JP2735094B2 - 薄膜キャパシタ及びその製造方法 - Google Patents
薄膜キャパシタ及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜キャパシタ及びそ
の製造方法に関するものである。
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】１Ｇビット以上の次世代高密度ＤＲＡＭ
用容量膜に適用するために、高誘電率、絶縁性、化学的
安定性に優れたＳｒＴｉＯ3 、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 、（Ｐｂ，Ｚｒ）ＴｉＯ3 等のベロブスカイト型酸
化物誘電体薄膜の研究開発が行われている。一方、容量
部の立体的面積拡大のため、サブミクロンオーダーでの
加工が可能な下部電極材料の検討も重要な課題となって
いる。
用容量膜に適用するために、高誘電率、絶縁性、化学的
安定性に優れたＳｒＴｉＯ3 、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 、（Ｐｂ，Ｚｒ）ＴｉＯ3 等のベロブスカイト型酸
化物誘電体薄膜の研究開発が行われている。一方、容量
部の立体的面積拡大のため、サブミクロンオーダーでの
加工が可能な下部電極材料の検討も重要な課題となって
いる。
【０００３】ＲｕＯ2 は室温で４０μΩｃｍの低抵抗率
を有し、加えてＯ2 ＋ＣＦ4 プラズマによるドライエッ
チングが可能であり、微細化加工に適している（例え
ば、エス・サイトら、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ
・アプライド・フィジクス、３１巻、１３５頁、１９９
２年（Ｓ．Ｓａｉｔｏ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３１，１３５，（１９９２））を参
照）。さらに、このＲｕＯ2 を下部電極として酸化物誘
電体薄膜（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 ）をスパッタ法によ
り形成した検討も行われている（例えば、ケー・タケム
ラら、アプライド・フィジクス・レターズ、６４巻、２
９６７頁、１９９４年（Ｋ．Ｔａｋｅｍｕｒａ ｅｔ
ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ，６４．２９６７−２９６９，（１９９４）を参
照）。
を有し、加えてＯ2 ＋ＣＦ4 プラズマによるドライエッ
チングが可能であり、微細化加工に適している（例え
ば、エス・サイトら、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ
・アプライド・フィジクス、３１巻、１３５頁、１９９
２年（Ｓ．Ｓａｉｔｏ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３１，１３５，（１９９２））を参
照）。さらに、このＲｕＯ2 を下部電極として酸化物誘
電体薄膜（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 ）をスパッタ法によ
り形成した検討も行われている（例えば、ケー・タケム
ラら、アプライド・フィジクス・レターズ、６４巻、２
９６７頁、１９９４年（Ｋ．Ｔａｋｅｍｕｒａ ｅｔ
ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ，６４．２９６７−２９６９，（１９９４）を参
照）。
【０００４】酸化物誘電体薄膜の成膜法としてはスパッ
タ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル等の方法があるが特にＣＶＤ
法はステップカバレジに優れ、スタック状電極上に均一
に成膜することが可能である。また、通常の熱ＣＶＤ法
では成膜温度として６００℃程度以上の高温が必要であ
るが、Ｏ2 をＥＣＲプラズマにより励起したＥＣＲ−Ｃ
ＶＤ法では４５０℃の低温成膜が可能であり、実際のＬ
ＳＩプロセスへの適用が有力視されている（例えば、山
口ら、第４１回応用物理学会関係連邦講演会予行週、４
１０頁、１９９４年を参照）。１Ｇビット用ＤＲＡＭを
実現するにはスタック構造の側面積を利用することが必
要であることから、段差被覆性に優れるＣＶＤ法による
成膜技術の確立が望まれている。
タ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル等の方法があるが特にＣＶＤ
法はステップカバレジに優れ、スタック状電極上に均一
に成膜することが可能である。また、通常の熱ＣＶＤ法
では成膜温度として６００℃程度以上の高温が必要であ
るが、Ｏ2 をＥＣＲプラズマにより励起したＥＣＲ−Ｃ
ＶＤ法では４５０℃の低温成膜が可能であり、実際のＬ
ＳＩプロセスへの適用が有力視されている（例えば、山
口ら、第４１回応用物理学会関係連邦講演会予行週、４
１０頁、１９９４年を参照）。１Ｇビット用ＤＲＡＭを
実現するにはスタック構造の側面積を利用することが必
要であることから、段差被覆性に優れるＣＶＤ法による
成膜技術の確立が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＲｕＯ
2 上に酸化物誘電体薄膜を積層する場合、酸化物誘電体
薄膜中にＲｕの混入が生じる。ＲｕＯ2 はＯ2 と反応し
揮発性の高いＲｕＯ4 を形成するため、特にＥＣＲ−Ｃ
ＶＤのような多量の活性酸素を用いて酸化物誘電体薄膜
を積層する場合、成長初期にＲｕＯ4 が発生し結果とし
てＲｕが酸化物誘電体薄膜中に取り込まれてしまう。Ｒ
ｕが酸化物誘電体薄膜中に混入すると誘電特性、リーク
電流特性が著しく悪化する。本発明の目的は、下部電極
であるＲｕＯ2 上に酸化物誘電体層を積層する場合に、
酸化物誘電体薄膜中へのＲｕの混入を抑制することにあ
る。
2 上に酸化物誘電体薄膜を積層する場合、酸化物誘電体
薄膜中にＲｕの混入が生じる。ＲｕＯ2 はＯ2 と反応し
揮発性の高いＲｕＯ4 を形成するため、特にＥＣＲ−Ｃ
ＶＤのような多量の活性酸素を用いて酸化物誘電体薄膜
を積層する場合、成長初期にＲｕＯ4 が発生し結果とし
てＲｕが酸化物誘電体薄膜中に取り込まれてしまう。Ｒ
ｕが酸化物誘電体薄膜中に混入すると誘電特性、リーク
電流特性が著しく悪化する。本発明の目的は、下部電極
であるＲｕＯ2 上に酸化物誘電体層を積層する場合に、
酸化物誘電体薄膜中へのＲｕの混入を抑制することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、下部電
極上に設けた酸素が欠乏した酸化物層と、該酸化物層上
に積層した酸化物誘電体とを含み、かつ該酸素が欠乏し
た酸化物層は前記下部電極に含有された金属元素を含ま
ないことを特徴とする薄膜キャパシタによって上記目的
が達成される。
極上に設けた酸素が欠乏した酸化物層と、該酸化物層上
に積層した酸化物誘電体とを含み、かつ該酸素が欠乏し
た酸化物層は前記下部電極に含有された金属元素を含ま
ないことを特徴とする薄膜キャパシタによって上記目的
が達成される。
【０００７】また、本発明によれば、下部電極上に酸素
分圧の低い熱ＣＶＤ法により酸素が欠乏した酸化物層を
形成し、該酸化物層上に酸化物誘電体を積層した後、上
部電極を形成することを特徴とする薄膜キャパシタの製
造方法が得られる。
分圧の低い熱ＣＶＤ法により酸素が欠乏した酸化物層を
形成し、該酸化物層上に酸化物誘電体を積層した後、上
部電極を形成することを特徴とする薄膜キャパシタの製
造方法が得られる。
【０００８】
【作用】下部電極上の酸素が欠乏した酸化物層により電
極の表面が安定化されるため、以降ＲｕＯ4 の生成が抑
制される。
極の表面が安定化されるため、以降ＲｕＯ4 の生成が抑
制される。
【０００９】したがって、酸化物誘電体薄膜中へのＲｕ
の侵入が抑制される。結果として、ＲｕＯ2 下部電極に
用いた場合においても誘電率が高くリーク電流の低い薄
膜キャパシタが得られる。
の侵入が抑制される。結果として、ＲｕＯ2 下部電極に
用いた場合においても誘電率が高くリーク電流の低い薄
膜キャパシタが得られる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の薄膜キャパシタ及びその製造
方法の一実施例について、図面を参照しながら説明す
る。図１は本発明の実施例に関わる薄膜キャパシタの断
面図である。
方法の一実施例について、図面を参照しながら説明す
る。図１は本発明の実施例に関わる薄膜キャパシタの断
面図である。
【００１１】図１を参照して、薄膜キャパシタはＳｉ基
板５とＳｉ基板５上に設けたバリア層（ＴｉＮ）４とバ
リア層４上に設けた下部電極（ＲｕＯ2 ）２と、下部電
極２上に設けた酸素が欠乏した酸化物層（ＳｒＴｉ
Ｏ3 ）１と、この酸化物層１上に設けた酸化物誘電体薄
膜（（Ｂａ，Ｓｒ））ＴｉＯ3 ）３と、酸化物誘電体薄
膜（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 ）３上に設けた上部電極
（Ａｕ）６とを有している。
板５とＳｉ基板５上に設けたバリア層（ＴｉＮ）４とバ
リア層４上に設けた下部電極（ＲｕＯ2 ）２と、下部電
極２上に設けた酸素が欠乏した酸化物層（ＳｒＴｉ
Ｏ3 ）１と、この酸化物層１上に設けた酸化物誘電体薄
膜（（Ｂａ，Ｓｒ））ＴｉＯ3 ）３と、酸化物誘電体薄
膜（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 ）３上に設けた上部電極
（Ａｕ）６とを有している。
【００１２】Ｓｉ基板５上にはスパッタ法によりＴｉＮ
4 を５０ｎｍ、ＲｕＯ2 ３を２００ｎｍ積層する。Ｒｕ
Ｏ2 ２はキャパシタの下部電極、ＴｉＮ4 はＳｉとＲｕ
の反応を防ぐバリア層である。
4 を５０ｎｍ、ＲｕＯ2 ３を２００ｎｍ積層する。Ｒｕ
Ｏ2 ２はキャパシタの下部電極、ＴｉＮ4 はＳｉとＲｕ
の反応を防ぐバリア層である。
【００１３】このウエハをＣＶＤ装置に導入し、６００
℃に加熱する。はじめに、Ｏ2 とＲｕＯ2 ２との反応を
抑制するため、酸素分圧の低い（４．５Ｐａ）熱ＣＶＤ
法によりＳｒＴｉＯ3 を５〜１０ｎｍ積層する。成膜原
料はＳｒ（ＤＰＭ）2 、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 、
Ｏ2 で、キャリアガスはＡｒである。原料温度及び流量
はＳｒ（ＤＰＭ）2 １９０℃、７０ｓｃｃｍ、Ｔｉ（Ｏ
−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 ２０℃、７０ｓｃｃｍ、Ｏ2 、７０
ｓｃｃｍである。堆積速度は０．８ｎｍ／ｍｉｎであ
る。酸素分圧が低いため成膜されたＳｒＴｉＯ3 １中の
酸素濃度は化学量論的組成よりも３０％程度低い。
℃に加熱する。はじめに、Ｏ2 とＲｕＯ2 ２との反応を
抑制するため、酸素分圧の低い（４．５Ｐａ）熱ＣＶＤ
法によりＳｒＴｉＯ3 を５〜１０ｎｍ積層する。成膜原
料はＳｒ（ＤＰＭ）2 、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 、
Ｏ2 で、キャリアガスはＡｒである。原料温度及び流量
はＳｒ（ＤＰＭ）2 １９０℃、７０ｓｃｃｍ、Ｔｉ（Ｏ
−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 ２０℃、７０ｓｃｃｍ、Ｏ2 、７０
ｓｃｃｍである。堆積速度は０．８ｎｍ／ｍｉｎであ
る。酸素分圧が低いため成膜されたＳｒＴｉＯ3 １中の
酸素濃度は化学量論的組成よりも３０％程度低い。
【００１４】酸素が欠乏した酸化物層（ＳｒＴｉＯ3 ）
１の形成方法としては、化学量論的組成のＳｒＴｉＯ3
１が得られる酸素分圧（３７．５Ｐａ）の熱ＣＶＤでＳ
ｒＴｉＯ3 １を成膜した後、膜中の酸素濃度を減少させ
るために約５ｍｉｎのＯ2 プラズマ照射（Ｏ2 流量７０
ｓｃｃｍ、プラズマパワー６００Ｗ）を行うことでも同
様な効果が得られる。
１の形成方法としては、化学量論的組成のＳｒＴｉＯ3
１が得られる酸素分圧（３７．５Ｐａ）の熱ＣＶＤでＳ
ｒＴｉＯ3 １を成膜した後、膜中の酸素濃度を減少させ
るために約５ｍｉｎのＯ2 プラズマ照射（Ｏ2 流量７０
ｓｃｃｍ、プラズマパワー６００Ｗ）を行うことでも同
様な効果が得られる。
【００１５】続いてこの酸素が欠乏したＳｒＴｉＯ3 １
の上にＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓ
ｏｎａｎｃｅ（ＥＣＲ）ＣＶＤ法により、成膜温度４５
０℃で（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 ３を５０ｎｍ積層する。
ＥＣＲ−ＣＶＤではＯ2 プラズマを用いて成膜してい
る。Ｂａ原料はＢａ（ＤＰＭ）2 、ＳｒとＴｉの原料は
上記熱ＣＶＤ法の場合と同じである。原料温度及び流量
はＢａ（ＤＰＭ）2 １５０℃、７０ｓｃｃｍ、Ｓｒ（Ｄ
ＰＭ）2 １９０℃、７０ｓｃｃｍで、ＥＣＲプラズマパ
ワーは６００Ｗである。堆積速度は１．０ｎｍ／ｍｉｎ
である。成膜室圧力は１Ｐａである。
の上にＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓ
ｏｎａｎｃｅ（ＥＣＲ）ＣＶＤ法により、成膜温度４５
０℃で（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 ３を５０ｎｍ積層する。
ＥＣＲ−ＣＶＤではＯ2 プラズマを用いて成膜してい
る。Ｂａ原料はＢａ（ＤＰＭ）2 、ＳｒとＴｉの原料は
上記熱ＣＶＤ法の場合と同じである。原料温度及び流量
はＢａ（ＤＰＭ）2 １５０℃、７０ｓｃｃｍ、Ｓｒ（Ｄ
ＰＭ）2 １９０℃、７０ｓｃｃｍで、ＥＣＲプラズマパ
ワーは６００Ｗである。堆積速度は１．０ｎｍ／ｍｉｎ
である。成膜室圧力は１Ｐａである。
【００１６】その後、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 ３上にス
パッタ法により、Ａｕ６を３００ｎｍ形成する。ＲｕＯ
2 ２とＡｕ６を電極として薄膜キャパシタの誘電率、リ
ーク電流密度を測定したところ、それぞれ３００、１×
１０-8Ａ／ｃｍ2 （１Ｖ印加時）という良好な結果が得
られた。
パッタ法により、Ａｕ６を３００ｎｍ形成する。ＲｕＯ
2 ２とＡｕ６を電極として薄膜キャパシタの誘電率、リ
ーク電流密度を測定したところ、それぞれ３００、１×
１０-8Ａ／ｃｍ2 （１Ｖ印加時）という良好な結果が得
られた。
【００１７】ＲｕＯ2 ２の表面が酸素分圧の低い熱ＣＶ
Ｄ法で成膜されたＳｒＴｉＯ3 １で覆われているため、
以降は活性酸素を用いるＥＣＲ−ＣＶＤ法による成膜を
行ってもＲｕＯ4 の生成が抑えられる。したがって、
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 ３層中へＲｕの混入は抑制され
る。ＲｕＯ2 ２表面のＳｒＴｉＯ3 １は膜厚が薄くさら
に酸素が欠乏しているため導電性を示し、この上に誘電
体である（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 ３を積層することによ
り、この酸化物誘電体薄膜中へのＲｕの混入が抑制さ
れ、下部電極にＲｕＯ2 を用いた場合においても高誘電
率でリーク電流の低い薄膜キャパシタ及びその製造方法
が得られる。
Ｄ法で成膜されたＳｒＴｉＯ3 １で覆われているため、
以降は活性酸素を用いるＥＣＲ−ＣＶＤ法による成膜を
行ってもＲｕＯ4 の生成が抑えられる。したがって、
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 ３層中へＲｕの混入は抑制され
る。ＲｕＯ2 ２表面のＳｒＴｉＯ3 １は膜厚が薄くさら
に酸素が欠乏しているため導電性を示し、この上に誘電
体である（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 ３を積層することによ
り、この酸化物誘電体薄膜中へのＲｕの混入が抑制さ
れ、下部電極にＲｕＯ2 を用いた場合においても高誘電
率でリーク電流の低い薄膜キャパシタ及びその製造方法
が得られる。
【００１８】
【発明の効果】本発明の薄膜キャパシタ及びその製造方
法によれば、ＲｕＯ2 やＲｕ下部電極上に酸素が欠乏し
た酸化物層を設け、この上に酸化物誘電体薄膜を積層す
ることにより、この酸化物誘電体中へのＲｕの混入が抑
制され、下部電極にＲｕＯ2 やＲｕ用いた場合において
も高誘電率でリーク電流の低い薄膜キャパシタ及びその
製造方法が得られる。
法によれば、ＲｕＯ2 やＲｕ下部電極上に酸素が欠乏し
た酸化物層を設け、この上に酸化物誘電体薄膜を積層す
ることにより、この酸化物誘電体中へのＲｕの混入が抑
制され、下部電極にＲｕＯ2 やＲｕ用いた場合において
も高誘電率でリーク電流の低い薄膜キャパシタ及びその
製造方法が得られる。
【図１】本発明の薄膜キャパシタの一実施例を示す断面
図である。
図である。
１ 酸素が欠乏した酸化物層（ＳｒＴｉＯ3 ） ２ 下部電極（ＲｕＯ2 ） ３ 酸化物誘電体薄膜（（Ｂａ，Ｓｅ）ＴｉＯ3 ） ４ バリア層（ＴｉＮ） ５ Ｓｉ基板 ６ 上部電極（Ａｕ）
Claims (2)
- 【請求項１】 下部電極上に設けた酸素が欠乏した酸化
物層と、該酸化物層上に積層した酸化物誘電体とを含
み、かつ該酸素が欠乏した酸化物層は前記下部電極に含
有された金属元素を含まないことを特徴とする薄膜キャ
パシタ。 - 【請求項２】 薄膜キャパシタの製造方法において、下
部電極上に酸素分圧の低い熱ＣＶＤ法により酸素が欠乏
した酸化物層を形成し、該酸化物層上に酸化物誘電体を
積層した後、上部電極を形成することを特徴とする薄膜
キャパシタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6298679A JP2735094B2 (ja) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | 薄膜キャパシタ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6298679A JP2735094B2 (ja) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | 薄膜キャパシタ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08162617A JPH08162617A (ja) | 1996-06-21 |
| JP2735094B2 true JP2735094B2 (ja) | 1998-04-02 |
Family
ID=17862879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6298679A Expired - Lifetime JP2735094B2 (ja) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | 薄膜キャパシタ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2735094B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998006131A1 (fr) * | 1996-08-07 | 1998-02-12 | Hitachi, Ltd. | Composant a semi-conducteur et son procede de fabrication |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69326944T2 (de) * | 1992-04-13 | 2000-03-30 | Virginia Tech Intell Prop | Stapelelektroden für ferroelektrische vorrichtungen |
| US5185689A (en) * | 1992-04-29 | 1993-02-09 | Motorola Inc. | Capacitor having a ruthenate electrode and method of formation |
-
1994
- 1994-12-01 JP JP6298679A patent/JP2735094B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08162617A (ja) | 1996-06-21 |
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