JPH04181766A - 電子部品 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発朋は、薄膜コンデンサ等の電子部品に係シ、特にペ
ロブスカイト型の結晶構造を有する誘電体薄膜を用いた
電子部品に関する。

（従来の技術） 最近強誘電体薄膜を使用した電子部品の開発が注目さｎ
ている。

例えば、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモＩＪ
　（ＤＲＡＭ）＝２はじめとする、半導体集積回路の大
容量化、高集積化がすすむにつれ、メモリφセルに２い
てコンデンサが占める面積の割合が大きくなってきてい
る。このため、例えば４ＭビットＤＲＡＭにおいては、
メモリ・セル内のコンデンサとして、スタック型、トレ
ンチ型等の３次元構造が採用されるようになっているが
、今後さらに集積化が進むことが予想されておプ、メモ
リ・セルの構造はますます複雑になることが予想されて
いる。

これに対し、シリコンの酸化物や窒化物を誘電体として
使用する替わりに、大きな誘電率をもつ誘電体を使用す
ることにより、；ンデンサの構造を簡単にすることが検
討されている。例えば典聾的な強誘電体であるジルコン
酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の誘電率は５００以上であり、
小さな電極面積であっても大きな電荷を蓄積することが
可能である。

また強誘電体コンデンサを使って、不揮発性のＲＡＭ１
作ること４検討されている。これは強誘電体は電界と分
極の間にヒステリンス特性ｆｔ待つことを利用したもの
で、強誘電体コンデンサには電圧をゼロに戻しても印加
した電圧の向きに応じた残留分極が保持される。−極に
残留する電荷の向きを例えば“０”と“１”に対応させ
ることにより、強誘電体コンデンサにデジタル情報音記
憶させることができる。

これ以外にも、強誘電体薄ＩＮを使用した電子部品とし
て、薄膜コンデンサ、焦電センサ４Ｍ圧電振動子、薄膜
光導波路をおけることができる。

従来強誘電体としてはチタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸
バリウム、チタン＃！ビスマスなどを薄膜にしたものが
使用されており、この強誘電体薄膜の両面を電極で挟ん
だ構造”のものが使用さｎている。強誘電体薄膜は、ゾ
ル−ゲル法、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法等によっ
て形成することがでさ、抗電界と仕様電圧の関係で３０
００＾から１００００Ａ程度の厚さで使用さｒＬること
か多い。

ところで強誘電体薄膜を挟む電極、特に基板側に位置す
る下地電極の材料としては、現在白金が最も多く使用さ
ｎている。そＯ理由は、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン
酸バリウム、チタン散ビスマスなどの複合酸化物が犬さ
な強誘電性を示すのには、ペロブスカイト型、層状ベロ
ゲスカイト型、タングステンブロンズ型などの給晶構逍
全とることが必要であり、これらの酸化層が結晶化する
５つには最低でも４００−５００℃の温度が必要とされ
ている几めである。白金は、こｎらの酸化物と反応しに
くい数少ない金属の一つであるため、薄膜成長の際の下
地としてしばしば使用さｔし、薄膜形成後はそのまま強
誘電体コンデンサの電極として使用されている。

（発明が解決しようとする課題） にくいという問題がめった。これは例えばチタン酸ジル
コン酸鉛では強誘電性を示すペロブスカイト型の結晶構
造に代え、強誘電性を示芒ないバイロクロア構造の結晶
が生成し易い丸めである。従って高い誘電率、強誘電性
などの所望の特性が得られなかった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、ペロブス
カイト型の結晶構造を有する誘電体層を得やすい構造を
有する電子部品を提供することを目的とする。

〔発明の構成］ （発明を解決するための手段及び作用）本発明は、基板
上に、下地電極を介して形成された、ペロブスカイト型
の結晶構造を有する誘電体層が形成された電子部品にお
いて、前記下地電極が、Ｐｔを主体とし、Ｔｉ　、Ｚｒ
、Ｔａ、Ｗ、　Ｍｏ及びＮｂの少なくと吃−徨を含有す
ることを特徴とする電子部品であり、この下地電極を用
いることで、その上に形成される誘電体層はペロブスカ
イト型の結晶構造をとり易くなる。

基板の形態としては、上記の組成を有する下地電極金属
の板でも良く、または絶縁体基板やＳｉ等の半導体基板
の上に上記の組成を有する金属の薄ＪＪｌＮをスパッタ
リングなどで形成したものでも良い。

絶縁体基板としては、サファイアや酸化マグネシウム、
チタン酸ストロンチウムなどの単結晶やシリコン単結晶
、表面に酸化膜の付いているシリコン単結晶などをあけ
ることができる。

ベロゲスカイト型の結晶構造を有する誘電体材料として
は、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタ
ン酸カルシウム、チタン酸鉛などのチタン酸塩や、チタ
ン酸ジルコン酸鉛、ＰＬＺＴなどのチタン酸ジルコン酸
塩などの強誘電体があげられる。

さて下地電極であるが、譲状とする場合、最低でも２０
０Ａ以上が必要である。あまり薄いと基板の影響が現わ
れ、例えば８１基板を用いた場合、Ｓｌが電極中に拡散
し下地電極表面にＳｉの酸化層ができるなどで下地電極
の効果が薄れる。

下地電極を構成する主体は白金（Ｐｔ　）であり、結晶
化に必要な温度領域で酸化物との反応性が低く、誘電体
膜が形成しやすい。添加するＴｊ、Ｚｒ。

Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ及びＮｂの少なくとも一種の元素は、べ
ロブスカイト型の結晶を得るために必要であり、少なく
とも１ａｔｓ以上であることが好ましい。

あまり多いとｐｔの効果が低下するため、多くて本３５
ａｔ％までであることが望ましい。

また下地電極と基板との間に拡散防止用の導電層を介在
させることもできる。誘電体層の結晶化のだめの高温下
で、基板側から電極への拡散、例えばＳｉ基板からの３
１の拡散を防止することで、誘電体層のペロブスカイト
型化という下地電極の効果を保護することができる。更
に下地電極と基板との接着性向上を図ることもできる。

これも２００Ａ以上椙度が好ましい。あまり厚くてもか
えって剥離等の問題が生じるため、実用上は２０００Ａ
以下が好ましい。この導電層は特に限定されないが金属
、窒化物、炭化物、硼化物、硅化物等が挙げられ、Ｔｉ
Ｎ　、　Ｔａｘｉ　　等の下地電極を構成する元素を構
成元素として含有する本のが好ましい。下地電極と一体
的に電極となり、例えば半導体基板に設けられたトラン
ジスタなどの素子に電気的に接続されるため、導電率は
高い方が良い。

本発明電子部品は、上記下地電極上にペロブスカイト型
の誘電体層が形成された構造を有していれば良く、例え
ば薄膜コンデンサ、焦電センサ、圧電振動子、光導波路
、圧電フィルタなどがあげられる。またこのコンデンサ
を具備した半導体素子４挙げられる。この場合、用いる
基板Ｆ′ｉ、ｓｉ等の半導体基板であり、その基板内に
はトランジスタなどの素子が作りこまれていることにな
る。

（実施例） 以下に本発明の詳細な説明する。

まずシリコン単結晶基板の表面を熱酸化し、シリコン酸
化膜を形成したものを基板として使用した。この表面を
十分洗浄し、清浄化した上ＫＲＦマグネトロンスパッタ
リング法によりチタンを含む白金の薄膜を形成した。こ
の際、白金のターゲットとチタンのターゲットを個別に
用意し、それぞれのターゲットから同時にス／々ツタす
ることにより白金・チタンの金属膜を形成した。白金と
チタンの比率は、二つのターゲットに印加する高周波電
力の比率を独立に制御することにより変化させた。第１
表に白金チタン薄膜のスパッタリングの条件を示す。

第１表　白金チタンのスパッタリング条件方式　　　２
元ＲＦマグネトロンスパッタターゲット　１）水冷Ｃｕ
製プレートに、Ｉｎでボンディングされ之直径５インチ
の 白金ターゲット ２）水冷ＣｕＭプレートに、Ｉｎでボ ンディングされた直径５インチの チタンターゲット 基板温度　室温 スパッタガス　　アルゴン ガス圧　　０．８Ｐａ 基板距離　１３５■ スパッタ時間　４０分 白金のターゲットに印加する高周波電力は３００Ｗとし
、チタンに印加する電力をＯＷから４５０Ｗまで変えて
、何株類かの異なる比率を有する白金チタン亮板を作製
した。このようにして得られた白金チタン編の組成は、
白金チタン膜を王水とフッ化水素酸との混合溶液により
溶かし、誘導結合プラズマ発光分光分析法で白金とチタ
ンの比率を足置分析することにより調べた。

次に上述した方法で作製した白金チタン同時スパッタ膜
の上に、ＲＦマグ坏トロンスバ７タリノグ法により強誘
電体の薄膜を成長させた。ターゲットとしては、ジルコ
ン酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ、）７Ｔ１゜３）０．の粉末
を１２００℃で焼結したものを使用した。着た、成層中
に生じる鉛原子（もしくは酸化鉛）の再蒸発による組成
ずれを補償するため、酸化鉛ＰｂＯの焼結体をターゲッ
トとし、ジルコン酸チタン酸鉛のターゲットと併せて２
元スパッタリング法を使用した。第２表にジルコン酸チ
タン酸鉛のスパッタリング条件を示す。

第２表　ジルコン酸チタン酸鉛のスパッタリング条件 方式　　　２元ＲＦマグネトロンスパッタターゲット　
１）水冷Ｃｕ製プレートに、Ｉｎでボンディングされた
直径５インチの ジルコン酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒｏ７ ＴＩ。３）０３の焼結体ターゲット ２）水冷Ｃｕ製グレートに、Ｉｎでボ ンディングさ几たぼ径５インチの 酸化鉛ｐｂｏ焼帖体ターゲット 基板温度　５００℃ スパッタガス　　Ｃアルゴン流量）／（酸素流１）＝８
０／２０ガス圧　　１．２　Ｐａ 基板距離　１３５■ 高周波電力　１）ジルコン酸チタ／酸鉛：４００Ｗ２ン
酸化鉛：２００Ｗ スパッタ時間　８時間 上述した条件で作製したジルコン酸チタン酸鉛薄膜につ
いて、その結晶構造を調べるためにＸ線回折を行った。

Ｘ線の波長としてはＣｕＫαを使用した。

第１因（５）に、白金とチタンの比率Ｔｉ／Ｐｔ＝０の
基板の上に上記の条件で作製したジルコン酸チタン酸鉛
のＸ線回折パターンを示す。所望のペロブスカイト型構
造（ａ＝４．ｌＡの立方格子、もしくはこれが僅かに歪
んだ構造〕からの回折は得られず、変わりにパイロクロ
ア構造からの回折と思われるピークが現れている。なお
２ｄ＝４０°に見られるピークはジルコン酸チタン酸鉛
の薄膜が薄いためにこれを透過して、下地の白金膜から
回折したＸ線が観察さｎているものと考えられる。さら
にこの薄膜の上に電極として金を蒸着し、２００μｍＸ
２００μｍの電極面積を持つコンデンサを作製し、この
コンデンサについてソーヤタワー回路で電気変位りと電
界Ｅの関係を５ｏＨｚで評価したところ、強誘電坏に特
有なヒステリシス曲線は観察されなかった。

第１図（曇から第１図のに、白金とチタンの比率Ｔｉ／
Ｐｔ＝０．０１７，０．１３５，０．１４９，０．１６
５，０．２１７でめる基板の上に、上記の条件と同一の
条件で作製したジルコン酸チタン酸鉛のＸ線回折パター
ンを示す。いずれのパターンにおいても、ペロブスカイ
ト型構造からの回折と考えらｎるピークとして、　（１
００）（１１０）（１１１ン（２００）（２１０）（２
１１）の各面から回折と考えらねるピークがみられ、所
望のペロブスカイト型の結晶構造が傅られでいる。その
かわりに白金だけの基板を使用したときＫは強く現れて
いたパイロクロア構造からの回折と思われるピークは消
滅し、得られたジルコン酸チタン酸鉛がほぼペロブスカ
イトの単相トなっているものと考えられる１、なお２θ
＝３９．９゜（ｄ”’　２．、２５　Ａ　）および２θ
＝４６．４°（ｄ＝１．９５Ａ）に見られるピークはジ
ルコン酸チタン酸鉛の薄膜が薄いためにこれを透過して
、下地の白金膜から回折したＸ線が観察されているもの
と考えられる。

なおこれらの薄膜に電極として金を蒸着し、強誘電体薄
膜を金属で挾みコンデンサ構造にした吃のを作製した。

コンデンサの電極面積は２００μｍＸ２００μｍ、強誘
電体薄膜の厚さは０．７μｍである。

ソーヤタワー回路で評価したところ、強誘電体に特有な
ヒステリシス曲線がいずれの試料においても観察された
。第２図にソーヤタワー回路で評価した、白金とチタン
の比率がＴ　ｉ　／Ｐ　ｔ　＝０．１４９である基板の
上に成膜された、ジルコン酸チタン酸鉛のＤ−Ｅヒステ
リシス曲線を示す。この膜においては、残留分極がα１
　ｓ　ｃ／ｗｒ　１　　抗電界が６．５Ｖ／μｍであっ
た。

第１図（ｑおよび第１図（ハ）に、白金とチタンの比率
Ｔ　ｉ　／Ｐ　ｔ＝０．３１６および０．４７１である
基板の上に、上記の条件と同一の条件で作製したジルコ
ン酸チタン酸鉛のＸ線回折パターンを示す。基板として
Ｔｉ／Ｐｔ＝０．３１６の比率の白金チタン族を使用し
たものはＰｂ、Ｏ，のピークが強く、一方ＴＩ／Ｐｔ＝
０．４７１の比率の白金チタン膜を使用したものはＰｂ
０Ｌ４４のピークが強く現れた。しかしながら、所望の
ジルコン酸チタン酸鉛のペロブスカイト型の結晶構造は
ほとんど得られなかった。

なおこれらの薄膜に電極として金を蒸着し、コンデンサ
構造にした本のをソーヤタワー回路で評価したところ、
漏れ電流が大きすぎるために強誘電体に特有なヒステリ
シス曲線は観察されなかった。

以上の実験結果を第３表にまとめた。

＋ｉ世士 同様にしテＮｂ　、　Ｔａ　、　Ｗ、　Ｍｏ　′ｔ−含
む白金の薄膜を２元ＲＦマグネトロンスパッタリング法
によシ作製し、ジルコン酸チタン酸鉛の下地電極として
使用した。作製された下地電極膜の組成（Ｐｔと各金属
元素との比率）、その上に形成されたジルコン酸チタン
酸鉛の結晶構造、強誘電特性の有無について第３表に示
す。いずれの元素について４強誘電性を有するジルコン
酸チタン酸鉛の薄膜形成に効果があることが確認された
。

以下余白 第３表　（Ｔｉ　、Ｎｂ、Ｗ、Ｗ、Ｍｏ）／Ｐｔ　ノ比
率と結晶構造、強誘電特性の関係 Ｔｉ／Ｐｔ　　　　Ｏ，０００パ（ｏりｏ７　　　　’
ｌ　　Ｌｌ　　　　　　’０．０１７　　　ペロブスカ
イト　　あ　リ＃　　　　　　０．１３５　　　ペロブ
スカイト　　め　リ＃　　　　　　０．１４９　　　ペ
ロブスカイト　　あ　リ＃　　　　　　０．１６５　　
　ペロブスカイト　　あ　リＩ　　　　　α２１７　　
ペロブスカイト　　あ　リ１　　　　　　　　０．３１
６　　　　Ｐｂ、０４　　　　　　　　な　　し１　　
０．４７１　　ＰｂＯ３，４４なしＮｂ／Ｐｔ　　　　
　Ｏ，１３９ペロブスカイト　　あ　りＴａ／Ｐｔ　　
　　Ｏ，０９９ペロブスカイト　　あ　リＷ７Ｐｔ　　
　　　Ｏ，１０６ペロブスカイト　　あ　リＭｏ／Ｐ　
ｔ　　　　Ｑ、　１７９　　　ペロブスカイト　　あ　
リＴ２の場合は、ｌａｔ％〜３Ｑａｔ％程度が適量と考
えられる。

次にＰ　ｔ　／Ｔ　ｉと同様にしてＰｔ／Ｚｒの場合に
ついても誘電体層を下記の条件で作成した。

第４表　白金ジルコニウムのスパッタリング条件 方式　　　２元ＲＦマグ坏トロンスパッタターゲット　
１）Ｃｕプレートにインジウム・ボンディングされた直
径５インチの白金 円板 ２）Ｃｕプレートにインジウム・ボン ディングされた直径５インチのジル コニウム円板 基板温度　室温 雰囲気　　アルゴンガス、０．８Ｐａ スパッタ時間　４０分 白金のターゲットに印加する高周波電力を３００ＷＫ固
定り、、ジルコニウムのターゲットに印加する電力１０
Ｗから３５０Ｗまで変化させて様々な組成比の白金ジル
コニウム基板を作成した。組成はＩＣＰプラズマ分光法
による定量分析で決定した。

また、Ｘ線回折法でＰｔ（ｆｃｃ）構造の有無とその格
子定数を調べたところ、ジルコニウムのターゲットに印
加する電力がＯＷから２５０Ｗの範囲で主相としてＰｔ
（ｆｃｃ）構造が得られた。また、印加電力ＱＷで格子
定数は２．２７Ａであった。そして格子定数はジルコニ
ウムのターゲットに印加する電力の増大と共に線形に増
加し、２５０ＷではＬ３３Ａになった。

次に上述の方法で作成した白金ジルコニウム薄膜上にＲ
Ｆマグネトロンバッタ”リング法によりジルコン酸チタ
ン酸鉛の薄膜を成長させた。この際、ジルコン酸チタン
酸鉛ＣＰ　ｂ　（Ｚ　”、、７Ｔ　’　ｃＬ！　）　Ｏ
ｉ　］　　Ｏ焼結体ターゲットと酸化鉛ＰｂＯの焼結体
ターゲットを個別に用意し、２ターゲツトによる同時ス
パッタリングをおこなった。酸化鉛ターゲットは鉛の蒸
発による組成ずれを補償するために用いている。第５表
にジルコン酸チタン酸鉛薄膜のスパッタリング条件を示
す。

第５表　ジルコン酸チタン酸鉛のスパッタリング条件 方式　　　２元ＲＦマグネトロンスパンタターゲノト　
１）Ｃｕプレートに樹脂ボンディング場れ九直径５イン
チのジルコン酸チ タン酸鉛［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ、）ｏ、　）　ｔｙ）焼結
体円板 ２）Ｃｕプレートに樹脂ボンディング された直径５インチの酸化鉛ＰｂＯの 焼結体円板 基板温度　６５０℃ 高周波電力　１）ジルコン酸チタン酸鉛：４００Ｗ２）
酸化鉛：　２５　Ｑｗ 雰囲気　　アルゴン・酸素混合ガス〔流量比０３／　（
Ａ　ｒ　＋Ｏｔ　）　＝　０．２３１．ＯＰａスパッタ
時間　８時間 上述の同時スパッタリングで作成した試料の結晶構造を
Ｘ線回折計を用いて調べた。単色Ｘ線としてＣｕのにα
線を使用した。

第３図（５）に組成比Ｚｒ／Ｐｔ＝Ｏの白金ジルコニウ
ム基板上に作成したジルコン酸チタン酸鉛のＸ線回折チ
ャートを示す。所望のペロブスカイト構造（格子定数４
．１Ａの立方晶、またはこれが僅かに歪んだ構造）は得
られず、パイロクロア相のピークが現れた。なお、Ｆ’
１ｌｉｉ）　　のピークは下地基板のものである。この
試料上に盃／クロム［極を蒸着し、交流電場に対する誘
電分極の変化を測定したが、強誘電体に特有のヒステリ
シスループは観察されな刃１つだ。

第３図（［３１から第３図（ＩｌｌｌｌＫ組成比Ｚ　ｒ
　／Ｐ　ｔ　＝０．００２　。

０．１０８　、０．２３５の白金ジルコニウム基板上に
上述の同時スパッタで作成したジルコン酸チタン酸鉛の
Ｘ線回折チャートを示す。いずれのパターンでも所望の
ペロブスカイト構造に：る回折ピークが観察された。な
お、Ｐｔ−Ｚｒ（ｆｃｃＨｌｌｌ）のピークは下地基板
のものである。これらの薄膜表面に一辺２００μｍの正
方形の金／クロム電極を蒸着し、ソーヤタワー回路を用
いて交流電場に対する誘電分極の変化を測定したところ
、３試料すべてで強誘電体に特有のヒステリシス環線が
観察された。

第６図にＺｒ／Ｐｔ＝ｏ、ｘｏｓの試料のＤ−Ｅヒステ
リシス ））シスＸ線を示した。この膜では残留分極１．４３Ｃ
／−１抗電場１．９２ＭＶ／譚であった。

第３図（Ｅ）に組成比Ｚ　ｒ　／　Ｐ　ｔ　＝　０．２
　ｇ　４の白金ジルコニウム基板上に作成したジルコン
酸チタン酸鉛のＸｍ回折チャートを示す。所望のペロブ
スカイト構造は得られず、ジルコニア（ＺｒＯ２）　　
などが生成した。なお、Ｐｉ−Ｚｒ（ｆＣＣ）（１１１
）、（２００）のピークは下地基板のものである。この
試料上に金／クロム電極を蒸着し、交流電場に対する誘
電分極の変化を測定したが、十分な絶縁性がなく、舎 強誘電体に特有のヒステリシス管線は観察されなかった
。

以上のように組成比Ｚｒ／Ｐｔ７＞Ｅｏ、００２，０．
１０８゜α２３５ではペロブスカイト構造が得られ、強
誘電性も確認された。一方、組成比Ｚｒ／ＰｔがＯおよ
びα２９４ではペロブスカイト構造が得られず、強誘電
性４ｍ察されなかった。従ってＺｒの場合はＺ　ｒ　／
Ｐ　ｔ　＝０．００２〜α２８程度が好ましいことがわ
かる。

次に第５図に示すような、拡散防止用の導電層を形成し
た実施例について詳細て説明する。

第５図は本発明の薄膜コンデンサ構造の模式図である。

工程と合わせて説明する。

基板としては、シリコン単結晶基板およびその表面を熱
酸化し、シリコン酸化膜を形成したものを用いた。表面
を洗浄処理した後、ＲＦ反応マグネトロンスパッタリン
グ法によシ窒化チタニウム薄膜を形成した。ターゲット
としては４１１φの金属チタニウムを用い、水冷された
Ｃｕ製プレートにボンディングした。スパッタ条件を表
６に示す。

表６　窒化チタニウムのスパッタリング条件 ターゲット　水冷Ｃｕ製プレートにボンディングされ九
直径４インチのＴｊメタ−ット 基板温度　２００℃ ガス　　　Ａ　ｒ　／Ｎ。

ガス圧　　０．５　Ｐａ ト関距離 高周波電力　　４００Ｗ 厚さ　　　１０００人 次に窒化チタニウム薄膜上にＲＦマグネトロンスパッタ
リング法により白金とチタニウムから成る下地電極層を
形成した。この際、白金のターゲットとチタニウムのタ
ーゲットは個別に用意し、それぞれのターゲットから同
時にスパッタリングすることにより白金とチタニウムか
ら成る金属薄膜を形成した。白金とチタニウムの含有比
率は、各々のターゲットに印加する高周波電力量により
制御した。スパッタ条件を表７に示す。

表７　白金チタニウムのスパッタリング条件 ターゲット　■水冷Ｃｕ製プレートにボンディングされ
九直径４インチのＰｉターゲット ■水冷Ｃｕ製プレートにボンディング された直径４インチのＴｉターゲット 基板温度　６００℃ ガス　　　λｒ ガス圧　　０．５　Ｐａ ゲット間距離 高周波電力　■Ｐｔ：４００Ｗ ■Ｔに〇〜４００Ｗ 厚さ　　　２０００Ａ こうして白金とチタニウム含有量の異なる下地電極層を
数種類作成した。白金とチタニウムの比率は、金属薄膜
を王水とフッ化水素酸との混合溶液によって溶解し、誘
導結合プラズマ発光分光分析法で定量した。

上述した方法で作成した白金とチタニウムρ・ら成る下
地電極層について、結晶構造と配向性をＸ線回折により
評価した。比較例として、７１Ｊコン単結晶基板の表面
に白金とチタニウムから成る下地電極層を形成したもの
を作成した。

Ｘ線回折パターンから、チタニウム含有量がＯａｔｍ％
から５０ａｔｒｒｌｔですべて（Ｉｌｌ）配向したＰｔ
−Ｔｉ薄膜であった。しかしく２２２）ピークのロッキ
ングカーブの半値全幅は、窒化チタニウム層を形成しな
い比較例では約４°なのに対し、窒化チタニウム層を形
成した実施例では約２°であり、窒化チタニウム層を形
成することにより下地電極層の配向性が向上することが
わかった。さらにこれらの試料の薄膜の剥離強度を測定
したところ、窒化チタニウム層を形成しない比較例では
チタニウム含有量が□ａｔｃｎ％ではかなり弱く、チタ
ニウム量が増えると強度は高くなった。窒化チタニウム
層を形成した実施例では剥離強度はチタニウム含有量が
Ｏａｔｍ％から５Ｑａｔｍ％　まで比較例よりも強度は
高かった。これより窒化チタニウム層がシリコン基板と
下地電極層との密着強度を大きくする作用があることが
判明した。またその作用はチタニウムの含有によシさら
に強固となる。

次にこの下地電極層上に、ＲＦマグネトロンスパッタリ
ング法によりチタン酸ジルコン酸鉛の強誘電体薄膜を成
長させた。ターゲットとしてはチタン酸ジルコン酸鉛の
粉末Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ、）Ｏｓを１２００℃で焼結し４
＋１φに加工したものを用い、水冷されたＣｕ製プレー
トにボンディングした。さらに成膜時の鉛の欠乏を補償
するため、酸化鉛ＰｂＯの焼結体をターゲットとしてチ
タン酸ジルコン酸鉛と同時スパッタを行なった。スパッ
タ条件を表３に示す。

表８　チタン酸ジルコン酸鉛のスパッタリング条件 ターゲット　■水冷Ｃｕ製プレートにボンディングされ
た直径４インチのチタン酸ジル コン酸鉛Ｐｂ（ＺｒｃＬ７Ｔｉ、）Ｏｓ焼結体■水冷Ｃ
ｕ製プレートにボンディング された直径４インチの酸化鉛の焼結 体 基板温度　６００℃ ガス　　　Ａ　ｒ　１０　ｚ ガス圧　　１．　□　Ｐａ ット間距離 高周波電力　■チタン酸ジルコン酸鉛：　４００Ｗ■酸
化鉛：ＯＷ〜２００Ｗ 厚さ　　　　５０００Ａ Ｘ線回折パターンから、チタニウム含有量がＯａｔｍチ
では酸化鉛の高周波電力を調整して鉛の欠乏分を補償し
ても所望のペロブスカイト型結晶構造は得られず、強誘
電体相ではないパイロクロア相が生成し九。Ｉたこの薄
膜上に上部電極とじて金を蒸着し、コンデンサとして特
性を評価したところ強誘電体に特有な電気変位りと電界
Ｅとの間にヒステリシス曲線は得られず、比誘電率も低
い値であっ九。それに対し、チタニウムをＱ、ｌａｔｍ
チ含む下部電極上ではペロブスカイトの（１１１）配向
膜が得られた。さらにチタニウム量を増加させたもので
は酸化鉛による鉛の補償が少なくても（１１１）配向膜
が得られるようになった。しかしチタニウム含有量が４
Ｑａｔｍチ　を越えるあたりから基板との反応物と思わ
れるピークが現れた。これはチタニウム含有量の多い本
のでは高温で不安定となり誘電体層と反応を起こすため
であり、好ましくない。ペロブスカイト（１１１）配向
膜の（２２２）のピークのロッキングカーブの半値全幅
は約２°であり、窒化チタニウム層を形成した下地電極
層を反映した配向度を示した。窒化チタニウム層を形成
しない比較例では約４°でおり、窒化チタニウム層を形
成することにより下地電極層及び鱈電体薄膜の配向性が
向上することがわかった。

ペロブスカイトの（１１１）配向膜上に上部電極として
金を蒸着し、コンデンサとして特性を評価したところ強
誘電体に特有な電気変位りと電界Ｅとの間にヒステリシ
ス曲線がいずれの試料においても観測された。第６図に
チタニウム含有量１０ａｔｍチ下地基板上のチタン酸ジ
ルコン酸鉛強誘電体薄膜のＤ−Ｅヒステリシス曲線を示
す。この曲線から算出される残留分極は０．２５　Ｃ／
ｉであった。

窒化チタニウム層を形成しないチタニウム含有量ｌＱａ
ｔｍ％下地基板上のチタン酸ジルコン酸鉛強誘電体薄膜
のＤ−Ｅヒステリシス曲線を第７図に示す。このように
ヒステリシスを示す薄膜は得られるが、残留分極は０．
１５Ｃ／−であシ、配向性の違いによる特性低下が見ら
れた。さらにこれらの誘電体膜の漏れ電流を測定したと
ころ、配向性の低い比較例では１０　λ／ａＩｉなのに
対し、実施例ではＩＯＡ／−と１ケタ改善された。筐た
チタニウム含有量が５Ｑａｔｍチの膜についても上部電
極として金を蒸着し、コンデンサとして特性を評価した
ところ、漏れ電流が犬きく測定は不可能であった。

シリコン単結晶基板の表面に酸化膜を形成せずに窒化チ
タニウムを介して白金とチタニウムから成る下地電極層
を形成した実施例と、ノリコン本結晶基板の表面に直接
白金とチタニウムから成る下地電極層を形成した比較例
を作成した。窒化チタニウムを介して白金とチタニウム
から成る下地電極層を形成し九実施例では酸化膜上での
実施例と同様の結果が得られ九。しかし、シリコン単結
晶基板の表面に直接白金とチタニウムから成る下　１□
□。、、、え□ヵ”’Ｃｕ　７１Ｊ　：Ｉ７よ。え、１
でノリサイドが形成し、電極としての性能が低下　；」 するとともに、その上に誘電体膜をスパッタして　Ｉも
ペロブスカイトもパイロクロアへ生成しなかっ　）た。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１以
上の結果をまとめて表９に示す。　　　　　　　１また
７リコン単結晶基板上に窒化チタニウムを　１介して白
金とジルコニウムあるいは白金とニオブ、：あるいは白
金とタンタル、あるいは白金とタング　１ニステン、あ
るいは白金とモリブデンとからなる下　１せて示した。

この結果からチタニウムだけでなくジルコニウム、ニオ
ブ、タンタル、タングステン、モリブデンについてもペ
ロブスカイト型結晶構造の形成に効果があることがわか
った。

表９　実施例及び比較例の諸特性 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明に：れば、ペロブスカイト型
の結晶構造を有する誘電体薄膜が容易に得られる電子部
品構造を得ることができる。

壕だシリコン基板上などに導電層を介して下地電極層を
形成することにより、ノリコン拡散層等との接続が良好
でかつ基板と電極、あるいは誘電体薄膜との間で反応を
起こすことを防止するとともに、下地電極層上に所望の
ペロブスカイト型結晶を有する誘電体薄膜を容易に配向
性良く形服することができ、高温でも下地電極層が安定
である。

これにより誘電体の漏れ電流を低減し、強誘電体の残留
分極を増大させ、劣化を緩和するなど良好な誘電特性を
発揮でき、高集積化に貢献する。また下地電極層の密着
強度を増加させ、信頼性の向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図はＸ線回折チャート図、第２図及び第
４図及び第６図及び第７図はヒステリシス曲線図、第５
図及び第８図は電子部品の断面図。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 （Ｃ＞　　　　　　　　　２８ （Ｄ）　　　　　　　　　　　　２θ ノθ （Ｅ） ｅ （Ｇ） 第１図 第２図 凹竹弦皮 凹折弦臭 ２ｅ （Ｅ） 第３図 Ｃｚｒ／Ｃｐｔ　＝　０．１０８ Ｃｚｒ／Ｃｐｔ　：　Ｏ，＋０８　　＋ｈ　　百４；：
ｙ）レコ二うム、１←キ及」：１；イゝヒ搾（シたり）
しコー７世式１子タン噛のＤ−Ｅヒ７−テ“ノシ又Ｔｉ
糸乳 第４図 （Ｑ） （ｂ） 第５図 ↑Ｐ（令））ｃ／ｍ２ 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に、下地電極を介して形成されたペロブス
   カイト型の結晶構造を有する誘電体層が形成された電子
   部品において、 前記下地電極が、Ｐｔを主体とし、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、
   Ｗ、Ｍｏ及びＮｂの少なくとも一種を含有することを特
   徴とする電子部品。
2. （２）前記下地電極は、拡散防止用の導電層を介して基
   板上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の
   電子部品。