい
て、該誘電体薄膜は（ＢａＳｒ）ＴｉＯ(3-x)（ただし
０≦ｘ≦１）で表される酸素が欠損したペロブスカイト
構造であり、ドナードーパントを含有させた。
製造方法を提供する。 【解決手段】基板上に形成された下部電極層と、該下部
電極層上に形成された誘電体薄膜と、該誘電体薄膜上に
形成された上部電極層とからなる薄膜コンデンサにおい
て、該誘電体薄膜は（ＢａＳｒ）ＴｉＯ(3-x)（ただし
０≦ｘ≦１）で表される酸素が欠損したペロブスカイト
構造であり、ドナードーパントを含有させた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電損失が小さく
高周波動作することを有する薄膜コンデンサおよびその
製造方法に関するものである。
高周波動作することを有する薄膜コンデンサおよびその
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、常誘電体であるチタン酸ストロン
チウム（ＳｒＴｉＯ3）薄膜や、強誘電体であるチタン
酸ストロンチウムバリウム（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3薄膜
は、ＩＣ用誘電体薄膜コンデンサとして現在使われてい
るＳｉＯ2薄膜、ＳＩ3Ｎ4薄膜、Ｔａ2Ｏ5薄膜に比べ誘
電率が高く、容量発生領域（下部電極層と上部電極層に
挟まれた誘電体薄膜領域）の小面積化のための材料とし
て期待されている。
チウム（ＳｒＴｉＯ3）薄膜や、強誘電体であるチタン
酸ストロンチウムバリウム（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3薄膜
は、ＩＣ用誘電体薄膜コンデンサとして現在使われてい
るＳｉＯ2薄膜、ＳＩ3Ｎ4薄膜、Ｔａ2Ｏ5薄膜に比べ誘
電率が高く、容量発生領域（下部電極層と上部電極層に
挟まれた誘電体薄膜領域）の小面積化のための材料とし
て期待されている。
【０００３】これらチタン酸ストロンチウムやチタン酸
ストロンチウムバリウム等のペロブスカイト構造の強誘
電体酸化物薄膜を誘電体薄膜として用いた薄膜コンデン
サが提案されている（特開平１１−２６００６６７号な
ど）。
ストロンチウムバリウム等のペロブスカイト構造の強誘
電体酸化物薄膜を誘電体薄膜として用いた薄膜コンデン
サが提案されている（特開平１１−２６００６６７号な
ど）。
【０００４】これらの薄膜コンデンサでは、図２の断面
図に示すように、支持基板上２１上に、下部電極層２
２、誘電体薄膜２３、上部電極層２４とを順次被着形成
していた。具体的には、支持基板２１上に下部電極層２
２となる導体層を、基板２１の略全面に被着形成した
後、パターン加工を行い、所定形状の下部電極層２２を
形成する。次に、下部電極層２２上に誘電体膜２３を形
成する。この誘電体膜２３は、所定位置にマスクを載置
して薄膜技法により形成したり、また、スピンコート法
により誘電体薄膜を形成し、その後、所定形状にパター
ンニングする。尚、必要に応じて加熱硬化を行なう。上
部電極層２４は、誘電体膜２３上に上部電極層２４とな
る導体層を形成した後、パターン加工を施していた。
尚、ここで、誘電体薄膜２３のうち、実際に下部電極層
２２と上部電極層２４とで挟持される対向領域が容量発
生領域となる。
図に示すように、支持基板上２１上に、下部電極層２
２、誘電体薄膜２３、上部電極層２４とを順次被着形成
していた。具体的には、支持基板２１上に下部電極層２
２となる導体層を、基板２１の略全面に被着形成した
後、パターン加工を行い、所定形状の下部電極層２２を
形成する。次に、下部電極層２２上に誘電体膜２３を形
成する。この誘電体膜２３は、所定位置にマスクを載置
して薄膜技法により形成したり、また、スピンコート法
により誘電体薄膜を形成し、その後、所定形状にパター
ンニングする。尚、必要に応じて加熱硬化を行なう。上
部電極層２４は、誘電体膜２３上に上部電極層２４とな
る導体層を形成した後、パターン加工を施していた。
尚、ここで、誘電体薄膜２３のうち、実際に下部電極層
２２と上部電極層２４とで挟持される対向領域が容量発
生領域となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような薄膜コンデ
ンサにおいて、チタン酸ストロンチウムやチタン酸スト
ロンチウムバリウム等のペロブスカイト構造強誘電体酸
化物薄膜である誘電体薄膜には、その薄膜成長中に酸素
の格子欠陥が発生しやすいものである。この酸素の格子
欠陥である酸素空孔は、リーク電流源となる電子を生じ
させてしまい、薄膜コンデンサの特性上、リーク電流が
大きり、誘電損失（tanδ）も大きくなってしまう。こ
の酸素空孔はＰＶＤ、ＣＶＤを問わずどの薄膜製造方法
においても生じており、誘電損失（tanδ）が大きいと
いう問題があった。
ンサにおいて、チタン酸ストロンチウムやチタン酸スト
ロンチウムバリウム等のペロブスカイト構造強誘電体酸
化物薄膜である誘電体薄膜には、その薄膜成長中に酸素
の格子欠陥が発生しやすいものである。この酸素の格子
欠陥である酸素空孔は、リーク電流源となる電子を生じ
させてしまい、薄膜コンデンサの特性上、リーク電流が
大きり、誘電損失（tanδ）も大きくなってしまう。こ
の酸素空孔はＰＶＤ、ＣＶＤを問わずどの薄膜製造方法
においても生じており、誘電損失（tanδ）が大きいと
いう問題があった。
【０００６】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、もともと酸素空孔がある誘
電体薄膜に価数が５以上の添加物（ドナードーパント）
を加えることで酸素空孔を補償し、誘電損失（tanδ）
の小さな薄膜コンデンサおよびその製造方法を提供する
ことにある。
たものであり、その目的は、もともと酸素空孔がある誘
電体薄膜に価数が５以上の添加物（ドナードーパント）
を加えることで酸素空孔を補償し、誘電損失（tanδ）
の小さな薄膜コンデンサおよびその製造方法を提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
された下部電極層と、該下部電極層上に形成された誘電
体薄膜と、該誘電体薄膜上に形成された上部電極層とか
らなる薄膜コンデンサにおいて、該誘電体薄膜は（Ｂａ
Ｓｒ）ＴｉＯ(3-x)（ただし０≦ｘ≦１）で表される酸
素が欠損したペロブスカイト構造であり、この構造にド
ナードーパントを含有した薄膜コンデンサである。
された下部電極層と、該下部電極層上に形成された誘電
体薄膜と、該誘電体薄膜上に形成された上部電極層とか
らなる薄膜コンデンサにおいて、該誘電体薄膜は（Ｂａ
Ｓｒ）ＴｉＯ(3-x)（ただし０≦ｘ≦１）で表される酸
素が欠損したペロブスカイト構造であり、この構造にド
ナードーパントを含有した薄膜コンデンサである。
【０００８】ドナードーパントは、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎ
ｂの少なくとも一つを含む金属成分（実際には、その酸
化物）であり、その金属成分の価数は５以上であり、
０．３〜５mol％である。
ｂの少なくとも一つを含む金属成分（実際には、その酸
化物）であり、その金属成分の価数は５以上であり、
０．３〜５mol％である。
【０００９】さらに、基板上に形成された下部電極層
と、前記下部電極層上に被着された（ＢａＳｒ）ＴｉＯ
(3-x)（ただし０≦ｘ≦１）で表されるペロブスカイト
構造で、且つドナードーパントが含有された誘電体薄膜
と、前記誘電体薄膜上に形成された上部電極層とからな
る薄膜コンデンサの製造方法において、前記誘電体薄膜
は、ドナードーパントを添加した（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3
ターゲットを、不活性ガスと酸素との混合ガス雰囲気で
高周波スパッタにて被着形成することを特徴とする薄膜
コンデンサの製造方法である。
と、前記下部電極層上に被着された（ＢａＳｒ）ＴｉＯ
(3-x)（ただし０≦ｘ≦１）で表されるペロブスカイト
構造で、且つドナードーパントが含有された誘電体薄膜
と、前記誘電体薄膜上に形成された上部電極層とからな
る薄膜コンデンサの製造方法において、前記誘電体薄膜
は、ドナードーパントを添加した（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3
ターゲットを、不活性ガスと酸素との混合ガス雰囲気で
高周波スパッタにて被着形成することを特徴とする薄膜
コンデンサの製造方法である。
【００１０】また、ドナードーパントがＷＯ3である。
さらに、前記誘電体薄膜を形成後に、８００〜１０００
℃の酸素ガスを含む雰囲気中でアニ―ルし、ドナードー
パントを誘電体薄膜中に均一に固溶させることを特徴と
する薄膜コンデンサの製造方法である。
さらに、前記誘電体薄膜を形成後に、８００〜１０００
℃の酸素ガスを含む雰囲気中でアニ―ルし、ドナードー
パントを誘電体薄膜中に均一に固溶させることを特徴と
する薄膜コンデンサの製造方法である。
【作用】本発明によれば、基板上に形成された下部電極
層と、該下部電極層上に形成された誘電体薄膜と、該誘
電体薄膜上に形成された上部電極層とからなる薄膜コン
デンサにおいて、該誘電体薄膜は（ＢａＳｒ）ＴｉＯ
(3-x)（ただし０≦ｘ≦１）で表される酸素が欠損した
ペロブスカイト構造であり、ドナードーパントを含有し
ている。例えば、４価のＴｉより価数の多いドナードー
パント（価数は５以上、例えば６価）をドーピングする
ことによりＴｉのサイトに入ったドナードーパントが酸
素空孔により生じた電子を補償する。この効果によりリ
ーク電流の少ない、誘電損失の小さい誘電体薄膜にする
ことができる。
層と、該下部電極層上に形成された誘電体薄膜と、該誘
電体薄膜上に形成された上部電極層とからなる薄膜コン
デンサにおいて、該誘電体薄膜は（ＢａＳｒ）ＴｉＯ
(3-x)（ただし０≦ｘ≦１）で表される酸素が欠損した
ペロブスカイト構造であり、ドナードーパントを含有し
ている。例えば、４価のＴｉより価数の多いドナードー
パント（価数は５以上、例えば６価）をドーピングする
ことによりＴｉのサイトに入ったドナードーパントが酸
素空孔により生じた電子を補償する。この効果によりリ
ーク電流の少ない、誘電損失の小さい誘電体薄膜にする
ことができる。
【００１１】ドーパントの量は０．３〜５mol％が適量
であり、ドーパントの種類をＷ（タングステン）とする
ことにより、酸素空孔の補償の効率が高く、良好な誘電
損失にすることができる。
であり、ドーパントの種類をＷ（タングステン）とする
ことにより、酸素空孔の補償の効率が高く、良好な誘電
損失にすることができる。
【００１２】さらに、基板上に形成された下部電極層
と、該下部電極層上に形成された誘電体薄膜と、該誘電
体薄膜上に形成された上部電極層とからなる薄膜コンデ
ンサにおいて、６価の金属、例えばＷの酸化物であるＷ
Ｏ3を添加した（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3ターゲットを、Ａｒ
などの不活性ガスと酸素との混合ガス雰囲気で高周波ス
パッタにて該誘電体薄膜を形成し、その後に８００〜１
０００℃の酸素ガスを含む雰囲気中でアニ―ルし、ドナ
ードーパントを均一に固溶させる製造方法により、ドナ
ードーパントの酸素空孔の補償の効率が高くすることが
できる。
と、該下部電極層上に形成された誘電体薄膜と、該誘電
体薄膜上に形成された上部電極層とからなる薄膜コンデ
ンサにおいて、６価の金属、例えばＷの酸化物であるＷ
Ｏ3を添加した（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3ターゲットを、Ａｒ
などの不活性ガスと酸素との混合ガス雰囲気で高周波ス
パッタにて該誘電体薄膜を形成し、その後に８００〜１
０００℃の酸素ガスを含む雰囲気中でアニ―ルし、ドナ
ードーパントを均一に固溶させる製造方法により、ドナ
ードーパントの酸素空孔の補償の効率が高くすることが
できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の可変薄膜コンデン
サを図面に基づいて説明する。
サを図面に基づいて説明する。
【００１４】図１は、本発明の可変薄膜コンデンサの断
面を示すものである。
面を示すものである。
【００１５】図１において、１は支持基板であり、２は
下部電極層であり、３は誘電体薄膜であり、４は上部電
極層であり、４１、４２は電極層延出部であり、５１、
５２は密着層であり、６は保護層であり、７、８は外部
端子である。
下部電極層であり、３は誘電体薄膜であり、４は上部電
極層であり、４１、４２は電極層延出部であり、５１、
５２は密着層であり、６は保護層であり、７、８は外部
端子である。
【００１６】尚、容量発生領域は、誘電体薄膜３を下部
電極層２と上部電極層４とで挟持している対向領域であ
る。
電極層２と上部電極層４とで挟持している対向領域であ
る。
【００１７】支持基板１は、絶縁性を有するものであれ
ば何れでも良いが、特にＡｌ2Ｏ3 、サファイア、ガラ
ス、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ3、ＳｒＴｉＯ3が好適である。
ば何れでも良いが、特にＡｌ2Ｏ3 、サファイア、ガラ
ス、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ3、ＳｒＴｉＯ3が好適である。
【００１８】この支持基板上１に、下部電極層２及びそ
の延出部２１が形成されている。下部電極層２及びその
延出部２１の導体材料としては、ＡｕあるいはＡｇが好
適であるが、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕなども適用で、その厚み
は０．１〜５μmとなっている。例えば、０．１μmより
も小さくなると、電極自身の抵抗が大きくなると同時
に、電極の連続性がなくなり、信頼性が劣るようにな
る。一方、５μm以上にすると段差被覆不良が発生し、
上部電極層４と下部電極２が短絡してしまう。
の延出部２１が形成されている。下部電極層２及びその
延出部２１の導体材料としては、ＡｕあるいはＡｇが好
適であるが、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕなども適用で、その厚み
は０．１〜５μmとなっている。例えば、０．１μmより
も小さくなると、電極自身の抵抗が大きくなると同時
に、電極の連続性がなくなり、信頼性が劣るようにな
る。一方、５μm以上にすると段差被覆不良が発生し、
上部電極層４と下部電極２が短絡してしまう。
【００１９】誘電体薄膜３は、スパッタリング等の薄膜
技術により作製される。薄膜技術とは、スパッタリング
以外にもＣＶＤ、真空蒸着、ゾルゲル液を用いたスピン
コート法を含むものである。
技術により作製される。薄膜技術とは、スパッタリング
以外にもＣＶＤ、真空蒸着、ゾルゲル液を用いたスピン
コート法を含むものである。
【００２０】誘電体薄膜３の材料としては、低いリーク
電流と高い誘電率を持つものものが好ましく、例えばＢ
ａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3などが
挙げられる。そして、誘電体薄膜３には酸素欠損が生じ
ており、価数５以上のドナードーパント、例えば６価の
Ｗ（タングステン）を０．３〜５．０mol％含有する。
電流と高い誘電率を持つものものが好ましく、例えばＢ
ａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3などが
挙げられる。そして、誘電体薄膜３には酸素欠損が生じ
ており、価数５以上のドナードーパント、例えば６価の
Ｗ（タングステン）を０．３〜５．０mol％含有する。
【００２１】誘電体薄膜３は、例えば、下部電極層２及
び延出部２１の表面を覆うように形成され、その後、下
部電極層２上の容量発生領域を除いてエッチングにより
除去される。
び延出部２１の表面を覆うように形成され、その後、下
部電極層２上の容量発生領域を除いてエッチングにより
除去される。
【００２２】上部電極層４及びその延出部４１は、導体
材料としては、ＡｕあるいはＡｇを用いて形成される。
尚、その他に、Ａｌ、Ｃｕなども使用できる。その厚み
は０．１〜５μmとなっている。厚みの下限については
下部電極層２と同様に、電極自身の抵抗を考慮して設定
される。また、上限については上部電極層４を形成する
際の下部に存在する部材との密着応力の集中による剥離
の発生を防止するように設定される。
材料としては、ＡｕあるいはＡｇを用いて形成される。
尚、その他に、Ａｌ、Ｃｕなども使用できる。その厚み
は０．１〜５μmとなっている。厚みの下限については
下部電極層２と同様に、電極自身の抵抗を考慮して設定
される。また、上限については上部電極層４を形成する
際の下部に存在する部材との密着応力の集中による剥離
の発生を防止するように設定される。
【００２３】また、密着層５１、５２は、上部電極層
４、その延出部４１及び下部電極層２の延出部２１上に
被着形成される。この材料としては、Ｐｔおよび／また
はＰｄを用いられ、その厚みは０．０１〜１μｍとなっ
ている。厚みの下限については保護膜６の密着性を考慮
して設定される。密着層５１、５２の持つ残留応力よる
剥離の発生を防止するように設定される。
４、その延出部４１及び下部電極層２の延出部２１上に
被着形成される。この材料としては、Ｐｔおよび／また
はＰｄを用いられ、その厚みは０．０１〜１μｍとなっ
ている。厚みの下限については保護膜６の密着性を考慮
して設定される。密着層５１、５２の持つ残留応力よる
剥離の発生を防止するように設定される。
【００２４】また、保護膜６は、下部電極層２の延出部
２１、上部電極層４の延出部４１の一部を露出するよう
に形成されている。保護膜としては、ＳｉＯ2，Ｓｉ
Ｎ，ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、ポリイミドなどが
好適である。また、これらの材料の多層構造にしても良
い。この保護膜６は、外部からの機械的な衝撃からの保
護の他、湿度による劣化、薬品の汚染、酸化等を防止す
る役割を持っている。
２１、上部電極層４の延出部４１の一部を露出するよう
に形成されている。保護膜としては、ＳｉＯ2，Ｓｉ
Ｎ，ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、ポリイミドなどが
好適である。また、これらの材料の多層構造にしても良
い。この保護膜６は、外部からの機械的な衝撃からの保
護の他、湿度による劣化、薬品の汚染、酸化等を防止す
る役割を持っている。
【００２５】また、外部端子７、８は、半田ボールや金
属バンプなどが例示できる。具体的には、密着層５１、
５２が露出する部分には、例えば半田ボールを形成した
り、また、金属ワイヤーのファーストボンディングを行
い、所定長さで切断することにより、金などのバンプを
形成しても構わない。
属バンプなどが例示できる。具体的には、密着層５１、
５２が露出する部分には、例えば半田ボールを形成した
り、また、金属ワイヤーのファーストボンディングを行
い、所定長さで切断することにより、金などのバンプを
形成しても構わない。
【００２６】
【実施例】図１に示す薄膜コンデンサを作製した。支持
基板１としてサファイア上に、下部電極層２としてＰｔ
層０．３μｍをスパッタ法で成膜した。この下部電極層
をフォトリソグラフィ技術で、パターン形成した。具体
的には、所定形状にレジストを塗布し、Ａｒイオンによ
るドライエッチングによりパターニング加工した。
基板１としてサファイア上に、下部電極層２としてＰｔ
層０．３μｍをスパッタ法で成膜した。この下部電極層
をフォトリソグラフィ技術で、パターン形成した。具体
的には、所定形状にレジストを塗布し、Ａｒイオンによ
るドライエッチングによりパターニング加工した。
【００２７】続いて、誘電体薄膜３としてドナードーパ
ントＷＯ3を添加した（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3ターゲットを
使ってスパッタ法で０．３μｍ成膜し、その後、酸素雰
囲気中８００℃でアニールした。その後、フォトリソグ
ラフィ、ウエットエッチング技術により誘電体薄膜３を
パターニング加工した。
ントＷＯ3を添加した（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3ターゲットを
使ってスパッタ法で０．３μｍ成膜し、その後、酸素雰
囲気中８００℃でアニールした。その後、フォトリソグ
ラフィ、ウエットエッチング技術により誘電体薄膜３を
パターニング加工した。
【００２８】続いて、上部電極層４としてＡｕ＝1．２
μｍ、密着層５１、５２としてＰｔ＝０．０５μｍをス
パッタ法で成膜し、下部電極層２と同様の方法でパター
ニング加工した。
μｍ、密着層５１、５２としてＰｔ＝０．０５μｍをス
パッタ法で成膜し、下部電極層２と同様の方法でパター
ニング加工した。
【００２９】このようにして、作製した容量発生領域の
対向面積は、０．０２mm×０．０１mmとした。薄膜コン
デンサの電気的特性を評価した結果、静電容量は２ｐ
F、ｔａｎδは１ＭＨｚで０．２％であった。本実施例
のスパッタ膜中のＷ量をＩＣＰ発光分光法で測定した結
果、1.5mol％であった。ドナードーパントのＷ（金属成
分の単体の添加量）の量は０．３〜５mol％が好適であ
る。添加量が０．３mol％よりも少ないと誘電損失（ｔ
ａｎδ）が何も添加しない場合と同等であり、ドナード
ーパントを補償した作用がえられない。また、５．０mo
l％を越えると、誘電体薄膜中にドナードーパントを均
一に分散せず、誘電体薄膜に欠陥部が生じ、かつ、クラ
ックが発生する。
対向面積は、０．０２mm×０．０１mmとした。薄膜コン
デンサの電気的特性を評価した結果、静電容量は２ｐ
F、ｔａｎδは１ＭＨｚで０．２％であった。本実施例
のスパッタ膜中のＷ量をＩＣＰ発光分光法で測定した結
果、1.5mol％であった。ドナードーパントのＷ（金属成
分の単体の添加量）の量は０．３〜５mol％が好適であ
る。添加量が０．３mol％よりも少ないと誘電損失（ｔ
ａｎδ）が何も添加しない場合と同等であり、ドナード
ーパントを補償した作用がえられない。また、５．０mo
l％を越えると、誘電体薄膜中にドナードーパントを均
一に分散せず、誘電体薄膜に欠陥部が生じ、かつ、クラ
ックが発生する。
【００３０】また、ドナードーパントの添加効果は、熱
処理することにより顕著になる。上記実施例で（ＢａＳ
ｒ）ＴｉＯ3成膜後に、８００℃アニールした。アニー
ルなし、アニール温度を７００℃とした薄膜コンデンサ
を作製した。それらの特性を図３に示す。図において点
Ｘは、ドナードーパントを添加した誘電体薄膜３に対し
てアニールなしの薄膜コンデンサの誘電損失（ｔａｎ
δ）を示し、点Ｙは、ドナードーパントを添加した誘電
体薄膜３に対してアニール温度７００℃でアニール処理
した誘電損失（ｔａｎδ）を示し、点Ｚは、ドナードー
パントを添加した誘電体薄膜３に対してアニール温度８
００℃でアニール処理した誘電損失（ｔａｎδ）を示
す。
処理することにより顕著になる。上記実施例で（ＢａＳ
ｒ）ＴｉＯ3成膜後に、８００℃アニールした。アニー
ルなし、アニール温度を７００℃とした薄膜コンデンサ
を作製した。それらの特性を図３に示す。図において点
Ｘは、ドナードーパントを添加した誘電体薄膜３に対し
てアニールなしの薄膜コンデンサの誘電損失（ｔａｎ
δ）を示し、点Ｙは、ドナードーパントを添加した誘電
体薄膜３に対してアニール温度７００℃でアニール処理
した誘電損失（ｔａｎδ）を示し、点Ｚは、ドナードー
パントを添加した誘電体薄膜３に対してアニール温度８
００℃でアニール処理した誘電損失（ｔａｎδ）を示
す。
【００３１】上述の結果により、アニール温度７００℃
でアニール処理した薄膜コンデンサの誘電損失（ｔａｎ
δ）は、アニール処理に行っていない薄膜コンデンサと
同等であり、アニール処理の効果は得られない。
でアニール処理した薄膜コンデンサの誘電損失（ｔａｎ
δ）は、アニール処理に行っていない薄膜コンデンサと
同等であり、アニール処理の効果は得られない。
【００３２】これに対して、アニール温度８００℃以上
としてアニール処理では、点Ｚのように、誘電損失（ｔ
ａｎδ）が低い良好な誘電体薄膜が得られる。
としてアニール処理では、点Ｚのように、誘電損失（ｔ
ａｎδ）が低い良好な誘電体薄膜が得られる。
【００３３】尚、アニール温度がより高い程、誘電損失
（ｔａｎδ）も低くなるものの、１０００℃を超えると
誘電体薄膜３にクラックが生じ、薄膜コンデンサのショ
ート不良が発生する。
（ｔａｎδ）も低くなるものの、１０００℃を超えると
誘電体薄膜３にクラックが生じ、薄膜コンデンサのショ
ート不良が発生する。
【００３４】これは、このアニールにより、ドナードー
パントであるＷが誘電体薄膜中に均一に固溶するため、
低いｔａｎδが得られている。アニールの雰囲気は酸素
ガスフロー中で実施したが、大気雰囲気でも同様の効果
が得られる。
パントであるＷが誘電体薄膜中に均一に固溶するため、
低いｔａｎδが得られている。アニールの雰囲気は酸素
ガスフロー中で実施したが、大気雰囲気でも同様の効果
が得られる。
【００３５】本実施例では、ドナードーパントとして、
ＷＯ3を均一に分散させた（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3ターゲッ
トとしたが、ＷＯ3ペレットを、無添加（ＢａＳｒ）Ｔ
ｉＯ 3ターゲット上にのせてスパッタする方法でも同様
の効果が得られる。また、酸素欠損のある（ＢａＳｒ）
ＴｉＯ3膜に価数５以上の添加物をドープすることによ
り、リーク電流、ｔａｎδを低減させる効果があるた
め、成膜方法はスパッタリングに限らず、たとえばＣＶ
Ｄ、ＰＬＤ、ゾルゲル法でも同様の効果が得られる。
ＷＯ3を均一に分散させた（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3ターゲッ
トとしたが、ＷＯ3ペレットを、無添加（ＢａＳｒ）Ｔ
ｉＯ 3ターゲット上にのせてスパッタする方法でも同様
の効果が得られる。また、酸素欠損のある（ＢａＳｒ）
ＴｉＯ3膜に価数５以上の添加物をドープすることによ
り、リーク電流、ｔａｎδを低減させる効果があるた
め、成膜方法はスパッタリングに限らず、たとえばＣＶ
Ｄ、ＰＬＤ、ゾルゲル法でも同様の効果が得られる。
【００３６】また、本実施例では、ＷＯ3を添加させた
例を示したが、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂの酸化物などの４価の
Ｔｉより価数の多い不純物であれば、同様にリーク電
流、誘電損失（ｔａｎδ）を低減させる効果がある。
例を示したが、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂの酸化物などの４価の
Ｔｉより価数の多い不純物であれば、同様にリーク電
流、誘電損失（ｔａｎδ）を低減させる効果がある。
【比較例】スパッタリングターゲットに添加物をドープ
しない従来例および価数の小さいのＭｇＯ（Ｍｇは２
価）をスパッタリングターゲットにドープした比較例
１、また、価数３であるＭｎ2Ｏ3をスパッタリングター
ゲットにドープした比較例２で対向面積０．０２mm×
０．０１mmの薄膜コンデンサを作製し、電気的特性を評
価した。スパッタリングターゲット以外は実施例と同じ
工程である。実施例を含めてｔａｎδの測定結果を表１
に示す。
しない従来例および価数の小さいのＭｇＯ（Ｍｇは２
価）をスパッタリングターゲットにドープした比較例
１、また、価数３であるＭｎ2Ｏ3をスパッタリングター
ゲットにドープした比較例２で対向面積０．０２mm×
０．０１mmの薄膜コンデンサを作製し、電気的特性を評
価した。スパッタリングターゲット以外は実施例と同じ
工程である。実施例を含めてｔａｎδの測定結果を表１
に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】表１の結果から明らかのように、Ｔｉの価
数４よりも大きい価数のドナードーパント、例えば、価
数６のＷＯ3をスパッタリングターゲットにドープした
本実施例は、スパッタリングターゲットに添加物をドー
プしない従来例の薄膜コンデンサに比べて誘電損失（ｔ
ａｎδ）が小さくすることができる。一方、価数２のＭ
ｇＯをスパッタリングターゲットにドープした比較例１
の薄膜コンデンサでは、ドナードーパントを用いない従
来例に比べて同等であり、価数３のＭｎ2Ｏ3をスパッタ
リングターゲットにドープした比較例２の薄膜コンデン
サや従来例の薄膜コンデンサに比べｔａｎδが悪くなっ
てしまう。
数４よりも大きい価数のドナードーパント、例えば、価
数６のＷＯ3をスパッタリングターゲットにドープした
本実施例は、スパッタリングターゲットに添加物をドー
プしない従来例の薄膜コンデンサに比べて誘電損失（ｔ
ａｎδ）が小さくすることができる。一方、価数２のＭ
ｇＯをスパッタリングターゲットにドープした比較例１
の薄膜コンデンサでは、ドナードーパントを用いない従
来例に比べて同等であり、価数３のＭｎ2Ｏ3をスパッタ
リングターゲットにドープした比較例２の薄膜コンデン
サや従来例の薄膜コンデンサに比べｔａｎδが悪くなっ
てしまう。
【００３９】
【発明の効果】本発明は、基板上に形成された下部電極
層と、該下部電極層上に形成された誘電体薄膜と、該誘
電体薄膜上に形成された上部電極層とからなる薄膜コン
デンサにおいて、該誘電体薄膜は（ＢａＳｒ）ＴｉＯ
(3-x)（ただし０≦ｘ≦１）で表される酸素が欠損した
ペロブスカイト構造であり、ドナードーパントを含有し
ている。
層と、該下部電極層上に形成された誘電体薄膜と、該誘
電体薄膜上に形成された上部電極層とからなる薄膜コン
デンサにおいて、該誘電体薄膜は（ＢａＳｒ）ＴｉＯ
(3-x)（ただし０≦ｘ≦１）で表される酸素が欠損した
ペロブスカイト構造であり、ドナードーパントを含有し
ている。
【００４０】そして、４価のＴｉより価数の多いドナー
ドーパント（価数が５以上）をドーピングすることによ
り、Ｔｉのサイトに入ったドナーが酸素空孔により生じ
た電子を補償する。この効果によりリーク電流の少な
い、誘電損失の小さい誘電体薄膜にすることができ、酸
素空孔の補償の効率が高く、良好な誘電損失にすること
ができる。
ドーパント（価数が５以上）をドーピングすることによ
り、Ｔｉのサイトに入ったドナーが酸素空孔により生じ
た電子を補償する。この効果によりリーク電流の少な
い、誘電損失の小さい誘電体薄膜にすることができ、酸
素空孔の補償の効率が高く、良好な誘電損失にすること
ができる。
【００４１】さらに、基板上に形成された下部電極層
と、該下部電極層上に形成された誘電体薄膜と、該誘電
体薄膜上に形成された上部電極層とからなる薄膜コンデ
ンサにおいて、ＷＯ3を添加した（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3タ
ーゲットを、不活性ガスであるＡｒと酸素との混合ガス
雰囲気で高周波スパッタにて該誘電体薄膜を形成し、そ
の後に８００〜１０００℃の酸素ガスを含む雰囲気中で
アニ―ルし、ドナーを均一に固溶させる製造方法によ
り、ドーパントの酸素空孔の補償の効率が高くすること
ができる。
と、該下部電極層上に形成された誘電体薄膜と、該誘電
体薄膜上に形成された上部電極層とからなる薄膜コンデ
ンサにおいて、ＷＯ3を添加した（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3タ
ーゲットを、不活性ガスであるＡｒと酸素との混合ガス
雰囲気で高周波スパッタにて該誘電体薄膜を形成し、そ
の後に８００〜１０００℃の酸素ガスを含む雰囲気中で
アニ―ルし、ドナーを均一に固溶させる製造方法によ
り、ドーパントの酸素空孔の補償の効率が高くすること
ができる。
【図１】本発明の可変薄膜コンデンサの断面図である。
【図２】従来の可変薄膜コンデンサの断面図である。
【図３】アニール処理により、誘電損失の変化状況を示
し特性図である。
し特性図である。
１、２１ ・・・支持基板
２、２２ ・・・下部電極層
３、２３ ・・・誘電体薄膜
４、２４・・・上部電極層
６ ・・・保護膜
７、８・・・外部端子
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5E082 AA01 AB01 BB07 BC14 EE05
GG10 MM23 MM24
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上に形成された下部電極層と、該下
部電極層上に形成された誘電体薄膜と、該誘電体薄膜上
に形成された上部電極層とからなる薄膜コンデンサにお
いて、 前記誘電体薄膜は、（ＢａＳｒ）ＴｉＯ(3-x)（ただし
０≦ｘ≦１）で表されるペロブスカイト構造であり、該
ペロブスカイト構造にドナードーパントが含有されてい
ることを特徴とする薄膜コンデンサ。 - 【請求項２】 前記ドナードーパントの価数が５以上で
あることを特徴とする請求項１記載の薄膜コンデンサ。 - 【請求項３】 前記ドナードーパントがＷ、Ｍｏ、Ｔ
ａ、Ｎｂの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求
項２記載の薄膜コンデンサ。 - 【請求項４】 前記ドナードーパントが、誘電体薄膜の
中０．３〜５．０mol％であることを特徴とする請求項
３記載の薄膜コンデンサ。 - 【請求項５】 基板上に形成された下部電極層と、前記
下部電極層上に被着された（ＢａＳｒ）ＴｉＯ
(3-x)（ただし０≦ｘ≦１）で表されるペロブスカイト
構造で、且つドナードーパントが含有された誘電体薄膜
と、前記誘電体薄膜上に形成された上部電極層とからな
る薄膜コンデンサの製造方法において、 前記誘電体薄膜は、ドナードーパントを添加した（Ｂａ
Ｓｒ）ＴｉＯ3ターゲットを、不活性ガスと酸素との混
合ガス雰囲気で高周波スパッタにて被着形成することを
特徴とする薄膜コンデンサの製造方法。 - 【請求項６】 前記ドナードーパントがＷＯ3であるこ
とを特徴とする請求項５記載の薄膜コンデンサの製造方
法。 - 【請求項７】 前記誘電体薄膜を形成後に、８００〜１
０００℃の酸素ガスを含む雰囲気中でアニ―ルし、ドナ
ードーパントを誘電体薄膜中に均一に固溶させることを
特徴とする請求項５記載の薄膜コンデンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002158226A JP2003347158A (ja) | 2002-05-30 | 2002-05-30 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002158226A JP2003347158A (ja) | 2002-05-30 | 2002-05-30 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003347158A true JP2003347158A (ja) | 2003-12-05 |
Family
ID=29773653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002158226A Pending JP2003347158A (ja) | 2002-05-30 | 2002-05-30 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003347158A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100781964B1 (ko) | 2005-12-02 | 2007-12-06 | 한국과학기술연구원 | 내장형 커패시터 및 그 제조 방법 |
| CN114830273A (zh) * | 2019-12-19 | 2022-07-29 | Tdk株式会社 | 电子零件及其制造方法 |
-
2002
- 2002-05-30 JP JP2002158226A patent/JP2003347158A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100781964B1 (ko) | 2005-12-02 | 2007-12-06 | 한국과학기술연구원 | 내장형 커패시터 및 그 제조 방법 |
| CN114830273A (zh) * | 2019-12-19 | 2022-07-29 | Tdk株式会社 | 电子零件及其制造方法 |
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