DE69014027T2

DE69014027T2 - Dünnfilmkondensatoren und deren Herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE69014027T2
Application number: DE69014027T
Authority: DE
Inventors: Shogo Matsubara; Yoichi Miyasaka
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2010-08-31
Also published as: EP0415750A1; DE69014027D1; US5122923A; EP0415750B1

Description

Die Erfindung betrifft Dünnschichtkondensatoren, insbesondere solche, die als Schaltungskomponenten von ICs und LSIs dienen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung dieser Dünnschichtkondensatoren.
Mit der Entwicklung der Technik der integrierten Schaltungen sind elektronische Schaltungen mehr und mehr miniaturisiert worden, und andererseits ist die Miniaturisierung von für Schaltungskomponenten für verschiedene elektronische Schaltungen wichtigen Kondensatoren ein immer wichtigeres Problem geworden. Aktive Komponenten wie Transistoren werden rasch miniaturisiert; die Miniaturisierung von Dünnschichtkondensatoren mit einer dielektrischen Schicht eines dünnen Films, die auf dem gleichen Substrat zum Zusammenwirken mit aktiven Komponenten ausgebildet werden, ist jedoch soweit zurückgefallen, daß sie zu einem wichtigen Hindernis bei der Herstellung von mehr LSI- oder VLSI- Formen geworden ist. Dies liegt daran, daß bei der bisherigen Verwendung als Material für dielektrische dünne Folien nur Materialien mit zu einer Dielektrizitätskonstante bis höchstens 10 verwendet wurden, wie SiO&sub2; und Si&sub3;N&sub4;, und es daher für die Miniaturisierung von Dünnschichtkondensatoren erforderlich ist, dielektrische dünne Folien mit großen Dielektrizitätskonstanten zu entwickeln. Von unter Ferroelektrika der chemischen Formel ABO&sub3; fallenden Oxiden, stehen Perowskitoxide wie BaTiO&sub3;, SrTiO&sub3; und PbZrO&sub3;, Ilmenitoxide wie LiNBO&sub3;, oder Bi&sub4;Ti&sub3;O&sub1;&sub2; nicht nur als solche zur Verfügung, sondern auch als feste Lösungen derselben in Form von Einkristallen oder Keramik. Von diesen Oxiden ist bekannt, daß sie Dielektrizitätskonstanten im Bereich von 100 bis zu 10000 aufweisen und in breitem Umfang als Keramikkondensatoren verwendet werden können. Die Bildung von dünnen Folien aus diesen Materialien ist für die Miniaturisierung von Dünnschichtkondensatoren bemerkenswert effektiv, und Ansätze hierzu sind seit recht langer Zeit durchgeführt worden. Beispiele, die zu relativ guten Eigenschaften führten, sind insbesondere in einer Veröffentlichung (Processing of the IEEE Vol. 59 (10), 1440-1447) wie folgt beschrieben worden: dünne Filme von BaTiO&sub3;, gebildet durch Sputtern und anschließende Wärmebehandlung, zeigten Dielektrizitätskonstanten im Bereich von 16 (bei der Ausbildung bei Umgebungstemperatur) und 1900 (bei der Ausbildung durch Wärmebehandlung bei 1200ºC).
Für die Bildung der üblichen dielektrischen dünnen Schichten, z. B. die obenerwähnten aus BaTiO&sub3;, mit den hohen Dielektrizitätskonstanten ist eine Hochtemperaturbehandlung erforderlich. Diese kann daher nicht auf der Oberfläche der unteren Elektrode erfolgen, die ein Strukturelement des Dünnschichtkondensators ist, es sei denn, die untere Elektrode besteht aus einem Edelmetall mit einem hohen Schmelzpunkt wie Platin oder Palladium. Wenn man versucht, sie aus üblichen Elektrodenmaterialien wie Aluminium, Nickel/Chrom oder Kupfer herzustellen, erleiden diese bei hohen Temperaturen eine Verdampfung und Wechselwirkung mit der dielektrischen Folie; dies führt zu einem merklichen Abfall der Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Folie. Selbst bei der Herstellung aus einem Edelmetall mit hohem Schmelzpunkt, Platin oder Palladium, kann die Ausbildung von dielektrischen dünnen Filmen bei 300ºC oder höheren Temperaturen der Oberfläche der Elektrode in Folge von Umkristallisationen eine rauhe Textur verleihen. Die auf einer derartigen Elektrode ausgebildetete dielektrische Folienschicht weist eine ungleichmäßige Dicke auf, und bei dem Anlegen einer Spannung wird die geringere Dicke durch das stärke elektrische Feld beeinflußt. Dies stellt ein Problem der Eigenschaften hinsichtlich des dielektrischen Durchschlags dar.
Für LSIs oder VLSIs gegenwärtig in breitem Umfang verwendete Elektrodenmaterialien sind polykristallines Silizium oder eine Siliziumschicht mit niedrigem Widerstand, ausgebildet durch Zugabe einer Verunreinigung mit einem hohen Dotierungsniveau zu einem Teil eines Siliziumsubstrats. Diese Elektroden werden im folgenden gemeinsam als "Siliziumelektroden" bezeichnet.
Siliziumelektroden, für die es bereits ausgefeilte Verarbeitungsmethoden gibt, werden in breitem Umfang verwendet, und wenn nur eine gute dünne Folie mit einer hohen Dielektrizitätskonstante auf einer Siliziumelektrode ausgebildet werden kann, könnte dies auf die Herstellung von IC-Kondensatoren übertragen werden. Im Stand der Technik ist jedoch angegeben, z. B. in einer Veröffentlichung über SrTiO&sub3; (IBM Journal of Research and Developement, November 1969, Seiten 686-695), Seite 687-688, daß sich bei der Ausbildung einer dünnen Folie aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante auf einer Siliziumelektrode unvermeidlich eine Schicht mit einer Dicke von etwa 100 Å an der zwischen diesen bestehenden Grenzfläche bildet, die Siliziumdioxid (SiO&sub2;) entspricht. Wegen seiner niedrigen Dielektrizitätskonstante trägt diese Grenzschicht zu einem merklichen Abfall der tatsächlichen Dielektrizitätskonstante der Folie mit hoher Dielektrizitätskonstante bei und macht damit den Vorteil der Verwendung von Material mit hoher Dielektrizitätskonstante im wesentlichen zunichte. Es gibt einen ähnlichen Bericht für BaTiO&sub3; (Journal of Vacuum Science and Technology, Band 16(2), 315-318, insbesondere Seite 316).
Die Erfindung ist daher auf Dünnschichtkondensatoren gerichtet, die aus Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante, typischerweise z. B. BaTiO&sub3; oder SrTiO&sub3;, hergestellt werden und die daher hohe Kapazitätsdichten und gute Isoliereigenschaften aufweisen und als Komponenten für Silizium-ICs geeignet sind.
Die Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung der Dünnschichtkondensatoren gemäß der Erfindung gerichtet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Dünnschichtkondensator erhalten, der eine erste Elektrodenschicht, welche im wesentlichen aus einem Mitglied besteht, das aus der von Ruthenium, Rutheniumoxid, Rutheniumsilicid, Rhenium, Rheniumoxid, Rheniumsilicid, Osmium, Osmiumoxid, Osmiumsilicid, Rhodium, Rhodiumoxid, Rhodiumsilicid, Iridium, Iridiumoxid und Iridiumsilicid gebildeten Gruppe ausgewählt ist, eine dielektrische Schicht, die in wesentlichen aus einem oxidischen ferroelektrischen Material, ausgebildet auf der ersten Elektrodenschicht, und eine auf der dielektrischen Schicht ausgebildete zweite Elektrodenschicht umfaßt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtkondensatoren bereitgestellt, das folgende Schritte umfaßt: Ausbildung einer dielektrischen Schicht, die im wesentlichen aus einem oxidischen, ferroelektrischen Material besteht, auf einer ersten Elektrodenschicht, wobei die erste Elektrodenschicht im wesentlichen aus einem Mitglied besteht, das aus der von Ruthenium, Rutheniumoxid, Rutheniumsilicid, Rhenium, Rheniumoxid, Rheniumsilicid, Osmium, Osmiumoxid, Osmiumsilicid, Rhodium, Rhodiumoxid, Rhodiumsilicid, Iridium, Iridiumoxid und Iridiumsilicid gebildeten Gruppe ausgewählt ist, und Ausbildung einer zweiten Elektrodenschicht auf der genannten dielektrischen Schicht.
Geeignete oxidische Ferroelektrika zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Perowskit-Oxide, Ilmenit-Oxide und Bi&sub4;Ti&sub3;O&sub1;&sub2;. Bevorzugte Beispiele für Perowskit-Oxide sind BaTiO&sub3;, SrTiO&sub3;, PbTiO&sub3;, PbZrO&sub3; und feste Lösungen derselben. Bevorzugte Beispiele für Ilmenit-Oxide sind LiNBO&sub3;, LiTiO&sub3; und feste Lösungen derselben.
Als zweite Elektrode wird bevorzugt Aluminium verwendet.
Außerdem kann eine dritte Elektrodenschicht, hergestellt aus polykristallinem Silizium, unter der ersten Elektrodenschicht angeordnet werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist dadurch begründet, daß Dünnschichtkondensatoren zur Verfügung gestellt werden, die eine hohe Dielektrizitätskonstante und gute Isolatoreigenschaften aufweisen, indem man die erste Elektrodenschicht des Dünnschichtkondensators aus Ruthenium und dergleichen herstellt, das niemals der Oberflächenaufrauhung durch eine Hochtemperaturbehandlung ausgesetzt wurde. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein Dünnschichtkondensator mit einer gleichmäßigen hohen Dielektrizitätskonstante hergestellt werden kann, unabhängig von der Dicke der auf einem Siliziumsubstrat herzustellenden dielektrischen Schicht, und zwar Dank des Umstandes, daß anders als bei üblichen Siliziumelektroden sich keine Siliziumoxidschicht mit niedriger Dielektrizitätskonstante an der Grenzfläche mit der dielektrischen Schicht ausbildet.
Die obigen Vorziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlich aus der folgenden genaueren Beschreibung, die lediglich beispielhaft zu verstehen ist, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, die folgendes zeigen:
Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Dünnschichtkondensators, die die erste und zweite Ausführungsform (Beispiele 1 und 2) der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2(a) und 2(b) sowie Fig. 3(a) und 3(b) sind Histogramme der dielektrischen Stärke aus den Ergebnissen der Beispiele 1 bzw. 2;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines anderen Dünnschichtkondensators, der die dritte und vierte Ausführungsform (Beispiele 3 und 4) der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines weiteren Dünnschichtkondensators, die die fünfte Ausführungsform (Beispiel 5) der vorliegenden Erfindung erläutert; und
Fig. 6 ist ein Diagramm der sechsten Ausführungsform (Beispiel 6) gemäß der Erfindung und zeigt die Abhängigkeit zwischen der Dielektrizitätskonstante und der Schichtdicke.

Beispiel 1.

Bezugnehmend auf Fig. 1, die die Struktur des Dünnschichtkondensators gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert, sind ein Siliziumsubstrat 1, eine isolierende Siliziumoxidschicht 2, eine untere Elektrode 3, eine dielektrische Schicht aus BaTiO&sub3; und eine obere Elektrode 5 aus einer Aluminiumschicht in dieser Reihenfolge von unten nach oben übereinandergesetzt.
In dem ersten Herstellungsschritt wurde die Siliziumoxidschicht 2 mit einer Dicke von 1um auf der Oberfläche eines Silizium-Einzelkristalls mittels der Naßoxidationstechnik ausgebildet. Die thermische Oxidation wurde bei 1100ºC in einer Atmosphäre durchgeführt, in der ein Verhältnis der Durchflußmenge von Sauerstoffgas zu Wasserstoffgas von 1:1 eingehalten wurde. Die untere Elektrodenschicht 3 mit einer Dicke von 0,5 um wurde durch eine DC-Magnetron-Sputtertechnik ausgebildet, und zwar unter Verwendung eines Targets aus gesintertem Ru oder RuSi&sub2; unter den folgenden Bedingungen: Atmosphäre aus Ar-Gas oder einem Gasgemisch aus Ar und O&sub2;, 4 x 10&supmin;³ Torr, und einer Substrattemperatur von 100ºC. Die BaTiO&sub3;-Schicht 4 mit einer Dicke von 0,5 um wurde bei einer Substrattemperatur von 600ºC bei 1 x 10&supmin;² Torr in einem Ar-O&sub2;-Gasgemisch ausgebildet, und zwar unter Verwendung eines Pulvertargets mit stöchiometrischer Zusammensetzung, unter Verwendung einer Hochfrequenz-Magnetron-Sputtertechnik. Die obere Al-Elektrode 3 mit einer Dicke von 0,5 um wurde mittels einer DC-Sputtertechnik ausgebildet. Dieser Kondensator weist eine wirksame Fläche von 3 x 5 mm² auf.
Anschließend werden die Unterschiede der Eigenschaften der BaTiO&sub3;-Schicht als untere Elektrode 3 zwischen einer Palladiumschicht, einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, und gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Schichten beschrieben. Fig. 2(a) zeigt ein Histogramm der dielektrischen Festigkeit der BaTiO&sub3;-Schicht unter Verwendung einer als untere Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Schicht, und Fig. 2(b) zeigt das Entsprechende unter Verwendung einer Pd-Schicht mit einer Dicke von 0,5 um. Hier ist die "dielektrische Festigkeit" als "elektrische Feldstärke, wenn der Strom 1 x 10&supmin;&sup4; A/cm² erreicht" definiert. Es zeigt sich, daß dieses Beispiel eine große Isolatoreigenschaft ergibt: bis zu etwa dem Dreifachen der dielektrischen Durchbruchsfestigkeit, und ohne Dispersion in der Verteilung. Nach dem Entfernen eines Teils der BaTiO&sub3;-Schicht durch Ätzen wurde die Oberflächenrauhigkeit der unteren Elektrode 3 mit einem Oberflächenrauhigkeitstester vom Nadeltyp mit folgenden Ergebnissen bestimmt: durchschnittliche Werte (Ras) waren 50 Å bei Schichten aus Ruthenium oder dergleichen und 380 Å bei Pd-Schichten. Somit erwies sich die Schicht aus Ruthenium oder dergleichen als besser. Zudem war die Oberfläche oder Rauhigkeit der unteren Elektrode etwa 30 Å, jeweils gemessen vor der Ausbildung des BaTiO&sub3;. Dies legt nahe, daß der Unterschied der Isolatoreigenschaften zwischen diesen der Oberflächenrauhigkeit der unteren Elektrode 3 zugeschrieben werden kann, verursacht durch die Hochtemperaturbehandlung für die Ausbildung der BaTiO&sub3;-Schicht. Schichten aus Ruthenium, Rutheniumoxid, Rutheniumsilicid und Stapelstrukturen, die aus diesen bestehen, ergaben ähnliche Effekte als untere Elektrode 3.

Beispiel 2.

Erneut bezugnehmend auf Fig. 1 wurden ein Siliziumsubstrat 1, eine isolierende Siliziumoxidschicht 2, eine untere Elektrode 3, eine dielektrische Schicht 4 aus BaTiO&sub3; und eine obere Elektrode 5 aus einer Aluminiumschicht in der Reihenfolge von unten nach oben übereinandergesetzt.
In dem ersten Arbeitsschritt wurde eine Siliziumoxidschicht 2 mit einer Dicke von 1 um auf der Oberfläche eines Siliziumeinkristalls mittels der Naßoxidationstechnik ausgebildet. Die terminale Oxidation wurde bei 1100ºC in einer Atmosphäre durchgeführt, in der das Verhältnis der Durchf lußmenge von Sauerstoffgas zu Wasserstoffgas bei 1:1 gehalten wurde. Die untere Elektrodenschicht 3 mit einer Dicke von 0,5 um wurde mittels der DC-Magnetron-Sputtertechnik ausgebildet, und zwar unter Verwendung eines Targets aus gesintertem Re oder ReSi&sub2; unter den folgenden Bedingungen: Atmosphäre aus Ar-Gas oder einem Ar-O&sub2;-Gasgemisch, 4 x 10&supmin;³ Torr, und eine Substrattemperatur von 100ºC. Die BaTiO&sub3;-Schicht 4 mit einer Dicke von 0,5 um wurde bei einer Substrattemperatur von 600ºC bei 1 x 10&supmin;² Torr in einem Ar-O&sub2;-Gasgemisch ausgebildet, und zwar unter Verwendung eines Pulvertargets mit stöchiometrischer Zusammensetzung unter Verwendung der Hochfrequenz-Magnetron-Sputtertechnik. Die obere Al-Elektrode 3 mit einer Dicke von 0,5 um wurde mittels der DC- Sputtertechnik ausgebildet. Dieser Kondensator weist eine wirksame Fläche 3 x 5 mm² auf.
Anschließend werden die Unterschiede der Eigenschaften der BaTiO&sub3;-Schicht als untere Elektrode 3 zwischen einer Palladiumschicht, einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, und gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Schichten beschrieben. Fig. 3(a) zeigt ein Histogramm der dielektrischen Festigkeit der BaTiO&sub3;-Schicht unter Verwendung einer gemäß der vorliegenden Erfindung als untere Elektrode ausgebildeten Schicht, und Fig.3(b) zeigt das Entsprechende unter Verwendung einer Pd- Schicht mit einer Dicke von 0,5 um. Im folgenden wird die "dielektrische Festigkeit" als "elektrische Feldstärke, wenn der Strom 1 x 10&supmin;&sup4; A/cm² erreicht" definiert. Dies zeigt, daß diese Beispiel eine hohe Isolatoreigenschaft ergibt; bis zu dem annähernd dreifachen oder darüber bei der dielektrischen Durchbruchsfestigkeit, und ohne Dispersion in der Verteilung.
Nach Entfernung eines Teils der BaTiO&sub3;-Schicht durch Ätzen wurde die Oberflächenrauhigkeit der unteren Elektrode 3 mit einem Oberflächenrauhigkeitstester vom Nadeltyp mit folgenden Ergebnissen bestimmt: Durchschnittswerte (Ras) waren 50 Å bei einer Schicht von Rhenium oder dergleichen, 380 Å bei einer Pd-Schicht. Somit erwies sich die Schicht aus Rhenium oder dergleichen als besser. Außerdem betrug die Oberflächenrauhigkeit der unteren Elektrode 3 jeweils 30 Å, jeweils bestimmt vor Ausbildung des BaTiO&sub3;. Dies legt nahe, daß der Unterschied bezüglich der Isolatoreigenschaft bei beiden der Oberflächenrauhigkeit der unteren Elektrode 3 zugeschrieben werden kann, induziert durch die Hochtemperaturbehandlung für die Ausbildung der BaTiO&sub3;-Schicht. Schichten aus Rhenium, Rheniumoxid, Rheniumsilicid und Stapelstrukturen ergaben ähnliche Effekte als untere Elektrode 3.
Weiterhin können anstelle von Rhenium, Rheniumoxid und Rheniumsilicid, Osmium, Rhodium, Iridium sowie Silicide oder Oxide derselben als Material für die untere Elektrodenschicht mit guten Ergebnissen der dielektrischen Festigkeit der BaTiO&sub3;-Schicht verwendet werden, und zwar mit bis zu dem dreifachen oder mehr als bei der üblichen Pd-Schicht für die untere Elektrode. Die Tabelle 1 faßt verschiedene Materialien mit den jeweiligen dielektrischen Festigkeiten der auf der aus den jeweiligen Materialien hergestellten unteren Elektrode ausgebildeten BaTiO&sub3;-Schicht zusammen. Tabelle 1 Untere Elektrode Dielektrische Festigkeit MV/cm

Beispiel 3.

Bezugnehmend auf Fig. 4, die die Struktur des auszubildenden Dünnschichtkondensators zeigt, wird ein Einkristall-Siliziumsubstrat 6, eine isolierende Siliziumoxid-Schicht 7, eine aus einer polykristallinen Siliziumschicht bestehende untere Elektrode 8, eine Schicht 9 aus Ruthenium, eine dielektrische Schicht 10 aus BaTiO&sub3; sowie eine obere Elektrode 11 aus einer Aluminiumschicht in der Reihenfolge von unten nach oben übereinandergesetzt.
Die polykristalline Siliziumschicht 8 mit einer Dicke von 0,3 um wurde bei 300ºC mittels einer Plasma-CVD-Technik ausgebildet. In diese polykristalline Siliziumschicht 8 wurden Arsenionen injiziert, und zwar bei einer Dosierung von 2 x 10¹&sup6; cm&supmin;² und einer Beschleunigungsspannung von 70 kV, sowie einer Wärmebehandlung bei 900ºC für 20 Minuten, wobei ein Bahnwiderstand von etwa 100 Ω/Fläche erhalten wurde. Die anderen Schichten wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 ausgebildet. In diesem Fall dient die polykristalline Siliziumschicht 8 zur Verbesserung der Adhäsionseigenschaften zwischen der isolierenden Oxidschicht 7 und der unteren Elektrode. Die Ausbildung der Schicht 9 aus Ruthenium auf der polykristallinen Siliziumschicht ermöglicht die Herstellung eines Dünnschichtkondensators mit einer Isolatoreigenschaft, die so gut wie in Beispiel 1 ist.

Beispiel 4.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 4, die die Struktur des auszubildenden Dünnschichtkondensators zeigt, wird ein Einkristall-Siliziumsubstrat 6, eine isolierende Siliziumoxid-Schicht 7, eine aus einer polykristallinen Siliziumschicht bestehende untere Elektrode 8, eine Schicht 9 aus Rhenium, eine dielektrische Schicht aus BaTiO&sub3; und eine obere Elektrode 11 aus einer Aluminiumschicht in der Reihenfolge von unten nach oben aufeinandergesetzt.
Die polykristalline Siliziumschicht 8 mit einer Dicke von 0,3 um wurde bei 300ºC mittels einer Plasma-CVD-Technik ausgebildet. In diese polykristalline Siliziumschicht 8 wurden Arsenionen injiziert, und zwar bei einer Dosierung von 2 x 10¹&sup6; cm&supmin;² und einer Beschleunigungsspannung von 70 kV sowie bei einer Wärmebehandlung bei 900ºC für 20 Minuten wobei ein Bahnwiderstand von etwa 100 Ω/Fläche erhalten wurde. Die anderen Schichten wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 beschrieben ausgebildet.
In diesem Falle dient die polykristalline Siliziumschicht 8 zur Verbesserung der Adhäsionseigenschaften zwischen der Isolatorschicht 7 aus Siliziumoxidund der unteren Elektrode. Die Ausbildung der Schicht 9 aus Ruthenium auf der polykristallinen Siliziumschicht ermöglichte die Herstellung eines Dünnschichtkondensators mit einer Isolatoreigenschaft, die so gut wie in Beispiel 2 war.

Beispiel 5.

Bezugnehmend auf Fig. 5 umfaßt die Struktur des herzustellenden Dünnschichtkondensators ein Einkristall-Siliziumsubstrat 12, mit einer darauf aufgebrachten Region 13 niedrigen Widerstandes, ausgebildet durch Phosphordotierung auf einem niedrigen Niveau, und eine Siliziumoxid-Schicht 14 als isolierende Zwischenschicht, ausgebildet auf der Oberfläche des Substrates und mit zwei Kontaktlöchern versehen, von denen eines mit Ruthenium gefüllt ist, um einen Teil einer unteren Elektrodenschicht 15 auszubilden, und das andere mit einer Aluminiumschicht 16 versehen ist, um einen Pol zu bilden, der über die Region 13 mit niedrigem Widerstand mit der unteren Elektrode 15 verbunden ist. Die untere Elektrodenschicht 15 kann ausgebildet werden, um das Kontaktloch zu füllen und die Siliziumoxid-Schicht 14 zu überlappen. Die Struktur umfaßt weiterhin eine BaTiO&sub3;-Schicht 17 auf der unteren Elektrodenschicht und eine obere Al-Elektrode 18 auf der BaTiO&sub3;-Schicht 17.
In diesem Beispiel ist zur Ermöglichung der Verbindung durch die Region 13 mit niedrigem Widerstand die untere Elektrodenschicht aus Einkristall-Silizium gebildet, und der so aufgebaute Dünnschichtkondensator erwies sich als mit dielektrischen Eigenschaften versehen, die so gut wie in Beispiel 1 war.

Beispiel 6.

Im folgenden wird der Unterschied zwischen der Dielektrizitätskonstante der BaTiO&sub3;-Schicht mit der polykristallinen Siliziumschicht als unterer Elektrode und derjenigen mit einer Schicht gemäß der Erfindung beschrieben. Gegenwärtig wird ein polykristalliner Siliziumfilm allgemein als Elektrodenschicht auf Silizium-LSIs verwendet. Fig. 6 zeigt Kurven, die die Beziehung der BaTiO&sub3;-Schicht zwischen der Dielektrizitätskonstante und der Dicke wiedergeben, wobei die Ergebnisse aufgezeichnet wurden, wenn die untere Elektrode eine Rutheniumsilicid-Schicht gemäß der Erfindung bzw. eine polykristalline Siliziumschicht war. Es zeigt sich, daß die Dielektrizitätskonstante der BiTiO&sub3;-Schicht mit etwa 240 konstant gegen die Dicke derselben ist, d. h. sie ist mit der Schicht gemäß der Erfindung dickenunabhängig, wogegen bei der polykristallinen Siliziumschicht die Dielektrizitätskonstante derselben dickenabhängig ist und kleiner wird, wenn die Dicke abnimmt. Dies legt nahe, wie früher beschrieben wurde, daß eine Siliziumoxid-Schicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante an der Grenzfläche zwischen der BaTiO&sub3;-Schicht und dem polykristallinen Silizium ausgebildet werden kann; dies bedingt eine Verringerung der effektiven Dielektrizitätskonstante des BaTiO&sub3;.
Wie in den Beispielen 3 und 4 kann die untere Elektrode als doppelschichtige Struktur ausgeführt werden, die aus einer Schicht aus Ruthenium oder Rhenium und einer darunterliegenden weiteren Schicht aus polykristallinem Silizium besteht. In dieser Struktur wirkt die polykristalline Siliziumschicht zur Verbesserung der Adhäsion der Schicht, z. B. aus Ruthenium oder Rhenium, mit dem Einkristall-Siliziumsubstrat und mit der Siliziumoxid-Region. Auch unter Berücksichtigung dessen, daß es eine Planarisierungstechnik zum Füllen von Kontaktlöchern mit polykristallinem Siliziumfilm gibt, ist der Vorteil, diese als Teil der unteren Elektrode zu verwenden, groß.
Schließlich liefert die Ausbildung der unteren Elektrode als eine Schicht, die aus mindestens einem Element besteht, das aus der von Ruthenium, Rhenium, Osmium, Rhodium, Iridium sowie Siliciden und Oxiden derselben gebildeten Gruppe ausgewählt ist, wie in dem vorliegenden Beispiel, einen Vorteil bei der Herstellung eines Dünnschichtkondensators mit einer hohen, festliegenden Dielektrizitätskonstante unabhängig von der Dicke der dielektrischen Schicht auf einem Siliziumsubstrat.

Claims

1. Dünnschichtkondensator, enthaltend

eine erste Elektrodenschicht, im wesentlichen bestehend aus einem Mitglied, das aus der von Ruthenium, Rutheniumoxid, Rutheniumsilicid, Rhenium, Rheniumoxid, Rheniumsilicid, Osmium, Osmiumoxid, Osmiumsilicid, Rhodium, Rhodiumoxid, Rhodiumsilicid, Iridium, Iridiumoxid und Iridiumsilicid gebildeten Gruppe ausgewählt ist;

eine dielektrische Schicht, die im wesentlichen aus einem auf der genannten ersten Elektrodenschicht ausgebildeten oxidischen, ferroelektrischen Material besteht; und

eine zweite Elektrodenschicht, die auf der ersten dielektrischen Schicht ausgebildet ist.

2. Dünnschichtkondensator nach Anspruch 1, der weiterhin eine dritte, unter der ersten Elektrodenschicht ausgebildete dritte Elektrodenschicht enthält und im wesentlichen aus polykristallinem Silizium besteht.

3. Dünnschichtkondensator nach Anspruch 1, bei dem das genannte oxidische Ferroelektrikum ein Mitglied ist, das aus der von Oxiden vom Perowskit, Ilmenit-Oxiden und Bi&sub4;Ti&sub3;O&sub1;&sub2; gebildeten Gruppe ausgewählt ist.

4. Dünnschichtkondensator nach Anspruch 1, bei dem das genannte oxidische Ferroelektrikum ein Mitglied ist, das aus der von BaTiO&sub3;, SrTiO&sub3;, PbTiO&sub3;, PbZrO&sub3; und festen Lösungen derselben gebildeten Gruppe ausgewählt ist.

5. Dünnschichtkondensator nach Anspruch 2, bei dem das genannte oxidische Ferroelektrikum ein Mitglied ist, das aus der von Oxiden von Perowskittyp, Ilmenit-Oxiden und Bi&sub4;Ti&sub3;O&sub1;&sub2; gebildeten Gruppe ausgewählt ist.

6. Dünnschichtkondensator nach Anspruch 2, bei dem das genannte oxidische Ferroelektrikum ein Mitglied ist, das aus der von BaTiO&sub3;, SrTiO&sub3;, PbTiO&sub3;, PbZrO&sub3; und festen Lösungen derselben gebildeten Gruppe ausgewählt ist.

7. Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtkondensatoren mit den Schritten:

Ausbildung einer dielektrischen Schicht, die im wesentlichen aus einem oxidischen Ferroelektrikum auf einer ersten Elektrodenschicht besteht, wobei die genannte erste Elektrodenschicht im wesentlichen aus einem Mitglied besteht, das aus der vom Ruthenium, Rutheniumoxid, Rutheniumsilicid, Rhenium, Rheniumoxid, Rheniumsilicid, Osmium, Osmiumoxid, Osmiumsilicid, Rhodium, Rhodiumoxid, Rhodiumsilicid, Iridium, Iridiumoxid und Iridiumsilicid gebildeten Gruppe ausgewählt ist, und

Ausbildung einer zweiten Elektrodenschicht auf der genannten dielektrischen Schicht.

8. Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtkondensatoren nach Anspruch 7, bei dem das oxidische Ferroelektrikum ein Mitglied ist, das aus der von Perowskit-Oxiden, Ilmenit-Oxiden und Bi&sub4;Ti&sub3;O&sub1;&sub2; gebildeten Gruppe ausgewählt ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtkondensators nach Anspruch 7, bei dem das oxidische Ferroelektrikum ein Mitglied ist, das aus der von BaTiO&sub3;, SrTiO&sub3;, PbTiO&sub3;, PbZrO&sub3; und festen Lösungen derselben gebildeten Gruppe ausgewählt ist.