JPH05144664A - 薄膜コンデンサ - Google Patents
薄膜コンデンサInfo
- Publication number
- JPH05144664A JPH05144664A JP30792091A JP30792091A JPH05144664A JP H05144664 A JPH05144664 A JP H05144664A JP 30792091 A JP30792091 A JP 30792091A JP 30792091 A JP30792091 A JP 30792091A JP H05144664 A JPH05144664 A JP H05144664A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- dielectric
- film capacitor
- dielectric material
- capacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ペロブスカイト構造を有する誘電体材料を用
いた際に発生するリーク電流を低減し得る薄膜コンデン
サを提供することを目的とする。 【構成】 ペロブスカイト構造の誘電体材料よりなる誘
電体薄膜の上，下部電極との境界部分に、Ａ2 Ｂ2 Ｏ7
（Ａ，Ｂは金属）型構造をもつ誘電体材料よりなる界面
層を堆積する。 【効果】 リーク電流を減少させることができる。
いた際に発生するリーク電流を低減し得る薄膜コンデン
サを提供することを目的とする。 【構成】 ペロブスカイト構造の誘電体材料よりなる誘
電体薄膜の上，下部電極との境界部分に、Ａ2 Ｂ2 Ｏ7
（Ａ，Ｂは金属）型構造をもつ誘電体材料よりなる界面
層を堆積する。 【効果】 リーク電流を減少させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子集積回路等に用い
られる薄膜コンデンサに関する。
られる薄膜コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子回路の小形化に伴ない、トラ
ンジスタ等の能動素子の小形化が進む中で、コンデンサ
や抵抗等の受動素子の小形化についても強い要望があ
る。特にコンデンサは、トランジスタ等の能動素子と同
一基板上に形成することが望ましい。そこで、基板上に
形成し得るコンデンサとして、従来より薄膜コンデンサ
が実用に供されている。
ンジスタ等の能動素子の小形化が進む中で、コンデンサ
や抵抗等の受動素子の小形化についても強い要望があ
る。特にコンデンサは、トランジスタ等の能動素子と同
一基板上に形成することが望ましい。そこで、基板上に
形成し得るコンデンサとして、従来より薄膜コンデンサ
が実用に供されている。
【０００３】薄膜コンデンサは、通常、基板上に下部電
極、誘電体薄膜、上部電極を順次積層することにより形
成される。そして、この薄膜コンデンサを小形化するた
めには、できるだけ誘電率の大きい誘電体材料を使用す
れば良い。
極、誘電体薄膜、上部電極を順次積層することにより形
成される。そして、この薄膜コンデンサを小形化するた
めには、できるだけ誘電率の大きい誘電体材料を使用す
れば良い。
【０００４】そこで、従来より用いられていたＳｉ
Ｏ2 ，Ｓｉ3Ｎ4 等の誘電率が１０以下の誘電体材料に
変わって、昨今ではＢａＴｉＯ3 ，ＳｒＴｉＯ3 ，Ｃａ
ＴｉＯ3 ，ＰｂＺｉＯ3 ，ＰＺＴ等の立方晶ペロブスカ
イト構造を持つ誘電体材料が注目されている。これらの
誘電体材料は誘電率１５０〜１００００以上であり、こ
れを使用することにより薄膜コンデンサの著しい小形化
が期待できる。
Ｏ2 ，Ｓｉ3Ｎ4 等の誘電率が１０以下の誘電体材料に
変わって、昨今ではＢａＴｉＯ3 ，ＳｒＴｉＯ3 ，Ｃａ
ＴｉＯ3 ，ＰｂＺｉＯ3 ，ＰＺＴ等の立方晶ペロブスカ
イト構造を持つ誘電体材料が注目されている。これらの
誘電体材料は誘電率１５０〜１００００以上であり、こ
れを使用することにより薄膜コンデンサの著しい小形化
が期待できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たペロブスカイト構造を持つ誘電体材料は、誘電率は大
きいが、酸素欠陥を生じやすく、還元等により酸素欠陥
を生じた際には薄膜コンデンサのリーク電流が増加して
しまい、所望の性能を実現できなくなってしまうという
問題点があった。
たペロブスカイト構造を持つ誘電体材料は、誘電率は大
きいが、酸素欠陥を生じやすく、還元等により酸素欠陥
を生じた際には薄膜コンデンサのリーク電流が増加して
しまい、所望の性能を実現できなくなってしまうという
問題点があった。
【０００６】この発明はこのような従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、ペ
ロブスカイト構造を持つ誘電体材料を用いた際に発生す
るリーク電流を低減し得る薄膜コンデンサを提供するこ
とにある。
るためになされたもので、その目的とするところは、ペ
ロブスカイト構造を持つ誘電体材料を用いた際に発生す
るリーク電流を低減し得る薄膜コンデンサを提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ペロブスカイト構造を有する誘電体材料
よりなる誘電体薄膜と、前記誘電体薄膜を介して対向形
成された上部電極及び下部電極を具備してなる薄膜コン
デンサにおいて、前記誘電体薄膜の前記上部電極との境
界面，及び前記下部電極との境界面のうち、少なくとも
一方にＡ2 Ｂ2 Ｏ7 型構造（Ａ，Ｂは金属）を有する誘
電体材料よりなる界面層を堆積したことを特徴とする。
め、本発明は、ペロブスカイト構造を有する誘電体材料
よりなる誘電体薄膜と、前記誘電体薄膜を介して対向形
成された上部電極及び下部電極を具備してなる薄膜コン
デンサにおいて、前記誘電体薄膜の前記上部電極との境
界面，及び前記下部電極との境界面のうち、少なくとも
一方にＡ2 Ｂ2 Ｏ7 型構造（Ａ，Ｂは金属）を有する誘
電体材料よりなる界面層を堆積したことを特徴とする。
【０００８】さらに、本発明では、前記誘電体薄膜内
に、Ａ2 Ｂ2 Ｏ7 型構造を有する誘電体材料よりなる中
間層を備えたことを特徴としている。
に、Ａ2 Ｂ2 Ｏ7 型構造を有する誘電体材料よりなる中
間層を備えたことを特徴としている。
【０００９】
【作用】上述の如く構成すれば、ペロブスカイト構造を
もつ誘電体材料よりなる誘電体薄膜と上，下部電極との
境界部分，さらには、前記誘電体薄膜内にＡ2 Ｂ2 Ｏ7
型構造をもつ誘電体材料よりなる界面層、中間層が堆積
されるので前記界面層、中間層より誘電体薄膜に随時酸
素が供給され誘電体薄膜中に生じる酸素欠乏を阻止する
ことができる。
もつ誘電体材料よりなる誘電体薄膜と上，下部電極との
境界部分，さらには、前記誘電体薄膜内にＡ2 Ｂ2 Ｏ7
型構造をもつ誘電体材料よりなる界面層、中間層が堆積
されるので前記界面層、中間層より誘電体薄膜に随時酸
素が供給され誘電体薄膜中に生じる酸素欠乏を阻止する
ことができる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の一実施例に係る薄膜コンデン
サの断面図である。図示のように、この薄膜コンデンサ
は、シリコン基板１上に下部電極２と、誘電体薄膜３
と、上部電極４とが積層されて構成されている。
サの断面図である。図示のように、この薄膜コンデンサ
は、シリコン基板１上に下部電極２と、誘電体薄膜３
と、上部電極４とが積層されて構成されている。
【００１１】シリコン基板１は、５インチシリコンウェ
ハー１ａを熱酸化法により酸化し、表面に厚さ１［μ
ｍ］の酸化シリコン１ｂを形成したものである。この酸
化シリコン１ｂは、シリコンウェハー１ａと下部電極２
とを絶縁するものである。
ハー１ａを熱酸化法により酸化し、表面に厚さ１［μ
ｍ］の酸化シリコン１ｂを形成したものである。この酸
化シリコン１ｂは、シリコンウェハー１ａと下部電極２
とを絶縁するものである。
【００１２】下部電極２は、シリコン基板１上にチタン
２ａを３００Ａ（ただし「Ａ」はオングストローム），
白金２ｂを１０００Ａだけスパッタ法により堆積して形
成される。この際のスパッタの条件は、Ａｒガス，真空
度０．６Ｐａ，出力３００Ｗである。
２ａを３００Ａ（ただし「Ａ」はオングストローム），
白金２ｂを１０００Ａだけスパッタ法により堆積して形
成される。この際のスパッタの条件は、Ａｒガス，真空
度０．６Ｐａ，出力３００Ｗである。
【００１３】誘電体薄膜３は、下部電極２上にＳｒ2 Ｎ
ｂ2 Ｏ7 よりなる界面層３ａをスパッタ法により約５０
Ａ堆積し、次にＳｒＴｉＯ3 よりなる誘電体層３ｂをや
はりスパッタ法により１０００Ａ堆積し、更に、この上
にＳｒ2 Ｎｂ2 Ｏ7 よりなる界面層３ｃをスパッタ法に
より５０Ａ堆積して形成される。なお、Ｓｒ2 Ｎｂ2 Ｏ
7 を堆積する際にはターゲットとしてＳｒ2 Ｎｂ2 Ｏ7
の焼結体を用い、ＳｒＴｉＯ3 を堆積する際にはターゲ
ットとしてＳｒＴｉＯ3 の焼結体を用いる。また、この
ときのスパッタ条件は、Ａｒ＋Ｏ2 ガス，真空度０．６
Ｐａ，出力４００Ｗである。
ｂ2 Ｏ7 よりなる界面層３ａをスパッタ法により約５０
Ａ堆積し、次にＳｒＴｉＯ3 よりなる誘電体層３ｂをや
はりスパッタ法により１０００Ａ堆積し、更に、この上
にＳｒ2 Ｎｂ2 Ｏ7 よりなる界面層３ｃをスパッタ法に
より５０Ａ堆積して形成される。なお、Ｓｒ2 Ｎｂ2 Ｏ
7 を堆積する際にはターゲットとしてＳｒ2 Ｎｂ2 Ｏ7
の焼結体を用い、ＳｒＴｉＯ3 を堆積する際にはターゲ
ットとしてＳｒＴｉＯ3 の焼結体を用いる。また、この
ときのスパッタ条件は、Ａｒ＋Ｏ2 ガス，真空度０．６
Ｐａ，出力４００Ｗである。
【００１４】上部電極４は、誘電体薄膜３上にチタン４
ａを３００Ａ，白金４ｂを１０００Ａだけスパッタ法に
て堆積して形成される。
ａを３００Ａ，白金４ｂを１０００Ａだけスパッタ法に
て堆積して形成される。
【００１５】次に、このように構成された薄膜コンデン
サの電気的特性について説明する。発明者らは、当該薄
膜コンデンサ（以下、本願コンデンサという）との比較
例として、界面層３ａ，３ｃが形成されていない以外は
本願コンデンサと全く同様の薄膜コンデンサ（以下、比
較例という）を作製し、両者の電気特性を測定した。
サの電気的特性について説明する。発明者らは、当該薄
膜コンデンサ（以下、本願コンデンサという）との比較
例として、界面層３ａ，３ｃが形成されていない以外は
本願コンデンサと全く同様の薄膜コンデンサ（以下、比
較例という）を作製し、両者の電気特性を測定した。
【００１６】図２は、電極間の印加電圧とリーク電流と
の関係を示す特性図であり、曲線Ｓ１は比較例の場合、
曲線Ｓ２は本願コンデンサを使用した場合の結果を示し
ている。図から明らかなように、曲線Ｓ２は曲線Ｓ１に
比べて著しくリーク電流が小さくなっており、誘電体層
３と、上，下電極２，４との間にＳｒ2 Ｎｂ2 Ｏ7 より
なる界面層３ａ，３ｃを堆積したことにより、リーク電
流が阻止されることが理解できる。
の関係を示す特性図であり、曲線Ｓ１は比較例の場合、
曲線Ｓ２は本願コンデンサを使用した場合の結果を示し
ている。図から明らかなように、曲線Ｓ２は曲線Ｓ１に
比べて著しくリーク電流が小さくなっており、誘電体層
３と、上，下電極２，４との間にＳｒ2 Ｎｂ2 Ｏ7 より
なる界面層３ａ，３ｃを堆積したことにより、リーク電
流が阻止されることが理解できる。
【００１７】また、比誘電率を比較すると、比較例では
２３０であるのに対して、本願コンデンサでは１９０で
あり、Ｓｒ2 Ｎｂ2 Ｏ7 よりなる界面層を堆積すること
による誘電率の低下は小さく、従って薄膜コンデンサと
しての容量低下も小さい。
２３０であるのに対して、本願コンデンサでは１９０で
あり、Ｓｒ2 Ｎｂ2 Ｏ7 よりなる界面層を堆積すること
による誘電率の低下は小さく、従って薄膜コンデンサと
しての容量低下も小さい。
【００１８】次に、上記界面層を堆積することによっ
て、リーク電流が減少する理由について説明する。
て、リーク電流が減少する理由について説明する。
【００１９】通常、誘電体薄膜としてＢａＴｉＯ3 ，Ｓ
ｒＴｉＯ3 ，ＣａＴｉＯ3 ，ＰｂＺｉＯ3 ，ＰＺＴ等の
ペロブスカイト構造を持つ材料を用いた薄膜コンデンサ
においては、電極と誘電体薄膜との界面もしくはその近
傍に酸素欠乏が生じる可能性があることが知られてい
る。この様な例は、たとえば、ジェ・エフ・スコットら
の論文（ジャーナル・オブ・アプライド、フィジック
ス、６９（１１）巻、１号、１９９１年）に開示されて
いる。このように電極近傍において酸素欠乏が生じる理
由は明らかにされていないが、誘電体薄膜形成時に生じ
るか、あるいは放電体薄膜と電極との反応に起因して発
生するものと考えられる。そして、酸素欠乏が発生する
と、この部分の電気抵抗が低下し、その結果、薄膜コン
デンサのリーク電流が増加することとなる。したがっ
て、所望の性能を有した薄膜コンデンサを得ることは出
来なくなる。これを防止するために、上記ペロブスカイ
ト構造を有する誘電体材料よりなる誘電体層とＳｒ2 Ｎ
ｂ2 Ｏ7 などのＡ2Ｂ2 Ｏ7 型構造を有する誘電体材料
よりなる界面層を積層することにより前記誘電体層内で
酸素欠乏を生じても前記界面層より酸素を供給すること
が可能となり、リーク電流を減少させることが可能とな
るのである。
ｒＴｉＯ3 ，ＣａＴｉＯ3 ，ＰｂＺｉＯ3 ，ＰＺＴ等の
ペロブスカイト構造を持つ材料を用いた薄膜コンデンサ
においては、電極と誘電体薄膜との界面もしくはその近
傍に酸素欠乏が生じる可能性があることが知られてい
る。この様な例は、たとえば、ジェ・エフ・スコットら
の論文（ジャーナル・オブ・アプライド、フィジック
ス、６９（１１）巻、１号、１９９１年）に開示されて
いる。このように電極近傍において酸素欠乏が生じる理
由は明らかにされていないが、誘電体薄膜形成時に生じ
るか、あるいは放電体薄膜と電極との反応に起因して発
生するものと考えられる。そして、酸素欠乏が発生する
と、この部分の電気抵抗が低下し、その結果、薄膜コン
デンサのリーク電流が増加することとなる。したがっ
て、所望の性能を有した薄膜コンデンサを得ることは出
来なくなる。これを防止するために、上記ペロブスカイ
ト構造を有する誘電体材料よりなる誘電体層とＳｒ2 Ｎ
ｂ2 Ｏ7 などのＡ2Ｂ2 Ｏ7 型構造を有する誘電体材料
よりなる界面層を積層することにより前記誘電体層内で
酸素欠乏を生じても前記界面層より酸素を供給すること
が可能となり、リーク電流を減少させることが可能とな
るのである。
【００２０】このようにして、本実施例では、ペロブス
カイト構造を有する誘電体材料よりなる誘電体層と、
上，下電極との境界部分に、Ａ2 Ｂ2 Ｏ7 型構造を有す
る誘電体材料よりなる界面層を堆積して薄膜コンデンサ
を形成しているので、リーク電流を著しく低減させるこ
とができる。
カイト構造を有する誘電体材料よりなる誘電体層と、
上，下電極との境界部分に、Ａ2 Ｂ2 Ｏ7 型構造を有す
る誘電体材料よりなる界面層を堆積して薄膜コンデンサ
を形成しているので、リーク電流を著しく低減させるこ
とができる。
【００２１】図３は上記実施例の変形例を示す説明図で
ある。この例では、誘電体薄膜３と上，下電極２，４と
の境界部にＳｒ2 Ｎｂ2 Ｏ7 よりなる界面層３ａ，３ｃ
を堆積するとともに、誘電体薄膜３内にＳｒ2 Ｎｂ2 Ｏ
7 よりなる中間層３ｅを堆積して薄膜コンデンサを構成
している。このような構成によれば、誘電体薄膜３の
上，下電極２，４近傍に発生する酸素欠乏のみならず、
誘電体薄膜３の中間部に発生する酸素欠乏をも阻止する
ことができるので、よりリーク電流を減少させることが
できる。
ある。この例では、誘電体薄膜３と上，下電極２，４と
の境界部にＳｒ2 Ｎｂ2 Ｏ7 よりなる界面層３ａ，３ｃ
を堆積するとともに、誘電体薄膜３内にＳｒ2 Ｎｂ2 Ｏ
7 よりなる中間層３ｅを堆積して薄膜コンデンサを構成
している。このような構成によれば、誘電体薄膜３の
上，下電極２，４近傍に発生する酸素欠乏のみならず、
誘電体薄膜３の中間部に発生する酸素欠乏をも阻止する
ことができるので、よりリーク電流を減少させることが
できる。
【００２２】なお、この例は、誘電体薄膜３の中間部に
Ｓｒ2 Ｎｂ2 Ｏ7 よりなる中間層を一層だけ堆積したが
複数層堆積しても良いことは勿論である。この際、全誘
電体薄膜３の厚さのうち、前記中間層の占める厚さが１
０％以下であれば、大きい誘電率を保持することができ
る。また本実施例では、基板上に下部電極、誘電体薄
膜、上部電極を順次積層した構造の薄膜コンデンサにつ
いて示したが、本発明においては導電性の基板を用いる
場合、基板の下部電極を兼ねていてもよいことはいうま
でもない。
Ｓｒ2 Ｎｂ2 Ｏ7 よりなる中間層を一層だけ堆積したが
複数層堆積しても良いことは勿論である。この際、全誘
電体薄膜３の厚さのうち、前記中間層の占める厚さが１
０％以下であれば、大きい誘電率を保持することができ
る。また本実施例では、基板上に下部電極、誘電体薄
膜、上部電極を順次積層した構造の薄膜コンデンサにつ
いて示したが、本発明においては導電性の基板を用いる
場合、基板の下部電極を兼ねていてもよいことはいうま
でもない。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、ペロ
ブスカイト構造を有する誘電体材料を用いた薄膜コンデ
ンサにおいてリーク電流を著しく減少させることができ
る。
ブスカイト構造を有する誘電体材料を用いた薄膜コンデ
ンサにおいてリーク電流を著しく減少させることができ
る。
【図１】本発明の一実施例に係る薄膜コンデンサの断面
図である。
図である。
【図２】電極間の印加電圧とリーク電流との関係を示す
特性図である。
特性図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る薄膜コンデンサの断
面図。
面図。
１ シリコン基板 ２ 下部電極 ３ 誘電体薄膜 ３ａ，３ｃ 界面層 ３ｂ，３ｄ，３ｆ 誘電体層 ３ｅ 中間層 ４ 上部電極
Claims (2)
- 【請求項１】 ペロブスカイト構造を有する誘電体材料
よりなる誘電体薄膜と、前記誘電体薄膜を介して対向形
成された上部電極及び下部電極を具備してなる薄膜コン
デンサにおいて、 前記誘電体薄膜の前記上部電極との境界面，及び前記下
部電極との境界面のうち、少なくとも一方にＡ2 Ｂ2 Ｏ
7 型構造（Ａ，Ｂは金属）を有する誘電体材料よりなる
界面層を堆積したことを特徴とする薄膜コンデンサ。 - 【請求項２】 前記誘電体薄膜内に、Ａ2 Ｂ2 Ｏ7 型構
造を有する誘電体材料よりなる中間層を備えたことを特
徴とする請求項１記載の薄膜コンデンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30792091A JPH05144664A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 薄膜コンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30792091A JPH05144664A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 薄膜コンデンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05144664A true JPH05144664A (ja) | 1993-06-11 |
Family
ID=17974761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30792091A Pending JPH05144664A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 薄膜コンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05144664A (ja) |
-
1991
- 1991-11-22 JP JP30792091A patent/JPH05144664A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5122923A (en) | Thin-film capacitors and process for manufacturing the same | |
| US7349195B2 (en) | Thin film capacitor and method for manufacturing the same | |
| US5520992A (en) | Electrodes for high dielectric constant materials | |
| JP3207110B2 (ja) | コンデンサとその形成方法 | |
| EP0753887B1 (en) | Method of manufacturing capacitor included in semiconductor device | |
| JPH06350029A (ja) | 微小電子回路構造とその製法 | |
| KR19990088240A (ko) | 반도체기억장치및그제조방법 | |
| US5187557A (en) | Semiconductor capacitor with a metal nitride film and metal oxide dielectric | |
| JP2829023B2 (ja) | 半導体集積回路用キャパシタ | |
| JP2884917B2 (ja) | 薄膜キャパシタおよび集積回路 | |
| US6495428B1 (en) | Method of making a capacitor with oxygenated metal electrodes and high dielectric constant materials | |
| US6459137B1 (en) | Method for constructing ferroelectric capacitors on integrated circuit substrates | |
| JPH11261007A (ja) | 半導体素子上に容量性多層構造を形成する方法およびその方法による半導体素子 | |
| JPH0687493B2 (ja) | 薄膜コンデンサ | |
| JP2874512B2 (ja) | 薄膜キャパシタ及びその製造方法 | |
| JPH0687491B2 (ja) | 薄膜コンデンサ | |
| JPH09129827A (ja) | 強誘電体キャパシタ | |
| JPH0687490B2 (ja) | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 | |
| JPH05144664A (ja) | 薄膜コンデンサ | |
| JPH10214947A (ja) | 薄膜誘電体素子 | |
| JPH10144867A (ja) | 薄膜キャパシタ | |
| JP3198453B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JPH03257857A (ja) | 薄膜コンデンサ及びその製造方法 | |
| JPH0778727A (ja) | 薄膜コンデンサ | |
| JPH0624222B2 (ja) | 薄膜コンデンサの製造方法 |