JP2825606B2 - 集積回路用コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

集積回路用コンデンサおよびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、集積回路の製造に関するものである。特
に、本発明は、集積回路に用いられるコンデンサ用多層
電極構造体に関するものである。
強誘電性コンデンサすなわち高誘電率コンデンサを製
造する場合には、２個の単層電極を誘電体によって分離
してコンデンサを形成する。各電極は、白金、アルミニ
ウムまたは銀のような単一材料から製造する。
各集積回路におけるすべての構成部品またはデバイス
は、集積回路を大規模に製造する場合には、いくつかの
必要条件を満たす必要がある。このような必要条件とし
ては良好な接着特性、高導電率、プラズマ中におけるエ
ッチング性、反応性イオンエンチング剤中におけるエッ
チング性、適切な誘電体薄膜を成長させるための配向し
た格子面、耐酸化性、耐拡散性および安い価格がある。
コンデンサ電極として標準的に選択された材料である白
金、アルミニウムおよび銀はこれらの必要条件のいくつ
かを満たすことができるが、集積回路におけるコンデン
サの多くの異なる用途においてこれらの必要条件のすべ
てを満たすことはない。
従って、本発明の目的は、これらの必要条件のすべて
を満たす集積回路用コンデンサ電極を提供することにあ
る。
本発明の目的および利点は、集積回路において、多層
コンデンサ構造体を形成することによって達成される。
本発明の１つの面においては、第１電極は、基板上に少
なくとも１個の層を形成し、次いで、この形成された層
の上にプレート層を形成することにより形成する。第２
電極は、誘電体層上にプレート層を形成し、次いでこの
プレート層の上に少なくとも１個の追加層を形成するこ
とにより形成する。各層に１種以上の作用をさせること
ができる。
本発明の他の例においては、第１電極は、基板上に少
なくとも１個の層を形成し、次いで、この形成された層
の上にプレート層を形成することにより形成する。第１
電極の上に誘電体層を形成する。次いで、生成した構造
体を好ましくは酸素雰囲気中で加熱して下側層を酸化す
る。第２電極は第１電極とは逆の順序で誘電体層の上に
形成する。
選定した製造方法とは関係なく、本発明はまた、従来
のように一方の電極が他方の電極から分離されている
が、少なくとも一方の電極が多層であるコンデンサ構造
体を提供する。例えば、電極は、プレート層、拡散障壁
層および電気的コンタクト層を具えることができる。各
層は他の層とは異なるものとすることができる。しか
も、電極を半導体基板に接触させようとする場合には、
接着層を半導体基板のすぐ近くに、好ましくは底部電極
の最下層として設けることができる。
底部電極に使用する物質は、例えば、チタン、窒化チ
タンおよび白金とすることができる。誘電体層は、標準
誘電体層または強誘電体層とすることができる。頂部電
極における物質は、例えば、白金、チタンおよびアルミ
ニウムとすることができる。
次に本発明を図面を参照しつつ、実施例について説明
する。
第１図は、本発明に係るコンデンサの一例の断面図で
ある。集積回路用コンデンサは、基板上に形成するのが
通例であるので、以下に説明する例は、これに沿って行
う。しかし、本発明に係る多層電極構造は、他のコンデ
ンサ配列にも適用することができる。例示のために、多
層コンデンサ10を集積回路デバイスの基板12の上に形成
する。一般的にコンデンサ10は、業界において知られて
いるように第１電極すなわち底部電極14、誘電体層16、
および第２電極すなわち頂部電極18を具える。底部電極
14および頂部電極18は、いずれも本発明に係る多層構造
を有する。普通、第１図に示すように、底部電極14は、
例えば、４種の別個の材料層から形成され、各層は、異
なる作用をする。しかし、この例は、本発明のコンデン
サの１個の一例であるにすぎず、各電極における層の数
がこれにより多い場合または少ない場合も本発明の範囲
内にある。
底部電極14の第１層20は、接着層から構成するのが好
ましい。第１層20は、底部電極14、従ってコンデンサ20
の全体の基板12に対する接着を促進する。接着層20の上
に第２層22を形成する。第２層22は、拡散障壁層から構
成するのが好ましい。拡散障壁層22は、業界において知
られているように上側層すなわち追加層の材料が例えば
ヒルオック（hill−ock）によって下側層のなかに拡散
すなわち移動して、下側層のなかに意図しない電気通路
および不純物が形成するのを防止する。
第３層24は、電気的コンタクト層とすることができ、
この層は、コンデンサ10を集積回路上の他のデバイスお
よび構成部品に電気的に接続する作用をする。
第４層26は、底部電極14における他の層の上に形成す
ることができる。第４層26はプレート層とすることがで
き、この層はコンデンサにおいて普通に見られるように
電極またはプレートの作用をする。また、この例におい
て、第４層26は、以下に説明するように誘電体を成長さ
せるための核形成層を提供することができる。
第１図のコンデンサを上方向に続けて説明する。誘電
体層16を業界において知られているように第１電極すな
わち底部電極14の上に成長、堆積あるいは他の方法によ
って形成する。
第２電極すなわち頂部電極18は誘電体層16の頂面上に
多層構造として形成することができ、第２電極18の構造
は第１電極の多層構造と類似なものとすることができる
が、その鏡像である。すなわち、第２電極18の底部層30
は、誘電体層16の上に形成したプレート層とすることが
できる。第２電極18の第２層32はプレート層30の上に形
成することができる。第２電極18の第２層32は、業界に
おいて知られかつ先に底部電極14の第２層22に関連して
説明したように、拡散障壁層とすることができる。
第２電極すなわち頂部電極18の第３層34は、第２層32
の上に形成することができる。第２層32は、例えば、集
積回路において近く（または他の場所）に位置する他の
構成部品またはディバイスとの回路または接続部を形成
する第２電気的コンタクト層とすることができる。次い
で、集積回路の追加層を業界において知られているよう
にコンデンサの上に形成することができる。
第２図は、本発明のコンデンサの他の例の断面図であ
り、多層電極コンデンサを製造するのに使用することが
できる種々の層および材料を示す。第２図に例示するコ
ンデンサを符号110で示す。コンデンサ110は、第１図の
コンデンサ10と同じく、集積回路の基板112上に形成さ
れ、第１電極すなわち底部電極114、該電極114上の誘電
体層116および該層116によって底部電極114から離間さ
れている第２電極すなわち頂部電極118を具える。両電
極114および118は、本発明に従って多層構造に形成す
る。
第２図に示す例のコンデンサは、業界において知られ
ているように、排気した室内において、好ましくは該室
を別個に２回排気または「ポンプ排気（pump down」）
して、形成する。第１電極すなわち底部電極114および
誘電体層116は第１ポンプ排気中に形成し、第２電極す
なわち頂部電極118は第２ポンプ排気中に形成する。以
下の説明において、厚さはすべて約＋100％〜−50％の
範囲内で変えることができる。
第２図に示す例のコンデンサにおいては、底部電極11
4は、基板112の上の３個の層から構成される。基板112
は、半導体基板上の絶縁材料、例えば、SiまたはGaAs上
に堆積させたSiO2から構成することができる。あるいは
また、基板112はMOSトランジスタのドレインおよびバイ
ポーラトランジスタのエミッタのような半導体材料から
構成することができる。
第１層120は、チタンから構成することができ、この
層は、基板112とコンデンサ110との間の接着層として作
用する。チタン層120は、後述のように約0.5ミクロンの
好ましい厚さに形成する。
第１電極114の第２層124は、例えば窒化チタンから構
成することができる。この層124は、第２図のコンデン
サの底部電極114と集積回路上の他のディバイスとの間
の電気的コンタクト層として作用し、また拡散障壁層と
して作用する。窒化チタンからなる第２層124は、約0.1
ミクロンの好ましい厚さに堆積させる。
第１電極114の第３層126は、白金から構成することが
でき、この層はいくつかの作用をする。白金層126は、
電極プレートとして作用することができる。白金は、誘
電体層116の核形成にとって良好な材料である。白金
は、誘電体層116と導電体層124との間の化学的不活性界
面である。白金からなる第３層126は既知手段によって
約0.05ミクロンの好ましい厚さに堆積させる。第１電極
114は、この点において実質的に完成する。
このコンデンサにおいて次の層は、誘電体層116であ
る。この層は、業界において知られている方法で堆積さ
せることができ、あるいは当業界において知られている
ようにして成長させることができる。誘電体は、強誘電
性材料すなわち高誘電率材料とすることができる。誘電
体層116の厚さは、選定した材料に依存する。高誘電率
材料の厚さはコンデンサの所望のキャパシタンスに逆比
例して変化する。強誘電体層の厚さは、下側の回路の動
作電圧に依存する。約５ボルトという代表的な動作電圧
の場合には、強誘電体層の厚さは、約0.4ミクロンであ
る。
第２電極すなわち頂部電極118の第１層130を誘電体層
116の上に堆積させることができる。第１層130は、例え
ば白金から形成することができる。白金層130は、頂部
電極プレートとして作用し、誘電体層116と導電体層と
の間の化学的に不活性な界面として動作する。第２電極
118の白金層130は、業界において知られている方法によ
り約0.05ミクロンの好ましい厚さまで堆積させる。
次いで、第２層132を第１層130の上に堆積あるいは他
の方法により形成する。第２層132は、チタンから構成
するのが好ましい。チタン層132は、頂部電極118におい
て拡散障壁および接着層として作用する。チタン層132
は、既知手段により約0.1ミクロンの好ましい厚さまで
堆積させる。
第２図の例において、頂部電極118の第３層134は、ア
ルミニウムから形成するのが好ましい。アルミニウムか
らなる第３層134は集積回路における他のディバイスに
対する頂部電極の電気的コンタクト層として作用する。
アルミニウムからなる第３層134は、約0.1ミクロンの好
ましい厚さまで堆積させる。
上述のように、頂部電極および底部電極のいずれにお
いても各層はいくつかの既知技術によって堆積または形
成することができる。これらの既知技術は層およびこれ
を取巻く構成部品のために選定した材料にとって適当で
あることが必要であるにすぎない。適当な方法としては
スパッタリング、蒸着、化学的気相堆積、分子線エタピ
キシーおよびスピンコーティングがあるが、これらの方
法に限定されるものではない。さらに、多層電極構造の
最終形態は堆積層または成長層の制御された化学反応に
よって達成することができる。
第３図および第４図には、本発明のコンデンサの他の
例を示す。この例においては、多層構造は、堆積層の制
御された化学反応によって形成される。第３図に部分的
に完成された本発明のコンデンサ210の断面を示す。こ
の例のコンデンサ210は基板212の上に形成され、第１電
極すなわち底部電極214、該電極の上の誘電体層216およ
び頂部電極（図示せず）を具える。この例においては、
材料の堆積を１回のポンプ排気で行うのが好ましい。こ
の例においては、チタンからなる第１層220を上述の当
業界において知られている方法によって基板212の上に
堆積させることができる。チタンからなる第１層220
は、厚さを0.15ミクロンとするのが好ましい（また、こ
の例においてはすべての層の厚さを約＋100％〜−50％
の範囲で変えることができる）。
白金からなる第２層226を第１層220の上に0.05ミクロ
ンの好ましい厚さまで堆積させる。次に、上述の好適例
の場合と同様に、誘電体層216を白金からなる第２層226
の上に堆積させる。
次に第４図について説明する。第３図について説明し
たようにして形成した構造体を酸素雰囲気中で約750℃
まで加熱する。この結果、第３図のチタンからなる第１
層220は第４図では二酸化チタン層220Aになる。第４図
に示すように、基板212A、白金からなる第２層226A、お
よび誘電体層216Aはこの工程による影響を相対的に受け
ない。次いで、全く同じかあるいは同様な方法によって
頂部電極または第２電極を形成する。
第３図のチタン層220が酸化すると白金の接着が改善
され、薄膜の応力が低下する。この例の多層電極には、
回路、所要の結線などに応じて他の層を加えることがで
きる。
上述のように、好適例においては、集積回路における
コンデンサの両方の電極を２個または３個以上の異なる
層から形成し、各層に１種または２種以上の作用をさせ
ることができる。勿論、所定の適用分野が一方の電極の
みを本発明に従って多層にすることを要求している場合
には、両方の電極を多層に形成する必要はない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のコンデンサの一例の断面図、 第２図は、本発明のコンデンサの他の例の断面図、 第３図は、本発明のコンデンサのさらに他の例の部分的
に完成した状態にある部分断面図、 第４図は、第３図の次に酸化工程を施した後の第３図の
コンデンサのなお部分的に完成した状態にある部分断面
図である。 10……コンデンサ、12……基板 14……第１電極（底部電極）、16……誘電体層 18……第２電極（頂部電極）、20……第１層（接着
層）、22……第２層（拡散障壁層） 24……第３層（電気的コンタクト層） 26……第４層（プレートおよび核形成層） 30……底部層（プレート層） 32……第２層（拡散障壁層） 34……第３層（電気的コンタクト層） 110……コンデンサ、112……基板 114……第１電極（底部電極） 116……誘電体層 118……第２電極（頂部電極） 120……第１層（チタン層、接着層） 124……第２層（窒化チタン層、導電体層、電気的コン
タクト層） 126……第３層（白金層、プレートおよび核形成層） 130……第１層（白金層、プレート層） 132……第２層（チタン層、拡散障壁および接着層）、1
34……第３層（アルミニウム層、電気的コンタクト層） 210,210A……コンデンサ 212,212A……基板 214,214A……第１電極（底部電極） 216A……誘電体層 220……第１層（チタン層） 220A……二酸化チタン層 226,226A……第２層（白金層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−66850（ＪＰ，Ａ) ＩＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓ ｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ Ｖ ｏｌ．23 Ｎｏ．12 Ｍａｙ 1981 Ｐ．5373−Ｐ．5374 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 27/04 H01L 21/822

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】集積回路用多層電極コンデンサを製造する
    に当り、 （ａ）基板上に接着層を形成し、（ｂ）該接着層の上に
    拡散障壁層を形成し、（ｃ）該拡散障壁層の上に導電体
    層を形成し、（ｄ）該導電体層の上にプレートおよび核
    形成層を形成することにより第１多層電極を形成し； （ａ）誘電体層の上に第２プレート層を形成し、（ｂ）
    該第２プレート層の上に第２拡散障壁層を形成し、
    （ｃ）該第２拡散障壁層の上に第２導電体層を形成する
    ことにより第２多層電極を形成すること を特徴とする集積回路用コンデンサの製造方法。
  2. 【請求項２】集積回路用コンデンサにおいて、 第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極との間
    に位置する誘電体層とを具え、前記電極の一方は前記誘
    電体層に隣接するプレート層および２個の追加層を具え
    ることを特徴とする集積回路用コンデンサ。
  3. 【請求項３】前記一方の電極は少なくとも３個の異なる
    層を具えることを特徴とする請求項２記載のコンデン
    サ。
  4. 【請求項４】前記電極の他方は第２プレート層および少
    なくとも１個の第２追加層を具えることを特徴とする請
    求項３記載のコンデンサ。
  5. 【請求項５】前記一方の電極は前記プレート層、電気的
    コンタクト層、接着層および拡散障壁層を具えることを
    特徴とする請求項３記載のコンデンサ。
  6. 【請求項６】基板上の接着層と、いずれも前記プレート
    層と前記基板との間に位置する拡散障壁層および電気的
    コンタクト層とを具えることを特徴とする請求項２記載
    のコンデンサ。
  7. 【請求項７】前記一方の電極において前記追加層は電気
    的コンタクト層および拡散障壁層を具えることを特徴と
    する請求項２記載のコンデンサ。
  8. 【請求項８】さらに接着層を具えることを特徴とする請
    求項７記載のコンデンサ。
  9. 【請求項９】前記追加層はチタンまたは窒化チタンから
    構成されていることを特徴とする請求項２記載のコンデ
    ンサ。
  10. 【請求項１０】集積回路用コンデンサにおいて、 第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極との間
    に位置する誘電体層とを具え、前記電極の一方は前記誘
    電体層に隣接するプレート層および少なくとも１個の追
    加層を具え、該追加層はチタン層および窒化チタン層を
    具えることを特徴とする集積回路用コンデンサ。
  11. 【請求項１１】前記追加層はさらにアルミニウム層を具
    えることを特徴とする請求項10記載のコンデンサ。
  12. 【請求項１２】集積回路用コンデンサを製造するに当
    り、 誘電体層によって分離された第１電極および第２電極を
    形成し、 この際、前記電極の一方を、（ａ）少なくとも１個の層
    を形成し、（ｂ）該少なくとも１個の層のうちの頂部層
    の上にプレート層を前記誘電体層に隣接させて形成し、
    （ｂ）前記一方の電極を酸化して前記少なくとも１個の
    層を酸化することにより形成すること を特徴とする集積回路用コンデンサの製造方法。
  13. 【請求項１３】前記電極の他方を、（ａ）第２プレート
    層を前記誘電体層に隣接させて形成し、（ｂ）前記第２
    プレート層の上に少なくとも１個の追加層を形成し、
    （ｃ）前記他方の電極を酸化して前記追加層を酸化する
    ことにより形成する特許請求の範囲第12項記載の方法。
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