JPH0652775B2 - 薄膜コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
薄膜コンデンサおよびその製造方法Info
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- JPH0652775B2 JPH0652775B2 JP29498390A JP29498390A JPH0652775B2 JP H0652775 B2 JPH0652775 B2 JP H0652775B2 JP 29498390 A JP29498390 A JP 29498390A JP 29498390 A JP29498390 A JP 29498390A JP H0652775 B2 JPH0652775 B2 JP H0652775B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は小型電子回路に用いる薄膜コンデンサおよびそ
の製造方法に関する。
の製造方法に関する。
集積回路技術の発達にともない電子回路の小型化はます
ます進展しており、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段と重要になっている。誘電
体薄膜を用いた薄膜コンデンサはトランジスタ等の能動
素子との集積回路において小型化の遅れている素子であ
り、このことが超高集積回路の実現を阻む大きな要因の
ひとつとなっている。これは、従来用いられている誘電
体材料がＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4等のような誘電率がたかだ
か１０以下の材料に限られているためであり、薄膜コン
デンサを小型化し、しかも高い容量を実現するために
は、より誘電率の大きな誘電体薄膜材料を開発すること
が必要となっている。化学式ＡＢＯ３で表されるペロブ
スカイト型酸化物であるＢｉＴｉＯ3，ＳｒＴｉＯ3，Ｐ
ｂＴｉＯ3，およびイルメナイト型酸化物ＬｉＮｂＯ3あ
るいはＢｉ４Ｔｉ3Ｏ12等の強誘電体に属する酸化物
は、上記の単一組成および相互の固溶体組成で、単結晶
あるいはセラミックスにおいて、１００以上１００００
にも及ぶ誘電率を有することが知られており、セラミク
スコンデンサに広く用いられている。これら材料の薄膜
化は上述のコンデンサの小型化にきわめて有効であり、
以前から研究が行われている。それらの中で比較的良好
な特性が得られている結果としては、プロシーディング
・オブ・アイ・イー・イー・イー・(Proceeding of the
IEEE)第５９巻１０号１４４０〜１４４７頁に所載の論
文があり、スパッタリングによる成膜及び熱処理を行っ
たＢｉＴｉＯ3薄膜で１６（室温で作製）から１９００
（１２００℃熱処理）の誘電率が得られている。
ます進展しており、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段と重要になっている。誘電
体薄膜を用いた薄膜コンデンサはトランジスタ等の能動
素子との集積回路において小型化の遅れている素子であ
り、このことが超高集積回路の実現を阻む大きな要因の
ひとつとなっている。これは、従来用いられている誘電
体材料がＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4等のような誘電率がたかだ
か１０以下の材料に限られているためであり、薄膜コン
デンサを小型化し、しかも高い容量を実現するために
は、より誘電率の大きな誘電体薄膜材料を開発すること
が必要となっている。化学式ＡＢＯ３で表されるペロブ
スカイト型酸化物であるＢｉＴｉＯ3，ＳｒＴｉＯ3，Ｐ
ｂＴｉＯ3，およびイルメナイト型酸化物ＬｉＮｂＯ3あ
るいはＢｉ４Ｔｉ3Ｏ12等の強誘電体に属する酸化物
は、上記の単一組成および相互の固溶体組成で、単結晶
あるいはセラミックスにおいて、１００以上１００００
にも及ぶ誘電率を有することが知られており、セラミク
スコンデンサに広く用いられている。これら材料の薄膜
化は上述のコンデンサの小型化にきわめて有効であり、
以前から研究が行われている。それらの中で比較的良好
な特性が得られている結果としては、プロシーディング
・オブ・アイ・イー・イー・イー・(Proceeding of the
IEEE)第５９巻１０号１４４０〜１４４７頁に所載の論
文があり、スパッタリングによる成膜及び熱処理を行っ
たＢｉＴｉＯ3薄膜で１６（室温で作製）から１９００
（１２００℃熱処理）の誘電率が得られている。
現在広く用いられている薄膜コンデンサの電極材料は、
多結晶シリコンやシリコン基板の一部に不純物を高濃度
にドーピングした抵抗シリコン（以下これらをシリコン
電極と呼ぶ。）、あるいは金やアルミニウム等の金属材
料である。しかしながら、ＩＢＭ・ジャーナル・オブ・
リサーチ・アンド・ディベロップメント（ＩＢＭ Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖ
ｅｌｏｐｍｅｎｔ）１９６９年１１月号６８６〜６９５
頁に所載のＳｒＴｉＯ3に関する論文において、６８７
〜６８８頁の記載に「シリコン電極上および多くの金属
電極上に高誘電率材料の薄膜を形成する場合には金属電
極の酸化層が界面に形成されてしまう」と報告してい
る。この界面層は誘電率が低い層であるため、結果とし
てシリコン電極上に形成した高誘電率薄膜の実効的な誘
電率は大きく低下してしまい、高誘電率材料を用いる利
点がほとんど損なわれていた。また、ＰｔやＡｕ等の貴
金属電極を用いれば界面の酸化層の形成を防ぐことがで
きるが、高誘電率膜の絶縁性が悪い。これは高誘電率膜
を作製する４００℃以上の温度では上記の貴金属電極は
再結晶によって表面荒さを生じ、その上に形成される誘
電体膜の膜厚が不均一になるためである。同様の他の報
告の例としてはジャーナル・オブ・バキューム・サイエ
ンス・アンド・テクノロジー(Journal of Vaccum Scien
ce and Technology)第１６巻２号３１５〜３１８頁に所
載のＢｉＴｉＯ3に関する論文において３１６頁の記載
にみることができる。誘電体膜上に形成する上部電極に
ついても同様な問題がある。例えば、上部電極として一
般に用いられるＡ１やシリコンを使用した場合、薄膜キ
ャパシタ形成後のプロセスで高温熱処理を行うと誘電体
膜と上部電極間で反応が起こり誘電率の低下あるいは絶
縁体の劣化を招く。
多結晶シリコンやシリコン基板の一部に不純物を高濃度
にドーピングした抵抗シリコン（以下これらをシリコン
電極と呼ぶ。）、あるいは金やアルミニウム等の金属材
料である。しかしながら、ＩＢＭ・ジャーナル・オブ・
リサーチ・アンド・ディベロップメント（ＩＢＭ Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖ
ｅｌｏｐｍｅｎｔ）１９６９年１１月号６８６〜６９５
頁に所載のＳｒＴｉＯ3に関する論文において、６８７
〜６８８頁の記載に「シリコン電極上および多くの金属
電極上に高誘電率材料の薄膜を形成する場合には金属電
極の酸化層が界面に形成されてしまう」と報告してい
る。この界面層は誘電率が低い層であるため、結果とし
てシリコン電極上に形成した高誘電率薄膜の実効的な誘
電率は大きく低下してしまい、高誘電率材料を用いる利
点がほとんど損なわれていた。また、ＰｔやＡｕ等の貴
金属電極を用いれば界面の酸化層の形成を防ぐことがで
きるが、高誘電率膜の絶縁性が悪い。これは高誘電率膜
を作製する４００℃以上の温度では上記の貴金属電極は
再結晶によって表面荒さを生じ、その上に形成される誘
電体膜の膜厚が不均一になるためである。同様の他の報
告の例としてはジャーナル・オブ・バキューム・サイエ
ンス・アンド・テクノロジー(Journal of Vaccum Scien
ce and Technology)第１６巻２号３１５〜３１８頁に所
載のＢｉＴｉＯ3に関する論文において３１６頁の記載
にみることができる。誘電体膜上に形成する上部電極に
ついても同様な問題がある。例えば、上部電極として一
般に用いられるＡ１やシリコンを使用した場合、薄膜キ
ャパシタ形成後のプロセスで高温熱処理を行うと誘電体
膜と上部電極間で反応が起こり誘電率の低下あるいは絶
縁体の劣化を招く。
本発明はＢｉＴｉＯ3，ＳｒＴｉＯ3に代表される高誘電
率材料の薄膜を用いて、高い容量密度と優れた絶縁特性
を有し、シリコン集積回路に適応可能な薄膜コンデンサ
を実現することを目的としている。
率材料の薄膜を用いて、高い容量密度と優れた絶縁特性
を有し、シリコン集積回路に適応可能な薄膜コンデンサ
を実現することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明による薄膜コンデンサ
においては、基板上に下部電極，誘電体膜，上部電極が
順次積層された構造の薄膜コンデンサであって、 誘電体は、化学式ＡＢＯ3で表わされ、 Ａは、Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料、あるいはＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12からなるものであ
り、 下部電極および上部電極の少なくとも一方は、化学式Ａ
ＢＯ3-δで表わされ、 Ａは、Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料（ただし０＜δ＜３）あるいはＢｉ4Ｔｉ3Ｏ
12-δ（ただし０＜δ＜１２）の導電性酸化物からなる
ものであるる 本発明による薄膜コンデンサの製造方法は、導電性酸化
薄膜を形成する工程と、絶縁性酸化薄膜を形成する工程
とを有し、下部電極，誘電体膜，上部電極が順次積層さ
れた薄膜コンデンサを製造する方法であって、 導電性酸化薄膜を形成する工程は、下部電極および上部
電極を形成する工程であり、ターゲットに化学式ＡＢＯ
3で表わされる材料を用い、イオンビームスパッタ法に
より上部電極あるいは下部電極として酸素欠損による導
電性酸化薄膜を形成するものであり、 Ａは、Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料もしくはＢｉ4ＴｉＯ12である。
においては、基板上に下部電極，誘電体膜，上部電極が
順次積層された構造の薄膜コンデンサであって、 誘電体は、化学式ＡＢＯ3で表わされ、 Ａは、Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料、あるいはＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12からなるものであ
り、 下部電極および上部電極の少なくとも一方は、化学式Ａ
ＢＯ3-δで表わされ、 Ａは、Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料（ただし０＜δ＜３）あるいはＢｉ4Ｔｉ3Ｏ
12-δ（ただし０＜δ＜１２）の導電性酸化物からなる
ものであるる 本発明による薄膜コンデンサの製造方法は、導電性酸化
薄膜を形成する工程と、絶縁性酸化薄膜を形成する工程
とを有し、下部電極，誘電体膜，上部電極が順次積層さ
れた薄膜コンデンサを製造する方法であって、 導電性酸化薄膜を形成する工程は、下部電極および上部
電極を形成する工程であり、ターゲットに化学式ＡＢＯ
3で表わされる材料を用い、イオンビームスパッタ法に
より上部電極あるいは下部電極として酸素欠損による導
電性酸化薄膜を形成するものであり、 Ａは、Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料もしくはＢｉ4ＴｉＯ12である。
本発明は、薄膜コンデンサの下部電極あるいは上部電極
に誘電体形成と類似の作製プロセスで形成できる酸素欠
損を有する導電性酸化膜を用いるものであり、高温プロ
セスで表面荒れや誘電体との反応を起こさず、絶縁性に
優れる。
に誘電体形成と類似の作製プロセスで形成できる酸素欠
損を有する導電性酸化膜を用いるものであり、高温プロ
セスで表面荒れや誘電体との反応を起こさず、絶縁性に
優れる。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
（実施例１） 第１図は、実施例１の薄膜コンデンサの構造図である。
図において、シリコン基板１の表面に絶縁層として酸化
シリコン膜２が形成され、酸化シリコン膜２上に下部電
極３として、導電性のＳｒＴｉＯ3-δ膜（以下、酸素欠
損のＳｒＴｉＯ3-δを導電性ＳｒＴｉＯ3，化学量論組
成のＳｒＴｉＯ3を絶縁性のＳｒＴｉＯ3と呼び区別す
る。）が形成され、下部電極３上に誘電体膜４として絶
縁性ＳｒＴｉＯ3膜が形成され、その上に上部電極５と
してＡ１膜が形成されている。
シリコン膜２が形成され、酸化シリコン膜２上に下部電
極３として、導電性のＳｒＴｉＯ3-δ膜（以下、酸素欠
損のＳｒＴｉＯ3-δを導電性ＳｒＴｉＯ3，化学量論組
成のＳｒＴｉＯ3を絶縁性のＳｒＴｉＯ3と呼び区別す
る。）が形成され、下部電極３上に誘電体膜４として絶
縁性ＳｒＴｉＯ3膜が形成され、その上に上部電極５と
してＡ１膜が形成されている。
この構造を製造するには、まず水蒸気酸化法により単結
晶シリコン基板の表面に酸化シリコン膜を１μｍ形成し
た。雰囲気は酸素ガスと水素ガスの流量比を１：１に制
御し温度は１１００℃で熱酸化を行った。
晶シリコン基板の表面に酸化シリコン膜を１μｍ形成し
た。雰囲気は酸素ガスと水素ガスの流量比を１：１に制
御し温度は１１００℃で熱酸化を行った。
つぎにＯ2を導入せずにイオンビームスパッタ法により
基板温度５４０℃，イオン源の出力１０００Ｖ，４０ｍ
Ａで導電性ＳｒＴｉＯ3薄膜を５０００Å形成した。続
いて、Ｏ2を６×１０-5Ｔｏｒｒ導入し、絶縁性ＳｒＴ
ｉＯ3薄膜を１０００Å形成した。その上に上部電極と
してＡ１膜を１μｍ形成した。ＨＦ：ＨＮＯ3：Ｈ2Ｏ＝
１：１：１０の混合液で下部電極が現れるまでエッチン
グし、第１図に示す薄膜キャパシタを作製した。
基板温度５４０℃，イオン源の出力１０００Ｖ，４０ｍ
Ａで導電性ＳｒＴｉＯ3薄膜を５０００Å形成した。続
いて、Ｏ2を６×１０-5Ｔｏｒｒ導入し、絶縁性ＳｒＴ
ｉＯ3薄膜を１０００Å形成した。その上に上部電極と
してＡ１膜を１μｍ形成した。ＨＦ：ＨＮＯ3：Ｈ2Ｏ＝
１：１：１０の混合液で下部電極が現れるまでエッチン
グし、第１図に示す薄膜キャパシタを作製した。
下部電極にＰｂ膜（膜厚５０００Å）を用いたもの、導
電性のＳｒＴｉＯ3膜を用いたものとの絶縁破壊電圧の
比較を第２図（ａ），（ｂ）に示す。誘電体膜には絶縁
性ＳｒＴｉＯ3膜をイオンビームスパッタ法で１０００
Å形成した。下部電極に導電性のＳｒＴｉＯ3膜を用い
たほうが絶縁破壊電圧が高い。これは、誘電体膜を成膜
する際の高温プロセスにおいてＰｂ電極を用いた場合、
表面荒さが導電性ＳｒＴｉＯ3膜を用いた場合と比べ
て、１桁以上大きいためであることがわかった。
電性のＳｒＴｉＯ3膜を用いたものとの絶縁破壊電圧の
比較を第２図（ａ），（ｂ）に示す。誘電体膜には絶縁
性ＳｒＴｉＯ3膜をイオンビームスパッタ法で１０００
Å形成した。下部電極に導電性のＳｒＴｉＯ3膜を用い
たほうが絶縁破壊電圧が高い。これは、誘電体膜を成膜
する際の高温プロセスにおいてＰｂ電極を用いた場合、
表面荒さが導電性ＳｒＴｉＯ3膜を用いた場合と比べ
て、１桁以上大きいためであることがわかった。
（実施例２） 第３図は、実施例２の薄膜コンデンサの構造図である。
単結晶シリコン基板６の表面の一部にリンを高濃度にド
ーピングして低抵抗層７を形成し、その上に層間絶縁膜
として酸化シリコン膜８が形成されている。酸化シリコ
ン膜８の一部には低抵抗層７を通じて下部電極を引き出
すためのコンタクトホールが２箇所形成されており、一
方のコンタクトホールは導電性ＳｒＴｉＯ3膜９で埋め
られており、もう一方のコンタクトホールはＡ１膜で埋
められている。したがって、Ａ１膜は下部電極１０の端
子となる。下部電極１０のＡ１膜はコンタクトホールを
埋めると共にその一部が酸化シリコン膜８上に形成され
ても良い。下部電極１０上には実施例１の条件で誘電体
膜１１として絶縁性ＳｒＴｉＯ3膜が形成され、さらに
その上には上部電極１２としてＡ１膜が形成されてい
る。
単結晶シリコン基板６の表面の一部にリンを高濃度にド
ーピングして低抵抗層７を形成し、その上に層間絶縁膜
として酸化シリコン膜８が形成されている。酸化シリコ
ン膜８の一部には低抵抗層７を通じて下部電極を引き出
すためのコンタクトホールが２箇所形成されており、一
方のコンタクトホールは導電性ＳｒＴｉＯ3膜９で埋め
られており、もう一方のコンタクトホールはＡ１膜で埋
められている。したがって、Ａ１膜は下部電極１０の端
子となる。下部電極１０のＡ１膜はコンタクトホールを
埋めると共にその一部が酸化シリコン膜８上に形成され
ても良い。下部電極１０上には実施例１の条件で誘電体
膜１１として絶縁性ＳｒＴｉＯ3膜が形成され、さらに
その上には上部電極１２としてＡ１膜が形成されてい
る。
本実施例では下部電極を単結晶シリコンの低抵抗層を通
じて引き出すために、下部電極膜を単結晶シリコン上に
作製しているが、その薄膜コンデンサの絶縁特性は実施
例１と同様に優れていることを確認した。
じて引き出すために、下部電極膜を単結晶シリコン上に
作製しているが、その薄膜コンデンサの絶縁特性は実施
例１と同様に優れていることを確認した。
また、コンタクトホールを多結晶シリコンで埋め、その
上に下部電極として導電性ＳｒＴｉＯ3膜を形成しても
良い。このとき、多結晶シリコン上に直接、絶縁性Ｓｒ
ＴｉＯ3膜を形成すると界面に低誘電率の酸化シリコン
層などが形成されるため、見かけ上の誘電率は絶縁性Ｓ
ｒＴｉＯ3膜の膜厚に大きく依存し、膜厚が小さい領域
では誘電率は低下する。本発明の導電性ＳｒＴｉＯ3膜
を用いた場合、誘電率は絶縁性ＳｒＴｉＯ3膜の膜厚に
依存せず約２００で一定の値となった。
上に下部電極として導電性ＳｒＴｉＯ3膜を形成しても
良い。このとき、多結晶シリコン上に直接、絶縁性Ｓｒ
ＴｉＯ3膜を形成すると界面に低誘電率の酸化シリコン
層などが形成されるため、見かけ上の誘電率は絶縁性Ｓ
ｒＴｉＯ3膜の膜厚に大きく依存し、膜厚が小さい領域
では誘電率は低下する。本発明の導電性ＳｒＴｉＯ3膜
を用いた場合、誘電率は絶縁性ＳｒＴｉＯ3膜の膜厚に
依存せず約２００で一定の値となった。
（実施例３） 第４図は実施例３の薄膜コンデンサの構造図である。シ
リコン基板１３上に絶縁層として酸化シリコン膜１４が
形成され、酸化シリコン膜１４上に下部電極１５として
Ｐｄ膜を形成し、下部電極１５上に誘電体膜１６として
絶縁性ＳｒＴｉＯ３膜が形成され、誘電体膜１６上に上
部電極１７として、導電性ＳｒＴｉＯ3膜が形成されて
いる。
リコン基板１３上に絶縁層として酸化シリコン膜１４が
形成され、酸化シリコン膜１４上に下部電極１５として
Ｐｄ膜を形成し、下部電極１５上に誘電体膜１６として
絶縁性ＳｒＴｉＯ３膜が形成され、誘電体膜１６上に上
部電極１７として、導電性ＳｒＴｉＯ3膜が形成されて
いる。
比較として上部電極としてＡ１膜を用いた場合、Ｎ2雰
囲気中で９００℃，３０分熱処理を行うとリーク電流が
増大し絶縁特性が著しく低下した。しかしながら、上部
電極として導電性ＳｒＴｉＯ3膜を用いることにより、
薄膜キャパシタ形成後の９００℃の熱処理プロセスにも
耐えられることが確認された。
囲気中で９００℃，３０分熱処理を行うとリーク電流が
増大し絶縁特性が著しく低下した。しかしながら、上部
電極として導電性ＳｒＴｉＯ3膜を用いることにより、
薄膜キャパシタ形成後の９００℃の熱処理プロセスにも
耐えられることが確認された。
（実施例４） 第５図は実施例４の薄膜コンデンサの構造図である。シ
リコン基板１８に絶縁層として酸化シリコン膜１９が形
成され、酸化シリコン膜１９上に下部電極２０として導
電性ＳｒＴｉＯ3膜が形成され、下部電極２０上に誘電
体膜２１として絶縁性ＳｒＴｉＯ3膜が形成され、誘電
体膜２１上に上部電極２２として、誘電性ＳｒＴｉＯ3
膜が形成されている。この構造においても優れた絶縁特
性を有することを確認した。上部電極，下部電極として
共に導電性ＳｒＴｉＯ3膜を用いることで、まず、素子
を形成した段階での薄膜コンデンサの絶縁特性が従来の
シリコン電極，金属電極を用いた場合と比べて良好であ
り、また、素子形成後、熱処理プロセスを施しても特性
劣化がなく、高い容量密度と優れた絶縁特性を有しシリ
コン集積回路に適応可能な薄膜コンデンサが実現され
る。また、酸化シリコン膜の代わりにシリコン電極を用
いた場合も同様の結果が得られた。
リコン基板１８に絶縁層として酸化シリコン膜１９が形
成され、酸化シリコン膜１９上に下部電極２０として導
電性ＳｒＴｉＯ3膜が形成され、下部電極２０上に誘電
体膜２１として絶縁性ＳｒＴｉＯ3膜が形成され、誘電
体膜２１上に上部電極２２として、誘電性ＳｒＴｉＯ3
膜が形成されている。この構造においても優れた絶縁特
性を有することを確認した。上部電極，下部電極として
共に導電性ＳｒＴｉＯ3膜を用いることで、まず、素子
を形成した段階での薄膜コンデンサの絶縁特性が従来の
シリコン電極，金属電極を用いた場合と比べて良好であ
り、また、素子形成後、熱処理プロセスを施しても特性
劣化がなく、高い容量密度と優れた絶縁特性を有しシリ
コン集積回路に適応可能な薄膜コンデンサが実現され
る。また、酸化シリコン膜の代わりにシリコン電極を用
いた場合も同様の結果が得られた。
上記のいずれの実施例においてもＳｒＴｉＯ3膜はイオ
ンビームスパッタ法を用いた。高誘電率薄膜およびその
酸素欠損による導電性酸化物薄膜を形成するために用い
たイオンビームスパッタ装置はカウフマン型イオン源，
ニュートラライザ，基板加熱機構を装備し、基板付近に
はＯ2，Ｏ3，Ｈ2Ｏ等のガスの導入口がある。チャンバ
ー内の真空度を１×１０-5〜５×１０-3Ｔｏｒｒ，イオ
ン源の出力を５００〜１３００Ｖ，１０〜８０ｍＡと
し、ターゲットに化学量論組成のＳｒＴｉＯ3を用いて
基板温度３００℃〜７００℃で成膜したときのＳｒＴｉ
Ｏ３の成膜速度は１０〜４０Å／secである。
ンビームスパッタ法を用いた。高誘電率薄膜およびその
酸素欠損による導電性酸化物薄膜を形成するために用い
たイオンビームスパッタ装置はカウフマン型イオン源，
ニュートラライザ，基板加熱機構を装備し、基板付近に
はＯ2，Ｏ3，Ｈ2Ｏ等のガスの導入口がある。チャンバ
ー内の真空度を１×１０-5〜５×１０-3Ｔｏｒｒ，イオ
ン源の出力を５００〜１３００Ｖ，１０〜８０ｍＡと
し、ターゲットに化学量論組成のＳｒＴｉＯ3を用いて
基板温度３００℃〜７００℃で成膜したときのＳｒＴｉ
Ｏ３の成膜速度は１０〜４０Å／secである。
まず、Ｏ2を導入しないでＳｒＴｉＯ3を成膜すると導電
性の薄膜が形成される。例えば、薄厚３５００Åの時、
シート抵抗は１００Ω／□であり、十分な導電性を有す
る。Ｘ線回折法によりＳｒＴｉＯ3のピークが確認され
て結晶化している。膜は黒色を呈しており、ラザフォー
ド後方散乱法により化学量論組成よりＯが少ないことが
わかった。従来用いられている高周波スパッタ法では基
板がプラズマに曝されているため、ターゲットからスパ
ッタされたＯ原子が活性化され膜内に十分取り込まれて
しまう。したがって、上記のような酸素欠損のために導
電性を有する酸化物薄膜の形成は不可能であった。しか
し、イオンビームスパッタ法ではプラズマはイオン源の
内部にほぼとどまっており、スパッタされた粒子がプラ
ズマにより活性化されることは少ないので、絶縁体のタ
ーゲットから導電性酸化物の薄膜が形成されると考えら
れる。
性の薄膜が形成される。例えば、薄厚３５００Åの時、
シート抵抗は１００Ω／□であり、十分な導電性を有す
る。Ｘ線回折法によりＳｒＴｉＯ3のピークが確認され
て結晶化している。膜は黒色を呈しており、ラザフォー
ド後方散乱法により化学量論組成よりＯが少ないことが
わかった。従来用いられている高周波スパッタ法では基
板がプラズマに曝されているため、ターゲットからスパ
ッタされたＯ原子が活性化され膜内に十分取り込まれて
しまう。したがって、上記のような酸素欠損のために導
電性を有する酸化物薄膜の形成は不可能であった。しか
し、イオンビームスパッタ法ではプラズマはイオン源の
内部にほぼとどまっており、スパッタされた粒子がプラ
ズマにより活性化されることは少ないので、絶縁体のタ
ーゲットから導電性酸化物の薄膜が形成されると考えら
れる。
Ｏ2を１×１０-6Ｔｏｒｒ導入すると良好な絶縁性を有
するＳｒＴｉＯ3薄膜が形成される。例えば、基板温度
５４０℃，薄膜５００Åで誘電率は２００となった。こ
の膜もＸ線回折法によりＳｒＴｉＯ3のピークが確認さ
れた。Ｏ2分圧が１×１０-3ＴｏｒｒになるまでＯ2を流
しても絶縁性に変化はなかった。第６図はＯ2分圧と誘
電体膜の抵抗率の関係を示したグラフである。Ｏ2分圧
が１×１０-6Ｔｏｒｒより小さければ導電性の膜が形成
される。すなわち、本発明のごとくイオンビームスパッ
タ法を用い雰囲気を制御することによって導電性および
絶縁性の酸化物薄膜が形成でき、これによって上記実施
例のごとき構造が実現できる。
するＳｒＴｉＯ3薄膜が形成される。例えば、基板温度
５４０℃，薄膜５００Åで誘電率は２００となった。こ
の膜もＸ線回折法によりＳｒＴｉＯ3のピークが確認さ
れた。Ｏ2分圧が１×１０-3ＴｏｒｒになるまでＯ2を流
しても絶縁性に変化はなかった。第６図はＯ2分圧と誘
電体膜の抵抗率の関係を示したグラフである。Ｏ2分圧
が１×１０-6Ｔｏｒｒより小さければ導電性の膜が形成
される。すなわち、本発明のごとくイオンビームスパッ
タ法を用い雰囲気を制御することによって導電性および
絶縁性の酸化物薄膜が形成でき、これによって上記実施
例のごとき構造が実現できる。
本発明は以上説明したように、薄膜コンデンサの下部電
極、あるいは上部電極に、高温プロセスで表面荒れや誘
電体との反応を起こさず、しかも誘電体形成と類似の作
製プロセスで形成できる酸素欠損を有する導電性酸化膜
を用いることにより、絶縁特性に優れた薄膜コンデンサ
を容易に提供することができる。また、従来のシリコン
電極のように誘電体との界面に低誘電率層を形成するこ
とがないので、誘電体膜の膜厚に依存せず一定の高い誘
電率を実現することができる。
極、あるいは上部電極に、高温プロセスで表面荒れや誘
電体との反応を起こさず、しかも誘電体形成と類似の作
製プロセスで形成できる酸素欠損を有する導電性酸化膜
を用いることにより、絶縁特性に優れた薄膜コンデンサ
を容易に提供することができる。また、従来のシリコン
電極のように誘電体との界面に低誘電率層を形成するこ
とがないので、誘電体膜の膜厚に依存せず一定の高い誘
電率を実現することができる。
第１図，第３図，第４図，第５図はそれぞれ実施例に示
す薄膜コンデンサの側面断面図、第２図（ａ），（ｂ）
は絶縁破壊強度のヒストグラム図、第６図はＯ2分圧と
抵抗率の関係を示した図である。 １，６，１３，１８…シリコン基板 ２，８，１４，１９…酸化シリコン膜 ３，１０，１５，２０…下部電極 ５，１２，１７，２２…上部電極 ４，１１，１６，２１…絶縁体膜
す薄膜コンデンサの側面断面図、第２図（ａ），（ｂ）
は絶縁破壊強度のヒストグラム図、第６図はＯ2分圧と
抵抗率の関係を示した図である。 １，６，１３，１８…シリコン基板 ２，８，１４，１９…酸化シリコン膜 ３，１０，１５，２０…下部電極 ５，１２，１７，２２…上部電極 ４，１１，１６，２１…絶縁体膜
Claims (2)
- 【請求項１】基板上に下部電極，誘電体膜，上部電極が
順次積層された構造の薄膜コンデンサであって、 誘電体は、化学式ＡＢＯ3で表わされ、 Ａは、Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料、あるいはＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12からなるものであ
り、 下部電極および上部電極の少なくとも一方は、化学式Ａ
ＢＯ3-δで表わされ、 Ａは、Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料（ただし０＜δ＜３）あるいはＢｉ4Ｔｉ3Ｏ
12-δ（ただし０＜δ＜１２）の導電性酸化物からなる
ものであることを特徴とする薄膜コンデンサ。 - 【請求項２】導電性酸化薄膜を形成する工程と、絶縁性
酸化薄膜を形成する工程とを有し、下部電極，誘電体
膜，上部電極が順次積層された薄膜コンデンサを製造す
る方法であって、 導電性酸化薄膜を形成する工程は、下部電極および上部
電極を形成する工程であり、ターゲットに化学式ＡＢＯ
3で表わされる材料を用い、イオンビームスパッタ法に
より上部電極あるいは下部電極として酸素欠損による導
電性酸化薄膜を形成するものであり、 Ａは、Ｂａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも一種
以上を含む材料であり、 Ｂは、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも一種以上を
含む材料もしくはＢｉ4ＴｉＯ12であることを特徴とす
る薄膜コンデンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29498390A JPH0652775B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29498390A JPH0652775B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04167554A JPH04167554A (ja) | 1992-06-15 |
| JPH0652775B2 true JPH0652775B2 (ja) | 1994-07-06 |
Family
ID=17814830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29498390A Expired - Lifetime JPH0652775B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0652775B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2788835B2 (ja) * | 1993-03-17 | 1998-08-20 | 日本電気株式会社 | 薄膜キャパシタおよびその製造方法 |
| JPH09139480A (ja) * | 1995-01-27 | 1997-05-27 | Toshiba Corp | 薄膜キャパシタおよびこれを用いた半導体記憶装置 |
| JPH10190925A (ja) | 1996-12-20 | 1998-07-21 | Canon Inc | 画像読取り装置 |
-
1990
- 1990-10-31 JP JP29498390A patent/JPH0652775B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04167554A (ja) | 1992-06-15 |
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