JPH04167554A - 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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- JPH04167554A JPH04167554A JP29498390A JP29498390A JPH04167554A JP H04167554 A JPH04167554 A JP H04167554A JP 29498390 A JP29498390 A JP 29498390A JP 29498390 A JP29498390 A JP 29498390A JP H04167554 A JPH04167554 A JP H04167554A
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Landscapes
- Ceramic Capacitors (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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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］
本発明は小型電子回路に用いる薄膜コンデンサおよびそ
の製造方法に関する。
の製造方法に関する。
集積回路技術の発達にともない電子回路の小型化はます
ます進展しており、各種電子回路に必須の回路素子であ
るコンデンサの小型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はトランジスタ等の能動
素子との集積回路において小型化の遅れている素子であ
り、このことが超高集積回路の実現を阻む大きな要因の
ひとつとなっている。これは、従来用いられている誘電
体材料がＳｉｎ、、Ｓｔ、Ｎ４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
ンデンサを小型化し、しかも高い容量を実現するために
は、より誘電率の大きな誘電体薄膜材料を開発すること
が必要となっている。化学式ＡＢＯ，で表されるペロブ
スカイト型酸化物であるＢ１Ｔｉ０．．５ｒＴｉＯ，、
ＰｂＴｉ０．。
ます進展しており、各種電子回路に必須の回路素子であ
るコンデンサの小型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はトランジスタ等の能動
素子との集積回路において小型化の遅れている素子であ
り、このことが超高集積回路の実現を阻む大きな要因の
ひとつとなっている。これは、従来用いられている誘電
体材料がＳｉｎ、、Ｓｔ、Ｎ４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
ンデンサを小型化し、しかも高い容量を実現するために
は、より誘電率の大きな誘電体薄膜材料を開発すること
が必要となっている。化学式ＡＢＯ，で表されるペロブ
スカイト型酸化物であるＢ１Ｔｉ０．．５ｒＴｉＯ，、
ＰｂＴｉ０．。
およびイルメナイト型酸化物ＬｉＮｂ０．あるいはＢ
ｉ、Ｔｉ、Ｏｏ等の強誘電体−に属する酸化物は、上記
の単一組成および相互の固溶体組成で、単結晶あるいは
セラミックスにおいて、１００以上１ｏｏｏｏにも及ぶ
誘電率を有することが知られており、セラミクスコンデ
ンサに広く用いられている。これら材料の薄膜化は上述
のコンデンサの小型化にきわめて有効であり、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
得られている結果としては、プロシーディング・オブ・
アイ・イー・イー・イー−（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏ
ｆ ｔｈｅｒＥＥＥ）第５９巻１０号１４４０〜１４４
７頁に所載の論文があり、スパッタリングによる成膜及
び熱処理を行ったＢ ｉ Ｔ ｉ Ｏ，薄膜で１６（室
温で作製）から１９００（１２００’ｃ熱処理）の誘電
率が得られている。
ｉ、Ｔｉ、Ｏｏ等の強誘電体−に属する酸化物は、上記
の単一組成および相互の固溶体組成で、単結晶あるいは
セラミックスにおいて、１００以上１ｏｏｏｏにも及ぶ
誘電率を有することが知られており、セラミクスコンデ
ンサに広く用いられている。これら材料の薄膜化は上述
のコンデンサの小型化にきわめて有効であり、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
得られている結果としては、プロシーディング・オブ・
アイ・イー・イー・イー−（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏ
ｆ ｔｈｅｒＥＥＥ）第５９巻１０号１４４０〜１４４
７頁に所載の論文があり、スパッタリングによる成膜及
び熱処理を行ったＢ ｉ Ｔ ｉ Ｏ，薄膜で１６（室
温で作製）から１９００（１２００’ｃ熱処理）の誘電
率が得られている。
現在広く用いられている薄膜コンデンサの電極材料は、
多結晶シリコンやシリコン基板の一部に不純物を高濃度
にドーピングした抵抗シリコン（以下これらをシリコン
電極と呼ぶ。）、あるいは金やアルミニウム等の金属材
料である。しかしながら、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 ｏｆＲｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅ
ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ） １９６９年１１月号６８６〜６
９５頁に所載の５ｒＴｉＯ，に関する論文において、６
８７〜６８８頁の記載に「シリコン電極上および多くの
金属電極上に高誘電率材料の薄膜を形成する場合には金
属電極の酸化層が界面に形成されてしまう」と報告して
いる。この界面層は誘電率が低い層であるため、結果と
してシリコン寞極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。また、ＰｔやＡｕ等の
貴金属電極を用いれば界面の酸化層の形成を防ぐことが
できるが、高誘電率膜の絶縁性が悪い。これは高誘電率
膜を作製する４００℃以上の温度では上記の貴金属電極
は再結晶によって表面荒さを生じ、その上に形成される
誘電体膜の膜厚が不均一になるためである。同様の他の
報告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
Ｖａｃｃｕ＋＋ ５ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ）第１６巻２号３１５〜３１８頁に所載のＢ
ｉ Ｔ ｉ Ｏ，に関する論文において３１６頁の記
載にみることができる。
多結晶シリコンやシリコン基板の一部に不純物を高濃度
にドーピングした抵抗シリコン（以下これらをシリコン
電極と呼ぶ。）、あるいは金やアルミニウム等の金属材
料である。しかしながら、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 ｏｆＲｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅ
ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ） １９６９年１１月号６８６〜６
９５頁に所載の５ｒＴｉＯ，に関する論文において、６
８７〜６８８頁の記載に「シリコン電極上および多くの
金属電極上に高誘電率材料の薄膜を形成する場合には金
属電極の酸化層が界面に形成されてしまう」と報告して
いる。この界面層は誘電率が低い層であるため、結果と
してシリコン寞極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。また、ＰｔやＡｕ等の
貴金属電極を用いれば界面の酸化層の形成を防ぐことが
できるが、高誘電率膜の絶縁性が悪い。これは高誘電率
膜を作製する４００℃以上の温度では上記の貴金属電極
は再結晶によって表面荒さを生じ、その上に形成される
誘電体膜の膜厚が不均一になるためである。同様の他の
報告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
Ｖａｃｃｕ＋＋ ５ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ）第１６巻２号３１５〜３１８頁に所載のＢ
ｉ Ｔ ｉ Ｏ，に関する論文において３１６頁の記
載にみることができる。
誘電体膜上に形成する上部電極についても同様な問題が
ある。例えば、上部電極として一般に用いられるＡＩや
シリコンを使用した場合、薄膜キャパシタ形成後のプロ
セスで高温熱処理を行うと誘電体膜と上部電極間で反応
が起こり誘電率の低下あるいは絶縁性の劣化を招く。
ある。例えば、上部電極として一般に用いられるＡＩや
シリコンを使用した場合、薄膜キャパシタ形成後のプロ
セスで高温熱処理を行うと誘電体膜と上部電極間で反応
が起こり誘電率の低下あるいは絶縁性の劣化を招く。
本発明はＢ１Ｔｉ０．．５ｒＴｉＯ，に代表される高誘
電率材料の薄膜を用いて、高い容量密度と優れた絶縁特
性を有し、シリコン集積回路に適応可能な薄膜コンデン
サを実現することを目的としている。
電率材料の薄膜を用いて、高い容量密度と優れた絶縁特
性を有し、シリコン集積回路に適応可能な薄膜コンデン
サを実現することを目的としている。
〔課題を解決するための手段］
上記目的を達成するため、本発明による薄膜コンデンサ
においては、基板上に下部電極、誘電体膜、上部電極が
順次積層された構造の薄膜コンデンサであって、 誘電体は、化学式ＡＢＯ，で表わされ、Ａは、Ｂａ、Ｓ
ｒ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｌｉの少なくとも一種以上を含む材料
であり、 Ｂは、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料、あるいはＢ ｉ４Ｔ ｉ３Ｏ１２からなるも
のであり、 下部電極および上部電極の少なくとも一方は、化学式Ａ
Ｂ○、−１で表わされ、 Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料（ただしＯ〈δく３）あるいはＢ ｉ、Ｔ ｉ
３Ｏ１２−Ｊ（ただし０〈δ＜１２） の導電性酸化物
からなるものであるる 本発明による薄膜コンデンサの製造方法は、導電性酸化
薄膜を形成する工程と、絶縁性酸化薄膜を形成する工程
とを有し、下部電極、誘電体膜。
においては、基板上に下部電極、誘電体膜、上部電極が
順次積層された構造の薄膜コンデンサであって、 誘電体は、化学式ＡＢＯ，で表わされ、Ａは、Ｂａ、Ｓ
ｒ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｌｉの少なくとも一種以上を含む材料
であり、 Ｂは、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料、あるいはＢ ｉ４Ｔ ｉ３Ｏ１２からなるも
のであり、 下部電極および上部電極の少なくとも一方は、化学式Ａ
Ｂ○、−１で表わされ、 Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料（ただしＯ〈δく３）あるいはＢ ｉ、Ｔ ｉ
３Ｏ１２−Ｊ（ただし０〈δ＜１２） の導電性酸化物
からなるものであるる 本発明による薄膜コンデンサの製造方法は、導電性酸化
薄膜を形成する工程と、絶縁性酸化薄膜を形成する工程
とを有し、下部電極、誘電体膜。
上部電極が順次積層された薄膜コンデンサを製造する方
法であって、 導電性酸化薄膜を形成する工程は、下部電極および上部
電極を形成する工程であり、ターゲットに化学式ＡＢＯ
，で表わされる材料を用い、イオンビームスパッタ法に
より上部電極あるいは下部電極として酸素欠損による導
電性酸化薄膜を形成するものであり、 Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料もしくはＢｉ、ＴｉＯ，、である。
法であって、 導電性酸化薄膜を形成する工程は、下部電極および上部
電極を形成する工程であり、ターゲットに化学式ＡＢＯ
，で表わされる材料を用い、イオンビームスパッタ法に
より上部電極あるいは下部電極として酸素欠損による導
電性酸化薄膜を形成するものであり、 Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料もしくはＢｉ、ＴｉＯ，、である。
［作用〕
本発明は、薄膜コンデンサの下部電極あるいは上部電極
に誘電体形成と類似の作製プロセスで形成できる酸素欠
損を有する導電性酸化膜を用いるものであり、高温プロ
セスで表面荒れや誘電体との反応を起こさず、絶縁性に
優れる。
に誘電体形成と類似の作製プロセスで形成できる酸素欠
損を有する導電性酸化膜を用いるものであり、高温プロ
セスで表面荒れや誘電体との反応を起こさず、絶縁性に
優れる。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
（実施例１）
第１図は、実施例１の薄膜コンデンサの構造図である。
図において、シリコン基板１の表面に絶縁層として酸化
シリコンＭ２が形成され、酸化シリコンｌ１ｌｊＺ上に
下部電極３として、導電性の３ ｒ Ｔ ｉ’０１−２
膜（以下、酸素欠損のＳ ｒ Ｔ ｉ Ｏ，−ａを導電
性５ｒＴｉＯ，、化学量論組成の５ｒＴｉＯ，を絶縁性
の５ｒＴｉＯ，と呼び区別する。）が形成され、下部電
極３上に誘電体膜４として絶縁性５ｒＴｉ○、膜が形成
され、その上に上部電極５としてＡｌ膜が形成されてい
る。
シリコンＭ２が形成され、酸化シリコンｌ１ｌｊＺ上に
下部電極３として、導電性の３ ｒ Ｔ ｉ’０１−２
膜（以下、酸素欠損のＳ ｒ Ｔ ｉ Ｏ，−ａを導電
性５ｒＴｉＯ，、化学量論組成の５ｒＴｉＯ，を絶縁性
の５ｒＴｉＯ，と呼び区別する。）が形成され、下部電
極３上に誘電体膜４として絶縁性５ｒＴｉ○、膜が形成
され、その上に上部電極５としてＡｌ膜が形成されてい
る。
この構造を製造するには、まず水蒸気酸化法により単結
晶シリコン基板の表面に酸化シリコン膜を１μｍ形成し
た。雰囲気は酸素ガスと水素ガスの流量比を１：１に制
御し温度は１１００’Ｃで熱酸化を行った。
晶シリコン基板の表面に酸化シリコン膜を１μｍ形成し
た。雰囲気は酸素ガスと水素ガスの流量比を１：１に制
御し温度は１１００’Ｃで熱酸化を行った。
つぎに○、を導入せずにイオンビームスパッタ法により
基板温度５４０℃、イオン源の出力１０００Ｖ、４０ｍ
Ａで導電性５ｒＴｉＯ，薄膜を５０００人形成した。続
いて、０１を６ＸＩＯ−’Ｔｏｒｒ導入し、絶縁性５ｒ
ＴｉＯ，薄膜を１０００人形成した。その上に上部電極
としてＡｌ膜を１１ｍ形成した。ＨＦ：ＨＮＯ，：Ｈ，
Ｏ＝１ ： １ ：１０の混合液で下部電極が現れるま
でエッチングングし、第１図に示す薄膜キャパシタを作
製した。
基板温度５４０℃、イオン源の出力１０００Ｖ、４０ｍ
Ａで導電性５ｒＴｉＯ，薄膜を５０００人形成した。続
いて、０１を６ＸＩＯ−’Ｔｏｒｒ導入し、絶縁性５ｒ
ＴｉＯ，薄膜を１０００人形成した。その上に上部電極
としてＡｌ膜を１１ｍ形成した。ＨＦ：ＨＮＯ，：Ｈ，
Ｏ＝１ ： １ ：１０の混合液で下部電極が現れるま
でエッチングングし、第１図に示す薄膜キャパシタを作
製した。
下部電極にｐｂ膜（膜厚５０００人）を用いたもの、導
電性の５ｒＴｉＯ，膜を用いたものとの絶縁破壊電圧の
比較を第２図（ａ）、（ｂ）に示す。誘電体膜には絶縁
性５ｒＴｉＯ，膜をイオンビームスパッタ法で１００Ｏ
Ａ形成した。下部電極に導電性の５ｒＴｉＯ，膜を用い
たほうが絶縁破壊電圧が高い。これは、誘電体膜を成膜
する際の高温プロセスにおいてｐｂ電極を用いた場合、
表面荒さが導電性Ｓ ｒ Ｔ Ｉ Ｏｓ 膜を用いた場
合と比べて、１桁以上大きいためであることがわかった
。
電性の５ｒＴｉＯ，膜を用いたものとの絶縁破壊電圧の
比較を第２図（ａ）、（ｂ）に示す。誘電体膜には絶縁
性５ｒＴｉＯ，膜をイオンビームスパッタ法で１００Ｏ
Ａ形成した。下部電極に導電性の５ｒＴｉＯ，膜を用い
たほうが絶縁破壊電圧が高い。これは、誘電体膜を成膜
する際の高温プロセスにおいてｐｂ電極を用いた場合、
表面荒さが導電性Ｓ ｒ Ｔ Ｉ Ｏｓ 膜を用いた場
合と比べて、１桁以上大きいためであることがわかった
。
（実施例２）
第３図は、実施例２の薄膜コンデンサの構造図である。
単結晶シリコン基板６の表面の一部にリンを高濃度にド
ーピングして低抵抗層７を形成し、その上に眉間絶縁膜
として酸化シリコン膜８が形成されている。酸化シリコ
ン膜８の一部には低抵抗層ｊ−を通じて下部電極を引き
出すためのコンタクトホールが２箇所形成されており、
一方のコンタクトホールは導電性５ｒＴｉＯ，膜９で埋
められており、もう一方のコンタクトホールはＡ１膜で
埋められている。したがって、ＡＩ膜は下部電極１０の
端子となる。下部電極１０のＡ１膜はコンタクトホール
を埋めると共にその一部が酸化シリコン膜８上に形成さ
れても良い。下部電極１０上には実施例１の条件で誘電
体膜１１として絶縁性Ｓ ｒ Ｔ ｉ Ｏ＊膜が形成さ
れ、さらにその上には上部電極１２としてＡ１膜が形成
されている。
ーピングして低抵抗層７を形成し、その上に眉間絶縁膜
として酸化シリコン膜８が形成されている。酸化シリコ
ン膜８の一部には低抵抗層ｊ−を通じて下部電極を引き
出すためのコンタクトホールが２箇所形成されており、
一方のコンタクトホールは導電性５ｒＴｉＯ，膜９で埋
められており、もう一方のコンタクトホールはＡ１膜で
埋められている。したがって、ＡＩ膜は下部電極１０の
端子となる。下部電極１０のＡ１膜はコンタクトホール
を埋めると共にその一部が酸化シリコン膜８上に形成さ
れても良い。下部電極１０上には実施例１の条件で誘電
体膜１１として絶縁性Ｓ ｒ Ｔ ｉ Ｏ＊膜が形成さ
れ、さらにその上には上部電極１２としてＡ１膜が形成
されている。
本実施例では下部電極を単結晶シリコンの低抵抗層を通
じて引き出すために、下部電極膜を単結晶シリコン上に
作製しているが、その薄膜コンデンサの絶縁特性は実施
例１と同様に優れていることを確認した。
じて引き出すために、下部電極膜を単結晶シリコン上に
作製しているが、その薄膜コンデンサの絶縁特性は実施
例１と同様に優れていることを確認した。
また、コンタクトホールを多結晶シリコンで埋め、その
上に下部電極として導電性５ｒＴｉＯ。
上に下部電極として導電性５ｒＴｉＯ。
膜を形成しても良い。このとき、多結晶シリコン上に直
接、絶縁性Ｓ ｒ Ｔ ｉ Ｏｍ膜を形成すると界面に
低誘電率の酸化シリコン層などが形成されるため、見か
け上の誘電率は絶縁性５ｒＴｉＯ，膜の膜厚に大きく依
存し、膜厚が小さい領域では誘電率は低下する。本発明
の導電性５ｒＴｉＯ，膜を用いた場合、誘電率は絶縁性
５ｒＴｉ○、膜の膜厚に依存せず約２００で一定の値と
なった。
接、絶縁性Ｓ ｒ Ｔ ｉ Ｏｍ膜を形成すると界面に
低誘電率の酸化シリコン層などが形成されるため、見か
け上の誘電率は絶縁性５ｒＴｉＯ，膜の膜厚に大きく依
存し、膜厚が小さい領域では誘電率は低下する。本発明
の導電性５ｒＴｉＯ，膜を用いた場合、誘電率は絶縁性
５ｒＴｉ○、膜の膜厚に依存せず約２００で一定の値と
なった。
（実施例３）
第４図は実施例３の薄膜コンデンサの構造図である。シ
リコン基板１３上に絶縁層として酸化シリコン膜１４が
形成され、酸化シリコン膜１４上に下部電極１５として
ＰｄｗＫを形成し、下部電極１５上に誘電体膜１６とし
て絶縁性５ｒＴｉＯ，−膜が形成され、誘電体膜１６上
に上部電極１７として、導電性５ｒＴｉ○、膜が形成さ
れている。
リコン基板１３上に絶縁層として酸化シリコン膜１４が
形成され、酸化シリコン膜１４上に下部電極１５として
ＰｄｗＫを形成し、下部電極１５上に誘電体膜１６とし
て絶縁性５ｒＴｉＯ，−膜が形成され、誘電体膜１６上
に上部電極１７として、導電性５ｒＴｉ○、膜が形成さ
れている。
比較として上部電極としてＡ１膜を用いた場合、Ｎ８雰
囲気中で９００℃、３０分熱処理を行うとリーク電流が
増大し絶縁特性が著しく低下した。
囲気中で９００℃、３０分熱処理を行うとリーク電流が
増大し絶縁特性が著しく低下した。
しかしながら、上部電極として導電性５ｒＴｉ○、膜を
用いることにより、薄膜キャパシタ形成後の９００℃の
熱処理プロセスにも酎えられることが確認された。
用いることにより、薄膜キャパシタ形成後の９００℃の
熱処理プロセスにも酎えられることが確認された。
（実施例４）
第５図は実施例４の薄膜コンデンサの構造図である。シ
リコン基板１８に絶縁層として酸化シリコン膜１９が形
成され、酸化シリコン膜１９上に下部電極２０として導
電性５ｒＴｉＯ，膜が形成され、下部電極２０上に誘電
体膜２１として絶縁性５ｒＴｊＯ，膜が形成され、誘電
体膜２１上に上部電極２２として、導電性Ｓ ｒ Ｔ
１０ ｓ膜が形成されている。この構造においても優れ
た絶縁特性を有することを確認した。上部電極、下部電
極として共に導電性５ｒＴｉＯ，膜を用いることで、ま
ず、素子を形成した段階での薄膜コンデンサの絶縁特性
が従来のシリコン電極、金属電極を用いた場合と比べて
良好であり、また、素子形成後、熱処理プロセスを施し
ても特性劣化がなく、高い容量密度と優れた絶縁特性を
有しシリコン集積回路に適応可能な薄膜コンデンサが実
現される。また、酸化シリコン膜の代わりにシリコン電
極を用いた場合も同様の結果が得られた。
リコン基板１８に絶縁層として酸化シリコン膜１９が形
成され、酸化シリコン膜１９上に下部電極２０として導
電性５ｒＴｉＯ，膜が形成され、下部電極２０上に誘電
体膜２１として絶縁性５ｒＴｊＯ，膜が形成され、誘電
体膜２１上に上部電極２２として、導電性Ｓ ｒ Ｔ
１０ ｓ膜が形成されている。この構造においても優れ
た絶縁特性を有することを確認した。上部電極、下部電
極として共に導電性５ｒＴｉＯ，膜を用いることで、ま
ず、素子を形成した段階での薄膜コンデンサの絶縁特性
が従来のシリコン電極、金属電極を用いた場合と比べて
良好であり、また、素子形成後、熱処理プロセスを施し
ても特性劣化がなく、高い容量密度と優れた絶縁特性を
有しシリコン集積回路に適応可能な薄膜コンデンサが実
現される。また、酸化シリコン膜の代わりにシリコン電
極を用いた場合も同様の結果が得られた。
上記のいずれの実施例においても５ｒＴｉＯ。
膜はイオンビームスパッタ法を用いた。高誘電率薄膜お
よびその酸素欠損による導電性酸化物薄膜を形成するた
めに用いたイオンビームスパッタ装置はカウフマン型イ
オン源、ニュートラライザ。
よびその酸素欠損による導電性酸化物薄膜を形成するた
めに用いたイオンビームスパッタ装置はカウフマン型イ
オン源、ニュートラライザ。
基板加熱機構を装備し、基板付近には○８．○、。
Ｈ，Ｏ等のガスの導入口がある。チャンバー内の真空度
をＩ Ｘ １０−’〜５ Ｘ １０−’Ｔｏ ｒ ｒ、
イオン源の８力を５００〜１３００Ｖ、１０〜８０ｍＡ
とし、ターゲットに化学量論組成の５ｒＴｉ○３ を用
いて基板温度３００℃〜７００℃で成膜したときの５ｒ
ＴｉＯ，の成膜速度は１０〜４０人／ ｓ ｅ ｃであ
る。
をＩ Ｘ １０−’〜５ Ｘ １０−’Ｔｏ ｒ ｒ、
イオン源の８力を５００〜１３００Ｖ、１０〜８０ｍＡ
とし、ターゲットに化学量論組成の５ｒＴｉ○３ を用
いて基板温度３００℃〜７００℃で成膜したときの５ｒ
ＴｉＯ，の成膜速度は１０〜４０人／ ｓ ｅ ｃであ
る。
まず、○、を導入しないで５ｒＴｉＯ，を成膜すると導
電性の薄膜が形成される。例えば、膜厚３５００人の時
、シート抵抗は１００Ω／口であり、十分な導電性を有
する。Ｘ線回折法により５ｒＴｉ○３のピークが確認さ
れて結晶化している。膜は黒色を呈しており、ラブフォ
ード後方散乱法により化学量論組成よりＯが少ないこと
がわかった。
電性の薄膜が形成される。例えば、膜厚３５００人の時
、シート抵抗は１００Ω／口であり、十分な導電性を有
する。Ｘ線回折法により５ｒＴｉ○３のピークが確認さ
れて結晶化している。膜は黒色を呈しており、ラブフォ
ード後方散乱法により化学量論組成よりＯが少ないこと
がわかった。
従来用いられている高周波スパッタ法では基板がプラズ
マに曝されているため、ターゲットからスバッタされた
○原子が活性化され膜内に十分取り込まれてしまう。し
たがって、上記のような酸素欠損のために導電性を有す
る酸化物薄膜の形成は不可能であった。しかし、イオン
ビームスパッタ法ではプラズマはイオン源の内部にほぼ
とどまっており、スパッタされた粒子がプラズマにより
活性化されることは少ないので、絶縁体のターゲットか
ら導電性酸化物の薄膜が形成されると考えられる。
マに曝されているため、ターゲットからスバッタされた
○原子が活性化され膜内に十分取り込まれてしまう。し
たがって、上記のような酸素欠損のために導電性を有す
る酸化物薄膜の形成は不可能であった。しかし、イオン
ビームスパッタ法ではプラズマはイオン源の内部にほぼ
とどまっており、スパッタされた粒子がプラズマにより
活性化されることは少ないので、絶縁体のターゲットか
ら導電性酸化物の薄膜が形成されると考えられる。
○、を１×ｌ〇−“Ｔｏｒｒ導入すると良好な絶縁性を
有する５ｒＴｉ○＝薄膜が形成される。例えば、基板温
度５４０℃、膜厚５００人で誘電率は２００となった。
有する５ｒＴｉ○＝薄膜が形成される。例えば、基板温
度５４０℃、膜厚５００人で誘電率は２００となった。
この膜もＸ線回折法により５ｒＴｉｏ、のビークが確認
された。０１分圧が１×１０”−’Ｔｏｒｒになるまで
Ｏ，を流しても絶縁性に変化はなかった。第６図は０１
分圧と誘電体膜の抵抗率の関係を示したグラフである。
された。０１分圧が１×１０”−’Ｔｏｒｒになるまで
Ｏ，を流しても絶縁性に変化はなかった。第６図は０１
分圧と誘電体膜の抵抗率の関係を示したグラフである。
０１分圧がｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒより小さければ導電性
の膜が形成される。すなわち、本発明のごとくイオンビ
ームスパッタ法を用い雰囲気を制御することによって導
電性および絶縁性の酸化物薄膜が形成でき、これによっ
て上記実施例のごとき構造が実現できる。
の膜が形成される。すなわち、本発明のごとくイオンビ
ームスパッタ法を用い雰囲気を制御することによって導
電性および絶縁性の酸化物薄膜が形成でき、これによっ
て上記実施例のごとき構造が実現できる。
本発明は以上説明したように、薄膜コンデンサの下部電
極、あるいは上部電極に、高温プロセスで表面荒れや誘
電体との反応を起こさず、しかも誘電体形成と類似の作
製プロセスで形成できる酸素欠損を有する導電性酸化膜
を用いることにより、絶縁特性に優れた薄膜コンデンサ
を容易に提供することができる。また、従来のシリコン
電極のように誘電体との界面に低誘電率層を形成するこ
とがないので、誘電体膜の膜厚に依存せず一定の高い誘
電率を実現することができる。
極、あるいは上部電極に、高温プロセスで表面荒れや誘
電体との反応を起こさず、しかも誘電体形成と類似の作
製プロセスで形成できる酸素欠損を有する導電性酸化膜
を用いることにより、絶縁特性に優れた薄膜コンデンサ
を容易に提供することができる。また、従来のシリコン
電極のように誘電体との界面に低誘電率層を形成するこ
とがないので、誘電体膜の膜厚に依存せず一定の高い誘
電率を実現することができる。
第１図、第３図、第４図、第５図はそれぞれ実施例に示
す薄膜コンデンサの側面断面図、第２図（ａ）、（ｂ）
は絶縁破壊強度のヒストグラム図、第６図は０１分圧と
抵抗率の関係を示した図である。 １．６，１３．１８・・・シリコン基板２．８，１４．
１９・・・酸化シリコン膜３．１０，１５．２０・・・
下部電極 ５．１２，１７，２２・・・上部電極 ４．１１，１６．２１・・・絶縁体膜 特許出願人 日本電気株式会社
す薄膜コンデンサの側面断面図、第２図（ａ）、（ｂ）
は絶縁破壊強度のヒストグラム図、第６図は０１分圧と
抵抗率の関係を示した図である。 １．６，１３．１８・・・シリコン基板２．８，１４．
１９・・・酸化シリコン膜３．１０，１５．２０・・・
下部電極 ５．１２，１７，２２・・・上部電極 ４．１１，１６．２１・・・絶縁体膜 特許出願人 日本電気株式会社
Claims (2)
- （１）基板上に下部電極，誘電体膜，上部電極が順次積
層された構造の薄膜コンデンサであって、誘電体は、化
学式ＡＢＯ＿３で表わされ、 Ａは、Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料、あるいはＢｉ＿４Ｔｉ＿３Ｏ＿１＿２からな
るものであり、 下部電極および上部電極の少なくとも一方は、化学式Ａ
ＢＯ＿３＿８で表わされ、 Ａは、Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料（ただし０＜δ＜３）あるいはＢｉ＿４Ｔｉ＿
３Ｏ＿１＿２＿８（ただし０＜δ＜１２）の導電性酸化
物からなるものであることを特徴とする薄膜コンデンサ
。 - （２）導電性酸化薄膜を形成する工程と、絶縁性酸化薄
膜を形成する工程とを有し、下部電極，誘電体膜，上部
電極が順次積層された薄膜コンデンサを製造する方法で
あって、 導電性酸化薄膜を形成する工程は、下部電極および上部
電極を形成する工程であり、ターゲットに化学式ＡＢＯ
＿３で表わされる材料を用い、イオンビームスパッタ法
により上部電極あるいは下部電極として酸素欠損による
導電性酸化薄膜を形成するものであり、 Ａは、Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料もしくはＢｉ＿４ＴｉＯ＿１＿２であることを
特徴とする薄膜コンデンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29498390A JPH0652775B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP29498390A JPH0652775B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04167554A true JPH04167554A (ja) | 1992-06-15 |
| JPH0652775B2 JPH0652775B2 (ja) | 1994-07-06 |
Family
ID=17814830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29498390A Expired - Lifetime JPH0652775B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0652775B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5530279A (en) * | 1993-03-17 | 1996-06-25 | Nec Corporation | Thin film capacitor with small leakage current and method for fabricating the same |
| US5986301A (en) * | 1995-01-27 | 1999-11-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thin film capacitor with electrodes having a perovskite structure and a metallic conductivity |
| US6897987B2 (en) | 1996-12-20 | 2005-05-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Image reading apparatus |
-
1990
- 1990-10-31 JP JP29498390A patent/JPH0652775B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5530279A (en) * | 1993-03-17 | 1996-06-25 | Nec Corporation | Thin film capacitor with small leakage current and method for fabricating the same |
| US5670408A (en) * | 1993-03-17 | 1997-09-23 | Nec Corporation | Thin film capacitor with small leakage current and method for fabricating the same |
| US5986301A (en) * | 1995-01-27 | 1999-11-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thin film capacitor with electrodes having a perovskite structure and a metallic conductivity |
| US6897987B2 (en) | 1996-12-20 | 2005-05-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Image reading apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0652775B2 (ja) | 1994-07-06 |
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