JPH0587164B2 - - Google Patents
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- JPH0587164B2 JPH0587164B2 JP21677588A JP21677588A JPH0587164B2 JP H0587164 B2 JPH0587164 B2 JP H0587164B2 JP 21677588 A JP21677588 A JP 21677588A JP 21677588 A JP21677588 A JP 21677588A JP H0587164 B2 JPH0587164 B2 JP H0587164B2
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Landscapes
- Ceramic Capacitors (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は誘電体膜中のピンホールによる電気的
短絡が無く、絶縁耐圧及びその分布に優れた高誘
電率薄膜キヤパシタの作製方法に関するものであ
る。
短絡が無く、絶縁耐圧及びその分布に優れた高誘
電率薄膜キヤパシタの作製方法に関するものであ
る。
（従来の技術）
電子部品及び集積回路における素子の小型・集
積化にともない、薄膜キヤパシタの需要は益々大
きくなつている。これらの薄膜キヤパシタでは小
面積かつ大容量の要求があり、そのためには従来
のSiO2やAL2O3に代わる誘電率がより大きい材
料が必要とされている。
積化にともない、薄膜キヤパシタの需要は益々大
きくなつている。これらの薄膜キヤパシタでは小
面積かつ大容量の要求があり、そのためには従来
のSiO2やAL2O3に代わる誘電率がより大きい材
料が必要とされている。
BaTiO3に代表される強誘電体のペロブスカイ
ト型酸化物材料はバルクで数百から数千の誘電率
を有し、薄膜キヤパシタ材料として有望である。
1971年発行のプロシーデイング・オブ・アイ・イ
ー・イー・イー（Proceeding of the IEEE）第
59巻10号1440〜1447頁にRFマグネトロンスパツ
タ法によつて成膜したBaTiO3膜の誘電特性が報
告されており、約400の誘電率が得られている。
このとき、500〜1000℃の基板温度あるいは熱処
理温度で膜を結晶化させることによつて高い誘電
率を得ることができる。また、下部電極には高融
点金属であるPt−Ph合金が用いられ、高温での
電極の酸化を防いでいる。
ト型酸化物材料はバルクで数百から数千の誘電率
を有し、薄膜キヤパシタ材料として有望である。
1971年発行のプロシーデイング・オブ・アイ・イ
ー・イー・イー（Proceeding of the IEEE）第
59巻10号1440〜1447頁にRFマグネトロンスパツ
タ法によつて成膜したBaTiO3膜の誘電特性が報
告されており、約400の誘電率が得られている。
このとき、500〜1000℃の基板温度あるいは熱処
理温度で膜を結晶化させることによつて高い誘電
率を得ることができる。また、下部電極には高融
点金属であるPt−Ph合金が用いられ、高温での
電極の酸化を防いでいる。
（発明が解決しようとする課題）
前述のごとく、高温の基板温度あるいは熱処理
によつて高い誘電率のBaTiO3膜を作製すること
ができるが、膜の結晶化にともなうリーク電流の
増大、絶縁耐圧の低下および耐圧分布の分散の問
題が薄膜キヤパシタ素子としての実用化が進まな
い原因であつた。一般に膜の結晶化が進むと結晶
粒の形成によりリーク電流の増大、絶縁性の低下
が現れるのは知られている。
によつて高い誘電率のBaTiO3膜を作製すること
ができるが、膜の結晶化にともなうリーク電流の
増大、絶縁耐圧の低下および耐圧分布の分散の問
題が薄膜キヤパシタ素子としての実用化が進まな
い原因であつた。一般に膜の結晶化が進むと結晶
粒の形成によりリーク電流の増大、絶縁性の低下
が現れるのは知られている。
本発明は上記の従来技術の問題を解決し、リー
ク電流が少なく、絶縁耐圧とその分布に優れた高
誘電率薄膜キヤパシタを提供することを目的とす
る。
ク電流が少なく、絶縁耐圧とその分布に優れた高
誘電率薄膜キヤパシタを提供することを目的とす
る。
（課題を解決するための手段）
本発明は基板上に下部電極膜が形成され、該下
部電極膜上に絶縁体膜が形成され、該絶縁体膜上
に誘電体膜が形成され、該誘電体膜上に上部電極
膜が形成される構造において、下部電極膜が高融
点貴金属のPtまたはPdの少なくとも一方を主成
分とし、絶縁体膜がTiO2あるいはTa2O5のうち
の１以上からなることを特徴とする薄膜キヤパシ
タと、TiまたはTaの少なくとも一方を含み、Pt
またはPdの１以上を主成分とする下部電極上に
誘電体膜を形成する際、または形成後、少なくと
も該下部電極を所定の温度下におくことを特徴と
する薄膜キヤパシタの製造方法である。
部電極膜上に絶縁体膜が形成され、該絶縁体膜上
に誘電体膜が形成され、該誘電体膜上に上部電極
膜が形成される構造において、下部電極膜が高融
点貴金属のPtまたはPdの少なくとも一方を主成
分とし、絶縁体膜がTiO2あるいはTa2O5のうち
の１以上からなることを特徴とする薄膜キヤパシ
タと、TiまたはTaの少なくとも一方を含み、Pt
またはPdの１以上を主成分とする下部電極上に
誘電体膜を形成する際、または形成後、少なくと
も該下部電極を所定の温度下におくことを特徴と
する薄膜キヤパシタの製造方法である。
（実施例）
以下、本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。第１図は本実施例の薄膜キヤパシタ
の構造図で、サフアイア基板１上に下部電極とし
てPd膜２が形成され、Pd膜上に絶縁体層のTiO2
膜３が形成され、TiO2膜上に誘導体のBaTiO3膜
４が形成され、その上に上部電極のAl膜５が形
成されている。
て説明する。第１図は本実施例の薄膜キヤパシタ
の構造図で、サフアイア基板１上に下部電極とし
てPd膜２が形成され、Pd膜上に絶縁体層のTiO2
膜３が形成され、TiO2膜上に誘導体のBaTiO3膜
４が形成され、その上に上部電極のAl膜５が形
成されている。
まず、DCスパツタ法による10原子％のTiを含
むPd膜をサフアイア基板に0.3μm成膜した。
BaTiO3膜は高周波マグネトロンスパツタ法で
0.5μmの膜厚のものを作製した。化学量論組成の
粉末ターゲツトを用い、Ar−O2混合ガスで、基
板温度600℃で行つた。このBaTiO3成膜の間に
Pd膜中のTiはPd膜とBaTiO3膜との界面に拡散
し、そこで酸化してTiO2の絶縁体層が形成され
る。上部電極には0.5μmのAlをDCスパツタ法に
より成膜した。本キヤパシタの有効面積は３×５
mm2である。
むPd膜をサフアイア基板に0.3μm成膜した。
BaTiO3膜は高周波マグネトロンスパツタ法で
0.5μmの膜厚のものを作製した。化学量論組成の
粉末ターゲツトを用い、Ar−O2混合ガスで、基
板温度600℃で行つた。このBaTiO3成膜の間に
Pd膜中のTiはPd膜とBaTiO3膜との界面に拡散
し、そこで酸化してTiO2の絶縁体層が形成され
る。上部電極には0.5μmのAlをDCスパツタ法に
より成膜した。本キヤパシタの有効面積は３×５
mm2である。
つぎにPd膜上に直接成膜した場合と本方法に
より成膜した場合のBaTiO3膜の特性の違いにつ
いて述べる。第２図ａはPd膜上に直接成膜した
BaTiO3膜の、ｂは本方法により作製した
BaTiO3膜の絶縁破壊強度のヒストグラムであ
る。絶縁破壊強度は１×10-4Ａ／cm2の電流が流れ
たときの電界強度と定義した。絶縁破壊強度は本
方法の方が約３倍も大きく、その分布にもばらつ
きがなく優れた絶縁特性を示している。
より成膜した場合のBaTiO3膜の特性の違いにつ
いて述べる。第２図ａはPd膜上に直接成膜した
BaTiO3膜の、ｂは本方法により作製した
BaTiO3膜の絶縁破壊強度のヒストグラムであ
る。絶縁破壊強度は１×10-4Ａ／cm2の電流が流れ
たときの電界強度と定義した。絶縁破壊強度は本
方法の方が約３倍も大きく、その分布にもばらつ
きがなく優れた絶縁特性を示している。
本方法において、TiO2膜を形成するためには
400℃以上の基板温度で誘電体膜を成膜する必要
があるが、Pd膜の耐熱性を考慮すると1000℃以
下であることが望ましい。
400℃以上の基板温度で誘電体膜を成膜する必要
があるが、Pd膜の耐熱性を考慮すると1000℃以
下であることが望ましい。
また、TiO2が形成されない300℃で誘電体膜を
成膜した後、酸素を含む大気圧の雰囲気において
500℃の温度で熱処理を行うことによりTiO2膜の
形成ができ、絶縁特性に優れた高誘電率薄膜キヤ
パシタを作製できた。従つて、絶縁体層の形成方
法として、該誘電体成膜後に酸素を含む大気圧の
雰囲気における500℃以上1000℃以下の温度での
熱処理を行つてもよい。
成膜した後、酸素を含む大気圧の雰囲気において
500℃の温度で熱処理を行うことによりTiO2膜の
形成ができ、絶縁特性に優れた高誘電率薄膜キヤ
パシタを作製できた。従つて、絶縁体層の形成方
法として、該誘電体成膜後に酸素を含む大気圧の
雰囲気における500℃以上1000℃以下の温度での
熱処理を行つてもよい。
さらに、300℃で誘電体膜を成膜した後、４×
10-4Torrの酸素ガスECRプラズマ中で300℃の温
度て熱処理を行うことによりTiO2膜の形成がで
き、絶縁特性に優れた高誘電率薄膜キヤパシタを
作製できた。従つて、絶縁体層の形成方法とし
て、該誘電体成膜後に酸素プラズマ雰囲気での
300℃以上1000℃以下の温度での熱処理を行つて
もよい。なおこれらの熱処理は10分〜120分程度
の範囲で行なうことができる。
10-4Torrの酸素ガスECRプラズマ中で300℃の温
度て熱処理を行うことによりTiO2膜の形成がで
き、絶縁特性に優れた高誘電率薄膜キヤパシタを
作製できた。従つて、絶縁体層の形成方法とし
て、該誘電体成膜後に酸素プラズマ雰囲気での
300℃以上1000℃以下の温度での熱処理を行つて
もよい。なおこれらの熱処理は10分〜120分程度
の範囲で行なうことができる。
Tiの代わりにTaを、あるいはPdの代わりにPt
を用いた場合においてもまたTi，PdとPtを同時
に含む場合であつても本実施例と同じ条件で同様
の優れた絶縁特性が得られた。Ti，Taの添加量
は５〜50原子％の範囲で可能である。この範囲外
では絶縁層が薄すぎたり、または誘電体膜の実質
的な誘電率が低下する。
を用いた場合においてもまたTi，PdとPtを同時
に含む場合であつても本実施例と同じ条件で同様
の優れた絶縁特性が得られた。Ti，Taの添加量
は５〜50原子％の範囲で可能である。この範囲外
では絶縁層が薄すぎたり、または誘電体膜の実質
的な誘電率が低下する。
（発明の効果）
本発明は以上説明したように、薄膜キヤパシタ
の下部電極と誘電体膜との界面に誘電率が20〜40
の良質のTiO2やTa2O5の絶縁層を形成したので、
リーク電流が少なく、絶縁特性に優れた高誘電率
薄膜キヤパシタを提供することができる。
の下部電極と誘電体膜との界面に誘電率が20〜40
の良質のTiO2やTa2O5の絶縁層を形成したので、
リーク電流が少なく、絶縁特性に優れた高誘電率
薄膜キヤパシタを提供することができる。
第１図は本発明における実施例の薄膜キヤパシ
タの断側面図、第２図ａ，ｂは絶縁破壊強度のヒ
ストグラムを示す図。 １はサフアイア基板、２はPd下部電極膜、３
はTiO2絶縁体膜、４はBaTiO3誘電体膜、５は
Al上部電極。
タの断側面図、第２図ａ，ｂは絶縁破壊強度のヒ
ストグラムを示す図。 １はサフアイア基板、２はPd下部電極膜、３
はTiO2絶縁体膜、４はBaTiO3誘電体膜、５は
Al上部電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板上に下部電極膜が形成され、該下部電極
膜上に絶縁体膜が形成され、該絶縁体膜上に誘電
体膜が形成され、該誘電体膜上に上部電極膜が形
成される構造において、下部電極膜が高融点貴金
属のPtまたはPdの少なくとも一方を主成分とし、
絶縁体膜がTiO2あるいはTa2O5のうちの１以上
からなることを特徴とする薄膜キヤパシタ。 ２ TiまたはTaの少なくとも一方を含み、Ptま
たはPdの１以上を主成分とする下部電極上に誘
電体膜を形成する際、または形成後、少なくとも
該下部電極を所定の温度下におくことを特徴とす
る薄膜キヤパシタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21677588A JPH0265111A (ja) | 1988-08-30 | 1988-08-30 | 薄膜キャパシタおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21677588A JPH0265111A (ja) | 1988-08-30 | 1988-08-30 | 薄膜キャパシタおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0265111A JPH0265111A (ja) | 1990-03-05 |
| JPH0587164B2 true JPH0587164B2 (ja) | 1993-12-15 |
Family
ID=16693701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21677588A Granted JPH0265111A (ja) | 1988-08-30 | 1988-08-30 | 薄膜キャパシタおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0265111A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04159680A (ja) * | 1990-10-24 | 1992-06-02 | Seiko Instr Inc | 強誘電体薄膜素子 |
| JP2912457B2 (ja) * | 1991-02-01 | 1999-06-28 | 日本板硝子株式会社 | 薄膜コンデンサ |
| US5471364A (en) * | 1993-03-31 | 1995-11-28 | Texas Instruments Incorporated | Electrode interface for high-dielectric-constant materials |
| US5933316A (en) * | 1993-08-02 | 1999-08-03 | Motorola Inc. | Method for forming a titanate thin film on silicon, and device formed thereby |
-
1988
- 1988-08-30 JP JP21677588A patent/JPH0265111A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0265111A (ja) | 1990-03-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071215 Year of fee payment: 14 |
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| FPAY | Renewal fee payment |
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|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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