JPH06224068A - 薄膜キャパシタ - Google Patents
薄膜キャパシタInfo
- Publication number
- JPH06224068A JPH06224068A JP4851493A JP4851493A JPH06224068A JP H06224068 A JPH06224068 A JP H06224068A JP 4851493 A JP4851493 A JP 4851493A JP 4851493 A JP4851493 A JP 4851493A JP H06224068 A JPH06224068 A JP H06224068A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive layer
- dielectric
- substrate
- film capacitor
- thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ペロブスカイト型酸化物誘電体によって薄膜
キャバシタを構成するにあたり、結晶不整および格子欠
陥のない良質な誘電体膜を形成することを目的とする。 【構成】 基板上に、導電層、ペロブスカイト型酸化物
誘電体および上部電極を順次積層して薄膜キャパシタと
する。導電層は、基板の表面に積層される第１の導電層
と、この第１の導電層の表面に積層される第２の導電層
とによって構成する。第１の導電層を、白金その他の高
融点金属とし、前記第２の導電層を、三酸化レニウム型
の金属酸化物とする。
キャバシタを構成するにあたり、結晶不整および格子欠
陥のない良質な誘電体膜を形成することを目的とする。 【構成】 基板上に、導電層、ペロブスカイト型酸化物
誘電体および上部電極を順次積層して薄膜キャパシタと
する。導電層は、基板の表面に積層される第１の導電層
と、この第１の導電層の表面に積層される第２の導電層
とによって構成する。第１の導電層を、白金その他の高
融点金属とし、前記第２の導電層を、三酸化レニウム型
の金属酸化物とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜キャパシタに関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】集積化された電子回路に使用される薄膜
キャパシタは、その容量の高密度化による小型化が強く
要望されている。しかし従来のこの種キャパシタに使用
されている、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタ
ルのようなセラミック系の誘電体材料は、その誘電率が
それぞれ４．５、８、２５といった極めて低いものであ
り、今後の集積化に十分対応できる容量密度を備えてい
ない。
キャパシタは、その容量の高密度化による小型化が強く
要望されている。しかし従来のこの種キャパシタに使用
されている、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタ
ルのようなセラミック系の誘電体材料は、その誘電率が
それぞれ４．５、８、２５といった極めて低いものであ
り、今後の集積化に十分対応できる容量密度を備えてい
ない。
【０００３】そこで薄膜キャパシタの容量密度を引き上
げる方策として、誘電率が数１００以上にも達するペロ
ブスカイト型酸化物誘電体の使用が提案されている。し
かしこの種の誘電体の誘電特性は、組成、結晶構造等に
よって決定されるが、誘電体膜および誘電体膜／電極
（導電層）界面の結晶不整あるいは格子欠陥などのない
良質な結晶膜を形成することは極めて困難である。この
ような結晶不整、格子欠陥などをもたらす要因に、誘電
体膜を直接積層する電極（導電層）の組成、結晶構造な
どが挙げられる。
げる方策として、誘電率が数１００以上にも達するペロ
ブスカイト型酸化物誘電体の使用が提案されている。し
かしこの種の誘電体の誘電特性は、組成、結晶構造等に
よって決定されるが、誘電体膜および誘電体膜／電極
（導電層）界面の結晶不整あるいは格子欠陥などのない
良質な結晶膜を形成することは極めて困難である。この
ような結晶不整、格子欠陥などをもたらす要因に、誘電
体膜を直接積層する電極（導電層）の組成、結晶構造な
どが挙げられる。
【０００４】しかしこの種電極に適するものとして考え
られている高融点金属からなる電極の表面にペロブスカ
イト型酸化物誘電体を形成する場合、電極界面の誘電体
は、酸素欠陥が形成されやすく、また薄膜キャパシタと
して使用される場合、高電界がかかることにより、界面
の酸素欠損が進行して半導体化したり、電極と誘電体と
の結晶構造の相違から、界面に遷移層が形成され、ペロ
ブスカイトでない層が生じたりすることにより、薄膜キ
ャパシタの特性および寿命の点で問題がある。
られている高融点金属からなる電極の表面にペロブスカ
イト型酸化物誘電体を形成する場合、電極界面の誘電体
は、酸素欠陥が形成されやすく、また薄膜キャパシタと
して使用される場合、高電界がかかることにより、界面
の酸素欠損が進行して半導体化したり、電極と誘電体と
の結晶構造の相違から、界面に遷移層が形成され、ペロ
ブスカイトでない層が生じたりすることにより、薄膜キ
ャパシタの特性および寿命の点で問題がある。
【０００５】これに対して電極として、たとえばランタ
ンストロンチウムバリウムのコバルト酸化物のようなペ
ロブスカイト型酸化物導電体を使用することが考えられ
ている。しかしこの種導電体は常温での導電性が悪く、
またこのような複合金属酸化物導電体の組成、導電率を
一定に制御して形成することは極めて困難である。
ンストロンチウムバリウムのコバルト酸化物のようなペ
ロブスカイト型酸化物導電体を使用することが考えられ
ている。しかしこの種導電体は常温での導電性が悪く、
またこのような複合金属酸化物導電体の組成、導電率を
一定に制御して形成することは極めて困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ペロブスカ
イト型酸化物誘電体をもって薄膜キャパシタを構成する
にあたり、結晶不整、格子欠陥などのない良質な誘電体
膜を形成することを目的とする。
イト型酸化物誘電体をもって薄膜キャパシタを構成する
にあたり、結晶不整、格子欠陥などのない良質な誘電体
膜を形成することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に、導
電層、ペロブスカイト型酸化物誘電体および上部電極を
順次積層してなる薄膜キャパシタを構成するにあたり、
前記導電層を、基板の表面に積層される第１の導電層
と、この第１の導電層の表面に積層される第２の導電層
とによって構成し、第１の導電層を、白金その他の高融
点金属とし、前記第２の導電層を、三酸化レニウム型の
結晶構造を有する金属酸化物としてなることを特徴とす
る。
電層、ペロブスカイト型酸化物誘電体および上部電極を
順次積層してなる薄膜キャパシタを構成するにあたり、
前記導電層を、基板の表面に積層される第１の導電層
と、この第１の導電層の表面に積層される第２の導電層
とによって構成し、第１の導電層を、白金その他の高融
点金属とし、前記第２の導電層を、三酸化レニウム型の
結晶構造を有する金属酸化物としてなることを特徴とす
る。
【０００８】
【作用】第２の導電層として使用する三酸化レニウム型
の結晶構造を有する金属酸化物としては、三酸化レニウ
ム（ＲｅＯ３）、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、三酸
化タングステン（ＷＯ３）などが利用できる。この種金
属酸化物は、金属に匹敵する導電率（固有抵抗値は三酸
化レニウムにおいて、１×１０−５Ω・ｃｍ）を有して
おり、結晶構造は立方晶で、ペロブスカイト型結晶構造
にに類似しており、組成も単純である。
の結晶構造を有する金属酸化物としては、三酸化レニウ
ム（ＲｅＯ３）、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、三酸
化タングステン（ＷＯ３）などが利用できる。この種金
属酸化物は、金属に匹敵する導電率（固有抵抗値は三酸
化レニウムにおいて、１×１０−５Ω・ｃｍ）を有して
おり、結晶構造は立方晶で、ペロブスカイト型結晶構造
にに類似しており、組成も単純である。
【０００９】また例えば三酸化レニウムの格子定数はａ
＝３．７５１で、チタン酸ストロンチウム、チタン酸
鉛、チタン酸バリウムなどとの格子のミスフィットは１
０％にも満たない僅かなものである。したがってこの第
２の導電層の表面にペロブスカイト型酸化物誘電体を形
成した場合でも、結晶不整あるいは格子欠陥のない良質
な膜が得られるようになる。
＝３．７５１で、チタン酸ストロンチウム、チタン酸
鉛、チタン酸バリウムなどとの格子のミスフィットは１
０％にも満たない僅かなものである。したがってこの第
２の導電層の表面にペロブスカイト型酸化物誘電体を形
成した場合でも、結晶不整あるいは格子欠陥のない良質
な膜が得られるようになる。
【００１０】第１の導電層としては、白金、パラジウ
ム、ロジウム、レニウム、モリブデンまたはタングステ
ンなどが利用できる。これらは酸化されにくい性質を備
えているとともに、酸化されても導電性を維持する点で
好適である。第１の導電層が第２の導電層と基板との間
に介在していることにより、誘電体を酸化させる場合で
も基板の酸化を防止する役目を果たす。
ム、ロジウム、レニウム、モリブデンまたはタングステ
ンなどが利用できる。これらは酸化されにくい性質を備
えているとともに、酸化されても導電性を維持する点で
好適である。第１の導電層が第２の導電層と基板との間
に介在していることにより、誘電体を酸化させる場合で
も基板の酸化を防止する役目を果たす。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例による薄膜キャパシタの断面
図を図１に示す。１は基板、２は基板１の表面に形成さ
れた第１の導電層、３は第１の導電層２の表面に形成さ
れた第２の導電層、４は第２の表面に形成された誘電体
層、５は誘電体層４の表面に形成された上部電極であ
る。
図を図１に示す。１は基板、２は基板１の表面に形成さ
れた第１の導電層、３は第１の導電層２の表面に形成さ
れた第２の導電層、４は第２の表面に形成された誘電体
層、５は誘電体層４の表面に形成された上部電極であ
る。
【００１２】図の実施例の構成は、基板１としてチタン
板を、第１の導電層２としてレニウム（Ｒｅ）を、第２
の導電層３として三酸化レニウム（ＲｅＯ３）を、誘電
体層４としてチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）
を、上部電極５として白金（Ｐｔ）を使用し、これらを
それぞれイオンビームスパッタ法で形成した。その各形
成条件を表１に示す。
板を、第１の導電層２としてレニウム（Ｒｅ）を、第２
の導電層３として三酸化レニウム（ＲｅＯ３）を、誘電
体層４としてチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）
を、上部電極５として白金（Ｐｔ）を使用し、これらを
それぞれイオンビームスパッタ法で形成した。その各形
成条件を表１に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】表１において、第２の導電層３を形成する
際に酸素（Ｏ２）を雰囲気ガス中に混入したのは、ター
ゲット材であるレニウムを酸化させて三酸化レニウムと
するためであり、また誘電体層４を形成する際に酸素
（Ｏ２）を雰囲気ガス中に混入したのは、形成されるチ
タン酸ストロンチウム膜に化学量論的酸素を取り込ませ
るためである。
際に酸素（Ｏ２）を雰囲気ガス中に混入したのは、ター
ゲット材であるレニウムを酸化させて三酸化レニウムと
するためであり、また誘電体層４を形成する際に酸素
（Ｏ２）を雰囲気ガス中に混入したのは、形成されるチ
タン酸ストロンチウム膜に化学量論的酸素を取り込ませ
るためである。
【００１５】上記の条件の下で得られた第２の導電層３
は、Ｘ線回折によってＲｅＯ３単一層であることが確認
された。また第２の導電層３の表面に積層された誘電体
層４は、基板１の温度が２００℃以下で非晶質、それ以
上の基板温度で立方晶ペブスカイト型構造単一層であ
り、この温度が高い程結晶化がすすむことが確認されて
いる。
は、Ｘ線回折によってＲｅＯ３単一層であることが確認
された。また第２の導電層３の表面に積層された誘電体
層４は、基板１の温度が２００℃以下で非晶質、それ以
上の基板温度で立方晶ペブスカイト型構造単一層であ
り、この温度が高い程結晶化がすすむことが確認されて
いる。
【００１６】図２の誘電率特性図において、特性線Ａ
は、前記実施例におけるキャパシタの誘電率を、誘電体
層４の形成時における基板１の各温度に対して示したも
のである。これから明らかなように、基板温度が４５０
℃以上でバルクのチタン酸ストロンチウムの誘電率２５
０より大きい誘電率を示している。またＴａｎδは０．
５±０．２％であった。これらの結果は第２の導電層３
をＭｏＯ３、ＷＯ３に替えても同等であった。
は、前記実施例におけるキャパシタの誘電率を、誘電体
層４の形成時における基板１の各温度に対して示したも
のである。これから明らかなように、基板温度が４５０
℃以上でバルクのチタン酸ストロンチウムの誘電率２５
０より大きい誘電率を示している。またＴａｎδは０．
５±０．２％であった。これらの結果は第２の導電層３
をＭｏＯ３、ＷＯ３に替えても同等であった。
【００１７】比較のために、第２の導電層３を形成する
ときのみ、雰囲気ガスの酸素濃度を５×１０−６Ｔｏｒ
ｒ以下に減じ、その他は上記実施例と同様にして成膜し
た。その結果を図２の特性線Ｂに示す。
ときのみ、雰囲気ガスの酸素濃度を５×１０−６Ｔｏｒ
ｒ以下に減じ、その他は上記実施例と同様にして成膜し
た。その結果を図２の特性線Ｂに示す。
【００１８】これによって得られた第２の導電層３はＸ
線回折によれば、ＲｅＯ２、ＲｅＯ３などの混晶であっ
た。また誘電体層の結晶化が特性線Ａの場合に比較して
劣る。これらの結果から、ＲｅＯ３以外の結晶の存在に
よって結晶不整をきたしていると考えられる。またＴａ
ｎδは４％と大きい。これは結晶不整に加えて、第２の
導電層３の抵抗が大きくなったことなどによるものと考
えられる。
線回折によれば、ＲｅＯ２、ＲｅＯ３などの混晶であっ
た。また誘電体層の結晶化が特性線Ａの場合に比較して
劣る。これらの結果から、ＲｅＯ３以外の結晶の存在に
よって結晶不整をきたしていると考えられる。またＴａ
ｎδは４％と大きい。これは結晶不整に加えて、第２の
導電層３の抵抗が大きくなったことなどによるものと考
えられる。
【００１９】図３の特性線Ｃは、チタン基板１の表面に
下部電極として白金を７００℃で、膜厚２０００Åに成
膜し、その表面に実施例と同様に誘電体膜４、上部電極
５を瀬寄贈したキャパシタの誘電率を示すものである。
これからも明らかなように同じ誘電率のキャパシタを得
るのに、実施例に比較して結晶化の温度を５０℃以上引
き上げることが必要となる。またこのＴａｎδは１．８
％であった。
下部電極として白金を７００℃で、膜厚２０００Åに成
膜し、その表面に実施例と同様に誘電体膜４、上部電極
５を瀬寄贈したキャパシタの誘電率を示すものである。
これからも明らかなように同じ誘電率のキャパシタを得
るのに、実施例に比較して結晶化の温度を５０℃以上引
き上げることが必要となる。またこのＴａｎδは１．８
％であった。
【００２０】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、高
融点金属の上に形成された、ペロブスカイト型の金属酸
化物の表面に、ペロブスカイト型酸化物誘電体を形成し
たことにより、高い誘電率を備えた状態で結晶不整、格
子欠陥のない良質な膜が得られるようになり、その結果
基板温度で５０℃以上結晶化温度を引き下げることがで
き、さらにＴａｎδを著しく小さくなるといった効果を
奏する。
融点金属の上に形成された、ペロブスカイト型の金属酸
化物の表面に、ペロブスカイト型酸化物誘電体を形成し
たことにより、高い誘電率を備えた状態で結晶不整、格
子欠陥のない良質な膜が得られるようになり、その結果
基板温度で５０℃以上結晶化温度を引き下げることがで
き、さらにＴａｎδを著しく小さくなるといった効果を
奏する。
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。
【図２】基板温度に対する誘電率を示す特性図である。
１ 基板 ２ 第１の導電層 ３ 第２の導電層体 ４ 誘電体層 ５ 上部電極
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に、導電層、ペロブスカイト型酸
化物誘電体および上部電極を順次積層してなる薄膜キャ
パシタにおいて、前記導電層を、前記基板の表面に積層
される第１の導電層と、前記第１の導電層の表面に積層
される第２の導電層とによって構成し、前記第１の導電
層を白金その他の高融点金属とし、前記第２の導電層を
三酸化レニウム型の結晶構造を有する金属酸化物として
なる薄膜キャパシタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4851493A JPH06224068A (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 薄膜キャパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4851493A JPH06224068A (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 薄膜キャパシタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224068A true JPH06224068A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=12805486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4851493A Pending JPH06224068A (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 薄膜キャパシタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06224068A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6709776B2 (en) | 2000-04-27 | 2004-03-23 | Tdk Corporation | Multilayer thin film and its fabrication process as well as electron device |
-
1993
- 1993-01-27 JP JP4851493A patent/JPH06224068A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6709776B2 (en) | 2000-04-27 | 2004-03-23 | Tdk Corporation | Multilayer thin film and its fabrication process as well as electron device |
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