JP2001501374A - 貴金属からなる層を有する半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、固着媒体として貴金属層、とくに白金層（６）と基板との間にシリコン窒化物層（４）を利用する半導体装置に関する。その際、シリコン窒化物層（４）は、それ自体基板として使うことができる。本発明による方法は、次の点において傑出している。すなわちシリコン窒化物層（４）上における貴金属層（６）の固着能力を高めるために、シリコン窒化物層（４）とアノード（５）との間にほぼ２５０Ｖの基板バイアス電圧を加える。

Description

【発明の詳細な説明】 貴金属からなる層を有する半導体装置 及びその製造方法 本発明は、請求項１の上位概念に記載の、貴金属、とくに白金族元素からなる 層を有する半導体装置、及びこのような半導体装置の製造方法に関する。 白金層は、半導体装置内において電極としてかつ導体路としても広く使用され る。このことは、最近コンデンサにも当てはまり、これらのコンデンサの誘電体 は強誘電体であるか、又は１００又は１００よりも大きな程度の高い誘電率を有 する。 しかし今では基板としての二酸化シリコン層上における白金の固着能力が問題 になるとわかった。同じことは、二酸化シリコンに類似の特性を有する別の基板 に対しても当てはまる。 実験は、特殊な二酸化シリコンの選択により、固着能力を改善することができ ないことを示した。熱二酸化シリコンを使用するか、又はＴＥＯＳ二酸化シリコ ン（ＴＥＯＳ＝テトラエチルオルソシリケート）を使用するかは、どちらでもよ く：両方の二酸化シリコン上に、薄い白金層は粗悪にしか固着しない。 さて、これらの困難に打勝つために、従来白金層のために特殊の固着媒体が使 用された。例えば二酸化シ リコン基板と薄い白金層との間に、固着媒体として、チタン、二酸化チタン、酸 化アルミニウム又はクロムからなる膜を設けることが通常である。このような追 加的な固着媒体層は、当然に費用の増加を意味するが、この費用の増加は、薄い 白金層と二酸化シリコンからなる基板との間の確実な固着能力のために必然とみ なされるので、そのまま甘受される。 薄い白金層のために固着媒体層を使用するという一般的な傾向に対して、発明 者等は、固着媒体層の費用増加なしに、薄い白金層と基板との間の固着能力をど のようにして高めることができるかを考えた。 したがって本発明の課題は、簡単な方法で、貴金属、とくに白金族元素からな る薄い層と基板との間の固着能力を改善することができる、半導体装置及びその 製造方法を提供することにある。 本発明によれば、この課題は、請求項１の特徴を有する半導体装置によって、 かつ請求項３の特徴を有する方法によって解決される。 したがって本発明において、貴金属、とくに白金族元素からなる層と基板との 間の固着媒体層としてシリコン窒化物が利用される。その際、基板が、シリコン 窒化物自体からなることもできる。すなわちその際、シリコン窒化物は、基板と して使われ、かつ同時にそれに独自の固着媒体である。白金族元素として、Ｒｕ 、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ又はＰｔが利用される。し かし本発明は、一般に金、銀及びその合金のような貴金属にも適用することがで きる。 したがって本発明による方法は、例えば白金のスパッタリングの間に、カソー ドとしてのシリコン窒化物基板と間隔を置いて配置されたアノードとの間に１０ ０ないし１０００Ｖの、有利には２５０Ｖの基板バイアス電圧が加えられる。こ の条件の下に形成される白金層は、シリコン窒化物基板と白金層との間のどのよ うな固着媒体もなしに、その下にあるシリコン窒化物基板上におけるとくに傑出 した固着能力を示した。固着媒体層のこの節約によって、半導体装置、例えばＤ ＲＡＭ又はＦｅＲＡＭ（強誘電体ＲＡＭ）を製造するプロセスステップは、かな り簡略化することができる。さらに周知のようにシリコン窒化物は、ここ１０年 来半導体技術に導入されており、したがってその製造、取扱い及び特性に関して 多くの経験が存在するので、シリコン窒化物基板の利用は有利である。 白金層上になお追加的に誘電体を装着すれば、その下に設けられたシリコン窒 化物基板自体上における白金層の固着能力は、７００℃ないし８００℃の程度の 高温プロセスの際になお十分である。換言すれば、バイアス電圧をかけてシリコ ン窒化物基板上に装着された白金層は、これらのコンデンサの製造を高い温度で 行なわなければならないときでも、強誘電性の誘電体又は大きな誘電率を有する 誘電体を有するコンデンサ の場合でさえ使用することができる。その際、誘電体として例えば（Ｂａ、Ｓｒ ）ＴｉＯ₂又はＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉又はＳｒＢｉ₂（Ｔａ、Ｎｂ）₂Ｏ₉、又はペロ ブスカイト状のパラ−又は強誘電体の層が利用できる。 白金層のスパッタリングの際、例えばアルゴン雰囲気中において０．６６Ｐａ （５ｍＴｏｒｒ）の圧力で５分間の間、３００Ｗの高周波電力が適用される。基 板バイアス電圧はその際、２５０Ｖである。それによりほぼ５５０ｎｍの層厚を 有するシリコン窒化物基板上にほぼ４０ｎｍの層厚を有する良好に固着する白金 層を形成することができる。 次に本発明を図面により詳細に説明する。ここでは： 図１は、本発明による方法を実施する反応器を概略的に示しており、かつ 図２は、ＤＲＡＭ又はＦｅＲＡＭにおけるコンデンサの構成を示している。 反応器１内において、土台として使われるカソード２上に、装置のタイプに依 存して１つ又は複数のシリコンウエーハ３があり、これらのシリコンウエーハの 上側に、シリコン窒化物層４が設けられている。カソード２に対向して、スパッ タリングターゲットとしてアノード５が配置されており、それによりアノード５ とカソード２の間にバイアス電圧を加えることによっ て、とくにＰｔのような貴金属がスパッタリングされる。アノード５の代わりに 、電圧を加えるためにリング８を利用してもよい。 シリコン窒化物層４は、例えばプラズマ−ＣＶＤ（ＣＶＤ＝化学蒸着法）によ って製造されており、かつほぼ５５０ｎｍの層厚を有する。 反応器１内において、この時、スパッタリングによりシリコン窒化物層４上に それぞれ１つの白金層６が装着される。その際、スパッタリングは、ほぼ０．６ ６Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）の圧力を有するアルゴンの雰囲気において、３００Ｗの 高周波電力において行なわれる。その際、５分間の期間の間に、白金層６は、ほ ぼ４０ｎｍの層厚に達する。これらの値は、単に例であって、かつ装置ごとに変 化する。 この時、カソード２とアノード５との間に、１００と１０００Ｖの間、有利に はほほ２５０Ｖの電圧が加えられることが重要である。実験は、このように形成 された白金層６が、例えば接着テープ−フィルムを層６上に接着し、かつそれか ら急速な運動で引きはがす接着テープテストにわけなく耐えることを示した。そ の際、白金層６は、このような引きはがし−接着テープテストに複数回耐える。 なお白金層６上に、例えば（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ₃又はＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉又は ＳｒＢｉ₂（Ｔａ、Ｎｂ）₂Ｏ₉、又はペロブスカイト状のパラ−又は強誘電体の 層のような誘電体が装着される場合、シリコン窒化物層４上におけるその下にあ る白金層６の固着能力は、とくに５００℃と８００℃の間及びとくに７００℃と ８００℃の間の範囲における温度の際に、さらに改善される。したがって本発明 による方法は、その誘電体が強誘電体であるか又は５０ないし１００又はそれ以 上の程度の大きな誘電率を有するコンデンサの製造にも、傑出して適している。 このような誘電体７は、図に破線で概略的に示されている。 図は、個々の層を暗示的にしか再現していないことに注意されたい。実際には これらの層は構造化し、かつ種々の様式に構成することができる。誘電体７も、 反応器１内において装着されない。 このようにして本発明は、その下にあるシリコン窒化物層における高い固着能 力の点で優れた白金層の製造を簡単に可能にする。白金の代わりに、例えばＲｕ 、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ又はＰｄのような白金族元素も利用することができる。しか し一般に貴金属も適用することができる。 図２は、ＤＲＡＭ又はＦｅＲＡＭにおけるコンデンサ９を示している。コンデ ンサ９は、上側白金層１０、例えば（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ₃（ＢＳＴ）又はＳｒ Ｂｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉（ＳＢＴ）からなる誘電体１１、及び下側の白金層１２を有する 。ＢＳＴ又はＳＢＴの代わりに、ＳｒＢｉ₂（Ｔａ、Ｎｂ）₂Ｏ₉、又はペロブス カイト状のパラ−又は強誘電体の層を利用してもよい。下側の白金層１２は、シ リコン窒化物層１３上にあり、かつその上に例えば反応器１によって装着されて いる。白金層１２は、それ故にきわめて良好にシリコン窒化物層１３上に固着し ている。シリコン窒化物層１３は、トランジスタ構造１５を有するシリコン基板 １４上にあり、かつビット線及びワード線１６を含んでいる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/8242 Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｃ 27/04 27/10 ６５１ 27/10 ４５１ 27/108 (72)発明者 カルロス マズレ―エスペヨ ドイツ連邦共和国 Ｄ―85604 ツォルネ ディング グリューンラントシュトラーセ ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基板と貴金属からなる層との間にシリコン窒化物層を設けるか、又は基板 自体をシリコン窒化物によって形成し、その際、貴金属、とくに白金族元素から なる層（６）をスパッタリングにより形成する、基板（３）と貴金属、とくに白 金族元素からなる層（６）とを有する半導体装置の製造方法において、 スパッタリングの間に、カソード（２）としての基板と間隔を置いて配置された アノード（５）との間に１００Ｖないし１０００Ｖの基板バイアス電圧を加える ことを特徴とする、基板（３）と貴金属、とくに白金族元素からなる層（６）と を有する半導体装置の製造方法。 ２．ほぼ２５０Ｖの基板バイアス電圧を加える、請求項１に記載の方法。 ３．スパッタリングの際に、アルゴン雰囲気中においてほぼ０．５ないし１． ０Ｐａの圧力でほぼ３００Ｗの高周波電力を用いる、請求項１又は２に記載の方 法。 ４．貴金属からなる層（６）に誘電体（７）を装着する、請求項１ないし３の いずれか１項に記載の方法。 ５．誘電体（７）のために、（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ₃、ＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉又は ＳｒＢｉ₂（Ｔａ、Ｎｂ）₂ 層を利用する、請求項４に記載の方法。 ６．白金族元素として、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ又はＰｔを利用する、 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。