JP3239852B2 - 高誘電率キャパシタ及びその製造方法 - Google Patents
高誘電率キャパシタ及びその製造方法Info
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Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高誘電率キャパシタ
及びその製造方法に関し、特に金属酸化物を誘電体膜と
して用いるキャパシタ（蓄電器）及びその製造方法に関
するものである。
及びその製造方法に関し、特に金属酸化物を誘電体膜と
して用いるキャパシタ（蓄電器）及びその製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセ
スメモリ）に用いられる積層型蓄電器は誘電体膜の上下
に電極金属を積層して形成される。大型で大容量の蓄電
器を実現するために、高い誘電率を持つ金属酸化物を用
いることが試みられている。また、この蓄電器は誘電膜
として強誘電性を有する材料を用いれば、不揮発メモリ
の蓄電器として利用することも可能である。
スメモリ）に用いられる積層型蓄電器は誘電体膜の上下
に電極金属を積層して形成される。大型で大容量の蓄電
器を実現するために、高い誘電率を持つ金属酸化物を用
いることが試みられている。また、この蓄電器は誘電膜
として強誘電性を有する材料を用いれば、不揮発メモリ
の蓄電器として利用することも可能である。
【０００３】従来、このような装置では、貴金属Ｉｒや
Ｐｔを用いた電極金属上に、チタン・ジルコニウム酸鉛
を積層し、さらに上部にＩｒやＰｔを用いた電極を形成
する。ここで、ＩｒやＰｔを下部電極として用いるの
は、第一に、従来、ＰＺＴ（ＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 ）
を成膜する場合に用いられているｓｏｌ−ｇｅｌ法や、
スパッタ法等においては、ＩｒやＰｔ以外の材料上には
良質のＰＺＴ膜が成膜できなかったことによる。
Ｐｔを用いた電極金属上に、チタン・ジルコニウム酸鉛
を積層し、さらに上部にＩｒやＰｔを用いた電極を形成
する。ここで、ＩｒやＰｔを下部電極として用いるの
は、第一に、従来、ＰＺＴ（ＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 ）
を成膜する場合に用いられているｓｏｌ−ｇｅｌ法や、
スパッタ法等においては、ＩｒやＰｔ以外の材料上には
良質のＰＺＴ膜が成膜できなかったことによる。
【０００４】また、Ｗ酸化物が導体であることを利用し
て、Ｗ下部電極、Ｗ酸化物層、スパッタによって形成さ
れたチタン酸ストロンチウム誘電体層をこの順で積層す
る構造を有する蓄電器が提案されている（特開平９−２
５２０８５号公報）。しかし、ＰＺＴは、通常、スパッ
タ法では、ＰｔやＩｒ上以外には高品質の膜を形成する
ことができない。これは、ＰＺＴに含まれるＰｂおよび
その酸化物は蒸気圧が高いためである。特に、電極上に
供給されたＰｂあるいはその酸化物は付着確率が小さ
く、ＰＺＴ／Ｐｔ界面においてＰＺＴの化学的組成のず
れを発生し、ＰＺＴ膜の特性劣化を引き起こす。
て、Ｗ下部電極、Ｗ酸化物層、スパッタによって形成さ
れたチタン酸ストロンチウム誘電体層をこの順で積層す
る構造を有する蓄電器が提案されている（特開平９−２
５２０８５号公報）。しかし、ＰＺＴは、通常、スパッ
タ法では、ＰｔやＩｒ上以外には高品質の膜を形成する
ことができない。これは、ＰＺＴに含まれるＰｂおよび
その酸化物は蒸気圧が高いためである。特に、電極上に
供給されたＰｂあるいはその酸化物は付着確率が小さ
く、ＰＺＴ／Ｐｔ界面においてＰＺＴの化学的組成のず
れを発生し、ＰＺＴ膜の特性劣化を引き起こす。
【０００５】また、誘電体として層状ペロブスカイト材
料を用いる場合には、下部電極層と層状ペロブスカイト
材料の間に、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏからな
る群から選択される金属元素の１つを含有する薄膜を備
える強誘電体素子も提案されているが、この場合にも下
部電極が必要であり、Ｐｔ、パラジウム、金を用いた構
造が実施例として記載されている（特開平６−２９０９
８４号公報）。
料を用いる場合には、下部電極層と層状ペロブスカイト
材料の間に、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏからな
る群から選択される金属元素の１つを含有する薄膜を備
える強誘電体素子も提案されているが、この場合にも下
部電極が必要であり、Ｐｔ、パラジウム、金を用いた構
造が実施例として記載されている（特開平６−２９０９
８４号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の蓄電器は、Ｉｒ
やＰｔ等の貴金属を電極として用いているが、これらの
金属は、微細加工が困難であること、地球上に存在する
量が希少であること、さらには、高価であること等か
ら、高集積デバイスへの適用には不適当な材料である。
やＰｔ等の貴金属を電極として用いているが、これらの
金属は、微細加工が困難であること、地球上に存在する
量が希少であること、さらには、高価であること等か
ら、高集積デバイスへの適用には不適当な材料である。
【０００７】本発明は上記従来の欠点を除去すべくなさ
れたものであって、その目的とするところは、貴金属以
外の材料を下部電極とし、金属酸化物を誘電体膜として
用いた高誘電率キャパシタ及びその製造方法を提供する
ことにある。
れたものであって、その目的とするところは、貴金属以
外の材料を下部電極とし、金属酸化物を誘電体膜として
用いた高誘電率キャパシタ及びその製造方法を提供する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、チタン
・ジルコニウム酸鉛を誘電体膜として使用した高誘電率
キャパシタであって、前記誘電体膜に含まれるＰｂ，Ｚ
ｒの少なくとも一つを添加したＷＮまたはＷを下部電極
としてなることを特徴とする高誘電率キャパシタが得ら
れる。
・ジルコニウム酸鉛を誘電体膜として使用した高誘電率
キャパシタであって、前記誘電体膜に含まれるＰｂ，Ｚ
ｒの少なくとも一つを添加したＷＮまたはＷを下部電極
としてなることを特徴とする高誘電率キャパシタが得ら
れる。
【０００９】
【００１０】本発明によれば、チタン・ジルコニウム酸
鉛を誘電体膜として使用した高誘電率キャパシタの製造
方法であって、前記誘電体に含まれるＰｂ，Ｚｒの少な
くとも一つを添加したＷＮまたはＷを下部電極として形
成する工程と、前記下部電極上に前記チタン・ジルコニ
ウム酸鉛を誘電体膜として形成する工程とを含むことを
特徴とする高誘電率キャパシタの製造方法が得られる。
鉛を誘電体膜として使用した高誘電率キャパシタの製造
方法であって、前記誘電体に含まれるＰｂ，Ｚｒの少な
くとも一つを添加したＷＮまたはＷを下部電極として形
成する工程と、前記下部電極上に前記チタン・ジルコニ
ウム酸鉛を誘電体膜として形成する工程とを含むことを
特徴とする高誘電率キャパシタの製造方法が得られる。
【００１１】また、Ｐｂ，Ｔｉ，Ｚｒの少なくとも一つ
を添加したＷＮあるいはＷを用いた上部電極を、前記誘
電体膜上に形成する工程を更に含むことを特徴とする。
また、前記誘電体膜はＣＶＤ法またはスパッタ法により
形成されることを特徴とする。
を添加したＷＮあるいはＷを用いた上部電極を、前記誘
電体膜上に形成する工程を更に含むことを特徴とする。
また、前記誘電体膜はＣＶＤ法またはスパッタ法により
形成されることを特徴とする。
【００１２】本発明の原理について、Ｔｉを添加したＷ
Ｎを用いた下部電極上に、チタン・ジルコニウム酸鉛
（ＰＺＴ）からなる誘電体膜をスパッタ法により形成す
る場合を例にとって説明する。従来、ＷＮあるいはＷ上
には良質のＰＺＴ膜を形成することはできなかった。こ
れは、ＣＶＤを用いた場合も同様である。これらの成膜
方法で良質の薄膜が形成できなかった理由は、電極表面
で組成比通りに原料原子を付着させることができなかっ
たからである。
Ｎを用いた下部電極上に、チタン・ジルコニウム酸鉛
（ＰＺＴ）からなる誘電体膜をスパッタ法により形成す
る場合を例にとって説明する。従来、ＷＮあるいはＷ上
には良質のＰＺＴ膜を形成することはできなかった。こ
れは、ＣＶＤを用いた場合も同様である。これらの成膜
方法で良質の薄膜が形成できなかった理由は、電極表面
で組成比通りに原料原子を付着させることができなかっ
たからである。
【００１３】これに対し、本発明では、下地電極材料と
してＷＮに微量のＴｉを含有させた材料を用いる。一般
に、金属表面は、空気中で酸化されるので、上記の材料
を用いることにより、表面にＴｉ酸化物が存在する電極
表面を実現する。この電極上には表面のＴｉ酸化物を成
長の核としてＰＺＴの成長が実現する。しかも、スパッ
タ法やＣＶＤ法による成長は、低温での成長が可能であ
り、ＷＮを酸化してしまうことがない。
してＷＮに微量のＴｉを含有させた材料を用いる。一般
に、金属表面は、空気中で酸化されるので、上記の材料
を用いることにより、表面にＴｉ酸化物が存在する電極
表面を実現する。この電極上には表面のＴｉ酸化物を成
長の核としてＰＺＴの成長が実現する。しかも、スパッ
タ法やＣＶＤ法による成長は、低温での成長が可能であ
り、ＷＮを酸化してしまうことがない。
【００１４】以上の原理は、上述した様に、Ｔｉを添加
したＷＮを用いた下部電極上にＰＺＴ膜を形成する場合
についてであるが、誘電体膜としての金属酸化膜（例え
ば、ＰＺＴ膜）に含まれる金属元素の一部または全て
（例えば、ＰＺＴ膜の場合は、Ｐｂ，Ｔｉ，Ｚｒの少な
くとも一つ）を添加したＷＮまたはＷを電極として使用
する場合に、同様に適用され得る。
したＷＮを用いた下部電極上にＰＺＴ膜を形成する場合
についてであるが、誘電体膜としての金属酸化膜（例え
ば、ＰＺＴ膜）に含まれる金属元素の一部または全て
（例えば、ＰＺＴ膜の場合は、Ｐｂ，Ｔｉ，Ｚｒの少な
くとも一つ）を添加したＷＮまたはＷを電極として使用
する場合に、同様に適用され得る。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、シリ
コン単結晶（１００）面基板１の表面に膜厚２００nmの
熱酸化膜２が形成され、その上にスパッタ法によって形
成された２０nmのＴａ膜３を接着層として介して、スパ
ッタ法により形成された強誘電体キャパシタの下部電極
層４となる膜厚２００nmのＴｉ添加ＷＮ膜が形成されて
いる。この上に、膜厚２００nmの強誘電体薄膜ＰＺＴが
形成されている。
面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、シリ
コン単結晶（１００）面基板１の表面に膜厚２００nmの
熱酸化膜２が形成され、その上にスパッタ法によって形
成された２０nmのＴａ膜３を接着層として介して、スパ
ッタ法により形成された強誘電体キャパシタの下部電極
層４となる膜厚２００nmのＴｉ添加ＷＮ膜が形成されて
いる。この上に、膜厚２００nmの強誘電体薄膜ＰＺＴが
形成されている。
【００１６】強誘電体薄膜５上には、さらに強誘電体キ
ャパシタの上部電極層６となる膜厚１２０nmのＴｉ添加
ＷＮ膜が形成されている。ここでは、ＷＮ下部電極は、
反応性スパッタにより形成した。ＷＮにＴｉを添加する
ためには、ＴｉチップをＷＮターゲット上に適当に配置
し、ＷＮと同時にスパッタすることによって、適当な量
のＴｉをＷＮに添加する。本実施例では、Ｔｉ添加量を
２％（重量比）とした。ＰＺＴの成膜においては、スパ
ッタ法を用いた。ターゲットはＰｂ１．１Ｚｒ０．４７
Ｔｉ０．５３Ｏｘを用いた。成膜温度は５００℃であ
る。
ャパシタの上部電極層６となる膜厚１２０nmのＴｉ添加
ＷＮ膜が形成されている。ここでは、ＷＮ下部電極は、
反応性スパッタにより形成した。ＷＮにＴｉを添加する
ためには、ＴｉチップをＷＮターゲット上に適当に配置
し、ＷＮと同時にスパッタすることによって、適当な量
のＴｉをＷＮに添加する。本実施例では、Ｔｉ添加量を
２％（重量比）とした。ＰＺＴの成膜においては、スパ
ッタ法を用いた。ターゲットはＰｂ１．１Ｚｒ０．４７
Ｔｉ０．５３Ｏｘを用いた。成膜温度は５００℃であ
る。
【００１７】このＰＺＴ上にメタルマスクを用いて、直
径０．１μm の円形の上部電極を形成する。この試料か
らえられた残留分極は２０μＣ／cm2 であり、この値
は、例えば、Ｐｔ上に形成したＰＺＴ薄膜の特性とほぼ
同等である。
径０．１μm の円形の上部電極を形成する。この試料か
らえられた残留分極は２０μＣ／cm2 であり、この値
は、例えば、Ｐｔ上に形成したＰＺＴ薄膜の特性とほぼ
同等である。
【００１８】上述の実施例では、Ｔｉを添加したＷＮを
用いた下部電極上にＰＺＴ膜を形成する場合について述
べているが、誘電体膜としての金属酸化膜（例えば、Ｐ
ＺＴ膜）に含まれる金属元素の一部または全て（例え
ば、ＰＺＴ膜の場合は、Ｐｂ，Ｔｉ，Ｚｒの少なくとも
一つ）を添加したＷＮまたはＷを電極として使用する場
合にも同様に適用され得るものである。
用いた下部電極上にＰＺＴ膜を形成する場合について述
べているが、誘電体膜としての金属酸化膜（例えば、Ｐ
ＺＴ膜）に含まれる金属元素の一部または全て（例え
ば、ＰＺＴ膜の場合は、Ｐｂ，Ｔｉ，Ｚｒの少なくとも
一つ）を添加したＷＮまたはＷを電極として使用する場
合にも同様に適用され得るものである。
【００１９】
【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明によれ
ば、ＷＮやＷ上に良好な特性を有するＰＺＴ薄膜を形成
することが可能である。さらに本発明は、ＰＺＴを用い
たキャパシタを形成するために、ＰｔやＩｒといった貴
金属を必要としないため廉価なデバイスの量産に寄与す
るところが大きい。
ば、ＷＮやＷ上に良好な特性を有するＰＺＴ薄膜を形成
することが可能である。さらに本発明は、ＰＺＴを用い
たキャパシタを形成するために、ＰｔやＩｒといった貴
金属を必要としないため廉価なデバイスの量産に寄与す
るところが大きい。
【図１】本発明の実施例のキャパシタの断面図である。
１ シリコン基板 ２ シリコン熱酸化膜 ３ Ｔａ密着層 ４ 下部電極 ５ ＰＺＴ ６ 上部電極
───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 27/10
Claims (7)
- 【請求項１】 チタン・ジルコニウム酸鉛を誘電体膜と
して使用した高誘電率キャパシタであって、前記誘電体
膜に含まれるＰｂ，Ｚｒの少なくとも一つを添加したＷ
ＮまたはＷを下部電極としてなることを特徴とする高誘
電率キャパシタ。 - 【請求項２】 Ｐｂ，Ｔｉ，Ｚｒの少なくとも一つを添
加したＷＮあるいはＷを用いた上部電極を更に含むこと
を特徴とする請求項１記載の高誘電率キャパシタ。 - 【請求項３】 前記下部電極は半導体基板上に設けられ
ていることを特徴とする請求項１または２記載の高誘電
率キャパシタ。 - 【請求項４】 チタン・ジルコニウム酸鉛を誘電体膜と
して使用した高誘電率キャパシタの製造方法であって、
前記誘電体に含まれるＰｂ，Ｚｒの少なくとも一つを添
加したＷＮまたはＷを下部電極として形成する工程と、
前記下部電極上に前記チタン・ジルコニウム酸鉛を誘電
体膜として形成する工程とを含むことを特徴とする高誘
電率キャパシタの製造方法。 - 【請求項５】 Ｐｂ，Ｔｉ，Ｚｒの少なくとも一つを添
加したＷＮあるいはＷを用いた上部電極を、前記誘電体
膜上に形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項
４記載の高誘電率キャパシタの製造方法。 - 【請求項６】 前記誘電体膜はＣＶＤ法またはスパッタ
法により形成されることを特徴とする請求項４または５
記載の高誘電率キャパシタの製造方法。 - 【請求項７】 前記下部電極は半導体基板上に形成され
ることを特徴とする請求項４〜６いずれか記載の高誘電
率キャパシタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23240898A JP3239852B2 (ja) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | 高誘電率キャパシタ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23240898A JP3239852B2 (ja) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | 高誘電率キャパシタ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000068455A JP2000068455A (ja) | 2000-03-03 |
| JP3239852B2 true JP3239852B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=16938788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23240898A Expired - Fee Related JP3239852B2 (ja) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | 高誘電率キャパシタ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3239852B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100524935B1 (ko) * | 2002-11-04 | 2005-10-31 | 삼성전자주식회사 | 반도체 메모리 소자의 제조방법 |
| US7399356B2 (en) | 2002-12-17 | 2008-07-15 | Ibule Photonics, Inc. | Method for preparation of ferroelectric single crystal film structure using deposition method |
| KR100570586B1 (ko) * | 2002-12-17 | 2006-04-13 | (주)아이블포토닉스 | 강유전성 단결정 막 구조물 제조 방법 |
-
1998
- 1998-08-19 JP JP23240898A patent/JP3239852B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000068455A (ja) | 2000-03-03 |
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