JPH0817764A - 誘電体膜の成膜方法 - Google Patents
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Abstract
る。 【構成】 基板上に酸化物系の誘電体膜を形成する成膜
方法において、誘電体膜をスパッタリング法またはCV
D法にて成膜後、酸素イオンを誘電体膜に注入し、その
後、該誘電体膜に温度200℃以上でアニール処理を行
う。
Description
関し、更に詳しくは、高い比誘電率を得るための誘電体
膜の成膜方法に関する。
チウム)、(BaSr)TiO3(チタン酸ストロンチ
ウム バリウム)等の誘電体膜を基板上に成膜する際に
は、例えばSrTiO3の場合は400℃以上、(BaS
r)TiO3の場合は500℃以上の基板温度で成膜する
等、該誘電体膜の材料がペロブスカイト構造の結晶性を
得る温度以上の基板温度で誘電体膜を成膜することが一
般的に行われていた。
膜方法の場合は、広く知られているように誘電体膜の膜
厚がある程度十分に厚くしないと、大きな比誘電率が得
られない。
層の結晶性が悪く、また結晶粒径が小さいためであると
考えられている。言い換えれば誘電体膜が基板界面から
粒径が十分な大きさの結晶粒が得られれば比較的膜厚が
薄くても高い比誘電率が得られることになる。
る問題点を解消するもので、基板上に成膜される誘電体
膜において、基板界面近傍から大きな結晶粒を形成し、
従って、比較的薄い膜厚でも高い比誘電率が得られる誘
電体膜の成膜方法を提供することを目的とする。
方法は、基板上に酸化物系の誘電体膜を形成する成膜方
法において、誘電体膜をスパッタリング法またはCVD
法にて成膜後、酸素イオンを誘電体膜に注入し、かつ該
誘電体膜を温度200℃以上でアニールすることを特徴
とする。
量を1×1012atom/cm2から3×1016atom/cm2とし
てもよい。
TiO3、(BaSr)TiO3、LiNbO3、LiT
aO3、PbTiO3、(PbLa)TiO3、Pb(Z
rTi)O3、(PbLa)(ZrTi)O3から成る誘
電体膜であってもよい。
にて基板上に誘電体膜を成膜した後、酸素イオンを誘電
体膜に注入する。基板上に成膜された誘電体膜に酸素イ
オンを注入することによって、結晶粒界がつぶされ、結
晶粒と結晶粒の境界がなくなる。
と結晶粒と結晶粒の境界が不明瞭のために、隣接する結
晶粒と結晶粒が吸収合体されやすく次第に大きくなり、
その結果、基板界面近傍付近から比較的大きな結晶粒が
得られるので、誘電体膜全体の比誘電率は従来の成膜方
法で得られた誘電体膜に比べて高い値を示すようにな
る。
た誘電体膜が比較的薄い膜厚でも大きな比誘電率が得ら
れるのは次の理由による。
ら広く知られているように、その初期において核が形成
され、成膜時間の経過と共に、次第にその核が成長し、
島状構造となり、その後膜厚がおおよそ10nm位でそれら
の島状構造が互いに繋がり連続膜となる。
位が全く同じではないので、夫々が繋がった際、その境
界は一般に結晶粒界となる。この時の結晶粒の粒径は非
常に小さく、一般に10nm以下である。
らの小さな結晶のうちいくつかが柱状に成長を続け、次
第に大きな結晶となっていく。
いては、その結晶粒が大きい程、高い比誘電率を示すこ
とができるので、誘電体膜の膜厚の増大と共に結晶粒径
が大きくなり、従って比誘電率も大きくなっていく。
らおおよそ10nm位の範囲においても結晶粒径を大きくす
ることが出来れば、全体として高い比誘電率を示すよう
になる。
う際の温度を200℃以上としたのは、それ以下の温度
では粒の吸収合体が進行せず、粒成長が起こらないから
である。
を1×1012atom/cm2から3×1016atom/cm2とした
のは、酸素イオン量が1×1012atom/cm2に満たない
場合は、結晶粒界をつぶす効果が弱いからであり、ま
た、酸素イオン量が3×1016atom/cm2を超えた場合
は、膜中に酸素イオンが多数残留し、アニールの際に酸
素ガスとして膜中から抜け出し、膜が欠陥だらけとなる
からである。
に説明する。
てPt(白金)電極を形成したものを基板として用い
た。
ンチウム)ターゲットを備えたスパッタリング装置内に
設置し、高周波出力500WのRFパワーを印加して、下部
電極上に膜厚60nmのSrTiO3誘電体膜を成膜した。
スパッタ雰囲気ガスの圧力はAr(アルゴン)ガス0.5P
a、O2(酸素)ガス0.1Paとした。
熱することなく、誘電体膜中にO2(酸素)イオンを20k
eVの加速エネルギーで5×1014atom/cm2注入した。
し、O2(酸素)ガス雰囲気中で、450℃で、1時間アニ
ール処理を行った後、基板をアニール装置内より取り出
した。
t(白金)電極を蒸着法により形成した。
100nmとした。
O3誘電体膜の比誘電率をインピーダンス測定器(ヒュ
ーレッドパッカー社製、HP4284A)(LCRメー
タ)を用いて、測定周波数1kHzで測定したところ250
であった。
60nmのSrTiO3誘電体膜を成膜した後、該誘電体膜
への酸素イオン注入は行わなかった。
2(酸素)ガス雰囲気中で、450℃で、1時間アニール処
理を行った後、誘電体膜上に上部電極を蒸着法により形
成した。そして、前記実施例1と同様の方法で下部電極
と上部電極間のSrTiO3誘電体膜の比誘電率を測定
したところ、90であった。
誘電体膜に酸素イオンを注入(注入量5×1014atom/
cm2)した。
2(酸素)ガス雰囲気中で、150℃で、5時間アニール処
理を行った後、誘電体膜上に上部電極を蒸着法により形
成した。そして、前記実施例1と同様の方法で下部電極
と上部電極間のSrTiO3誘電体膜の比誘電率を測定
したところ、100であった。
電体膜に注入する酸素イオン量を1×1010atom/cm2
から1×1018atom/cm2まで種々変化させて、酸素イ
オン注入量の異なる誘電体膜を得た。
体膜に前記実施例1と同様の方法でアニール処理を行っ
た後、誘電体膜上に上部電極を形成した。
電極と上部電極間の酸素イオン注入量の異なる各SrT
iO3誘電体膜の比誘電率を夫々測定し、酸素イオン注
入量と得られた比誘電率との関係を図1に示す。
量が1×1011atom/cm2以下では比誘電率は100程
度と低い値であったが、酸素イオン注入量が1×1012
atom/cm2以上、3×1016atom/cm2以下の範囲では比
誘電率は170〜260の値が得られた。また、イオン
注入量が1×1017atom/cm2以上で酸素イオンを注入
した場合、上下電極の間に電界を印加した際、誘電体膜
に電流が流れてしまい誘電率を測定することが出来なか
った。
入されているので、そのため下部電極上に成膜された誘
電体膜の初期層付近に生じている小さな誘電体膜の結晶
粒の粒界を不明瞭な形に潰してしまう。その後アニール
処理を行うことにより結晶粒と結晶粒とが吸収合体しや
すくなっているため結晶粒が大きく成長し、高い比誘電
率が得られる。
入されていないので、下部電極近傍の誘電体膜の小さな
結晶粒は、その後アニール処理を行っても結晶粒はほと
んど大きくならず、比誘電率は低いままである。
入されているので、下部電極上に成膜された誘電体膜の
初期層付近には小さな誘電体膜の結晶粒の粒界は不明瞭
な形に潰れているが、その後のアニール処理温度が低い
ため、結晶粒と結晶粒の合体成長が進行せず、比誘電率
は低いままである。
オン量が1×1011atom/cm2以下の場合は注入量が少
ないため、結晶粒の粒界を潰す効果が不十分で、その後
アニール処理を行っても粒界が残っているため結晶が大
きく成長していかない。また、注入する酸素イオン量が
1×1017atom/cm2以上の場合は誘電体膜中に過剰の
酸素が多量に入っているため、アニール処理を行った
際、誘電体膜中から酸素がガス状になって抜けてしまう
ので、誘電体膜が疎で粗い膜質になって、本来の絶縁性
が失われてしまい、上下電極が短絡してしまう。
かなように、成膜された誘電体膜に酸素イオンをイオン
量1×1012atom/cm2から3×1016atom/cm2の範囲
で注入した後、温度450℃(温度200℃以上)でアニール
処理を施すことにより高い比誘電率が得られることが確
認された。これに対し、酸素イオン注入を行わなかった
比較例1、並びに酸素イオン注入は行ったがアニール処
理時の温度が150℃と低かった比較例2では比誘電率は
100以下と低かった。
ム)、(Ba0.5Sr0.5)TiO3(チタン酸ストロン
チウムバリウム)、LiNbO3(ニオブ酸リチウ
ム)、LiTaO3(タンタル酸リチウム)、PbTi
O3(チタン酸鉛)、(Pb0.8La0.2)TiO3(チタ
ン酸鉛ランタン)、Pb(Zr0.5Ti0.5)O3(ジル
コン酸チタン酸鉛)、(Pb0.8La0.2)(Zr0.5T
i0.5)O3(ジルコン酸チタン酸鉛ランタン)を用い、
また、基板上への誘電体膜の成膜時の温度、注入酸素イ
オン量、アニール処理時の温度を表1に示す条件とした
以外は前記実施例1と同様の方法で膜材料の異なる誘電
体膜を得た。
電極と上部電極間の膜材料の異なる誘電体膜の比誘電率
を夫々測定し、その結果を表1に示す。
膜材料の異なる誘電体膜を成膜した後、各誘電体膜への
酸素イオン注入は行わなかった。
膜材料の異なる誘電体膜にO2(酸素)ガス雰囲気中
で、夫々アニール処理を行った後、各誘電体膜上に上部
電極を蒸着法により形成した。
電極と上部電極間の膜材料の異なる誘電体膜の比誘電率
を夫々測定し、その結果を表2に示す。
例3〜10の比誘電率は誘電体膜が同一材料の場合の比
較例3〜10の比誘電率に比して夫々大きくなっている
ことが確認された。
0℃、400℃、500℃、550℃、600℃とした以外は前記実
施例と同様の方法で基板上に膜厚60nmのSrTiO3誘
電体膜を成膜した。
電極と上部電極間のSrTiO3誘電体膜の比誘電率を
測定したところ、アニール処理時の温度200℃の場合の
比誘電率は180であり、温度300℃の場合の比誘電率
は210であり、温度350℃の場合の比誘電率は240
であり、温度400℃の場合の比誘電率は250であり、
温度500℃の場合の比誘電率は250であり、温度550℃
の場合の比誘電率は270であり、温度600℃の場合の
比誘電率は260であった。
注入した後、アニール処理を行う際の温度を200℃以上
とすることにより大きな比誘電率が得られることが確認
された。
emical Vapor Deposition)法を用いて成膜するもので
ある。
誘電体膜の成膜をSr(DPM)2とTi(O−i−C3
H7)4を原料として基板温度400℃、反応圧力200
Paで行い、基板の下部電極上に膜厚60nmのSrTiO
3誘電体膜を成膜した。
注入、アニール処理を行った後、下部電極と上部電極間
のSrTiO3誘電体膜の比誘電率を測定したところ、
280であった。
してスパッタリング法或いはCVD法を用いたが、同一
材料の誘電体膜を形成する方法として膜材料をゾル−ゲ
ル法等の塗布法を用いて成膜するようにしてもよい。
を成膜した後、膜中に酸素イオンを注入するようにした
ので、基板上に成膜された誘電体膜の初期層に成長した
小さな結晶粒の粒界が潰され、その後、誘電体膜に温度
200℃以上のアニール処理を施すようにしたので、も
との結晶粒が吸収合体しながら成長するため、誘電体膜
の初期層から大きな結晶粒が得られるので、高い比誘電
率の誘電体膜を成膜することが出来る等の効果がある。
イオン注入量と成膜された誘電体膜の比誘電率との関係
を表す特性線図。
Claims (3)
- 【請求項1】 基板上に酸化物系の誘電体膜を形成する
成膜方法において、誘電体膜をスパッタリング法または
CVD法にて成膜後、酸素イオンを誘電体膜に注入し、
かつ該誘電体膜を温度200℃以上でアニールすること
を特徴とする誘電体膜の成膜方法。 - 【請求項2】 誘電体膜中に注入する酸素イオン量は1
×1012atom/cm2から3×1016atom/cm2であること
を特徴とする前記請求項第1項に記載の誘電体膜の成膜
方法。 - 【請求項3】 前記誘電体膜はSrTiO3、BaTi
O3、(BaSr)TiO3、LiNbO3、LiTa
O3、PbTiO3、(PbLa)TiO3、Pb(Zr
Ti)O3、(PbLa)(ZrTi)O3から成る誘電
体膜であることを特徴とする前記請求項第1項または第
2項に記載の誘電体膜の成膜方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15230694A JP3597217B2 (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | 誘電体膜の成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP15230694A JP3597217B2 (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | 誘電体膜の成膜方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0817764A true JPH0817764A (ja) | 1996-01-19 |
JP3597217B2 JP3597217B2 (ja) | 2004-12-02 |
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ID=15537650
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP15230694A Expired - Lifetime JP3597217B2 (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | 誘電体膜の成膜方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3597217B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000052743A1 (en) * | 1999-03-01 | 2000-09-08 | Micron Technology, Inc. | Method for improving the resistance degradation of thin film capacitors |
US9399958B2 (en) | 2010-05-11 | 2016-07-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Specifying method of EGR rate in internal combustion engine and control apparatus of internal combustion engine |
-
1994
- 1994-07-04 JP JP15230694A patent/JP3597217B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2000052743A1 (en) * | 1999-03-01 | 2000-09-08 | Micron Technology, Inc. | Method for improving the resistance degradation of thin film capacitors |
US9399958B2 (en) | 2010-05-11 | 2016-07-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Specifying method of EGR rate in internal combustion engine and control apparatus of internal combustion engine |
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JP3597217B2 (ja) | 2004-12-02 |
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