JPH10223840A - 薄膜高誘電体キャパシタ - Google Patents

薄膜高誘電体キャパシタ

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JPH10223840A
JPH10223840A JP9023472A JP2347297A JPH10223840A JP H10223840 A JPH10223840 A JP H10223840A JP 9023472 A JP9023472 A JP 9023472A JP 2347297 A JP2347297 A JP 2347297A JP H10223840 A JPH10223840 A JP H10223840A
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JP
Japan
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film
high dielectric
lower electrode
tio
capacitor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9023472A
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English (en)
Inventor
Hiroto Oda
浩人 小田
Kazutaka Tsuji
和隆 辻
Kenji Samejima
賢二 鮫島
Yoshinori Imamura
慶憲 今村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi ULSI Engineering Corp, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi ULSI Engineering Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高誘電体薄膜を用いた薄膜キャパシタにおいて
リーク電流、特に逆方向のリーク電流を低減する。 【解決手段】第一のBaxSr1-xTiO3(0.6<x<
0.7)高誘電体膜と下部電極の間に中間層として、第
一の高誘電体膜と組成の異なるBaxSr1-xTiO3膜(x
は0以上0.3以下、x=0の場合はSrTiO3)を設
け、この中間層の膜厚を10nm以上100nm以下と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はBaTiO3とSr
TiO3の混晶系薄膜を用いた薄膜高誘電体キャパシタ
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のBaSrTiO3 高誘電体キャパ
シタは、図2のようには基板12上に下部電極22,B
xSr1-xTiO3(0.6<x<0.7)高誘電体膜4
2,上部電極52を順に形成した構造(例えば特開平7
−297364 号)が一般的に知られている。また上記Bax
Sr1-xTiO3(0.6<x<0.7)高誘電体膜の作製
方法として高誘電体成分を含む溶液を回転塗布して(ゾ
ルゲル法),アニール処理して焼結させる方法が簡便な
方法として用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図3に上述した従来の
構造のBaxSr1-xTiO3(0.6<x<0.7)高誘電
体を用いた高容量キャパシタにおいて下部電極をアース
側に接地し上部電極側に正負の電圧を印加した場合のグ
ラフを示す。上部電極に正の電圧(順方向)を印加した
場合に比べ、負の電圧(逆方向)を印加した場合はリー
ク電流(逆方向のリーク電流)が非常に大きくなってお
り、リーク電流の非対称性が発生している。このリーク
電流の非対称性において、例えば上部電極の材質,構造
を変えた場合、順方向のリーク電流特性は改善できた
が、逆方向のリーク電流特性は改善されなかった。従っ
て逆方向のリーク電流の増加は下部電極側に起因してい
ると考えられる。
【0004】上述した従来の構造のBaxSr1-xTiO
3(0.6<x<0.7)高誘電体膜を用いた高容量キャパ
シタでは、絶縁基板上に下部電極,BaxSr1-xTiO
3 (0.6<x<0.7)誘電体膜を順に構成した後に
600℃以上で焼成し、その後、上部電極を形成するた
め、下部電極は酸化されにくいPt電極やAu電極が一
般的に用いられている。しかしこれらの下部電極のPt
電極やAu電極でもO2 雰囲気中で600℃以上の高温
で熱処理されるため、BaxSr1-xTiO3(0.6<x
<0.7)高誘電体膜の構成元素が下部電極のPt電極
やAu電極中に拡散して膜が組成変化を起こしているた
めである。
【0005】このように電圧を印加したときにリーク電
流に非対称性が発現することによって、従来構造の高誘
電体キャパシタではキャパシタをAC動作させる場合
や、同一下部電極上に複数の高誘電体と上部電極を形成
し下部電極を共用することによって直列接続して用いる
場合などに、リーク電流が増大して使用できないという
問題が発生した。また上部電極に順方向しか電圧を印加
できないため、素子設計の上で自由なレイアウト設計が
できないという問題があった。
【0006】本発明の目的は、BaSrTiO3 高誘電
体膜を用いた高容量キャパシタにおいて順方向のリーク
電流を増加させることなく逆方向のリーク電流を低減す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この課題は、図1に示す
ように基板11上にそれぞれ薄膜として形成された第一
のBaxSr1-xTiO3(0.6<x<0.7)高誘電体膜
41と下部電極21の間に中間層として組成の異なる第
二のBaxSr1-xTiO3 高誘電体膜31を有し、上記
第一のBaxSr1-xTiO3 高誘電体膜41上に上部電
極51を持つ構造によって達成できる。特に第二のBa
xSr1-xTiO3 高誘電体膜31は、上記第一のBax
Sr1-xTiO3(0.6<x<0.7)高誘電体膜41と
組成の異なるBaxSr1-xTiO3膜(xは0以上0.3
以下,x=0の場合はSrTiO3)であり、膜厚を1
0nm以上100nm以下の膜厚で形成することで達成
できる。
【0008】
【発明の実施の形態】
〈実施例1〉以下、本発明の高誘電体キャパシタの製造
法の一実施例を図4を用いて説明する。本実施例では第
一のBaxSr1-xTiO3 膜はx=0.7,第二のBax
Sr1-xTiO3 膜はx=0すなわちSrTiO3 を用
いた。
【0009】まずSi基板上に絶縁膜としてシリコン酸
化膜(図示せず)を形成した基板13を用いた。そしてシ
リコン酸化膜上に蒸着法、またはスパッタ法を用いて下
部電極膜23としてPt/Ti金属膜を200/50n
m形成する(図4(a))。
【0010】下部電極膜23上にゾルゲル法によるSr
TiO3溶液をスピナーにより回転塗布し、大気中で1
20℃で5分,400℃で10分焼成する。次にBa
0.7Sr0.3TiO3 溶液を前記同様回転塗布および熱処
理し、Ba0.7Sr0.3TiO3,SrTiO3 組成以外
の成分を除去して、多孔質かつ非晶質の高誘電体膜を形
成する。さらに焼成炉内で600℃,O2 雰囲気中で6
0分焼成して焼結および結晶化させ、上記下部電極膜2
3上にSrTiO3膜33,次にBa0.7Sr0.3TiO3膜43
の順に積層した高誘電体多層膜を形成する(図4
(b))。
【0011】上記Ba0.7Sr0.3TiO3 高誘電体膜4
3上に蒸着法、またはスパッタ法を用いて上部電極53
としてAl/Mo金属を200/50nm形成する(図
4(c))。
【0012】次にホトレジストでパターンを形成し、そ
のレジストパターンをマスクとしてイオンミリング法で
不要なAl/Mo金属をエッチングして、上部電極54
を形成する(図4(d))。さらに上記上部電極54上
にレジストパターンを形成し、そのレジストパターンを
マスクとしてイオンミリング法やフッ酸等を用いたウェ
ットエッチングで不要なBa0.7Sr0.3TiO3高誘電
体膜43,SrTiO3膜33をエッチングする。最後
に前記同様にホトレジストでパターンを形成し、そのレ
ジストパターンをマスクとしてイオンミリング法で不要
な下部電極23をエッチングして、BaSrTiO3
誘電体キャパシタを形成する(図4(e))。
【0013】本実施例により作製したBaSrTiO3
高誘電体キャパシタの印加電圧とリーク電流の関係を図
5に示す。この高誘電体膜キャパシタの上部電極に正の
電圧を印加した場合はリーク電流は従来構造とほぼ同じ
であるが、負の電圧を印加した場合は従来構造の約1/
100にリーク電流が小さくなり、リーク電流の非対称
性が小さくなっている。本実施例によれば下部電極23
上にSrTiO3 膜33を形成することにより順方向の
リーク電流を増加させることなく逆方向のリーク電流を
約1/100に低減でき、上部電極,下部電極いずれの
電極にも正負いずれの電圧を印加できるキャパシタを形
成できる。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、第一のBaxSr1-x
iO3(0.6<x<0.7)高誘電体膜と下部電極の間に
中間層として上記第一のBaxSr1-xTiO3 高誘電体
膜と組成の異なる第二のBaxSr1-xTiO3膜(xは
0以上0.3以下、x=0の場合はSrTiO3 )を膜
厚10nm以上100nm以下の膜厚で形成することに
より、電圧によるリーク電流の非対称性を改善し、順方
向のリーク電流を増加させることなく逆方向のリーク電
流を低減でき、上部電極,下部電極いずれの電極にも正
負いずれの電圧を印加できるキャパシタを形成できる。
またキャパシタをAC動作させる場合や、同一下部電極
上に複数の高誘電体と上部電極を形成して直列接続で使
用してもリーク電流が増加することがない。その結果キ
ャパシタの設計が簡単で、汎用性が高く、低コストのキ
ャパシタが得られ、利用価値が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である高誘電体膜キャパシタ
の部分断面図。
【図2】従来技術により作製された高誘電体膜キャパシ
タの部分断面図。
【図3】従来技術により作製された高誘電体膜キャパシ
タの印加電圧とリーク電流の関係を示す特性図。
【図4】本発明の一実施例である高誘電体膜キャパシタ
の製造方法を示す工程図。
【図5】本発明の一実施例である高誘電体膜キャパシタ
の印加電圧とリーク電流の関係を示す特性図。
【符号の説明】
11…基板、21…下部電極、31…第二の高誘電体
膜、41…第一の高誘電体膜、51…上部電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻 和隆 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 鮫島 賢二 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 今村 慶憲 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁体上に形成された下部電極膜と、前記
    下部電極上に形成されたBaxSr1-xTiO3(0.6<
    x<0.7)よりなる第一の高誘電体膜と、前記高誘電
    体膜上に形成された上部電極とからなる薄膜キャパシタ
    において、前記第一の高誘電体膜と前記下部電極膜の間
    に第二の高誘電体膜を中間層として有することを特徴と
    する薄膜高誘電体キャパシタ。
  2. 【請求項2】前記第二の高誘電体膜はBaxSr1-xTi
    3膜であり、xは0以上0.3以下である請求項1に記
    載の薄膜高誘電体キャパシタ。
  3. 【請求項3】上記第二の高誘電体膜の膜厚は10nm以
    上,100nm以下である請求項1または2に記載の薄
    膜高誘電体キャパシタ。
  4. 【請求項4】上記下部電極がPt金属層を含む請求項
    1,2または3に記載の薄膜高誘電体キャパシタ。
JP9023472A 1997-02-06 1997-02-06 薄膜高誘電体キャパシタ Withdrawn JPH10223840A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004079776A3 (en) * 2003-03-05 2005-06-02 Energenius Inc Barium stronium titanate containing multilayer structures on metal foils
WO2005083726A1 (en) * 2004-02-27 2005-09-09 Energenius, Inc. Thin film ferroelectric composites, method of making and capacitor comprising the same

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Effective date: 20040406