(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰｂxＴｉＯ3及びＬｉを含有する組成を有し、ｘの値は０．９を超え１．３未満であり、前記Ｌｉの含有量は前記ＰｂxＴｉＯ3に対して、０．００１乃至２０モル％であると共に、膜厚が５０００Å以下であるキャパシタ絶縁膜と、前記キャパシタ絶縁膜を挟んで形成された電極とを有することを特徴とするコンデンサ。
【請求項２】
前記電極のうち、少なくとも一方は膜厚が２００乃至３０００ÅのＰｔ又はＩｒからなることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体薄膜及びコンデンサに関し、特に、単結晶基板又は特殊な製膜方法を使用することなく、低コストで高い誘電率を得ることができる誘電体薄膜及びコンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘電体薄膜はＳｉウエハ等の基板上に下部電極を形成し、この下部電極の上にスパッタリング法又はゾルゲル法により、例えば、ＰｂxＴｉＯ3を形成することにより得られている。
【０００３】
また、誘電体薄膜は（００１）面を有するＭｇＯ等の単結晶基板の上に単結晶のＰｔ等の下部電極を成膜し、その上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法により、例えば、ＰｂxＴｉＯ3をエピタキシャル成長させることにより形成することもできる。
【０００４】
一方、特開平８−５５５１５号公報には、膜厚が１μｍ以下のチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）を基本組成とした薄膜において、ペロブスカイト型結晶構造を示すチタン酸鉛の結晶格子におけるチタン原子位置に、イオン半径が０．６０〜０．９０Åの範囲にある金属原子をチタン原子に対して１〜５０モル％の割合で置換固溶させたチタン酸鉛系誘電体薄膜が開示されている。このチタン酸鉛系誘電体薄膜は膜厚が１μｍ以下で効果が特に有効に発揮されるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スパッタリング法又はゾルゲル法により形成される誘電体薄膜では、膜厚が１μｍ以下になると、誘電体薄膜と電極との界面でのＯ2欠損により誘電率が低下するという問題点がある。
【０００６】
また、エピタキシャル成長により形成された誘電体薄膜は、欠陥がないものの、コストが高いという問題点がある。
【０００７】
一方、特開平８−５５５１５号公報に記載されたチタン酸鉛系誘電体薄膜は、必要な誘電率を得るためには添加元素量が４０〜５０モル％必要であり、元素の微量添加では十分な誘電率を得ることができず、このためコストが嵩むという問題点がある。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、単結晶基板又は特殊な製膜方法を使用することなく低コストで膜厚が０．５μｍ以下の誘電率が高いコンデンサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るコンデンサは、ＰｂxＴｉＯ3及びＬｉを含有する組成を有し、ｘの値は０．９を超え１．３未満であり、前記Ｌｉの含有量は前記ＰｂxＴｉＯ3に対して、０．００１乃至２０モル％であると共に、膜厚が５０００Å以下であるキャパシタ絶縁膜と、前記キャパシタ絶縁膜を挟んで形成された電極とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、前記電極のうち、少なくとも一方は膜厚が２００乃至３０００ÅのＰｔ又はＩｒからなることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る誘電体薄膜及びコンデンサについて添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係るコンデンサを示す断面図である。本実施例においては、図１に示すように、基板１の上に下部電極２が形成され、この下部電極２の上にキャパシタ絶縁膜として誘電体薄膜３が形成されている。この誘電体薄膜３の上面には上部電極４が形成されている。コンデンサ５は、誘電体薄膜３とこの誘電体薄膜３の上面及び下面に形成された上部電極２と下部電極４とにより構成されている。即ち、基板１上にコンデンサ５が形成されている。
【００１３】
本実施例においては、誘電体薄膜３はＰｂxＴｉＯ3及びＬｉを含有する組成を有し、ｘの値は０．９を超え１．３未満であり、誘電体薄膜の膜厚は５０００Å以下であり、Ｌｉの含有量はＰｂxＴｉＯ3に対して０．００１乃至２０モル％である。
【００１４】
コンデンサ５はＰｂxＴｉＯ3及びＬｉを含有する組成を有し、ｘの値は０．９を超え１．３未満であり、Ｌｉの含有量はＰｂxＴｉＯ3に対して、０．００１乃至２０モル％であると共に、膜厚が５０００Å以下である誘電体薄膜３（キャパシタ絶縁膜）と、この誘電体薄膜３を挟んで形成された上部電極４及び下部電極２とを有する。また、上部電極４及び下部電極２のうち、少なくとも一方は膜厚が２００乃至３０００ÅのＰｔ又はＩｒからなる。
【００１５】
本発明の実施例に係るコンデンサの製造方法について添付の図面を参照して詳細に説明する。先ず、図１に示すように、例えば、板厚が０．６ｍｍのＳｉウエハ上に膜厚が４５００Åの熱酸化膜が形成されてなる基板１の上に基板１を加熱しないスパッタにより、例えば、膜厚が１０００ÅのＰｔからなる下部電極２を形成する。次に、下部電極２の上に例えば、ゾルゲルスピンコート法により膜厚が２０００ÅのＰｂＴｉＯ3に５％のＬｉを含有させた組成を有する誘電体薄膜３を形成し、アニール温度を７００℃として１時間電気炉でアニールを行う。次に、例えば、加熱しないスパッタにより膜厚が１０００ÅのＰｔからなる上部電極４を誘電体薄膜３の上面に形成する。これにより、コンデンサ５が形成される。
【００１６】
本実施例においては、ＰｂxＴｉＯ3及びＬｉを含有する誘電体薄膜３に対してｘの値が０．９を超え１．３未満とし、誘電体薄膜の膜厚を５０００Å以下とし、Ｌｉの含有量をＰｂxＴｉＯ3に対して０．００１乃至２０モル％とすることにより、単結晶基板又は特殊な製膜方法を使用することなく低コストで膜厚が０．５μｍ以下であっても誘電率を高くすることができる。また、この誘電体薄膜３をキャパシタ絶縁膜として利用することにより、膜厚が０．５μｍ以下であっても誘電率が高いコンデンサを得ることができる。
【００１７】
また、本実施例においては、上部電極４又は下部電極２は少なくとも一方が膜厚が２００乃至３０００ÅのＰｔ又はＩｒからなるものとすることができる。
【００１８】
以下、本発明の誘電体薄膜及びコンデンサの数値限定理由について説明する。
【００１９】
ＰｂxＴｉＯ3：ｘの値が０．９を超え１．３未満
ＰｂxＴｉＯ3においては、ｘの値が０．９以下ではＰｂが不足し自発分極が低くなりやすい。一方、ｘの値が１．３以上では、余剰なＰｂによりリーク電流が増大しやすい。従って、ｘの値は０．９を超え１．３未満とする。
【００２０】
誘電体薄膜の膜厚：５０００Å以下
誘電体薄膜の膜厚が５０００Åを超えると微細加工する際に問題が生じる。従って、誘電体薄膜の膜厚は５０００Å以下とする。好ましくは、誘電体薄膜の膜厚は５０乃至３０００Åである。
【００２１】
Ｌｉの含有量：ＰｂxＴｉＯ3に対して０．００１乃至２０モル％
ＰｂxＴｉＯ3に対してＬｉを含有させると、１μｍ以下の膜厚でもＰｂxＴｉＯ3の誘電率を低下させない作用がある。このＬｉの含有量がＰｂxＴｉＯ3に対して０．００１モル％以下であると、誘電体薄膜の誘電率が十分な値とならない。一方、Ｌｉの含有量がＰｂxＴｉＯ3に対して２０モル％を超えると、誘電体薄膜の誘電率が低下する。従って、Ｌｉの含有量はＰｂxＴｉＯ3に対して０．００１乃至２０モル％とする。
【００２２】
電極：膜厚が２００乃至３０００ÅのＰｔ又はＩｒ
電極の膜厚が２００Å未満では均一な膜を得にくい。一方、電極の膜厚が３０００Åを超えると微細加工が困難になる。このため、膜厚は２００乃至３０００Åであることが好ましい。また、Ｐｔ又はＩｒは耐熱性が高く、ＰｂxＴｉＯ3のアニール温度（７００℃以上）でＰｂＴｉＯ3と反応せずに成膜できる貴金属であるので好ましい。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係る誘電体薄膜及びコンデンサの実施例について、その特性を比較例と比較して具体的に説明する。
【００２４】
第１実施例
図１に示す構成のコンデンサを表１及び表２に示すような組成及び条件で作製した。これらのコンデンサの誘電率を測定した。なお、誘電率の測定は、インピーダンスアナライザ（ヒューレット・パッカード社製  ＨＰ４２７６）を使用して、１０ｋＨｚで測定を行った。これらの結果を表１及び表２に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【表２】
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【００２７】
上記表１に示すように、本発明の範囲を満足する実施例No.１及び２は誘電体薄膜の膜厚が５０００Å以下であっても、誘電率が１０００以上であった。一方、表２に示すように、比較例No.４は誘電体薄膜にＬｉが含有されていないので、誘電率が１２０と低くなり、誘電率は同じ膜厚である実施例No.１と比較して約１／８であった。
【００２８】
比較例No.５は誘電体薄膜の膜厚が５０００Åと厚いため、誘電率が比較例No.４に比べて３８０と高いものの、誘電率は誘電体薄膜の膜厚が同じである実施例No.２と比較して約１／３であった。
【００２９】
比較例No.６は誘電体薄膜の膜厚が同一である実施例No.１よりも誘電率は１１５０と高いものの基板、下部電極及び誘電体薄膜を夫々結晶方位を制御する必要があると共に、誘電体薄膜をＭＯＣＶＤ法により成膜する必要があるため、製造コストが嵩んだ。
【００３０】
第２実施例
Ｌｉを５モル％添加したＰｂＴｉＯ3及びＰｂＴｉＯ3からなる誘電体薄膜を夫々膜厚を種々変化させて作製した。これらの誘電体薄膜の誘電率を測定した。なお、誘電率の測定は第１実施例と同様にインピーダンスアナライザ（ＨＰ４２７６）を使用して、１０ｋＨｚで行った。これらの結果を表３及び図２に示す。図２は縦軸に誘電率、横軸に膜厚をとり、Ｌｉを５モル％添加したＰｂＴｉＯ3及びＰｂＴｉＯ3の膜厚における誘電率の変化を示すグラフ図である。図２中、◆はＬｉを５モル％添加したＰｂＴｉＯ3（ＰＴＯ＋Ｌｉ５％）を示し、■はＰｂＴｉＯ3（ＰＴＯ）を示し、破線は膜厚が５０００Åの位置を示す。
【００３１】
【表３】
0004218148.tif 000004
【００３２】
上記表３及び図２に示すように、Ｌｉを５モル％添加したＰｂＴｉＯ3は膜厚が１００乃至１００００Åの間で誘電率は半分程度までしか減少しなかった。特に、本発明の範囲である膜厚が５０００Å以下では、誘電率が７００以上であり、従来のものよりも高い誘電率を維持することができた。一方、ＰｂＴｉＯ3は誘電体薄膜の膜厚が５０００Å以下になると、急激に誘電率が減少し、Ｌｉを５モル％添加したＰｂＴｉＯ3に比べて約１／３以下になった。
【００３３】
第３実施例
ＰｂＴｉＯ3にＬｉを０乃至３０ｍｏｌ％添加して誘電体薄膜を作製した。これらの誘電体薄膜についてＰｂＴｉＯ3からなる誘電体薄膜に対するＬｉの含有量による誘電体薄膜の誘電率の変化を測定した。なお、作製した誘電体薄膜は膜厚が２０００Åである。また、誘電率の測定は第１実施例と同様にインピーダンスアナライザ（ＨＰ４２７６）を使用して、１０ｋＨｚで行った。この結果を表４及び図３に示す。図３は縦軸に誘電率、横軸にＬｉの添加量をとり、誘電体薄膜の膜厚が２０００ÅのときのＬｉの含有量における誘電率の変化を示すグラフ図である。
【００３４】
【表４】
0004218148.tif 000005
【００３５】
上記表４及び図３に示すように、本発明の範囲に入るＬｉ含有量が０．００１モル％乃至２０モル％である誘電体薄膜は、いずれも誘電率が高かった。一方、Ｌｉ含有量が０及び０．０００５モル％である誘電体薄膜は、Ｌｉ含有量が本発明の範囲未満であるため誘電率が低かった。また、Ｌｉ含有量が３０モル％である誘電体薄膜は、Ｌｉ含有量が本発明の範囲を超えるため誘電率が低下した。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ＰｂxＴｉＯ3及びＬｉを含有する組成を有する誘電体薄膜において、ｘの値を０．９を超え１．３未満とし、誘電体薄膜の膜厚を５０００Å以下とし、Ｌｉの含有量をＰｂxＴｉＯ3に対して０．００１乃至２０モル％とすることにより、単結晶基板又は特殊な製膜方法を使用することなく低コストで膜厚が０．５μｍ以下の誘電率が高い誘電体薄膜及びコンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例に係るコンデンサを示す断面図である。
【図２】  縦軸に誘電率、横軸に膜厚をとり、Ｌｉを５モル％添加したＰｂＴｉＯ3及びＰｂＴｉＯ3の膜厚における誘電率の変化を示すグラフ図である。
【図３】  縦軸に誘電率、横軸にＬｉの添加量をとり、誘電体薄膜の膜厚が２０００ÅのときのＬｉの含有量における誘電率の変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１；基板、  ２；下部電極、  ３；誘電体薄膜、  ４；上部電極、  ５；コンデンサ
【図１】
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【図２】
0004218148.tif 000007
【図３】
0004218148.tif 000008