JPH0380562A - 薄膜コンデンサの製造方法 - Google Patents
薄膜コンデンサの製造方法Info
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- JPH0380562A JPH0380562A JP1217918A JP21791889A JPH0380562A JP H0380562 A JPH0380562 A JP H0380562A JP 1217918 A JP1217918 A JP 1217918A JP 21791889 A JP21791889 A JP 21791889A JP H0380562 A JPH0380562 A JP H0380562A
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Landscapes
- Ceramic Capacitors (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (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、超小型電子回路に用いる薄膜コンデンサの製
造方法に関する。
造方法に関する。
（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。誘電体薄膜
を用いた薄膜コンデンサが、トランジスタ等の能動素子
と同一の基板上に形成されて利用されているが、能動素
子の小形化が急速に進む中で薄膜コンデンサの小形化は
遅れており、より一層の高集積化を阻む大きな要因とな
ってきている。これは、従来用いられている誘電体薄膜
材料が５ｉ０２、Ｓｉ３Ｎ４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ためであり、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で表され
るペロブスカイト型酸化物であるＢａＴｉＯ３、ＳｒＴ
ｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３およびイルメナイ
ト型酸化物ＬｉＮｂＯ３あるいはＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２等
の強誘電体に属する酸化物は、上記の単一組成ならびに
相互の固溶体組成で、単結晶あるいはセラミックにおい
て１００以上１００００にも及ぶ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。これら材料の薄膜化は上述の薄膜コンデンサの
小形化に極めて有効であり、かなり以前から研究が行わ
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 ｔｈｗ
ＩＥＥＥ）第５９巻１０号１４４０−１４４７頁に所載
の論文があり、スパッタリングによる底膜および熱処理
を行ったＢａＴｉＯ３薄膜で１６（室温で作製）から１
９００（１２００℃熱処理）の誘電率が得られている。
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。誘電体薄膜
を用いた薄膜コンデンサが、トランジスタ等の能動素子
と同一の基板上に形成されて利用されているが、能動素
子の小形化が急速に進む中で薄膜コンデンサの小形化は
遅れており、より一層の高集積化を阻む大きな要因とな
ってきている。これは、従来用いられている誘電体薄膜
材料が５ｉ０２、Ｓｉ３Ｎ４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ためであり、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で表され
るペロブスカイト型酸化物であるＢａＴｉＯ３、ＳｒＴ
ｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３およびイルメナイ
ト型酸化物ＬｉＮｂＯ３あるいはＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２等
の強誘電体に属する酸化物は、上記の単一組成ならびに
相互の固溶体組成で、単結晶あるいはセラミックにおい
て１００以上１００００にも及ぶ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。これら材料の薄膜化は上述の薄膜コンデンサの
小形化に極めて有効であり、かなり以前から研究が行わ
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 ｔｈｗ
ＩＥＥＥ）第５９巻１０号１４４０−１４４７頁に所載
の論文があり、スパッタリングによる底膜および熱処理
を行ったＢａＴｉＯ３薄膜で１６（室温で作製）から１
９００（１２００℃熱処理）の誘電率が得られている。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、上記のような従来作製されているＢａＴ
ｉＯ３等の高誘電率薄膜は、高誘電率薄膜作成時に高温
を必要とするためにいずれも白金、パラジウム、金など
の貴金属材料からなる下部電極の上に作製されたもので
ある。このような貴金属材料の電極は、現在そのほとん
どがシリコン基板を用いて作製されている各種の集積回
路には適合せず、したがって上記の従来技術による高誘
電率薄膜を集積回路に適用することは不可能である。上
記貴金属材料が集積回路に適合しない理由としては、そ
れらが不純物となってシリコン・トランジスタの動作不
良を引起こすこと、ならびにそれら貴金属の微細加工技
術が確立されていないこと等があげられる。
ｉＯ３等の高誘電率薄膜は、高誘電率薄膜作成時に高温
を必要とするためにいずれも白金、パラジウム、金など
の貴金属材料からなる下部電極の上に作製されたもので
ある。このような貴金属材料の電極は、現在そのほとん
どがシリコン基板を用いて作製されている各種の集積回
路には適合せず、したがって上記の従来技術による高誘
電率薄膜を集積回路に適用することは不可能である。上
記貴金属材料が集積回路に適合しない理由としては、そ
れらが不純物となってシリコン・トランジスタの動作不
良を引起こすこと、ならびにそれら貴金属の微細加工技
術が確立されていないこと等があげられる。
シリコン集積回路に広く用いられている電極材料は多結
晶シリコンあるいはシリコン基板自体の一部に不純物を
高濃度にドーピングした低抵抗シリコン層である。以下
これらを総してシリコン電極と呼ぶ。シリコン電極は微
細加工技術が確立されており、すでに広く用いられてい
るため、シリコン電極上に良好な高誘電率薄膜が形成で
きれば、集積回路用コンデンサへの利用が可能となる。
晶シリコンあるいはシリコン基板自体の一部に不純物を
高濃度にドーピングした低抵抗シリコン層である。以下
これらを総してシリコン電極と呼ぶ。シリコン電極は微
細加工技術が確立されており、すでに広く用いられてい
るため、シリコン電極上に良好な高誘電率薄膜が形成で
きれば、集積回路用コンデンサへの利用が可能となる。
しかしながら、従来技術では、例えばＩＢＭ・ジャーナ
ル・オブ・リサーチ・アンド・ディベロップメント（Ｉ
ＢＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ ａｎ
ｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）１９６９年１１月号６８
６−６９５頁に所載の５ｒＴｉ０３膜に関する論文にお
いて、その６８７−６８８頁の記載に、シリコン上に高
誘電率材料の薄膜を形成する場合には約１０ＯＡの二酸
化シリコン（Ｓｉ０２）に等価な層が界面に形成されて
しまうと報告されている。この界面層は誘電率が低い層
であるため、結呆としてシリコン上に形成した高誘電率
薄膜の実効的な誘電率は大きく低下してしまい、高誘電
率材料を用いる利点がほとんど損なわれていた。同様の
報告の他の例としては、ジャーナル・オブ・バキューム
サイエンス・アンド・テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ ５ｃｉｅｎｃｅａｎｄ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ）第１６巻２号３１５−３１８頁に所載の
ＢａＴｉＯ３に関する論文において、３１６頁の記載に
みることができる。
ル・オブ・リサーチ・アンド・ディベロップメント（Ｉ
ＢＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ ａｎ
ｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）１９６９年１１月号６８
６−６９５頁に所載の５ｒＴｉ０３膜に関する論文にお
いて、その６８７−６８８頁の記載に、シリコン上に高
誘電率材料の薄膜を形成する場合には約１０ＯＡの二酸
化シリコン（Ｓｉ０２）に等価な層が界面に形成されて
しまうと報告されている。この界面層は誘電率が低い層
であるため、結呆としてシリコン上に形成した高誘電率
薄膜の実効的な誘電率は大きく低下してしまい、高誘電
率材料を用いる利点がほとんど損なわれていた。同様の
報告の他の例としては、ジャーナル・オブ・バキューム
サイエンス・アンド・テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ ５ｃｉｅｎｃｅａｎｄ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ）第１６巻２号３１５−３１８頁に所載の
ＢａＴｉＯ３に関する論文において、３１６頁の記載に
みることができる。
本発明はＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３に代表される強誘
電体に属する高誘電率材料の薄膜をシリコン電極上に形
成する場合において、界面に生成する低誘電率の層の影
響を極めて小さくすることを可能とし、これをもって集
積回路に適用可能な小形の薄膜コンデンサを実現さるこ
とを目的としている。
電体に属する高誘電率材料の薄膜をシリコン電極上に形
成する場合において、界面に生成する低誘電率の層の影
響を極めて小さくすることを可能とし、これをもって集
積回路に適用可能な小形の薄膜コンデンサを実現さるこ
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薄膜コンデンサの
製造方法は、シリコンからなる下部電極上に高誘電率誘
電体薄膜を３００℃以上５００℃以下の基板温度で作製
し、その後５５０℃以上６５０℃以下の温度で熱処理を
施し、しかる後に上部電極を形成することによって作成
することを特徴として構成される。
製造方法は、シリコンからなる下部電極上に高誘電率誘
電体薄膜を３００℃以上５００℃以下の基板温度で作製
し、その後５５０℃以上６５０℃以下の温度で熱処理を
施し、しかる後に上部電極を形成することによって作成
することを特徴として構成される。
以下、実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。
（実施例）
不純物としてリン（Ｐ）を高濃度にドーピングして形成
した低抵抗層を表面に有するシリコン基板上に、ＲＦマ
グネトロン・スパッタ法によって５０〜５００ｎｍの５
ｒＴｉ０３薄膜を作製した。作製する際の基板温度を変
化させると共に、種々の温度で熱処理を行った。上部電
極としてアルミニウム（Ａ１）を形成して実効誘電率と
リーク電流の評価を行った。
した低抵抗層を表面に有するシリコン基板上に、ＲＦマ
グネトロン・スパッタ法によって５０〜５００ｎｍの５
ｒＴｉ０３薄膜を作製した。作製する際の基板温度を変
化させると共に、種々の温度で熱処理を行った。上部電
極としてアルミニウム（Ａ１）を形成して実効誘電率と
リーク電流の評価を行った。
第１図は種々の基板温度で作製した５ｒＴｉ０３薄膜の
、熱処理を施さない状態で評価した実効誘電率と膜厚の
関係を示す。曲線１は基板温度４００’Ｃで作威した膜
について、曲線２は同６００℃で作製した膜について、
曲線３は同７００℃で作成した膜についてのデータを示
す。いずれの膜においても実効誘電率の膜厚依存性が顕
著であり、すでに説明した従来技術と同様に界面に低い
誘電率の層が依存することが明らかである。特に膜厚の
小さい領域で界面低誘電率層の影響が太きい。また、基
板温度７００℃では全体的に実効誘電率の低下が著しく
、高温における界面の著しい反応を示唆している。
、熱処理を施さない状態で評価した実効誘電率と膜厚の
関係を示す。曲線１は基板温度４００’Ｃで作威した膜
について、曲線２は同６００℃で作製した膜について、
曲線３は同７００℃で作成した膜についてのデータを示
す。いずれの膜においても実効誘電率の膜厚依存性が顕
著であり、すでに説明した従来技術と同様に界面に低い
誘電率の層が依存することが明らかである。特に膜厚の
小さい領域で界面低誘電率層の影響が太きい。また、基
板温度７００℃では全体的に実効誘電率の低下が著しく
、高温における界面の著しい反応を示唆している。
第２図は３００℃〜６００’Ｃの基板温度で作製した５
ｒＴｉ０３薄膜を熱処理した後の、実効誘電率と膜厚の
関係を示す。曲線１は熱処理温度５５０℃〜６５０℃の
場合について、曲線２は同７００℃〜８００℃の場合に
ついてのデータを示す。第１図と比較すると明らかなよ
うに５５０’Ｃ〜６５０℃での熱処理によって特に膜厚
の小さい領域での実効誘電率が増大する。曲線２のデー
タかられかるように、さらに高い熱処理温度では再び実
効誘電率が低下する。以上の結果は、 ５５０〜６５０’Ｃの熱処理で界面の低誘電率層の結晶
化が生じて実効誘電率の増大をもたらすが、７００’Ｃ
以上の熱処理では界面の反応が顕著となるために実効誘
電率が低下するものと解釈される。なお、５５０℃以下
の熱処理温度では曲線２と同等以下の実施誘電率であっ
た。
ｒＴｉ０３薄膜を熱処理した後の、実効誘電率と膜厚の
関係を示す。曲線１は熱処理温度５５０℃〜６５０℃の
場合について、曲線２は同７００℃〜８００℃の場合に
ついてのデータを示す。第１図と比較すると明らかなよ
うに５５０’Ｃ〜６５０℃での熱処理によって特に膜厚
の小さい領域での実効誘電率が増大する。曲線２のデー
タかられかるように、さらに高い熱処理温度では再び実
効誘電率が低下する。以上の結果は、 ５５０〜６５０’Ｃの熱処理で界面の低誘電率層の結晶
化が生じて実効誘電率の増大をもたらすが、７００’Ｃ
以上の熱処理では界面の反応が顕著となるために実効誘
電率が低下するものと解釈される。なお、５５０℃以下
の熱処理温度では曲線２と同等以下の実施誘電率であっ
た。
第３図は５５０〜６５０℃で熱処理した膜厚１１００ｎ
の膜について、ＩＯＶの電圧を印加した時のリーク電流
と作製時の基板温度との関係を示したものである。
の膜について、ＩＯＶの電圧を印加した時のリーク電流
と作製時の基板温度との関係を示したものである。
３００℃以下の基板温度で作製した膜では熱処理時に大
きな歪みが発生し、ひどい場合にはクラックを生じるた
めにリーク電流が大きくなる。一方、５００６Ｃ以上の
基板温度で作製した膜では作製時におけるシリコンとの
反応によりリーク電流が大きいものと解釈される。第３
図がら、３００〜５００℃の基板温度で作製した膜にお
いてのみ、実用レベルのリーク電流（１０−９Ａ／ｃｍ
”以下）に抑えることができることがわかる。
きな歪みが発生し、ひどい場合にはクラックを生じるた
めにリーク電流が大きくなる。一方、５００６Ｃ以上の
基板温度で作製した膜では作製時におけるシリコンとの
反応によりリーク電流が大きいものと解釈される。第３
図がら、３００〜５００℃の基板温度で作製した膜にお
いてのみ、実用レベルのリーク電流（１０−９Ａ／ｃｍ
”以下）に抑えることができることがわかる。
以上のデータを総合的に見ることにより、実用的に意味
ある膜厚である１１００ｎ付近において実用的に価値あ
る値として１００以上の高い実効誘電率と同時に低いリ
ーク電流を遠戚する作製方法として、３００℃以上５０
０℃以下の基板温度で成膜した後に５５０’Ｃ以上６５
０℃以下の温度で熱処理を施すという本発明がなされた
ものである。
ある膜厚である１１００ｎ付近において実用的に価値あ
る値として１００以上の高い実効誘電率と同時に低いリ
ーク電流を遠戚する作製方法として、３００℃以上５０
０℃以下の基板温度で成膜した後に５５０’Ｃ以上６５
０℃以下の温度で熱処理を施すという本発明がなされた
ものである。
以上は５ｒＴｉ○３薄膜について説明したが、この他に
ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、ＬｉＮｂ
Ｏ３、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２および固溶体（Ｂａ 、 ５
ｒ）Ｔｉ０３、（Ｂａ 、 Ｐｂ）Ｔｉ０３、Ｐｂ（Ｚ
ｒ、 Ｔｉ）０３について同様の作製、評価を行った結
果、５ｒＴｉ０３の場合と同様の作製方法において最も
高い実効誘電率と低いリーク電流が得られることが確認
された。すなわち本発明による薄膜コンデンサの製造方
法は、上記のような強誘電体に属する高誘電率酸化物の
広い範囲の材料について有効である。なお、本実施例で
は薄膜の作製方法としてＲＦマグネトロン・スパッタ法
を用いたが、本発明はスパッタ法、イオンビームスパッ
タ法、蒸着法などの物理的気相成長法のすべての手法が
適用できることは言うまでもない。
ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、ＬｉＮｂ
Ｏ３、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２および固溶体（Ｂａ 、 ５
ｒ）Ｔｉ０３、（Ｂａ 、 Ｐｂ）Ｔｉ０３、Ｐｂ（Ｚ
ｒ、 Ｔｉ）０３について同様の作製、評価を行った結
果、５ｒＴｉ０３の場合と同様の作製方法において最も
高い実効誘電率と低いリーク電流が得られることが確認
された。すなわち本発明による薄膜コンデンサの製造方
法は、上記のような強誘電体に属する高誘電率酸化物の
広い範囲の材料について有効である。なお、本実施例で
は薄膜の作製方法としてＲＦマグネトロン・スパッタ法
を用いたが、本発明はスパッタ法、イオンビームスパッ
タ法、蒸着法などの物理的気相成長法のすべての手法が
適用できることは言うまでもない。
（発明の効果）
以上説明したように本発明によれば、シリコンからなる
下部電極の上に実効誘電率が高くリーク電流の小さい高
誘電率誘電体薄膜が作製でき、したがって集積回路に適
した小形の薄膜コンデンサの製造が可能となり、−層の
高集積化に貢献することができる。
下部電極の上に実効誘電率が高くリーク電流の小さい高
誘電率誘電体薄膜が作製でき、したがって集積回路に適
した小形の薄膜コンデンサの製造が可能となり、−層の
高集積化に貢献することができる。
第１図は熱処理を施す前の５ｒＴｉ０３膜の実効誘電率
と膜厚の関係を示す図、第２図は３００〜６００℃の基
板温度で作製した５ｒＴｉ０３膜の熱処理後の実効誘電
率と膜厚の関係を示す図、第３図は５５０〜６５０’Ｃ
で熱処理を施した５ｒＴｉ０３膜について、作製時の基
板温度とリーク電流の関係を示す図。
と膜厚の関係を示す図、第２図は３００〜６００℃の基
板温度で作製した５ｒＴｉ０３膜の熱処理後の実効誘電
率と膜厚の関係を示す図、第３図は５５０〜６５０’Ｃ
で熱処理を施した５ｒＴｉ０３膜について、作製時の基
板温度とリーク電流の関係を示す図。
Claims (2)
- （１）基板上にシリコンからなる下部電極、高誘電率誘
電体薄膜、上部電極を積層形成する工程を有する薄膜コ
ンデンサの製造方法において、該高誘電率誘電体薄膜は
該下部電極の上に３００℃以上５００℃以下の基板温度
で作成した後５５０℃以上６５０℃以下の温度で熱処理
を施し、しかる後に上部電極を形成することを特徴とす
る薄膜コンデンサの製造方法。 - （２）高誘電率誘電体薄膜は、ＢａＴｉＯ＿３、ＳｒＴ
ｉＯ＿３、ＰｂＴｉＯ＿３、ＰｂＺｒＯ＿３、ＬｉＮｂ
Ｏ＿３、Ｂｉ＿４Ｔｉ＿３Ｏ＿１＿２から選ばれた一つ
の組成、あるいはこれらの固溶体からなる、特許請求の
範囲第１項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 |
|---|---|---|---|
| JP1217918A JPH0624222B2 (ja) | 1989-08-23 | 1989-08-23 | 薄膜コンデンサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1217918A JPH0624222B2 (ja) | 1989-08-23 | 1989-08-23 | 薄膜コンデンサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0380562A true JPH0380562A (ja) | 1991-04-05 |
| JPH0624222B2 JPH0624222B2 (ja) | 1994-03-30 |
Family
ID=16711778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1217918A Expired - Lifetime JPH0624222B2 (ja) | 1989-08-23 | 1989-08-23 | 薄膜コンデンサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0624222B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0424958A (ja) * | 1990-05-15 | 1992-01-28 | Mitsubishi Materials Corp | 容量素子の構造 |
| US5262920A (en) * | 1991-05-16 | 1993-11-16 | Nec Corporation | Thin film capacitor |
| US5623457A (en) * | 1993-04-12 | 1997-04-22 | Sony Corporation | Photomagnetic disc drive system having a locking mechanism |
| US5815470A (en) * | 1994-08-11 | 1998-09-29 | Sony Corporation | Disc drive unit |
| US6352889B1 (en) | 1998-01-08 | 2002-03-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating capacitor and method for fabricating semiconductor device |
-
1989
- 1989-08-23 JP JP1217918A patent/JPH0624222B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0424958A (ja) * | 1990-05-15 | 1992-01-28 | Mitsubishi Materials Corp | 容量素子の構造 |
| US5262920A (en) * | 1991-05-16 | 1993-11-16 | Nec Corporation | Thin film capacitor |
| US5623457A (en) * | 1993-04-12 | 1997-04-22 | Sony Corporation | Photomagnetic disc drive system having a locking mechanism |
| US5815470A (en) * | 1994-08-11 | 1998-09-29 | Sony Corporation | Disc drive unit |
| US5841752A (en) * | 1994-08-11 | 1998-11-24 | Sony Corporation | Disc drive unit |
| US6352889B1 (en) | 1998-01-08 | 2002-03-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating capacitor and method for fabricating semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0624222B2 (ja) | 1994-03-30 |
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