DE69514305T2

DE69514305T2 - Verbesserungen in oder bezüglich mikroelektrischen Anordnungen

Info

Publication number: DE69514305T2
Application number: DE69514305T
Authority: DE
Inventors: Bernard M. Kulwicki; Robert Tsu
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2015-09-30
Also published as: DE69514305D1; EP0705918B1; US6331325B1; EP0705918A2; JPH08239264A; US5617290A; TW301767B; EP0705918A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft dünne Schichten mit großer Dielektrizitätskonstante für mikroelektronische Bausteine und insbesondere die Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften solcher Schichten.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gewöhnlich werden z. B. integrierte Schaltkreise mit dynamischem Random-Access-Speicher (DRAM) werden verwendet, um Daten in einem digitalen Computer zu speichern. Derzeit erhältliche DRAMs können über 16 Mio. Speicherzellen enthalten, die auf einem einkristallinen Silizium-Chip hergestellt sind, wobei jede Speicherzelle im allgemeinen einen einzelnen, mit einem winzigen Kondensator verbundenen Transistor aufweist. Im Betrieb kann jeder Kondensator einzeln aufgeladen oder entladen werden, um ein Bit an Information zu "speichern". Ein DRAM ist in dem Sinn dynamisch, daß aufgeladene Speicherzellen periodisch aufgefrischt oder erneut aufgeladen werden müssen, um die Datenintegrität aufrechtzuerhalten; ansonsten können sich geladene Speicherzellen schnell (im allgemeinen im Bruchteil einer Sekunde) durch Leckströme bis zu einem Punkt entladen, an dem sie nicht länger als in den aufgeladenen Zustand versetzt erscheinen.
Um die Konstruktion von 64 Mbit, 256 Mbit, 1 Gbit und größeren DRAMs, mit entsprechend kleineren Speicherzellen, zu erleichtern, sind Kondensatorstrukturen und Materialien notwendig, die die notwendige Ladung auf weniger Chip-Platz speichern können; eine der meistversprechenden Forschungsrichtungen ist das Gebiet der Materialien mit hohen Dielektrizitätskonstanten (hier definiert als Materialien, die eine Dielektrizitätskon stante größer 50 aufweisen). Bleizirkonattitanat (PZT), Bariumtitanat, Strontiumtitanat und Bariumstrontiumtitanat sind einige geläufige Beispiele solcher Materialien. Es ist wünschenswert, daß sich ein solches Material, wenn es für DRAMs und andere mikroelektronische Anwendungen verwendet wird, über eine Elektrode und eine darunterliegende Struktur formen läßt (ohne eine davon wesentlich zu beschädigen), geringe Leckstromeigenschaften und eine lange Lebensdauer des Dielektrikums aufweist, und, für die meisten Anwendungen, eine hohe Dielektrizitätskonstante bei Frequenzen von mehreren hundert MHz bis zu einigen GHz besitzt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Struktur, die dielektrische Barium- und/oder Strontiumtitanat-Schichten (im folgenden BST genannt) mit verbesserten Eigenschaften enthält. Es wird nun angenommen, daß eine derartige Schicht unter der Verwendung von Bor hergestellt werden kann, um solche Verbesserungen zu erzielen. Zum Beispiel kann Borsäure zu einem flüssigen Ausgangsmaterial für ein metallorganisches Zersetzungsverfahren (MOD) zugegeben werden, um eine BST-Schicht zu bilden. Es wurde festgestellt, daß die Borsäure anscheinend die Abscheidungseigenschaften solcher MOD- BST-Schichten nicht negativ beeinflußt und daß das Bor in den sich bildenden BST-Körnern praktisch unlöslich bleibt. Im allgemeinen existiert Boroxid (B&sub2;O&sub3;) in der endgültigen Schichtstruktur in einer zweiten Phase oder Grenzregion zwischen den BST-Körnern (die die erste Phase bilden).
Es wird angenommen, daß in einer solchen zweiten Phase vorliegendes Boroxid die "Leckage" von Ladung (d. h. den Leckstrom) entlang der BST-Korngrenzen verringert, wenn eine Spannung über die dielektrische Schicht angelegt wird. Dies mag nicht die einzige Erklärung für den verringerten Leckstrom sein: die Kompensierung von Gitterleerstellen oder Raumladung durch Dotierstoffe kann den Tunnelleckstrom bei Aufrechterhaltung einer hohen Schottky-Barrierenhöhe verringern. Außerdem gibt es Anhaltspunkte dafür, daß die Schottky-Emission den Leckstrom im hohen Spannungsbereich dominiert, zum Beispiel oberhalb von 2 V, während Relaxationspolarisation zum Leckstrom bei geringeren Spannungen beiträgt.
Anscheinend kann sich die Bildung von Boroxid im Ausgangsstoff oder während des Ausheizens auch günstig auf die Verringerung der Temperaturanforderungen einer BST-Schicht und auf mechanische Spannungen während des Ausheizens auswirken (währenddessen eine zweite Boroxidphase höchstwahrscheinlich beweglich wäre, da der Schmelzpunkt von B&sub2;O&sub3; bei 450ºC liegt). Außerdem beherrscht man die Verwendung von Bor in einem Halbleiterherstellungsprozeß, und die Borzugabe scheint an viele Arten der BST-Abscheidung gut anpassbar zu sein, wie etwa: MOD unter Verwendung von aufgesponnenen Ausgangsstoffen, MOD unter Verwendung von Gasphasentransport und Sol-Gel-Techniken.
Folglich schließt die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zum Bilden einer dielektrischen Barium und/oder Strontiumtitanat-Schicht auf einem mikroelektronischen Baustein, wie er in Anspruch 2 definiert ist, und den resultierenden mikroelektronischen Baustein, wie er in Anspruch 9 definiert ist, ein. In diesem Verfahren wird ein Ausgangsstoff hergestellt, indem Verbindungen, die Bor und Titan enthalten, und wenigstens eine Verbindung, die Barium und/oder Strontium enthält, gemischt werden, wobei das Molverhältnis zwischen Bor und Titan im Ausgangsstoff vorzugsweise zwischen 0,001 und 0,1 liegt. Eine oder mehrere Schichten eines solchen Ausgangsstoffes können abgeschieden und verdichtet werden, um eine Ausgangsschicht auf dem Baustein zu bilden. Die Ausgangsschicht kann anschließend bei einer vorbestimmten Temperatur (im allgemeinen oberhalb von 450ºC und vorzugsweise zwischen 600ºC und 800ºC) in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre ausgeheizt werden. Durch dieses Ausheizen wird eine im wesentlichen gleichförmig verteilte, zwei Phasen aufweisende dielektrische Schicht gebildet: die erste Phase enthält mehrere BST-Körner; die zweite Phase enthält hauptsächlich Boroxid oder Boroxid und Titanoxid (es wird angenommen, daß die zweite Phase im allgemeinen amorph ist).
Der Ausgangsstoff kann zum Beispiel durch das Mischen von Bariumazetat, Strontiumazetat, Titanammoniumlaktat und Borsäure in einer gemeinsamen wässrigen Lösung hergestellt werden. Andere organische Lösungsmittel können dem Ausgangsstoff zugegeben werden, um z. B. die Viskosität einzustellen. Die erzeugten BST-Körner können über einen weiten Bereich von Barium-Strontium-Kombinationen ausgewählt werden (wobei bevorzugt zwischen 40% und 70% der Barium-Strontium-Gitterplätze in den Körnern von Barium besetzt sind). Die dielektrische Schicht kann absichtlich titanreich konstruiert sein, d. h. nur 93% bis 99,9% des Titans im Ausgangsstoff können notwendig sein, um stöchiometrisches BST zu ergeben; es wird angenommen, daß der Rest in der Grenzregion als oxidiertes Titan vorliegt.
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden einer dielektrischen Schicht auf einem mikroelektronischen Baustein, das in Anspruch 1 definiert ist, und das die Bildung wenigstens einer Schicht eines dielektrischen Ausgangsmaterials auf einer Oberfläche eines Bausteins und das Ausheizen der oder jeder Schicht bei einer vorbestimmten Temperatur umfaßt, um die besagte dielektrische Schicht zu bilden, wobei während des Ausheizschritts eine im wesentlichen gleichmäßig aufgebaute kristalline Struktur gebildet wird, die eine erste Phase, die mehrere Körner aus einem ersten Material enthält, und eine zweite Phase umfaßt, die ein im wesentlichen bewegliches zweites Material enthält, das entlang der Korngrenzen fließt.
Die vorliegende Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zum Bilden einer kapazitiven Struktur auf einem mikroelektronischen Baustein, das in Anspruch 10 definiert ist; eine solche kapazitive Struktur weist im allgemeinen ein zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode angeordnetes dielektrisches Laminat auf. Das Verfahren kann das Bilden einer ersten Elektrode auf einem Substrat umfassen. Das Verfahren umfaßt darüber hinaus die Abscheidung von zwei oder mehr Schichten über der ersten Elektrode, wobei jede Schicht Titan und wenigstens eines der Elemente Barium oder Strontium enthält. Zusätzlich enthält wenigstens eine der Schichten darüber hinaus Bor, und zwar bevorzugt in einem Verhältnis zu Titan von wenigstens 0,001. Das Verfahren umfaßt ferner das Ausheizen der Schichten bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts von B&sub2;O&sub3; in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre. Es wird angenommen, daß so ein dielektrisches Laminat gebildet wird, das mehrere Körner mit einer Perowskit-Kristallstruktur aufweist, wobei jedes Korn Titan, Sauerstoff und wenigstens eines der Elemente Barium oder Strontium aufweist; darüber hinaus liegt praktisch alles Bor in der Grenzregion zwischen den Körnern als B&sub2;O&sub3; vor. Das Verfahren kann ferner das Bilden einer zweiten Elektrode über dem dielektrischen Laminat umfassen.
Gemäß Anspruch 14 der vorliegenden Erfindung kann eine kapazitive Struktur auf einem Mikroelektronikbaustein gebildet werden. In dieser Struktur ist ein dielektrisches Laminat zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode verteilt. Im allgemeinen weist dieses dielektrische Laminat zwei oder mehr Körner (und normalerweise eine große Anzahl von Körnern) auf, die eine Perowskit-Kristallstruktur besitzen, wobei jedes Korn Titan, Sauerstoff und wenigstens eines der Elemente Barium oder Strontium aufweist. Dieses Laminat kann weiterhin B&sub2;O&sub3; in Grenzregionen zwischen den Körnern in wenigstens einer Teilschicht des Laminats aufweisen. Bevorzugt weist eine solche Teilschicht ein Verhältnis von Bor zu Titan von zwischen 0,001 und 0,1 auf.
Die Körner können weiterhin Dotierstoffe aufweisen (Akzeptoren, Donatoren oder zwei Dotierstoffe, einen Akzeptor und einen Donator), die wenigstens 200 ppm von einem der Elemente Barium, Strontium oder Titan in der Perowskit-Kristallstruktur ersetzen. Bevorzugt haben die Körner im Laminat eine mittlere Größe von zwischen 10 nm und 50 nm. Auch kann die Struktur titanreich gemacht werden, wie oben ausgeführt wurde.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese Erfindung mit zahlreichen ihrer Merkmale und Vorteile läßt sich am besten mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen verstehen, in denen:
Fig. 1A-1D Aufrißansichten einer Ausführungsform einer gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten kapazitiven Struktur im Querschnitt zeigen;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer kapazitiven Struktur der Fig. 1, der ein zweiphasiges dielektrisches Laminat zeigt, im Querschnitt zeigt; und
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Ausführungsform im Querschnitt zeigt, bei der ein dielektrisches Laminat aus drei BST- Lagen mit unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt ist.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Materialien mit hohen Dielektrizitätskonstanten (HDC) haben viele mikroelektronische Anwendungen, wie zum Beispiel DRAMs, statische RAMs und Infrarotdetektoren. Normalerweise setzen diese Anwendungen HDC-Materialien in einer kapazitiven Struktur ein, obwohl die vorliegende Erfindung auch verwendet werden kann, um eine dünne HDC-Schicht mit verbesserten Eigenschaften herzustellen, die nicht Teil eines Kondensators ist. Zu Zwecken der Darstellung ist eine kapazitive Struktur mit einer dünnen HDC-Schicht in der Fig. 1 gezeigt.
Ein Mikroelektronikbaustein 10 ist in der Fig. 1A teilweise fertiggestellt gezeigt. Dieser Baustein weist ein Halbleitersubstrat 12 auf (z. B. Silizium), über dem eine Isolationsschicht 14 (vorzugsweise aus Siliziumdioxid) liegt. Eine erste Elektrode 18 (vorzugsweise aus Platin) ist mit dem Substrat elektrisch über eine Diffusionsbarriere 16 (zum Beispiel aus Titannitrid) verbunden, wobei diese Konstruktion verwendet wird, um Silizium aus dem Substrat 12 daran zu hindern, durch die Elektrode 18 zu diffundieren und Siliziumdioxid an der Grenzfläche zwischen der Elektrode und dem BST zu bilden.
Eine BST-Ausgangsmateriallösung für dünne Schichten kann als wässrige Lösung von geeigneten einzelnen Ausgangsstoffen vorbereitet werden, wie etwa Bariumazetat, Strontiumazetat und Titanammoniumlactat. Jeder einzelne Ausgangsstoff wird vorzugsweise gefiltert (zum Beispiel bis zu einer Größe von 0,2 mm), um Partikel zu entfernen, die die Unversehrtheit dieser Schichten beeinträchtigen könnten. Die einzelnen Ausgangsstoffe werden dann gemischt, und die Stöchiometrie (d. h. das Molverhältnis) der Ausgangslösung wird so eingestellt, wie es für die gewünschte BST-Schicht (zum Beispiel BA0,67Sr0,&sub3;&sub3; TiO&sub3;) benötigt wird. An diesem Punkt enthält die Lösung typischerweise 10 bis 15 Gew.-% Oxid.
Der Artikel "Lead Borate Glass - A New Sintering Agent for BaTiO&sub3; Ceramics", C. H. Wang et al., Japan. Journal of Applied Physics, Vol. 32 (1993), S. 2020-2024, offenbart einen Zusatz für Volumen-Bariumtitanat. Es wird gezeigt, daß der Bleiboratglas-Zusatz eine wesentliche Auswirkung auf die Verdichtung, die Korngröße und die Korngrößenverteilung für Volumen-Bariumtitanat hat. Unglücklicherweise hat eine solche Technik Nachteile bei Anwendungen, die Halbleiter und dünne dielektrische Schichten einsetzen: die Sintertemperaturen liegen hoch (höher als 1150ºC); ein Volumenmaterial-Bildungsverfahren steht einem Verfahren zum Bilden von dünnen Schichten gegenüber; Blei kann sich bei einer Halbleiteranwendung als problematisch erweisen.
Es wurde jedoch festgestellt, daß eine BST-Ausgangsmateriallösung für dünne Schichten modifiziert werden kann, um Bor zuzusetzen. Zum Beispiel kann Borsäure zu der oben beschriebenen Ausgangslösung zugesetzt werden, so daß das Molverhältnis von Bor zu Titan in der Lösung ungefähr 0,04 beträgt. Alternativ kann pulverisiertes Boroxid (B&sub2;O&sub3;) direkt in der Ausgangslösung gelöst werden.
Für die Anwendung bei einem Aufspinnverfahren kann die Ausgangslösung verdampft werden, um einen Großteil des Wassers zu entfernen. Der Rückstand kann mit weiteren Lösungsmitteln (typischerweise in einem 1 : 1- oder 1 : 2-Verhältnis von Rückstand zu Lösungsmittel) wie etwa Äthylenglycolmonomethyläther (EGME), Isobutylalkohol oder Methoxymethanol gemischt werden, um die Viskosität und die Abscheidungsdicke einzustellen. Die Ausgangslösung kann dann durch eine 0,2 mm Spritze gefiltert und auf einen Wafer aufgesponnen werden (typischerweise bei 2000 bis 3500 Umdrehungen pro Minute, abhängig von der gewünschten Schichtdicke), der zum Beispiel den Baustein 10 umfaßt.
Eine erste Ausgangsschicht 20 ist in der Fig. 1B nach dem Aufspinnen auf den Baustein 10 gezeigt. Diese Schicht kann zum Beispiel auf eine Schichtdicke von 10-50 nm beschränkt sein; bei großen Dicken sind die nachfolgenden MOD-Reaktionen schwer abzuschließen. Typischerweise wird nach dem Aufspinnen ein Verdichtungsschritt (z. B. bei 80º-200ºC in einer Stickstoffumgebung) angewandt, um Lösungsmittel aus der Schicht zu desorbieren und die Bildung von Hohlräumen in der Schicht 20 verhindern zu helfen. Hierauf kann ein Heizvorgang folgen (z. B. in einer Sauerstoffumgebung wie etwa O&sub2;, N&sub2;O oder O&sub3;, bei 400 bis 500ºC, vorzugsweise bei 450ºC), um die metallorganischen Komponenten zu zersetzen und die Schicht 20 weiter zu verdichten.
Eine zweite Ausgangsschicht 22 (desselben Ausgangsstoffs in diesem Beispiel) ist in der Fig. 1C nach dem Aufspinnen und Verdichten nach dem oben beschriebenen Verfahren gezeigt. Weitere Ausgangsschichten können hinzugefügt werden, um die gewünschte Dicke vor dem endgültigen Ausheizen zu erreichen. Endgültige Ausheiztemperaturen reichen im allgemeinen von 600 bis 800ºC (bevorzugt 700ºC), und das Ausheizen wird in einer Sauerstoffumgebung wie etwa O&sub2;, N&sub2;O oder O&sub3; durchgeführt. Während dieses Ausheizens bilden perowskitphasige BST-Kristalle in der amorphen BST-Schicht Keime und wachsen zu einer typischen Größe von 10-50 nm. Es wird angenommen, daß B&sub2;O&sub3; als eine zweite, mobile Phase während des Ausheizens amorph bleibt (B&sub2;O&sub3; "schmilzt" bei 450ºC, und Bor ist praktisch unlöslich in kristallinem BST) und während des Wachstums der Körner entlang den Korngrenzen fließt. Dies kann vorteilhaft sein, um die mechanischen Spannungen während des Ausheizens und des anschließenden Abkühlens zu reduzieren und so die Deformation der BST-Kristallstruktur entlang der Korngrenzen zu reduzieren und eine gewisse Reorientierung und Bewegung der Körner während des Ausheizens zu erlauben.
Die in der Fig. 1D gezeigte dielektrische Schicht 24 ist eine kristallisierte BST-Schicht mit amorphem B&sub2;O&sub3; in einer zweiten Phase. Diese Schicht ist aus den Ausgangsschichten 20 und 22 gebildet, von denen angenommen wird, daß sie sich während des Ausheizens nahtlos verbinden (einige BST-Kristalle haben sich gebildet, die Material aus beiden Schichten enthalten). Um eine kapazitive Struktur für den Baustein 10 zu vervollständigen, kann eine zweite (d. h. obere) Elektrode 26 (vorzugsweise aus Platin) über der dielektrischen Schicht 24 abgeschieden werden. Es kann wünschenswert sein, den Baustein 10 nach der Abscheidung der Elektrode 26 erneut auszuheizen (zum Beispiel bei 550ºC in 02 für 1 h), um alles Wasser zu desorbieren, das in der Grenzfläche zwischen der BST-Schicht und der zweiten Elektrode absorbiert wurde. Es ist zu beachten, daß dieses nachträgliche Ausheizen auch zeitweilig eine zweite B&sub2;O&sub3;-Phase in der Schicht 24 erweichen kann.
Fig. 2 enthält eine Darstellung eines Teils der Fig. 1D, und zwar vergrößert, um Einzelheiten in der dielektrischen Schicht 24 zu zeigen. In dieser Schicht sind ungefähr drei Teilschichten aus Körnern 28 (zum Beispiel aus BST) gezeigt, obwohl mehr oder weniger in einer Schicht existieren können und Körner aufgewachsen werden können, die kolumnarer sind als die gezeigten. Die Körner 28 bilden eine diskontinuierliche erste Phase in der Schicht 24, mit nicht-kristallinen Grenzflächen entlang der Korngrenzen. Wenn ein unlösliches Material wie etwa B&sub2;O&sub3; in der Schicht 24 eingeschlossen ist, wird angenommen, daß es eine zweite Phase 30 in "Grenzregionen" zwischen den wachsenden Körnern bildet. Wenn die Körner wachsen und vorhandenes amorphes BST verbrauchen, kann die zweite Phase 30 in Taschen gezwungen werden oder in stärkerem Maße einzelne Körner bedecken, abhängig von der Korngröße, der Form und dem enthaltenen relativen Boranteil.
Offensichtlich hängt wenigstens ein Teil des in polykristallinen HDC-Materialien beobachteten Leckstroms von der Zusammensetzung der Korngrenzen ab. Obwohl es nicht geklärt ist, scheint Boroxid die Diskontinuitäten zwischen den Körnern zu passivieren und den beobachteten dielektrischen Leckstrom zu reduzieren. Unglücklicherweise kann eine zweite Boroxid-Phase auch die Dielektrizitätskonstante einer Schicht reduzieren. Ab einem bestimmten Punkt wird die Zugabe von mehr Bor uninteressant; die Dielektrizitätskonstante beginnt schneller abzunehmen als der Leckstrom. Abhängig von der Korngröße kann ein Bor-Titan-Verhältnis von 0,001 bis 0,1 günstig sein, wobei Verhältnisse von 0,01 bis 0,05 für Korngrößen von einigen zehn nm bevorzugt sind.
Eine verbesserte dielektrische Struktur kann, wie in Fig. 3 gezeigt, gebildet werden. Diese Struktur zeigt eine dielektrische Schicht 24, die drei separate (aber nicht notwendigerweise verschiedene) Teilschichten 32, 34 und 36 aufweist. Unter Verwendung einer schichtweisen MOD-Abscheidungstechnik wie der hier beschriebenen, kann eine solche Struktur unter Verwendung von Ausgangsstoffen mit verschiedenen Verhältnissen der Bestandteile gebildet werden. Zum Beispiel kann die Teilschicht 34 mit einer Stöchiometrie abgeschieden werden, die Ba0,67Sr0,33TiO&sub3;-Körner bildet, wenn sie ausgeheizt wird, mit wenig oder keinem Bor in der zweiten Phase. Eine solche Teilschicht weist einen Curie-Punkt nahe bei Raumtemperatur auf, so daß die Dielektrizitätskonstante maximal ist (aber mit einem großen dielektrischen Leckstromwert).
Jedoch können die Teilschichten 32 und 36 zum Beispiel mit einer Stöchiometrie abgeschieden werden, die Bariumstrontiumtitanat bildet, (möglicherweise mit einem unterschiedlichen Ba/Sr-Verhältnis als Schicht 34) mit 4% Boroxid in einer zweiten Phase nach dem Ausheizen, mit einer etwas geringeren dielektrischen Konstante, aber deutlich verbesserten Leckstromeigenschaften.
Eine solche kapazitive Struktur kann zum Beispiel eine relativ dicke Teilschicht 34 verwenden, wenn der Leckstrom durch die Verwendung von dünnen Teilschichten 32 und 36 kontrollierbar ist. Während des Ausheizens kann ein gewisses Durchmischen von Schichten stattfinden, so daß für das spezielle Beispiel abgestufte Übergangsregionen zwischen -aneinandergrenzenden Teilschichten 32, 34 und 36 existieren können, mit einer abgestuften zweiten Bor-Phase. Die Laminatstruktur kann anschließend als eine einzige dielektrische Schicht mit verbesserten dielektrischen Eigenschaften behandelt werden.
Die Erfindung ist nicht so gestaltet, daß sie auf die hier beschriebenen speziellen Beispiele eingeschränkt ist, da diese als erklärend und nicht als einschränkend zu betrachten sind. Obwohl spezielle Materialien und Prozesstechniken in der detaillierten Beschreibung beschrieben sind, gibt es viele Alternativen. Zum Beispiel können Elektroden aus Pt, Pd, Rh, Au, Ir, RuO&sub2;, TaSiN, TiSiN oder deren Legierungen hergestellt sein. Die Barrierenschicht 16 kann alternativ, zum Beispiel aus ZrN, HfN, TaSiN oder TiSiN, hergestellt sein. Die Form der hier diskutierten kapazitiven Struktur ist erklärend gedacht, da die vorliegende Erfindung auf eine große Vielfalt von kapazitiven HDC-Strukturen anwendbar ist. Die dielektrischen Teilschichten können umgekehrt angeordnet sein, so daß eine Bor enthaltende Teilschicht zwischen zwei kein Bor enthaltenden Teilschichten angeordnet ist. Gleichermaßen können eine Teilschicht jedes Typs oder mehr als insgesamt drei Teilschichten verwendet werden. Ebenso kann die Abfolge des Bildens der Elektrode und des Dielektrikums von der beschriebenen abweichen (zum Beispiel können beide Elektroden nach dem Bilden einer BST-Schicht gebildet werden), in welchem Fall andere Elektrodenmaterialien (zum Beispiel mit niedrigem Schmelzpunkt), die oben nicht erwähnt sind, verwendet werden können. Titanreiche Ausgangsstoffe, die auch oxidiertes Titan in Grenzbereichen bilden können, sowie BST-lösliche Donator- oder Akzeptor-Dotierstoffe werden von der vorliegenden Erfindung umfaßt. Das Abscheideverfahren einer BST-Schicht mit Dotierstoff ist nicht auf MOD beschränkt, sondern umfaßt CVD-Verfahren wie etwa MOCVD, plasmaunterstützte CVD-Verfahren und physikalische Gasphasenabscheidungsverfahren wie etwa Sputtern.

Claims

1. Verfahren zum Bilden einer dielektrischen Schicht auf einem Mikroelektronik-Baustein, bei dem

wenigstens eine Schicht aus einem dielektrischen Ausgangsmaterial auf einer Fläche eines Bausteins gebildet wird; und

die oder jede Schicht bei einer vorherbestimmten Temperatur ausgeheizt wird, um die dielektrische Schicht zu bilden, wobei während des Ausheizschritts eine im wesentlichen gleichmäßig aufgebaute kristalline Struktur gebildet wird, die eine erste Phase, die mehrere Körner aus einem ersten Material enthält, und eine zweite Phase umfaßt, die ein im wesentlichen bewegliches zweites Material enthält, das entlang der Korngrenzen fließt.

2. Verfahren zum Bilden einer dielektrischen Barium- und/oder Strontiumtitanat-Schicht auf einem Mikroelektronik-Baustein, bei dem

(a) ein Ausgangsstoff hergestellt wird, indem Verbindungen, die Bor und Titan enthalten, und wenigstens eine Verbindung, die Barium oder Strontium enthält, so gemischt werden, daß das Molverhältnis zwischen Bor und Titan in dem Ausgangsstoff zwischen 0,001 und 0,1 liegt;

(b) eine oder mehrere Schichten aus dem Ausgangsstoff abgeschieden und verdichtet werden, um eine Ausgangsschicht auf dem Baustein zu bilden; und

(c) die Ausgangsschicht bei einer vorherbestimmten Temperatur in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre ausgeheizt wird, wodurch die dielektrische Schicht gebildet wird, die im wesentlichen gleichförmig verteilte erste und zweite Phasen enthält, wobei die erste Phase mehrere Barium- und/oder Strontiumtitanat-Körner und die zweite Phase hauptsächlich Boroxid enthält, wobei das Bor in dem Ausgangsstoff die zur Erzeugung der Titanatkörner erforderliche Verarbeitungstemperatur erniedrigt oder anscheinend erniedrigt und die Hinzufügung von Bor den bei der dielektrischen Schicht beobachteten Dielektrikumsleckstrom vermindert.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem darüber hinaus die Schicht so ausgeheizt wird, daß zwischen 93 und 99, 9% des Titans in den Körnern enthalten sind, wobei der Rest des Titans oxidiertes Titan ist, das sich in den Gebieten zwischen den Körnern befindet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem darüber hinaus die Schicht so ausgeheizt wird, daß zwischen 40 und 70% der Barium-Strontium-Gitterplätze in den Körnern von Barium besetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem bei dem Schritt des Verdichtens der Ausgangsschicht darüber hinaus Boroxid gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei dem Schritt des Ausheizens die Schicht bei einer vorherbestimmten Temperatur ausgeheizt wird, die im wesentlichen über 450º Celsius liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem bei dem Schritt der Herstellung des Ausgangsstoffs Titanammoniumlaktat, Borsäure und wenigstens eine der Verbindungen Bariumazetat oder Strontiumazetat in einer gemeinsamen wäßrigen Lösung gemischt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem bei dem Schritt der Herstellung des Ausgangsstoffes darüber hinaus eine wäßrige Lösung hergestellt wird, die organische Lösungsmittel enthält.

9. Mikroelektronik-Baustein mit einer nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8 auf einer Fläche desselben hergestellten dielektrischen Schicht.

10. Verfahren zum Bilden einer kapazitiven Struktur auf einem Mikroelektronik-Baustein, wobei die kapazitive Struktur ein dielektrisches Laminat aufweist, das zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordnet ist, bei dem

(a) die erste Elektrode auf einem Substrat gebildet wird;

(b) mehrere dielektrische Ausgangsschichten über der ersten Elektrode abgeschieden werden;

(c) die Schichten bei einer vorherbestimmten Temperatur ausgeheizt werden, wodurch das dielektrische Laminat gebildet wird, das mehrere Körner kristalliner Struktur enthält; und

(d) eine zweite Elektrode über dem dielektrischen Laminat gebildet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem darüber hinaus die Schichten ausgeheizt werden, so daß das dielektrische Laminat mit einer Perowskit-Kristallstruktur gebildet wird.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 10-11, bei dem darüber hinaus die Schicht so ausgeheizt wird, daß zwischen 93 und 99, 9% des Titans in den Körnern enthalten sind, wobei der Rest des Titans oxidiertes Titan ist, das sich in den Gebieten zwischen den Körnern befindet.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 10-12, bei dem die Körner darüber hinaus Dotierstoffmaterial umfassen, das wenigstens 200 ppm von wenigstens einem der Elemente Barium, Strontium oder Titan in der Kristallstruktur ersetzt.

14. Kapazitive Struktur, die nach einem Verfahren der Ansprüche 10-13 auf einem Mikroelektronik-Baustein gebildet ist, wobei die kapazitive Struktur

(a) eine erste leitfähige Elektrode und eine zweite leitfähige Elektrode; und

(b) ein dielektrisches Laminat umfaßt, das zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode verteilt ist, wobei das dielektrische Laminat mehrere Körner umfaßt, die eine kristalline Struktur aufweisen.

15. Struktur nach Anspruch 14, bei der die Körner darüber hinaus Dotierstoffmaterial umfassen, das wenigstens 200 ppm von wenigstens einem der Elemente Barium, Strontium oder Titan in der Perowskit-Kristallstruktur ersetzt.

16. Struktur nach den Ansprüchen 14-15, die darüber hinaus in wenigstens einem Teil des dielektrischen Laminats oxidiertes Titan in den Grenzbereichen zwischen den Körnern umfaßt, wobei das Titan in dem oxidierten Titan zwischen 0,1% und 7% der Gesamtmenge des in dem dielektrischen Laminat enthaltenen Titans umfaßt.

17. Struktur nach den Ansprüchen 14-16, bei der die Körner ungefähr in zwei oder mehreren Teilschichten zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet sind, wobei die Teilschichten, die aneinander angrenzen, unterschiedliche relative Gehalte an Barium und Strontium aufweisen.

18. Struktur nach den Ansprüchen 14-17, bei der die mittlere Größe der Körner in dem dielektrischen Laminat zwischen 10 und 50 nm liegt.