JP2638579C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は多結晶高誘電率膜を用いたキャパシタに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、高誘電率膜キャパシタは、対をなす電極間に多結晶高誘電
率膜を設けていた。しかしながら高誘電率膜が多結晶構造のものである場合には
、結晶粒界を要因とするリーク電流が大きく、所望のキャパシタ容量を得ること
が困難であるため、対をなす電極 間に多結晶相とアモルファス相の多層構造からなる高誘電率膜を設けたキャパシ
タが開発されている（特開平２−２２９４７２号公報参照）。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した従来のキャパシタにおい
て、一般的にアモルファス構造をもつ膜の誘電率は、結晶構造をもつ膜の誘電率
に比べて小さいことから、実質的な膜の誘電率は結晶相のみの場合に比べて低く
なってしまうという間題があった。 【０００４】本発明の目的は、リーク電流を小さく抑えるとともに、誘電率の特
性を向上させた高誘電率膜キャパシタを提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため、本発明に係る高誘電率
膜キャパシタは、対をなす電極間に高誘電率膜を有する高誘電率膜キャパシタで
あって、高誘電率膜は、結晶粒からなる多結晶構造のものであり、結晶粒は、相
互の結晶粒界の部分でアモルファス構造をもつ高誘電率膜で被覆されたものであ
り、一部の結晶粒が電極に接合しているものである。 【０００６】（削除） 【０００７】（削除） 【０００８】また前記アモルファス構造の高誘電率膜は、対をなす電極間に渡っ
て柱状に設けられ、隣接する柱状の高誘電率膜間には、多結晶構造の高誘電率膜
が設けられているものである。 【０００９】また前記多結晶構造の高誘電率膜は、対をなす電極にそれぞれ接合
したもので ある。 【００１０】 【作用】対をなす電極間に設けた多結晶構造の高誘電率膜の結晶粒界にアモルフ
ァス相を介在させ、結晶粒界を要因とするリーク電流をアモルファス相により抑
止する。 【００１１】また対をなす電極間での誘電率は、多結晶構造の高誘電率膜にて確
保する。 【００１２】 【実施例】以下、本発明の実施例を図により説明する。 【００１３】（実施例１）図１は本発明の実施例１を示す断面図である。 【００１４】図において本発明に係る高誘電率膜キャパシタは基本的構成として
対をなす電極１３，１７間に高誘電率膜１４を有するものである。高誘電率膜１
４は結晶粒からなる多結晶構造のものであり、その中に結晶相１５とアモルファ
ス相１６とを混在させて、結晶粒界をアモルファス相１６にて消滅された結晶粒
構造をもつようにする。その具体例について説明する。 【００１５】予めシリコン基板１１上に形成した熱酸化膜１２上に白金スパッタ
等で下部電極１３を形成する。 【００１６】さらに下部電極１３が形成された基板１１上にチタン酸ストロンチ
ウム（ＳｒＴｉＯ3）等の高誘電率膜１４を形成する。この際、例えば原料ガス
の流量比を制御することにより、形成される膜の結晶学的構造を変化させる。特
にＴｉに対するＳｒの組成比が１のような化学量論的組成を維持させる成長条件
では、結晶構造を有する膜が形成され、それは結晶粒界によって区分された多結
晶構造となる。これに対し、Ｔｉに対するＳｒの組成比が １より小さくなるに従って、膜の結晶構造はアモルファス構造へと変化する。 【００１７】本実施例に対しては、ＬＰＣＶＤに際しＴｉ原料ガスの流量をＳｒ
原料ガスの流量に対して高く設定し、高誘電率膜１４中に結晶粒構造とアモルフ
ァス構造が同時に形成される成長条件を用いることによって、ＳｒＴｉＯ3の結
晶相１５と結晶相１５の結晶粒界を覆うアモルファス相１６とを混在させる。そ
の一部の結晶相１５はは下部電極１３に接している。 【００１８】さらに結晶相１５とアモルファス相１６とが混在した高誘電率膜１
４上に白金スパッタ等により上部電極１７を形成する。一部の結晶相１５は上部
電極１に接合している。 【００１９】本実施例によれば、上下電極１３，１７に電圧を印加した際に、高
誘電率膜１４中に支配的な電流リークの箇所となる結晶粒界はアモルファス相１
６により消滅されているため、リーク電流を小さく抑えることができる。 【００２０】またアモルファス相１６は高誘電率膜１４の個々の結晶粒を覆うも
のであり、その膜１４中で占める割合が小さく、しかも高誘電率膜１４の結晶相
１５が電極１３，１７間に誘電率を確保するため、膜全体の誘電率の低下は招か
ない。 【００２１】（実施例２）図２は本発明の実施例２を示す断面図である。 【００２２】本実施例では、高誘電率膜１４中においてアモルファス相１６を電
極１３，１７間に渡って柱状に成長させるとともに、隣接するアモルファス相１
６の間で結晶相１５の結晶粒径を増加させて、結晶相１５を電極１３，１７に直
接接合させた構造となっている。この際、基板温度を低くする、成長中に供給す
る原料の組成比等を制御することにより、高誘電率膜全体に対し個々の結晶粒径
を増加させる。 【００２３】本実施例によれば、結晶相１５が電極１３，１７に直接接合してい
るため、電極１３，１７からの電圧を結晶相１５の結晶粒に均一に印加でき、よ
り高い誘電率を得ることができる。 【００２４】尚、実施例では、シリコンウェハを対象としたが、表面にのみシリ
コンが存在するＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ）やＳＯＩ（
Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いてもよい。また電極１
３，１７は白金に限らず、多結晶シリコン等でもよい。また高誘電率膜１４は、
ＳｒＴｉＯ3に限らず、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）やチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐ
ＺＴ）等を用いてもよい。 【００２５】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高誘電膜の誘電率を高く維
持したまま、リーク電流を少なくすることができ、電荷の蓄積時間が長い高誘電
率キャパシタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施例１を示す断面図である。 【図２】本発明の実施例２を示す断面図である。 【符号の説明】 １１ シリコン基板 １２ 熱酸化膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】対をなす電極間に高誘電率膜を有する高誘電率膜キャパシタであっ
   て、前記高誘電率膜は、基板上に結晶粒構造とアモルファス構造とが同時に形成
   される成長条件を用い、結晶粒からなる多結晶構造のものであり、前記結晶粒は
   、相互の結晶粒界の部分でアモルファス構造をもつ高誘電率膜で被覆され、一部
   の前記結晶粒は、前記電極に接合していることを特徴とする高誘電率膜キャパシ
   タ。 【請求項２】 前記アモルファス構造の高誘電率膜は、対をなす電極間に渡って
   柱状に設けられ、隣接する柱状の高誘電率膜間には、多結晶構造の高誘電率膜が
   設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高誘電率膜キャパシタ。 【請求項３】 前記多結晶構造の高誘電率膜は、対をなす電極にそれぞれ接合し
   たものであることを特徴とする請求項１に記載の高誘電率膜キャパシタ。