JP3120568B2 - 薄膜キャパシタ - Google Patents
薄膜キャパシタInfo
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- JP3120568B2 JP3120568B2 JP04150009A JP15000992A JP3120568B2 JP 3120568 B2 JP3120568 B2 JP 3120568B2 JP 04150009 A JP04150009 A JP 04150009A JP 15000992 A JP15000992 A JP 15000992A JP 3120568 B2 JP3120568 B2 JP 3120568B2
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- nitride film
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- thin film
- conductive nitride
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は集積回路用薄膜キャパシ
タに関する。
タに関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路技術の発達によって電子回路が
ますます小型化しており、各種電子回路に必須の回路素
子であるコンデンサの小型化も一段と重要になってい
る。コンデンサとしては誘電体薄膜を用いた薄膜コンデ
ンサがトランジスタ等の能動素子と同一の基板上に形成
されて利用されているが、能動素子の小型化が急速に進
む中で薄膜コンデンサの小型化は遅れており、より一層
の高集積化を阻む大きな要因となってきている。これ
は、従来用いられている誘電体薄膜材料がＳｉＯ2、Ｓ
ｉ3Ｎ4等のような誘電率がたかだか１０以下の材料に限
られているためであり、薄膜コンデンサを小型化する手
段として誘電率の大きな誘電体薄膜を開発することが必
要となっている。化学式ＡＢＯ3で表されるペロブスカ
イト型酸化物であるＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＰｂＺ
ｒＯ3およびイルメナイト型酸化物ＬｉＮｂＯ3あるいは
Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12等の強誘電体に属する酸化物は、上記の
単一組成並びに相互の固溶体組成で、単結晶あるいはセ
ラミックにおいて、１００以上，１００００にも及ぶ誘
電率を有することが知られており、セラミック・コンデ
ンサに広く用いられている。これらの材料の薄膜化は上
述の薄膜コンデンサの小型化に極めて有効であり、かな
り以前から研究が行われている。それらの中で比較的良
好な特性が得られている例としては、プロシーディング
・オブ・ザ・アイ・イー・イー・イー（Proceedings of
the IEEE），第５９巻，１０号，１４４０−１４４７
頁に所載の論文があり、スパッタリングによる成膜およ
び熱処理を行ったＢａＴｉＯ3薄膜で１６（室温で作
成）から１９００（１２００℃で熱処理）の誘電率が得
られている。
ますます小型化しており、各種電子回路に必須の回路素
子であるコンデンサの小型化も一段と重要になってい
る。コンデンサとしては誘電体薄膜を用いた薄膜コンデ
ンサがトランジスタ等の能動素子と同一の基板上に形成
されて利用されているが、能動素子の小型化が急速に進
む中で薄膜コンデンサの小型化は遅れており、より一層
の高集積化を阻む大きな要因となってきている。これ
は、従来用いられている誘電体薄膜材料がＳｉＯ2、Ｓ
ｉ3Ｎ4等のような誘電率がたかだか１０以下の材料に限
られているためであり、薄膜コンデンサを小型化する手
段として誘電率の大きな誘電体薄膜を開発することが必
要となっている。化学式ＡＢＯ3で表されるペロブスカ
イト型酸化物であるＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＰｂＺ
ｒＯ3およびイルメナイト型酸化物ＬｉＮｂＯ3あるいは
Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12等の強誘電体に属する酸化物は、上記の
単一組成並びに相互の固溶体組成で、単結晶あるいはセ
ラミックにおいて、１００以上，１００００にも及ぶ誘
電率を有することが知られており、セラミック・コンデ
ンサに広く用いられている。これらの材料の薄膜化は上
述の薄膜コンデンサの小型化に極めて有効であり、かな
り以前から研究が行われている。それらの中で比較的良
好な特性が得られている例としては、プロシーディング
・オブ・ザ・アイ・イー・イー・イー（Proceedings of
the IEEE），第５９巻，１０号，１４４０−１４４７
頁に所載の論文があり、スパッタリングによる成膜およ
び熱処理を行ったＢａＴｉＯ3薄膜で１６（室温で作
成）から１９００（１２００℃で熱処理）の誘電率が得
られている。
【０００３】一方、現在の高集積回路に広く用いられて
いる電極材料は多結晶シリコンあるいはシリコン基板自
体の一部に不純物を高濃度にドーピングした低抵抗シリ
コン層である。以下これらを総称してシリコン電極と呼
ぶ。シリコン電極は微細加工技術が確立されており、す
でに広く用いられているため、シリコン電極上に良好な
高誘電率薄膜が作製できれば、集積回路用コンデンサへ
の利用が可能となる。従来技術では、例えばＩＢＭ・ジ
ャーナル・オブ・リサーチ・アンド・ディベロップメン
ト(IBM Journal of Research and Development），１９
６９年１１月号，６８６−６９５頁に所載のＳｒＴｉＯ
3膜に関する論文が、ジャーナル・オブ・バキューム・
サイエンス・アンド・テクノロジー（Journal of Vacuu
m Science and Technology），第１６巻，２号，３１５
−３１８頁に所載のＢａＴｉＯ3に関する論文が報告さ
れている。
いる電極材料は多結晶シリコンあるいはシリコン基板自
体の一部に不純物を高濃度にドーピングした低抵抗シリ
コン層である。以下これらを総称してシリコン電極と呼
ぶ。シリコン電極は微細加工技術が確立されており、す
でに広く用いられているため、シリコン電極上に良好な
高誘電率薄膜が作製できれば、集積回路用コンデンサへ
の利用が可能となる。従来技術では、例えばＩＢＭ・ジ
ャーナル・オブ・リサーチ・アンド・ディベロップメン
ト(IBM Journal of Research and Development），１９
６９年１１月号，６８６−６９５頁に所載のＳｒＴｉＯ
3膜に関する論文が、ジャーナル・オブ・バキューム・
サイエンス・アンド・テクノロジー（Journal of Vacuu
m Science and Technology），第１６巻，２号，３１５
−３１８頁に所載のＢａＴｉＯ3に関する論文が報告さ
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のように高誘電率
を得るためには高い成膜温度を必要とするが、従来シリ
コン電極上に作成されているＢａＴｉＯ3等の誘電体薄
膜は、約１００オングストロームの二酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ2）に等価な層が界面に形成されてしまうと報告さ
れている。この界面層は誘電率が低い層であるため、結
果としてシリコン上に形成した高誘電率薄膜の実効的な
誘電率は大きく低下してしまい、高誘電率材料を用いる
利点がほとんど損われていた。貴金属以外の金属を電極
に用いた場合も同様である。本発明の目的は、このよう
な従来の問題点を解決することにある。
を得るためには高い成膜温度を必要とするが、従来シリ
コン電極上に作成されているＢａＴｉＯ3等の誘電体薄
膜は、約１００オングストロームの二酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ2）に等価な層が界面に形成されてしまうと報告さ
れている。この界面層は誘電率が低い層であるため、結
果としてシリコン上に形成した高誘電率薄膜の実効的な
誘電率は大きく低下してしまい、高誘電率材料を用いる
利点がほとんど損われていた。貴金属以外の金属を電極
に用いた場合も同様である。本発明の目的は、このよう
な従来の問題点を解決することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に金属
電極が形成され、該電極上に導電性窒化膜が形成され、
該窒化膜上に白金族元素からなる高融点貴金属膜が形成
され、該貴金属膜上に誘電体膜が形成され、該誘電体膜
上に導電性窒化膜が形成され、該窒化膜上に金属電極が
形成されてなる薄膜キャパシタであって、導電性窒化膜
がＴａＮ、ＺｒＮまたはＨｆＮからなることを特徴とす
る薄膜キャパシタである。
電極が形成され、該電極上に導電性窒化膜が形成され、
該窒化膜上に白金族元素からなる高融点貴金属膜が形成
され、該貴金属膜上に誘電体膜が形成され、該誘電体膜
上に導電性窒化膜が形成され、該窒化膜上に金属電極が
形成されてなる薄膜キャパシタであって、導電性窒化膜
がＴａＮ、ＺｒＮまたはＨｆＮからなることを特徴とす
る薄膜キャパシタである。
【０００６】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。参考例 図１は本参考例の薄膜キャパシタの断面図で、表面を熱
酸化したシリコン基板１と、その上に形成された多結晶
シリコン電極２と、その上に形成された導電性窒化膜３
と、その上に形成されたＢａＴｉＯ3誘電体膜４と、そ
の上に形成されたＴａＮ導電性窒化膜５と、その上に形
成されたアルミ電極６からなる。水蒸気酸化でシリコン
基板表面に１μｍのシリコン酸化膜を形成した後、下部
電極としてＣＶＤ法により多結晶シリコン膜を０．５μ
ｍ、導電性窒化膜としてＴａＮ、ＨｆＮまたはＺｒＮを
ＤＣマグネトロンスパッタ法により厚さ０．０５μｍ堆
積した。窒化膜作製後、急速加熱法により窒素中、８０
０℃、１０秒間の窒化処理を行った。ＢａＴｉＯ3膜は
ＲＦマグネトロンスパッタ法により、室温から６５０℃
の基板温度範囲で０．３μｍ堆積した。上部電極とし
て、ＴａＮとアルミを順次ＤＣスパッタ法で作製した。
酸化したシリコン基板１と、その上に形成された多結晶
シリコン電極２と、その上に形成された導電性窒化膜３
と、その上に形成されたＢａＴｉＯ3誘電体膜４と、そ
の上に形成されたＴａＮ導電性窒化膜５と、その上に形
成されたアルミ電極６からなる。水蒸気酸化でシリコン
基板表面に１μｍのシリコン酸化膜を形成した後、下部
電極としてＣＶＤ法により多結晶シリコン膜を０．５μ
ｍ、導電性窒化膜としてＴａＮ、ＨｆＮまたはＺｒＮを
ＤＣマグネトロンスパッタ法により厚さ０．０５μｍ堆
積した。窒化膜作製後、急速加熱法により窒素中、８０
０℃、１０秒間の窒化処理を行った。ＢａＴｉＯ3膜は
ＲＦマグネトロンスパッタ法により、室温から６５０℃
の基板温度範囲で０．３μｍ堆積した。上部電極とし
て、ＴａＮとアルミを順次ＤＣスパッタ法で作製した。
【０００７】図２はＢａＴｉＯ3膜の成膜温度と誘電率
の関係を示す。参考に金属電極上に導電性窒化膜がない
もの、即ち多結晶シリコン電極上に直接ＢａＴｉＯ3を
成膜したキャパシタの特性も併せて示してある。誘電率
が低下する温度はＴａＮ、ＨｆＮ、ＺｒＮの順で高い。
導電性窒化膜は５００℃以下でシリコンの酸化を防ぐ
が、より高温ではそれ自身が酸化して誘電体膜の誘電率
が見かけ上低下する。また、導電性窒化膜はシリコンの
拡散に対してバリアとしても働いている。シリコンが導
電性窒化膜中を容易に拡散すれば、シリコンは表面で酸
化してやはり誘電率の低下を招く。
の関係を示す。参考に金属電極上に導電性窒化膜がない
もの、即ち多結晶シリコン電極上に直接ＢａＴｉＯ3を
成膜したキャパシタの特性も併せて示してある。誘電率
が低下する温度はＴａＮ、ＨｆＮ、ＺｒＮの順で高い。
導電性窒化膜は５００℃以下でシリコンの酸化を防ぐ
が、より高温ではそれ自身が酸化して誘電体膜の誘電率
が見かけ上低下する。また、導電性窒化膜はシリコンの
拡散に対してバリアとしても働いている。シリコンが導
電性窒化膜中を容易に拡散すれば、シリコンは表面で酸
化してやはり誘電率の低下を招く。
【０００８】実施例 図３は本実施例の薄膜キャパシタの断面図で、表面を熱
酸化したシリコン基板７と、その上に形成された多結晶
シリコン電極８と、その上に形成された導電性窒化膜９
と、その上に形成されたＰｔ膜１０と、その上に形成さ
れたＢａＴｉＯ3誘電体膜１１と、その上に形成された
ＴａＮ導電性窒化膜１２と、その上に形成されたアルミ
電極１３からなる。金属電極上の導電性窒化膜はＴａＮ
膜を０．０５μｍ形成し、Ｐｔ膜はＤＣスパッタ法で
０．０５μｍ形成した。他は参考例と同様に行った。参
考に誘電体膜上の導電性窒化膜がない薄膜キャパシタも
作製した。作製した薄膜キャパシタを５００℃、３０分
間、窒化ガス中でアニールした。
酸化したシリコン基板７と、その上に形成された多結晶
シリコン電極８と、その上に形成された導電性窒化膜９
と、その上に形成されたＰｔ膜１０と、その上に形成さ
れたＢａＴｉＯ3誘電体膜１１と、その上に形成された
ＴａＮ導電性窒化膜１２と、その上に形成されたアルミ
電極１３からなる。金属電極上の導電性窒化膜はＴａＮ
膜を０．０５μｍ形成し、Ｐｔ膜はＤＣスパッタ法で
０．０５μｍ形成した。他は参考例と同様に行った。参
考に誘電体膜上の導電性窒化膜がない薄膜キャパシタも
作製した。作製した薄膜キャパシタを５００℃、３０分
間、窒化ガス中でアニールした。
【０００９】図２はＢａＴｉＯ3膜の成膜温度と誘電率
の関係を示す。参考例の結果に比べて誘電率が低下する
温度が６００℃以上と高くなった。これは酸素に対して
不活性なＰｔ膜がＴａＮ膜の酸化を防ぐためである。上
部電極が導電性窒化膜を含まずアルミのみからなる薄膜
キャパシタは、５００℃のアニールにより全て初期不良
を起こした。これはアルミとＢａＴｉＯ3が反応してシ
ョートするためである。誘電体膜上の導電性窒化膜は容
量膜と金属電極との相互拡散を阻止し、絶縁性劣化を防
ぐ効果がある。
の関係を示す。参考例の結果に比べて誘電率が低下する
温度が６００℃以上と高くなった。これは酸素に対して
不活性なＰｔ膜がＴａＮ膜の酸化を防ぐためである。上
部電極が導電性窒化膜を含まずアルミのみからなる薄膜
キャパシタは、５００℃のアニールにより全て初期不良
を起こした。これはアルミとＢａＴｉＯ3が反応してシ
ョートするためである。誘電体膜上の導電性窒化膜は容
量膜と金属電極との相互拡散を阻止し、絶縁性劣化を防
ぐ効果がある。
【００１０】本実施例では下部電極と上部電極の金属膜
にそれぞれ多結晶シリコンとアルミを使ったが、工業的
に用いられている他の金属膜、例えばＷ、Ｍｏ、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕあるいはこれらの合金を用いても良
い。またＰｔのかわりにＰｄ、Ｒｈ等の白金族元素のも
のを用いても本発明の効果は変わらない。
にそれぞれ多結晶シリコンとアルミを使ったが、工業的
に用いられている他の金属膜、例えばＷ、Ｍｏ、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕあるいはこれらの合金を用いても良
い。またＰｔのかわりにＰｄ、Ｒｈ等の白金族元素のも
のを用いても本発明の効果は変わらない。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば誘
電体膜を高い成膜温度で作製しても電極が酸化して見か
け上の誘電率が低下することはない。また、その後のプ
ロセスで高温熱処理されても絶縁特性の劣化は生じな
い。このことにより、従来よりも容量密度の高い薄膜キ
ャパシタの作製が可能となる。本発明では加工が困難な
高融点貴金属を用いているが、酸素に対するパッシベー
ションとしての機能上、膜厚は０．０５μｍ程度でもよ
く、プロセス上問題がないのも本発明の特徴である。
電体膜を高い成膜温度で作製しても電極が酸化して見か
け上の誘電率が低下することはない。また、その後のプ
ロセスで高温熱処理されても絶縁特性の劣化は生じな
い。このことにより、従来よりも容量密度の高い薄膜キ
ャパシタの作製が可能となる。本発明では加工が困難な
高融点貴金属を用いているが、酸素に対するパッシベー
ションとしての機能上、膜厚は０．０５μｍ程度でもよ
く、プロセス上問題がないのも本発明の特徴である。
【図１】本発明を説明するための参考例の薄膜キャパシ
タの断面図である。
タの断面図である。
【図２】ＢａＴｉＯ3の成膜温度と誘電率との関係を示
す図である。
す図である。
【図３】本発明の一実施例の薄膜キャパシタの断面図で
ある。
ある。
１ シリコン基板 ２ 多結晶シリコン電極 ３ 導電性窒化膜 ４ ＢａＴｉＯ3誘電体膜 ５ 導電性窒化膜 ６ アルミ電極 ７ シリコン基板 ８ 多結晶シリコン電極 ９ 導電性窒化膜 １０ Ｐｔ膜 １１ ＢａＴｉＯ3誘電体膜 １２ 導電性窒化膜 １３ アルミ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/04 H01L 21/822
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に金属電極が形成され、該電極上
に導電性窒化膜が形成され、該窒化膜上に白金族元素か
らなる高融点貴金属膜が形成され、該貴金属膜上に誘電
体膜が形成され、該誘電体膜上に導電性窒化膜が形成さ
れ、該窒化膜上に金属電極が形成されてなる薄膜キャパ
シタであって、導電性窒化膜がＴａＮ、ＺｒＮまたはＨ
ｆＮからなることを特徴とする薄膜キャパシタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04150009A JP3120568B2 (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 薄膜キャパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04150009A JP3120568B2 (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 薄膜キャパシタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05326314A JPH05326314A (ja) | 1993-12-10 |
| JP3120568B2 true JP3120568B2 (ja) | 2000-12-25 |
Family
ID=15487485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04150009A Expired - Lifetime JP3120568B2 (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 薄膜キャパシタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3120568B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5504041A (en) * | 1994-08-01 | 1996-04-02 | Texas Instruments Incorporated | Conductive exotic-nitride barrier layer for high-dielectric-constant materials |
| US5622893A (en) * | 1994-08-01 | 1997-04-22 | Texas Instruments Incorporated | Method of forming conductive noble-metal-insulator-alloy barrier layer for high-dielectric-constant material electrodes |
| JP5394987B2 (ja) * | 2010-05-28 | 2014-01-22 | 幹治 清水 | 電気エネルギー蓄積装置 |
| CN106835042B (zh) * | 2017-01-16 | 2019-02-22 | 厦门大学 | 一种过渡金属氮化物超级电容器涂层材料的制备方法 |
-
1992
- 1992-05-19 JP JP04150009A patent/JP3120568B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05326314A (ja) | 1993-12-10 |
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