JP2827661B2 - 容量素子及びその製造方法 - Google Patents
容量素子及びその製造方法Info
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Description
積化に適した容量素子の製造方法に関する。
デンサ)はDCカット、ピーキング用、或はDRAM
(Dynamic RAM)におけるデータ蓄積用容量
等、重要な位置を占めてきた。従来、容量素子としては
PN接合の拡散容量やMOS(Metal Oxide
Semiconductor)、MIS(Metal
Insulator Semiconductor)が
用いられてきた。
上で分離変膜2で囲まれたN型高濃度層16を一方の電
圧としたMIS容量素子のMIS容量はInsulat
or(絶縁物)15として半導体製造プロセス中で頻用
されるシリコン酸化膜(SiO2 )や窒化膜、あるいは
その多層膜が多用されてきた。
や窒化膜は例えば、MOSFETやバイポーラトランジ
スタといった半導体素子そのもののゲート酸化膜やベー
ス保護用としても用いられることから、ほとんど工程数
を増やすことなくしかも数10オングストローム(A)
の単位で膜厚のコントロールでき、精度のよい容量素子
として重宝されてきた。尚、図4で容量素子の他方の電
極は絶縁膜15上の広い電極17である。
知のように次の(1)式で表わされる。
してεr 、S,dがある。
として比較的比誘電率の低い窒化膜(比誘電率=7)ま
たは酸化膜(比誘電率=4)或はそれらの多層膜を使用
しているため、一定以上の容量値Cをえるには面積Sを
大きくするか、膜厚dを極端に薄くするかのどちらかし
かなく前者の方法では高集積化の障害となり、後者の方
法では膜厚の制御性やリーク電流の増加等膜の信頼度に
問題を生じる可能性が高く、いずれの方法も妥当とは言
えず、今後ますます進展する高集積化、高信頼度化の課
題に充分応えることができない。
誘電率の大きなTa2 O5 やPZT,SrTiO3 とい
った材料の薄膜が注目を浴びている。これらの薄膜は大
きな非誘電率を有するため、従来の容量素子と同一面積
でも数倍〜数十倍の容量値を実現できるが、その反面、
上部或は下部電極と容量膜との間に介在するごく薄い酸
化膜等の反応物により全体としての容量値が著しく低下
するという問題がある。これらの反応物は例えば、スパ
ッタ法等で薄膜を成長する時に容易に形成されてしまう
ことが多い。図5にその例を示す。図5では例えばTa
2 O5 を容量膜に使用した時に、Ta2 O5 と下部電極
との間に例えば酸化膜が介在することを示す。
(2)式のようになる。
かに比誘電率の小さい酸化膜が介在することにより全体
として容量値Cは大幅に低下してしまう。また、この時
の反応物は薄いことが多く、薄ければ薄いほど容量値へ
およぼす影響も小さいが、これらの生成をコントロール
することはほとんど不可能であるから反応物の出来具合
いによって全体の容量値Cが大きくバラつく原因にもな
り、安定な回路動作を不可能にするものである。
酸化膜によって区画された半導体基板の主面上に前記分
離用酸化膜よりも薄い絶縁膜が形成され、前記薄い絶縁
膜の中央に開口が形成され、前記開口を通して前記半導
体基板に接続する第1の電極(下部電極)が前記薄い絶
縁膜上に形成され、前記第1の電極上に容量膜が形成さ
れ、前記容量膜上に第2の電極(上部電極)が形成され
て、前記第1の電極と前記容量膜と前記第2の電極とを
具備した容量素子であって、前記第1の電極はPt又は
Pdからなる最上層とその下のアルミニウム又はその合
金の金属膜から構成され、かつその外側面が前記分離用
酸化膜と前記薄い絶縁膜との境界部に位置しており、前
記第1の電極の外側面および上面の周辺部分は層間膜に
より被覆されており、前記容量膜はTa 2 O 5 ,PZ
T,SrTiO 3 又はBaSrTiO 3 から構成され、
かつ前記第1の電極の上面の周辺部分を除く中央部分に
被着して前記層間膜上を延在し、その外側面が前記第1
の電極の外側面上より内側に位置しており、前記第2の
電極はPt又はPdからなる最下層とその上のアルミニ
ウム又はその合金の金属膜から構成され、かつその外側
面が前記容量膜の外側面上より内側に位置して該容量膜
に被着している容量素子及びその製造方法にある。本発
明の他の特徴は、絶縁膜上に形成された第1の電極(下
部電極)と、前記第1の電極上に形成された容量膜と、
前記容量膜上に形成された第2の電極(上部電極)とを
具備した容量素子において、第1の電極はPt又はPd
からなる最上層とその下のアルミニウム又はその合金の
金属膜から構成され、前記第1の電極上に選択的に層間
膜が形成され、前記容量膜はTa 2 O 5 ,PZT,Sr
TiO 3 又はBaSrTiO 3 から構成され、かつその
中央部分が前記第1の電極の上面に被着してその外側面
を前記層間膜上に位置しており、前記第2の電極はPt
又はPdからなる最下層とその上のアルミニウム又はそ
の合金の金属膜から構成され、かつその外側面が前記容
量膜の外側面上より内側に位置して該容量膜に被着して
いる容量素子にある。
実施例を示す。まず、半導体基板1に分離用酸化膜2を
形成した後、サブコンタクト3を開口し高濃度不純物層
4を形成する。ここで高濃度層はオーミックコンタクト
をとるためのものであり本例ではN型の不純物を用いて
いるが、これは基板の導電型に応じて変えればよくP型
基板ではP型不純物を使用すれば良い。(図1
(a))。
パッタ法等により積層し、フォトリソグラフィー技術を
用いて選択的にフォトレジスト6を残置する。このと
き、第1の電極5は単層でも2つ以上の層を用いても良
いが、少なくともその最上層膜は後工程で容量膜を成膜
するにあたって容量膜と電極との界面に反応物が生成す
るのを防止できるもの(バリアメタル)であれば良い。
例えば、Pt(白金)やTiN(窒化チタン)、Pd
(パラジウム)等がある(図1(b))。当然ながらこ
れらバリアメタルの複合膜でもよい。また、これらのバ
リアとなるメタルの下の金属層は通常、用いられるAl
(アルミニウム)及びその合金(Al/Si/Cu、A
l/Si等)、ポリシリコン、高融点金属及びそのシリ
サイド、Au(金)等でよい。
ッチングした後、絶縁膜である層間膜7を例えば、プラ
ズマ窒化膜等を用いて成膜した後、例えばドライエッチ
ング等により容量膜を形成する部分を選択的に開口す
る。ここで層間膜としては前述したプラズマ窒化膜の他
に、常圧CVD酸化膜、或はプラズマ酸化膜・SLON
膜等、またそれらの膜の複合膜が挙げられる(図1
(c))。
チングした後、第2の電極9をスパッタ法等で成膜して
選択的にエッチングして、容量素子は完成する。ここで
第2の電極9は第1の電極について述べたことと同様
に、容量膜と接する側の層がバリアメタルとなっていれ
ば、単層でも2つ以上の層でも良い。更に容量膜8とし
てはTa2 O5 、PZT、SrTiO3 、BaSrTi
O3等が挙げられる。また、当然ながらこの第2の電極
ではバリアメタルの上層の金属が、通常用いられるA
l、及びその合金、高融点金属及びシリサイド、Au等
の金属となる(図1(d))。
タル、および上下の電極の厚さは必要とする容量値やバ
リア性の大小で決定できる。例えば、容量膜として厚さ
150nmのSrR:O3 (εr =200)を採用した
場合、単位面積当りの容量値として約12fF/μm2
が得られることになる。これは厚さ50nmの窒化膜
(εr =7)に比べて10倍近い値となる。
MIM(Metal Insulator Meta
l)容量に適用した例である。まず、半導体基板1上に
分離用酸化膜2を生長し、第1の電極を形成する。この
第1の電極層に要求される特性は第1の実施例で示した
ことと同様である(図2(a))。次に写真食刻法を用
いて層間膜7を選択的に形成する(図2(b))。更に
誘電体膜8を形成した後、第2の電極9および第1の電
極引出し用配線10を形成して容量素子は完成する(図
2(c))。
た第3の実施例であり、第3の電極12、第2の層間膜
11上にスルーホールを介して本発明の容量素子が形成
された場合を示している。本例では容量素子の第1電極
5がスルーホール13と電気的に接触している場合であ
るが、第2電極9が第3の電極12とスルーホール13
で接触している場合も全く同様にできることは言うまで
もない。
が大きい誘電体膜を容量膜に使用する上で、障害となる
誘電体と上下電極層との酸化膜等の反応物が生成しない
ため、従来の容量素子に比してはるかに小さい占有面積
で同等以上の容量値を実現でき、高集積化に大きく貢献
できると共に常に安定した容量値を得ることができる。
なく、MIM容量も容易に実現できるため従来の容量素
子に比べ、はるかに寄生的な容量を低減でき高周波、高
速の回路動作が可能となる。
Claims (3)
- 【請求項1】 分離用酸化膜によって区画された半導体
基板の主面上に前記分離用酸化膜よりも薄い絶縁膜が形
成され、前記薄い絶縁膜の中央に開口が形成され、前記
開口を通して前記半導体基板に接続する第1の電極が前
記薄い絶縁膜上に形成され、前記第1の電極上に容量膜
が形成され、前記容量膜上に第2の電極が形成されて、
前記第1の電極と前記容量膜と前記第2の電極とを具備
した容量素子であって、前記第1の電極はPt又はPd
からなる最上層とその下のアルミニウム又はその合金の
金属膜から構成され、かつその外側面が前記分離用酸化
膜と前記薄い絶縁膜との境界部に位置しており、前記第
1の電極の外側面および上面の周辺部分は層間膜により
被覆されており、前記容量膜はTa 2 O 5 ,PZT,S
rTiO 3 又はBaSrTiO 3 から構成され、かつ前
記第1の電極の上面の周辺部分を除く中央部分に被着し
て前記層間膜上を延在し、その外側面が前記第1の電極
の外側面上より内側に位置しており、前記第2の電極は
Pt又はPdからなる最下層とその上のアルミニウム又
はその合金の金属膜から構成され、かつその外側面が前
記容量膜の外側面上より内側に位置して該容量膜に被着
していることを特徴とする容量素子。 - 【請求項2】 絶縁膜上に形成された第1の電極と、前
記第1の電極上に形成された容量膜と、前記容量膜上に
形成された第2の電極とを具備した容量素子において、
第1の電極はPt又はPdからなる最上層とその下のア
ルミニウム又はその合金の金属膜から構成され、前記第
1の電極上に選択的に層間膜が形成され、前記容量膜は
Ta 2 O 5 ,PZT,SrTiO 3 又はBaSrTiO
3 から構成され、かつその中央部分が前記第1の電極の
上面に被着してその外側面を前記層間膜上に位置してお
り、前記第2の電極はPt又はPdからなる最下層とそ
の上のアルミニウム又はその合金の金属膜から構成さ
れ、かつその外側面が前記容量膜の外側面上より内側に
位置して該容量膜に被着していることを特徴とする容量
素子。 - 【請求項3】 分離用酸化膜によって区画された半導体
基板の主面上に形成された前記分離用酸化膜よりも薄い
絶縁膜にコンタクトを形成する工程と、前記コンタクト
を通して前記半導体基板の不純物領域に接続し、Pt又
はPdからな る最上層とその下のアルミニウム又はその
合金の金属膜から構成された第1の電極をその外側面が
前記分離用酸化膜と前記薄い絶縁膜との境界部に位置す
るように選択的に形成する工程と、層間膜を前記第1の
電極上に形成し、容量膜を被着する部分を選択的に開口
する工程と、Ta 2 O 5 ,PZT,SrTiO 3 又はB
aSrTiO 3 から構成され、かつ前記開口を通して前
記第1の電極に被着して前記層間膜上を延在し、その外
側面が前記第1の電極の外側面上より内側に位置してい
る容量膜を形成する工程と、Pt又はPdからなる最下
層とその上のアルミニウム又はその合金の金属膜から構
成され、かつその外側面が前記容量膜の外側面より内側
に位置して該容量膜に被着している第2の電極を形成す
る工程とを有することを特徴とする容量素子の製造方
法。
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JP4031171A JP2827661B2 (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | 容量素子及びその製造方法 |
US07/998,038 US5406447A (en) | 1992-01-06 | 1992-12-29 | Capacitor used in an integrated circuit and comprising opposing electrodes having barrier metal films in contact with a dielectric film |
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JP4031171A JP2827661B2 (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | 容量素子及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH05243486A JPH05243486A (ja) | 1993-09-21 |
JP2827661B2 true JP2827661B2 (ja) | 1998-11-25 |
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ID=12323996
Family Applications (1)
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JP4031171A Expired - Fee Related JP2827661B2 (ja) | 1992-01-06 | 1992-02-19 | 容量素子及びその製造方法 |
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