JPH0265111A - 薄膜キャパシタおよびその製造方法 - Google Patents
薄膜キャパシタおよびその製造方法Info
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- JPH0265111A JPH0265111A JP21677588A JP21677588A JPH0265111A JP H0265111 A JPH0265111 A JP H0265111A JP 21677588 A JP21677588 A JP 21677588A JP 21677588 A JP21677588 A JP 21677588A JP H0265111 A JPH0265111 A JP H0265111A
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Landscapes
- Ceramic Capacitors (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は誘電体膜中のピンホールによる電気的短絡が無
く、絶縁耐圧及びその分布に優れた高誘電率薄膜キャパ
シタの作製方法に関するものである。
く、絶縁耐圧及びその分布に優れた高誘電率薄膜キャパ
シタの作製方法に関するものである。
（従来の技術）
電子部品及び集積回路における素子の小型・集積化にと
もない、薄膜キャパシタの需要は益々大きくなっている
。これらの薄膜キャパシタでは小面積かつ大容量の要求
があり、そのためには従来の８１０２やＡ１□０３に代
わる誘電率がより大きい材料が必要とされている。
もない、薄膜キャパシタの需要は益々大きくなっている
。これらの薄膜キャパシタでは小面積かつ大容量の要求
があり、そのためには従来の８１０２やＡ１□０３に代
わる誘電率がより大きい材料が必要とされている。
ＢａＴｉＯ３に代表される強誘電体のペロブスカイト型
酸化物材料はバルクで数百から数千の誘電率を有し、薄
膜キャパシタ材料として有望である。
酸化物材料はバルクで数百から数千の誘電率を有し、薄
膜キャパシタ材料として有望である。
１９７１年発行のプロシーディング・オブ・アイ・イー
・イー・イー（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ
ＩＥＥＥ）第５９巻１０号１４４０〜１４４７頁にＲＦ
マグネトロンスパッタ法によって成膜したＢａＴｉＯ３
膜の誘電特性が報告されており、約４００の誘電率が得
られている。このとき、５００〜１０００°Ｃの基板温
度あるいは熱処理温度で膜を結晶化させることによって
高い誘電率を得ることができる。また、下部電極には高
融点貴金属であるＰｔ−Ｒｈ合金が用いられ、高温での
電極の酸化を防いでいる。
・イー・イー（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ
ＩＥＥＥ）第５９巻１０号１４４０〜１４４７頁にＲＦ
マグネトロンスパッタ法によって成膜したＢａＴｉＯ３
膜の誘電特性が報告されており、約４００の誘電率が得
られている。このとき、５００〜１０００°Ｃの基板温
度あるいは熱処理温度で膜を結晶化させることによって
高い誘電率を得ることができる。また、下部電極には高
融点貴金属であるＰｔ−Ｒｈ合金が用いられ、高温での
電極の酸化を防いでいる。
（発明が解決しようとする課題）
前述のごとく、高温の基板温度あるいは熱処理によって
高い誘電率のＢａＴｉＯ３膜を作製することができるが
、膜の結晶化にともなうリーク電流の増大、絶縁耐圧の
低下および耐圧分布の分散の問題が薄膜キャパシタ素子
としての実用化が進まない原因であった。一般に膜の結
晶化が進むと結晶粒の形成によりリーク電流の増大、絶
縁性の低下が現れるのは知られている。
高い誘電率のＢａＴｉＯ３膜を作製することができるが
、膜の結晶化にともなうリーク電流の増大、絶縁耐圧の
低下および耐圧分布の分散の問題が薄膜キャパシタ素子
としての実用化が進まない原因であった。一般に膜の結
晶化が進むと結晶粒の形成によりリーク電流の増大、絶
縁性の低下が現れるのは知られている。
本発明は上記の従来技術の問題を解決し、リーク電流が
少なく、絶縁耐圧とその分布に優れた高誘電率薄膜キャ
パシタを提供することを目的とする。
少なく、絶縁耐圧とその分布に優れた高誘電率薄膜キャ
パシタを提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段）
本発明は基板上に下部電極膜が形成され、該下部電極膜
上に絶縁体膜が形成され、該絶縁体膜上に誘電体膜が形
成され、該誘電体膜上に上部電極膜が形成される構造に
おいて、下部電極膜が高融点貴金属のＰｔまたはＰｄの
少なくとも一方を主成分とし、絶縁体膜がＴｉＯ□ある
いはＴａ２Ｏ５のうちの１以上からなることを特徴とす
る薄膜キャパシタと、ＴｉまたはＴａの少なくとも一方
を含み、ＰｔまたはＰｄの１以上を主成分とする下部電
極上に誘電体膜を形成する際、または形成後、少なくと
も該下部電極を所定の温度下におくことを特徴とする薄
膜キャパシタの製造方法である。
上に絶縁体膜が形成され、該絶縁体膜上に誘電体膜が形
成され、該誘電体膜上に上部電極膜が形成される構造に
おいて、下部電極膜が高融点貴金属のＰｔまたはＰｄの
少なくとも一方を主成分とし、絶縁体膜がＴｉＯ□ある
いはＴａ２Ｏ５のうちの１以上からなることを特徴とす
る薄膜キャパシタと、ＴｉまたはＴａの少なくとも一方
を含み、ＰｔまたはＰｄの１以上を主成分とする下部電
極上に誘電体膜を形成する際、または形成後、少なくと
も該下部電極を所定の温度下におくことを特徴とする薄
膜キャパシタの製造方法である。
（実施例）
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。第１図は本実施例の薄膜キャパシタの構造図で、サ
ファイア基板１上に下部電極としてＰｄ膜２が形成され
、Ｐｄ膜上に絶縁体層のＴｉＯ２膜３が形成され、Ｔｉ
Ｏ□膜上に誘電体のＢａＴｉ０ａ膜４が形成され、その
上に上部電極のＡＩ膜５が形成されている。
る。第１図は本実施例の薄膜キャパシタの構造図で、サ
ファイア基板１上に下部電極としてＰｄ膜２が形成され
、Ｐｄ膜上に絶縁体層のＴｉＯ２膜３が形成され、Ｔｉ
Ｏ□膜上に誘電体のＢａＴｉ０ａ膜４が形成され、その
上に上部電極のＡＩ膜５が形成されている。
まず、ＤＣスパッタ法による１０原子％のＴｉを含むＰ
ｄ膜をサファイア基板に０．３ｐｍ成膜した。
ｄ膜をサファイア基板に０．３ｐｍ成膜した。
ＢａＴｉＯ３膜は高周波マグネトロンスパッタ法で０．
５１１ｍの膜厚のものを作製した。化学量論組成の粉末
ターゲットを用い、Ａｒ−０ｚ混合ガス中で、基板温度
６００°Ｃで行った。このＢａＴｉＯ３成膜の間にＰｄ
膜中のＴｉはＰｄ膜とＢａＴｉＯ３膜との界面に拡散し
、そこで酸化してＴｌＯ２の絶縁体層が形成される。上
部電極には０．５１１ｍのＡＩをＤＣスパッタ法により
成膜した。
５１１ｍの膜厚のものを作製した。化学量論組成の粉末
ターゲットを用い、Ａｒ−０ｚ混合ガス中で、基板温度
６００°Ｃで行った。このＢａＴｉＯ３成膜の間にＰｄ
膜中のＴｉはＰｄ膜とＢａＴｉＯ３膜との界面に拡散し
、そこで酸化してＴｌＯ２の絶縁体層が形成される。上
部電極には０．５１１ｍのＡＩをＤＣスパッタ法により
成膜した。
本キャパシタの有効面積は３ Ｘ ５ｍｍ２である。
つぎにＰｄ膜上に直接成膜した場合と本方法により成膜
した場合のＢａＴｉＯ３膜の特性の違いについて述べる
。第２図（ａ）はＰｄ膜上に直接成膜したＢａＴｉＯ３
膜の、（ｂ）は本方法により作製したＢａＴｉＯ３膜の
絶縁破壊強度のヒストグラムである。絶縁破壊強度はｌ
Ｘｌ０−’Ａ／ｃｍ２の電流が流れたときの電界強度と
定義した。絶縁破壊強度は本方法の方が約３倍も大きく
、その分布にもばらつきがなく優れた絶縁特性を示して
いる。
した場合のＢａＴｉＯ３膜の特性の違いについて述べる
。第２図（ａ）はＰｄ膜上に直接成膜したＢａＴｉＯ３
膜の、（ｂ）は本方法により作製したＢａＴｉＯ３膜の
絶縁破壊強度のヒストグラムである。絶縁破壊強度はｌ
Ｘｌ０−’Ａ／ｃｍ２の電流が流れたときの電界強度と
定義した。絶縁破壊強度は本方法の方が約３倍も大きく
、その分布にもばらつきがなく優れた絶縁特性を示して
いる。
本方法においてＴｉＯ２膜を形成するためには４００°
Ｃ以上の基板温度で誘電体膜を成膜する必要があるが、
Ｐｄ膜の耐熱性を考慮すると１０００°Ｃ以下であるこ
とが望ましい。
Ｃ以上の基板温度で誘電体膜を成膜する必要があるが、
Ｐｄ膜の耐熱性を考慮すると１０００°Ｃ以下であるこ
とが望ましい。
また、ＴｉＯ２が形成されない３００°Ｃで誘電体膜を
成膜した後、酸素を含む大気圧の雰囲気において５００
°Ｃの温度で熱処理を行うことによりＴｉＯ□膜の形成
ができ、絶縁特性に優れた高誘電率薄膜キャパシタを作
製できた。従って、絶縁体層の形成方法として、誘電体
成膜後に酸素を含む大気圧の雰囲気における５００°Ｃ
以上１０００°Ｃ以下の温度での熱処理を行ってもよい
。
成膜した後、酸素を含む大気圧の雰囲気において５００
°Ｃの温度で熱処理を行うことによりＴｉＯ□膜の形成
ができ、絶縁特性に優れた高誘電率薄膜キャパシタを作
製できた。従って、絶縁体層の形成方法として、誘電体
成膜後に酸素を含む大気圧の雰囲気における５００°Ｃ
以上１０００°Ｃ以下の温度での熱処理を行ってもよい
。
さらに、３００°Ｃで誘電体膜を成膜した後、４Ｘ１０
−’Ｔｏｒｒの酸素ガスＥＣＲプラズマ中で３００’Ｃ
の温度で熱処理を行うことによりＴｉＯ２膜の形成がで
き、絶縁特性に優れた高誘電率薄膜キャパシタを作製で
きた。従って、絶縁体層の形成方法として、誘電体成膜
後に酸素プラズマ雰囲気での３００°Ｃ以上１０００°
Ｃ以下の温度での熱処理を行ってもよい。なおこれらの
熱処理は１０分〜１２Ｏ分程度の範囲で行なうことがで
きる。
−’Ｔｏｒｒの酸素ガスＥＣＲプラズマ中で３００’Ｃ
の温度で熱処理を行うことによりＴｉＯ２膜の形成がで
き、絶縁特性に優れた高誘電率薄膜キャパシタを作製で
きた。従って、絶縁体層の形成方法として、誘電体成膜
後に酸素プラズマ雰囲気での３００°Ｃ以上１０００°
Ｃ以下の温度での熱処理を行ってもよい。なおこれらの
熱処理は１０分〜１２Ｏ分程度の範囲で行なうことがで
きる。
Ｔｉの代わりにＴａを、あるいはＰｄの代わりにＰｔを
用いた場合においてもまたＴｉ、 ＰｄとＰｔを同時に
含む場合であっても本実施例と同じ条件で同様の優れた
絶縁特性が得られた。Ｔｉ、 Ｔａの添加量は５〜５０
原子％の範囲で可能である。この範囲外では絶縁層が薄
すぎたり、または誘電体膜の実質的な誘電率が低下する
。
用いた場合においてもまたＴｉ、 ＰｄとＰｔを同時に
含む場合であっても本実施例と同じ条件で同様の優れた
絶縁特性が得られた。Ｔｉ、 Ｔａの添加量は５〜５０
原子％の範囲で可能である。この範囲外では絶縁層が薄
すぎたり、または誘電体膜の実質的な誘電率が低下する
。
（発明の効果）
本発明は以上説明したように、薄膜キャパシタの下部電
極と誘電体膜との界面に誘電率が２Ｏ〜４０の良質のＴ
ｉＯ２やＴａ２Ｏ５の絶縁層を形成したので、リーク電
流が少なく、絶縁特性に優れた高誘電率薄膜キャパシタ
を提供することができる。
極と誘電体膜との界面に誘電率が２Ｏ〜４０の良質のＴ
ｉＯ２やＴａ２Ｏ５の絶縁層を形成したので、リーク電
流が少なく、絶縁特性に優れた高誘電率薄膜キャパシタ
を提供することができる。
第１図は本発明における実施例の薄膜キャパシタの断側
面図、第２図（ａ）、（ｂ）は絶縁破壊強度のヒストグ
ラムを示す図。 １はサファイア基板、２はＰｄＴ部電極電極膜はＴｉＯ
２絶縁体膜、４はＢａＴ’ｌＯ３誘電体膜、５はＡｌ上
部電極。
面図、第２図（ａ）、（ｂ）は絶縁破壊強度のヒストグ
ラムを示す図。 １はサファイア基板、２はＰｄＴ部電極電極膜はＴｉＯ
２絶縁体膜、４はＢａＴ’ｌＯ３誘電体膜、５はＡｌ上
部電極。
Claims (2)
- （１）基板上に下部電極膜が形成され、該下部電極膜上
に絶縁体膜が形成され、該絶縁体膜上に誘電体膜が形成
され、該誘電体膜上に上部電極膜が形成される構造にお
いて、下部電極膜が高融点貴金属のＰｔまたはＰｄの少
なくとも一方を主成分とし、絶縁体膜がＴｉＯ＿２ある
いはＴａ＿２Ｏ＿５のうちの１以上からなることを特徴
とする薄膜キャパシタ。 - （２）ＴｉまたはＴａの少なくとも一方を含み、Ｐｔま
たはＰｄの１以上を主成分とする下部電極上に誘電体膜
を形成する際、または形成後、少なくとも該下部電極を
所定の温度下におくことを特徴とする薄膜キャパシタの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21677588A JPH0265111A (ja) | 1988-08-30 | 1988-08-30 | 薄膜キャパシタおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21677588A JPH0265111A (ja) | 1988-08-30 | 1988-08-30 | 薄膜キャパシタおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0265111A true JPH0265111A (ja) | 1990-03-05 |
| JPH0587164B2 JPH0587164B2 (ja) | 1993-12-15 |
Family
ID=16693701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21677588A Granted JPH0265111A (ja) | 1988-08-30 | 1988-08-30 | 薄膜キャパシタおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0265111A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04159680A (ja) * | 1990-10-24 | 1992-06-02 | Seiko Instr Inc | 強誘電体薄膜素子 |
| EP0499842A2 (en) * | 1991-02-01 | 1992-08-26 | Nippon Sheet Glass Co. Ltd. | Thin film capacitor |
| US5471364A (en) * | 1993-03-31 | 1995-11-28 | Texas Instruments Incorporated | Electrode interface for high-dielectric-constant materials |
| US5933316A (en) * | 1993-08-02 | 1999-08-03 | Motorola Inc. | Method for forming a titanate thin film on silicon, and device formed thereby |
-
1988
- 1988-08-30 JP JP21677588A patent/JPH0265111A/ja active Granted
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04159680A (ja) * | 1990-10-24 | 1992-06-02 | Seiko Instr Inc | 強誘電体薄膜素子 |
| EP0499842A2 (en) * | 1991-02-01 | 1992-08-26 | Nippon Sheet Glass Co. Ltd. | Thin film capacitor |
| EP0499842A3 (en) * | 1991-02-01 | 1994-06-01 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Thin film capacitor |
| US5471364A (en) * | 1993-03-31 | 1995-11-28 | Texas Instruments Incorporated | Electrode interface for high-dielectric-constant materials |
| US5781404A (en) * | 1993-03-31 | 1998-07-14 | Texas Instruments Incorporated | Electrode interface for high-dielectric-constant materials |
| US5933316A (en) * | 1993-08-02 | 1999-08-03 | Motorola Inc. | Method for forming a titanate thin film on silicon, and device formed thereby |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0587164B2 (ja) | 1993-12-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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