[发明专利]薄膜电容器的制造方法以及由该方法获得的薄膜电容器

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造具有优异的漏泄电流特性和介电击穿电压(dielectric breakdown voltage)特性的薄膜电容器的方法。更具体而言，本发明涉及用于制造具有以上优异特性的薄膜电容器的方法，其中在薄膜电容器的制造过程中小丘(hillock)的形成得以抑制，从而防止了由小丘产生所引起的介电击穿电压的劣化和漏泄电流密度的增加。

背景技术

电子装置如动态随机存取存储器（DRAM）、铁电随机存取存储器（FeRAM）、RF电路等具有电容器。但是，近年来对于更高一体化和小型化的装置的需求已导致在装置中由电容器所占用的区域相应减小。电容器具有包括上电极、下电极和夹在两个电极之间的电介质层(dielectric layer)的基本结构。电容器的静电电容与电极的表面积和电介质层的介电常数成正比，并且另一方面，与两个电极之间的距离成反比，也就是说，与电介质层的厚度等成反比。由于电介质层的厚度存在限制，因而为了在有限占用的区域中保存高静电电容，就必须在电介质层中使用具有更高介电常数的电介质材料。

为此，与包括SiO₂、Si₃N₄等在内的具有低介电常数的常规材料形成对照，关注点已集中在由包括钛酸锶（“SrTiO₃”）、钛酸锶钡（下文中称作“BST”）、锆钛酸铅（下文中称作“PZT”）等的钙钛矿氧化物形成的电介质薄膜(dielectric thin film)上。此外，形成电介质薄膜的方法除了物理气相沉积方法如真空蒸镀方法、溅射方法、激光烧蚀方法等，和化学气相沉积方法如金属有机化学气相沉积（MOCVD）等之外，还包括化学溶液方法如溶胶-凝胶方法等（例如，参见日本未经审查的专利申请，第一次公布No.S60-236404（第6页，右上栏第10行至左下栏，第3行））。特别地，溶胶-凝胶方法由于与CVD方法、溅射方法等相比不需要真空过程而具有便于以低制造成本形成在衬底的大表面区域的优势。而且，由于用于形成电介质薄膜的组合物的组分改变除了能够获得极薄的电介质薄膜外，还便于膜中能够具有理论比的组合物，因而期望提供一种用于形成大容量薄膜电容器的生产方法。

然而，在该薄膜电容器的领域中，存在尚未解决的问题，关于例如介电击穿电压特性和漏泄电流特性劣化的问题，所述劣化被认为是由制造过程中的高温煅烧造成的。例如，薄膜电容器是通过如下所述的一般制造方法来制造的。首先，在具有绝缘膜如SiO₂膜等的衬底上形成粘合层。然后使用例如贵金属如Pt等的原料在所述粘合层上形成下电极。其后将用于薄膜形成的组合物涂覆在所得到的下电极上并使之干燥。在涂层形成后，通过具有涂层的衬底的煅烧和结晶化形成电介质薄膜，并且在所得到的电介质薄膜上形成上电极。

在上述制造方法中，特别地，在电介质薄膜的成膜过程中用于结晶化的煅烧温度达到高于800℃的温度。其结果是，由于高温煅烧所引起的下电极的劣化或膜的迅速收缩，电介质薄膜上产生微小裂缝或气泡，结果，导致介电击穿电压特性和漏泄电流特性的劣化。为了避免与高温煅烧有关的这些类型的缺点，披露了一种技术，其采用比常规技术低的煅烧温度来成膜电介质薄膜（例如，参见日本专利公报No.3146961（权利要求1、权利要求3和段[0015]）以及日本专利公报No.3129175（权利要求1、权利要求2和段[0017]）。这些技术通过向用于薄膜形成用组合物中添加除了主组分如Ba、Sr、Ti等之外的预定比例的Si组分，采用约450℃至800℃的较低温度来实施成膜。

应用以上类型的高温热处理会产生以下问题，如在电介质薄膜和下电极（在下电极面上）之间的界面上产生称作“小丘”的与下电极的厚度大致相同的的半球形突起。这些小丘以与电介质薄膜中产生的裂缝或气泡相同的方式导致介电击穿电压特性和漏泄电流特性的劣化。当产生小丘时，在那一位置的电介质薄膜的膜厚与其他部分相比是极薄的，并且电介质薄膜的膜厚因此缺乏均一性。从而，在形成电容器时，漏泄电流在上电极和下电极之间也增加，而介电击穿电压也劣化。

但是，在薄膜电容器的制造方法中，除了煅烧以使涂层结晶之外，通过使用预定温度的退火过程也改善了粘合层和下电极之间的粘合特性，所述退火过程是在形成粘合层的过程中或者在形成下电极之后以及在涂覆用于形成薄膜的组合物之前进行的（例如，参见日本未经审查的专利申请，第一次公布No.2008-227115（段[0024]，段[0027]）。

发明内容