JP2500611B2 - 高誘電率薄膜 - Google Patents
高誘電率薄膜Info
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Description
高誘電率薄膜に関する。
ますます小型化しており、各種電子回路に必須の回路素
子であるコンデンサの小型化も一層重要になっている。
このため誘電体薄膜を用いた薄膜コンデンサが広く用い
られている。従来、集積回路等に用いる薄膜コンデンサ
にはSiO2 ,Si3 N4 などの材料が用いられてい
る。これらの物質は高い絶縁性を持つが、誘電率は10
程度と小さい。コンデンサの静電容量は誘電率と電極面
積に比例し、膜厚に反比例する。集積回路の小型化によ
って電極面積を小さくしたうえである程度の容量を持っ
た薄膜コンデンサを作るためには、誘電率の高い材料を
用いるか、膜厚を小さくしなければならない。しかし絶
縁性などの問題から膜の薄さには限界があるため、薄膜
コンデンサの小型化には誘電率の大きな誘電体薄膜を開
発することが必要である。
型酸化物であるBaTiO3 ,SrTiO3 ,PbTi
O3 等を主体とした材料は、単結晶またはセラミックに
おいて100から10000の誘電率を持つことが知ら
れており、これらの材料の薄膜化は上述の薄膜コンデン
サの小型化の目的には極めて有効である。DRAM等の
容量絶縁膜への応用を考えると、動作温度で強誘電体で
あるより常誘電体であるほうが好ましいため、常誘電体
で比較的高い誘電率を持つSrTiO3 ,(Ba,S
r)TiO3 薄膜が着目されている。なかでも(Ba,
Sr)TiO3 はSrTiO3 よりも高い誘電率を持
ち、BaとSrの比を変えることでより高い誘電率を持
つ薄膜が得られるため、盛んに研究がなされている。そ
の一例としては1990年アイ・イー・イー・イー第7
回プロシーディング・オブ・インターナショナル・シン
ポジウム・オン・アプリケーション・オブ・フェロエレ
クトリクス(Proceedings of 1990
IEEE 7th International S
ymposium on Applicationso
f Ferroelectrics 121−124ペ
ージ)において、スパッタリング法によって作製した膜
厚400から500nmの(Ba1 - x Srx)TiO
3 薄膜で、x=0.5で誘電率は極大を示し、誘電率8
70という値が得られたという報告がある。
r)TiO3 系の薄膜で、BaとSrの比を変えること
で高い誘電率を持つ薄膜が得られるが、上述の通り約5
00nmと比較的厚い膜であり、膜厚をより薄くした場
合、上述の例のような誘電率の値を持つ膜は得られず、
リーク電流は増加する。
00以上の誘電率を有するリーク特性の良い200nm
以下の膜厚の誘電体膜を作製し、小型の薄膜コンデンサ
を実現することを目的としている。
O3 薄膜においては化学組成比に基づきTi:(Ba+
Sr)比を1対1にし、BaとSrの比を変えることで
高い誘電率を持つ薄膜を開発してきた。本発明はTiと
(Ba+Sr)の比を化学組成比からずらしTiに対し
てある程度(Ba+Sr)が過剰な、化学式(Ba,S
r)y TiO3で1.00<y≦1.20の組成範囲と
したことを特徴とするものである。特に1.03<y<
1.16の組成範囲ではより高い誘電率を持つ誘電体膜
が得られる。また、上記組成範囲の(Ba,Sr)y T
iO3 にMn,Pb,希土類元素などを添加すること
で、より良好な絶縁特性を持つ誘電体膜が得られる。こ
のときBaとSrの比はBa/Sr=0.4から0.7
の組成範囲が望ましい。
る。図1は本発明の一実施例の構造を示す断面図であ
る。図1に示すようにサファイアなどの基板1の上に下
部電極2としてパラジウムの膜を形成し、さらにその上
に上部電極4としての金の膜を形成する。誘電体層3は
出発原料のBaCO3 ,SrCO3 ,TiO2 を(Ba
0 . 5 ,Sr0 . 5 )y TiO3 のy=0.80,0.
90,0.95,1.00,1.05,1.10,1.
15,1.20,1.30,1.50の組成に秤量し、
900℃で仮焼した粉末ターゲットを用いてイオンビー
ムスパッタリング法により形成した。誘電体膜の膜厚は
各組成とも150nmであった。基板温度は650℃と
し、Ar:1.4×10- 4 torr、O2 :8.0×
10- 5 torrの雰囲気中で成膜を行った。
電率はターゲットの組成に対して図2のように変化し
た。膜の組成をICP分析によって確認したところ、
(Ba+Sr)とTiの比である(Ba,Sr)y Ti
O3 のyの値は、膜の値はターゲットの値より若干低
く、y=1.05のターゲットを用いて成膜した膜では
y=1.01であった。
0 . 5 )y TiO3 膜の誘電率は組成に依存し、1<y
≦1.20の組成範囲で誘電率は薄膜コンデンサとして
実用的な値である500以上の値を示す。また、リーク
電流特性すなわち電流−電圧特性は十分実用化に耐え得
るものであった。
に示すようにサファイアなどの基板1の上に下部電極2
としてパラジウムの膜を形成し、さらにその上に上部電
極4として金の膜を形成する。誘電体層3は出発原料の
BaCO3 ,SrCO3 ,TiO2 を(Ba0 . 5 ,S
r0 . 5 )1 . 2 0 TiO3 および(Ba0 . 5 ,Sr
0 . 5 )1. 2 0 TiO3 +xMn(x=0.05、
0.10、0.11)の組成に秤量し、900℃で仮焼
した粉末ターゲットを用いてイオンビームスパッタリン
グ法により形成した。誘電体膜の膜厚は各組成とも15
0nmであった。基板温度は650℃とし、Ar:1.
4×10- 4 torr、O2 :8.0×10- 5 tor
rの雰囲気中で成膜を行った。
流−電圧特性は図3に示した通りである。(B
a0 . 5 ,Sr0 . 5 )1 . 2 0 TiO3 +0.05M
n膜の電流−電圧特性は(Ba0 . 5 ,Sr0 . 5 )
1 . 2 0 TiO3 膜の電流−電圧特性に比べて高い電圧
まで定電流領域が実現しており、絶縁破壊電圧も高くな
った。また、(Ba0 . 5 ,Sr0 . 5 )1 . 2 0 Ti
O3 +0.05Mn膜の誘電率は(Ba0 . 5 ,Sr
0 . 5 )1 . 2 0 TiO3 膜とほぼ同じであった。(B
a0. 5 ,Sr0 . 5 )1 . 2 0 TiO3 +0.10M
n膜の電流−電圧特性は(Ba0 . 5 ,Sr0 . 5 )
1 . 2 0 TiO3 膜の電流−電圧特性に比べて良好であ
るが、(Ba0 . 5 ,Sr0 . 5 )1 . 2 0 TiO3 +
0.11Mn膜の絶縁特性は(Ba0 . 5 ,S
r0 . 5 )1 . 2 0 TiO3 膜よりも悪くなり、誘電率
も低下した。
0nm以下の膜厚で誘電率500以上で、リーク特性の
良好な誘電体薄膜を作製でき、従来の薄膜コンデンサに
比べて小型化、高容量化を実現できる。
成yと誘電率の関係を示す図である。
膜、(Ba0 . 5 ,Sr0 . 5)1 . 2 0 TiO3 +
0.05Mn膜、(Ba0 . 5 ,Sr0 . 5 )1 . 2 0
TiO3 +0.10Mn膜および(Ba0 . 5 ,Sr
0 . 5 )1 . 2 0 TiO3 +0.11Mn膜の電流−電
圧特性を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 (Ba,Sr)y TiO3 の化学式で表
されるペロブスカイト型の酸化物であり、1.00<y
≦1.20の組成を有することを特徴とする高誘電率薄
膜。 - 【請求項2】 上記請求項1の物質にMn,Pb,希土
類元素の少なくとも1種を添加した物質であり、(B
a,Sr)y TiO3 に対して10mol%までの範囲
で添加することを特徴とする高誘電率薄膜。
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JP5145295A JP2500611B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 高誘電率薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP5145295A JP2500611B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 高誘電率薄膜 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0717713A JPH0717713A (ja) | 1995-01-20 |
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JP5145295A Expired - Lifetime JP2500611B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 高誘電率薄膜 |
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1993
- 1993-06-17 JP JP5145295A patent/JP2500611B2/ja not_active Expired - Lifetime
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