JPH0745475A - 薄膜コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
薄膜コンデンサ及びその製造方法Info
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- JPH0745475A JPH0745475A JP5158839A JP15883993A JPH0745475A JP H0745475 A JPH0745475 A JP H0745475A JP 5158839 A JP5158839 A JP 5158839A JP 15883993 A JP15883993 A JP 15883993A JP H0745475 A JPH0745475 A JP H0745475A
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- Japan
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- layer
- dielectric layer
- thin film
- intermediate layer
- film capacitor
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- Pending
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- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】製造時に高温熱処理を必要とする薄膜コンデン
サでありながら、誘電体層にクラックや剥離が生じるこ
とのない強誘電体薄膜コンデンサの構造を提供する。 【構成】基板１上に、下部電極層２、金属酸化物の誘電
体層４、上部電極層５が順次積層されたコンデンサにお
いて、下部電極層２と誘電体層４との間に、中間層３を
配置する。中間層３は、誘電体層４と同元素の金属酸化
物で構成され、酸素濃度が電極層２側では低く、誘電体
層４側では高くなっている。このコンデンサの製造方法
は、誘電体層の形成の初期過程において、まず酸化性ガ
スを導入せずに形成を開始し、その後徐々に酸化性ガス
を導入して形成するものである。 【効果】電極−誘電体層間の応力を分散させ、密着性を
強化する。このため誘電体の結晶化に必要な高温の熱処
理によっても、誘電体層の剥離、クラックを避けること
ができる。
サでありながら、誘電体層にクラックや剥離が生じるこ
とのない強誘電体薄膜コンデンサの構造を提供する。 【構成】基板１上に、下部電極層２、金属酸化物の誘電
体層４、上部電極層５が順次積層されたコンデンサにお
いて、下部電極層２と誘電体層４との間に、中間層３を
配置する。中間層３は、誘電体層４と同元素の金属酸化
物で構成され、酸素濃度が電極層２側では低く、誘電体
層４側では高くなっている。このコンデンサの製造方法
は、誘電体層の形成の初期過程において、まず酸化性ガ
スを導入せずに形成を開始し、その後徐々に酸化性ガス
を導入して形成するものである。 【効果】電極−誘電体層間の応力を分散させ、密着性を
強化する。このため誘電体の結晶化に必要な高温の熱処
理によっても、誘電体層の剥離、クラックを避けること
ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、小型電子回路に用いる
薄膜コンデンサに関する。
薄膜コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年民生機器の分野では、携帯無線電
話、パーソナルコンピュータ等の電子機器のより一層の
小型化のために、薄膜コンデンサを内蔵した基板の開発
が進められている。また、半導体産業の分野でもメモリ
デバイス等の高集積化のために、メモリセル用薄膜コン
デンサの開発が進められている。これらの薄膜コンデン
サは、大容量化が望まれている。
話、パーソナルコンピュータ等の電子機器のより一層の
小型化のために、薄膜コンデンサを内蔵した基板の開発
が進められている。また、半導体産業の分野でもメモリ
デバイス等の高集積化のために、メモリセル用薄膜コン
デンサの開発が進められている。これらの薄膜コンデン
サは、大容量化が望まれている。
【０００３】一般に、コンデンサの容量Ｃは次式で表さ
れる。
れる。
【０００４】
【数１】
【０００５】ここで、ε0は真空の誘電率、εrは誘電体
の比誘電率、Ｓは電極面積、ｄは電極間距離である。
の比誘電率、Ｓは電極面積、ｄは電極間距離である。
【０００６】この数１に示す通り、コンデンサの容量を
大きくするためには、電極面積Ｓを一定とした場合、電
極間距離ｄを小さくするか、または、比誘電率εrの大
きい新たな誘電体材料を開発する必要がある。
大きくするためには、電極面積Ｓを一定とした場合、電
極間距離ｄを小さくするか、または、比誘電率εrの大
きい新たな誘電体材料を開発する必要がある。
【０００７】しかしながら、近年、半導体産業の分野で
使用されている誘電体としてＳｉＯ2を用いた薄膜コン
デンサでは、電極間距離ｄを小さくすることは限界に到
達している。そこで、比誘電率εrを大きくする研究、
具体的には比誘電率の大きなＰｂＴｉＯ3結晶等の強誘
電体結晶を用いる研究が進められている。
使用されている誘電体としてＳｉＯ2を用いた薄膜コン
デンサでは、電極間距離ｄを小さくすることは限界に到
達している。そこで、比誘電率εrを大きくする研究、
具体的には比誘電率の大きなＰｂＴｉＯ3結晶等の強誘
電体結晶を用いる研究が進められている。
【０００８】一般に薄膜コンデンサの構造は、基板上
に、下部電極層、誘電体層、上部電極層を順次積層した
構造となっている。そのため、薄膜コンデンサに強誘電
体結晶を適用する場合、通常、誘電体層の形成後に６０
０℃以上で熱処理を行い結晶化させる必要がある。
に、下部電極層、誘電体層、上部電極層を順次積層した
構造となっている。そのため、薄膜コンデンサに強誘電
体結晶を適用する場合、通常、誘電体層の形成後に６０
０℃以上で熱処理を行い結晶化させる必要がある。
【０００９】この誘電体薄膜の結晶化にともなう収縮
や、基板と誘電体層との間の熱膨張係数の違いにより、
下部電極層から誘電体層が剥離したり、誘電体層にクラ
ックが発生するという問題が生じている。
や、基板と誘電体層との間の熱膨張係数の違いにより、
下部電極層から誘電体層が剥離したり、誘電体層にクラ
ックが発生するという問題が生じている。
【００１０】特公平３ー４０４４７号公報では、２段階
に成膜を行うことにより熱処理により生じたクラックを
解決しようとしている。この方法は、第１段階目の成膜
として誘電体層を成膜し熱処理により結晶化させ、この
上に加熱しながら第２段階目の成膜をおこない、誘電体
層に生じたクラックを埋めながら、誘電体結晶を成長さ
せるというものである。
に成膜を行うことにより熱処理により生じたクラックを
解決しようとしている。この方法は、第１段階目の成膜
として誘電体層を成膜し熱処理により結晶化させ、この
上に加熱しながら第２段階目の成膜をおこない、誘電体
層に生じたクラックを埋めながら、誘電体結晶を成長さ
せるというものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公平３ー４０４４７号公報の２段階成膜法では、クラッ
クが生じた後にそれを埋めるという方法であり、クラッ
クの発生自体を防ぐことはできない。また、成膜を二度
に分けて行う必要があり、製造プロセスが複雑化すると
いう問題がある。
公平３ー４０４４７号公報の２段階成膜法では、クラッ
クが生じた後にそれを埋めるという方法であり、クラッ
クの発生自体を防ぐことはできない。また、成膜を二度
に分けて行う必要があり、製造プロセスが複雑化すると
いう問題がある。
【００１２】本発明の第１の目的は、製造時に高温熱処
理を必要とする構造のコンデンサでありながら、誘電体
層にクラックや剥離が生じることのない強誘電体薄膜コ
ンデンサを提供することにある。
理を必要とする構造のコンデンサでありながら、誘電体
層にクラックや剥離が生じることのない強誘電体薄膜コ
ンデンサを提供することにある。
【００１３】本発明の第２の目的は、簡単な工程で、誘
電体層のクラックや剥離が生じることのない強誘電体薄
膜コンデンサを製造する方法を提供することにある。
電体層のクラックや剥離が生じることのない強誘電体薄
膜コンデンサを製造する方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、基板
と、前記基板上に順に積層された、下部電極層、誘電体
層、上部電極層とを有する薄膜コンデンサにおいて、前
記誘電体層は、金属酸化物から構成され、前記下部電極
層と誘電体層との間には、金属元素と酸素とを含む中間
層が配置されていることを特徴とする薄膜コンデンサに
より達成される。
と、前記基板上に順に積層された、下部電極層、誘電体
層、上部電極層とを有する薄膜コンデンサにおいて、前
記誘電体層は、金属酸化物から構成され、前記下部電極
層と誘電体層との間には、金属元素と酸素とを含む中間
層が配置されていることを特徴とする薄膜コンデンサに
より達成される。
【００１５】前記中間層は、前記誘電体層を構成する金
属元素を含む組成にすることができる。
属元素を含む組成にすることができる。
【００１６】前記中間層は、少なくとも誘電体層と接す
る部分が酸素を含み、前記中間層のうち電極側に位置す
る部分は、前記誘電体層側に位置する部分よりも含まれ
る酸素の割合が低い構成にすることができる。
る部分が酸素を含み、前記中間層のうち電極側に位置す
る部分は、前記誘電体層側に位置する部分よりも含まれ
る酸素の割合が低い構成にすることができる。
【００１７】また、上記第２の目的は、基板上に、下部
電極層を形成し、前記下部電極層上に、真空またはガス
雰囲気中で、金属酸化物の誘電体層を堆積させた後、前
記誘電体層を加熱して結晶化させ、前記誘電体層上に、
上部電極層を形成することにより金属酸化物結晶の誘電
体層を有する薄膜コンデンサの製造方法であって、前記
金属酸化物の誘電体層を堆積する際に、前記誘電体層を
酸化させる酸化性ガスを導入し、成長開始時の酸化性ガ
ス濃度を予め定めた濃度以下にし、その後予め定めた目
的の濃度まで酸化性ガス濃度を徐々に高めながら堆積を
行い、前記目的の濃度に達したらその濃度に保って堆積
を行うことを特徴とする薄膜コンデンサの製造方法によ
り達成される。
電極層を形成し、前記下部電極層上に、真空またはガス
雰囲気中で、金属酸化物の誘電体層を堆積させた後、前
記誘電体層を加熱して結晶化させ、前記誘電体層上に、
上部電極層を形成することにより金属酸化物結晶の誘電
体層を有する薄膜コンデンサの製造方法であって、前記
金属酸化物の誘電体層を堆積する際に、前記誘電体層を
酸化させる酸化性ガスを導入し、成長開始時の酸化性ガ
ス濃度を予め定めた濃度以下にし、その後予め定めた目
的の濃度まで酸化性ガス濃度を徐々に高めながら堆積を
行い、前記目的の濃度に達したらその濃度に保って堆積
を行うことを特徴とする薄膜コンデンサの製造方法によ
り達成される。
【００１８】
【作用】本発明の薄膜コンデンサは、下部電極層と誘電
体層との間に、金属元素と酸素とを含む中間層を配置す
る。この中間層の働きは次の通りである。誘電体層を結
晶化させる等のために誘電体層に熱処理を施すと、誘電
体層の収縮、あるいは基板と誘電体層との間の熱膨張係
数の違いにより、熱処理時に発生する応力は、従来の中
間層のない構成では電極と誘電体との界面に集中し、電
極と誘電体との間の密着力を上回ったときに剥離等を生
じる。中間層は、この応力を分散させ、剥離を防止する
働きをする。
体層との間に、金属元素と酸素とを含む中間層を配置す
る。この中間層の働きは次の通りである。誘電体層を結
晶化させる等のために誘電体層に熱処理を施すと、誘電
体層の収縮、あるいは基板と誘電体層との間の熱膨張係
数の違いにより、熱処理時に発生する応力は、従来の中
間層のない構成では電極と誘電体との界面に集中し、電
極と誘電体との間の密着力を上回ったときに剥離等を生
じる。中間層は、この応力を分散させ、剥離を防止する
働きをする。
【００１９】特に、中間層が酸素を含み、この酸素濃度
が、誘電体層側に近い層ほど高い構成となっている場
合、中間層は、電極側では金属的な性質を持ち、誘電体
層側では、酸化物的な性質を持つ。このため電極側と中
間層との界面では、金属層同士の接触となり、誘電体層
と中間層との界面では、酸化物層同士の接触となるた
め、各界面での密着力は中間層がない場合に比べて大き
くなる。このように、中間層が応力を分散させ、かつ密
着力を強める機能を持つため、誘電体層のクラックある
いは剥離を防止することができる。
が、誘電体層側に近い層ほど高い構成となっている場
合、中間層は、電極側では金属的な性質を持ち、誘電体
層側では、酸化物的な性質を持つ。このため電極側と中
間層との界面では、金属層同士の接触となり、誘電体層
と中間層との界面では、酸化物層同士の接触となるた
め、各界面での密着力は中間層がない場合に比べて大き
くなる。このように、中間層が応力を分散させ、かつ密
着力を強める機能を持つため、誘電体層のクラックある
いは剥離を防止することができる。
【００２０】また、中間層が、誘電体層を構成する金属
元素を含む組成とした場合には、誘電体層と接する中間
層は、誘電体層と同等またはこれに近い組成の金属酸化
物となる。これにより、中間層の比誘電率を高くするこ
とができる。
元素を含む組成とした場合には、誘電体層と接する中間
層は、誘電体層と同等またはこれに近い組成の金属酸化
物となる。これにより、中間層の比誘電率を高くするこ
とができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。
する。
【００２２】本発明の一実施例の薄膜コンデンサは、図
１（ａ）に示すように、基板１上に、下部電極層２、中
間層３、誘電体層４、上部電極層５を順に積層した構造
である。中間層３は、誘電体層４と下部電極層２との間
の応力を分散させ、かつ密着力を強める機能を有する。
１（ａ）に示すように、基板１上に、下部電極層２、中
間層３、誘電体層４、上部電極層５を順に積層した構造
である。中間層３は、誘電体層４と下部電極層２との間
の応力を分散させ、かつ密着力を強める機能を有する。
【００２３】本実施例では、基板１をアルミナ単結晶
で、下部電極層２をＰｔで、誘電体層４をＰｂＭｇ1/3
Ｎｂ2/3Ｏ3のペロブスカイト結晶で、上部電極層５をＡ
ｕで、それぞれ形成した。また、中間層３は、ＰｂxＭ
ｇyＮｂzＯp（ただし、ｘ，ｙ，ｚ＞０、ｐ≧０）であ
り、酸素の割合は、下部電極層２と接する層ではほとん
ど０に近く、誘電体層４に近くなるほど誘電体層４の割
合に近くなっている。
で、下部電極層２をＰｔで、誘電体層４をＰｂＭｇ1/3
Ｎｂ2/3Ｏ3のペロブスカイト結晶で、上部電極層５をＡ
ｕで、それぞれ形成した。また、中間層３は、ＰｂxＭ
ｇyＮｂzＯp（ただし、ｘ，ｙ，ｚ＞０、ｐ≧０）であ
り、酸素の割合は、下部電極層２と接する層ではほとん
ど０に近く、誘電体層４に近くなるほど誘電体層４の割
合に近くなっている。
【００２４】つぎに、図１のコンデンサを製造するため
の製造プロセスを図２を用いて説明する。
の製造プロセスを図２を用いて説明する。
【００２５】アルミナ単結晶基板１上に、ＰｔをＲＦス
パッタ法を用いて約５００ｎｍ膜厚で成膜し、これを下
部電極２とした（図２（ａ））。つぎに、スパッタ装置
から基板１を取りだし、イオンビームスパッタ装置を用
い、中間層３を作製した。イオンビームスパッタ装置の
概略を図３に示す。ターゲットには、Ｐｂターゲット１
４、ＭｇＯターゲット１５、Ｎｂターゲット１６を用
い、それぞれのターゲットに独立のイオン源１３からイ
オンビームを照射し、スパッタを行った。成膜開始時は
アルゴンイオンのみで成膜を行い、その後、一定時間成
膜を行ったら酸素分圧５×１０~3Ｐａで成膜を行い、つ
ぎに一定時間成膜を行ったら酸素分圧１０×１０~3Ｐａ
酸素を導入しさらに一定時間成膜を行った。これにより
膜厚約８ｎｍの中間層３が形成された。その際の酸素分
圧制御の経過を図４に示す。図４のように、段階を追っ
て酸素分圧を高めることにより、誘電体層４に近づくに
つれ、層状に酸素濃度が高まる中間層３が得られる（図
２（ｂ））。
パッタ法を用いて約５００ｎｍ膜厚で成膜し、これを下
部電極２とした（図２（ａ））。つぎに、スパッタ装置
から基板１を取りだし、イオンビームスパッタ装置を用
い、中間層３を作製した。イオンビームスパッタ装置の
概略を図３に示す。ターゲットには、Ｐｂターゲット１
４、ＭｇＯターゲット１５、Ｎｂターゲット１６を用
い、それぞれのターゲットに独立のイオン源１３からイ
オンビームを照射し、スパッタを行った。成膜開始時は
アルゴンイオンのみで成膜を行い、その後、一定時間成
膜を行ったら酸素分圧５×１０~3Ｐａで成膜を行い、つ
ぎに一定時間成膜を行ったら酸素分圧１０×１０~3Ｐａ
酸素を導入しさらに一定時間成膜を行った。これにより
膜厚約８ｎｍの中間層３が形成された。その際の酸素分
圧制御の経過を図４に示す。図４のように、段階を追っ
て酸素分圧を高めることにより、誘電体層４に近づくに
つれ、層状に酸素濃度が高まる中間層３が得られる（図
２（ｂ））。
【００２６】中間層３の形成後、さらに、酸素分圧を１
５×１０~3Ｐａまで高め、連続して誘電体層４であるＰ
ｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3を成膜した（図２（ｃ））。これ
らの中間層３、誘電体層４は同一装置内で連続して形成
し、ともに室温で成膜した。また、イオン源１３のパワ
ーは、予め求めておいた、酸素分圧１５×１０~3Ｐａで
ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3が形成されるパワーに設定し、
中間層３および誘電体層４の成膜を行っている間一定と
した。
５×１０~3Ｐａまで高め、連続して誘電体層４であるＰ
ｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3を成膜した（図２（ｃ））。これ
らの中間層３、誘電体層４は同一装置内で連続して形成
し、ともに室温で成膜した。また、イオン源１３のパワ
ーは、予め求めておいた、酸素分圧１５×１０~3Ｐａで
ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3が形成されるパワーに設定し、
中間層３および誘電体層４の成膜を行っている間一定と
した。
【００２７】誘電体層４を成膜後後、イオンビームスパ
ッタ装置から取りだして、炉管１１中に入れ、酸素雰囲
気中、８００℃、３０分間熱処理して、結晶化させた
（図２（ｄ））。図５に熱処理前（ａ）と熱処理後
（ｂ）のＸ線回折の結果を示す。図５より、熱処理前に
は非晶質であったものが、熱処理により、目的のペロブ
スカイト結晶が得られたことが確認できる。なお、中間
層３は、酸素の割合が、誘電体層４とは異なるため、ペ
ロブスカイト結晶とは異なる結晶構造、または一部にペ
ロブスカイト結晶を含む結晶構造となる。
ッタ装置から取りだして、炉管１１中に入れ、酸素雰囲
気中、８００℃、３０分間熱処理して、結晶化させた
（図２（ｄ））。図５に熱処理前（ａ）と熱処理後
（ｂ）のＸ線回折の結果を示す。図５より、熱処理前に
は非晶質であったものが、熱処理により、目的のペロブ
スカイト結晶が得られたことが確認できる。なお、中間
層３は、酸素の割合が、誘電体層４とは異なるため、ペ
ロブスカイト結晶とは異なる結晶構造、または一部にペ
ロブスカイト結晶を含む結晶構造となる。
【００２８】熱処理後、炉管１１から取り出し、マスク
を用いて抵抗加熱蒸着法でＡｕを２００ｎｍ成膜しこれ
を上部電極とした（図２（ｅ））。これにより、図１
（ａ）の薄膜コンデンサが得られる。
を用いて抵抗加熱蒸着法でＡｕを２００ｎｍ成膜しこれ
を上部電極とした（図２（ｅ））。これにより、図１
（ａ）の薄膜コンデンサが得られる。
【００２９】また、比較例として中間層３のない薄膜コ
ンデンサを作製し、本実施例の薄膜コンデンサと誘電体
層の剥離の状態を比較した。何れも、上部電極５の直径
を１ｍｍとした。図６のように、比較例では、誘電体層
４が厚くなるほど剥離が発生しやすくなるが、本実施例
のコンデンサでは中間層３を設けることにより、剥離が
防止されている。また、図７に、８００℃アニール後の
誘電体層４の表面のＳＥＭ像のスケッチ図を示す。中間
層３がない比較例は、明らかに剥離を生じており、部分
的にＰｔの下部電極層２が露出しているが、中間層３が
ある本実施例のコンデンサの場合には剥離はないことが
確認できる。
ンデンサを作製し、本実施例の薄膜コンデンサと誘電体
層の剥離の状態を比較した。何れも、上部電極５の直径
を１ｍｍとした。図６のように、比較例では、誘電体層
４が厚くなるほど剥離が発生しやすくなるが、本実施例
のコンデンサでは中間層３を設けることにより、剥離が
防止されている。また、図７に、８００℃アニール後の
誘電体層４の表面のＳＥＭ像のスケッチ図を示す。中間
層３がない比較例は、明らかに剥離を生じており、部分
的にＰｔの下部電極層２が露出しているが、中間層３が
ある本実施例のコンデンサの場合には剥離はないことが
確認できる。
【００３０】以上述べたように本実施例によれば、中間
層３を設けることにより熱処理によって生じる剥離やク
ラックを未然に防止する効果がある。また、誘電体層４
と連続して中間層３を設けることができ、工程数を増や
す必要がないため、製造効率を低下させることがない。
層３を設けることにより熱処理によって生じる剥離やク
ラックを未然に防止する効果がある。また、誘電体層４
と連続して中間層３を設けることができ、工程数を増や
す必要がないため、製造効率を低下させることがない。
【００３１】さらに、本実施例では、中間層３を、誘電
体層４と同じ金属元素を含むＰｂxＭｇyＮｂzＯp（ただ
し、ｘ，ｙ，ｚ＞０、ｐ≧０）で構成しているため、中
間層３の比誘電率は大きく、誘電体層４に近い値が得ら
れた。電極層２と誘電体層４との間に、比誘電率の小さ
な中間層３を配置するとコンデンサの容量を低減させて
しまうが、本実施例では、誘電体層４と同じ金属元素と
酸素とを含む構成するにすることにより、比誘電率を大
きくし、これにより中間層がコンデンサの容量に与える
影響を最小限にすることができる。
体層４と同じ金属元素を含むＰｂxＭｇyＮｂzＯp（ただ
し、ｘ，ｙ，ｚ＞０、ｐ≧０）で構成しているため、中
間層３の比誘電率は大きく、誘電体層４に近い値が得ら
れた。電極層２と誘電体層４との間に、比誘電率の小さ
な中間層３を配置するとコンデンサの容量を低減させて
しまうが、本実施例では、誘電体層４と同じ金属元素と
酸素とを含む構成するにすることにより、比誘電率を大
きくし、これにより中間層がコンデンサの容量に与える
影響を最小限にすることができる。
【００３２】また、上記実施例では、下部電極層２と誘
電体層４との間にのみ中間層を配置した例を示したが、
図１（ｂ）のように、上部電極側５と誘電体層４との間
に中間層１０３を配置する構造にすることももちろん可
能である。この場合には、誘電体層４を作製後、連続し
て図４と逆プロセスで酸素分圧を低下させて成膜を行う
ことにより中間層１０３を作製することができる。この
場合には、上部電極層５を作製した後に、誘電体層４を
結晶化させるための熱処理を行うことができる。
電体層４との間にのみ中間層を配置した例を示したが、
図１（ｂ）のように、上部電極側５と誘電体層４との間
に中間層１０３を配置する構造にすることももちろん可
能である。この場合には、誘電体層４を作製後、連続し
て図４と逆プロセスで酸素分圧を低下させて成膜を行う
ことにより中間層１０３を作製することができる。この
場合には、上部電極層５を作製した後に、誘電体層４を
結晶化させるための熱処理を行うことができる。
【００３３】上記実施例では、誘電体層４の成膜法とし
て反応性イオンビームスパッタ法を用いたが、この方法
に限定されるものではなく、成膜時の酸化性ガス濃度を
制御できる方法であればＲＦあるいはＤＣスパッタ法、
ＣＶＤ法、その他の成膜法を用いても同様の効果を得ら
れる。
て反応性イオンビームスパッタ法を用いたが、この方法
に限定されるものではなく、成膜時の酸化性ガス濃度を
制御できる方法であればＲＦあるいはＤＣスパッタ法、
ＣＶＤ法、その他の成膜法を用いても同様の効果を得ら
れる。
【００３４】上記実施例では、誘電体層４および中間層
３、１０３を酸化する手段として酸素ガスを導入した
が、オゾン（Ｏ3）、Ｎ2Ｏ5等の酸化性のガスでも同様
の効果が得られる。
３、１０３を酸化する手段として酸素ガスを導入した
が、オゾン（Ｏ3）、Ｎ2Ｏ5等の酸化性のガスでも同様
の効果が得られる。
【００３５】上記実施例では単純なプレーナ型のコンデ
ンサ構造を示したが、この構造に限定されるものではな
く、基板１に溝を掘りその表面をコンデンサとするトレ
ンチ型（図７）や、基板１上に、３次元構造で作製する
スタックト型（図８）にも適用できる。
ンサ構造を示したが、この構造に限定されるものではな
く、基板１に溝を掘りその表面をコンデンサとするトレ
ンチ型（図７）や、基板１上に、３次元構造で作製する
スタックト型（図８）にも適用できる。
【００３６】また、本実施例の薄膜コンデンサを、ＬＳ
ＩやＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａ
ｖｅ ＩＣ）等に適用することにより、強誘電体薄膜コ
ンデンサを安定に形成できることから、ＬＳＩやＭＭＩ
Ｃ等のチップサイズの低減による低コスト化や、これら
の部品を用いた各種電子機器の小形化、低コスト化に効
果がある。
ＩやＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａ
ｖｅ ＩＣ）等に適用することにより、強誘電体薄膜コ
ンデンサを安定に形成できることから、ＬＳＩやＭＭＩ
Ｃ等のチップサイズの低減による低コスト化や、これら
の部品を用いた各種電子機器の小形化、低コスト化に効
果がある。
【００３７】また、上記実施例では下部電極２としてＰ
ｔを用いたが、この材料に限定されるものではなく、熱
処理により基板１、誘電体層４および中間層３と反応し
ない材料であれば、Ｐｔ以外の金属、例えばＰｄ等でも
同様の効果が得られる。
ｔを用いたが、この材料に限定されるものではなく、熱
処理により基板１、誘電体層４および中間層３と反応し
ない材料であれば、Ｐｔ以外の金属、例えばＰｄ等でも
同様の効果が得られる。
【００３８】さらに、上記実施例では誘電体層４として
ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3を用いたが、この材料に限定さ
れるものではなく、金属の酸化物誘電体、例えば酸化タ
ンタル、またはペロブスカイト構造を持つ他の誘電体、
例えばＢａＴｉＯ3、ＰｂＺｒ1/2Ｔｉ1/2Ｏ3でも同様の
効果が得られる。この場合には、中間層３、１０３は、
これらの酸化物の酸素濃度を低減させた組成とする。ま
た、誘電体層４としてＳｉＮを用いることができ、この
場合には、中間層３、１０３として窒素濃度を減少させ
た窒化シリコンを用いる。
ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3を用いたが、この材料に限定さ
れるものではなく、金属の酸化物誘電体、例えば酸化タ
ンタル、またはペロブスカイト構造を持つ他の誘電体、
例えばＢａＴｉＯ3、ＰｂＺｒ1/2Ｔｉ1/2Ｏ3でも同様の
効果が得られる。この場合には、中間層３、１０３は、
これらの酸化物の酸素濃度を低減させた組成とする。ま
た、誘電体層４としてＳｉＮを用いることができ、この
場合には、中間層３、１０３として窒素濃度を減少させ
た窒化シリコンを用いる。
【００３９】上記実施例では基板としてアルミナ単結晶
を用いたが、この他にもＳｉ、セラミック、熱処理に耐
えるガラス基板等でも同様の効果が得られる。
を用いたが、この他にもＳｉ、セラミック、熱処理に耐
えるガラス基板等でも同様の効果が得られる。
【００４０】上記実施例では、誘電体層４の結晶化を目
的として熱処理を施したが、これ以外の目的のために熱
処理を施す場合にも中間層を配置することは効果的であ
る。例えば、非晶質の誘電体層を酸化の促進を目的とし
て、酸素雰囲気中で熱処理する場合にも誘電体層が剥離
する恐れがある。この場合にも中間層を配置することに
より、剥離を防止することができる。
的として熱処理を施したが、これ以外の目的のために熱
処理を施す場合にも中間層を配置することは効果的であ
る。例えば、非晶質の誘電体層を酸化の促進を目的とし
て、酸素雰囲気中で熱処理する場合にも誘電体層が剥離
する恐れがある。この場合にも中間層を配置することに
より、剥離を防止することができる。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、電極層と誘電体層との
間に中間層を設けることにより、誘電体層と電極層との
界面に生じる応力を分散でき、さらに電極層と誘電体層
との密着力を向上できるので熱処理後にクラックや剥離
のないコンデンサを提供することができる。
間に中間層を設けることにより、誘電体層と電極層との
界面に生じる応力を分散でき、さらに電極層と誘電体層
との密着力を向上できるので熱処理後にクラックや剥離
のないコンデンサを提供することができる。
【００４２】また、本発明によれば、工程数を増やさず
に、熱処理後にクラックや剥離のないコンデンサを製造
することができる。
に、熱処理後にクラックや剥離のないコンデンサを製造
することができる。
【図１】（ａ）本発明の一実施例に係る薄膜コンデンサ
の断面図である。 （ｂ）本発明の一実施例に係る薄膜コンデンサの断面図
である。
の断面図である。 （ｂ）本発明の一実施例に係る薄膜コンデンサの断面図
である。
【図２】図１（ａ）の実施例に係る薄膜コンデンサの製
造プロセスを表す説明図である。
造プロセスを表す説明図である。
【図３】本発明の一実施例に係る薄膜コンデンサの中間
層および誘電体層の作製に用いたイオンビームスパッタ
装置の構成を示すブロック図である。
層および誘電体層の作製に用いたイオンビームスパッタ
装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施例に係る中間層を作製する際の
酸素分圧を示すグラフである。
酸素分圧を示すグラフである。
【図５】図１（ａ）の薄膜コンデンサの誘電体層の熱処
理前後のＸ線回折のグラフである。
理前後のＸ線回折のグラフである。
【図６】図１（ａ）の薄膜コンデンサと中間層の無い比
較例のコンデンサについての、誘電体層の剥離の関係を
示すグラフである。
較例のコンデンサについての、誘電体層の剥離の関係を
示すグラフである。
【図７】図１（ａ）の薄膜コンデンサと比較例のコンデ
ンサについての、誘電体層のＳＥＭ画像のスケッチ図で
ある。
ンサについての、誘電体層のＳＥＭ画像のスケッチ図で
ある。
【図８】本発明の一実施例のトレンチ型キャパシタ構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施例のスタックト型キャパシタ構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
１…基板、２…下部電極、３、１０３…中間層、４…誘
電体層、５…上部電極、６…アルミナ単結晶基板、７…
Ｐｔ下部電極、９…ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3誘電体層、
１０…Ａｕ上部電極、１１…炉管、１２…真空槽、１３
…イオン源、１４…Ｐｂターゲット、１５…ＭｇＯター
ゲット、１６…Ｎｂターゲット、１７…イオンビーム。
電体層、５…上部電極、６…アルミナ単結晶基板、７…
Ｐｔ下部電極、９…ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3誘電体層、
１０…Ａｕ上部電極、１１…炉管、１２…真空槽、１３
…イオン源、１４…Ｐｂターゲット、１５…ＭｇＯター
ゲット、１６…Ｎｂターゲット、１７…イオンビーム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 27/04 8832−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｃ
Claims (11)
- 【請求項１】基板と、前記基板上に順に積層された、下
部電極層、誘電体層、上部電極層とを有する薄膜コンデ
ンサにおいて、 前記誘電体層は、金属酸化物から構成され、 前記下部電極層と誘電体層との間には、金属元素と酸素
とを含む中間層が配置されていることを特徴とする薄膜
コンデンサ。 - 【請求項２】請求項１において、前記誘電体層と上部電
極層との間には、金属元素と酸素とを含む中間層が配置
されていることを特徴とする薄膜コンデンサ。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記中間層
は、前記誘電体層を構成する金属元素を含むことを特徴
とする薄膜コンデンサ。 - 【請求項４】請求項１または２において、前記中間層
は、少なくとも誘電体層と接する層が酸素を含み、 前記中間層のうち電極側に位置する層は、前記誘電体層
側に位置する層よりも含まれる酸素の割合が低いことを
特徴とする薄膜コンデンサ。 - 【請求項５】請求項４において、前記中間層に含まれる
酸素の割合は、前記電極層に接する層から前記誘電体層
に接する層まで、連続的に増加していることを特徴とす
る薄膜コンデンサ。 - 【請求項６】請求項４において、前記中間層に含まれる
酸素の割合は、前記電極層に接する層から前記誘電体層
に接する層まで、段階的に増加していることを特徴とす
る薄膜コンデンサ。 - 【請求項７】請求項１または２において、前記誘電体層
は、ＰｂＭｇ1/3Ｎｂ2/3Ｏ3のペロブスカイト構造の結
晶からなり、 前記中間層は、Ｐｂ、ＭｇおよびＮｂを含むことを特徴
とする薄膜コンデンサ。 - 【請求項８】請求項７において、前記中間層は、Ｐｂ、
Ｍｇ、ＮｂおよびＯを含み、ペロブスカイト構造の結晶
ではないことことを特徴とする薄膜コンデンサ。 - 【請求項９】請求項７において、前記中間層は、Ｐｂ、
Ｍｇ、ＮｂおよびＯを含み、ペロブスカイト構造の結晶
を少なくとも一部に含むことを特徴とする薄膜コンデン
サ。 - 【請求項１０】請求項１または２において、前記中間層
は、前記誘電体層と連続して形成されていることを特徴
とする薄膜コンデンサ。 - 【請求項１１】基板上に、下部電極層を形成し、 前記下部電極層上に、真空またはガス雰囲気中で、金属
酸化物の誘電体層を堆積させた後、前記誘電体層を加熱
して結晶化させ、 前記誘電体層上に、上部電極層を形成することにより金
属酸化物結晶の誘電体層を有する薄膜コンデンサの製造
方法であって、 前記誘電体層を堆積する際に、前記誘電体層を酸化させ
る酸化性ガスを導入し、成長開始時の酸化性ガス濃度を
予め定めた濃度以下にし、その後予め定めた目的の濃度
まで酸化性ガス濃度を徐々に高めながら堆積を行い、前
記目的の濃度に達したらその濃度に保って堆積を行うこ
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 |
|---|---|---|---|
| JP5158839A JPH0745475A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 薄膜コンデンサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5158839A JPH0745475A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 薄膜コンデンサ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0745475A true JPH0745475A (ja) | 1995-02-14 |
Family
ID=15680534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5158839A Pending JPH0745475A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 薄膜コンデンサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0745475A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11512866A (ja) * | 1995-09-27 | 1999-11-02 | モトローラ・インコーポレイテッド | ハイブリッド・エネルギ蓄積システム |
| US6849166B2 (en) | 2002-02-01 | 2005-02-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ferroelectric thin film element and its manufacturing method, thin film capacitor and piezoelectric actuator using same |
| JP2007173437A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Fujitsu Ltd | 電子部品 |
| KR100861678B1 (ko) * | 1999-12-30 | 2008-10-07 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 금속전극을 형성하기 위한 방법 |
| WO2009122774A1 (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-08 | 三井金属鉱業株式会社 | キャパシタ形成材及びキャパシタを備えたプリント配線板 |
| CN105113975A (zh) * | 2015-09-10 | 2015-12-02 | 河北科技大学 | 一种钻车钻臂凿岩机顶紧专用万向三爪顶钎 |
| WO2019026771A1 (ja) * | 2017-07-31 | 2019-02-07 | 株式会社村田製作所 | キャパシタ |
| JP2019114723A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | 凸版印刷株式会社 | キャパシタ内蔵ガラス回路基板及びキャパシタ内蔵ガラス回路基板の製造方法 |
| CN111044183A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-21 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 柔性压力传感及其制备方法 |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP5158839A patent/JPH0745475A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11512866A (ja) * | 1995-09-27 | 1999-11-02 | モトローラ・インコーポレイテッド | ハイブリッド・エネルギ蓄積システム |
| KR100861678B1 (ko) * | 1999-12-30 | 2008-10-07 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 금속전극을 형성하기 위한 방법 |
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| US7115936B2 (en) | 2002-02-01 | 2006-10-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ferroelectric thin film element and its manufacturing method, thin film capacitor and piezoelectric actuator using same |
| JP2007173437A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Fujitsu Ltd | 電子部品 |
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| CN105113975A (zh) * | 2015-09-10 | 2015-12-02 | 河北科技大学 | 一种钻车钻臂凿岩机顶紧专用万向三爪顶钎 |
| CN105113975B (zh) * | 2015-09-10 | 2017-03-29 | 河北科技大学 | 一种钻车钻臂凿岩机顶紧专用万向三爪顶钎 |
| WO2019026771A1 (ja) * | 2017-07-31 | 2019-02-07 | 株式会社村田製作所 | キャパシタ |
| JP2019114723A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | 凸版印刷株式会社 | キャパシタ内蔵ガラス回路基板及びキャパシタ内蔵ガラス回路基板の製造方法 |
| CN111044183A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-21 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 柔性压力传感及其制备方法 |
| CN111044183B (zh) * | 2019-12-24 | 2022-03-18 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 柔性压力传感及其制备方法 |
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