JP2001015713A - 容量性素子 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
- H01L28/75—Electrodes comprising two or more layers, e.g. comprising a barrier layer and a metal layer
-
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- H01L28/55—Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極と層間絶縁膜との密着性を高めつつ誘電
体のリーク電流の増大を防止する。 【解決手段】 チタン酸バリウムストロンチウムを用い
て例えば３００〜６００オングストロームの酸化物誘電
体膜７を形成し、その上に第１白金層８１を例えばスパ
ッタリング法で２５０℃以下にて２５０〜５００オング
ストローム堆積する。更に第１白金層８１上に第２白金
層８２を例えばスパッタリング法で２５０〜５００℃に
て２５０〜５００オングストローム堆積する。第１白金
層８１の粒界が少なく、また第２白金層８２の粒界とは
連続しにくいので、粒界拡散が生じにくく、アルミ配線
層１１の水素シンタを行っても還元種が粒界を介して酸
化物誘電体膜７に到達しにくくなる。従って、酸化物誘
電体膜７の劣化が抑制される。しかも、第２白金層８２
は表面積が増大するので、その上に設けられる層間絶縁
膜１０との密着性も高められる。
体のリーク電流の増大を防止する。 【解決手段】 チタン酸バリウムストロンチウムを用い
て例えば３００〜６００オングストロームの酸化物誘電
体膜７を形成し、その上に第１白金層８１を例えばスパ
ッタリング法で２５０℃以下にて２５０〜５００オング
ストローム堆積する。更に第１白金層８１上に第２白金
層８２を例えばスパッタリング法で２５０〜５００℃に
て２５０〜５００オングストローム堆積する。第１白金
層８１の粒界が少なく、また第２白金層８２の粒界とは
連続しにくいので、粒界拡散が生じにくく、アルミ配線
層１１の水素シンタを行っても還元種が粒界を介して酸
化物誘電体膜７に到達しにくくなる。従って、酸化物誘
電体膜７の劣化が抑制される。しかも、第２白金層８２
は表面積が増大するので、その上に設けられる層間絶縁
膜１０との密着性も高められる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体メモリ装
置及びその製造方法に関し、特に容量性素子に関する。
置及びその製造方法に関し、特に容量性素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、容量値を確保しつつ集積度を
高めるべく、容量性素子、例えばキャパシタの有する誘
電体の誘電率を高めるため、あるいは強誘電性を得るた
め、酸化物誘電体膜を採用することが提案されている。
酸化物誘電体膜としては例えばペロブスカイト系の酸化
物誘電体が例示できる。
高めるべく、容量性素子、例えばキャパシタの有する誘
電体の誘電率を高めるため、あるいは強誘電性を得るた
め、酸化物誘電体膜を採用することが提案されている。
酸化物誘電体膜としては例えばペロブスカイト系の酸化
物誘電体が例示できる。
【０００３】そして、かかる酸化物誘電体膜を用いたキ
ャパシタでは、その電極として貴金属電極を採用してい
た。これは酸化物誘電体膜を形成する際に要求される雰
囲気が酸化性であり、酸化されないことが電極に要求さ
れるからである。
ャパシタでは、その電極として貴金属電極を採用してい
た。これは酸化物誘電体膜を形成する際に要求される雰
囲気が酸化性であり、酸化されないことが電極に要求さ
れるからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし貴金属電極は、
キャパシタを包む層間絶縁膜に対する付着強度が弱く、
貴金属電極の形成時や形成後に両者が剥離するという第
１の問題点があった。
キャパシタを包む層間絶縁膜に対する付着強度が弱く、
貴金属電極の形成時や形成後に両者が剥離するという第
１の問題点があった。
【０００５】また、当該キャパシタに接続されるアルミ
配線を水素中で熱処理する水素シンタを行った際、酸化
物誘電体膜が還元されるという第２の問題点があった。
酸化物誘電体膜が還元されると酸化物誘電体の結晶粒中
の酸素欠損が増加し、これに基づく欠陥準位を介して流
れるリーク電流が増大してしまう。
配線を水素中で熱処理する水素シンタを行った際、酸化
物誘電体膜が還元されるという第２の問題点があった。
酸化物誘電体膜が還元されると酸化物誘電体の結晶粒中
の酸素欠損が増加し、これに基づく欠陥準位を介して流
れるリーク電流が増大してしまう。
【０００６】第１及び第２の問題点を解決するため、従
来は貴金属電極と層間絶縁膜との間にいわゆる密着層を
挿入したり、還元種を有するブロック層を挿入したりす
る手法も提案されていたが、工程数が煩雑となり、また
専用の設備も必要となっていた。
来は貴金属電極と層間絶縁膜との間にいわゆる密着層を
挿入したり、還元種を有するブロック層を挿入したりす
る手法も提案されていたが、工程数が煩雑となり、また
専用の設備も必要となっていた。
【０００７】この発明は上記の問題点に鑑みなされたも
のであり、新たな密着層やブロック層などを設けること
なく、従って新たな設備も煩雑な工程も必要としない
で、電極と層間絶縁膜との密着性を高めることを目的と
する。また還元性気体の拡散を低減し、誘電体のリーク
電流の増大を防止することをも目的とする。
のであり、新たな密着層やブロック層などを設けること
なく、従って新たな設備も煩雑な工程も必要としない
で、電極と層間絶縁膜との密着性を高めることを目的と
する。また還元性気体の拡散を低減し、誘電体のリーク
電流の増大を防止することをも目的とする。
【０００８】なお上部電極を積層構造とした技術は、キ
ャパシタの上部電極と絶縁膜との界面の吸着水を除去す
る技術として特開平１０−１２８４４号公報に、ペロブ
スカイト系の酸化物誘電体からの例えば鉛の拡散を抑制
する技術として特開平８−２７４２７０号公報に、誘電
体膜の組成ずれを抑制する技術として特開平９−１３９
４７６号公報に、それぞれ開示されている。また下部電
極を積層構造とした技術は、例えば特開平８−２７４２
７０号公報、特開平１０−１７３１４９号公報、特開平
７−９４６８０号公報、特開平１０−１７３１３８号公
報、特開平９−１３９４７６号公報に開示されている。
ャパシタの上部電極と絶縁膜との界面の吸着水を除去す
る技術として特開平１０−１２８４４号公報に、ペロブ
スカイト系の酸化物誘電体からの例えば鉛の拡散を抑制
する技術として特開平８−２７４２７０号公報に、誘電
体膜の組成ずれを抑制する技術として特開平９−１３９
４７６号公報に、それぞれ開示されている。また下部電
極を積層構造とした技術は、例えば特開平８−２７４２
７０号公報、特開平１０−１７３１４９号公報、特開平
７−９４６８０号公報、特開平１０−１７３１３８号公
報、特開平９−１３９４７６号公報に開示されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明のうち請求項１
にかかるものは、下部電極と、前記下部電極上に形成さ
れた誘電体層と、前記誘電体層上に形成された第１層
と、前記第１層上に形成され前記第１層よりも粒径の大
きな第２層とを有する上部電極とを備える容量性素子で
ある。
にかかるものは、下部電極と、前記下部電極上に形成さ
れた誘電体層と、前記誘電体層上に形成された第１層
と、前記第１層上に形成され前記第１層よりも粒径の大
きな第２層とを有する上部電極とを備える容量性素子で
ある。
【００１０】この発明のうち請求項２にかかるものは、
請求項１記載の容量性素子であって、前記第２層は前記
第１層よりも高温で形成される。
請求項１記載の容量性素子であって、前記第２層は前記
第１層よりも高温で形成される。
【００１１】この発明のうち請求項３にかかるものは、
請求項１記載の容量性素子であって、前記第２層は前記
第１層よりも酸素または酸化性物質の濃度が高い。
請求項１記載の容量性素子であって、前記第２層は前記
第１層よりも酸素または酸化性物質の濃度が高い。
【００１２】この発明のうち請求項４にかかるものは、
請求項３記載の容量性素子であって、前記第２層は前記
第１層を形成する際よりも酸素または酸化性物質の濃度
が高い雰囲気で形成される。
請求項３記載の容量性素子であって、前記第２層は前記
第１層を形成する際よりも酸素または酸化性物質の濃度
が高い雰囲気で形成される。
【００１３】この発明のうち請求項５にかかるものは、
請求項１記載の容量性素子であって、前記上部電極は、
前記第１層と前記第２層との間に介在し、前記第２層よ
りも粒径の大きな第３層を更に有する。
請求項１記載の容量性素子であって、前記上部電極は、
前記第１層と前記第２層との間に介在し、前記第２層よ
りも粒径の大きな第３層を更に有する。
【００１４】この発明のうち請求項６にかかるものは、
基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成
され、前記下部電極よりも薄い誘電体層と、前記誘電体
層上に形成された上部電極とを備える容量性素子であっ
て、前記下部電極の前記誘電体層側の表面の凹凸が、前
記誘電体層の厚さの１／１０以下であり、前記基板に平
行な方向での前記凹凸の周期が前記下部電極の前記平行
な方向における寸法の半分以下である。
基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成
され、前記下部電極よりも薄い誘電体層と、前記誘電体
層上に形成された上部電極とを備える容量性素子であっ
て、前記下部電極の前記誘電体層側の表面の凹凸が、前
記誘電体層の厚さの１／１０以下であり、前記基板に平
行な方向での前記凹凸の周期が前記下部電極の前記平行
な方向における寸法の半分以下である。
【００１５】この発明のうち請求項７にかかるものは、
請求項６記載の容量性素子であって、前記下部電極は、
前記基板上に形成された第１層と、前記第１層上に形成
された第２層とを有し、前記第１層は前記第２層よりも
高温で形成される。
請求項６記載の容量性素子であって、前記下部電極は、
前記基板上に形成された第１層と、前記第１層上に形成
された第２層とを有し、前記第１層は前記第２層よりも
高温で形成される。
【００１６】この発明のうち請求項８にかかるものは、
請求項７記載の容量性素子であって、前記下部電極は、
前記第１層と前記第２層との間に介在し、前記第１層よ
りも粒径の大きな第３層を更に有する。
請求項７記載の容量性素子であって、前記下部電極は、
前記第１層と前記第２層との間に介在し、前記第１層よ
りも粒径の大きな第３層を更に有する。
【００１７】この発明のうち請求項９にかかるものは、
請求項５又は８記載の容量性素子であって、前記第３層
は前記第１層及び第２層よりも高温で形成される。
請求項５又は８記載の容量性素子であって、前記第３層
は前記第１層及び第２層よりも高温で形成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１乃至図１６は
本発明の実施の形態１にかかる半導体装置（例えばＤＲ
ＡＭ）の製造方法を工程順に示す断面図である。
本発明の実施の形態１にかかる半導体装置（例えばＤＲ
ＡＭ）の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００１９】例えばシリコンを採用する半導体基板１の
表面に、例えばトレンチ分離、ＬＯＣＯＳ分離を行って
酸化膜１０１を形成し、図１に示された構造を得る。次
に例えば数十オングストロームのゲート酸化膜１０２
と、ゲート電極１０３との積層構造を、半導体基板１の
表面に酸化膜１０１から離れて形成し、図２に示される
構造を得る。次にリソグラフィ技術及び、例えば１×１
０15/ｃｍ2の注入量のイオン注入によって、ドレイン領
域２とソース領域１０４をゲート電極１０３の両脇の半
導体基板１の表面に形成し、図３に示される構造を得
る。次に例えばタングステンを採用してビット線１０５
がゲート電極１０３の上方に形成される。但し、ビット
線１０５の周囲及び図３に示された構成の上方には層間
絶縁膜３が設けられている（図４）。そして層間絶縁膜
３を貫通してドレイン領域２と接触するプラグ４を例え
ばドープトポリシリコンで形成し、図５に示される構造
を得る。
表面に、例えばトレンチ分離、ＬＯＣＯＳ分離を行って
酸化膜１０１を形成し、図１に示された構造を得る。次
に例えば数十オングストロームのゲート酸化膜１０２
と、ゲート電極１０３との積層構造を、半導体基板１の
表面に酸化膜１０１から離れて形成し、図２に示される
構造を得る。次にリソグラフィ技術及び、例えば１×１
０15/ｃｍ2の注入量のイオン注入によって、ドレイン領
域２とソース領域１０４をゲート電極１０３の両脇の半
導体基板１の表面に形成し、図３に示される構造を得
る。次に例えばタングステンを採用してビット線１０５
がゲート電極１０３の上方に形成される。但し、ビット
線１０５の周囲及び図３に示された構成の上方には層間
絶縁膜３が設けられている（図４）。そして層間絶縁膜
３を貫通してドレイン領域２と接触するプラグ４を例え
ばドープトポリシリコンで形成し、図５に示される構造
を得る。
【００２０】図５に示された構造上に、例えば窒化チタ
ンを用いて下部電極のバリアメタル５を形成し、図６に
示される構造を得る。但し、図６乃至図１６では図５に
おいて破線で示される領域Ｐに相当する領域のみを示し
ている。バリアメタル５には例えば窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）１０００オングストローム／チタン（Ｔｉ）１００
オングストロームの積層膜が採用される。バリアメタル
５上に金属、なかでも貴金属、例えば白金（Ｐｔ）を用
いて１０００オングストロームの下部電極母材６を形成
し、図７に示される構造を得る。バリアメタル５と下部
電極母材６とを写真製版及びエッチングにて整形し、プ
ラグ４の上方及び上方の周囲に、例えば幅０．２μｍだ
け残置し、図８に示される構造を得る。
ンを用いて下部電極のバリアメタル５を形成し、図６に
示される構造を得る。但し、図６乃至図１６では図５に
おいて破線で示される領域Ｐに相当する領域のみを示し
ている。バリアメタル５には例えば窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）１０００オングストローム／チタン（Ｔｉ）１００
オングストロームの積層膜が採用される。バリアメタル
５上に金属、なかでも貴金属、例えば白金（Ｐｔ）を用
いて１０００オングストロームの下部電極母材６を形成
し、図７に示される構造を得る。バリアメタル５と下部
電極母材６とを写真製版及びエッチングにて整形し、プ
ラグ４の上方及び上方の周囲に、例えば幅０．２μｍだ
け残置し、図８に示される構造を得る。
【００２１】次に図８に示された構造上に、例えばチタ
ン酸バリウムストロンチウム（（Ｂａ,Ｓｒ）ＴｉＯ3）
を用いて例えば３００〜６００オングストロームの酸化
物誘電体膜７を形成し、図９に示される構造を得る。そ
して酸化物誘電体膜７上に金属、なかでも貴金属、例え
ば白金からなる第１白金層８１を例えばスパッタリング
法で形成し、図１０に示される構造を得る。膜厚は２５
０〜５００オングストロームに設定され、室温以上２５
０℃以下の低温で堆積される。このように堆積時の温度
を設定することにより、蓄積ノードの寸法、即ちバリア
メタル５及び下部電極６の総体としての縦、横、高さの
寸法（例えば各々０．２μｍ程度）に比較して緩やかな
周期でうねる形状を得ることができる。更に第１白金層
８１上に金属、なかでも貴金属、例えば白金からなる第
２白金層８２を例えばスパッタリング法で形成し、図１
１に示される構造を得る。膜厚は２５０〜５００オング
ストロームに設定され、２５０〜５００℃以下の高温で
堆積される。このように堆積時の温度を設定することに
より、蓄積ノードサイズに比較して小さな結晶粒を成長
させ、表面積を増大させることができる。このようにし
て第１白金層８１及び第２白金層８２がキャパシタの上
部電極８を構成する。
ン酸バリウムストロンチウム（（Ｂａ,Ｓｒ）ＴｉＯ3）
を用いて例えば３００〜６００オングストロームの酸化
物誘電体膜７を形成し、図９に示される構造を得る。そ
して酸化物誘電体膜７上に金属、なかでも貴金属、例え
ば白金からなる第１白金層８１を例えばスパッタリング
法で形成し、図１０に示される構造を得る。膜厚は２５
０〜５００オングストロームに設定され、室温以上２５
０℃以下の低温で堆積される。このように堆積時の温度
を設定することにより、蓄積ノードの寸法、即ちバリア
メタル５及び下部電極６の総体としての縦、横、高さの
寸法（例えば各々０．２μｍ程度）に比較して緩やかな
周期でうねる形状を得ることができる。更に第１白金層
８１上に金属、なかでも貴金属、例えば白金からなる第
２白金層８２を例えばスパッタリング法で形成し、図１
１に示される構造を得る。膜厚は２５０〜５００オング
ストロームに設定され、２５０〜５００℃以下の高温で
堆積される。このように堆積時の温度を設定することに
より、蓄積ノードサイズに比較して小さな結晶粒を成長
させ、表面積を増大させることができる。このようにし
て第１白金層８１及び第２白金層８２がキャパシタの上
部電極８を構成する。
【００２２】次に第２白金層８２上に例えばシリコン酸
化膜を用いて層間絶縁膜１０を形成して図１２に示され
る構造を得る。そして下部電極母材６とバリアメタル５
の上方において、リソグラフィ技術及びエッチングを用
いて層間絶縁膜１０を開口し、図１３に示されるように
開口２０１を形成する。そして開口２０１をプラグ２０
２で充填して図１４に示された構造が得られる。その後
プラグ２０２と接触するアルミ配線層１１が形成されて
図１５に示された構造が得られる。更に例えばプラズマ
ＣＶＤでＳｉＮを形成し、あるいはポリイミドを採用し
てパッシベーション膜２０３を設け、図１６に示された
構造が得られる。なお図１４で示された工程を省略し、
アルミ配線層１１を形成する際に、これで開口２０１を
充填することもできる。
化膜を用いて層間絶縁膜１０を形成して図１２に示され
る構造を得る。そして下部電極母材６とバリアメタル５
の上方において、リソグラフィ技術及びエッチングを用
いて層間絶縁膜１０を開口し、図１３に示されるように
開口２０１を形成する。そして開口２０１をプラグ２０
２で充填して図１４に示された構造が得られる。その後
プラグ２０２と接触するアルミ配線層１１が形成されて
図１５に示された構造が得られる。更に例えばプラズマ
ＣＶＤでＳｉＮを形成し、あるいはポリイミドを採用し
てパッシベーション膜２０３を設け、図１６に示された
構造が得られる。なお図１４で示された工程を省略し、
アルミ配線層１１を形成する際に、これで開口２０１を
充填することもできる。
【００２３】以上のようにして形成された上部電極８に
おいては、第１白金層８１の粒界が少なく、また第２白
金層８２の粒界とは連続しにくいので、粒界拡散が生じ
にくく、アルミ配線層１１の水素シンタを行っても還元
種が粒界を介して酸化物誘電体膜７に到達しにくくな
る。従って、酸化物誘電体膜７の劣化が抑制される。し
かも、第２白金層８２は表面積が増大するので、その上
に設けられる層間絶縁膜１０との密着性も高められる。
従って、第１及び第２の問題点を解決することができ
る。
おいては、第１白金層８１の粒界が少なく、また第２白
金層８２の粒界とは連続しにくいので、粒界拡散が生じ
にくく、アルミ配線層１１の水素シンタを行っても還元
種が粒界を介して酸化物誘電体膜７に到達しにくくな
る。従って、酸化物誘電体膜７の劣化が抑制される。し
かも、第２白金層８２は表面積が増大するので、その上
に設けられる層間絶縁膜１０との密着性も高められる。
従って、第１及び第２の問題点を解決することができ
る。
【００２４】実施の形態２．実施の形態１ではその堆積
時の温度が異なる第１白金層８１及び第２白金層８２の
積層構造で上部電極を構成したが、同様の効果は堆積時
の雰囲気が異なる第１白金層８１及び第２白金層８２を
形成して得ることもできる。具体的には第２白金層８２
の形成時の雰囲気を第１白金層８１の形成時の雰囲気よ
りも酸化性物質を多く含むように制御する。これにより
第１白金層８１よりも第２白金層８２の方が酸化性物質
を多く含む。
時の温度が異なる第１白金層８１及び第２白金層８２の
積層構造で上部電極を構成したが、同様の効果は堆積時
の雰囲気が異なる第１白金層８１及び第２白金層８２を
形成して得ることもできる。具体的には第２白金層８２
の形成時の雰囲気を第１白金層８１の形成時の雰囲気よ
りも酸化性物質を多く含むように制御する。これにより
第１白金層８１よりも第２白金層８２の方が酸化性物質
を多く含む。
【００２５】例えばスパッタリング法を用いる場合、第
１白金層８１を形成する際の雰囲気においてはアルゴン
中に酸素を０．０００１〜１％程度添加し、第２白金層
８２を形成する際の雰囲気においてはアルゴン中に酸素
を０．１〜５％程度（但し、第１白金層８１を形成する
際の雰囲気よりも酸素が多く設定される）添加される。
もちろん、第１白金層８１を形成する際の雰囲気におい
て酸素を添加しなくても良いし、酸素以外に酸化性気
体、例えばＮ2Ｏ，Ｈ2Ｏを採用しても良い。
１白金層８１を形成する際の雰囲気においてはアルゴン
中に酸素を０．０００１〜１％程度添加し、第２白金層
８２を形成する際の雰囲気においてはアルゴン中に酸素
を０．１〜５％程度（但し、第１白金層８１を形成する
際の雰囲気よりも酸素が多く設定される）添加される。
もちろん、第１白金層８１を形成する際の雰囲気におい
て酸素を添加しなくても良いし、酸素以外に酸化性気
体、例えばＮ2Ｏ，Ｈ2Ｏを採用しても良い。
【００２６】酸化性気体は一般に吸着し易く、これが吸
着した膜表面での原子の移動を阻害することが知られて
いる。そこで上記電極形成時に酸化性気体を上述の程度
に供給すれば、第２白金層８２で粒状成長が起き、表面
積が増大して付着力が増大する。しかも第２白金層８２
に含まれる酸化種が、還元性の気体を透過させにくくす
る。従って、第１及び第２の問題点を解決することがで
きる。
着した膜表面での原子の移動を阻害することが知られて
いる。そこで上記電極形成時に酸化性気体を上述の程度
に供給すれば、第２白金層８２で粒状成長が起き、表面
積が増大して付着力が増大する。しかも第２白金層８２
に含まれる酸化種が、還元性の気体を透過させにくくす
る。従って、第１及び第２の問題点を解決することがで
きる。
【００２７】実施の形態３．図１７乃至図２２は本発明
の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法を工程順
に示す断面図である。但し、図５の領域Ｐに相当する領
域のみを示している。
の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法を工程順
に示す断面図である。但し、図５の領域Ｐに相当する領
域のみを示している。
【００２８】実施の形態１で示された工程を経て図６に
示された構造を得た後、バリアメタル５上に金属、なか
でも貴金属、例えば白金からなる第１白金層６１を例え
ばスパッタリング法により２５０〜７５０オングストロ
ーム堆積し、図１７に示された構造を得る。この際スパ
ッタ圧は０．２Ｐａ程度とし、パワーは生産性を損なわ
ない程度でできるだけ落とすことが望ましい。例えばＲ
Ｆスパッタリングにおいては１ｋＷ程度に設定される。
そして堆積時の温度は２５０〜４００℃程度の高温に設
定される。このような高温での生成により、第１白金層
６１とバリアメタル５との間で化学反応が生じ、バリア
メタルと白金との化合物が両者の境界Ｊにおいて生成さ
れる。
示された構造を得た後、バリアメタル５上に金属、なか
でも貴金属、例えば白金からなる第１白金層６１を例え
ばスパッタリング法により２５０〜７５０オングストロ
ーム堆積し、図１７に示された構造を得る。この際スパ
ッタ圧は０．２Ｐａ程度とし、パワーは生産性を損なわ
ない程度でできるだけ落とすことが望ましい。例えばＲ
Ｆスパッタリングにおいては１ｋＷ程度に設定される。
そして堆積時の温度は２５０〜４００℃程度の高温に設
定される。このような高温での生成により、第１白金層
６１とバリアメタル５との間で化学反応が生じ、バリア
メタルと白金との化合物が両者の境界Ｊにおいて生成さ
れる。
【００２９】第１白金層６１上に金属、なかでも貴金
属、例えば白金からなる第２白金層６２を例えばスパッ
タリング法により２５０〜７５０オングストローム堆積
し、図１８に示された構造を得る。この際スパッタ圧は
０．２Ｐａ程度とし、パワーはできるだけ大きくするこ
とが望ましい。例えばＲＦスパッタリングにおいては２
ｋＷ程度に設定される。そして堆積時の温度は２５０℃
程度以下の低温に設定される。
属、例えば白金からなる第２白金層６２を例えばスパッ
タリング法により２５０〜７５０オングストローム堆積
し、図１８に示された構造を得る。この際スパッタ圧は
０．２Ｐａ程度とし、パワーはできるだけ大きくするこ
とが望ましい。例えばＲＦスパッタリングにおいては２
ｋＷ程度に設定される。そして堆積時の温度は２５０℃
程度以下の低温に設定される。
【００３０】そして第１白金層６１及び第２白金層６２
に写真製版とエッチングを行い、キャパシタの下部電極
６を得て、図１９に示された構造を得る。その後、実施
の形態１と同様にして酸化物誘電体膜７を形成し、図２
０に示される構造を得る。そして酸化物誘電体膜７上に
上部電極８を例えばスパッタリング法を用いて白金で形
成し、図２１に示される構造を得る。そして上部電極８
上に層間絶縁膜１０を設けて図２２に示される構造を得
る。その後は実施の形態１において図１３乃至図１６に
示された工程が行われる。
に写真製版とエッチングを行い、キャパシタの下部電極
６を得て、図１９に示された構造を得る。その後、実施
の形態１と同様にして酸化物誘電体膜７を形成し、図２
０に示される構造を得る。そして酸化物誘電体膜７上に
上部電極８を例えばスパッタリング法を用いて白金で形
成し、図２１に示される構造を得る。そして上部電極８
上に層間絶縁膜１０を設けて図２２に示される構造を得
る。その後は実施の形態１において図１３乃至図１６に
示された工程が行われる。
【００３１】以上のようにして形成された下部電極６に
おいては、第２白金層６２と酸化物誘電体膜７との界面
の平坦性を得ることができ、電界の集中を抑制すること
ができる。また第１白金層６１の形成時の高温のため、
これとバリアメタル５との間で化学反応が生じ、バリア
メタルと白金との化合物が生成されるので、両者の密着
性を高めることができる。
おいては、第２白金層６２と酸化物誘電体膜７との界面
の平坦性を得ることができ、電界の集中を抑制すること
ができる。また第１白金層６１の形成時の高温のため、
これとバリアメタル５との間で化学反応が生じ、バリア
メタルと白金との化合物が生成されるので、両者の密着
性を高めることができる。
【００３２】なお、上記の効果を高めるため、第２白金
層６２の表面の表面（即ち下部電極６の表面）の凹凸
が、酸化物誘電体膜７の膜厚よりも小さいことが望まし
い。より望ましくはその凹凸の頂部と底部の高さの差
が、酸化物誘電体膜７の膜厚の１／１０以下であること
が望ましい。また水平方向の代表的な長さ（凹凸の周
期）が蓄積ノード寸法の半分以下であることが望まし
い。
層６２の表面の表面（即ち下部電極６の表面）の凹凸
が、酸化物誘電体膜７の膜厚よりも小さいことが望まし
い。より望ましくはその凹凸の頂部と底部の高さの差
が、酸化物誘電体膜７の膜厚の１／１０以下であること
が望ましい。また水平方向の代表的な長さ（凹凸の周
期）が蓄積ノード寸法の半分以下であることが望まし
い。
【００３３】実施の形態４．図２３は本発明の実施の形
態４にかかる半導体装置を示す断面図である。但し、図
５の領域Ｐに相当する領域のみを示している。
態４にかかる半導体装置を示す断面図である。但し、図
５の領域Ｐに相当する領域のみを示している。
【００３４】本実施の形態では、実施の形態１において
示された上部電極８が、第１白金層８１と第２白金層８
２のみならず、両者の間に第３白金層８３を介在させた
構成を有している。第３白金層８３は第２白金層８２よ
りも更に高温で成膜される。つまり、第１白金層８１よ
りも第２白金層８２の方が、また第２白金層８２よりも
第３白金層８３の方が、いずれも成膜時の温度は高い。
例えば第３白金層８３は３００℃以上であって第２白金
層８２の成膜時の温度よりも高温において成膜される。
示された上部電極８が、第１白金層８１と第２白金層８
２のみならず、両者の間に第３白金層８３を介在させた
構成を有している。第３白金層８３は第２白金層８２よ
りも更に高温で成膜される。つまり、第１白金層８１よ
りも第２白金層８２の方が、また第２白金層８２よりも
第３白金層８３の方が、いずれも成膜時の温度は高い。
例えば第３白金層８３は３００℃以上であって第２白金
層８２の成膜時の温度よりも高温において成膜される。
【００３５】このようにして成膜された第３白金層８３
は第２白金層８２よりも更に結晶化が進み、結晶粒界を
より減少させることができる。従って還元種の透過を更
に抑制することができる。
は第２白金層８２よりも更に結晶化が進み、結晶粒界を
より減少させることができる。従って還元種の透過を更
に抑制することができる。
【００３６】なお、第３白金層８３が設けられても、第
２白金層８２が存在することが望ましい。これに接触す
るアルミ配線層１１あるいはプラグ２０２（図１４乃至
図１６参照）との間の接触抵抗のばらつきを避けるため
に、上部電極８の最上面には開口２０１よりも小さな結
晶粒が存在することが望ましいからである。これはプロ
セスマージンを大きくする意味においても望ましい。
２白金層８２が存在することが望ましい。これに接触す
るアルミ配線層１１あるいはプラグ２０２（図１４乃至
図１６参照）との間の接触抵抗のばらつきを避けるため
に、上部電極８の最上面には開口２０１よりも小さな結
晶粒が存在することが望ましいからである。これはプロ
セスマージンを大きくする意味においても望ましい。
【００３７】また、実施の形態２と類似して、第１白金
層８１よりも第２白金層８２の方が、また第２白金層８
２よりも第３白金層の方が、いずれも酸化性物質の濃度
を高めても良い。これは成膜時の雰囲気の酸化性物質の
量を制御することで容易に実現することができる。これ
により実施の形態２の効果をよりいっそう高めることが
できる。
層８１よりも第２白金層８２の方が、また第２白金層８
２よりも第３白金層の方が、いずれも酸化性物質の濃度
を高めても良い。これは成膜時の雰囲気の酸化性物質の
量を制御することで容易に実現することができる。これ
により実施の形態２の効果をよりいっそう高めることが
できる。
【００３８】また実施の形態３についても、同様にし
て、第１白金層６１と第２白金層６２の間に第３白金層
６３を更に設けても良い（図２４）。第２白金層６２よ
りも第１白金層６１の方が、また第１白金層６１よりも
第３白金層６３の方が、いずれも成膜時の温度は高い。
第３白金層６３が設けられて、実施の形態３の効果を高
めることができる。
て、第１白金層６１と第２白金層６２の間に第３白金層
６３を更に設けても良い（図２４）。第２白金層６２よ
りも第１白金層６１の方が、また第１白金層６１よりも
第３白金層６３の方が、いずれも成膜時の温度は高い。
第３白金層６３が設けられて、実施の形態３の効果を高
めることができる。
【００３９】応用例．本発明は、上記各実施の形態にお
いて示された材料に限定されるものではない。例えば上
部電極８や下部電極６の材料としては、ルテニウム（Ｒ
ｕ）を採用しても良いし、白金とイリジウムの合金（Ｐ
ｔＩｒ）や、白金とロジウムの合金（ＰｔＲｈ）を採用
しても良いし、あるいはルテニウム酸ストロンチウム
（ＳｒＲｕＯ3）のような導電性セラミックを採用して
も良い。また酸化物誘電体膜７としてはＰＺＴ（Ｐｂ
（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3）を採用しても良い。
いて示された材料に限定されるものではない。例えば上
部電極８や下部電極６の材料としては、ルテニウム（Ｒ
ｕ）を採用しても良いし、白金とイリジウムの合金（Ｐ
ｔＩｒ）や、白金とロジウムの合金（ＰｔＲｈ）を採用
しても良いし、あるいはルテニウム酸ストロンチウム
（ＳｒＲｕＯ3）のような導電性セラミックを採用して
も良い。また酸化物誘電体膜７としてはＰＺＴ（Ｐｂ
（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3）を採用しても良い。
【００４０】
【発明の効果】この発明のうち請求項１にかかる容量性
素子によれば、上部電極の第２層の粒界が少なく、また
第１層の粒界とは連続しにくいので、粒界拡散が生じに
くく、水素シンタを行っても還元種が粒界を介して誘電
体層に到達しにくくなる。また第２層は表面積が増大す
るので誘電体層の劣化が抑制され、第２層上に層間絶縁
膜を設けてもこれとの密着性が高められる。
素子によれば、上部電極の第２層の粒界が少なく、また
第１層の粒界とは連続しにくいので、粒界拡散が生じに
くく、水素シンタを行っても還元種が粒界を介して誘電
体層に到達しにくくなる。また第２層は表面積が増大す
るので誘電体層の劣化が抑制され、第２層上に層間絶縁
膜を設けてもこれとの密着性が高められる。
【００４１】この発明のうち請求項２にかかる容量性素
子によれば、第１層において成長した結晶粒よりも大き
な結晶粒を第２層において形成することができる。
子によれば、第１層において成長した結晶粒よりも大き
な結晶粒を第２層において形成することができる。
【００４２】この発明のうち請求項３にかかる容量性素
子によれば、第２層において酸化性物が還元種の透過を
阻むので、還元種が誘電体層に到達しにくくなる。
子によれば、第２層において酸化性物が還元種の透過を
阻むので、還元種が誘電体層に到達しにくくなる。
【００４３】この発明のうち請求項４にかかる容量性素
子によれば、第２層形成時に第１層へ酸化物が吸着し易
く、第２層を構成する原子の表面移動が阻害されるの
で、第２層において粒状成長が生じ、表面積が増大す
る。
子によれば、第２層形成時に第１層へ酸化物が吸着し易
く、第２層を構成する原子の表面移動が阻害されるの
で、第２層において粒状成長が生じ、表面積が増大す
る。
【００４４】この発明のうち請求項５にかかる容量性素
子によれば、誘電体層から最も離れた第２層に対して良
好なコンタクトが得られるべく第２層の結晶粒の増大を
抑制しつつも、第３層が設けられてより還元種の透過を
阻むことができる。
子によれば、誘電体層から最も離れた第２層に対して良
好なコンタクトが得られるべく第２層の結晶粒の増大を
抑制しつつも、第３層が設けられてより還元種の透過を
阻むことができる。
【００４５】この発明のうち請求項６にかかる容量性素
子によれば、下部電極の誘電体層側の表面の凹凸が小さ
いので、誘電体層における電界の集中を抑制することが
できる。
子によれば、下部電極の誘電体層側の表面の凹凸が小さ
いので、誘電体層における電界の集中を抑制することが
できる。
【００４６】この発明のうち請求項７にかかる容量性素
子によれば、第１層が下部電極と化学反応を起こして密
着性が高められる一方、第２層においては結晶粒の成長
が抑制されるので表面の平坦化が実現できる。
子によれば、第１層が下部電極と化学反応を起こして密
着性が高められる一方、第２層においては結晶粒の成長
が抑制されるので表面の平坦化が実現できる。
【００４７】この発明のうち請求項８にかかる容量性素
子によれば、第３層が設けられて請求項７記載の発明の
効果を高めることができる。
子によれば、第３層が設けられて請求項７記載の発明の
効果を高めることができる。
【００４８】この発明のうち請求項９にかかる容量性素
子によれば、第１層及び第２層において成長した結晶粒
よりも大きな結晶粒を第３層において形成することがで
きる。
子によれば、第１層及び第２層において成長した結晶粒
よりも大きな結晶粒を第３層において形成することがで
きる。
【図１】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。
製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。
製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。
製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。
製造方法を工程順に示す断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。
製造方法を工程順に示す断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。
製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。
製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。
製造方法を工程順に示す断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。
製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１０】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１１】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１２】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１３】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１４】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１５】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１６】 本発明の実施の形態１にかかる半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１７】 本発明の実施の形態３にかかる半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１８】 本発明の実施の形態３にかかる半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１９】 本発明の実施の形態３にかかる半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２０】 本発明の実施の形態３にかかる半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２１】 本発明の実施の形態３にかかる半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２２】 本発明の実施の形態３にかかる半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図である。
の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２３】 本発明の実施の形態４にかかる半導体装置
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２４】 本発明の実施の形態４にかかる半導体装置
の変形を示す断面図である。
の変形を示す断面図である。
５ バリアメタル、６ 下部電極、７ 酸化物誘電体
膜、８ 上部電極、６１，８１ 第１白金層、６２，８
２ 第２白金層。
膜、８ 上部電極、６１，８１ 第１白金層、６２，８
２ 第２白金層。
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 21/8247 29/788 29/792
Claims (9)
- 【請求項１】 下部電極と、 前記下部電極上に形成された誘電体層と、 前記誘電体層上に形成された第１層と、前記第１層上に
形成され前記第１層よりも粒径の大きな第２層とを有す
る上部電極とを備える容量性素子。 - 【請求項２】 前記第２層は前記第１層よりも高温で形
成された、請求項１記載の容量性素子。 - 【請求項３】 前記第２層は前記第１層よりも酸素また
は酸化性物質の濃度が高い、請求項１記載の容量性素
子。 - 【請求項４】 前記第２層は前記第１層を形成する際よ
りも酸素または酸化性物質の濃度が高い雰囲気で形成さ
れる請求項３記載の容量性素子。 - 【請求項５】 前記上部電極は、前記第１層と前記第２
層との間に介在し、前記第２層よりも粒径の大きな第３
層を更に有する、請求項１記載の容量性素子。 - 【請求項６】 基板上に形成された下部電極と、 前記下部電極上に形成され、前記下部電極よりも薄い誘
電体層と、 前記誘電体層上に形成された上部電極とを備え、 前記下部電極の前記誘電体層側の表面の凹凸が、前記誘
電体層の厚さの１／１０以下であり、前記基板に平行な
方向での前記凹凸の周期が前記下部電極の前記平行な方
向における寸法の半分以下である、容量性素子。 - 【請求項７】 前記下部電極は、前記基板上に形成され
た第１層と、 前記第１層上に形成された第２層とを有し、 前記第１層は前記第２層よりも高温で形成される請求項
６記載の容量性素子。 - 【請求項８】 前記下部電極は、前記第１層と前記第２
層との間に介在し、前記第１層よりも粒径の大きな第３
層を更に有する、請求項７記載の容量性素子。 - 【請求項９】 前記第３層は前記第１層及び第２層より
も高温で形成された、請求項５又は８記載の容量性素
子。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP11188349A JP2001015713A (ja) | 1999-07-02 | 1999-07-02 | 容量性素子 |
| US09/476,781 US6437968B1 (en) | 1999-07-02 | 1999-12-30 | Capacitive element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11188349A JP2001015713A (ja) | 1999-07-02 | 1999-07-02 | 容量性素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001015713A true JP2001015713A (ja) | 2001-01-19 |
Family
ID=16222077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11188349A Pending JP2001015713A (ja) | 1999-07-02 | 1999-07-02 | 容量性素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6437968B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001015713A (ja) |
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-
1999
- 1999-07-02 JP JP11188349A patent/JP2001015713A/ja active Pending
- 1999-12-30 US US09/476,781 patent/US6437968B1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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