[發明專利]薄膜電容器的制造方法及通過該方法得到的薄膜電容器

在審

• 申請號: 201210001807.8
• 申請日: 2012-01-05
• 公開（公告）號: CN103198923A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 櫻井英章;渡邊敏昭;曽山信幸
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: H01G4/33
• 分類號: H01G4/33;H01G4/12
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 陳萬青;王珍仙

技術領域

本發明涉及一種制造泄漏電流特性及絕緣耐壓特性優異的薄膜電容器的方法。進一步詳細而言，涉及一種如下方法，即通過抑制在薄膜電容器的制造工序中發生的小丘(hillock)，并防止由此引起的泄漏電流密度的上升及絕緣耐壓的下降，從而制造這些各種特性優異的薄膜電容器的方法。

背景技術

DRAM(Dynamic?Random?Access?Memory)、FeRAM(Ferroelectric?Random?Access?Memory)、RF電路等電子器件具備發揮作為電容器(condenser)的作用的電容器，但是隨著近幾年對器件的小型化或高集成化的要求，電容器能夠在器件內占有的面積也趨于更窄。電容器具有上部電極、下部電極及在該兩個電極之間挾持介電層的基本結構，電容器持有的靜電容量與介電層的相對介電常數和電極的表面積成比例，另一方面，與兩個電極間距離，即介電層等的厚度成反比例。由于限制介電層的厚度是有限的，因此為了在有限的占有面積中確保較高的靜電容量，需對介電層使用相對介電常數更高的介電材料。

因此，代替以往使用SiO₂、Si₃N₄等的低介電常數的材料，由鈦酸鍶(SrTiO₃)、鈦酸鍶鋇(以下稱為“BST”)、鈦酸鉛(以下稱為“PT”)、鋯鈦酸鉛(以下稱為“PZT”)、添加第三種成分的鋯鈦酸鉛(以下稱為“三元系PZT”)、添加鑭的鋯鈦酸鉛(以下稱為“PLZT”)等鈣鈦礦型氧化物形成的介電薄膜受到關注。并且，作為形成介電薄膜的方法，除了使用真空蒸鍍法、濺射法、激光燒蝕法等物理氣相沉積法和CVD(Chemical?Vapor?Deposition)法等化學氣相沉積法之外，還可以使用溶膠-凝膠法等化學溶液法(例如參考專利文獻1)。尤其與CVD法或濺射法等相比，溶膠-凝膠法無需真空工藝，所以具有制造成本也較低且還輕松地在面積較廣的基板上形成之類的優點。而且，通過改變用于形成介電薄膜的溶液材料中的組成，可輕松地將膜中的組成設為理論比率，且可得到極薄的介電薄膜，因此可以作為形成大容量的薄膜電容器的方法期待。

薄膜電容器通過如下示出的常用制造方法制造。首先，如圖1所示，在具有SiO₂膜等絕緣體膜12的基板11上形成粘附層13。接著，在該粘附層13上形成以Pt等貴金屬為原料的下部電極14。接著，在所形成的下部電極14上形成介電薄膜16，但在通過上述溶膠-凝膠法形成介電薄膜16時，首先進行用于形成薄膜的溶液材料的制備。并且，將所制備的薄膜形成用溶液材料涂布于下部電極14上并干燥，形成涂膜之后，燒成具有該涂膜的基板11并使涂膜結晶化，從而形成介電薄膜16。使用與下部電極14相同的材料在形成的介電薄膜16上形成上部電極17。

在上述薄膜電容器的各制造工序中，尤其可以認為最影響制造后的薄膜電容器所具備的各種特性的是介電薄膜的成膜工藝，盛行嘗試改進薄膜形成用溶液材料或燒成溫度等成膜條件。例如，有時因溶液材料的制備工序中不均勻的生成反應、水解反應或縮合反應等而導致成膜后的PZT薄膜的膜質或剩余極化等電氣特性變得不充分。為了解除這種不良情況而公開了如下鐵電膜形成方法，即弄清在溶膠-凝膠溶液，即薄膜形成用溶液材料的制備過程中產生的復雜的反應，并改善制備工序的處理條件，由此可形成顯示優異的膜質及電氣特性的鐵電膜的方法(例如參考專利文獻2)。該形成方法中，在進行雙醇鹽的水解和縮合反應來促進金屬氧化物(雙醇鹽)的高分子化的以往的溶膠-凝膠溶液的制備方法中，通過確立新的制備工序來均勻地進行反應，從而良好地促進金屬氧化物(雙醇鹽)的高分子化。并且，在該專利文獻2中，尤其作為提高薄膜電容器的泄漏電流特性的方法公開了如下方法，即在制備該溶膠-凝膠溶液時，進一步添加如鑭、鈮、鐵之類的第4金屬元素的方法。

并且，公開了通過將由Pb_1-XLa_X(Zr_YTi_1-Y)_1-X/4O₃(式中，0≤X＜1，0≤Y≤1)所示的含鉛化合物構成的鐵電薄膜中除上述構成金屬的同族元素之外的金屬雜質的總含量設為不到1ppm來實現外加5V時的泄漏電流密度不到10^-8A/cm²的超高純度鐵電薄膜(例如參考專利文獻3)。