JPS63905A - 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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- JPS63905A JPS63905A JP61141937A JP14193786A JPS63905A JP S63905 A JPS63905 A JP S63905A JP 61141937 A JP61141937 A JP 61141937A JP 14193786 A JP14193786 A JP 14193786A JP S63905 A JPS63905 A JP S63905A
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Landscapes
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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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。
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注能は、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＝ε、εＯＥＢ で表わせる。ここでε。は、真空Ｄ 係跡ａ８ ５莫１
０−１２Ｆ／ｍ ，ε、とＥＥ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。ｑエぱ、絶縁破壊
時の最大電荷密度〔Ｃ／ｍ”）を表わしておシ、下記の
表に従来の誘電体薄膜の性能指数ｑｍを示した。
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＝ε、εＯＥＢ で表わせる。ここでε。は、真空Ｄ 係跡ａ８ ５莫１
０−１２Ｆ／ｍ ，ε、とＥＥ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。ｑエぱ、絶縁破壊
時の最大電荷密度〔Ｃ／ｍ”）を表わしておシ、下記の
表に従来の誘電体薄膜の性能指数ｑｍを示した。
表 スパッタ膜の性質
表より、性能指数ｑｔｎが大きい誘電体薄膜としては、
ＳｒＴｉＯ３，ＰｂＴｉ○３があり、次にＢ ａＴ ａ
２Ｏｓ ，ＰｂＮｂ２ｏ６ノＡＭ２Ｏ６タイプ，単純酸
化物（馬ｏ３，ＭＯ２，Ｍ２Ｏ５）の順となっている。
ＳｒＴｉＯ３，ＰｂＴｉ○３があり、次にＢ ａＴ ａ
２Ｏｓ ，ＰｂＮｂ２ｏ６ノＡＭ２Ｏ６タイプ，単純酸
化物（馬ｏ３，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シ、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−０−Ｎのようにタンタル金属をタ一ゲ
ットに用いた反応性スパック法で酸素と窒素の混合ガス
を用いてＥｂｉ２倍にした例がある力ζガス圧比により
特性は大きく変化する［：Ｓ．Ｊ．イングレイ（Ｉｎｇ
ｒｅｙ）， Ｗ．Ｄ，ウエストウッド（Ｗｅｓｔｗｏｏ
ｄ），Ｂ ．Ｋ，マクローリン（Ｍａｃｌａｕｒｉｎ）
；シンソリッド フィルムズ（Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ）， ３０（１９７５）３７７ 〜３８１］
−ｉ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ＳＬ−Ａｌ−０−Ｎの複合膜につ
いて調べたｑｍは、０．０６４０／７Ｆ！”であった。
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−０−Ｎのようにタンタル金属をタ一ゲ
ットに用いた反応性スパック法で酸素と窒素の混合ガス
を用いてＥｂｉ２倍にした例がある力ζガス圧比により
特性は大きく変化する［：Ｓ．Ｊ．イングレイ（Ｉｎｇ
ｒｅｙ）， Ｗ．Ｄ，ウエストウッド（Ｗｅｓｔｗｏｏ
ｄ），Ｂ ．Ｋ，マクローリン（Ｍａｃｌａｕｒｉｎ）
；シンソリッド フィルムズ（Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ）， ３０（１９７５）３７７ 〜３８１］
−ｉ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ＳＬ−Ａｌ−０−Ｎの複合膜につ
いて調べたｑｍは、０．０６４０／７Ｆ！”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ｑｔｎ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。
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
八Ｍ２Ｏ６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。
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。
作 用
窒素を含むスパッタガスを用いることによシ、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。
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。
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のターゲノト材料としては、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（ Ｂ ａＴ ａ ２Ｏ６）を用いた。これによ
りヒータ３によシ基板ホルダ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６〜２ ０ｍＴ
ｏｒｒの間に制御した。各々のガスの流量はＩＳＣＣＭ
〜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５ ０ ０ ’Ｃの範囲で行なっ
た。膜厚は、５０〜２Ｏ００ｎｍとした。上部電極には
、Ａｅ、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Ｑ２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。これによシ薄膜コンデンサの性能指
数ｑｍも、従来の値よめ．５〜２倍大きくなった。また
Ｎ２ガスに０２ガスを混合した場合、誘電率は、あまり
変化せず、耐圧は、Ｑ２ガスの割合が８０％程度になる
まで、０２ガスとＡｒガスの混合ガスを用いたスバソタ
膜の１．５倍以上の値を示した。
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のターゲノト材料としては、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（ Ｂ ａＴ ａ ２Ｏ６）を用いた。これによ
りヒータ３によシ基板ホルダ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６〜２ ０ｍＴ
ｏｒｒの間に制御した。各々のガスの流量はＩＳＣＣＭ
〜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５ ０ ０ ’Ｃの範囲で行なっ
た。膜厚は、５０〜２Ｏ００ｎｍとした。上部電極には
、Ａｅ、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Ｑ２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。これによシ薄膜コンデンサの性能指
数ｑｍも、従来の値よめ．５〜２倍大きくなった。また
Ｎ２ガスに０２ガスを混合した場合、誘電率は、あまり
変化せず、耐圧は、Ｑ２ガスの割合が８０％程度になる
まで、０２ガスとＡｒガスの混合ガスを用いたスバソタ
膜の１．５倍以上の値を示した。
また、Ａｒガスと○ ガスとＮ２ガスの混合ガスを用い
ることにより、Ｎ ガスと０２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、Ｂ ａ Ｔ ａ ２ ０ ｅのター
ゲソトから成膜した誘電体薄膜の比誘電率ε，は、２２
，絶縁破壊電界強度Ｅｂは、４．６〜６．０照６を示し
、ＰｂＮｂ２Ｏ６の場合のそれは、５が。。，Ｅｂが２
． ５−ｓ ． ５ＭＶ／ｃｍ Ｋ 向上Ｌ ｆｃ。
ることにより、Ｎ ガスと０２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、Ｂ ａ Ｔ ａ ２ ０ ｅのター
ゲソトから成膜した誘電体薄膜の比誘電率ε，は、２２
，絶縁破壊電界強度Ｅｂは、４．６〜６．０照６を示し
、ＰｂＮｂ２Ｏ６の場合のそれは、５が。。，Ｅｂが２
． ５−ｓ ． ５ＭＶ／ｃｍ Ｋ 向上Ｌ ｆｃ。
さらに、この両者の組み合わせ、Ｂａ，Ｐｂの一部をＳ
ｒ，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、 も
、同様に１．６倍以上となっｑｍ たことを確認した。
ｒ，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、 も
、同様に１．６倍以上となっｑｍ 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１０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。
絶縁体層，ゲート酸化膜層に用いて１０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ｑ
ｍ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。
ｍ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。
Claims (3)
- （１）ＡＭ＿２Ｏ＿６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。 - （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。 - （３）ＡＭ＿２Ｏ＿６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ＡＭ＿２Ｏ＿６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 true JPS63905A (ja) | 1988-01-05 |
| JPH0821256B2 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) |
Citations (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
Patent Citations (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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0821256B2 (ja) | 1996-03-04 |
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