JPH0821256B2 - 誘電体薄膜の製造法 - Google Patents
誘電体薄膜の製造法Info
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- JPH0821256B2 JPH0821256B2 JP61141937A JP14193786A JPH0821256B2 JP H0821256 B2 JPH0821256 B2 JP H0821256B2 JP 61141937 A JP61141937 A JP 61141937A JP 14193786 A JP14193786 A JP 14193786A JP H0821256 B2 JPH0821256 B2 JP H0821256B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、誘電体薄膜の製造法に関する。本発明にも
とづいて製造された誘電体薄膜は、薄膜コンデンサ，薄
膜電場発光素子の誘電体層，薄膜トランジスタのゲート
誘電体膜に用いることが可能であり、平板状ディスプレ
イ，焦電型赤外検出器やELディスプレイの駆動用トラン
ジスタに応用できる特徴を持つ。
とづいて製造された誘電体薄膜は、薄膜コンデンサ，薄
膜電場発光素子の誘電体層，薄膜トランジスタのゲート
誘電体膜に用いることが可能であり、平板状ディスプレ
イ，焦電型赤外検出器やELディスプレイの駆動用トラン
ジスタに応用できる特徴を持つ。
従来の技術 誘電体薄膜の電気的性能は、誘電率，誘電損失，絶縁
破壊電界強度，絶縁破壊状態，薄膜両側の界面に関する
安定性等で決定される。各々のパラメータは、いづれも
重要であるが、薄膜コンデンサのように電気容量と耐圧
の両方を問題にする場合、性能指数qmは、 qm＝εrεOＥB で表わせる。ここでεOは、真空の誘電率8.854×10-12F
/m,εrとＥBは、それぞれ誘電体膜の比誘電率と絶縁破
壊電界強度である。qmは、絶縁破壊時の最大電荷密度
〔C/m2〕を表わしており、下記の表に従来の誘電体薄膜
の性能指数qmを示した。
破壊電界強度，絶縁破壊状態，薄膜両側の界面に関する
安定性等で決定される。各々のパラメータは、いづれも
重要であるが、薄膜コンデンサのように電気容量と耐圧
の両方を問題にする場合、性能指数qmは、 qm＝εrεOＥB で表わせる。ここでεOは、真空の誘電率8.854×10-12F
/m,εrとＥBは、それぞれ誘電体膜の比誘電率と絶縁破
壊電界強度である。qmは、絶縁破壊時の最大電荷密度
〔C/m2〕を表わしており、下記の表に従来の誘電体薄膜
の性能指数qmを示した。
表より、性能指数qmが大きい誘電体薄膜としては、Sr
TiO3,PbTiO3があり、次にBaTa2O6,PbNb2O6のAM2O6タイ
プ，単純酸化物(M2O3,MO2,M2O5)の順となっている。こ
れは比誘電率が大きいことに起因しており、絶縁破壊電
界強度は、低誘電率の方がむしろ高くなっている。ま
た、一方、Ta-O-Nのようにタンタル金属をターゲットに
用いた反応性スパッタ法で酸素と窒素の混合ガスを用い
てEbを２倍にした例があるが、ガス圧比により特性は大
きく変化する〔S.J.イングレイ（Ingrey）,W.D.ウェス
トウッド（Westwood）,B.K.マクローリン（Maclauri
n）；シンソリッド フィルムズ（Thin Solid Films）,
30（1975）377〜381〕またSi3N4とAl2O3の複合ターゲッ
トからスパッタ法で形成されたSi-Al-O-Nの複合膜につ
いて調べたqmは、0.064C/m2であった。
TiO3,PbTiO3があり、次にBaTa2O6,PbNb2O6のAM2O6タイ
プ，単純酸化物(M2O3,MO2,M2O5)の順となっている。こ
れは比誘電率が大きいことに起因しており、絶縁破壊電
界強度は、低誘電率の方がむしろ高くなっている。ま
た、一方、Ta-O-Nのようにタンタル金属をターゲットに
用いた反応性スパッタ法で酸素と窒素の混合ガスを用い
てEbを２倍にした例があるが、ガス圧比により特性は大
きく変化する〔S.J.イングレイ（Ingrey）,W.D.ウェス
トウッド（Westwood）,B.K.マクローリン（Maclauri
n）；シンソリッド フィルムズ（Thin Solid Films）,
30（1975）377〜381〕またSi3N4とAl2O3の複合ターゲッ
トからスパッタ法で形成されたSi-Al-O-Nの複合膜につ
いて調べたqmは、0.064C/m2であった。
発明が解決しようとする問題点 以上のように、誘電体薄膜の性能指数qmを向上しか
つ、安定性に富むものを簡便な方法で形成することは、
困難である。
つ、安定性に富むものを簡便な方法で形成することは、
困難である。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、例えば、
大電気容量，高耐圧薄膜コンデンサを提供することがで
き、さらに薄膜EL素子や薄膜トランジスタ用の誘電体膜
への応用に適した誘電体薄膜を提供することを目的とす
る。
大電気容量，高耐圧薄膜コンデンサを提供することがで
き、さらに薄膜EL素子や薄膜トランジスタ用の誘電体膜
への応用に適した誘電体薄膜を提供することを目的とす
る。
問題点を解決するための手段 AM2O6の化学式で表記される酸化物焼結体をターゲッ
トとし、窒素を含むスパッタガスを用いてスパッタリン
グ法により誘電体薄膜を形成する。
トとし、窒素を含むスパッタガスを用いてスパッタリン
グ法により誘電体薄膜を形成する。
作用 窒素を含むスパッタガスを用いることにより、スパッ
タリング法で形成された誘電体薄膜の電気的安定性が向
上し、誘電率を下げずに、絶縁破壊電界強度が上昇す
る。さらに、例えば誘電体薄膜を積層した場合、界面を
通って構成元素が相互に拡散することが大幅に少なくな
る。
タリング法で形成された誘電体薄膜の電気的安定性が向
上し、誘電率を下げずに、絶縁破壊電界強度が上昇す
る。さらに、例えば誘電体薄膜を積層した場合、界面を
通って構成元素が相互に拡散することが大幅に少なくな
る。
実施例 図は本発明の誘電体薄膜の製造法の一実施例を示す。
ターゲット電極１の裏側にマグネット２を取り付け、高
周波電源を用いる高周波マグネトロンスパッタリングと
した。ターゲット電極１のターゲット材料としては、AM
2O6の化学式で表記される酸化物であるタンタル酸バリ
ウム(BaTa2O6)を用いた。これによりヒータ３により基
板ホルダ４に取付けた基板５を加熱しながら誘電体薄膜
をスパッタ蒸着して成膜した。この時、N2ガスとO2ガス
とArガスを各々のガス導入口６より流し、排気系７を使
ってガス圧を５〜20mTorrの間に制御した。各々のガス
の流量は1SCCM〜50SCCMとし流量比を変えて成膜した。
この時の基板温度は、室温から500℃の範囲で行なっ
た。膜厚は、50〜2000nmとした。上部電極には、Al、ま
たはAu蒸着膜を用いた。その結果、基板５としてインジ
ウム錫酸化膜（ITO膜）を付着したガラス基板を用いた
ところ、スパッタガスをN2ガスのみとした場合、誘電率
は、従来のArとO2をスパッタガスに用いたものと比較し
て変化せず、耐圧は、1.5倍から２倍に増加した。これ
により薄膜コンデンサの性能指数qmも、従来の値より1.
5〜２倍大きくなった。またN2ガスにO2ガスを混合した
場合、誘電率は、あまり変化せず、耐圧は、O2ガスの割
合が80％程度になるまで、O2ガスとArガスの混合ガスを
用いたスパッタ膜の1.5倍以上の値を示した。
ターゲット電極１の裏側にマグネット２を取り付け、高
周波電源を用いる高周波マグネトロンスパッタリングと
した。ターゲット電極１のターゲット材料としては、AM
2O6の化学式で表記される酸化物であるタンタル酸バリ
ウム(BaTa2O6)を用いた。これによりヒータ３により基
板ホルダ４に取付けた基板５を加熱しながら誘電体薄膜
をスパッタ蒸着して成膜した。この時、N2ガスとO2ガス
とArガスを各々のガス導入口６より流し、排気系７を使
ってガス圧を５〜20mTorrの間に制御した。各々のガス
の流量は1SCCM〜50SCCMとし流量比を変えて成膜した。
この時の基板温度は、室温から500℃の範囲で行なっ
た。膜厚は、50〜2000nmとした。上部電極には、Al、ま
たはAu蒸着膜を用いた。その結果、基板５としてインジ
ウム錫酸化膜（ITO膜）を付着したガラス基板を用いた
ところ、スパッタガスをN2ガスのみとした場合、誘電率
は、従来のArとO2をスパッタガスに用いたものと比較し
て変化せず、耐圧は、1.5倍から２倍に増加した。これ
により薄膜コンデンサの性能指数qmも、従来の値より1.
5〜２倍大きくなった。またN2ガスにO2ガスを混合した
場合、誘電率は、あまり変化せず、耐圧は、O2ガスの割
合が80％程度になるまで、O2ガスとArガスの混合ガスを
用いたスパッタ膜の1.5倍以上の値を示した。
また、ArガスとO2ガスとN2ガスの混合ガスを用いるこ
とにより、N2ガスとO2ガスの混合ガスを用いた時と同様
に、薄膜コンデンサの性能指数が1.5倍以上に達した。
例えば、BaTa2O6のターゲットから成膜した誘電体薄膜
の比誘電率εrは、22,絶縁破壊電界強度Ｅbは、4.5〜6.
5MV/cmを示し、PbNb2O6の場合のそれは、εrが40,Ebが
2.5〜3.5MV/cmに向上した。
とにより、N2ガスとO2ガスの混合ガスを用いた時と同様
に、薄膜コンデンサの性能指数が1.5倍以上に達した。
例えば、BaTa2O6のターゲットから成膜した誘電体薄膜
の比誘電率εrは、22,絶縁破壊電界強度Ｅbは、4.5〜6.
5MV/cmを示し、PbNb2O6の場合のそれは、εrが40,Ebが
2.5〜3.5MV/cmに向上した。
さらに、この両者の組み合わせ、Ba,Pbの一部をSr,Ca
で置換したセラミックターゲットを用いても、N2ガスを
含むスパッタガスを用いてスパッタして成膜された誘電
体薄膜のＥbは1.5倍以上となり、qmも、同様に1.5倍以
上となったことを確認した。
で置換したセラミックターゲットを用いても、N2ガスを
含むスパッタガスを用いてスパッタして成膜された誘電
体薄膜のＥbは1.5倍以上となり、qmも、同様に1.5倍以
上となったことを確認した。
この誘電体膜を薄膜電場発光素子や薄膜トランジスタ
の絶縁体層，ゲート酸化膜層に用いて104時間以上経過
しても特性が劣化しないことも確認された。
の絶縁体層，ゲート酸化膜層に用いて104時間以上経過
しても特性が劣化しないことも確認された。
発明の効果 本発明によれば、きわめて簡易な方法で高い性能指数
qmを持つ安定な誘電体薄膜が提供でき、例えば、薄膜を
用いたコンデンサや、半導体装置の層間絶縁体膜，薄膜
電場発光素子に用いる誘電体層としてきわめて有用な誘
電体薄膜を製造することができる。
qmを持つ安定な誘電体薄膜が提供でき、例えば、薄膜を
用いたコンデンサや、半導体装置の層間絶縁体膜，薄膜
電場発光素子に用いる誘電体層としてきわめて有用な誘
電体薄膜を製造することができる。
図は本発明の一実施例における誘電体膜の製造装置を示
す概略断面図である。 １……ターゲット、３……ヒータ、５……基板、６……
ガス導入口。
す概略断面図である。 １……ターゲット、３……ヒータ、５……基板、６……
ガス導入口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 惇 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 松岡 富造 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−994（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】AM2O6の化学式で表記される酸化物焼結体
をターゲットとし、窒素を含むスパッタガスを用いてス
パッタリング法により形成することを特徴とする誘電体
薄膜の製造法。 - 【請求項２】窒素を含むスパッタガスとして、窒素と酸
素の混合ガス、あるいは、窒素と酸素と希ガスとの混合
ガスを用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の誘電体薄膜の製造法。 - 【請求項３】AM2O6の化学式で表記される酸化物焼結体
として、元素ＡをSr,Ba,Pb、Caの中から少なくとも一種
選択し、元素ＭをTa,Nbの中から少なくとも一種選択し
たAM2O6の化学式で表記される酸化物焼結体を用いるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の誘電体薄膜
の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61141937A JPH0821256B2 (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 誘電体薄膜の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61141937A JPH0821256B2 (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 誘電体薄膜の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63905A JPS63905A (ja) | 1988-01-05 |
| JPH0821256B2 true JPH0821256B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=15303609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61141937A Expired - Lifetime JPH0821256B2 (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 誘電体薄膜の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821256B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63994A (ja) * | 1986-06-18 | 1988-01-05 | 松下電器産業株式会社 | 薄膜電場発光素子の製造法 |
-
1986
- 1986-06-18 JP JP61141937A patent/JPH0821256B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63905A (ja) | 1988-01-05 |
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