JP3275335B2 - Ｉｃにおける強誘電性キャパシタおよびその製造方法 - Google Patents
Ｉｃにおける強誘電性キャパシタおよびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＩＣキャパシタに関する
ものであり、特に導電性酸化物からなる層を有する強誘
電性キャパシタおよびその製造方法に関する。
ものであり、特に導電性酸化物からなる層を有する強誘
電性キャパシタおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその問題点】強誘電性キャパシタ
は、今日では注目を浴びている。これは強誘電性キャパ
シタが強誘電性記憶装置に使用できること、および個別
の薄膜状であることに起因している（米国特許４，８７
３，６６４；４，８０９，２２５；４，８５３，８９
３；４，９１８，６５４；４，９１０，７０８；４，９
１４，６２７；４，８９３，２７２；４，８８８，７３
３；これら全ての特許は米国、コロラドのRamtron Corp
oration of Colorado Springsによって出願されてい
る。）。
は、今日では注目を浴びている。これは強誘電性キャパ
シタが強誘電性記憶装置に使用できること、および個別
の薄膜状であることに起因している（米国特許４，８７
３，６６４；４，８０９，２２５；４，８５３，８９
３；４，９１８，６５４；４，９１０，７０８；４，９
１４，６２７；４，８９３，２７２；４，８８８，７３
３；これら全ての特許は米国、コロラドのRamtron Corp
oration of Colorado Springsによって出願されてい
る。）。
【０００３】白金（Ｐｔ）電極は、しばしば強誘電性キ
ャパシタの製造に使用される。しかし残念ながら、今日
では白金電極を強誘電性キャパシタに使用するに際して
は多くの問題が生じている。これらの問題の中の一つ
は、ＵＳＳＮ−３６８，６６８を基本にしているＥＰＯ
−４０４，２９５（Ａｌ）、米国特許Ｎｏ．５，５００
５，１０２（ＩＣキャパシタ用多分子層電極）に開示さ
れている。
ャパシタの製造に使用される。しかし残念ながら、今日
では白金電極を強誘電性キャパシタに使用するに際して
は多くの問題が生じている。これらの問題の中の一つ
は、ＵＳＳＮ−３６８，６６８を基本にしているＥＰＯ
−４０４，２９５（Ａｌ）、米国特許Ｎｏ．５，５００
５，１０２（ＩＣキャパシタ用多分子層電極）に開示さ
れている。
【０００４】今日、強誘電性キャパシタは”ＰＺＴ”と
称されている酸化物を使用して製造されている。この”
ＰＺＴ”は鉛、ジルコニウム、そしてチタンの酸化物を
含有するものであり、一般にその形状は溶液もしくは混
合物である。ＰＺＴは一般的には貴金属からなる下部電
極と上部電極とに挟まれて使用されている。そして下部
電極は、酸化シリコンまたは他の適当な誘電体上に直接
積層されている。強誘電性キャパシタの製造に白金（も
しくは他の貴金属）を使用すると、白金または他の貴金
属と誘電体との界面の粘着力が不十分となる。界面の粘
着力が不十分であると、電極と誘電体との間に亀裂が生
じるという不安がある。
称されている酸化物を使用して製造されている。この”
ＰＺＴ”は鉛、ジルコニウム、そしてチタンの酸化物を
含有するものであり、一般にその形状は溶液もしくは混
合物である。ＰＺＴは一般的には貴金属からなる下部電
極と上部電極とに挟まれて使用されている。そして下部
電極は、酸化シリコンまたは他の適当な誘電体上に直接
積層されている。強誘電性キャパシタの製造に白金（も
しくは他の貴金属）を使用すると、白金または他の貴金
属と誘電体との界面の粘着力が不十分となる。界面の粘
着力が不十分であると、電極と誘電体との間に亀裂が生
じるという不安がある。
【０００５】現在、この粘着力の問題を解決するための
一つの手段として、白金の下に”接着剤”の役割を有す
る層をチタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）により形成
することが検討されている。しかしながら、チタンとク
ロムの両方とも容易に白金に拡散してしまう。チタンま
たはクロムが白金に拡散し、ＰＺＴとの界面にまでその
拡散が及ぶのであれば、チタンまたはクロムは酸化さ
れ、そして結果的にはそのキャパシタの電気的な特性は
低下してしまうであろう。
一つの手段として、白金の下に”接着剤”の役割を有す
る層をチタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）により形成
することが検討されている。しかしながら、チタンとク
ロムの両方とも容易に白金に拡散してしまう。チタンま
たはクロムが白金に拡散し、ＰＺＴとの界面にまでその
拡散が及ぶのであれば、チタンまたはクロムは酸化さ
れ、そして結果的にはそのキャパシタの電気的な特性は
低下してしまうであろう。
【０００６】他方、一般的な物質の析出技術を用いた場
合には、白金はミラー指数が（１１１）で示される結晶
面が基板と平行となるように原子配向する傾向がある。
しかしながら、これら従来の技術を使用すると、白金の
原子配向を制御または変化させることができなかった。
それ故、基板に平行な原子配向を制御する層が必要とな
る。
合には、白金はミラー指数が（１１１）で示される結晶
面が基板と平行となるように原子配向する傾向がある。
しかしながら、これら従来の技術を使用すると、白金の
原子配向を制御または変化させることができなかった。
それ故、基板に平行な原子配向を制御する層が必要とな
る。
【０００７】白金に加えて他の物質を強誘電性キャパシ
タ用の電極として使用することは従来から考えられてい
た。例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）は研究の
分野では電極として一般に使用可能であろうとされてい
た。しかしながら、ＩＴＯの導電率はＩＣに使用するに
は余りに小さすぎた。さらに、ＩＴＯとエピタクシーの
可能性は研究の分野において検討されていない。アルミ
ニウムは強誘電性キャパシタの上部電極として従来から
使用されている金属の一つである。（Ramtron's EPO 40
4,295(A1), supraを参照。）酸化アルミニウムはＰＺＴ
とアルミニウム界面を形成するが、残念ながら薄膜（１
ミクロン以下）の電気的特性に対して明かに悪影響を及
ぼしていた。
タ用の電極として使用することは従来から考えられてい
た。例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）は研究の
分野では電極として一般に使用可能であろうとされてい
た。しかしながら、ＩＴＯの導電率はＩＣに使用するに
は余りに小さすぎた。さらに、ＩＴＯとエピタクシーの
可能性は研究の分野において検討されていない。アルミ
ニウムは強誘電性キャパシタの上部電極として従来から
使用されている金属の一つである。（Ramtron's EPO 40
4,295(A1), supraを参照。）酸化アルミニウムはＰＺＴ
とアルミニウム界面を形成するが、残念ながら薄膜（１
ミクロン以下）の電気的特性に対して明かに悪影響を及
ぼしていた。
【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、上記従来のデバイスが有していた欠点を有すること
のない導電性電極層を備えた強誘電性キャパシタおよび
その製造方法を提供することを目的とする。
で、上記従来のデバイスが有していた欠点を有すること
のない導電性電極層を備えた強誘電性キャパシタおよび
その製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の強誘電性キャパ
シタでは、貴金属からなる第１層と、上記第１層上に形
成され導電性酸化物層からなる第２層と、上記第２層上
に形成され強誘電性酸化物からなる第３層と、上記第３
層上に形成され導電性酸化物層からなる第４層と、上記
第４層上に形成され貴金属層からなる第５層とから構成
し、前記第２層が酸化レニウムを含有することにより前
記問題の解決を図った。
シタでは、貴金属からなる第１層と、上記第１層上に形
成され導電性酸化物層からなる第２層と、上記第２層上
に形成され強誘電性酸化物からなる第３層と、上記第３
層上に形成され導電性酸化物層からなる第４層と、上記
第４層上に形成され貴金属層からなる第５層とから構成
し、前記第２層が酸化レニウムを含有することにより前
記問題の解決を図った。
【００１０】本発明の強誘電性キャパシタの製造方法で
は、貴金属からなる第１層を形成し、前記第１層上に導
電性酸化物からなる第２層を形成し、前記第２層上に強
誘電性物質からなる第３層を形成し、前記第３層上に導
電性酸化物からなる第４層を形成し、前記第４層上に貴
金属からなる第５層を形成し、前記第２層を酸化レニウ
ムを含有する材料を用いて形成することにより前記問題
の解決を図った。
は、貴金属からなる第１層を形成し、前記第１層上に導
電性酸化物からなる第２層を形成し、前記第２層上に強
誘電性物質からなる第３層を形成し、前記第３層上に導
電性酸化物からなる第４層を形成し、前記第４層上に貴
金属からなる第５層を形成し、前記第２層を酸化レニウ
ムを含有する材料を用いて形成することにより前記問題
の解決を図った。
【００１１】本発明は強誘電性キャパシタにおける酸化
界面の粘着力に関する問題を解決するための貴金属から
なる層（以下、貴金属層と略称する。）と導電性酸化物
からなる層（以下、導電性酸化物層と略称する。）との
使用方法に関する。
界面の粘着力に関する問題を解決するための貴金属から
なる層（以下、貴金属層と略称する。）と導電性酸化物
からなる層（以下、導電性酸化物層と略称する。）との
使用方法に関する。
【００１２】本発明の第一の具体例は、以下の通りであ
る。まず、強誘電性キャパシタの第１層は貴金属からな
り、その上には導電性酸化層が形成されている。さら
に、強誘電性物質が上記導電性酸化物層上に（キャパシ
タ誘電体として）載置され、この強誘電性物質層上には
導電性酸化物からなる他の層と、貴金属からなる他の層
とが形成されている。
る。まず、強誘電性キャパシタの第１層は貴金属からな
り、その上には導電性酸化層が形成されている。さら
に、強誘電性物質が上記導電性酸化物層上に（キャパシ
タ誘電体として）載置され、この強誘電性物質層上には
導電性酸化物からなる他の層と、貴金属からなる他の層
とが形成されている。
【００１３】本発明の第二の具体例は、強誘電性キャパ
シタの第１層が導電性酸化物によって構成されている。
そしてこの第１層は成長ＳｉＯ2 層の上に形成されてい
る。前記導電性酸化物層上には貴金属層が形成されてい
る。さらに、貴金属層と導電性酸化物層との間には混合
物が存在するであろう。また、他の導電性酸化物層は接
着剤の役割をなす層として貴金属層上に形成されてい
る。この接着剤の役割をなす層は、最小限の量であるな
ら混合物が拡散してもなんら支障はきたさない。しか
し、上記強誘電性層の界面に存在する混合物は好ましい
ものではない。なぜならこの混合物は強誘電性に対して
悪影響を及ぼすからである。強誘電性層は導電性酸化物
層上に形成されている。導電性酸化物層の界面は機械的
にも、そして強誘電性物質に対しても優れた電気的性質
を有する。導電性酸化物層に挟まれた貴金属層はキャパ
シタに対して必要な導電性を有する層である。そのた
め、これらの層はインターコネクトとして使用されるで
あろう。強誘電体の上部には同じ様な構造からなる導電
性酸化物層、貴金属層、他の導電性酸化物層が形成され
ている。
シタの第１層が導電性酸化物によって構成されている。
そしてこの第１層は成長ＳｉＯ2 層の上に形成されてい
る。前記導電性酸化物層上には貴金属層が形成されてい
る。さらに、貴金属層と導電性酸化物層との間には混合
物が存在するであろう。また、他の導電性酸化物層は接
着剤の役割をなす層として貴金属層上に形成されてい
る。この接着剤の役割をなす層は、最小限の量であるな
ら混合物が拡散してもなんら支障はきたさない。しか
し、上記強誘電性層の界面に存在する混合物は好ましい
ものではない。なぜならこの混合物は強誘電性に対して
悪影響を及ぼすからである。強誘電性層は導電性酸化物
層上に形成されている。導電性酸化物層の界面は機械的
にも、そして強誘電性物質に対しても優れた電気的性質
を有する。導電性酸化物層に挟まれた貴金属層はキャパ
シタに対して必要な導電性を有する層である。そのた
め、これらの層はインターコネクトとして使用されるで
あろう。強誘電体の上部には同じ様な構造からなる導電
性酸化物層、貴金属層、他の導電性酸化物層が形成され
ている。
【００１４】本発明はさらに、強誘電性キャパシタの製
造方法にも関する。一般に、強誘電性キャパシタの製造
方法は基板上に層を形成し、その層を焼鈍する工程から
構成されている。
造方法にも関する。一般に、強誘電性キャパシタの製造
方法は基板上に層を形成し、その層を焼鈍する工程から
構成されている。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照して本発明のＩＣにおける
強誘電性キャパシタの導電性電極層およびその製造方法
を詳しく説明する。
強誘電性キャパシタの導電性電極層およびその製造方法
を詳しく説明する。
【００１６】図１は本発明の第一実施例に即した強誘電
性キャパシタの導電性酸化物層を示す断面図である。図
１中１０ａは貴金属層を示す。この貴金属層１０ａは第
１層を形成するものであり、白金、パラジウムもしくは
金のいずれかの貴金属によって形成されている。本実施
例では白金を使用した場合に付いて例示する。ついで、
導電性酸化物層２０ａを前記貴金属層１０ａ上に形成す
る。この時の形成方法としては、例えば蒸着法を例示で
きる。導電性酸化物層２０ａをなす素材としては酸化レ
ニウムを例示できる。ついで例えば、レッドジルコネイ
トチタネイト（Lead zirconate titanate）からなる強
誘電性物質層３０を上記導電性酸化物層２０ａ上に形成
する。この強誘電性物質層３０はキャパシタの誘電体の
機能を有する。加えて、ＰＺＴのドーパントとしては、
例えばランタン（Ｌａ）、スズ（Ｓｎ）、またはニオブ
（Ｎｂ）等を例示できる。これらは導電体として使用さ
れるものである。ついで、強誘電性物質層３０上に前記
導電性酸化物層２０ａではない他の導電性酸化物層２０
ｂを形成し、さらにその上に貴金属層１０ｂを形成す
る。
性キャパシタの導電性酸化物層を示す断面図である。図
１中１０ａは貴金属層を示す。この貴金属層１０ａは第
１層を形成するものであり、白金、パラジウムもしくは
金のいずれかの貴金属によって形成されている。本実施
例では白金を使用した場合に付いて例示する。ついで、
導電性酸化物層２０ａを前記貴金属層１０ａ上に形成す
る。この時の形成方法としては、例えば蒸着法を例示で
きる。導電性酸化物層２０ａをなす素材としては酸化レ
ニウムを例示できる。ついで例えば、レッドジルコネイ
トチタネイト（Lead zirconate titanate）からなる強
誘電性物質層３０を上記導電性酸化物層２０ａ上に形成
する。この強誘電性物質層３０はキャパシタの誘電体の
機能を有する。加えて、ＰＺＴのドーパントとしては、
例えばランタン（Ｌａ）、スズ（Ｓｎ）、またはニオブ
（Ｎｂ）等を例示できる。これらは導電体として使用さ
れるものである。ついで、強誘電性物質層３０上に前記
導電性酸化物層２０ａではない他の導電性酸化物層２０
ｂを形成し、さらにその上に貴金属層１０ｂを形成す
る。
【００１７】図２は本発明の第二実施例に即した強誘電
性キャパシタの導電性酸化物層を示す断面図である。こ
の導電性酸化物層を形成するにはまず、導電性酸化物か
らなる追加層２０ｃを上記第２層である貴金属層１０ｂ
の上（最上部でもある）に形成する。さらに、導電性酸
化物層２０ｄを上記第１層である貴金属層１０ａの下に
形成する。強誘電性物質層３０に隣接する位置に導電性
酸化物層２０ａ、２０ｂを形成したことにより、この導
電性酸化物層２０ａ、２０ｂは粘着層として機能する。
さらに、これら導電性酸化物層２０ａ、２０ｂは導電性
を有するので、絶縁性酸化物と同様に、キャパシタの電
気的特性を低下させることはないであろう。また、白金
または他の貴金属に拡散することは、これらの導電性酸
化物層２０ａ、２０ｂにとっては不都合である。導電性
酸化物層２０ａ、２０ｂを他の導電性を有する層に積層
することは重要なことである。なぜなら、それ自体が充
分導電体として機能するからである。しかし、白金から
なる貴金属層１０ａ、１０ｂは優れた導体なので、この
貴金属層１０ａ、１０ｂを使用することによって上記問
題は解決できる。
性キャパシタの導電性酸化物層を示す断面図である。こ
の導電性酸化物層を形成するにはまず、導電性酸化物か
らなる追加層２０ｃを上記第２層である貴金属層１０ｂ
の上（最上部でもある）に形成する。さらに、導電性酸
化物層２０ｄを上記第１層である貴金属層１０ａの下に
形成する。強誘電性物質層３０に隣接する位置に導電性
酸化物層２０ａ、２０ｂを形成したことにより、この導
電性酸化物層２０ａ、２０ｂは粘着層として機能する。
さらに、これら導電性酸化物層２０ａ、２０ｂは導電性
を有するので、絶縁性酸化物と同様に、キャパシタの電
気的特性を低下させることはないであろう。また、白金
または他の貴金属に拡散することは、これらの導電性酸
化物層２０ａ、２０ｂにとっては不都合である。導電性
酸化物層２０ａ、２０ｂを他の導電性を有する層に積層
することは重要なことである。なぜなら、それ自体が充
分導電体として機能するからである。しかし、白金から
なる貴金属層１０ａ、１０ｂは優れた導体なので、この
貴金属層１０ａ、１０ｂを使用することによって上記問
題は解決できる。
【００１８】導電性酸化物からなる上記導電性酸化物層
２０ａ、２０ｂ、そして追加層２０ｃ，２０ｄの厚さ
は、好ましくは各々２００オングストローム以上２００
０オングストローム以下がよい。これら導電性酸化物層
２０ａ，２０ｂおよび追加層２０ｃ，２０ｄは薄膜とし
て使用するので、薄膜として充分な厚さを有する方がよ
い。もし、該膜厚が上記厚さの範囲内に形成されない
と、不都合が確実に生じるであろう。貴金属層１０ａ，
１０ｂの厚さは、好ましくは、５００オングストローム
以上３０００オングストローム以下がよい。上記強誘電
性物質層３０の厚さは５００オングストローム以上１０
０００オングストローム以下がよい。強誘電性物質層３
０の厚さは使用する電圧に依存している。さらに、強誘
電性キャパシタを最小限の大きさにするためには、全て
の層ができるだけ薄く形成される必要がある。
２０ａ、２０ｂ、そして追加層２０ｃ，２０ｄの厚さ
は、好ましくは各々２００オングストローム以上２００
０オングストローム以下がよい。これら導電性酸化物層
２０ａ，２０ｂおよび追加層２０ｃ，２０ｄは薄膜とし
て使用するので、薄膜として充分な厚さを有する方がよ
い。もし、該膜厚が上記厚さの範囲内に形成されない
と、不都合が確実に生じるであろう。貴金属層１０ａ，
１０ｂの厚さは、好ましくは、５００オングストローム
以上３０００オングストローム以下がよい。上記強誘電
性物質層３０の厚さは５００オングストローム以上１０
０００オングストローム以下がよい。強誘電性物質層３
０の厚さは使用する電圧に依存している。さらに、強誘
電性キャパシタを最小限の大きさにするためには、全て
の層ができるだけ薄く形成される必要がある。
【００１９】さらに、ＰＺＴからなる層のすぐ下にＩＴ
Ｏを形成する場合、導電性酸化物を使用する有用性は、
例えばＩＴＯを例示して説明すると、ＩＴＯの格子構造
がＰＺＴおよび白金の格子構造と非常に相性がよいこと
である。従って、エピタクシャル成長が起こる。表１
は、白金、ＩＴＯ、そしてＰＺＴの空間を比較したもの
である。表１中、（ｈｋｌ）は結晶面のミラー指数を示
す。例えば、（１１１）はｈ＝１、ｋ＝１、ｌ＝１を示
す。
Ｏを形成する場合、導電性酸化物を使用する有用性は、
例えばＩＴＯを例示して説明すると、ＩＴＯの格子構造
がＰＺＴおよび白金の格子構造と非常に相性がよいこと
である。従って、エピタクシャル成長が起こる。表１
は、白金、ＩＴＯ、そしてＰＺＴの空間を比較したもの
である。表１中、（ｈｋｌ）は結晶面のミラー指数を示
す。例えば、（１１１）はｈ＝１、ｋ＝１、ｌ＝１を示
す。
【００２０】
【表１】
【００２１】さきに述べたように、ミラー指数が（１１
１）である白金の結晶面は基板や積層物に平行になるよ
うに形成されているので、白金は一般に配向し易い傾向
がある。例えば、被覆したり、成長させたりすることに
より形成し酸化シリコンを電極層の素材として使用する
ときには、ミラー指数が（１１１）を示す白金は（１０
０）を示すシリコンの基板に配向し易い傾向がある。し
かし、特別な積層工程によれば、（１１１）を示す白金
からなる面を有するＩＴＯ層の（４１１）面に配向する
ことも可能であるし、さらに（４１１）を示すＩＴＯ層
上に（１１１）を示すＰＺＴ誘電体に配向することも可
能である。この現象はキャパシタの電気的特性が証明し
ている。
１）である白金の結晶面は基板や積層物に平行になるよ
うに形成されているので、白金は一般に配向し易い傾向
がある。例えば、被覆したり、成長させたりすることに
より形成し酸化シリコンを電極層の素材として使用する
ときには、ミラー指数が（１１１）を示す白金は（１０
０）を示すシリコンの基板に配向し易い傾向がある。し
かし、特別な積層工程によれば、（１１１）を示す白金
からなる面を有するＩＴＯ層の（４１１）面に配向する
ことも可能であるし、さらに（４１１）を示すＩＴＯ層
上に（１１１）を示すＰＺＴ誘電体に配向することも可
能である。この現象はキャパシタの電気的特性が証明し
ている。
【００２２】本発明にかかる強誘電性キャパシタのより
好ましい製造方法は焼鈍工程と、形成工程とによって構
成されている。本発明の特徴的な層は、例えば積層によ
って形成することができるが、より好ましい形成方法は
イオンクラスタービーム（ＩＣＢ）法であり、この方法
は全ての層に適用可能である。
好ましい製造方法は焼鈍工程と、形成工程とによって構
成されている。本発明の特徴的な層は、例えば積層によ
って形成することができるが、より好ましい形成方法は
イオンクラスタービーム（ＩＣＢ）法であり、この方法
は全ての層に適用可能である。
【００２３】イオンクラスタービーム法による薄膜成長
の制御は可能である。さらにイオンクラスタービーム法
によれば、密度の改善、加えて配向制御も可能となる。
この方法によれば長期間に渡って信頼性を維持できる等
の優れた電気的特性を有する強誘電性キャパシタを提供
することができる。スパッタリング、蒸着、分子線エピ
タキシ法、そしてイオンプレーティング法等の他の積層
方法は他の層の形成時にも使用することができる。イオ
ンプレーティングまたは分子線エピタキシ法を使用する
ことは可能なので、これらの方法は蒸着法またはスパッ
タリング法より優れている。層の形成は各々の位置関係
を変えることなく行われることが望ましい。さらに、予
め洗浄工程がなされているなら、積層工程において真空
に引く作業を数回行うことも可能である。
の制御は可能である。さらにイオンクラスタービーム法
によれば、密度の改善、加えて配向制御も可能となる。
この方法によれば長期間に渡って信頼性を維持できる等
の優れた電気的特性を有する強誘電性キャパシタを提供
することができる。スパッタリング、蒸着、分子線エピ
タキシ法、そしてイオンプレーティング法等の他の積層
方法は他の層の形成時にも使用することができる。イオ
ンプレーティングまたは分子線エピタキシ法を使用する
ことは可能なので、これらの方法は蒸着法またはスパッ
タリング法より優れている。層の形成は各々の位置関係
を変えることなく行われることが望ましい。さらに、予
め洗浄工程がなされているなら、積層工程において真空
に引く作業を数回行うことも可能である。
【００２４】実施例１における各々の位置関係を変える
ことのない積層工程では、ＩＣＢを使用した場合、約０
ｋＶから６．０ｋＶまでの範囲の加速度ポテンシャル
（Ｖm）、約０ｍＡから２００ｍＡまでの範囲のイオン
電流（Ｉc ）、そして基板を約２５℃から９００℃の範
囲で加熱すること等の条件が必要である。実施例１にお
けるより好ましい積層工程は以下の通りである。
ことのない積層工程では、ＩＣＢを使用した場合、約０
ｋＶから６．０ｋＶまでの範囲の加速度ポテンシャル
（Ｖm）、約０ｍＡから２００ｍＡまでの範囲のイオン
電流（Ｉc ）、そして基板を約２５℃から９００℃の範
囲で加熱すること等の条件が必要である。実施例１にお
けるより好ましい積層工程は以下の通りである。
【００２５】（１） 最も効果的な加速度ポテンシャル
（Ｖm ）、イオン電流（Ｉc ）を使用し、さらに配向を
制御するための基板を加熱して、貴金属層１０ａを積層
する。 （２） 必要な場合は上記貴金属層１０ａを焼鈍する。 （３） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、さらに配向
を制御するために基板を加熱して導電性酸化物層２０ａ
を積層する。 （４） 必要であるなら上記導電性酸化物層２０ａを焼
鈍する。 （５） Ｖm 、Ｉc を使用し、さらに基板を加熱し、そ
して最も配向し易いオゾンガス雰囲気下で 強誘電性物
質層３０を形成する。 （６） 必要であるなら強誘電性物質層３０を焼鈍す
る。 （７） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、さらに基板
を加熱して導電性酸化物からなる他の導電性酸化物層２
０ｂを形成し、必要であるなら焼鈍する。 （８） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、さらに基板
を加熱して貴金属からなる他の貴金属層１０ｂを形成
し、ついで焼鈍する。より好ましくはこれらの作業は一
度の工程で行う。
（Ｖm ）、イオン電流（Ｉc ）を使用し、さらに配向を
制御するための基板を加熱して、貴金属層１０ａを積層
する。 （２） 必要な場合は上記貴金属層１０ａを焼鈍する。 （３） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、さらに配向
を制御するために基板を加熱して導電性酸化物層２０ａ
を積層する。 （４） 必要であるなら上記導電性酸化物層２０ａを焼
鈍する。 （５） Ｖm 、Ｉc を使用し、さらに基板を加熱し、そ
して最も配向し易いオゾンガス雰囲気下で 強誘電性物
質層３０を形成する。 （６） 必要であるなら強誘電性物質層３０を焼鈍す
る。 （７） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、さらに基板
を加熱して導電性酸化物からなる他の導電性酸化物層２
０ｂを形成し、必要であるなら焼鈍する。 （８） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、さらに基板
を加熱して貴金属からなる他の貴金属層１０ｂを形成
し、ついで焼鈍する。より好ましくはこれらの作業は一
度の工程で行う。
【００２６】本発明における実施例２のＩＣＢを使用し
た典型的な各々の層の位置関係を変えることのない積層
工程は、約０ｋＶから約６．０までの範囲の加速度ポテ
ンシャル（Ｖm ）、約０ｍＡから２００ｍＡまでの範囲
のイオン電流（Ｉc ）、そして基板を約２５℃から９０
０℃の範囲で加熱すること等の条件が必要である。実施
例２におけるより好ましい積層工程は以下の通りであ
る。
た典型的な各々の層の位置関係を変えることのない積層
工程は、約０ｋＶから約６．０までの範囲の加速度ポテ
ンシャル（Ｖm ）、約０ｍＡから２００ｍＡまでの範囲
のイオン電流（Ｉc ）、そして基板を約２５℃から９０
０℃の範囲で加熱すること等の条件が必要である。実施
例２におけるより好ましい積層工程は以下の通りであ
る。
【００２７】（１） 最も効果的な加速度ポテンシャル
（Ｖm ）、イオン電流（Ｉc ）を使用し、同時に配向を
制御するために基板を加熱して、導電性酸化物層２０ｄ
を積層する。 （２） 必要であるなら上記導電性酸化物層２０ｄを各
々の位置関係を変えることなく焼鈍する。 （３） 真空破壊なしに、最も効果的なＶm 、Ｉc を使
用し、さらに配向を制御するために基板を加熱して、上
記導電性酸化物層２０ｄ上に貴金属層１０ａを積層す
る。 （４） 必要であるなら上記貴金属層１０ａを焼鈍す
る。 （５） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、同時に基板
を加熱して他の導電性酸化物層２０ａを上記貴金属層１
０ａ上に形成する。 （６） 必要であるなら上記導電性酸化物層２０ａを焼
鈍する。 （７） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、同時に基板
を加熱し、さらにオゾンガス雰囲気下であり最も配向し
易い状況で強誘電性層３０を形成する。 （８） 必要であるなら上記強誘電性物質層３０を焼鈍
する。 （９） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、さらに基板
を加熱して他の導電性酸化物層２０ｂを上記強誘電性物
質層３０上に形成し、ついで焼鈍する。 （１０） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、さらに基
板を加熱して他の貴金属層１０ｂを形成し、次に必要で
あるなら焼鈍する。 （１１） 最も効果的なＶm 、Ｉc により、さらに基板
を加熱して他の導電性酸化物層２０ｃを形成し、ついで
必要であるなら焼鈍する。より好ましくはこの工程は１
工程で行うことが望ましい。
（Ｖm ）、イオン電流（Ｉc ）を使用し、同時に配向を
制御するために基板を加熱して、導電性酸化物層２０ｄ
を積層する。 （２） 必要であるなら上記導電性酸化物層２０ｄを各
々の位置関係を変えることなく焼鈍する。 （３） 真空破壊なしに、最も効果的なＶm 、Ｉc を使
用し、さらに配向を制御するために基板を加熱して、上
記導電性酸化物層２０ｄ上に貴金属層１０ａを積層す
る。 （４） 必要であるなら上記貴金属層１０ａを焼鈍す
る。 （５） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、同時に基板
を加熱して他の導電性酸化物層２０ａを上記貴金属層１
０ａ上に形成する。 （６） 必要であるなら上記導電性酸化物層２０ａを焼
鈍する。 （７） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、同時に基板
を加熱し、さらにオゾンガス雰囲気下であり最も配向し
易い状況で強誘電性層３０を形成する。 （８） 必要であるなら上記強誘電性物質層３０を焼鈍
する。 （９） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、さらに基板
を加熱して他の導電性酸化物層２０ｂを上記強誘電性物
質層３０上に形成し、ついで焼鈍する。 （１０） 最も効果的なＶm 、Ｉc を使用し、さらに基
板を加熱して他の貴金属層１０ｂを形成し、次に必要で
あるなら焼鈍する。 （１１） 最も効果的なＶm 、Ｉc により、さらに基板
を加熱して他の導電性酸化物層２０ｃを形成し、ついで
必要であるなら焼鈍する。より好ましくはこの工程は１
工程で行うことが望ましい。
【００２８】これら全ての層は各々の位置関係を変える
ことなく形成されることが望ましい。これによって界面
をよりコントロールできるし、さらに界面を最小限に形
成することが可能となる。真空破壊を避けることが特に
必要な工程がある。例えば、もし導電性酸化物と強誘電
性物質とが真空を維持した状態でかつ１工程で形成でき
るなら、その界面は最小限となり、不純物も除去でき
る。しかしながら、全ての層を各々の位置関係を変える
ことなく積層することが不可能なケースもいくつかあ
る。予め洗浄工程を行いさえすれば、数種の工程に渡っ
ても層を形成することができる。
ことなく形成されることが望ましい。これによって界面
をよりコントロールできるし、さらに界面を最小限に形
成することが可能となる。真空破壊を避けることが特に
必要な工程がある。例えば、もし導電性酸化物と強誘電
性物質とが真空を維持した状態でかつ１工程で形成でき
るなら、その界面は最小限となり、不純物も除去でき
る。しかしながら、全ての層を各々の位置関係を変える
ことなく積層することが不可能なケースもいくつかあ
る。予め洗浄工程を行いさえすれば、数種の工程に渡っ
ても層を形成することができる。
【００２９】本発明が以上例示した実施例によって限定
されないということは言うまでもない。
されないということは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】本発明の強誘電性キャパシタでは、貴金
属からなる第１層と、上記第１層上に形成され導電性酸
化物層からなる第２層と、上記第２層上に形成され強誘
電性酸化物からなる第３層と、上記第３層上に形成され
導電性酸化物層からなる第４層と、上記第４層上に形成
され貴金属層からなる第５層とから構成し、前記第２層
が酸化レニウムを含有するので、第１層の貴金属の拡散
を第２層である導電性酸化物層によって制御することが
できる。従って本発明の強誘電性キャパシタの導電性電
極を用いれば、信頼性等の優れた電気的特性を有する強
誘電性キャパシタを提供することができる。
属からなる第１層と、上記第１層上に形成され導電性酸
化物層からなる第２層と、上記第２層上に形成され強誘
電性酸化物からなる第３層と、上記第３層上に形成され
導電性酸化物層からなる第４層と、上記第４層上に形成
され貴金属層からなる第５層とから構成し、前記第２層
が酸化レニウムを含有するので、第１層の貴金属の拡散
を第２層である導電性酸化物層によって制御することが
できる。従って本発明の強誘電性キャパシタの導電性電
極を用いれば、信頼性等の優れた電気的特性を有する強
誘電性キャパシタを提供することができる。
【００３１】本発明の強誘電性キャパシタの導電性電極
の製造方法では、貴金属からなる第１層を形成し、前記
第１層上に導電性酸化物からなる第２層を形成し、前記
第２層上に強誘電性物質からなる第３層を形成し、前記
第３層上に導電性酸化物からなる第４層を形成し、前記
第４層上に貴金属からなる第５層を形成し、前記第２層
を酸化レニウムを含有する材料を用いて形成するので、
第１層の貴金属の拡散を第２層である導電性酸化物層を
形成することによって制御することができる。従って本
発明の強誘電性キャパシタの導電性電極の製造方法によ
れば、信頼性等の優れた電気的特性を有する強誘電性キ
ャパシタを提供することができる。
の製造方法では、貴金属からなる第１層を形成し、前記
第１層上に導電性酸化物からなる第２層を形成し、前記
第２層上に強誘電性物質からなる第３層を形成し、前記
第３層上に導電性酸化物からなる第４層を形成し、前記
第４層上に貴金属からなる第５層を形成し、前記第２層
を酸化レニウムを含有する材料を用いて形成するので、
第１層の貴金属の拡散を第２層である導電性酸化物層を
形成することによって制御することができる。従って本
発明の強誘電性キャパシタの導電性電極の製造方法によ
れば、信頼性等の優れた電気的特性を有する強誘電性キ
ャパシタを提供することができる。
【図１】図１は実施例１の強誘電性キャパシタを示す断
面図。
面図。
【図２】図２は実施例２の強誘電性キャパシタを示す断
面図。
面図。
１０ａ 貴金属層 １０ｂ 貴金属層 ２０ａ 導電性酸化物層 ２０ｂ 導電性酸化物層 ２０ｃ 追加層 ３０ｄ 追加層 ３０ａ 強誘電性物質層 ３０ｂ 強誘電性物質層 ３０ａ 強誘電性物質層 ３０ｂ 強誘電性物質層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マノーシェル・ゴラビ・コーザニ アメリカ合衆国・コロラド州・80917・ コロラド・スプリングス・ブンクハウ ス・レーン・5080 (56)参考文献 特開 平３−87056（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−253065（ＪＰ，Ａ) 米国特許4982309（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01G 2/00 - 7/06 H01L 21/822 H01L 27/04
Claims (33)
- 【請求項１】 貴金属からなる第１層と、前記第１層上
に形成され導電性酸化物からなる第２層と、前記第２層
上に形成され強誘電性物質からなる第３層と、前記第３
層上に形成され導電性酸化物からなる第４層と、前記第
４層上に形成され貴金属からなる第５層とから構成さ
れ、前記第２層が酸化レニウムを含有することを特徴と
する強誘電性キャパシタ。 - 【請求項２】 前記第１層と第５層との厚さが約５００
オングストローム以上３０００オングストローム以下で
あることを特徴とする請求項１記載の強誘電性キャパシ
タ。 - 【請求項３】 前記第２層と第４層との厚さが約２００
オングストローム以上２０００オングストローム以下で
あることを特徴とする請求項１記載の強誘電性キャパシ
タ。 - 【請求項４】 前記第３層の厚さが約５００オングスト
ローム以上約１００００オングストローム以下であるこ
とを特徴とする請求項１記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項５】 前記貴金属が白金、パラジウム、または
金を含有することを特徴とする請求項１記載の強誘電性
キャパシタ。 - 【請求項６】 前記貴金属がパラジウムを含有している
ことを特徴とする請求項１記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項７】 前記強誘電性物質がレッドジルコネイト
チタネイト（lead zirconate titanate ）であることを
特徴とする請求項１記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項８】 前記レッドジルコネイトチタネイト（le
ad zirconate titanate ）がランタン、スズ、またはニ
オブをドーパントとして含有していることを特徴とする
請求項７記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項９】 前記第４層を構成する導電性酸化物がイ
ンジウムスズ酸化物、酸化ルテニウム、または酸化レニ
ウムを含有することを特徴とする請求項１記載の強誘電
性キャパシタ。 - 【請求項１０】 前記第４層を構成する導電性酸化物が
インジウムスズ酸化物を含有することを特徴とする請求
項１記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項１１】 前記層が各々接触していることを特徴
とする請求項１記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項１２】 導電性酸化物からなる第１層と、前記
第１層上に形成され貴金属からなる第２層と、前記第２
層上に形成され導電性酸化物からなる第３層と、前記第
３層上に形成され強誘電性物質からなる第４層と、前記
第４層上に形成されかつ導電性酸化物からなる第５層
と、前記第５層上に形成されかつ貴金属からなる第６層
とから構成され、前記第３層が酸化レニウムを含有する
ことを特徴とする強誘電性キャパシタ。 - 【請求項１３】 前記第１層が成長ＳｉＯ2 からなるこ
とを特徴とする請求項１２記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項１４】 前記第１層、第３層、第５層の厚さが
約２００オングストローム以上２０００オングストロー
ム以下であることを特徴とする請求項１２記載の強誘電
性キャパシタ。 - 【請求項１５】 前記第二層と第六層との厚さが約５０
０オングストローム以上３０００オングストローム以下
であることを特徴とする請求項１２記載の強誘電性キャ
パシタ。 - 【請求項１６】 前記第四層の厚さが約５００オングス
トローム以上１００００オングストローム以下であるこ
とを特徴とする請求項１２記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項１７】 前記貴金属が白金、パラジウム、また
は金を含有することを特徴とする請求項１２記載の強誘
電性キャパシタ。 - 【請求項１８】 前記貴金属が白金を含有することを特
徴とする請求項１２記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項１９】 前記強誘電性物質がレッドジルコネイ
トチタネイト（leadzirconate titanate） であること
を特徴とする請求項１２記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項２０】 前記レッドジルコネイトチタネイト
（lead zirconate titanate） がランタン、スズまたは
ニオブをドーパントとして含有することを特徴とする請
求項１９記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項２１】 前記第１層および前記第５層を構成す
る導電性酸化物がインジウムスズ酸化物、酸化ルテニウ
ム、または酸化レニウムを含有することを特徴とする請
求項１２記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項２２】 前記第１層および前記第５層を構成す
る導電性酸化物がインジウムスズ酸化物を含有すること
を特徴とする請求項１２記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項２３】 前記層が各々接触していることを特徴
とする請求項１２記載の強誘電性キャパシタ。 - 【請求項２４】 強誘電性キャパシタを製造する方法で
あって、貴金属からなる第１層を形成し、前記第１層上
に導電性酸化物からなる第２層を形成し、前記第２層上
に強誘電性物質からなる第３層を形成し、前記第３層上
に導電性酸化物からなる第４層を形成し、前記第４層上
に貴金属からなる第５層を形成し、前記第２層を酸化レ
ニウムを含有する材料を用いて形成することを特徴とす
る強誘電性キャパシタの製造方法。 - 【請求項２５】 前記層が蒸着によって形成されている
ことを特徴とする請求項２４記載の強誘電性キャパシタ
の製造方法。 - 【請求項２６】 前記層が各々の位置関係を変えること
のない蒸着法によって形成されていることを特徴とする
請求項２５記載の強誘電性キャパシタの製造方法。 - 【請求項２７】 前記層がイオンクラスタービームによ
って蒸着されていることを特徴とする請求項２５記載の
強誘電性キャパシタの製造方法。 - 【請求項２８】 約０ｋＶ以上約６．０ｋＶ以下の加速
度ポテンシャル、約０ｍＡ以上２００ｍＡ以下のイオン
電流、そして約２５℃以上９００℃以下の範囲で基板を
加熱するという条件下で前記層を蒸着することを特徴と
する請求項２５記載の強誘電性キャパシタの製造方法。 - 【請求項２９】 強誘電性キャパシタを製造する方法で
あって、導電性酸化物からなる第１層を形成し、前記第
１層上に貴金属を含有する第二層を形成し、前記第二層
上に導電性酸化物を含有する第三層を形成し、前記第三
層上に強誘電性物質を含有する第四層を形成し、前記第
四層上に導電性酸化物を含有する第五層を形成し、前記
第五層上に貴金属を含有する第六層を形成し、前記第三
層を酸化レニウムを含有する材料を用いて形成すること
を特徴とする強誘電性キャパシタの製造方法。 - 【請求項３０】 前記層を蒸着によって形成することを
特徴とする請求項２９記載の強誘電性キャパシタの製造
方法。 - 【請求項３１】 前記層が各々の位置関係を変えること
のない蒸着法によって形成されることを特徴とする請求
項３０記載の強誘電性キャパシタの製造方法。 - 【請求項３２】 前記層がイオンクラスタービームによ
って蒸着されていることを特徴とする請求項３０記載の
強誘電性キャパシタの製造方法。 - 【請求項３３】 約０ｋＶ以上約６．０ｋＶ以下の加速
度ポテンシャル、約０ｍＡ以上２００ｍＡ以下のイオン
電流、そして約２５℃以上９００℃以下の範囲で基板を
加熱するという条件下で前記層を蒸着することを特徴と
する請求項３０記載の強誘電性キャパシタの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US714,682 | 1991-06-13 | ||
| US07/714,682 US5142437A (en) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | Conducting electrode layers for ferroelectric capacitors in integrated circuits and method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04367211A JPH04367211A (ja) | 1992-12-18 |
| JP3275335B2 true JP3275335B2 (ja) | 2002-04-15 |
Family
ID=24871042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32776791A Expired - Lifetime JP3275335B2 (ja) | 1991-06-13 | 1991-12-11 | Ｉｃにおける強誘電性キャパシタおよびその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5142437A (ja) |
| EP (1) | EP0518117B1 (ja) |
| JP (1) | JP3275335B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| EP0557937A1 (en) * | 1992-02-25 | 1993-09-01 | Ramtron International Corporation | Ozone gas processing for ferroelectric memory circuits |
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| WO1993021637A1 (en) * | 1992-04-13 | 1993-10-28 | Ceram, Inc. | Multilayer electrodes for ferroelectric devices |
| KR100325967B1 (ko) * | 1992-04-20 | 2002-06-20 | 윌리엄 비. 켐플러 | 유전체 물질에의 전기 접속부 |
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