JP2000012792A - ダイナミックランダムアクセスメモリに用いられる還元雰囲気に対して安定性を有する誘電体組成物 - Google Patents
ダイナミックランダムアクセスメモリに用いられる還元雰囲気に対して安定性を有する誘電体組成物Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 情報をダイナミックランダムアクセスメモリ
(ＤＲＡＭ)に記憶するために使用され得る高誘電率コン
デンサであって、還元雰囲気に対して耐性を有し、従っ
て還元雰囲気における劣化に対して耐性を有する高誘電
率コンデンサを提供する。 【解決手段】 アクセプタ型のドーパントでドープされ
たＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3、０＜ｘ＜１(ＢＳＴ)を含む、
還元雰囲気に対して安定性を有する誘電体組成物。
(ＤＲＡＭ)に記憶するために使用され得る高誘電率コン
デンサであって、還元雰囲気に対して耐性を有し、従っ
て還元雰囲気における劣化に対して耐性を有する高誘電
率コンデンサを提供する。 【解決手段】 アクセプタ型のドーパントでドープされ
たＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3、０＜ｘ＜１(ＢＳＴ)を含む、
還元雰囲気に対して安定性を有する誘電体組成物。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、メモリデバイスに
関し、特にダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)
などのメモリデバイスに用いられる、H2およびその他の
アニール処理に対して安定性または耐性を有し、且つ還
元雰囲気に対して安定した誘電体組成物に関する。
関し、特にダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)
などのメモリデバイスに用いられる、H2およびその他の
アニール処理に対して安定性または耐性を有し、且つ還
元雰囲気に対して安定した誘電体組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】30年以上前の導入以来、ダイナミックラ
ンダムアクセスメモリは、情報を電荷形式で蓄積するデ
バイスとして首尾良く適用されてきた［L.H. Parker an
d A.F.Tasch, IEEE Devices and Circuit Magazine, Ja
nuary 1990, 17頁参照］。これらのデバイスにおけるメ
モリセル用のより普及した構造の１つは、電荷を蓄積す
る単一のコンデンサと、コンデンサの分離に使用される
単一のトランジスタとを含む。何年にもわたり、メモリ
セル数が当初の設計における４キロビット(ｋｂ)から現
在の設計におけるメガビット(Ｍｂ)水準に増大するにつ
れて、許容され得るチップサイズを維持するために、メ
モリセルあたりの利用可能な面積は絶えず減少してき
た。この面積の減少によって、適切な信号マージンを維
持するために、コンデンサの電荷密度を増大することが
必要になった。この電荷蓄積密度の増大を達成した方法
には、プロセス技術の改善、誘電体の厚みの減少、およ
びセルの画期的な幾何学的配置による方法がある。最大
６４Ｍｂまでのセル密度に関しては、好適な誘電体材料
およびコンデンサの幾何学的配置は、ＳｉＯ2−Ｓｉ3Ｎ
4のサンドイッチ層であった。次世代のメモリに関して
は、ＤＲＡＭのメモリユニットは、約１０-7Ａのオーダ
ーのリーク電流を有しつつ、ユニット面積あたりの容量
［Ｃ／Ａ］をますます高めなければならない。以下の式
は、ユニット面積あたりの容量と適切な材料のパラメー
タとの関係式である： ［Ｃ／Ａ］＝［Ｅｒ／ｄ］ ここで、Ｅｒは相対誘電率であり、ｄはコンデンサの誘
電体膜の厚みである。これまで、誘電体材料としてのＳ
ｉＯ2に関して、ユニット面積あたりの容量は、連続す
る各世代において、その膜の厚み(ｄ)を単に減少させる
ことによって、または画期的な幾何学的配置を使用する
ことによって高められ、それにより所定の基板上のコン
デンサの有効面積を増大させた。しかし、ＳｉＯ2は急
速にユニット面積あたりの容量の限界に近づき、さらに
厚みを減少させるにつれて、最終的にはリーク電流が容
認できないほど高くなり、また加工の困難さが増すこと
になる。従って、同じ電荷蓄積概念によって使用される
べき、より高密度の(例えば２５６Ｍｂおよびそれより
高密度の)メモリに関しては、より大きな電荷密度を蓄
積することが可能な別の誘電体材料を見出すことが必要
となってきた。言い換えれば、(ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4と比
較して)より高い誘電率を有する別の誘電体材料を使用
する必要がある。さらに、これらの材料は、ＶＬＳＩ
(本明細書中ではＵＬＳＩ(超ＬＳＩ)などを含むものと
して用いられる、超大規模集積)加工に適合していなく
てはならない。
ンダムアクセスメモリは、情報を電荷形式で蓄積するデ
バイスとして首尾良く適用されてきた［L.H. Parker an
d A.F.Tasch, IEEE Devices and Circuit Magazine, Ja
nuary 1990, 17頁参照］。これらのデバイスにおけるメ
モリセル用のより普及した構造の１つは、電荷を蓄積す
る単一のコンデンサと、コンデンサの分離に使用される
単一のトランジスタとを含む。何年にもわたり、メモリ
セル数が当初の設計における４キロビット(ｋｂ)から現
在の設計におけるメガビット(Ｍｂ)水準に増大するにつ
れて、許容され得るチップサイズを維持するために、メ
モリセルあたりの利用可能な面積は絶えず減少してき
た。この面積の減少によって、適切な信号マージンを維
持するために、コンデンサの電荷密度を増大することが
必要になった。この電荷蓄積密度の増大を達成した方法
には、プロセス技術の改善、誘電体の厚みの減少、およ
びセルの画期的な幾何学的配置による方法がある。最大
６４Ｍｂまでのセル密度に関しては、好適な誘電体材料
およびコンデンサの幾何学的配置は、ＳｉＯ2−Ｓｉ3Ｎ
4のサンドイッチ層であった。次世代のメモリに関して
は、ＤＲＡＭのメモリユニットは、約１０-7Ａのオーダ
ーのリーク電流を有しつつ、ユニット面積あたりの容量
［Ｃ／Ａ］をますます高めなければならない。以下の式
は、ユニット面積あたりの容量と適切な材料のパラメー
タとの関係式である： ［Ｃ／Ａ］＝［Ｅｒ／ｄ］ ここで、Ｅｒは相対誘電率であり、ｄはコンデンサの誘
電体膜の厚みである。これまで、誘電体材料としてのＳ
ｉＯ2に関して、ユニット面積あたりの容量は、連続す
る各世代において、その膜の厚み(ｄ)を単に減少させる
ことによって、または画期的な幾何学的配置を使用する
ことによって高められ、それにより所定の基板上のコン
デンサの有効面積を増大させた。しかし、ＳｉＯ2は急
速にユニット面積あたりの容量の限界に近づき、さらに
厚みを減少させるにつれて、最終的にはリーク電流が容
認できないほど高くなり、また加工の困難さが増すこと
になる。従って、同じ電荷蓄積概念によって使用される
べき、より高密度の(例えば２５６Ｍｂおよびそれより
高密度の)メモリに関しては、より大きな電荷密度を蓄
積することが可能な別の誘電体材料を見出すことが必要
となってきた。言い換えれば、(ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4と比
較して)より高い誘電率を有する別の誘電体材料を使用
する必要がある。さらに、これらの材料は、ＶＬＳＩ
(本明細書中ではＵＬＳＩ(超ＬＳＩ)などを含むものと
して用いられる、超大規模集積)加工に適合していなく
てはならない。
【０００３】次世代ＤＲＡＭにおけるコンデンサ誘電体
の主な候補の１つは、チタン酸バリウムストロンチウム
(ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3，０＜ｘ＜１)(ＢＳＴ)である。
この化合物は、本質的にＢａＴｉＯ3とＳｒＴｉＯ3との
固溶体であり、化学式ＡＢＯ 3を有するペロブスカイト
型構造で結晶化する。これらの材料によって示される誘
電率は、材料の組成［Ｂａ／Ｓｒの比率］、測定周波
数、および材料の厚みに依存して、室温およびゼロバイ
アスにおいて２００〜６００の間で変化し得る。これら
の材料の薄膜加工性は、本発明者らの研究において、な
らびに有機金属分解、有機金属化学蒸着、スパッタリン
グ、およびレーザアブレーション等によって、これらの
材料の高品質の化学量論的組成を提供してきたいくつか
の他の最近の研究において示されてきた。[K.V. Belano
v, E.A. Goloborod'ko, O.E. Zavadovski, Yu.A. Konts
evoi, V.M. MukhorotvおよびYu.S. Tikhodeev, Sov. Ph
ys. Tech. Phys., 29, 1037, 1984; D. RoyおよびS.B.
Krupanidhi, Appl. Phys. Lett., 62, 1056, 1993; W.
A. Feil, B.W. Wessels, L.M. TongeおよびT.J. Marks,
J. Appl. Phys., 67, 3858, 1990; B.W. Wessels, L.A.
Willis, H.A. Lu, S.R. Gilbert, D.A. Neumayerおよ
びT.J. Marks, K. Jensen編集によるCVD XII, Electroc
hemical Society, N.J., 1993を参照］。これらのコン
デンサの定性は、典型的にはコンデンサの電流−電圧
(リーク電流)特性と、所望の周波数および温度の範囲に
おけるコンデンサの誘電性挙動(誘電率および誘電損失)
とを測定することによって行われる。
の主な候補の１つは、チタン酸バリウムストロンチウム
(ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3，０＜ｘ＜１)(ＢＳＴ)である。
この化合物は、本質的にＢａＴｉＯ3とＳｒＴｉＯ3との
固溶体であり、化学式ＡＢＯ 3を有するペロブスカイト
型構造で結晶化する。これらの材料によって示される誘
電率は、材料の組成［Ｂａ／Ｓｒの比率］、測定周波
数、および材料の厚みに依存して、室温およびゼロバイ
アスにおいて２００〜６００の間で変化し得る。これら
の材料の薄膜加工性は、本発明者らの研究において、な
らびに有機金属分解、有機金属化学蒸着、スパッタリン
グ、およびレーザアブレーション等によって、これらの
材料の高品質の化学量論的組成を提供してきたいくつか
の他の最近の研究において示されてきた。[K.V. Belano
v, E.A. Goloborod'ko, O.E. Zavadovski, Yu.A. Konts
evoi, V.M. MukhorotvおよびYu.S. Tikhodeev, Sov. Ph
ys. Tech. Phys., 29, 1037, 1984; D. RoyおよびS.B.
Krupanidhi, Appl. Phys. Lett., 62, 1056, 1993; W.
A. Feil, B.W. Wessels, L.M. TongeおよびT.J. Marks,
J. Appl. Phys., 67, 3858, 1990; B.W. Wessels, L.A.
Willis, H.A. Lu, S.R. Gilbert, D.A. Neumayerおよ
びT.J. Marks, K. Jensen編集によるCVD XII, Electroc
hemical Society, N.J., 1993を参照］。これらのコン
デンサの定性は、典型的にはコンデンサの電流−電圧
(リーク電流)特性と、所望の周波数および温度の範囲に
おけるコンデンサの誘電性挙動(誘電率および誘電損失)
とを測定することによって行われる。
【０００４】しかし、ＤＲＡＭ用途用のコンデンサ誘電
体としてのこれらの材料を使用不可能にする主要な信頼
性の問題の１つに、これらの材料は、還元雰囲気(例え
ば、Ｈ2アニール処理)に対する耐性が低いということが
ある。融点が高いことと、低い酸素分圧において還元傾
向が強いことに起因して、アルカリ土類チタン酸塩をベ
ースとした組成物は、その加工のために高温および酸化
雰囲気の両方を必要とする。これらのチタン酸塩は、還
元雰囲気において熱処理されると、酸素空孔の形成に付
随してＴｉ4+イオンがＴｉ3+イオンに変化するため、導
電性が高くなる。ＶＬＳＩの作製という点から見ると、
これは大きな欠点である。なぜなら、(コンデンサ作製
後の)加工後の工程のいくつかは、還元雰囲気の使用を
含むからである。これらの工程の中には、(ａ)ＳｉＨ4
前駆物質を使用して不動態化または被包するためにＳｉ
Ｏ2またはＳｉ3Ｎ4を堆積し、その間にＨ2が生成ガスと
して放出される工程、および(ｂ)酸化物を除去するため
にアルミニウムを金属被膜堆積した後に(９０％のＮ2＋
１０％のＨ2の)ガス処理を形成する工程が含まれる。実
行可能なメモリ製品となるＢＳＴをベースとしたＤＲＡ
Ｍについては、これらのアルカリ土類チタン酸塩の還元
を抑制することが可能な加工方法を確立する必要があ
る。
体としてのこれらの材料を使用不可能にする主要な信頼
性の問題の１つに、これらの材料は、還元雰囲気(例え
ば、Ｈ2アニール処理)に対する耐性が低いということが
ある。融点が高いことと、低い酸素分圧において還元傾
向が強いことに起因して、アルカリ土類チタン酸塩をベ
ースとした組成物は、その加工のために高温および酸化
雰囲気の両方を必要とする。これらのチタン酸塩は、還
元雰囲気において熱処理されると、酸素空孔の形成に付
随してＴｉ4+イオンがＴｉ3+イオンに変化するため、導
電性が高くなる。ＶＬＳＩの作製という点から見ると、
これは大きな欠点である。なぜなら、(コンデンサ作製
後の)加工後の工程のいくつかは、還元雰囲気の使用を
含むからである。これらの工程の中には、(ａ)ＳｉＨ4
前駆物質を使用して不動態化または被包するためにＳｉ
Ｏ2またはＳｉ3Ｎ4を堆積し、その間にＨ2が生成ガスと
して放出される工程、および(ｂ)酸化物を除去するため
にアルミニウムを金属被膜堆積した後に(９０％のＮ2＋
１０％のＨ2の)ガス処理を形成する工程が含まれる。実
行可能なメモリ製品となるＢＳＴをベースとしたＤＲＡ
Ｍについては、これらのアルカリ土類チタン酸塩の還元
を抑制することが可能な加工方法を確立する必要があ
る。
【０００５】本明細書の開示においては、ＤＲＡＭセル
において誘電体コンデンサとして使用される薄膜デバイ
スおよび関連する加工方法について記述する。このデバ
イスは、あらゆる標準的なデバイスの品質要件(Ｉ／Ｖ
特性、誘電率、誘電体損失等)を満たし、また激しい還
元雰囲気に耐えることが可能である。
において誘電体コンデンサとして使用される薄膜デバイ
スおよび関連する加工方法について記述する。このデバ
イスは、あらゆる標準的なデバイスの品質要件(Ｉ／Ｖ
特性、誘電率、誘電体損失等)を満たし、また激しい還
元雰囲気に耐えることが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一般的な目的
は、メモリ用途用の薄膜コンデンサデバイスを提供する
ことである。本発明のより具体的な目的は、情報をダイ
ナミックランダムアクセスメモリ(ＤＲＡＭ)に記憶する
ために使用され得る高誘電率コンデンサを提供すること
である。同様に、本発明のより具体的な目的は、還元雰
囲気に対して耐性を有し、従って還元雰囲気における還
元(degradation)に対して耐性を有するＤＲＡＭデバイ
ス用の高誘電率コンデンサを提供することである。
は、メモリ用途用の薄膜コンデンサデバイスを提供する
ことである。本発明のより具体的な目的は、情報をダイ
ナミックランダムアクセスメモリ(ＤＲＡＭ)に記憶する
ために使用され得る高誘電率コンデンサを提供すること
である。同様に、本発明のより具体的な目的は、還元雰
囲気に対して耐性を有し、従って還元雰囲気における還
元(degradation)に対して耐性を有するＤＲＡＭデバイ
ス用の高誘電率コンデンサを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の誘電体組成物
は、アクセプタ型のドーパントでドープされたＢａxＳ
ｒ1-xＴｉＯ3、０＜ｘ＜１(ＢＳＴ)を有し、還元雰囲気
に対して安定性を有する。
は、アクセプタ型のドーパントでドープされたＢａxＳ
ｒ1-xＴｉＯ3、０＜ｘ＜１(ＢＳＴ)を有し、還元雰囲気
に対して安定性を有する。
【０００８】好適な実施態様においては、上記アクセプ
タ型のドーパントは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｇａ、
およびＦｅイオンならびにこれらの組合わせからなる群
より選択される。
タ型のドーパントは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｇａ、
およびＦｅイオンならびにこれらの組合わせからなる群
より選択される。
【０００９】本発明の別の局面において、本発明の誘電
体組成物は、ＡＢＯ3を含み、ＡがＢａまたはＳｒであ
り、ＢがＴｉであり、Ｂに対するＡの化学量論比が１よ
りも大きい、還元雰囲気に対して安定性を有する。
体組成物は、ＡＢＯ3を含み、ＡがＢａまたはＳｒであ
り、ＢがＴｉであり、Ｂに対するＡの化学量論比が１よ
りも大きい、還元雰囲気に対して安定性を有する。
【００１０】本発明の別の局面において、本発明の誘電
体組成は、［(Ｂａ1-xＭx)Ｏ］yＴｉＯ2(ＭがＣａ、Ｓ
ｒ、またはＭｇを包む)の組成を有し、ｙの値が１より
もわずかに大きいアルカリ土類チタン酸塩を含み、還元
雰囲気に対して安定している。
体組成は、［(Ｂａ1-xＭx)Ｏ］yＴｉＯ2(ＭがＣａ、Ｓ
ｒ、またはＭｇを包む)の組成を有し、ｙの値が１より
もわずかに大きいアルカリ土類チタン酸塩を含み、還元
雰囲気に対して安定している。
【００１１】本発明の別の局面において、本発明の誘電
体組成は、(ＡxＡ1.01-x)(ＢyＢ1-y)Ｏ3のペロブスカイ
トチタン酸塩組成物を含み、ＡがＢａであり、ＡがＳ
ｒ、Ｃａ、またはＭｇを含み、ＢがＴｉであり、ＢがＺ
ｒであり、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１であり、Ｂに対する
Ａの化学量論比が１より大きく、還元雰囲気に対して安
定性を有する。
体組成は、(ＡxＡ1.01-x)(ＢyＢ1-y)Ｏ3のペロブスカイ
トチタン酸塩組成物を含み、ＡがＢａであり、ＡがＳ
ｒ、Ｃａ、またはＭｇを含み、ＢがＴｉであり、ＢがＺ
ｒであり、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１であり、Ｂに対する
Ａの化学量論比が１より大きく、還元雰囲気に対して安
定性を有する。
【００１２】本発明の別の局面において、本発明の誘電
体組成は、(Ｂａ0.50Ｓｒ0.51)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)
Ｏ3、(Ｂａ0.40Ｓｒ0.61)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)Ｏ3、およ
び(Ｂａ 0.60Ｓｒ0.41)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)Ｏ3からなる
群より選択された組成物を含み、該組成物が１〜１０原
子％のＨｏまたはＮｂでドープされ、還元雰囲気に対し
て安定性を有する。
体組成は、(Ｂａ0.50Ｓｒ0.51)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)
Ｏ3、(Ｂａ0.40Ｓｒ0.61)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)Ｏ3、およ
び(Ｂａ 0.60Ｓｒ0.41)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)Ｏ3からなる
群より選択された組成物を含み、該組成物が１〜１０原
子％のＨｏまたはＮｂでドープされ、還元雰囲気に対し
て安定性を有する。
【００１３】本発明の１つの実施形態によると、これら
およびその他の目的は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｇ
ａ、およびＦｅイオンなどのアクセプタ型のドーパント
でドープされたＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3、０＜ｘ＜１(ＢＳ
Ｔ)を、コンデンサの誘電体層として使用することによ
って達成される。アクセプタイオンは、チタン部位を占
有してＴｉ3+の形成を防ぐことが可能であり、また、酸
素空孔の電荷を補償し且つ自由電子をＴｉ4+よりも自由
にトラップすることによって、導電性のＢＳＴの形成を
抑制することが可能である。本発明の別の実施形態によ
ると、これらおよびその他の目的は、改変された誘電体
組成物を使用することによって達成される。この誘電体
組成物は、［(Ｂａ1-xＭx)Ｏ］yＴｉＯ2の組成(ＭはＣ
ａ、Ｓｒ、またはＭｇであり得る)を含むアルカリ土類
イオンを含む。ｙの値は１よりもわずかに大きい。
およびその他の目的は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｇ
ａ、およびＦｅイオンなどのアクセプタ型のドーパント
でドープされたＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3、０＜ｘ＜１(ＢＳ
Ｔ)を、コンデンサの誘電体層として使用することによ
って達成される。アクセプタイオンは、チタン部位を占
有してＴｉ3+の形成を防ぐことが可能であり、また、酸
素空孔の電荷を補償し且つ自由電子をＴｉ4+よりも自由
にトラップすることによって、導電性のＢＳＴの形成を
抑制することが可能である。本発明の別の実施形態によ
ると、これらおよびその他の目的は、改変された誘電体
組成物を使用することによって達成される。この誘電体
組成物は、［(Ｂａ1-xＭx)Ｏ］yＴｉＯ2の組成(ＭはＣ
ａ、Ｓｒ、またはＭｇであり得る)を含むアルカリ土類
イオンを含む。ｙの値は１よりもわずかに大きい。
【００１４】ある実施形態によると、本発明は、高温で
のＨ2アニーリング下で還元雰囲気に対して耐性を有す
る薄膜デバイスである。この薄膜デバイスは、基板と、
基板上に配設された金属からなる下部電極層と、基板と
下部電極との間の接着層または拡散バリア層と、Ｈ2還
元雰囲気に対して耐性を有する電極上部の誘電体層と、
誘電体層上部の上部電極層とを有する。
のＨ2アニーリング下で還元雰囲気に対して耐性を有す
る薄膜デバイスである。この薄膜デバイスは、基板と、
基板上に配設された金属からなる下部電極層と、基板と
下部電極との間の接着層または拡散バリア層と、Ｈ2還
元雰囲気に対して耐性を有する電極上部の誘電体層と、
誘電体層上部の上部電極層とを有する。
【００１５】基板は、シリコン、二酸化ケイ素、一酸化
ケイ素でコーティングされたシリコン、およびガリウム
砒素からなる群より選択された材料であり得る。
ケイ素でコーティングされたシリコン、およびガリウム
砒素からなる群より選択された材料であり得る。
【００１６】金属の下部電極層は、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、
Ｒｅ、Ｏｓなどの遷移金属、またはＰｔ、Ｐｄ、Ａｇ、
Ａｕなどの金属からなる群より選択される。または、下
部電極層は、Ｒｈ2Ｏ3、ＲｕＯ2、ＩｒＯ2、ＲｅＯ2、
ＯｓＯ2などの遷移金属の酸化物、Ｐｔ、Ｐｄなどの他
の金属の酸化物、Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｏ−Ｏ、ドープされた
ＳｒＴｉＯ3、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏなどのペロブスカイ
ト酸化物からなる群より選択され得る。または、下部電
極は、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｏｓなどの遷移金属、
またはＰｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕなどの金属からなる群よ
り選択された金属と、Ｒｈ2Ｏ3、ＲｕＯ2、ＩｒＯ2、Ｒ
ｅＯ2、ＯｓＯ2などの遷移金属の酸化金属、Ｐｔ、Ｐｄ
などの他の金属の酸化物、Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｏ−Ｏ、ドー
プされたＳｒＴｉＯ3、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏなどのペロ
ブスカイト酸化物との多層であり得る。
Ｒｅ、Ｏｓなどの遷移金属、またはＰｔ、Ｐｄ、Ａｇ、
Ａｕなどの金属からなる群より選択される。または、下
部電極層は、Ｒｈ2Ｏ3、ＲｕＯ2、ＩｒＯ2、ＲｅＯ2、
ＯｓＯ2などの遷移金属の酸化物、Ｐｔ、Ｐｄなどの他
の金属の酸化物、Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｏ−Ｏ、ドープされた
ＳｒＴｉＯ3、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏなどのペロブスカイ
ト酸化物からなる群より選択され得る。または、下部電
極は、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｏｓなどの遷移金属、
またはＰｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕなどの金属からなる群よ
り選択された金属と、Ｒｈ2Ｏ3、ＲｕＯ2、ＩｒＯ2、Ｒ
ｅＯ2、ＯｓＯ2などの遷移金属の酸化金属、Ｐｔ、Ｐｄ
などの他の金属の酸化物、Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｏ−Ｏ、ドー
プされたＳｒＴｉＯ3、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏなどのペロ
ブスカイト酸化物との多層であり得る。
【００１７】接着中間層は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｔａなどの金
属、またはＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｔａ 2Ｏｓなどの酸化
物、またはＺｒ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｔａ−Ｎなどの窒化物
であり得る。
属、またはＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｔａ 2Ｏｓなどの酸化
物、またはＺｒ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｔａ−Ｎなどの窒化物
であり得る。
【００１８】拡散バリアは、Ｒｈ2Ｏ3、ＲｕＯ2、Ｉｒ
Ｏ2、ＲｅＯ2、ＯｓＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏｓ
などの酸化物、またはＴｉＮ、Ｓｉ3Ｎ4などの窒化物、
あるいはＴｉＳｉ2、ＴａＳｉ2などのシリサイドであり
得る。
Ｏ2、ＲｅＯ2、ＯｓＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏｓ
などの酸化物、またはＴｉＮ、Ｓｉ3Ｎ4などの窒化物、
あるいはＴｉＳｉ2、ＴａＳｉ2などのシリサイドであり
得る。
【００１９】Ｈ2還元雰囲気に対して耐性を有する誘電
体層は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｇａ、およびＦｅイ
オンなどのアクセプタ型のドーパントでドープされたＢ
ａxＳｒ1-xＴｉＯ3、０＜ｘ＜１(ＢＳＴ)の改変された
組成物であり得る。
体層は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｇａ、およびＦｅイ
オンなどのアクセプタ型のドーパントでドープされたＢ
ａxＳｒ1-xＴｉＯ3、０＜ｘ＜１(ＢＳＴ)の改変された
組成物であり得る。
【００２０】Ｈ2還元雰囲気に対して耐性を有する誘電
体層は、ＡＢＯ3であり得る。ここで、Ａ＝Ｂａ、Ｓ
ｒ、等であり、Ｂ＝Ｔｉ等であり、Ｂに対するＡの化学
量論比が１よりも大きい。
体層は、ＡＢＯ3であり得る。ここで、Ａ＝Ｂａ、Ｓ
ｒ、等であり、Ｂ＝Ｔｉ等であり、Ｂに対するＡの化学
量論比が１よりも大きい。
【００２１】誘電体層は、［(Ｂａ1-xＭx)Ｏ］yＴｉＯ2
(ＭはＣａ、Ｓｒ、またはＭｇを包む)の組成物を含むア
ルカリ土類チタン酸塩であり得る。ｙの値は１よりもわ
ずかに大きい。
(ＭはＣａ、Ｓｒ、またはＭｇを包む)の組成物を含むア
ルカリ土類チタン酸塩であり得る。ｙの値は１よりもわ
ずかに大きい。
【００２２】誘電体層は、(ＡxＡ1.01-x)(ＢyＢ1-y)Ｏ3
を含む、以下のペロブスカイトチタン酸塩組成物の１つ
であり得る。ここでＡはＢａであり、ＡはＳｒ、Ｃａ、
またはＭｇを含み、ＢはＴｉであり、ＢはＺｒであり、
０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１である。Ｂに対するＡの化学量
論比は１．０１よりも大きい。
を含む、以下のペロブスカイトチタン酸塩組成物の１つ
であり得る。ここでＡはＢａであり、ＡはＳｒ、Ｃａ、
またはＭｇを含み、ＢはＴｉであり、ＢはＺｒであり、
０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１である。Ｂに対するＡの化学量
論比は１．０１よりも大きい。
【００２３】誘電体層は、１〜１０原子％のＨｏまたは
Ｎｂでドープされた(Ｂａ0.50Ｓｒ0 .51)(Ｔｉ0.98Ｚｒ
0.02)Ｏ3、(Ｂａ0.40Ｓｒ0.61)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)
Ｏ3、または(Ｂａ0.60Ｓｒ0.41)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)Ｏ3
であり得る。
Ｎｂでドープされた(Ｂａ0.50Ｓｒ0 .51)(Ｔｉ0.98Ｚｒ
0.02)Ｏ3、(Ｂａ0.40Ｓｒ0.61)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)
Ｏ3、または(Ｂａ0.60Ｓｒ0.41)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)Ｏ3
であり得る。
【００２４】上部電極金属層は、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒ
ｅ、Ｏｓなどの遷移金属、またはＰｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａ
ｕなどの金属からなる群より選択され得る。
ｅ、Ｏｓなどの遷移金属、またはＰｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａ
ｕなどの金属からなる群より選択され得る。
【００２５】上部電極は、Ｒｈ2Ｏ3、ＲｕＯ2、Ｉｒ
Ｏ2、ＲｅＯ2、ＯｓＯ2などの遷移金属の酸化物、Ｐ
ｔ、Ｐｄなどの他の金属の酸化物、Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｏ−
Ｏ、ドープされたＳｒＴｉＯ3、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏな
どのペロブスカイト酸化物からなる群より選択され得
る。
Ｏ2、ＲｅＯ2、ＯｓＯ2などの遷移金属の酸化物、Ｐ
ｔ、Ｐｄなどの他の金属の酸化物、Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｏ−
Ｏ、ドープされたＳｒＴｉＯ3、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏな
どのペロブスカイト酸化物からなる群より選択され得
る。
【００２６】上部電極は、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｏ
ｓなどの遷移金属、またはＰｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕなど
の金属からなる群より選択された金属と、Ｒｈ2Ｏ3、Ｒ
ｕＯ 2、ＩｒＯ2、ＲｅＯ2、ＯｓＯ2などの遷移金属の酸
化金属、Ｐｔ、Ｐｄなどの他の金属の酸化物、Ｌａ−Ｓ
ｒ−Ｃｏ−Ｏ、ドープされたＳｒＴｉＯ3、Ｙ−Ｂａ−
Ｃｕ−Ｏなどのペロブスカイト酸化物との多層であり得
る。
ｓなどの遷移金属、またはＰｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕなど
の金属からなる群より選択された金属と、Ｒｈ2Ｏ3、Ｒ
ｕＯ 2、ＩｒＯ2、ＲｅＯ2、ＯｓＯ2などの遷移金属の酸
化金属、Ｐｔ、Ｐｄなどの他の金属の酸化物、Ｌａ−Ｓ
ｒ−Ｃｏ−Ｏ、ドープされたＳｒＴｉＯ3、Ｙ−Ｂａ−
Ｃｕ−Ｏなどのペロブスカイト酸化物との多層であり得
る。
【００２７】中間層ならびに上部および下部電極層は、
スパッタリング、蒸着、レーザアブレーション、分子線
エピタキシ、等を含む任意の薄膜物理蒸着プロセス、ま
たはこれらのプロセスの任意の変形プロセスによって堆
積され得る。
スパッタリング、蒸着、レーザアブレーション、分子線
エピタキシ、等を含む任意の薄膜物理蒸着プロセス、ま
たはこれらのプロセスの任意の変形プロセスによって堆
積され得る。
【００２８】中間層ならびに上部および下部電極層は、
ゾル−ゲル法、有機金属堆積法、有機金属化学蒸着など
の任意の薄膜化学堆積プロセス、またはその組合わせお
よび変形プロセスによって堆積され得る。
ゾル−ゲル法、有機金属堆積法、有機金属化学蒸着など
の任意の薄膜化学堆積プロセス、またはその組合わせお
よび変形プロセスによって堆積され得る。
【００２９】ある実施形態では、誘電体層は、スパッタ
リング、蒸着、レーザアブレーション、分子線エピタキ
シ等、またはこれらのプロセスの任意の変形を含む任意
の薄膜物理蒸着プロセス、によって堆積される。
リング、蒸着、レーザアブレーション、分子線エピタキ
シ等、またはこれらのプロセスの任意の変形を含む任意
の薄膜物理蒸着プロセス、によって堆積される。
【００３０】ある実施形態では、誘電体層は、ゾル−ゲ
ル法、有機金属堆積法、有機金属化学蒸着などの任意の
薄膜化学堆積プロセス、またはその組合わせおよび変形
プロセスによって堆積される。
ル法、有機金属堆積法、有機金属化学蒸着などの任意の
薄膜化学堆積プロセス、またはその組合わせおよび変形
プロセスによって堆積される。
【００３１】本デバイスは、該デバイスを含むダイナミ
ックランダムアクセスメモリをさらに含み得る。本デバ
イスは、大規模集積回路をさらに含み得る。
ックランダムアクセスメモリをさらに含み得る。本デバ
イスは、大規模集積回路をさらに含み得る。
【００３２】
【発明の実施の形態】本発明の１つの実施形態による誘
電体コンデンサデバイスを図１に示す。基板(１０)は、
基板の上に堆積され且つ集積回路内の他の回路素子に接
続する導電体として機能する下部電極(１２)を有する。
ほとんどの場合において、基板(１０)はシリコンチップ
上の二酸化ケイ素層である。言うまでもなく、基板は、
むき出しのシリコン、ガリウム砒素、または、二酸化ケ
イ素、ポリシリコン、および注入されたシリコン層等を
有し、それにより複合集積回路と呼ばれるものを形成す
るシリコンチップ内の種々の回路素子を有する多層構造
でもあり得る。層(１１)は、接着および／または拡散バ
リアを目的として、基板(１０)と下部電極構造(１２)と
の間に形成される。このようにして、下部基板材料への
金属の必要な接着が提供される。電極層(１２)は、通
常、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｐｔ、Ｒｅなどの金属
(遷移金属)、またはＰｔ−Ｒｈ、Ｐｒ−Ｉｒ、Ｒｈ−Ｉ
ｒなどのこれらの金属の１つ以上の合金、あるいはＲｈ
2Ｏ3、ＩｒＯ2、ＲｕＯ2などの導電性酸化物である。層
(１２)は、スパッタリング、蒸着、レーザアブレーショ
ン、ゾル−ゲル法、有機金属堆積法、化学蒸着などの、
薄膜を堆積する公知である任意の物理学的または化学的
プロセス、またはこれらのプロセスの任意の他の変形プ
ロセスによって、堆積され得る。
電体コンデンサデバイスを図１に示す。基板(１０)は、
基板の上に堆積され且つ集積回路内の他の回路素子に接
続する導電体として機能する下部電極(１２)を有する。
ほとんどの場合において、基板(１０)はシリコンチップ
上の二酸化ケイ素層である。言うまでもなく、基板は、
むき出しのシリコン、ガリウム砒素、または、二酸化ケ
イ素、ポリシリコン、および注入されたシリコン層等を
有し、それにより複合集積回路と呼ばれるものを形成す
るシリコンチップ内の種々の回路素子を有する多層構造
でもあり得る。層(１１)は、接着および／または拡散バ
リアを目的として、基板(１０)と下部電極構造(１２)と
の間に形成される。このようにして、下部基板材料への
金属の必要な接着が提供される。電極層(１２)は、通
常、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｐｔ、Ｒｅなどの金属
(遷移金属)、またはＰｔ−Ｒｈ、Ｐｒ−Ｉｒ、Ｒｈ−Ｉ
ｒなどのこれらの金属の１つ以上の合金、あるいはＲｈ
2Ｏ3、ＩｒＯ2、ＲｕＯ2などの導電性酸化物である。層
(１２)は、スパッタリング、蒸着、レーザアブレーショ
ン、ゾル−ゲル法、有機金属堆積法、化学蒸着などの、
薄膜を堆積する公知である任意の物理学的または化学的
プロセス、またはこれらのプロセスの任意の他の変形プ
ロセスによって、堆積され得る。
【００３３】誘電体材料(１３)は、膜に良好な均一性と
化学量論比を提供し得る任意の実施可能な薄膜堆積技術
によって、下部電極(１２)の上部に堆積される。誘電体
材料は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｇａ、およびＦｅイ
オンなどのアクセプタ型のドーパントをドープされたＢ
ａxＳｒ1-xＴｉＯ3、０＜ｘ＜１、(ＢＳＴ)の改変され
た組成物である。誘電体材料は、［(Ｂａ1-xＭx)Ｏ］y
ＴｉＯ2(ＭはＣａ、Ｓｒ、またはＭｇであり得、ｙの値
は１よりもわずかに大きい)の組成物を含む、アルカリ
土類イオンを有する改変された誘電体組成物であり得
る。より具体的な例は、(ＡxＡ1.01-x)(ＢyＢ1-y)Ｏ3を
含む、以下のペロブスカイトチタン酸塩組成物の１つで
ある。ここでＡはＢａであり、ＡはＳｒ、Ｃａ、または
Ｍｇであり、ＢはＴｉであり、ＢはＺｒであり、０＜ｘ
＜１、０＜ｙ＜１である。Ｂに対するＡの化学量論比は
１．０よりも大きく、また、上記の組成物には、０〜１
０％のＨｏまたはＮｂがドープされていることに留意さ
れたい。ここで、ＨｏまたはＮｂは、それぞれＨｏ2Ｏ3
またはＮｂ2Ｏ5として添加されている。これらの材料
は、スパッタリング、蒸着、レーザアブレーション、ゾ
ル−ゲル法、有機金属堆積法、化学蒸着などの、薄膜を
堆積する公知である任意の物理学的または化学的プロセ
ス、またはこれらのプロセスの任意の他の変形プロセス
によって、堆積され得る。上部電極(１４)は、下部電極
(１２)と同じ材料または異なる酸化金属／金属の多層の
いずれかにより形成され得る。例えば、層(１４)は、Ｒ
ｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｐｔ、Ｒｅ、またはこれらの金
属の１つまたはそれ以上の合金であり得る。また、層
(１４)は、スパッタリング、蒸着、レーザアブレーショ
ン、ゾル−ゲル法、有機金属堆積法、化学蒸着などの、
薄膜を堆積する公知である任意の物理学的または化学的
プロセス、またはこれらのプロセスの任意の他の変形プ
ロセスによって、堆積され得る。
化学量論比を提供し得る任意の実施可能な薄膜堆積技術
によって、下部電極(１２)の上部に堆積される。誘電体
材料は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｇａ、およびＦｅイ
オンなどのアクセプタ型のドーパントをドープされたＢ
ａxＳｒ1-xＴｉＯ3、０＜ｘ＜１、(ＢＳＴ)の改変され
た組成物である。誘電体材料は、［(Ｂａ1-xＭx)Ｏ］y
ＴｉＯ2(ＭはＣａ、Ｓｒ、またはＭｇであり得、ｙの値
は１よりもわずかに大きい)の組成物を含む、アルカリ
土類イオンを有する改変された誘電体組成物であり得
る。より具体的な例は、(ＡxＡ1.01-x)(ＢyＢ1-y)Ｏ3を
含む、以下のペロブスカイトチタン酸塩組成物の１つで
ある。ここでＡはＢａであり、ＡはＳｒ、Ｃａ、または
Ｍｇであり、ＢはＴｉであり、ＢはＺｒであり、０＜ｘ
＜１、０＜ｙ＜１である。Ｂに対するＡの化学量論比は
１．０よりも大きく、また、上記の組成物には、０〜１
０％のＨｏまたはＮｂがドープされていることに留意さ
れたい。ここで、ＨｏまたはＮｂは、それぞれＨｏ2Ｏ3
またはＮｂ2Ｏ5として添加されている。これらの材料
は、スパッタリング、蒸着、レーザアブレーション、ゾ
ル−ゲル法、有機金属堆積法、化学蒸着などの、薄膜を
堆積する公知である任意の物理学的または化学的プロセ
ス、またはこれらのプロセスの任意の他の変形プロセス
によって、堆積され得る。上部電極(１４)は、下部電極
(１２)と同じ材料または異なる酸化金属／金属の多層の
いずれかにより形成され得る。例えば、層(１４)は、Ｒ
ｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｐｔ、Ｒｅ、またはこれらの金
属の１つまたはそれ以上の合金であり得る。また、層
(１４)は、スパッタリング、蒸着、レーザアブレーショ
ン、ゾル−ゲル法、有機金属堆積法、化学蒸着などの、
薄膜を堆積する公知である任意の物理学的または化学的
プロセス、またはこれらのプロセスの任意の他の変形プ
ロセスによって、堆積され得る。
【００３４】誘電体材料として(Ｂａ0.4Ｓｒ0.61)(Ｔｉ
0.98Ｚｒ0.02)Ｏ3を、基板としてＳｉＯ2を１００ｎｍ
コーティングしたＳｉ(１００)を、(上部および下部)電
極材料としてＰｔを、そして接着層としてＴｉを使用し
た本発明の実施例を、テスト手段として使用した。接着
層およびＰｔ下部電極を、スパッタリングプロセスによ
ってインサイチュに堆積した。スパッタリングプロセス
は、ＲＦスパッタリングチャンバ内で、３００℃の基板
温度で、対応する金属の標的を使用して行われた。ＲＦ
の電力を５０Ｗに保ち、ガスの全圧を５ｍＴｏｒｒに維
持した。中間層を３０ｎｍの厚みまで堆積し、電極層の
厚みは３００ｎｍにした。ＳｉＯ2酸化層を、ウェット
Ｏ2雰囲気で９５０℃の温度で熱酸化を行うことによっ
て、ｐ型Ｓｉ(１００)基板の上部に１００ｎｍの厚みま
で成長させた。これらの白金被膜した基板上部への誘電
体膜の堆積は、レーザアブレーションによって行われ
た。最近では、多成分性の誘電体薄膜の堆積のためのパ
ルスレーザアブレーションの技術にかなり関心が持たれ
ている。この技術は、多成分性の高温超電導酸化薄膜を
インサイチュに首尾良く堆積するのに使用されて以来、
特に注目されるようになった。この技術によって、多成
分性の組成および複合酸化物の位相の制御、薄膜のイン
サイチュエピタキシャル成長、半導体技術との適合性、
および幅広い圧力下にわたる多種多様の材料の堆積能に
おいて利点が提供される。
0.98Ｚｒ0.02)Ｏ3を、基板としてＳｉＯ2を１００ｎｍ
コーティングしたＳｉ(１００)を、(上部および下部)電
極材料としてＰｔを、そして接着層としてＴｉを使用し
た本発明の実施例を、テスト手段として使用した。接着
層およびＰｔ下部電極を、スパッタリングプロセスによ
ってインサイチュに堆積した。スパッタリングプロセス
は、ＲＦスパッタリングチャンバ内で、３００℃の基板
温度で、対応する金属の標的を使用して行われた。ＲＦ
の電力を５０Ｗに保ち、ガスの全圧を５ｍＴｏｒｒに維
持した。中間層を３０ｎｍの厚みまで堆積し、電極層の
厚みは３００ｎｍにした。ＳｉＯ2酸化層を、ウェット
Ｏ2雰囲気で９５０℃の温度で熱酸化を行うことによっ
て、ｐ型Ｓｉ(１００)基板の上部に１００ｎｍの厚みま
で成長させた。これらの白金被膜した基板上部への誘電
体膜の堆積は、レーザアブレーションによって行われ
た。最近では、多成分性の誘電体薄膜の堆積のためのパ
ルスレーザアブレーションの技術にかなり関心が持たれ
ている。この技術は、多成分性の高温超電導酸化薄膜を
インサイチュに首尾良く堆積するのに使用されて以来、
特に注目されるようになった。この技術によって、多成
分性の組成および複合酸化物の位相の制御、薄膜のイン
サイチュエピタキシャル成長、半導体技術との適合性、
および幅広い圧力下にわたる多種多様の材料の堆積能に
おいて利点が提供される。
【００３５】ＫｒＦ放射線(２４８ｎｍ)を利用した「Ｌ
ａｍｂｄａ Ｐｈｙｓｉｋ ＬＰＸ３００」エキシマレ
ーザを、５０ｃｍのＵＶ用の平凸レンズを用いて、出発
材料((Ｂａ0.4Ｓｒ0.61)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)Ｏ3)の回転
する標的に集中させた。入射光のエネルギーは６００ｍ
Ｊ／パルスであり、レーザは１０Ｈｚの周波数で操作さ
れた。光線を４５゜の角度で標的に入射させ、標的を１
０〜１３ｒｐｍの速度で回転させた。標的は、ボールミ
ルによって、化学量論比のＢａＣＯ3、ＳｒＣＯ3、Ｔｉ
Ｏ2、およびＺｒＯ2の粉体を混合し、続いて混合した粉
体を１０００℃でカ焼し、カ焼した粉体を１００００ｐ
ｓｉで円形ダイでプレスし、そしてプレスしたペレット
を溶鉱炉の中で、周囲条件で１１００℃で１時間焼結す
ることによって処理された。加熱活性したシルバーペイ
ントを使用して、Ｓｉ／ＳｉＯ2／Ｔｉ／Ｐｔの基板を
加熱したステンレス鋼のブロック上に載せ、標的と４〜
５ｃｍの距離を置いて並行になるように配置した。基板
ホルダも回転させ、ウェハ表面にわたって確実に均一に
堆積させた。堆積は、２００ｍＴｏｒｒの酸素雰囲気下
で、７００℃の基板温度で実施された。誘電体膜を３０
０ｎｍの厚さに堆積した。その後、ＲＦスパッタリング
によって、シャドウマスクを介して試料上にＰｔ(３０
０ｎｍ)の上部電極をスパッタ堆積させ、デバイスの構
造を完成させた。スパッタリングのプロセスは、Ｐｔ
(直径２インチ、厚さ０．１２５インチ)を標的として使
用して、ＲＦスパッタリングチャンバ内で室温で再度行
われた。ＲＦの電力を５０Ｗに保ち、ガスの全圧(Ａｒ)
を５ｍＴｏｒｒに維持した。上部電極のスパッタリング
プロセスは、面積２．１×１０-4ｃｍ2の円形ホールを
有するステンレス鋼製のコンタクトシャドウマスクを介
して行われた。
ａｍｂｄａ Ｐｈｙｓｉｋ ＬＰＸ３００」エキシマレ
ーザを、５０ｃｍのＵＶ用の平凸レンズを用いて、出発
材料((Ｂａ0.4Ｓｒ0.61)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)Ｏ3)の回転
する標的に集中させた。入射光のエネルギーは６００ｍ
Ｊ／パルスであり、レーザは１０Ｈｚの周波数で操作さ
れた。光線を４５゜の角度で標的に入射させ、標的を１
０〜１３ｒｐｍの速度で回転させた。標的は、ボールミ
ルによって、化学量論比のＢａＣＯ3、ＳｒＣＯ3、Ｔｉ
Ｏ2、およびＺｒＯ2の粉体を混合し、続いて混合した粉
体を１０００℃でカ焼し、カ焼した粉体を１００００ｐ
ｓｉで円形ダイでプレスし、そしてプレスしたペレット
を溶鉱炉の中で、周囲条件で１１００℃で１時間焼結す
ることによって処理された。加熱活性したシルバーペイ
ントを使用して、Ｓｉ／ＳｉＯ2／Ｔｉ／Ｐｔの基板を
加熱したステンレス鋼のブロック上に載せ、標的と４〜
５ｃｍの距離を置いて並行になるように配置した。基板
ホルダも回転させ、ウェハ表面にわたって確実に均一に
堆積させた。堆積は、２００ｍＴｏｒｒの酸素雰囲気下
で、７００℃の基板温度で実施された。誘電体膜を３０
０ｎｍの厚さに堆積した。その後、ＲＦスパッタリング
によって、シャドウマスクを介して試料上にＰｔ(３０
０ｎｍ)の上部電極をスパッタ堆積させ、デバイスの構
造を完成させた。スパッタリングのプロセスは、Ｐｔ
(直径２インチ、厚さ０．１２５インチ)を標的として使
用して、ＲＦスパッタリングチャンバ内で室温で再度行
われた。ＲＦの電力を５０Ｗに保ち、ガスの全圧(Ａｒ)
を５ｍＴｏｒｒに維持した。上部電極のスパッタリング
プロセスは、面積２．１×１０-4ｃｍ2の円形ホールを
有するステンレス鋼製のコンタクトシャドウマスクを介
して行われた。
【００３６】堆積した試料についてのＸ線回析調査によ
って、単相改変したチタン酸バリウムストロンチウムが
この堆積温度において示された。実際に、膜が４００〜
７００℃の間の温度範囲で堆積される本発明の他の実施
形態では、３２゜において２θのピークで示されるよう
に、５００℃程に低い温度で結晶相形成が観察されるこ
とが分かった。(Ｘ線光電子分光法を使用した)表面調査
および(波長分散Ｘ線分析を使用した)密度の組成調査に
よって、膜の組成が所望の組成に非常に近いことが示さ
れている。所望の組成とは、アブレーション標的の全元
素が所望の化学量論比で堆積した膜に含まれていること
を意味する。堆積したままの試料の誘電率を、「ＨＰ４
１９２Ａ」インピーダンス分析器を使用して、周波数の
関数として測定した。７００℃で３００ｎｍの厚みまで
堆積した膜は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの間の周波数範囲
および実際のデバイスにおける典型的な動作周波数範囲
であるゼロバイアスにおいて、４００の誘電率を示し
た。その後、堆積したままのテストコンデンサのリーク
電流の特性を、「Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ６１０」電流計を
使用してテストした。電圧を１ボルトずつ増加させてコ
ンデンサに印加し、対応する電流応答を測定した。堆積
したままの試料についての測定の後、石英チューブ炉内
で、Ｈ2フローという極端な雰囲気において500℃の温度
で３時間、アニールした。その後、誘電体挙動および電
流−電圧特性に関して、アニールした試料を再度テスト
した。結果を比較すると、５ボルトまでは、堆積したま
まの試料とアニールした試料との間の電流値の差はほと
んどないことがわかった。さらに、これらのリーク電流
値および誘電率は、ＤＲＡＭにおける実際のデバイスの
作動に必要な値の範囲内に充分な値である。測定の結
果、本発明のプロセスは、現存のＨ2還元問題をチタン
酸バリウムストロンチウムコンデンサを用いて克服する
ことに成功することが明確に示される。
って、単相改変したチタン酸バリウムストロンチウムが
この堆積温度において示された。実際に、膜が４００〜
７００℃の間の温度範囲で堆積される本発明の他の実施
形態では、３２゜において２θのピークで示されるよう
に、５００℃程に低い温度で結晶相形成が観察されるこ
とが分かった。(Ｘ線光電子分光法を使用した)表面調査
および(波長分散Ｘ線分析を使用した)密度の組成調査に
よって、膜の組成が所望の組成に非常に近いことが示さ
れている。所望の組成とは、アブレーション標的の全元
素が所望の化学量論比で堆積した膜に含まれていること
を意味する。堆積したままの試料の誘電率を、「ＨＰ４
１９２Ａ」インピーダンス分析器を使用して、周波数の
関数として測定した。７００℃で３００ｎｍの厚みまで
堆積した膜は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの間の周波数範囲
および実際のデバイスにおける典型的な動作周波数範囲
であるゼロバイアスにおいて、４００の誘電率を示し
た。その後、堆積したままのテストコンデンサのリーク
電流の特性を、「Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ６１０」電流計を
使用してテストした。電圧を１ボルトずつ増加させてコ
ンデンサに印加し、対応する電流応答を測定した。堆積
したままの試料についての測定の後、石英チューブ炉内
で、Ｈ2フローという極端な雰囲気において500℃の温度
で３時間、アニールした。その後、誘電体挙動および電
流−電圧特性に関して、アニールした試料を再度テスト
した。結果を比較すると、５ボルトまでは、堆積したま
まの試料とアニールした試料との間の電流値の差はほと
んどないことがわかった。さらに、これらのリーク電流
値および誘電率は、ＤＲＡＭにおける実際のデバイスの
作動に必要な値の範囲内に充分な値である。測定の結
果、本発明のプロセスは、現存のＨ2還元問題をチタン
酸バリウムストロンチウムコンデンサを用いて克服する
ことに成功することが明確に示される。
【００３７】本発明を特定の実施形態を参照して記述し
てきたが、この記述は限定的な意味で解釈されることを
意味しない。開示された実施形態の様々な改変および本
発明の他の実施形態は、この記述を参照すれば当業者に
は明らかである。従って、添付された請求の範囲は、本
発明の範囲にある任意のそのような改変または実施形態
を網羅する。
てきたが、この記述は限定的な意味で解釈されることを
意味しない。開示された実施形態の様々な改変および本
発明の他の実施形態は、この記述を参照すれば当業者に
は明らかである。従って、添付された請求の範囲は、本
発明の範囲にある任意のそのような改変または実施形態
を網羅する。
【００３８】
【発明の効果】本発明のによれば、情報をダイナミック
ランダムアクセスメモリ(ＤＲＡＭ)に記憶するために使
用され得る高誘電率コンデンサであって、還元雰囲気に
対して耐性を有し、従って還元雰囲気における劣化に対
して耐性を有するＤＲＡＭデバイス用の高誘電率コンデ
ンサが得られる。
ランダムアクセスメモリ(ＤＲＡＭ)に記憶するために使
用され得る高誘電率コンデンサであって、還元雰囲気に
対して耐性を有し、従って還元雰囲気における劣化に対
して耐性を有するＤＲＡＭデバイス用の高誘電率コンデ
ンサが得られる。
【図１】本発明の実施形態によるコンデンサデバイスの
概略図である。
概略図である。
１０ 基板 １１ 中間層 １２ 下部電極層 １３ 誘電体層 １４ 上部電極層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/108 21/8242 (72)発明者 エス． ビー． デスー アメリカ合衆国 バージニア 24061， ブラックスバーグ， ホルデン ホール 203 (72)発明者 シー． スチシタル アメリカ合衆国 バージニア 24061， ブラックスバーグ， ホルデン ホール 203 (72)発明者 ディー． ピー． ビジェー アメリカ合衆国 バージニア 24061， ブラックスバーグ， ホルデン ホール 203 Ｆターム(参考） 4G031 AA03 AA05 AA06 AA11 AA12 AA16 AA19 AA21 AA22 AA27 BA09 5E082 BB10 BC40 FG03 FG26 PP03 5F038 AC14 AC15 EZ14 5F083 AD11 GA25 JA13 JA14 JA35 JA38 JA39 JA40 JA43
Claims (6)
- 【請求項１】 アクセプタ型のドーパントでドープされ
たＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3、０＜ｘ＜１(ＢＳＴ)を含む、
還元雰囲気に対して安定性を有する誘電体組成物。 - 【請求項２】 前記アクセプタ型のドーパントがＭｎ、
Ｃｏ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｇａ、およびＦｅイオンならびにこ
れらの組合わせからなる群より選択される、請求項１に
記載の組成物。 - 【請求項３】 ＡＢＯ3を含み、ＡがＢａまたはＳｒで
あり、ＢがＴｉであり、Ｂに対するＡの化学量論比が１
よりも大きい、還元雰囲気に対して安定性を有する誘電
体組成物。 - 【請求項４】 ［(Ｂａ1-xＭx)Ｏ］yＴｉＯ2(ＭがＣ
ａ、Ｓｒ、またはＭｇを包む)の組成を有し、ｙの値が
１よりもわずかに大きいアルカリ土類チタン酸塩を含
む、還元雰囲気に対して安定性を有する誘電体組成物。 - 【請求項５】 (ＡxＡ1.01-x)(ＢyＢ1-y)Ｏ3のペロブス
カイトチタン酸塩組成物を含み、ＡがＢａであり、Ａが
Ｓｒ、Ｃａ、またはＭｇを含み、ＢがＴｉであり、Ｂが
Ｚｒであり、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１であり、Ｂに対す
るＡの化学量論比が１より大きい、還元雰囲気に対して
安定性を有する誘電体組成物。 - 【請求項６】 (Ｂａ0.50Ｓｒ0.51)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)
Ｏ3、(Ｂａ0.40Ｓｒ 0.61)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)Ｏ3、およ
び(Ｂａ0.60Ｓｒ0.41)(Ｔｉ0.98Ｚｒ0.02)Ｏ 3からなる
群より選択される組成物を含み、 該組成物が１〜１０原子％のＨｏまたはＮｂでドープさ
れている、還元雰囲気に対して安定性を有する誘電体組
成物。
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