JP2500611B2 - 高誘電率薄膜 - Google Patents
高誘電率薄膜Info
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- JP2500611B2 JP2500611B2 JP5145295A JP14529593A JP2500611B2 JP 2500611 B2 JP2500611 B2 JP 2500611B2 JP 5145295 A JP5145295 A JP 5145295A JP 14529593 A JP14529593 A JP 14529593A JP 2500611 B2 JP2500611 B2 JP 2500611B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜コンデンサに用いる
高誘電率薄膜に関する。
高誘電率薄膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路技術の発達によって電子回路が
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。
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。
【０００３】化学式ＡＢＯ3 で表されるペロブスカイト
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。
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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように（Ｂａ，Ｓ
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。
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。
【０００５】本発明は薄膜コンデンサとして実用的な５
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。
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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】従来（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
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。
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。
【０００７】
（実施例１）次に本発明について図面を参照して説明す
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。
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。
【０００８】上記実施例のように作製した誘電体膜の誘
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。
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。
【０００９】図２に示すように（Ｂａ0 . 5 ，Ｓｒ
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。
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。
【００１０】（実施例２）上記実施例１と同様に、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。
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。
【００１１】上記実施例のように作製した誘電体膜の電
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。
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。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば２０
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。
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。
【図１】薄膜コンデンサの構造を示す断面図である。
【図２】（Ｂａ0 . 5 ，Ｓｒ0 . 5 ）y ＴｉＯ3 膜の組
成ｙと誘電率の関係を示す図である。
成ｙと誘電率の関係を示す図である。
【図３】（Ｂａ0 . 5 ，Ｓｒ0 . 5 ）1 . 2 0 ＴｉＯ3
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。
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。
１ 基板 ２ 下部電極 ３ 誘電体膜 ４ 上部電極
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP5145295A JP2500611B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 高誘電率薄膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0717713A JPH0717713A (ja) | 1995-01-20 |
| JP2500611B2 true JP2500611B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=15381845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5145295A Expired - Lifetime JP2500611B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 高誘電率薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2500611B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7382013B2 (en) | 2004-09-30 | 2008-06-03 | Tdk Corporation | Dielectric thin film, dielectric thin film device, and method of production thereof |
| JP2006303219A (ja) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | Murata Mfg Co Ltd | 可変容量素子 |
| US8142678B2 (en) | 2005-08-23 | 2012-03-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Perovskite type oxide material, piezoelectric element, liquid discharge head and liquid discharge apparatus using the same, and method of producing perovskite type oxide material |
| US8013091B2 (en) | 2007-07-02 | 2011-09-06 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Resin for optical component, raw material composition used for resin for optical component, and optical component |
| CN105070707B (zh) * | 2015-07-16 | 2018-01-02 | 江苏中电振华晶体技术有限公司 | 一种mim电容及其制造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02197108A (ja) * | 1988-10-25 | 1990-08-03 | Nec Corp | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
-
1993
- 1993-06-17 JP JP5145295A patent/JP2500611B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0717713A (ja) | 1995-01-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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