JP3362709B2 - High dielectric thin film capacitor - Google Patents
High dielectric thin film capacitorInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高誘電体薄膜を用
いた薄膜コンデンサに関し、チップコンデンサやメモリ
素子として小型かつ軽量な電子機器に用いるものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film capacitor using a high dielectric thin film and is used as a chip capacitor or a memory device in a small and lightweight electronic device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、電子機器の小型化、薄型化が要求
されている。電子機器はＩＣやコンデンサなどの電子部
品が実装された回路基板等から構成され、使用される電
子部品、回路基板にも薄型化が要求されている。小型か
つ薄型なコンデンサを実現するために、ガラスやセラミ
ック、金属箔、あるいは有機高分子フィルムなどの小
型、軽量、低コストな基体の上に、電極薄膜と高誘電体
薄膜との積層構造からなる小型、軽量コンデンサが提供
されている。あるいはＩＣ基板上に直接高誘電体薄膜を
堆積し、メモリ素子としてモノリシックな集積回路が構
成されている。2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices have been required to be smaller and thinner. Electronic equipment is composed of a circuit board or the like on which electronic components such as ICs and capacitors are mounted, and the electronic components and circuit boards used are required to be thin. In order to realize a small and thin capacitor, it is composed of a laminated structure of electrode thin film and high dielectric thin film on a small, lightweight, low cost substrate such as glass, ceramic, metal foil, or organic polymer film. Small and lightweight capacitors are offered. Alternatively, a high dielectric thin film is directly deposited on an IC substrate to form a monolithic integrated circuit as a memory element.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記、高誘電体薄膜と
接触する金属電極には、高誘電体薄膜を真空槽内で形成
するときの雰囲気に酸素を含有することから、耐酸化性
の強いＰｔやＲｕ、Ｉｒなどが一般に用いられる。ま
た、ＰｔやＲｕ、Ｉｒはペロブスカイト型高誘電体薄膜
の結晶構造の骨組みが類似し、格子定数も近いことか
ら、両者間での格子不整合が小さい。その結果、未結合
手が低減されることにより接合界面準位が少なくなり、
コンデンサに電荷を蓄えた際の漏れ電流が小さくなる特
長がある。しかし、ＰｔやＲｕ、Ｉｒは貴金属元素であ
ることから、製造コストが高くなるといった問題点を有
していた。Since the metal electrode in contact with the high dielectric thin film contains oxygen in the atmosphere when the high dielectric thin film is formed in the vacuum chamber, it has high oxidation resistance. Pt, Ru, Ir, etc. are generally used. Further, Pt, Ru, and Ir have similar crystal structures of the perovskite-type high-dielectric thin film and have similar lattice constants, so that the lattice mismatch between them is small. As a result, the number of dangling bonds is reduced, and the number of bonding interface states decreases.
It has the feature of reducing leakage current when the charge is stored in the capacitor. However, since Pt, Ru, and Ir are noble metal elements, there is a problem that the manufacturing cost becomes high.
【０００４】本発明は、コンデンサの電極材料として安
価な金属材料が適応された高誘電体薄膜コンデンサとそ
の製造方法を提供することにより、製造コストが安く、
かつ貴金属元素を金属電極に用いたコンデンサと同等の
誘電率を示し、かつ漏れ電流の小さな高品質かつ高信頼
性を有する高誘電体薄膜コンデンサを提供することを目
的とする。The present invention provides a high dielectric thin film capacitor to which an inexpensive metal material is applied as an electrode material of the capacitor and a method for manufacturing the same, thereby reducing the manufacturing cost.
Another object of the present invention is to provide a high-dielectric-constant thin film capacitor that exhibits a dielectric constant equivalent to that of a capacitor using a noble metal element as a metal electrode, has a small leakage current, and has high quality and high reliability.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の高誘電体薄膜コンデンサは、基体上の少な
くとも片面に金属電極膜と高誘電体薄膜とを層状に積層
する高誘電体薄膜コンデンサであって、前記高誘電体薄
膜の形成温度の基体温度は４００℃を上限とし、かつ前
記金属電極膜として少なくともＡｌとＡｌ以外の金属元
素の少なくとも２種類の金属の混合比の違いにより前記
高誘電体薄膜の格子定数に整合した格子定数を有する金
属合金膜を有することを特徴とする。In order to achieve the above object, a high dielectric thin film capacitor of the present invention comprises a metal electrode film and a high dielectric thin film laminated in layers on at least one surface of a substrate.
To a high dielectric thin film capacitor, the high dielectric thin
The base temperature of the film formation temperature is 400 ° C as the upper limit, and
At least Al and a metal element other than Al as the metal electrode film
Due to the difference in the mixing ratio of at least two kinds of metals,
Gold with lattice constant matched to that of high dielectric thin film
It is characterized by having a metal alloy film .
【０００６】また基体上の少なくとも片面に金属電極膜
と高誘電体薄膜とを層状に積層する高誘電体薄膜コンデ
ンサであって、前記金属電極膜として少なくともＡｌ
と、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｄからなる群より選択される
少なくとも１つの物質とを含有する金属を用いることを
特徴とする。これにより低コストかつ高品質な高誘電体
薄膜コンデンサを提供することが可能になる。A metal electrode film is formed on at least one surface of the substrate.
And a high dielectric thin film are laminated in layers to form a high dielectric thin film capacitor.
And at least Al as the metal electrode film.
And selected from the group consisting of Si, Cu, Ta, and Nd.
Using a metal containing at least one substance
Characterize. This makes it possible to provide a low cost and high quality high dielectric thin film capacitor.
【０００７】また前記コンデンサにおいては、ヒロック
のないＡｌ薄膜を形成することが可能となり、金属電極
と高誘電体薄膜の接合界面が良好となる結果、漏れ電流
が小さくなり、低コストかつ高品質な高誘電体薄膜コン
デンサを提供することが可能になる。また、純Ａｌに比
べて高温、高湿条件下において誘電体材料と反応するこ
となく高い安定性を示すことから、低コストかつ高品質
な高誘電体薄膜コンデンサを提供することが可能にな
る。Further, in the above-mentioned capacitor, it is possible to form an Al thin film without hillocks, and a good bonding interface between the metal electrode and the high dielectric thin film is obtained, resulting in a small leakage current, low cost and high quality. It becomes possible to provide a high dielectric thin film capacitor. Further, since it exhibits high stability without reacting with a dielectric material under high temperature and high humidity conditions as compared with pure Al, it is possible to provide a high-cost high-dielectric-constant thin film capacitor at low cost.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の高誘電体薄膜
コンデンサは、基体上の少なくとも片面に金属電極膜と
高誘電体薄膜とを層状に積層する高誘電体薄膜コンデン
サであって、前記高誘電体薄膜の形成温度の基体温度は
４００℃を上限とし、かつ前記金属電極膜として少なく
ともＡｌとＡｌ以外の金属元素の少なくとも２種類の金
属の混合比の違いにより前記高誘電体薄膜の格子定数に
整合した格子定数を有する金属合金膜を有することを特
徴とする。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A high dielectric thin film according to an embodiment of the present invention
A capacitor has a metal electrode film on at least one side of the substrate.
High-dielectric thin-film condensed with high-dielectric thin-film laminated in layers
The substrate temperature of the formation temperature of the high dielectric thin film is
The upper limit is 400 ° C, and the metal electrode film is less
Both Al and at least two kinds of metal elements other than Al
Due to the difference in the mixing ratio of the genus,
It is characterized by having a metal alloy film with a matched lattice constant.
To collect.
【０００９】また、基体上の少なくとも片面に金属電極
膜と高誘電体薄膜とを層状に積層す る高誘電体薄膜コン
デンサであって、前記金属電極膜として少なくともＡｌ
と、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｄからなる群より選択される
少なくとも１つの物質とを含有する金属を用いることを
特徴とする。これにより低コストかつ高品質な高誘電体
薄膜コンデンサを提供することが可能になる。 Further , a metal electrode is provided on at least one surface of the substrate.
High dielectric thin film configuration you laminating a high dielectric thin film and film in layers
The metal electrode film is at least Al.
And selected from the group consisting of Si, Cu, Ta, and Nd.
Using a metal containing at least one substance
Characterize. As a result, low cost and high quality high dielectric
It becomes possible to provide a thin film capacitor.
【００１０】また前記コンデンサにおいては、ヒロック
のないＡｌ薄膜を形成することが可能となり、金属電極
と高誘電体薄膜の接合界面が良好となる結果、漏れ電流
が小さくなり、低コストかつ高品質な高誘電体薄膜コン
デンサを提供することが可能になる。また、純Ａｌに比
べて高温、高湿条件下において誘電体材料と反応するこ
となく高い安定性を示すことから、低コストかつ高品質
な高誘電体薄膜コンデンサを提供することが可能にな
る。 In the above capacitor, hillock
It becomes possible to form an Al thin film without a metal electrode
And the high dielectric thin film have a good junction interface, resulting in leakage current.
Size, low cost and high quality high dielectric thin film capacitor
It becomes possible to provide a dancer. Also, compared to pure Al
All of them can react with dielectric materials under high temperature and high humidity conditions.
Low cost and high quality due to its extremely high stability
It is possible to provide a high dielectric thin film capacitor
It
【００１１】また前記コンデンサにおいては、Ｓｉ、Ｃ
ｕ、Ｔａ、Ｎｄの含有量が５ａｔ％を上限とすることを
特徴とする。これによりＡｌの比抵抗を上げることな
く、かつヒロックのないＡｌ薄膜を形成することが可能
となり、金属電極と高誘電体薄膜の接合界面が良好とな
る結果、漏れ電流が小さくなり、低コストかつ高品質な
高誘電体薄膜コンデンサを提供することが可能になる。 In the capacitor, Si, C
The content of u, Ta, and Nd should be 5 at% or less.
Characterize. This does not increase the specific resistance of Al.
It is possible to form Al thin film that is free of hillocks
Therefore, the bonding interface between the metal electrode and the high-k dielectric thin film is good.
As a result, the leakage current is reduced, resulting in low cost and high quality.
It becomes possible to provide a high dielectric thin film capacitor.
【００１２】また基体上の少なくとも片面に金属電極膜
と高誘電体薄膜とを層状に積層する高誘電体薄膜コンデ
ンサであって、前記金属電極膜として少なくともＡｌ
と、Ｃｕ、Ｎｉからなる群より選択される少なくとも１
つの物質を含有する金属を用いることを特徴とする。こ
れにより高誘電体薄膜の格子定数と整合のとれた金属電
極膜を形成することが可能となり、金属電極と高誘電体
薄膜の接合界面が良好となる結果、漏れ電流が小さい低
コストかつ高品質な高誘電体薄膜コンデンサを提供する
ことが可能になる。 A metal electrode film is formed on at least one surface of the substrate.
And a high dielectric thin film are laminated in layers to form a high dielectric thin film capacitor.
And at least Al as the metal electrode film.
And at least 1 selected from the group consisting of Cu and Ni
It is characterized by using a metal containing one substance. This
As a result, a metal electrode with a lattice constant consistent with that of a high dielectric thin film can be obtained.
It becomes possible to form a polar film, and metal electrode and high dielectric
As a result of the good thin film bonding interface, the leakage current is small and low.
Providing cost effective and high quality high dielectric thin film capacitors
It will be possible.
【００１３】また前記コンデンサにおいては、金属電極
膜としてＡｌとＡｌ以外の金属元素の少なくとも２種類
の金属の混晶比の違いにより任意の格子定数を有する金
属合金膜を用いることを特徴とする。これにより任意の
格子定数を有する金属合金膜 を得ることが可能となり、
高誘電体薄膜の格子定数に整合した格子定数を有する金
属電極膜の形成が可能となる結果、金属電極と高誘電体
薄膜の接合界面が良好となり、漏れ電流が小さい低コス
トかつ高品質な高誘電体薄膜コンデンサを提供すること
が可能になる。 In the capacitor, the metal electrode
At least two kinds of Al and metallic elements other than Al as the film
Gold with an arbitrary lattice constant due to the difference in the mixed crystal ratio of various metals
It is characterized by using a metal alloy film. This allows any
It becomes possible to obtain a metal alloy film having a lattice constant ,
Gold with lattice constant matched to that of high dielectric thin film
As a result of the possibility of forming a metal electrode film, a metal electrode and a high dielectric
The bonding interface of the thin film is good, and the leakage current is small and the cost is low.
To provide high quality and high dielectric thin film capacitors
Will be possible.
【００１４】また前記コンデンサにおいては、高誘電体
薄膜との格子不整合が５％を上限とすることを特徴とす
る。これにより金属電極膜と高誘電体薄膜との間での格
子定数のずれにより発生する未結合手の導入を抑制され
る結果、金属電極と高誘電体薄膜の接合界面が良好とな
り、漏れ電流が小さい低コストかつ高品質な高誘電体薄
膜コンデンサを提供することが可能になる。 In the capacitor, the high dielectric
Characteristic is that the lattice mismatch with the thin film is up to 5%
It As a result, the gap between the metal electrode film and the high dielectric thin film is
The introduction of dangling bonds caused by the deviation of the child constant is suppressed.
As a result, the bonding interface between the metal electrode and the high-k dielectric thin film is not good.
Low leakage current, low cost and high quality high dielectric thin film
It becomes possible to provide a membrane capacitor.
【００１５】また上述するコンデンサにおいては、高誘
電体薄膜がＳｒＴｉＯ 3 、ＢａＴｉＯ 3 、ＰｂＴｉＯ 3 か
らなる群より選択される少なくとも１つの物質であるこ
とが好ましい。これにより、金属電極膜の格子定数と整
合のとれた高誘電体薄膜を形成することが可能となり、
金属電極と高誘電体薄膜の接合界面が良好となる結果、
誘電率が高く、漏れ電流が小さい低コストかつ高品質な
高誘電体薄膜コンデンサを提供することが可能になる。 Further, in the above-mentioned capacitor,
Whether the electric thin film is SrTiO 3 , BaTiO 3 , PbTiO 3
At least one substance selected from the group consisting of
And are preferred. As a result, the lattice constant and the alignment of the metal electrode film
It becomes possible to form a well-matched high dielectric thin film,
As a result of the good bonding interface between the metal electrode and the high dielectric thin film,
High dielectric constant, low leakage current, low cost and high quality
It becomes possible to provide a high dielectric thin film capacitor.
【００１６】次に、本発明の実施形態における高誘電体
薄膜コンデンサの製造方法は、金属電極の形成法として
ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッ
タ法、ＥＣＲマグネトロンスパッタ法、真空蒸着法から
なる群より選択される手段を用いることが好ましい。こ
れにより、低コストかつ高品質な高誘電体薄膜コンデン
サを提供することが可能である。 Next, the high dielectric in the embodiment of the present invention
The method of manufacturing thin film capacitors is as follows:
DC magnetron sputtering method, RF magnetron sputtering
Method, ECR magnetron sputtering method, vacuum deposition method
It is preferred to use means selected from the group consisting of This
As a result, low cost and high quality high dielectric thin film capacitor
It is possible to provide the service.
【００１７】また、高誘電体薄膜の形成法がＲＦマグネ
トロンスパッタ法、ＥＣＲマグネトロンスパッタ法、Ｃ
ＶＤ法、ゾル-ゲル法からなる群より選択される手段を
用いることが好ましい。これにより、低コストかつ高品
質な高誘電体薄膜コンデンサを提供することが可能であ
る。 Further , the method of forming a high dielectric thin film is based on RF magnetism.
Tron sputtering method, ECR magnetron sputtering method, C
Means selected from the group consisting of VD method and sol-gel method
It is preferable to use. As a result, low cost and high quality
It is possible to provide high quality high dielectric thin film capacitors
It
【００１８】また、高誘電体薄膜の形成温度の基板温度
として４００℃を上限とすることが好ましい。これによ
り、高誘電体薄膜を形成する際の高温での酸化雰囲気に
弱いＡｌやＮｉ、Ｃｕなどの低コスト材料を電極材料と
して使用することが可能となり、低コストかつ高品質な
高誘電体薄膜コンデンサを提供することが可能である。 The substrate temperature of the formation temperature of the high dielectric thin film
It is preferable that the upper limit is 400 ° C. By this
The high temperature oxidation atmosphere when forming a high dielectric thin film.
Weak low-cost materials such as Al, Ni, and Cu are used as electrode materials.
It is possible to use it after
It is possible to provide a high dielectric thin film capacitor.
【００１９】本実施形態により製造される高誘電体薄膜
コンデンサとは、金属電極膜として少なくともＡｌを含
有する金属を用いた、低コストかつ高品質な高誘電体薄
膜コンデンサである。すなわち、本高誘電体薄膜コンデ
ンサを用いることによりチップコンデンサとして小型か
つ軽量な電子機器に搭載することが可能となり、平滑用
同調用やデカップリング用などの低容量から高容量まで
のチップコンデンサとして使用することができる。ある
いは、ＩＣ基板上に直接高誘電体薄膜を堆積してメモリ
素子としてモノリシックな集積回路を構成することが可
能となる。 High Dielectric Thin Film Produced by this Embodiment
A capacitor includes at least Al as a metal electrode film.
Low-cost, high-quality, high-dielectric thin film using a metal
It is a membrane capacitor. That is, the high dielectric thin film capacitor
Sensor is small as a chip capacitor.
It can be mounted on a lightweight electronic device, and can be used for smoothing
From low capacity to high capacity for tuning and decoupling
Can be used as a chip capacitor. is there
Or a high dielectric thin film is deposited directly on the IC substrate to create a memory
A monolithic integrated circuit can be configured as an element
It becomes Noh.
【００２０】以下、本発明を実施例を用いて図面を参照
してさらに詳しく説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings using embodiments.
【００２１】（実施の形態１）
図１は第１の実施の形態における高誘電体薄膜コンデン
サの断面図である。図１において、１はセラミック基
体、２は金属電極、３は高誘電体薄膜である。セラミッ
ク基体１として硼珪酸ガラスを用い、金属電極２にはＰ
ｔまたはＡｌ、高誘電体３にＳｒＴｉＯ3を用いた。(First Embodiment) FIG. 1 is a cross-sectional view of a high dielectric thin film capacitor according to the first embodiment. In FIG. 1, 1 is a ceramic substrate, 2 is a metal electrode, and 3 is a high dielectric thin film. Borosilicate glass is used as the ceramic substrate 1, and P is used as the metal electrode 2.
t or Al, and SrTiO 3 was used for the high dielectric material 3.
【００２２】ガラス基体１上にＤＣマグネトロンスパッ
タ法を用いてＰｔまたはＡｌ電極薄膜２を形成後、ＲＦ
マグネトロンスパッタ法によりＳｒＴｉＯ3を形成し
た。引き続き電極のＰｔまたはＡｌ２をＤＣマグネトロ
ンスパッタ法により形成し、高誘電体薄膜コンデンサと
した。上記試料では共にコンデンサ特性を確認すること
ができた。比誘電率は電極にＰｔを用いた素子ではεr
＝８０、Ａｌを用いた素子ではεr＝７５であった。ま
た、素子に５Ｖの電圧を印加したときの絶縁抵抗値もと
もに１０10Ωを示した。After forming the Pt or Al electrode thin film 2 on the glass substrate 1 by the DC magnetron sputtering method, RF
SrTiO 3 was formed by the magnetron sputtering method. Subsequently, Pt or Al2 of the electrode was formed by the DC magnetron sputtering method to obtain a high dielectric thin film capacitor. With the above samples, the capacitor characteristics could be confirmed. The relative permittivity is ε r for the element using Pt for the electrode.
= 80, and the element using Al had ε r = 75. Further, the insulation resistance value when a voltage of 5 V was applied to the device was 10 10 Ω.
【００２３】前記コンデンサにおいては、ヒロックのな
いＡｌ薄膜を金属電極膜として用いることが好ましい。In the above-mentioned capacitor, it is preferable to use a hillock-free Al thin film as the metal electrode film.
【００２４】また前記コンデンサにおいては、Ａｌ以外
の元素としてＳｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｄからなる群より選
択される少なくとも１つの物質を含有することが好まし
い。Further, it is preferable that the capacitor contains at least one substance selected from the group consisting of Si, Cu, Ta and Nd as an element other than Al.
【００２５】また前記コンデンサにおいては、Ｓｉ、Ｃ
ｕ、Ｔａ、Ｎｄの含有量が５ａｔ％を上限とすることが
好ましい。In the capacitor, Si, C
It is preferable that the contents of u, Ta, and Nd be 5 at% as the upper limits.
【００２６】また前記コンデンサにおいては、金属電極
膜としてＡｌとＡｌ以外の金属元素の少なくとも２種類
の金属の混晶比の違いにより任意の格子定数を有する金
属合金膜を用いることが好ましい。In the above capacitor, it is preferable to use a metal alloy film having an arbitrary lattice constant due to the difference in the mixed crystal ratio of at least two kinds of metals of Al and metal elements other than Al as the metal electrode film.
【００２７】また前記コンデンサにおいては、高誘電体
薄膜との格子不整合が５％を上限とすることが好まし
い。Further, in the above capacitor, it is preferable that the lattice mismatch with the high dielectric thin film is 5% or less.
【００２８】また前記コンデンサにおいては、Ａｌ以外
の元素としてＣｕ、Ｎｉからなる群より選択される少な
くとも１つの物質を含有することが好ましい。It is preferable that the capacitor contains at least one substance selected from the group consisting of Cu and Ni as an element other than Al.
【００２９】高誘電体薄膜としては、４００℃以下の基
板温度において高い比誘電率が得られるようなＳｒＴｉ
Ｏ3、ＢａＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3およびこれらの固溶体
からなる群より選択される少なくとも１つの物質である
ことが好ましい。As the high-dielectric thin film, SrTi having a high relative dielectric constant at a substrate temperature of 400 ° C. or lower is obtained.
It is preferably at least one substance selected from the group consisting of O 3 , BaTiO 3 , PbTiO 3 and solid solutions thereof.
【００３０】金属電極の形成法としては、ＤＣマグネト
ロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＥＣＲ
マグネトロンスパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法を用い
ることが好ましい。As the method of forming the metal electrode, DC magnetron sputtering method, RF magnetron sputtering method, ECR
It is preferable to use a magnetron sputtering method, a vacuum evaporation method, or a CVD method.
【００３１】高誘電体薄膜の形成法としては、ＲＦマグ
ネトロンスパッタ法、ＥＣＲマグネトロンスパッタ法、
ＣＶＤ法、ゾル-ゲル法を用いることが好ましい。ま
た、高誘電体薄膜の形成温度が４００℃以下であること
が好ましい。The high dielectric thin film is formed by RF magnetron sputtering method, ECR magnetron sputtering method,
It is preferable to use the CVD method or the sol-gel method. Further, the formation temperature of the high dielectric thin film is preferably 400 ° C. or lower.
【００３２】[0032]
【実施例】以下本発明の具体的実施例について説明す
る。EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below.
【００３３】（実施例１）
第１の実施例として、図１の高誘電体薄膜コンデンサに
おいて、厚さ０．５ｍｍのガラス基体１上に、ＤＣマグ
ネトロンスパッタ法を用いてＰｔ、あるいはＡｌによる
下部電極２を形成した。それぞれの金属電極膜のスパッ
タ条件は１０-6Ｔｏｒｒ台の高真空チャンバー内におい
てＡｒ雰囲気中、ＤＣ電力２００Ｗ、成膜圧力８ｍＴｏ
ｒｒ、基板温度２５℃の条件で行った。それぞれの膜厚
は約１００ｎｍ、蒸着レートはともに約１０ｎｍ／ｍｉ
ｎであった。なお、それぞれの電極はメタルマスクを用
いて５ｍｍ角の大きさに形成されている。電極形成後、
ＳｒＴｉＯ3の高誘電体薄膜３の形成を行った。ＳｒＴ
ｉＯ3薄膜のスパッタ条件は１０-6Ｔｏｒｒ台の高真空
チャンバー内においてＡｒ／Ｏ2＝２／１の混合雰囲気
中、ＲＦ電力８００Ｗ、成膜圧力８ｍＴｏｒｒ、基板温
度３００℃の条件で行った。ＳｒＴｉＯ3薄膜の膜厚は
約３００ｎｍ、膜堆積速度は約３０ｎｍ／ｍｉｎあっ
た。金属電極上のＳｒＴｉＯ3薄膜の表面積は４×４ｍ
ｍであった。ＳｒＴｉＯ3薄膜形成後、再びＰｔ、また
はＡｌ電極の形成を行った。このようにＰｔ／ＳｒＴｉ
Ｏ3／Ｐｔ／ｇｌａｓｓおよびＡｌ／ＳｒＴｉＯ3／Ａｌ
／ｇｌａｓｓの２種類の高誘電体薄膜コンデンサを作製
した。金属電極の形成条件は、２種類の高誘電体薄膜コ
ンデンサ共に第一層の金属電極と第二層の金属電極はそ
れぞれ同一条件である。金属電極に挟まれたＳｒＴｉＯ
3薄膜の表面積は３×３ｍｍであった。Example 1 As a first example, in the high dielectric thin film capacitor of FIG. 1, a Pt or Al lower portion was formed on a glass substrate 1 having a thickness of 0.5 mm by using a DC magnetron sputtering method. The electrode 2 was formed. The sputtering conditions for the respective metal electrode films are as follows: a high vacuum chamber on the order of 10 −6 Torr, an Ar atmosphere, a DC power of 200 W and a deposition pressure of 8 mTo.
It was performed under the conditions of rr and the substrate temperature of 25 ° C. Each film thickness is about 100 nm, both evaporation rates are about 10 nm / mi
It was n. Each electrode is formed in a size of 5 mm square using a metal mask. After electrode formation
A high dielectric thin film 3 of SrTiO 3 was formed. SrT
The sputtering conditions for the iO 3 thin film were a high vacuum chamber on the order of 10 −6 Torr, a mixed atmosphere of Ar / O 2 = 2/1, an RF power of 800 W, a deposition pressure of 8 mTorr, and a substrate temperature of 300 ° C. The thickness of the SrTiO 3 thin film was about 300 nm, and the film deposition rate was about 30 nm / min. Surface area of SrTiO 3 thin film on metal electrode is 4 × 4m
It was m. After forming the SrTiO 3 thin film, the Pt or Al electrode was formed again. Thus, Pt / SrTi
O 3 / Pt / glass and Al / SrTiO 3 / Al
Two types of high dielectric thin film capacitors of / glass were manufactured. The metal electrodes are formed under the same conditions for the first layer metal electrode and the second layer metal electrode for both types of high dielectric thin film capacitors. SrTiO sandwiched between metal electrodes
The surface area of the 3 thin films was 3 × 3 mm.
【００３４】上記、高誘電体薄膜コンデンサを作製し、
コンデンサ特性を評価した結果を（表１）に示す。な
お、測定周波数は１ｋＨｚである。また絶縁抵抗ＩＲは
５Ｖ印加時の値である。The above high dielectric thin film capacitor was prepared,
The results of evaluating the capacitor characteristics are shown in (Table 1). The measurement frequency is 1 kHz. The insulation resistance IR is a value when 5 V is applied.
【表１】
上記２種類のコンデンサ特性を比較したところ、比誘電
率は電極にＰｔを用いた素子ではεr＝８０、Ａｌを用
いた素子ではεr＝７５であった。また、素子に５Ｖの
電圧を印加したときの絶縁抵抗値もともに１０10Ωを示
し、ほぼ同程度の特性を有することがわかる。[Table 1] When the characteristics of the two types of capacitors are compared, the relative permittivity is ε r = 80 for the element using Pt for the electrode and ε r = 75 for the element using Al. Also, the insulation resistance values when a voltage of 5 V was applied to the element were both 10 10 Ω, which shows that they have almost the same characteristics.
【００３５】ここで、Ｐｔ、Ａｌ両電極はそれぞれの金
属ターゲットを用いて薄膜形成を行っているが、それぞ
れのターゲット価格には約１桁程度の違いがある。これ
らの価格の差はコンデンサの製造原価に反映され、当
然、Ｐｔを電極材料として用いた場合ではＡｌを電極材
料として用いたコンデンサよりも高価なコンデンサとな
ってしまう。従って、トータルな製造コストを考えた場
合、Ａｌを電極材料として用いた方が低コストとなり、
性能的にもＰｔ電極を用いたコンデンサと比較して何ら
問題ない。Here, the Pt and Al electrodes are formed into thin films by using respective metal targets, but the respective target prices are different by about one digit. These price differences are reflected in the manufacturing cost of the capacitor, and naturally, when Pt is used as the electrode material, the capacitor becomes more expensive than the capacitor using Al as the electrode material. Therefore, considering the total manufacturing cost, using Al as the electrode material is lower cost,
In terms of performance, there is no problem compared with a capacitor using a Pt electrode.
【００３６】以上の結果から、本発明のコンデンサの電
極材料としてＡｌを含有する金属を用いることにより、
低コストかつ高品質な高誘電体薄膜コンデンサを提供す
ることが可能になる。From the above results, by using the metal containing Al as the electrode material of the capacitor of the present invention,
It becomes possible to provide a low cost and high quality high dielectric thin film capacitor.
【００３７】（実施例２）
第２の実施例として、図１の高誘電体薄膜コンデンサに
おいて、電極材料として実施例１のＡｌ以外に、Ｓｉ、
Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｄをそれぞれ２ａｔ％含有したＡｌ（そ
れぞれＡｌ：Ｓｉ、Ａｌ：Ｃｕ、Ａｌ：Ｔａ、Ａｌ：Ｎ
ｄと表記する）を用いて検討を行った。電極材料以外は
実施例１とすべて同一条件である。(Example 2) As a second example, in the high dielectric thin film capacitor of FIG. 1, as the electrode material, in addition to Al of Example 1, Si,
Al containing 2 at% each of Cu, Ta and Nd (Al: Si, Al: Cu, Al: Ta, Al: N
(denoted as d). The conditions are the same as in Example 1 except for the electrode material.
【００３８】上記、高誘電体薄膜コンデンサを作製し、
コンデンサ特性を評価した結果を（表２）に示す。The above-mentioned high dielectric thin film capacitor was prepared,
The results of evaluating the capacitor characteristics are shown in (Table 2).
【表２】
上記４種類のコンデンサ特性を作製したところ、それぞ
れ実施例１で使用した純Ａｌを用いて形成したコンデン
サよりも１桁高い絶縁抵抗値が得られた。これは純Ａｌ
の金属ターゲットを用いて形成したＡｌ膜には３０ｎｍ
程度の凹凸があるのに対し、実施例２で形成したＡｌ膜
には１０ｎｍ程度の凹凸であることが原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ）により観測されており、純ＡｌでのＩＲ値の
低下は電極表面の凹凸の結果を反映したものであると考
えられる。すなわち、電極／誘電体間での接合部におい
て、電極表面の凹凸が大きくなると接合部に界面準位が
発生し、その界面準位を介して漏れ電流が発生すること
によりＩＲ特性が劣化したものと考えられる。従って、
Ａｌ以外の元素としてＳｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｄからなる
群より選択される少なくとも１つの物質を含有すること
によりヒロックのないＡｌ薄膜を形成することが可能と
なり、金属電極と高誘電体薄膜の接合界面が良好となる
結果、漏れ電流が小さくなり、低コストかつ高品質な高
誘電体薄膜コンデンサを提供することが可能になる。[Table 2] When the above-mentioned four types of capacitor characteristics were manufactured, an insulation resistance value higher by one digit than that of the capacitor formed using pure Al used in Example 1 was obtained. This is pure Al
30 nm for Al film formed using the metal target of
It is observed by an atomic force microscope (AFM) that the Al film formed in Example 2 has irregularities of about 10 nm, while the Al film formed in Example 2 has irregularities of about 10 nm. It is considered that this reflects the results of surface irregularities. That is, in the junction between the electrode and the dielectric, if the unevenness of the electrode surface becomes large, an interface level is generated in the junction, and a leakage current is generated through the interface level, which deteriorates the IR characteristics. it is conceivable that. Therefore,
By containing at least one substance selected from the group consisting of Si, Cu, Ta, and Nd as an element other than Al, it is possible to form an hillock-free Al thin film, and to bond a metal electrode and a high dielectric thin film. As a result of the favorable interface, the leakage current becomes small, and it becomes possible to provide a high-cost high-dielectric-constant thin film capacitor at low cost.
【００３９】次に、上記４種類のコンデンサと実施例１
で使用したＡｌ電極のコンデンサに対して耐湿負荷試験
を行った。図２に６０℃、ＲＨ（相対湿度）９５％、Ｄ
Ｃ５Ｖ印加時における容量変化率（△ｃ／ｃ）、ｔａｎ
δ、ＩＲの経時変化を示す。実施例１で使用した純Ａｌ
を電極に用いたコンデンサと比較して、実施例２で使用
した各種電極材料は長期間においても安定し、特性劣化
がほとんど観測されていないことがわかる。従って、Ａ
ｌ以外の元素としてＳｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｄからなる群
より選択される少なくとも１つの物質を含有することに
より純Ａｌに比べて高温、高湿条件下において誘電体材
料と反応することなく高い安定性を示すことから、低コ
ストかつ高品質な高誘電体薄膜コンデンサを提供するこ
とが可能になる。Next, the above four types of capacitors and Example 1
A moisture resistance load test was performed on the Al electrode capacitor used in 1. Fig. 2 shows 60 ℃, RH (relative humidity) 95%, D
Capacity change rate (Δc / c) when C5V is applied, tan
8 shows changes in δ and IR with time. Pure Al used in Example 1
It can be seen that the various electrode materials used in Example 2 are stable even over a long period of time, and almost no characteristic deterioration is observed, as compared with the capacitor in which is used as the electrode. Therefore, A
By containing at least one substance selected from the group consisting of Si, Cu, Ta, and Nd as an element other than 1, it has a higher stability than pure Al without reacting with a dielectric material under high temperature and high humidity conditions. Since it exhibits the property, it is possible to provide a low cost and high quality high dielectric thin film capacitor.
【００４０】なお、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｄの含有量と
しては、Ａｌのもつ低比抵抗な値を変えることなく、か
つヒロックが発生せず、なおかつ耐高温・高湿特性が得
られる値として、５ａｔ％を上限とすることが好まし
い。The content of Si, Cu, Ta, and Nd should be such that the low specific resistance of Al does not change, hillocks do not occur, and high temperature and high humidity characteristics are obtained. It is preferable that the upper limit is 5 at%.
【００４１】（実施例３）
第３の実施例として、図１の高誘電体薄膜コンデンサに
おいて、電極材料としてＡｌ、ＡｌとＮｉの合金、Ａｌ
とＣｕの合金による電極を形成した。ＡｌとＮｉの合金
はＡｌが７０ａｔ％、Ｎｉが３０ａｔ％の合金であり、
ＡｌとＣｕの合金はＡｌが７０ａｔ％、Ｃｕが３０ａｔ
％の合金である。それぞれの合金は、それぞれの比率の
合金ターゲットを用いて形成した。それぞれの金属電極
膜のスパッタ条件は１０-6Ｔｏｒｒ台の高真空チャンバ
ー内においてＡｒ雰囲気中、ＤＣ電力２００Ｗ、成膜圧
力８ｍＴｏｒｒ、基板温度２５℃の条件で行った。それ
ぞれの膜厚は約１００ｎｍ、蒸着レートは約１０ｎｍ／
ｍｉｎであった。電極材料以外は実施例１とすべて同一
条件である。(Third Embodiment) As a third embodiment, in the high dielectric thin film capacitor of FIG. 1, Al, an alloy of Al and Ni, and Al are used as electrode materials.
An electrode made of an alloy of Cu and Cu was formed. The alloy of Al and Ni is an alloy of 70 at% Al and 30 at% Ni.
The alloy of Al and Cu is 70 at% Al and 30 at% Cu.
% Alloy. Each alloy was formed using the alloy target in each ratio. The sputtering conditions for the respective metal electrode films were as follows: a high vacuum chamber on the order of 10 −6 Torr, an Ar atmosphere, a DC power of 200 W, a film forming pressure of 8 mTorr, and a substrate temperature of 25 ° C. Each film thickness is about 100 nm, evaporation rate is about 10 nm /
It was min. The conditions are the same as in Example 1 except for the electrode material.
【００４２】上記、高誘電体薄膜コンデンサを作製し、
コンデンサ特性を評価した結果を（表３）に示す。The above high dielectric thin film capacitor was prepared,
The results of evaluating the capacitor characteristics are shown in (Table 3).
【表３】
Ａｌ膜はＳｒＴｉＯ3薄膜に対し約４％程度格子定数が
大きく、Ｎｉを３０ａｔ％含有したＡｌＮｉ膜はＳｒＴ
ｉＯ3薄膜とほぼ同等の格子定数となり、Ｃｕを３０ａ
ｔ％含有したＡｌＣｕ膜もＳｒＴｉＯ3薄膜とほぼ同等
の格子定数となっている。これら格子定数の不整合によ
り、ＳｒＴｉＯ3薄膜に加わる応力が異なり、Ａｌ電極
ではＳｒＴｉＯ3薄膜の面内に引っ張りの応力が加わっ
ている。比誘電率は、Ａｌ電極に対しＮｉを含有するこ
とにより引っ張りから応力ゼロへと変化する結果、高い
比誘電率を示すようになっている。さらに、Ａｌのみと
比べてＮｉあるいはＣｕとの合金によるＡｌ膜は、Ｓｒ
ＴｉＯ3薄膜との格子定数の不整合が小さくなる結果、
電極上へのＳｒＴｉＯ3薄膜のエピタキシャル的な成長
が起こり、界面準位が低減される結果、良好なｔａｎ
δ、ＩＲ特性が得られている。[Table 3] The Al film has a large lattice constant of about 4% with respect to the SrTiO 3 thin film, and the AlNi film containing Ni at 30 at% is SrT.
The lattice constant is almost the same as that of the iO 3 thin film, and Cu is 30a.
The AlCu film containing t% also has a lattice constant almost equal to that of the SrTiO 3 thin film. Due to the mismatch of the lattice constants, the stress applied to the SrTiO 3 thin film is different, and the tensile stress is applied in the plane of the SrTiO 3 thin film at the Al electrode. The relative dielectric constant is changed from tensile to zero stress by containing Ni in the Al electrode, and as a result, a high relative dielectric constant is exhibited. Further, compared with Al alone, an Al film made of an alloy with Ni or Cu is
As a result of the smaller mismatch of the lattice constant with the TiO 3 thin film,
Epitaxial growth of the SrTiO 3 thin film on the electrode occurs and the interface state is reduced, resulting in a good tan.
δ and IR characteristics are obtained.
【００４３】以上の結果から、金属電極膜としてＡｌと
Ａｌ以外の金属元素の少なくとも２種類の合金からな
り、２種類の金属の混晶比の違いにより任意の格子定数
を有する金属合金膜を用いることにより任意の格子定数
を有する金属合金膜を得ることが可能となり、高誘電体
薄膜の格子定数に整合した格子定数を有する金属電極膜
の形成が可能となる結果、金属電極と高誘電体薄膜の接
合界面が良好となり、漏れ電流が小さい低コストかつ高
品質な高誘電体薄膜コンデンサを提供することが可能に
なる。また、格子不整合の上限としては５％を上限とす
ることが好ましい。From the above results, a metal alloy film made of at least two kinds of alloys of Al and a metal element other than Al and having an arbitrary lattice constant depending on the mixed crystal ratio of the two kinds of metals is used as the metal electrode film. As a result, a metal alloy film having an arbitrary lattice constant can be obtained, and a metal electrode film having a lattice constant matching the lattice constant of the high dielectric thin film can be formed. As a result, the metal electrode and the high dielectric thin film can be formed. It becomes possible to provide a low-cost, high-quality, high-dielectric-constant thin film capacitor having a good junction interface with low leakage current. The upper limit of lattice mismatch is preferably 5%.
【００４４】（実施例４）
第４の実施例として、図１の高誘電体薄膜コンデンサに
おいて、厚さ０．５ｍｍのガラス基体１上に、ＲＦマグ
ネトロンスパッタ法を用いてＡｌ、あるいはＡｌとＮｉ
の合金、あるいはＮｉによる下部電極２を形成した。Ａ
ｌとＮｉの合金はＡｌ：７０ａｔ％、Ｎｉ３０ａｔ％、
あるいはＡｌ：４０ａｔ％、Ｎｉ：６０ａｔ％の２種類
で、それぞれの合金ターゲットを用いて形成した。それ
ぞれの金属電極膜のスパッタ条件は１０-6Ｔｏｒｒ台の
高真空チャンバー内においてＡｒ雰囲気中、ＲＦ電力２
００Ｗ、成膜圧力８ｍＴｏｒｒ、基板温度２５℃の条件
で行った。それぞれの膜厚は約１００ｎｍ、蒸着レート
は約１０ｎｍ／ｍｉｎであった。なお、それぞれの電極
はメタルマスクを用いて５ｍｍ角の大きさに形成されて
いる。電極形成後、ＳｒＴｉＯ3の高誘電体薄膜３の形
成を行った。ＳｒＴｉＯ3薄膜のスパッタ条件は１０-6
Ｔｏｒｒ台の高真空チャンバー内においてＡｒ／Ｏ2＝
２／１の混合雰囲気中において、ＲＦ電力８００Ｗ、成
膜圧力８ｍＴｏｒｒ、基板温度３００℃の条件で行っ
た。ＳｒＴｉＯ3薄膜の膜厚は約３００ｎｍ、膜堆積速
度は約３０ｎｍ／ｍｉｎあった。金属電極上のＳｒＴｉ
Ｏ3薄膜の表面積は４×４ｍｍであった。ＳｒＴｉＯ3薄
膜形成後、再びＡｌ、およびＡｌとＮｉの合金、および
Ｎｉ電極２の形成を行った。このようにＡｌ／ＳｒＴｉ
Ｏ3／Ａｌ／ｇｌａｓｓおよびＡｌＮｉ(30at%)／ＳｒＴ
ｉＯ3／ＡｌＮｉ(30at%)／ｇｌａｓｓおよびＡｌＮｉ(6
0at%)／ＳｒＴｉＯ3／ＡｌＮｉ(60at%)／ｇｌａｓｓお
よびＮｉ／ＳｒＴｉＯ3／Ｎｉ／ｇｌａｓｓの４種類の
高誘電体薄膜コンデンサを作製した。金属電極の形成条
件は、４種類の高誘電体薄膜コンデンサ共に第一層の金
属電極と第二層の金属電極はそれぞれ同一条件である。
金属電極に挟まれたＳｒＴｉＯ3薄膜の表面積は３×３
ｍｍであった。(Fourth Embodiment) As a fourth embodiment, in the high dielectric thin film capacitor of FIG. 1, Al or Al and Ni are deposited on the glass substrate 1 having a thickness of 0.5 mm by the RF magnetron sputtering method.
The lower electrode 2 was formed of the alloy of Ni or Ni. A
The alloy of 1 and Ni is Al: 70at%, Ni30at%,
Alternatively, two types of Al: 40 at% and Ni: 60 at% were used to form each alloy target. The sputtering conditions for each metal electrode film are as follows: RF power of 2 in an Ar atmosphere in a high vacuum chamber on the order of 10 −6 Torr.
The conditions were: 00 W, film forming pressure 8 mTorr, and substrate temperature 25 ° C. Each film thickness was about 100 nm, and the vapor deposition rate was about 10 nm / min. Each electrode is formed in a size of 5 mm square using a metal mask. After forming the electrodes, a high dielectric thin film 3 of SrTiO 3 was formed. The sputtering condition for the SrTiO 3 thin film is 10 −6
Ar / O 2 = in a high vacuum chamber on the Torr stage
In a 2/1 mixed atmosphere, the RF power was 800 W, the film formation pressure was 8 mTorr, and the substrate temperature was 300 ° C. The thickness of the SrTiO 3 thin film was about 300 nm, and the film deposition rate was about 30 nm / min. SrTi on metal electrode
The surface area of the O 3 thin film was 4 × 4 mm. After forming the SrTiO 3 thin film, Al, an alloy of Al and Ni, and the Ni electrode 2 were formed again. In this way, Al / SrTi
O 3 / Al / glass and AlNi (30at%) / SrT
iO 3 / AlNi (30at%) / glass and AlNi (6
4 types of high dielectric thin film capacitors of 0 at%) / SrTiO 3 / AlNi (60 at%) / glass and Ni / SrTiO 3 / Ni / glass were prepared. With respect to the formation conditions of the metal electrodes, the metal electrodes of the first layer and the metal electrodes of the second layer are the same in all four types of high dielectric thin film capacitors.
Surface area of SrTiO 3 thin film sandwiched between metal electrodes is 3 × 3
It was mm.
【００４５】上記、高誘電体薄膜コンデンサを作製し、
コンデンサ特性を評価した結果を（表４）に示す。な
お、測定周波数は１ｋＨｚである。また絶縁抵抗ＩＲは
５Ｖ印加時の値である。The above high dielectric thin film capacitor was prepared,
The results of evaluating the capacitor characteristics are shown in (Table 4). The measurement frequency is 1 kHz. The insulation resistance IR is a value when 5 V is applied.
【表４】
Ａｌ膜はＳｒＴｉＯ3薄膜に対し約４％程度格子定数が
大きく、Ｎｉを３０ａｔ％含有したＡｌＮｉ膜はＳｒＴ
ｉＯ3薄膜とほぼ同等の格子定数を有し、Ｎｉを６０ａ
ｔ％含有したＡｌＮｉ膜はＳｒＴｉＯ3薄膜に対し約５
％程度格子定数が小さく、Ｎｉ膜はＳｒＴｉＯ3薄膜に
対し約１０％程度格子定数が小さくなっている。これら
格子定数の不整合の違いにより、ＳｒＴｉＯ3薄膜に加
わる応力が異なり、Ａｌ電極ではＳｒＴｉＯ3薄膜の面
内に引っ張りの応力が、逆にＮｉ電極ではＳｒＴｉＯ3
薄膜の面内に圧縮の応力が加わっている。比誘電率は、
Ａｌ電極に対しＮｉを含有することにより引っ張りから
圧縮応力へと変化する結果、高い比誘電率を示すように
なっている。しかし、Ｎｉのみになると格子定数の不整
合が大きくなる結果、電極上へのＳｒＴｉＯ3薄膜のエ
ピタキシャル的な成長が困難となり、応力の緩和によっ
て比誘電率は再び低下している。ｔａｎδについても同
様の現象が確認されている。また、ＩＲについては、格
子不整合の少ない前者３試料については比較的高い値が
得られているが、Ｎｉのみになると極度な低下を示して
いる。これは格子定数の不整合が大きくなることにより
接合面での界面準位が多発し、この準位を介して漏れ電
流が発生することによりＩＲ特性が劣化したものと考え
られる。[Table 4] The Al film has a large lattice constant of about 4% with respect to the SrTiO 3 thin film, and the AlNi film containing Ni at 30 at% is SrT.
It has a lattice constant almost equal to that of the iO 3 thin film and Ni of 60a
The AlNi film containing t% is about 5 with respect to the SrTiO 3 thin film.
%, The lattice constant of the Ni film is about 10% smaller than that of the SrTiO 3 thin film. The stress applied to the SrTiO 3 thin film is different due to the difference in the lattice constant mismatch, and the tensile stress in the plane of the SrTiO 3 thin film is generated in the Al electrode, and conversely, the SrTiO 3 is formed in the Ni electrode.
Compressive stress is applied in the plane of the thin film. The relative permittivity is
When Ni is contained in the Al electrode, the tensile stress is changed to the compressive stress. As a result, a high relative dielectric constant is exhibited. However, if only Ni is used, the lattice constant mismatch becomes large, and as a result, it becomes difficult to epitaxially grow the SrTiO 3 thin film on the electrode, and the relative permittivity decreases again due to stress relaxation. A similar phenomenon has been confirmed for tan δ. Regarding the IR, a relatively high value was obtained for the former three samples with few lattice mismatches, but an extreme decrease was shown when only Ni was used. It is thought that this is because the interface characteristics at the bonding surface frequently occur due to the large mismatch of the lattice constants, and the leakage current is generated through this level, which deteriorates the IR characteristics.
【００４６】以上の結果から、本発明の高誘電体薄膜を
用いることにより、金属電極膜の格子定数が高誘電体薄
膜の格子定数と同じか、あるいは高誘電体薄膜の格子定
数より小さくすることにより高品質かつ高信頼性を有す
る高誘電体薄膜薄膜コンデンサを提供することができ
る。また、格子不整合の上限としては５％を上限とする
ことが好ましい。From the above results, by using the high dielectric thin film of the present invention, the lattice constant of the metal electrode film should be equal to or smaller than the lattice constant of the high dielectric thin film. As a result, it is possible to provide a high dielectric thin film thin film capacitor having high quality and high reliability. The upper limit of lattice mismatch is preferably 5%.
【００４７】（実施例５）
第５の実施例として、実施例１で使用したＳｒＴｉＯ3
の高誘電体薄膜３の代わりにＢａＴｉＯ3、ＰｂＴｉ
Ｏ3、および固溶体の（Ｂａ0.2Ｓｒ0.8）ＴｉＯ3と（Ｐ
ｂ0.1Ｓｒ0.9）ＴｉＯ3、比較例としてＢｉＴｉＯ3を用
いて同様の実験を行った。ＢａＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、
（Ｂａ0.2Ｓｒ0.8）ＴｉＯ3、（Ｐｂ０．１Ｓｒ０．
９）ＴｉＯ３、ＢｉＴｉＯ３の形成条件は実施例１と同
様である。金属電極２にはＡｌＮｉ合金膜を用い、Ｎｉ
含有量は３０ａｔ％である。それ以外は実施例１とすべ
て同一条件である。（表５）にそれぞれの誘電体薄膜を
用いて作製したフレキシブル薄膜コンデンサの比誘電率
を示す。Example 5 As a fifth example, the SrTiO 3 used in Example 1 was used.
Instead of the high dielectric thin film 3 of BaTiO 3 , PbTi
O 3 and (Ba 0.2 Sr 0.8 ) TiO 3 in solid solution and (P
The same experiment was performed using b 0.1 Sr 0.9 ) TiO 3 and BiTiO 3 as a comparative example. BaTiO 3 , PbTiO 3 ,
(Ba 0.2 Sr 0.8 ) TiO 3 , (Pb0.1Sr0.
9) The conditions for forming TiO3 and BiTiO3 are the same as in Example 1. An AlNi alloy film is used for the metal electrode 2,
The content is 30 at%. Otherwise, the conditions are the same as in Example 1. Table 5 shows the relative permittivity of the flexible thin film capacitors produced by using the respective dielectric thin films.
【表５】
実験の結果、ＢｉＴｉＯ3を除いたすべての誘電体薄膜
において比誘電率の高い特性を得ることができた。[Table 5] As a result of the experiment, it was possible to obtain high dielectric constant characteristics in all the dielectric thin films except BiTiO 3 .
【００４８】以上の結果から、高誘電体薄膜がＳｒＴｉ
Ｏ3、ＢａＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3からなる群より選択さ
れる少なくとも１つの物質を用いることにより、金属電
極膜の格子定数と整合のとれた高誘電体薄膜を形成する
ことが可能となり、金属電極と高誘電体薄膜の接合界面
が良好となる結果、誘電率が高く、漏れ電流が小さい低
コストかつ高品質な高誘電体薄膜コンデンサを提供する
ことが可能になる。From the above results, the high dielectric thin film is SrTi
O 3 by using at least one substance, BaTiO 3, is selected from the group consisting of PbTiO 3, it is possible to form a high dielectric thin film with a good matching with the lattice constant of the metal electrode film, and a metal electrode As a result of the good bonding interface of the high dielectric thin film, it is possible to provide a high dielectric thin film capacitor having a high dielectric constant, a small leakage current, and low cost and high quality.
【００４９】（実施例６）
第６の実施例として、実施例１で使用したＡｌ電極２の
形成方法としてＥＢ蒸着を用いて同様の実験を行った。
ＥＢ蒸着は１０-6Ｔｏｒｒ台の高真空チャンバー内にお
いて基板温度２５℃の条件で行った。金属電極の形成以
外は実施例１とすべて同一条件である。Example 6 As a sixth example, the same experiment was conducted by using EB vapor deposition as the method of forming the Al electrode 2 used in Example 1.
The EB vapor deposition was performed in a high vacuum chamber on the order of 10 −6 Torr at a substrate temperature of 25 ° C. The conditions are the same as in Example 1 except for the formation of the metal electrode.
【００５０】実験の結果、コンデンサ特性として実施例
１とほぼ同等の値を得ることができた。As a result of the experiment, it was possible to obtain a value substantially equal to that of Example 1 as the capacitor characteristic.
【００５１】なお、金属電極の形成法としてＤＣマグネ
トロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＥＣ
Ｒマグネトロンスパッタ法、真空蒸着法を用いてもほぼ
同様の効果を得ることができた。As a method of forming the metal electrode, DC magnetron sputtering method, RF magnetron sputtering method, EC
Almost the same effect could be obtained by using the R magnetron sputtering method and the vacuum deposition method.
【００５２】以上の結果から、金属電極の形成法がＤＣ
マグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ
法、ＥＣＲマグネトロンスパッタ法、真空蒸着法からな
る群より選択される手段を用いることにより、低コスト
かつ高品質な高誘電体薄膜コンデンサを提供することが
可能である。From the above results, the method of forming the metal electrode is DC
By using means selected from the group consisting of magnetron sputtering method, RF magnetron sputtering method, ECR magnetron sputtering method, and vacuum deposition method, it is possible to provide a low-cost and high-quality high dielectric thin film capacitor.
【００５３】なお、金属電極の形成法としては、真空装
置の自動化、連続化の観点からＤＣマグネトロンスパッ
タ法、あるいはＲＦマグネトロンスパッタ法を用いるこ
とが好ましい。As a method of forming the metal electrode, it is preferable to use the DC magnetron sputtering method or the RF magnetron sputtering method from the viewpoint of automation and continuity of the vacuum apparatus.
【００５４】（実施例７）
第７の実施例として、実施例１で使用したＳｒＴｉＯ3
薄膜３の形成方法としてＭＯＣＶＤを用いて同様の実験
を行った。ＭＯＣＶＤはＳｒ源としてＳｒ（ＤＰＭ）2
［Ｓｒ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2）2］をＴＨＦ［Ｃ4Ｈ8Ｏ］溶液中
に０．１ｍｏｌ／Ｌ溶融したものを用い、Ｔｉ源として
ＴＴＩＰ［Ｔｉ（Ｏ−ｉＣ3Ｈ7）4］を用いた。Ｎ2をキ
ャリアガスとして、それぞれ０．５ｃｍ3／ｍｉｎ、
０．８ｃｍ3／ｍｉｎの流量にて基板上に供給した。こ
れにＯ2とＮ2Ｏを８ｓｌｍの流量で導入し、３０Ｔｏｒ
ｒの成膜雰囲気中にてＳｒＴｉＯ3薄膜の形成を行っ
た。基板温度は３００℃で、ＳｒＴｉＯ3薄膜の膜厚は
３００ｎｍ、堆積速度は約１０ｎｍ／ｍｉｎであった。
誘電体薄膜の形成以外は実施例１とすべて同一条件であ
る。Example 7 As a seventh example, the SrTiO 3 used in Example 1 was used.
A similar experiment was conducted using MOCVD as a method for forming the thin film 3. MOCVD uses Sr (DPM) 2 as the Sr source.
[Sr (C 11 H 19 O 2 ) 2 ] was melted in a THF [C 4 H 8 O] solution at 0.1 mol / L, and TTIP [Ti (O-iC 3 H 7 ) 4 was used as a Ti source. ] Was used. Using N 2 as a carrier gas, 0.5 cm 3 / min,
It was supplied onto the substrate at a flow rate of 0.8 cm 3 / min. O 2 and N 2 O were introduced into this at a flow rate of 8 slm, and 30 Tor
A SrTiO 3 thin film was formed in a film forming atmosphere of r. The substrate temperature was 300 ° C., the thickness of the SrTiO 3 thin film was 300 nm, and the deposition rate was about 10 nm / min.
The conditions are all the same as in Example 1 except for the formation of the dielectric thin film.
【００５５】実験の結果、コンデンサ特性として実施例
１とほぼ同等の値を得ることができた。As a result of the experiment, it was possible to obtain a value substantially equal to that of Example 1 as the capacitor characteristic.
【００５６】なお、高誘電体薄膜の形成法としてＥＣＲ
マグネトロンスパッタ法、真空蒸着法、ゾル-ゲル法を
用いてもほぼ同様の効果を得ることができた。As a method for forming a high dielectric thin film, ECR is used.
The magnetron sputtering method, the vacuum deposition method, and the sol-gel method were able to obtain almost the same effect.
【００５７】以上の結果から、高誘電体薄膜の形成法が
ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＥＣＲマグネトロンスパ
ッタ法、ＣＶＤ法、ゾル-ゲル法からなる群より選択さ
れる手段を用いることにより、低コストかつ高品質な高
誘電体薄膜コンデンサを提供することが可能である。From the above results, by using a method selected from the group consisting of the RF magnetron sputtering method, the ECR magnetron sputtering method, the CVD method and the sol-gel method as the method for forming the high dielectric thin film, it is possible to reduce the cost and the cost. It is possible to provide a high quality dielectric thin film capacitor.
【００５８】なお、成膜速度の向上、および形成された
膜品質、真空装置の自動化、連続化の観点からＲＦマグ
ネトロンスパッタ法を用いて高誘電体薄膜を形成するこ
とが好ましい。It is preferable to form the high dielectric thin film by using the RF magnetron sputtering method from the viewpoints of improving the film forming speed, the quality of the formed film, automation of the vacuum device, and continuation.
【００５９】（実施例８）
第８の実施例として、実施例１で使用したＳｒＴｉＯ3
薄膜３の形成時における基体温度の検討を行った。金属
電極はＮｉが３０ａｔ％含有のＡｌＮｉ合金膜を用い
た。その他、ＳｒＴｉＯ3薄膜の形成時における基体温
度以外は実施例１とすべて同一条件である。Example 8 As an eighth example, the SrTiO 3 used in Example 1 was used.
The substrate temperature when forming the thin film 3 was examined. As the metal electrode, an AlNi alloy film containing Ni at 30 at% was used. Except for the temperature of the substrate during the formation of the SrTiO 3 thin film, the conditions are all the same as in Example 1.
【００６０】図３に基体温度に対する高誘電体薄膜コン
デンサの比誘電率の関係を示す。基体温度の増加に伴
い、４００℃まではコンデンサの比誘電率が増加してい
る。これは基板温度の上昇に伴う高誘電体薄膜の結晶化
率が向上したことによるものである。比誘電率の向上は
コンデンサの容量の向上につながり、より小さな面積で
大容量のコンデンサを得ることができることから、コン
デンサの低価格化および小型化を実現できる。ただし、
基体温度が３００℃を越えると金属電極表面が酸化され
ることにより金属電極と高誘電体薄膜間に低比誘電率の
金属酸化物層が形成され、見かけ上の比誘電率が減少す
る結果となった。従って、実質的な基体温度としては４
００℃を上限とすることにより、高品質かつ高信頼性を
有する高誘電体薄膜コンデンサを得ることができる。FIG. 3 shows the relationship of the relative permittivity of the high dielectric thin film capacitor with respect to the substrate temperature. The relative dielectric constant of the capacitor increases up to 400 ° C. as the substrate temperature increases. This is because the crystallization rate of the high dielectric thin film was improved as the substrate temperature was increased. The improvement of the relative permittivity leads to the improvement of the capacitance of the capacitor, and a large-capacity capacitor can be obtained in a smaller area, so that the cost and size of the capacitor can be reduced. However,
When the substrate temperature exceeds 300 ° C., the surface of the metal electrode is oxidized to form a metal oxide layer having a low relative dielectric constant between the metal electrode and the high dielectric thin film, resulting in a decrease in apparent relative dielectric constant. became. Therefore, the effective substrate temperature is 4
By setting the upper limit to 00 ° C., it is possible to obtain a high dielectric thin film capacitor having high quality and high reliability.
【００６１】[0061]
【発明の効果】本発明の高誘電体薄膜コンデンサは、基
体上の少なくとも片面に金属電極膜と高誘電体薄膜とを
層状に積層する高誘電体薄膜コンデンサであって、前記
高誘電体薄膜の形成温度の基体温度は４００℃を上限と
し、かつ前記金属電極膜として少なくともＡｌとＡｌ以
外の金属元素の少なくとも２種類の金属の混合比の違い
により前記高誘電体薄膜の格子定数に整合した格子定数
を有する金属合金膜を有することを特徴とする。 The high dielectric thin film capacitor of the present invention is
A metal electrode film and a high dielectric thin film are provided on at least one side of the body.
A high dielectric thin film capacitor laminated in layers, wherein
The base temperature for forming the high dielectric thin film is 400 ° C.
And at least Al and Al or less as the metal electrode film.
Difference in mixing ratio of at least two kinds of metal elements outside
The lattice constant matched to the lattice constant of the high dielectric thin film by
And a metal alloy film having
【００６２】基体上の少なくとも片面に金属電極膜と高
誘電体薄膜とを層状に積層する高誘電体薄膜コンデンサ
であって、前記金属電極膜として少なくともＡｌと、Ｓ
ｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｄからなる群より選択される少なく
とも１つの物質とを含有する金属を用いることを特徴と
する。これにより低コストかつ高品質な高誘電体薄膜コ
ンデンサを提供することが可能になる。 A metal electrode film and a metal film are formed on at least one surface of the substrate.
High-dielectric thin-film capacitor in which dielectric thin films are laminated in layers
And at least Al and S as the metal electrode film.
less than selected from the group consisting of i, Cu, Ta, Nd
Both are characterized by using a metal containing one substance
To do. As a result, low cost and high quality high dielectric thin film
It becomes possible to provide a capacitor.
【００６３】また前記コンデンサにおいては、ヒロック
のないＡｌ薄膜を形成することが可能となり、金属電極
と高誘電体薄膜の接合界面が良好となる結果、漏れ電流
が小さくなり、低コストかつ高品質な高誘電体薄膜コン
デンサを提供することが可能になる。また、純Ａｌに比
べて高温、高湿条件下において誘電体材料と反応するこ
となく高い安定性を示すことから、低コストかつ高品質
な高誘電体薄膜コンデンサを提供することが可能にな
る。 In the above capacitor, hillock
It becomes possible to form an Al thin film without a metal electrode
And the high dielectric thin film have a good junction interface, resulting in leakage current.
Size, low cost and high quality high dielectric thin film capacitor
It becomes possible to provide a dancer. Also, compared to pure Al
All of them can react with dielectric materials under high temperature and high humidity conditions.
Low cost and high quality due to its extremely high stability
It is possible to provide a high dielectric thin film capacitor
It
【００６４】また基体上の少なくとも片面に金属電極膜
と高誘電体薄膜とを層状に積層する高誘電体薄膜コンデ
ンサであって、前記金属電極膜として少なくともＡｌ
と、Ｃｕ、Ｎｉからなる群より選択される少なくとも１
つの物質を含有する金属を用いることを特徴とする。こ
れにより高誘電体薄膜の格子定数と整合のとれた金属電
極膜を形成することが可能となり、金属電極と高誘電体
薄膜の接合界面が良好となる結果、漏れ電流が小さい低
コストかつ高品質な高誘電体薄膜コンデンサを提供する
ことが可能になる。 A metal electrode film is formed on at least one surface of the substrate.
And a high dielectric thin film are laminated in layers to form a high dielectric thin film capacitor.
And at least Al as the metal electrode film.
And at least 1 selected from the group consisting of Cu and Ni
It is characterized by using a metal containing one substance. This
As a result, a metal electrode with a lattice constant consistent with that of a high dielectric thin film can be obtained.
It becomes possible to form a polar film, and metal electrode and high dielectric
As a result of the good thin film bonding interface, the leakage current is small and low.
Providing cost effective and high quality high dielectric thin film capacitors
It will be possible.
【図１】本発明の実施の形態１の高誘電体薄膜コンデン
サを示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing a high dielectric thin film capacitor according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例２の高誘電体薄膜コンデンサの
特性を示す図FIG. 2 is a graph showing characteristics of a high dielectric thin film capacitor of Example 2 of the present invention.
【図３】本発明の実施例８の高誘電体薄膜コンデンサの
特性を示す図FIG. 3 is a diagram showing characteristics of a high dielectric thin film capacitor of Example 8 of the present invention.
１ ガラス基体 ２ 金属電極 ３ 高誘電体薄膜 1 glass substrate 2 metal electrodes 3 High dielectric thin film
フロントページの続き (72)発明者 上野山 雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−62715（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−293705（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−120072（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−340091（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01G 4/12 Front page continuation (72) Inventor Yu Uenoyama 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-4-62715 (JP, A) JP-A-8-293705 (JP , A) JP-A-6-120072 (JP, A) JP-A-8-340091 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01G 4/12
Claims (7)
高誘電体薄膜とを層状に積層する高誘電体薄膜コンデン
サであって、前記高誘電体薄膜の形成温度の基体温度は
４００℃を上限とし、かつ前記金属電極膜として少なく
ともＡｌとＡｌ以外の金属元素の少なくとも２種類の金
属の混合比の違いにより前記高誘電体薄膜の格子定数に
整合した格子定数を有する金属合金膜を有することを特
徴とする高誘電体薄膜コンデンサ。1. A high-dielectric-constant thin-film capacitor in which a metal electrode film and a high-dielectric-constant thin film are laminated in layers on at least one surface of a base, wherein the substrate temperature of the formation temperature of the high-dielectric thin film is
The upper limit is 400 ° C, and the metal electrode film is less
Both Al and at least two kinds of metal elements other than Al
Due to the difference in the mixing ratio of the genus,
A high dielectric thin film capacitor having a metal alloy film having a matched lattice constant .
高誘電体薄膜とを層状に積層する高誘電体薄膜コンデン
サであって、前記金属電極膜として少なくともＡｌと、
Ｓｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｄからなる群より選択される少な
くとも１つの物質とを含有する金属を用いることを特徴
とする高誘電体薄膜コンデンサ。 2. A high-dielectric-constant thin-film capacitor in which a metal electrode film and a high-dielectric thin film are laminated in layers on at least one surface of a substrate, wherein the metal electrode film is at least Al.
A high-dielectric thin-film capacitor, which uses a metal containing at least one substance selected from the group consisting of Si, Cu, Ta, and Nd.
ｔ％を上限とすることを特徴とする請求項２記載の高誘
電体薄膜コンデンサ。 3. The content of Si, Cu, Ta, Nd is 5a.
3. The high dielectric thin film capacitor according to claim 2, wherein t% is the upper limit.
高誘電体薄膜とを層状に積層する高誘電体薄膜コンデン
サであって、前記金属電極膜として少なくともＡｌと、
Ｃｕ、Ｎｉからなる群より選択される少なくとも１つの
物質を含有する金属を用いることを特徴とする高誘電体
薄膜コンデンサ。 4. The metal electrode film and the high dielectric thin film at least on one surface of the substrate a high-k dielectric thin film capacitor to be laminated in layers, and at least Al as the metal electrode film,
A high dielectric thin film capacitor, which uses a metal containing at least one substance selected from the group consisting of Cu and Ni.
される少なくとも１つの物質との金属の混晶比の違いに
より任意の格子定数を有する金属合金膜を用いることを
特徴とする請求項４記載の高誘電体薄膜コンデンサ。 5. A metal alloy film having an arbitrary lattice constant is used due to the difference in the mixed crystal ratio of the metals of Al and at least one substance selected from the group consisting of Cu and Ni. 4. The high dielectric thin film capacitor described in 4.
合が５％を上限とすることを特徴とする請求項４記載の
高誘電体薄膜コンデンサ。 6. The high dielectric constant thin film capacitor according to claim 4, wherein the lattice mismatch between the metal alloy film and the high dielectric constant thin film is 5% as an upper limit.
定数を有する金属合金膜を有することを特徴とする請求
項４記載の高誘電体薄膜コンデンサ。 7. The high-k dielectric thin film capacitor according to claim 4, characterized in that it comprises a metallic alloy film having a matched lattice constant of the high dielectric thin film.
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