JPH11214245A - Thin film monolithic capacitor and manufacture thereof - Google Patents

Thin film monolithic capacitor and manufacture thereof

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JPH11214245A
JPH11214245A JP2667398A JP2667398A JPH11214245A JP H11214245 A JPH11214245 A JP H11214245A JP 2667398 A JP2667398 A JP 2667398A JP 2667398 A JP2667398 A JP 2667398A JP H11214245 A JPH11214245 A JP H11214245A
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JP
Japan
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thin film
film
layer
oxide dielectric
multilayer capacitor
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JP2667398A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Takeshima
島 裕 竹
Hiroshi Takagi
木 洋 鷹
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film monolithic capacitor having a good dielectric property and less changes of characteristics with the elapse of time, and a method for manufacturing such a thin film monolithic capacitor. SOLUTION: A thin film monolithic capacitor 10 includes a board 12. On the board 12, a thin film dielectric layer 14, an electrode layer 16, and an outer electrode 18 connected to the electrode layer 16 are formed. A protective film 20 is formed at a part corresponding to the part where the dielectric layer 14 is formed. To produce this thin film monolithic capacitor 10, the thin film dielectric layer 14, the electrode layer 16 and the outer electrode 18 are formed on the board 12 by a CVD method or the like. The multilayer body thus obtained is heat-treated under the partial pressure of oxygen. After that, the protective film 20 is formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は薄膜積層コンデン
サおよびその製造方法に関し、特にたとえば、小型で比
較的大容量の薄膜積層コンデンサおよびその製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin-film multilayer capacitor and a method of manufacturing the same, and more particularly to, for example, a small-sized and relatively large-capacity thin-film multilayer capacitor and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子部品の分野においては、回路
の高密度化にともない、コンデンサなどの一層の小型化
および高性能化が望まれている。このような小型高性能
のコンデンサとして、たとえば積層セラミックコンデン
サがある。積層セラミックコンデンサを製造するには、
まず、所定の大きさにカットされたセラミックグリーン
シート上に電極ペーストを印刷し、乾燥したのち、複数
のセラミックグリーンシートが積層される。積層された
セラミックグリーンシートを圧着したのち、さらに所定
の大きさにカットして焼成し、焼成体が得られる。この
焼成体に外部電極用ペーストを塗布し、焼き付けること
によって、積層セラミックコンデンサが形成される。
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of electronic components, further miniaturization and higher performance of capacitors and the like have been desired with the increase in circuit density. As such a small high-performance capacitor, for example, there is a multilayer ceramic capacitor. To manufacture multilayer ceramic capacitors,
First, an electrode paste is printed on a ceramic green sheet cut to a predetermined size, dried, and then a plurality of ceramic green sheets are stacked. After the laminated ceramic green sheets are pressed, they are further cut into a predetermined size and fired to obtain a fired body. An external electrode paste is applied to the fired body and baked to form a multilayer ceramic capacitor.

【0003】しかしながら、このような方法で積層セラ
ミックコンデンサを作製する場合、セラミック原料粉末
よりも誘電体層を薄くすることは不可能であり、誘電体
層の欠陥による電極間のショートや電極切れなどの問題
から、現状では、誘電体層が3μm以下のものを作製す
ることが困難である。そのため、積層セラミックコンデ
ンサの小型化および大容量化には限界があった。
However, when a multilayer ceramic capacitor is manufactured by such a method, it is impossible to make the dielectric layer thinner than the ceramic raw material powder. At present, it is difficult to produce a dielectric layer having a thickness of 3 μm or less. For this reason, there has been a limit in reducing the size and increasing the capacity of the multilayer ceramic capacitor.

【0004】このような問題を解決するために、特開昭
56−144523号公報には、スパッタリングによっ
て誘電体層を形成する積層セラミックコンデンサの製造
方法が開示されている。ここでは、Al2 3 、SiO
2 、TiO2 、BaTiO3の薄膜および電極をスパッ
タリングによって形成する方法が開示されている。
In order to solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 56-144523 discloses a method of manufacturing a multilayer ceramic capacitor in which a dielectric layer is formed by sputtering. Here, Al 2 O 3 , SiO 2
2 , a method of forming a thin film and an electrode of TiO 2 and BaTiO 3 by sputtering is disclosed.

【0005】しかしながら、Al2 3 、SiO2 、T
iO2 などは材料そのものの誘電率が低いため、コンデ
ンサとしての容量を上げようとすると、膜厚を非常に薄
くする必要があり、リーク電流、絶縁耐圧など、電子デ
バイスとしての信頼性に問題が出てくる。それに対し
て、BaTiO3 のほか、SrTiO3 、(Ba,S
r)TiO3 、PbTiO3 、Pb(Zr,Ti)
3 、Pb(Mg,Nb)O3などの誘電体は、材料と
しての誘電率は高いものの、薄膜状態で高誘電率を得よ
うとすると、高温成膜で薄膜の結晶性を向上させる必要
がある。
However, Al 2 O 3 , SiO 2 , T
Since the material itself has a low dielectric constant such as iO 2 , it is necessary to make the film very thin in order to increase the capacitance as a capacitor, and there is a problem in the reliability as an electronic device such as leakage current and dielectric strength. Come out. On the other hand, in addition to BaTiO 3 , SrTiO 3 , (Ba, S
r) TiO 3 , PbTiO 3 , Pb (Zr, Ti)
Dielectrics such as O 3 and Pb (Mg, Nb) O 3 have a high dielectric constant as a material, but if it is desired to obtain a high dielectric constant in a thin film state, it is necessary to improve the crystallinity of the thin film by high-temperature deposition. There is.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、CVD
法やスパッタリングなどのように、減圧下で酸化物誘電
体層を形成する場合、酸化物誘電体層と電極層とを交互
に成膜して積層コンデンサを作製すると、積層数が増大
するとともに、誘電正接tanδが異常に大きくなると
いう現象が現れる。この現象は、積層コンデンサの誘電
体層が少ない場合には、顕著には現れない。
SUMMARY OF THE INVENTION However, CVD
In the case of forming an oxide dielectric layer under reduced pressure, such as a method or sputtering, when an oxide dielectric layer and an electrode layer are alternately formed to produce a multilayer capacitor, the number of stacked layers increases, The phenomenon that the dielectric loss tangent tan δ becomes abnormally large appears. This phenomenon does not appear remarkably when the number of dielectric layers of the multilayer capacitor is small.

【0007】そこで、このような薄膜積層体を分析した
結果、初期に成膜した下方層で酸素欠損の増大が認めら
れた。これは、上述の方法で薄膜積層体を作製する場
合、誘電体成膜時においては成膜面に酸素あるいは酸化
剤が供給されるものの、すでに成膜された酸化物誘電体
層は低酸素分圧下で高温に晒されることとなるため、酸
素の離脱が生じたものと考えられる。その結果、下方層
の内部のOH基などの存在量が増大し、tanδが上昇
するものと考えられる。
[0007] As a result of analyzing such a thin film laminate, an increase in oxygen deficiency was observed in the lower layer formed in the initial stage. This is because, when a thin film laminate is manufactured by the above-described method, oxygen or an oxidizing agent is supplied to the film formation surface during dielectric film formation, but the already formed oxide dielectric layer has a low oxygen content. Since it was exposed to high temperature under pressure, it is considered that oxygen desorption occurred. As a result, it is considered that the abundance of OH groups and the like in the lower layer increases, and tan δ increases.

【0008】また、これらの方法で作製した薄膜積層体
は空気中の水分を吸着しやすく、大気中で測定した場合
と減圧中で測定した場合とでは、その誘電特性が大きく
異なり、大気中で測定した場合にはtanδが大きくな
る。さらに、水分の吸着のため、大気中では、その誘電
特性が経時変化する。
Further, the thin film laminate produced by these methods easily adsorbs moisture in the air, and its dielectric properties are greatly different between those measured in the air and those measured in a reduced pressure. When measured, tan δ increases. Furthermore, due to the adsorption of moisture, its dielectric properties change with time in the atmosphere.

【0009】それゆえに、この発明の主たる目的は、良
好な誘電特性を有し、特性の経時変化の少ない薄膜積層
コンデンサを提供することである。また、この発明の目
的は、良好な誘電特性を有し、特性の経時変化の少ない
薄膜積層コンデンサの製造方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, a main object of the present invention is to provide a thin film multilayer capacitor having good dielectric characteristics and little change in characteristics over time. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film multilayer capacitor having good dielectric characteristics and little change in characteristics over time.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明は、酸化物誘電
体薄膜層と電極層とを積層した薄膜積層コンデンサにお
いて、酸化物誘電体薄膜層を外部から遮断するための保
護膜を有することを特徴とする、薄膜積層コンデンサで
ある。具体的には、基板と、基板表面に形成された酸化
物誘電体薄膜層と電極層との積層体と、積層体の両端に
形成された電極層と接続される外部電極とからなり、外
部に露出している酸化物誘電体薄膜層が保護膜で被覆さ
れていることを特徴とする、薄膜積層コンデンサであ
る。また、この発明は、少なくとも2層以上の酸化物誘
電体薄膜層と電極層との積層体を含む薄膜積層コンデン
サの製造方法において、少なくとも最終の酸化物誘電体
薄膜層を成膜したのちに、酸化物誘電体薄膜層の成膜時
の酸素分圧よりも高い酸素分圧中で熱処理することを特
徴とする、薄膜積層コンデンサの製造方法である。さら
に、熱処理を行ったのちに、酸化物誘電体薄膜層を外部
から遮断するための保護膜を形成してもよい。
According to the present invention, there is provided a thin-film multilayer capacitor in which an oxide dielectric thin film layer and an electrode layer are stacked, having a protective film for shielding the oxide dielectric thin film layer from the outside. Characteristic is a thin film multilayer capacitor. Specifically, the substrate includes a laminate of an oxide dielectric thin film layer and an electrode layer formed on the surface of the substrate, and external electrodes connected to the electrode layers formed at both ends of the laminate. Characterized in that the oxide dielectric thin film layer exposed to the outside is covered with a protective film. Further, the present invention provides a method for manufacturing a thin film multilayer capacitor including a laminate of at least two or more oxide dielectric thin film layers and an electrode layer, wherein at least a final oxide dielectric thin film layer is formed, A method for manufacturing a thin film multilayer capacitor, comprising performing heat treatment in an oxygen partial pressure higher than the oxygen partial pressure at the time of forming an oxide dielectric thin film layer. Further, after the heat treatment, a protective film for blocking the oxide dielectric thin film layer from the outside may be formed.

【0011】酸化物誘電体薄膜層を外部から遮断するた
めの保護膜があることにより、大気中の水分が吸着され
ず、大気中の水分の影響を小さくすることができる。特
に、酸化物誘電体薄膜層が外部に露出した薄膜積層コン
デンサについて、最外部の酸化物誘電体薄膜層を保護膜
で被覆することにより、大気中の水分の影響を小さくす
ることができる。また、薄膜積層コンデンサを作製する
際に、薄膜積層体を形成したのちに、高い酸素分圧下で
熱処理することにより、下方層での酸素欠損を減少させ
ることができる。
The presence of the protective film for shielding the oxide dielectric thin film layer from the outside prevents moisture in the air from being adsorbed, thereby reducing the influence of the moisture in the air. In particular, in the case of a thin film multilayer capacitor in which the oxide dielectric thin film layer is exposed to the outside, the influence of moisture in the air can be reduced by covering the outermost oxide dielectric thin film layer with a protective film. Further, when producing a thin film laminated capacitor, after forming a thin film laminated body, by performing a heat treatment under a high oxygen partial pressure, oxygen deficiency in a lower layer can be reduced.

【0012】この発明の上述の目的,その他の目的,特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は、この発明の薄膜積層コン
デンサの一例を示す図解図である。薄膜積層コンデンサ
10は、基板12を含む。基板12上には、複数の薄膜
誘電体層14と電極層16とが、交互に積層されて積層
体が形成されている。薄膜誘電体層14としては、たと
えば(Ba,Sr)TiO3 などの酸化物誘電体薄膜層
が用いられる。そして、積層された電極層16は、交互
に基板12の幅方向の両端に引き出され、2つの外部電
極18に接続される。さらに、薄膜誘電体層14の形成
された部分を覆うように、保護膜20が形成される。
FIG. 1 is an illustrative view showing one example of a thin film multilayer capacitor of the present invention. The thin-film multilayer capacitor 10 includes a substrate 12. On the substrate 12, a plurality of thin film dielectric layers 14 and electrode layers 16 are alternately laminated to form a laminate. As the thin film dielectric layer 14, for example, an oxide dielectric thin film layer such as (Ba, Sr) TiO 3 is used. Then, the laminated electrode layers 16 are alternately drawn out to both ends in the width direction of the substrate 12 and connected to two external electrodes 18. Further, a protective film 20 is formed so as to cover the portion where the thin film dielectric layer 14 is formed.

【0014】このような薄膜積層コンデンサ10を製造
するには、たとえばCVD法などによって、基板12上
に薄膜誘電体層14と電極層16とが交互に形成され
る。このとき、基板12の幅方向の両端側に電極層を順
次積層することにより、外部電極18が形成される。こ
のようにして得られた積層体が、高い酸素分圧中におい
て熱処理される。そして、薄膜誘電体層14が形成され
た部分に対応して、保護膜20が形成される。
In order to manufacture such a thin-film multilayer capacitor 10, thin-film dielectric layers 14 and electrode layers 16 are alternately formed on a substrate 12 by, for example, a CVD method. At this time, the external electrodes 18 are formed by sequentially laminating the electrode layers on both ends in the width direction of the substrate 12. The laminate thus obtained is heat-treated in a high oxygen partial pressure. Then, a protective film 20 is formed corresponding to the portion where the thin film dielectric layer 14 is formed.

【0015】この薄膜積層コンデンサ10では、保護膜
20が形成されていることにより、大気中の水分が薄膜
誘電体層14に吸着されず、水分による誘電特性の劣化
を防ぐことができる。また、水分の吸着が抑制されるた
め、薄膜積層コンデンサ10の使用中における誘電特性
の経時変化を抑えることができる。さらに、製造時にお
いて、全ての薄膜誘電体層14を形成したのちに、高い
酸素分圧中で熱処理することにより、成膜時に薄膜誘電
体層14に生じた酸素欠損を減少させることができる。
そのため、このような酸素欠損による誘電特性の劣化を
防ぐことができる。
In the thin-film multilayer capacitor 10, since the protective film 20 is formed, moisture in the air is not adsorbed on the thin-film dielectric layer 14, so that deterioration of the dielectric characteristics due to the moisture can be prevented. Further, since the adsorption of moisture is suppressed, it is possible to suppress a change with time of the dielectric characteristics during use of the thin film multilayer capacitor 10. Further, during the manufacturing, after all the thin film dielectric layers 14 are formed, by performing a heat treatment at a high oxygen partial pressure, oxygen vacancies generated in the thin film dielectric layers 14 during film formation can be reduced.
Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the dielectric characteristics due to such oxygen deficiency.

【0016】[0016]

【実施例】図2は、この発明の薄膜積層コンデンサの製
造方法を用いて薄膜積層コンデンサを作製するためのM
OCVD装置を示す図解図である。MOCVD装置30
は、複数の原料気化器32a,32b,32cを含む。
原料気化器32aには、作製する薄膜誘電体層の原料と
なる物質が貯留される。原料気化器32aには、キャリ
アガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ
(MFC)34およびバルブ36を介して、キャリアガ
スとしてのArガスが導入される。また、原料気化器3
2aの吐出側には、流量制御用の制御バルブ38が取り
付けられる。さらに、制御バルブ38とバルブ36との
間には、バイパス用のバルブ40が取り付けられる。そ
して、バルブ36の一次側には、圧力計42が取り付け
られる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG.
FIG. 2 is an illustrative view showing an OCVD apparatus. MOCVD equipment 30
Includes a plurality of raw material vaporizers 32a, 32b, 32c.
The raw material vaporizer 32a stores a substance that is a raw material of a thin film dielectric layer to be manufactured. Ar gas as a carrier gas is introduced into the raw material vaporizer 32a via a valve 36 and a mass flow controller (MFC) 34 for controlling the flow rate of the carrier gas. In addition, the raw material vaporizer 3
A control valve 38 for controlling the flow rate is attached to the discharge side of 2a. Further, a bypass valve 40 is provided between the control valve 38 and the valve 36. A pressure gauge 42 is attached to the primary side of the valve 36.

【0017】また、原料気化器32bには、MFC44
およびバルブ46を介して、キャリアガスとしてのAr
ガスが導入される。さらに、原料気化器32bの吐出側
には、圧力計48と流量制御用の制御バルブ50とが取
り付けられる。そして、制御バルブ50とバルブ46と
の間には、バイパス用のバルブ52が取り付けられる。
また、原料気化器32cには、MFC54およびバルブ
56を介して、キャリアガスとしてのArガスが導入さ
れる。さらに、原料気化器32cの吐出側には、流量制
御用の制御バルブ58が取り付けられる。そして、制御
バルブ58とバルブ56との間には、バイパス用のバル
ブ60が取り付けられる。また、バルブ56の一次側に
は、圧力計62が取り付けられる。
The raw material vaporizer 32b has an MFC 44
And Ar via the valve 46 as a carrier gas.
Gas is introduced. Further, a pressure gauge 48 and a control valve 50 for controlling a flow rate are attached to the discharge side of the raw material vaporizer 32b. A bypass valve 52 is provided between the control valve 50 and the valve 46.
Ar gas as a carrier gas is introduced into the raw material vaporizer 32c via the MFC 54 and the valve 56. Further, a control valve 58 for controlling the flow rate is attached to the discharge side of the raw material vaporizer 32c. Then, a bypass valve 60 is attached between the control valve 58 and the valve 56. A pressure gauge 62 is attached to the primary side of the valve 56.

【0018】制御バルブ38,50,58は、原料ガス
を混合するための混合器64に連結される。混合器64
は、バルブ66を介して、成膜チャンバ68に取り付け
られたガスノズル70に連結される。さらに、ガスノズ
ル70には、MFC72とバルブ74とを介して、酸化
ガスとしてのO2 ガスが供給される。成膜チャンバ68
は、制御バルブ76を介して、メカニカルブースタポン
プ78およびロータリポンプ80に連結される。また、
混合器64とメカニカルブースタポンプ78との間に
は、バイパス用のバルブ82が取り付けられる。さら
に、成膜チャンバ68には圧力計84が取り付けられ、
成膜チャンバ68内の圧力が制御される。
The control valves 38, 50, 58 are connected to a mixer 64 for mixing the source gas. Mixer 64
Is connected via a valve 66 to a gas nozzle 70 attached to a film forming chamber 68. Further, O 2 gas as an oxidizing gas is supplied to the gas nozzle 70 via the MFC 72 and the valve 74. Film forming chamber 68
Is connected to a mechanical booster pump 78 and a rotary pump 80 via a control valve 76. Also,
A bypass valve 82 is attached between the mixer 64 and the mechanical booster pump 78. Further, a pressure gauge 84 is attached to the film forming chamber 68,
The pressure in the film forming chamber 68 is controlled.

【0019】原料気化器32a〜32cから成膜チャン
バ68までの間の点線で囲まれた部分は、原料を気化さ
せるために加熱される。つまり、原料気化器32a〜3
2cを加熱しながら、Arガスを導入することにより、
原料を気化させることができる。このとき、原料が固体
の場合には、Arガスを原料表面に吹きつけることによ
り気化させることができ、原料が液体の場合には、原料
中にArガスを吹き込んでバブリングにより気化させる
ことができる。
A portion surrounded by a dotted line between the raw material vaporizers 32a to 32c and the film forming chamber 68 is heated to vaporize the raw material. That is, the raw material vaporizers 32a to 32a
By introducing Ar gas while heating 2c,
Raw materials can be vaporized. At this time, when the raw material is solid, it can be vaporized by blowing Ar gas on the raw material surface, and when the raw material is liquid, it can be vaporized by blowing Ar gas into the raw material and bubbling. .

【0020】原料を気化して得られた原料ガスは、混合
器64で混合され、ガスノズル70に供給される。そし
て、ガスノズル70からは、原料ガスとO2 ガスとが成
膜チャンバ68内に置かれた基板90に吹きつけられ
る。なお、成膜チャンバ68内は、所定の温度に設定さ
れるとともに、メカニカルブースタポンプ78およびロ
ータリポンプ80によって、所定の圧力に設定される。
そして、原料ガスとO2ガスとが成膜チャンバ68内の
基板90に接触させられ、原料ガスが熱分解あるいは燃
焼反応を起こして、基板90上に誘電体薄膜などが形成
される。
The raw material gas obtained by vaporizing the raw material is mixed in a mixer 64 and supplied to a gas nozzle 70. Then, from the gas nozzle 70, the source gas and the O 2 gas are blown onto the substrate 90 placed in the film forming chamber 68. The inside of the film forming chamber 68 is set at a predetermined temperature, and is set at a predetermined pressure by a mechanical booster pump 78 and a rotary pump 80.
Then, the raw material gas and the O 2 gas are brought into contact with the substrate 90 in the film forming chamber 68, and the raw material gas undergoes thermal decomposition or combustion reaction, and a dielectric thin film or the like is formed on the substrate 90.

【0021】このMOCVD装置30を用いて、誘電体
層として(Ba,Sr)TiO3 薄膜(BST薄膜)を
作製した。成膜条件は、表1に示すとおりである。つま
り、Ba原料としてBa(DPM)2 (phen)2
使用し、Sr原料としてSr(DPM)2 (phen)
2 を使用し、Ti原料としてTi(O−i−C3 7
4 を使用して、原料ガスを発生させた。ここで、DPM
は、ジピバロイルメタンC11192 (2,2,6,6
−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン)の略であ
り、phenは、フェナントロリンの略である。そし
て、Ba原料については215℃で気化させ、Sr原料
については200℃で気化させ、Ti原料については3
5℃で気化させた。また、混合器64の温度を250℃
に設定し、成膜チャンバ68内の温度を650℃、圧力
を667Paに設定した。
Using this MOCVD apparatus 30, a (Ba, Sr) TiO 3 thin film (BST thin film) was formed as a dielectric layer. The film forming conditions are as shown in Table 1. That is, Ba (DPM) 2 (phen) 2 is used as a Ba raw material, and Sr (DPM) 2 (phen) is used as a Sr raw material.
2 and Ti (OiC 3 H 7 ) as a Ti raw material
4 was used to generate the source gas. Where DPM
Is dipivaloylmethane C 11 H 19 O 2 (2,2,6,6
-Tetramethyl-3,5-heptanedione), and phen is an abbreviation for phenanthroline. The Ba raw material is vaporized at 215 ° C., the Sr raw material is vaporized at 200 ° C., and the Ti raw material is vaporized at 3 ° C.
Vaporized at 5 ° C. Further, the temperature of the mixer 64 is set to 250 ° C.
The temperature in the film forming chamber 68 was set to 650 ° C., and the pressure was set to 667 Pa.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】BST薄膜を形成する前に、基板90上に
Pt膜を形成した。基板90としては、1.0×1.0
mmの大きさのものを使用し、図3に示すように、基板
90の幅方向の一方側に「凸」字状のパターン92でP
t膜を形成した。Pt膜は、RFスパッタ装置を用い
て、表2に示す成膜条件で作製した。なお、Pt膜の成
膜時間は120秒であり、膜厚は約200nmである。
Before forming the BST thin film, a Pt film was formed on the substrate 90. As the substrate 90, 1.0 × 1.0
As shown in FIG. 3, a P-shaped pattern 92 is formed on one side of the substrate 90 in the width direction.
A t film was formed. The Pt film was produced using an RF sputtering apparatus under the film forming conditions shown in Table 2. The time for forming the Pt film is 120 seconds, and the thickness is about 200 nm.

【0024】[0024]

【表2】 [Table 2]

【0025】次に、表1に示す条件で、基板90の中央
部に、図4に示す長方形状のパターン94でBST薄膜
を形成した。成膜時間は120分であり、膜厚は300
nmである。さらに、形成されたBST薄膜の厚みを吸
収するために、図5に示すパターン96で、基板90の
幅方向の一方側および他方側に、Pt膜を形成した。P
t膜の成膜条件は、表2に示すとおりであり、成膜時間
は180秒で、膜厚はBST薄膜と同じ300nmであ
る。さらに、基板90の幅方向の他方側において、図6
に示すような「凸」字状のパターン98でPt膜を形成
した。成膜条件は表2に示すとおりであり、成膜時間は
120秒で、膜厚は200nmである。したがって、B
ST薄膜は、パターン92のPt膜とパターン98のP
t膜とで挟まれている。
Next, under the conditions shown in Table 1, a BST thin film was formed at the center of the substrate 90 in a rectangular pattern 94 shown in FIG. The film formation time is 120 minutes and the film thickness is 300
nm. Further, in order to absorb the thickness of the formed BST thin film, a Pt film was formed on one side and the other side in the width direction of the substrate 90 with the pattern 96 shown in FIG. P
The film forming conditions of the t film are as shown in Table 2, the film forming time is 180 seconds, and the film thickness is 300 nm, which is the same as the BST thin film. Further, on the other side in the width direction of the substrate 90, FIG.
A Pt film was formed in a “convex” pattern 98 as shown in FIG. The film forming conditions are as shown in Table 2, the film forming time is 120 seconds, and the film thickness is 200 nm. Therefore, B
The ST thin film is composed of the Pt film of the pattern 92 and the Pt film of the pattern 98.
t film.

【0026】このように、Pt膜とBST薄膜とを交互
に形成し、薄膜積層体を作製した。この薄膜積層体で
は、基板90上の成膜順序は、パターン92のPt膜,
パターン94のBST薄膜,パターン96のPt膜,パ
ターン98のPt膜,パターン94のBST薄膜・・・
パターン94のBST薄膜,パターン96のPt膜とな
り、最後はパターン92のPt膜またはパターン98の
Pt膜のいずれかである。つまり、パターン94のBS
T薄膜の両面に、基板90の幅方向の一方側に引き出さ
れるパターン92のPt膜と基板90の幅方向の他方側
に引き出されるパターン98のPt膜とが形成される。
なお、パターン92とパターン98の重なり部分の寸法
は、0.4×0.4mmである。
As described above, a Pt film and a BST thin film were alternately formed to produce a thin film laminate. In this thin film laminate, the order of film formation on the substrate 90 is as follows.
BST thin film of pattern 94, Pt film of pattern 96, Pt film of pattern 98, BST thin film of pattern 94 ...
The pattern 94 becomes the BST thin film and the pattern 96 becomes the Pt film, and the last is either the pattern 92 Pt film or the pattern 98 Pt film. That is, the BS of pattern 94
On both surfaces of the T thin film, a Pt film of a pattern 92 drawn to one side in the width direction of the substrate 90 and a Pt film of a pattern 98 drawn to the other side in the width direction of the substrate 90 are formed.
The dimension of the overlapping portion between the pattern 92 and the pattern 98 is 0.4 × 0.4 mm.

【0027】このようにして、12層のBST薄膜を有
する薄膜積層体を120個作製した。次に、作製した薄
膜積層体のうちの40個ずつを、(1)酸素気流中1
3.3kPaで650℃の条件で20時間、(2)空気
中で650℃の条件で20時間、それぞれ熱処理した。
これらの熱処理(1)および熱処理(2)を行った薄膜
積層体と、熱処理を行わなかった薄膜積層体について、
大気中および4Paの減圧中において、静電容量および
誘電正接(tanδ)を1kHzで測定した。そして、
静電容量およびtanδの平均値およびショート率を表
3に示した。
Thus, 120 thin film laminates having 12 BST thin films were produced. Next, forty of each of the prepared thin film laminates were subjected to (1) 1
Heat treatment was performed at 3.3 kPa at 650 ° C. for 20 hours, and (2) in air at 650 ° C. for 20 hours.
For the thin film laminate subjected to the heat treatment (1) and the heat treatment (2) and the thin film laminate not subjected to the heat treatment,
The capacitance and the dielectric loss tangent (tan δ) were measured at 1 kHz in the air and under a reduced pressure of 4 Pa. And
Table 3 shows the average value of the capacitance and tan δ and the short-circuit rate.

【0028】[0028]

【表3】 [Table 3]

【0029】表3からわかるように、大気中で特性を測
定したものについては、熱処理をすることにより、ta
nδ,ショート率ともに、大幅に低下した。これは、成
膜チャンバ68内では酸素分圧が低いため、複数の薄膜
誘電体層およびPt層を形成する間に、先に形成された
BST薄膜から酸素が離脱して、tanδやショート率
が低下するものであると考えられる。それに対して、高
い酸素分圧下で熱処理を施すことにより、先に形成され
たBST薄膜の酸素欠損が減少し、tanδやショート
率が向上するものであると考えられる。
As can be seen from Table 3, the properties measured in the air were subjected to a heat treatment to obtain ta.
Both nδ and the short-circuit rate decreased significantly. This is because oxygen is desorbed from the previously formed BST thin film during formation of a plurality of thin film dielectric layers and Pt layers because the oxygen partial pressure is low in the film forming chamber 68, and tan δ and short circuit rate are reduced. It is thought that it will decrease. On the other hand, it is considered that by performing the heat treatment under a high oxygen partial pressure, oxygen vacancies in the previously formed BST thin film are reduced, and tan δ and short-circuit rate are improved.

【0030】また、減圧中で特性を測定すると、大気中
で測定した場合に比べて、静電容量,tanδともに低
下するが、熱処理をしないものが減圧中でも10%以上
のtanδを示すのに対して、熱処理を施したものは1
〜2%と実用上問題のないレベルまでtanδが低下し
た。これは、大気中で測定した場合には、大気中の水分
がBST薄膜に吸着されるのに対し、減圧中では水分の
影響が少ないためであると考えられる。
When the characteristics are measured under reduced pressure, both the capacitance and tan δ are lower than those measured in the air. The one that has been heat treated is 1
The value of tan δ was reduced to a practically acceptable level of about 2%. This is presumably because, when measured in the atmosphere, moisture in the atmosphere is adsorbed on the BST thin film, whereas the effect of moisture is small under reduced pressure.

【0031】さらに、熱処理(1)および熱処理(2)
を施したものと、熱処理を施していないものとについ
て、それぞれ20個ずつ、プラズマCVD法により、図
7に示すパターン100で保護膜としてシリコン酸化膜
を形成した。保護膜としては、BST薄膜を覆うように
形成した。このときの成膜条件は、表4に示すとおりで
ある。
Further, heat treatment (1) and heat treatment (2)
A silicon oxide film was formed as a protective film with a pattern 100 shown in FIG. The protective film was formed so as to cover the BST thin film. The film forming conditions at this time are as shown in Table 4.

【0032】[0032]

【表4】 [Table 4]

【0033】保護膜を形成したサンプルについても、1
kHzにおいて、静電容量およびtanδを測定した。
そして、測定した静電容量およびtanδの平均値とシ
ョート率とを表5に示した。
For the sample on which the protective film was formed,
At kHz, the capacitance and tan δ were measured.
Table 5 shows the average values of the measured capacitance and tan δ, and the short-circuit rate.

【0034】[0034]

【表5】 [Table 5]

【0035】保護膜を形成したサンプルでは、保護膜を
形成していないサンプルの減圧中での測定結果とほぼ同
等の値が得られた。これは、保護膜によって、大気中の
水分の影響がなくなり、減圧中で特性を測定したのと同
等の効果が得られたものであると考えられる。したがっ
て、薄膜積層体を作製したのちに、高い酸素分圧下で熱
処理し、さらに保護膜を形成することによって、単位体
積当たりの容量が非常に高く、かつ損失の少ない薄膜積
層コンデンサを得ることができる。
In the sample on which the protective film was formed, a value almost equal to the measurement result of the sample on which the protective film was not formed under reduced pressure was obtained. This is considered to be due to the fact that the effect of moisture in the atmosphere was eliminated by the protective film, and the same effect as that obtained by measuring the characteristics under reduced pressure was obtained. Therefore, a thin-film multilayer capacitor having a very high capacitance per unit volume and low loss can be obtained by forming a thin-film laminate, heat-treating it under a high oxygen partial pressure, and further forming a protective film. .

【0036】なお、上述の例では、酸素分圧13.3k
Paおよび大気中(酸素分圧:約21.3kPa)で熱
処理を行ったが、本発明はこれに限定されるものではな
く、たとえば酸素中(酸素分圧:101kPa)で熱処
理をしても有効であることは言うまでもない。
In the above example, the oxygen partial pressure is 13.3 k.
Although heat treatment was performed in Pa and the atmosphere (oxygen partial pressure: about 21.3 kPa), the present invention is not limited to this. For example, heat treatment in oxygen (oxygen partial pressure: 101 kPa) is effective. Needless to say,

【0037】さらに、上述の例では、全ての酸化物誘電
体層を形成したのちに熱処理しているが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、たとえば、各酸化物誘電体
層を成膜するごとに熱処理を行っても、最上層の酸化物
誘電体層を成膜したのちに熱処理を行えば、同様の効果
を得られることが確認されている。
Further, in the above example, the heat treatment is performed after all the oxide dielectric layers are formed. However, the present invention is not limited to this. For example, each oxide dielectric layer may be formed. It has been confirmed that the same effect can be obtained by performing the heat treatment after forming the uppermost oxide dielectric layer even if the heat treatment is performed each time the film is formed.

【0038】[0038]

【発明の効果】この発明によれば、大気中の水分の影響
を受けることなく、特性の劣化や経時変化の少ない薄膜
積層コンデンサを得ることができる。さらに、この発明
の製造方法を用いれば、高い静電容量を有する誘電体薄
膜を形成することができるため、小型で高性能の薄膜積
層コンデンサを作製することができる。しかも、得られ
た薄膜積層体のtanδやショート率などが低いため、
信頼性の高い薄膜積層コンデンサを得ることができる。
According to the present invention, it is possible to obtain a thin-film multilayer capacitor which is not affected by moisture in the atmosphere and has little deterioration of characteristics and little change with time. Furthermore, by using the manufacturing method of the present invention, a dielectric thin film having a high capacitance can be formed, so that a small-sized and high-performance thin film multilayer capacitor can be manufactured. Moreover, since the obtained thin film laminate has low tan δ and short ratio,
A highly reliable thin-film multilayer capacitor can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の薄膜積層コンデンサの一例を示す図
解図である。
FIG. 1 is an illustrative view showing one example of a thin-film multilayer capacitor of the present invention;

【図2】この発明の薄膜積層コンデンサの製造方法を用
いて薄膜積層コンデンサを作製するためのMOCVD装
置を示す図解図である。
FIG. 2 is an illustrative view showing an MOCVD apparatus for manufacturing a thin film multilayer capacitor using the method for manufacturing a thin film multilayer capacitor of the present invention.

【図3】基板上に形成されるPt膜のパターンを示す平
面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a pattern of a Pt film formed on a substrate.

【図4】図3に示すパターンのPt膜上に形成されるB
ST薄膜のパターンを示す平面図である。
FIG. 4 is a view showing B formed on a Pt film having the pattern shown in FIG. 3;
It is a top view which shows the pattern of ST thin film.

【図5】図4に示すパターンのBST薄膜の厚みを吸収
するために形成されるPt膜のパターンを示す平面図で
ある。
FIG. 5 is a plan view showing a pattern of a Pt film formed to absorb the thickness of the BST thin film having the pattern shown in FIG. 4;

【図6】図4に示すパターンのBST薄膜上に形成され
るPt膜のパターンを示す平面図である。
6 is a plan view showing a pattern of a Pt film formed on the BST thin film having the pattern shown in FIG. 4;

【図7】BST薄膜を保護するための保護膜のパターン
を示す平面図である。
FIG. 7 is a plan view showing a pattern of a protective film for protecting the BST thin film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 薄膜積層コンデンサ 12 基板 14 薄膜誘電体層 16 電極層 18 外部電極 20 保護膜 30 MOCVD装置 32a〜32c 原料気化器 64 混合器 68 成膜チャンバ 78 メカニカルブースタポンプ 80 ロータリポンプ 90 基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Thin film laminated capacitor 12 Substrate 14 Thin film dielectric layer 16 Electrode layer 18 External electrode 20 Protective film 30 MOCVD apparatus 32a-32c Raw material vaporizer 64 Mixer 68 Film formation chamber 78 Mechanical booster pump 80 Rotary pump 90 Substrate

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸化物誘電体薄膜層と電極層とを積層し
た薄膜積層コンデンサにおいて、 前記酸化物誘電体薄膜層を外部から遮断するための保護
膜を有することを特徴とする、薄膜積層コンデンサ。
1. A thin-film multilayer capacitor in which an oxide dielectric thin-film layer and an electrode layer are stacked, comprising a protective film for shutting off the oxide dielectric thin-film layer from the outside. .
【請求項2】 基板と、前記基板表面に形成された酸化
物誘電体薄膜層と電極層との積層体と、前記積層体の両
端に形成された前記電極層と接続される外部電極とから
なり、 外部に露出している酸化物誘電体薄膜層が保護膜で被覆
されていることを特徴とする、薄膜積層コンデンサ。
2. A semiconductor device comprising: a substrate; a laminate of an oxide dielectric thin film layer and an electrode layer formed on the surface of the substrate; and external electrodes connected to the electrode layers formed at both ends of the laminate. A thin-film multilayer capacitor characterized in that an oxide dielectric thin-film layer exposed to the outside is covered with a protective film.
【請求項3】 少なくとも2層以上の酸化物誘電体薄膜
層と電極層との積層体を含む薄膜積層コンデンサの製造
方法において、 少なくとも最終の酸化物誘電体薄膜層を成膜したのち
に、前記酸化物誘電体薄膜層の成膜時の酸素分圧よりも
高い酸素分圧中で熱処理することを特徴とする、薄膜積
層コンデンサの製造方法。
3. A method for manufacturing a thin film multilayer capacitor including a laminate of at least two or more oxide dielectric thin film layers and an electrode layer, wherein at least a final oxide dielectric thin film layer is formed. A method for producing a thin film multilayer capacitor, comprising performing heat treatment in an oxygen partial pressure higher than the oxygen partial pressure at the time of forming an oxide dielectric thin film layer.
【請求項4】 前記熱処理を行ったのちに、前記酸化物
誘電体薄膜層を外部から遮断するための保護膜が形成さ
れる、請求項3に記載の薄膜積層コンデンサの製造方
法。
4. The method according to claim 3, wherein after performing the heat treatment, a protective film for blocking the oxide dielectric thin film layer from the outside is formed.
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