[发明专利]薄膜电容器的制造方法及通过该方法得到的薄膜电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造泄漏电流特性及绝缘耐压特性优异的薄膜电容器的方法。进一步详细而言，涉及一种如下方法，即通过抑制在薄膜电容器的制造工序中发生的小丘(hillock)，并防止由此引起的泄漏电流密度的上升及绝缘耐压的下降，从而制造这些各种特性优异的薄膜电容器的方法。

背景技术

DRAM(Dynamic Random Access Memory)、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)、RF电路等电子器件具备发挥作为电容器(condenser)的作用的电容器，但是随着近几年对器件的小型化或高集成化的要求，电容器能够在器件内占有的面积也趋于更窄。电容器具有上部电极、下部电极及在该两个电极之间挟持介电层的基本结构，电容器持有的静电容量与介电层的相对介电常数和电极的表面积成比例，另一方面，与两个电极间距离，即介电层等的厚度成反比例。由于限制介电层的厚度是有限的，因此为了在有限的占有面积中确保较高的静电容量，需对介电层使用相对介电常数更高的介电材料。

因此，代替以往使用SiO₂、Si₃N₄等的低介电常数的材料，由钛酸锶(SrTiO₃)、钛酸锶钡(以下称为“BST”)、钛酸铅(以下称为“PT”)、锆钛酸铅(以下称为“PZT”)、添加第三种成分的锆钛酸铅(以下称为“三元系PZT”)、添加镧的锆钛酸铅(以下称为“PLZT”)等钙钛矿型氧化物形成的介电薄膜受到关注。并且，作为形成介电薄膜的方法，除了使用真空蒸镀法、溅射法、激光烧蚀法等物理气相沉积法和CVD(Chemical Vapor Deposition)法等化学气相沉积法之外，还可以使用溶胶-凝胶法等化学溶液法(例如参考专利文献1)。尤其与CVD法或溅射法等相比，溶胶-凝胶法无需真空工艺，所以具有制造成本也较低且还轻松地在面积较广的基板上形成之类的优点。而且，通过改变用于形成介电薄膜的溶液材料中的组成，可轻松地将膜中的组成设为理论比率，且可得到极薄的介电薄膜，因此可以作为形成大容量的薄膜电容器的方法期待。

薄膜电容器通过如下示出的常用制造方法制造。首先，如图1所示，在具有SiO₂膜等绝缘体膜12的基板11上形成粘附层13。接着，在该粘附层13上形成以Pt等贵金属为原料的下部电极14。接着，在所形成的下部电极14上形成介电薄膜16，但在通过上述溶胶-凝胶法形成介电薄膜16时，首先进行用于形成薄膜的溶液材料的制备。并且，将所制备的薄膜形成用溶液材料涂布于下部电极14上并干燥，形成涂膜之后，烧成具有该涂膜的基板11并使涂膜结晶化，从而形成介电薄膜16。使用与下部电极14相同的材料在形成的介电薄膜16上形成上部电极17。

在上述薄膜电容器的各制造工序中，尤其可以认为最影响制造后的薄膜电容器所具备的各种特性的是介电薄膜的成膜工艺，盛行尝试改进薄膜形成用溶液材料或烧成温度等成膜条件。例如，有时因溶液材料的制备工序中不均匀的生成反应、水解反应或缩合反应等而导致成膜后的PZT薄膜的膜质或剩余极化等电气特性变得不充分。为了解除这种不良情况而公开了如下铁电膜形成方法，即弄清在溶胶-凝胶溶液，即薄膜形成用溶液材料的制备过程中产生的复杂的反应，并改善制备工序的处理条件，由此可形成显示优异的膜质及电气特性的铁电膜的方法(例如参考专利文献2)。该形成方法中，在进行双醇盐的水解和缩合反应来促进金属氧化物(双醇盐)的高分子化的以往的溶胶-凝胶溶液的制备方法中，通过确立新的制备工序来均匀地进行反应，从而良好地促进金属氧化物(双醇盐)的高分子化。并且，在该专利文献2中，尤其作为提高薄膜电容器的泄漏电流特性的方法公开了如下方法，即在制备该溶胶-凝胶溶液时，进一步添加如镧、铌、铁之类的第4金属元素的方法。

并且，公开了通过将由Pb_1-XLa_X(Zr_YTi_1-Y)_1-X/4O₃(式中，0≤X＜1，0≤Y≤1)所示的含铅化合物构成的铁电薄膜中除上述构成金属的同族元素之外的金属杂质的总含量设为不到1ppm来实现外加5V时的泄漏电流密度不到10^-8A/cm²的超高纯度铁电薄膜(例如参考专利文献3)。