[發明專利]薄膜電容器的制造方法以及由該方法獲得的薄膜電容器

有效

• 申請號: 201110178384.2
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102315025A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 櫻井英章;渡邊敏昭;曾山信幸;G.古伊干
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社;意法半導體公司
• 主分類號: H01G4/33
• 分類號: H01G4/33;H01G4/06;H01G4/14;H01G4/005
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 呂彩霞;艾尼瓦爾

技術領域

本發明涉及用于制造具有優異的漏泄電流特性和介電擊穿電壓(dielectric?breakdown?voltage)特性的薄膜電容器的方法。更具體而言，本發明涉及用于制造具有以上優異特性的薄膜電容器的方法，其中在薄膜電容器的制造過程中小丘(hillock)的形成得以抑制，從而防止了由小丘產生所引起的介電擊穿電壓的劣化和漏泄電流密度的增加。

背景技術

電子裝置如動態隨機存取存儲器（DRAM）、鐵電隨機存取存儲器（FeRAM）、RF電路等具有電容器。但是，近年來對于更高一體化和小型化的裝置的需求已導致在裝置中由電容器所占用的區域相應減小。電容器具有包括上電極、下電極和夾在兩個電極之間的電介質層(dielectric?layer)的基本結構。電容器的靜電電容與電極的表面積和電介質層的介電常數成正比，并且另一方面，與兩個電極之間的距離成反比，也就是說，與電介質層的厚度等成反比。由于電介質層的厚度存在限制，因而為了在有限占用的區域中保存高靜電電容，就必須在電介質層中使用具有更高介電常數的電介質材料。

為此，與包括SiO₂、Si₃N₄等在內的具有低介電常數的常規材料形成對照，關注點已集中在由包括鈦酸鍶（“SrTiO₃”）、鈦酸鍶鋇（下文中稱作“BST”）、鋯鈦酸鉛（下文中稱作“PZT”）等的鈣鈦礦氧化物形成的電介質薄膜(dielectric?thin?film)上。此外，形成電介質薄膜的方法除了物理氣相沉積方法如真空蒸鍍方法、濺射方法、激光燒蝕方法等，和化學氣相沉積方法如金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）等之外，還包括化學溶液方法如溶膠-凝膠方法等（例如，參見日本未經審查的專利申請，第一次公布No.S60-236404（第6頁，右上欄第10行至左下欄，第3行））。特別地，溶膠-凝膠方法由于與CVD方法、濺射方法等相比不需要真空過程而具有便于以低制造成本形成在襯底的大表面區域的優勢。而且，由于用于形成電介質薄膜的組合物的組分改變除了能夠獲得極薄的電介質薄膜外，還便于膜中能夠具有理論比的組合物，因而期望提供一種用于形成大容量薄膜電容器的生產方法。

然而，在該薄膜電容器的領域中，存在尚未解決的問題，關于例如介電擊穿電壓特性和漏泄電流特性劣化的問題，所述劣化被認為是由制造過程中的高溫煅燒造成的。例如，薄膜電容器是通過如下所述的一般制造方法來制造的。首先，在具有絕緣膜如SiO₂膜等的襯底上形成粘合層。然后使用例如貴金屬如Pt等的原料在所述粘合層上形成下電極。其后將用于薄膜形成的組合物涂覆在所得到的下電極上并使之干燥。在涂層形成后，通過具有涂層的襯底的煅燒和結晶化形成電介質薄膜，并且在所得到的電介質薄膜上形成上電極。

在上述制造方法中，特別地，在電介質薄膜的成膜過程中用于結晶化的煅燒溫度達到高于800℃的溫度。其結果是，由于高溫煅燒所引起的下電極的劣化或膜的迅速收縮，電介質薄膜上產生微小裂縫或氣泡，結果，導致介電擊穿電壓特性和漏泄電流特性的劣化。為了避免與高溫煅燒有關的這些類型的缺點，披露了一種技術，其采用比常規技術低的煅燒溫度來成膜電介質薄膜（例如，參見日本專利公報No.3146961（權利要求1、權利要求3和段[0015]）以及日本專利公報No.3129175（權利要求1、權利要求2和段[0017]）。這些技術通過向用于薄膜形成用組合物中添加除了主組分如Ba、Sr、Ti等之外的預定比例的Si組分，采用約450℃至800℃的較低溫度來實施成膜。

應用以上類型的高溫熱處理會產生以下問題，如在電介質薄膜和下電極（在下電極面上）之間的界面上產生稱作“小丘”的與下電極的厚度大致相同的的半球形突起。這些小丘以與電介質薄膜中產生的裂縫或氣泡相同的方式導致介電擊穿電壓特性和漏泄電流特性的劣化。當產生小丘時，在那一位置的電介質薄膜的膜厚與其他部分相比是極薄的，并且電介質薄膜的膜厚因此缺乏均一性。從而，在形成電容器時，漏泄電流在上電極和下電極之間也增加，而介電擊穿電壓也劣化。

但是，在薄膜電容器的制造方法中，除了煅燒以使涂層結晶之外，通過使用預定溫度的退火過程也改善了粘合層和下電極之間的粘合特性，所述退火過程是在形成粘合層的過程中或者在形成下電極之后以及在涂覆用于形成薄膜的組合物之前進行的（例如，參見日本未經審查的專利申請，第一次公布No.2008-227115（段[0024]，段[0027]）。

發明內容