JP3519581B2 - 容量素子の製造方法 - Google Patents
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Landscapes
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- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、容量素子、特に半導体
集積回路装置の不揮発性メモリとして用いられる容量素
子及びその製造方法に関する。
集積回路装置の不揮発性メモリとして用いられる容量素
子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路装置の高集積化、低電圧
化及び高速動作化の要望により、薄膜化を図ることがで
きると共に、書き込み及び読み出しの動作を低電圧で且
つ高速にできる不揮発性メモリとして、強誘電体メモリ
が注目されている。
化及び高速動作化の要望により、薄膜化を図ることがで
きると共に、書き込み及び読み出しの動作を低電圧で且
つ高速にできる不揮発性メモリとして、強誘電体メモリ
が注目されている。
【０００３】強誘電体メモリは、容量絶縁膜として用い
る強誘電体薄膜の自発分極状態を反転させるか否かによ
って、データ線に対して流出入する電荷量が異なる現象
を利用している。
る強誘電体薄膜の自発分極状態を反転させるか否かによ
って、データ線に対して流出入する電荷量が異なる現象
を利用している。
【０００４】図５は、強誘電体メモリに用いられる従来
の容量素子の断面構造を示しており、図５に示すよう
に、１００ｎｍの膜厚のＴｉＯx （酸化チタン）膜１ａ
と３００ｎｍの膜厚のＰｔ（白金）膜１ｂとの積層構造
よりなる下部電極１の上に、２５０ｎｍの膜厚を持つビ
スマス（Ｂｉ）の層状構造を有する強誘電体薄膜よりな
る容量絶縁膜２が形成され、該容量絶縁膜２の上にＰｔ
膜よりなる上部電極３が形成されている。上部電極３の
上を含む容量絶縁膜２の上には２０ｎｍの膜厚を有する
第１のＴｉ（チタン）膜４を介してコンタクトホールを
有する層間絶縁膜としてのＳｉＯ2 （酸化シリコン）膜
５が形成されており、該ＳｉＯ2 膜５の上には、２５ｎ
ｍの膜厚を有する第２のＴｉ膜６、１５０ｎｍの膜厚を
有する第１のＴｉＮ（窒化チタン）膜７、８００ｎｍの
膜厚を有するＡｌ（アルミニウム）配線膜８及び３０ｎ
ｍの膜厚を有する第２のＴｉＮ膜９が形成されている。
の容量素子の断面構造を示しており、図５に示すよう
に、１００ｎｍの膜厚のＴｉＯx （酸化チタン）膜１ａ
と３００ｎｍの膜厚のＰｔ（白金）膜１ｂとの積層構造
よりなる下部電極１の上に、２５０ｎｍの膜厚を持つビ
スマス（Ｂｉ）の層状構造を有する強誘電体薄膜よりな
る容量絶縁膜２が形成され、該容量絶縁膜２の上にＰｔ
膜よりなる上部電極３が形成されている。上部電極３の
上を含む容量絶縁膜２の上には２０ｎｍの膜厚を有する
第１のＴｉ（チタン）膜４を介してコンタクトホールを
有する層間絶縁膜としてのＳｉＯ2 （酸化シリコン）膜
５が形成されており、該ＳｉＯ2 膜５の上には、２５ｎ
ｍの膜厚を有する第２のＴｉ膜６、１５０ｎｍの膜厚を
有する第１のＴｉＮ（窒化チタン）膜７、８００ｎｍの
膜厚を有するＡｌ（アルミニウム）配線膜８及び３０ｎ
ｍの膜厚を有する第２のＴｉＮ膜９が形成されている。
【０００５】尚、第１のＴｉ膜４はＳｉＯ2 膜５とＰｔ
膜よりなる上部電極３との密着性を向上させるために形
成されており、第２のＴｉ膜６は第１のＴｉＮ膜７と上
部電極３との密着性を向上させるために形成されてお
り、第１のＴｉＮ膜７はＡｌ配線膜８と上部電極３との
バリア層となり、第２のＴｉＮ膜９はＡｌ配線膜８を形
成するためのパターン露光時の反射防止膜となる。
膜よりなる上部電極３との密着性を向上させるために形
成されており、第２のＴｉ膜６は第１のＴｉＮ膜７と上
部電極３との密着性を向上させるために形成されてお
り、第１のＴｉＮ膜７はＡｌ配線膜８と上部電極３との
バリア層となり、第２のＴｉＮ膜９はＡｌ配線膜８を形
成するためのパターン露光時の反射防止膜となる。
【０００６】また、容量絶縁膜２を構成する強誘電体薄
膜は酸化力が強いため、下部電極１及び上部電極３を構
成する材料としてＡｕ、Ｓｉ又はＴｉＮ等を用いると、
下部電極１及び上部電極３は容量絶縁膜２により容易に
酸化されてしまうので、下部電極１及び上部電極３を構
成する材料としてＰｔを用いている。
膜は酸化力が強いため、下部電極１及び上部電極３を構
成する材料としてＡｕ、Ｓｉ又はＴｉＮ等を用いると、
下部電極１及び上部電極３は容量絶縁膜２により容易に
酸化されてしまうので、下部電極１及び上部電極３を構
成する材料としてＰｔを用いている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図６に示す
ように、上部電極３を構成するＰｔ膜は柱状の結晶構造
を有しているため、第１のＴｉ膜４及び第２のＴｉ膜６
を堆積した後の工程における熱処理により、容量絶縁膜
２を構成するビスマス層状構造を有する強誘電体薄膜の
成分であるＢｉ原子（白丸で示す）及び第１のＴｉ膜４
及び第２のＴｉ膜６を構成するＴｉ原子（黒丸で示す）
はＰｔ膜の結晶粒界に沿って容易に拡散してしまう。こ
のため、容量絶縁膜を構成する強誘電体薄膜の組成が変
化するので、容量素子の電気特性が劣化してしまうとい
う問題がある。
ように、上部電極３を構成するＰｔ膜は柱状の結晶構造
を有しているため、第１のＴｉ膜４及び第２のＴｉ膜６
を堆積した後の工程における熱処理により、容量絶縁膜
２を構成するビスマス層状構造を有する強誘電体薄膜の
成分であるＢｉ原子（白丸で示す）及び第１のＴｉ膜４
及び第２のＴｉ膜６を構成するＴｉ原子（黒丸で示す）
はＰｔ膜の結晶粒界に沿って容易に拡散してしまう。こ
のため、容量絶縁膜を構成する強誘電体薄膜の組成が変
化するので、容量素子の電気特性が劣化してしまうとい
う問題がある。
【０００８】このような問題は、上部電極３がＰｔ膜に
より構成される場合に限られず、下部電極２がＰｔ膜に
より構成される場合にも発生し、また、上部電極又は下
部電極がＰｔ膜により形成される場合に限られず、柱状
の結晶を有している場合に広く発生する。
より構成される場合に限られず、下部電極２がＰｔ膜に
より構成される場合にも発生し、また、上部電極又は下
部電極がＰｔ膜により形成される場合に限られず、柱状
の結晶を有している場合に広く発生する。
【０００９】前記に鑑み、本発明は、下部電極及び上部
電極と、これら下部電極と上部電極との間に形成された
容量絶縁膜とからなる容量素子において、容量絶縁膜を
構成する成分又は下部電極若しくは上部電極と接する他
の金属膜を構成する成分が下部電極又は上部電極を通っ
て拡散し、容量絶縁膜の組成が変化して、容量素子の電
気特性が劣化することを防止することを目的とする。
電極と、これら下部電極と上部電極との間に形成された
容量絶縁膜とからなる容量素子において、容量絶縁膜を
構成する成分又は下部電極若しくは上部電極と接する他
の金属膜を構成する成分が下部電極又は上部電極を通っ
て拡散し、容量絶縁膜の組成が変化して、容量素子の電
気特性が劣化することを防止することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、下部電極又は上部電極を、白金族金属の
球状結晶構造を有する金属膜により構成するものであ
る。具体的には、本発明に係る容量素子は、下部電極
と、該下部電極の上に形成された容量絶縁膜と、該容量
絶縁膜の上に形成された上部電極とを備えた容量素子を
対象とし、下部電極及び上部電極のうちの少なくとも１
つの電極は、白金族金属の球状結晶構造を有する金属膜
よりなる。
め、本発明は、下部電極又は上部電極を、白金族金属の
球状結晶構造を有する金属膜により構成するものであ
る。具体的には、本発明に係る容量素子は、下部電極
と、該下部電極の上に形成された容量絶縁膜と、該容量
絶縁膜の上に形成された上部電極とを備えた容量素子を
対象とし、下部電極及び上部電極のうちの少なくとも１
つの電極は、白金族金属の球状結晶構造を有する金属膜
よりなる。
【００１１】本発明の容量素子によると、容量絶縁膜を
構成する成分又は球状結晶構造を有する電極に隣接する
密着層等の金属膜を構成する成分は、球状結晶構造を有
する電極を構成する結晶同士の粒界により拡散を阻止さ
れる。
構成する成分又は球状結晶構造を有する電極に隣接する
密着層等の金属膜を構成する成分は、球状結晶構造を有
する電極を構成する結晶同士の粒界により拡散を阻止さ
れる。
【００１２】本発明の容量素子において、容量絶縁膜は
Ｂｉ系の強誘電体薄膜よりなることが好ましい。
Ｂｉ系の強誘電体薄膜よりなることが好ましい。
【００１３】また、本発明の容量素子において、金属膜
を構成する金属はＰｔであることが好ましい。
を構成する金属はＰｔであることが好ましい。
【００１４】本発明に係る容量素子の製造方法は、基板
上に下部電極を形成する下部電極形成工程と、下部電極
の上に容量絶縁膜を形成する容量絶縁膜形成工程と、容
量絶縁膜の上に上部電極を形成する上部電極形成工程と
を備えた容量素子の製造方法を対象とし、下部電極形成
工程及び上部電極形成工程のうちの少なくとも１つの工
程は、チャンバー内に不活性ガスと酸素ガスとの混合ガ
スよりなる放電ガスを導入してスパッタリングを行なう
ことにより、白金族金属の球状結晶構造を有する金属膜
を形成する工程を含む。
上に下部電極を形成する下部電極形成工程と、下部電極
の上に容量絶縁膜を形成する容量絶縁膜形成工程と、容
量絶縁膜の上に上部電極を形成する上部電極形成工程と
を備えた容量素子の製造方法を対象とし、下部電極形成
工程及び上部電極形成工程のうちの少なくとも１つの工
程は、チャンバー内に不活性ガスと酸素ガスとの混合ガ
スよりなる放電ガスを導入してスパッタリングを行なう
ことにより、白金族金属の球状結晶構造を有する金属膜
を形成する工程を含む。
【００１５】本発明の容量素子の製造方法によると、下
部電極形成工程及び上部電極形成工程のうちの少なくと
も１つの工程は、白金族金属よりなるターゲットを有す
るチャンバー内に不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスよ
りなる放電ガスを導入してスパッタリングを行なうた
め、膜中に取り込まれた酸素により柱状の結晶成長が妨
げられる。
部電極形成工程及び上部電極形成工程のうちの少なくと
も１つの工程は、白金族金属よりなるターゲットを有す
るチャンバー内に不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスよ
りなる放電ガスを導入してスパッタリングを行なうた
め、膜中に取り込まれた酸素により柱状の結晶成長が妨
げられる。
【００１６】本発明の容量素子の製造方法において、白
金族金属はＰｔであることが好ましい。
金族金属はＰｔであることが好ましい。
【００１７】
（第１の実施形態）以下、第１の実施形態に係る容量素
子及びその製造方法について図１（ａ）〜（ｃ）及び図
２を参照しながら説明する。
子及びその製造方法について図１（ａ）〜（ｃ）及び図
２を参照しながら説明する。
【００１８】まず、図１（ａ）に示すように、半導体基
板１０の上に、１００ｎｍの膜厚のＴｉＯx （酸化チタ
ン）膜１１ａと３００ｎｍの膜厚の第１のＰｔ（白金）
膜１１ｂとの積層構造よりなる下部電極１１を形成した
後、該下部電極１１の上に、２５０ｎｍの膜厚を持つビ
スマス（Ｂｉ）の層状構造を有する強誘電体薄膜よりな
る容量絶縁膜１２を形成する。
板１０の上に、１００ｎｍの膜厚のＴｉＯx （酸化チタ
ン）膜１１ａと３００ｎｍの膜厚の第１のＰｔ（白金）
膜１１ｂとの積層構造よりなる下部電極１１を形成した
後、該下部電極１１の上に、２５０ｎｍの膜厚を持つビ
スマス（Ｂｉ）の層状構造を有する強誘電体薄膜よりな
る容量絶縁膜１２を形成する。
【００１９】次に、例えばＰｔよりなるターゲットを有
し室温のチャンバー内に、例えば８０ｖｏｌ％のアルゴ
ンガスと２０ｖｏｌ％の酸素ガスとの混合ガスよりなる
放電ガスを導入して、リアクティブスパッタリングを行
なう。このようにすると、ターゲットからＰｔ原子が弾
き出され、弾き出されたＰｔ原子は容量絶縁膜１２の上
に堆積される。この際、放電ガス中の酸素が膜中に取り
込まれるため、Ｐｔの柱状結晶成長が妨げられるので、
最終的には平均粒径が１００ｎｍ以下のＰｔの球状結晶
が形成されると共に酸素が粒界に析出する。このように
して、容量絶縁膜１２の上に、平均粒径が１００ｎｍ以
下の球状結晶構造を有する厚さ２００ｎｍの第２のＰｔ
膜１３を形成した後、第２のＰｔ膜１３の上に第１のＴ
ｉ膜１４を堆積する。
し室温のチャンバー内に、例えば８０ｖｏｌ％のアルゴ
ンガスと２０ｖｏｌ％の酸素ガスとの混合ガスよりなる
放電ガスを導入して、リアクティブスパッタリングを行
なう。このようにすると、ターゲットからＰｔ原子が弾
き出され、弾き出されたＰｔ原子は容量絶縁膜１２の上
に堆積される。この際、放電ガス中の酸素が膜中に取り
込まれるため、Ｐｔの柱状結晶成長が妨げられるので、
最終的には平均粒径が１００ｎｍ以下のＰｔの球状結晶
が形成されると共に酸素が粒界に析出する。このように
して、容量絶縁膜１２の上に、平均粒径が１００ｎｍ以
下の球状結晶構造を有する厚さ２００ｎｍの第２のＰｔ
膜１３を形成した後、第２のＰｔ膜１３の上に第１のＴ
ｉ膜１４を堆積する。
【００２０】尚、リアクティブスパッタリングの処理条
件としては、室温でなくてもよく、室温から１００℃の
温度範囲で行なうことができる。この場合、２００℃以
上の温度でリアクティブスパッタリングを行なうと、Ｐ
ｔ膜１４は、球状結晶構造とならずに柱状結晶構造とな
るので、１００℃以下の温度が好ましい。
件としては、室温でなくてもよく、室温から１００℃の
温度範囲で行なうことができる。この場合、２００℃以
上の温度でリアクティブスパッタリングを行なうと、Ｐ
ｔ膜１４は、球状結晶構造とならずに柱状結晶構造とな
るので、１００℃以下の温度が好ましい。
【００２１】また、放電ガスとなる、アルゴンガスと酸
素ガスとの混合ガスの混合割合についても、限定されな
いが、酸素ガスの混合比としては、１ｖｏｌ％以上であ
ることが好ましい。
素ガスとの混合ガスの混合割合についても、限定されな
いが、酸素ガスの混合比としては、１ｖｏｌ％以上であ
ることが好ましい。
【００２２】次に、図１（ｂ）に示すように、第２のＰ
ｔ膜１３及び第１のＴｉ膜１４をパターニングすると、
第２のＰｔ膜１３よりなる上部電極１３Ａが形成され
る。
ｔ膜１３及び第１のＴｉ膜１４をパターニングすると、
第２のＰｔ膜１３よりなる上部電極１３Ａが形成され
る。
【００２３】次に、図２に示すように、上部電極１３Ａ
の上に、層間絶縁膜となるＳｉＯ2１５を堆積した後、
第１のＴｉ膜１４及びＳｉＯ2 １５に対してエッチング
を行なうことによりコンタクトホールを形成する。その
後、ＳｉＯ2 １５の上に、２５ｎｍの膜厚を有する第２
のＴｉ膜１６、１５０ｎｍの膜厚を有する第１のＴｉＮ
膜７、８００ｎｍの膜厚を有するＡｌ配線膜１８及び３
０ｎｍの膜厚を有する第２のＴｉＮ膜１９を形成する。
の上に、層間絶縁膜となるＳｉＯ2１５を堆積した後、
第１のＴｉ膜１４及びＳｉＯ2 １５に対してエッチング
を行なうことによりコンタクトホールを形成する。その
後、ＳｉＯ2 １５の上に、２５ｎｍの膜厚を有する第２
のＴｉ膜１６、１５０ｎｍの膜厚を有する第１のＴｉＮ
膜７、８００ｎｍの膜厚を有するＡｌ配線膜１８及び３
０ｎｍの膜厚を有する第２のＴｉＮ膜１９を形成する。
【００２４】尚、第１のＴｉ膜１４はＳｉＯ2 膜１５と
上部電極１３Ａとの密着性を向上させるために形成され
ており、第２のＴｉ膜１６は第１のＴｉＮ膜１７と上部
電極１３Ａとの密着性を向上させるために形成されてお
り、第１のＴｉＮ膜１７はＡｌ配線膜１８と上部電極１
３Ａとのバリア層となり、第２のＴｉＮ膜１９はＡｌ配
線膜１８を形成するためのパターン露光時の反射防止膜
となる。
上部電極１３Ａとの密着性を向上させるために形成され
ており、第２のＴｉ膜１６は第１のＴｉＮ膜１７と上部
電極１３Ａとの密着性を向上させるために形成されてお
り、第１のＴｉＮ膜１７はＡｌ配線膜１８と上部電極１
３Ａとのバリア層となり、第２のＴｉＮ膜１９はＡｌ配
線膜１８を形成するためのパターン露光時の反射防止膜
となる。
【００２５】第１の実施形態によると、第２のＰｔ膜１
３よりなる上部電極１３Ａは、平均粒径が１００ｎｍ以
下の球状結晶構造を有しているため、後工程において熱
処理を施しても、容量絶縁膜１２を構成する強誘電体薄
膜の成分であるＢｉ原子は、上部電極１３Ａを構成する
球状結晶の界面で拡散が阻止されるので、第１のＴｉ膜
４及び第２のＴｉ膜１６に拡散せず、また、第１のＴｉ
膜１４及び第２のＴｉ膜１６を構成するＴｉ原子は上部
電極１３Ａの球状結晶の界面で拡散が阻止されるので、
容量絶縁膜１２を構成する強誘電体薄膜に拡散しない。
このため、容量絶縁膜１２を構成する強誘電体薄膜の組
成が殆ど変化しないので、容量素子の電気特性が劣化し
ない。
３よりなる上部電極１３Ａは、平均粒径が１００ｎｍ以
下の球状結晶構造を有しているため、後工程において熱
処理を施しても、容量絶縁膜１２を構成する強誘電体薄
膜の成分であるＢｉ原子は、上部電極１３Ａを構成する
球状結晶の界面で拡散が阻止されるので、第１のＴｉ膜
４及び第２のＴｉ膜１６に拡散せず、また、第１のＴｉ
膜１４及び第２のＴｉ膜１６を構成するＴｉ原子は上部
電極１３Ａの球状結晶の界面で拡散が阻止されるので、
容量絶縁膜１２を構成する強誘電体薄膜に拡散しない。
このため、容量絶縁膜１２を構成する強誘電体薄膜の組
成が殆ど変化しないので、容量素子の電気特性が劣化し
ない。
【００２６】（第２の実施形態）以下、第２の実施形態
に係る容量素子及びその製造方法について図３（ａ）〜
（ｃ）及び図４を参照しながら説明する。
に係る容量素子及びその製造方法について図３（ａ）〜
（ｃ）及び図４を参照しながら説明する。
【００２７】まず、図３（ａ）に示すように、半導体基
板２０の上に、密着層としての第１のＴｉ膜２１を堆積
した後、例えばＰｔよりなるターゲットを有する室温の
チャンバー内に、例えば８０ｖｏｌ％のアルゴンガスと
２０ｖｏｌ％の酸素ガスとの混合ガスよりなる放電ガス
を導入して、リアクティブスパッタリングを行なう。こ
のようにすると、ターゲットからＰｔ原子が弾き出さ
れ、弾き出されたＰｔ原子はＴｉ膜２１の上に堆積され
る。この際、放電ガス中の酸素が膜中に取り込まれるた
め、Ｐｔの柱状結晶成長が妨げられるので、最終的には
平均粒径が１００ｎｍ以下のＰｔの球状結晶が形成され
ると共に酸素が粒界に析出する。このようにして、第１
のＴｉ膜２１の上に、平均粒径が１００ｎｍ以下の球状
結晶構造を有する厚さ２００ｎｍの下部電極となる第１
のＰｔ膜２２を形成する。
板２０の上に、密着層としての第１のＴｉ膜２１を堆積
した後、例えばＰｔよりなるターゲットを有する室温の
チャンバー内に、例えば８０ｖｏｌ％のアルゴンガスと
２０ｖｏｌ％の酸素ガスとの混合ガスよりなる放電ガス
を導入して、リアクティブスパッタリングを行なう。こ
のようにすると、ターゲットからＰｔ原子が弾き出さ
れ、弾き出されたＰｔ原子はＴｉ膜２１の上に堆積され
る。この際、放電ガス中の酸素が膜中に取り込まれるた
め、Ｐｔの柱状結晶成長が妨げられるので、最終的には
平均粒径が１００ｎｍ以下のＰｔの球状結晶が形成され
ると共に酸素が粒界に析出する。このようにして、第１
のＴｉ膜２１の上に、平均粒径が１００ｎｍ以下の球状
結晶構造を有する厚さ２００ｎｍの下部電極となる第１
のＰｔ膜２２を形成する。
【００２８】尚、リアクティブスパッタリングの処理条
件としては、室温でなくてもよく、室温から１００℃の
温度範囲で行なうことができる。この場合、２００℃以
上の温度でリアクティブスパッタリングを行なうと、第
１のＰｔ膜２２は、球状構造とならずに柱状構造となる
ので、１００℃以下の温度が好ましい。
件としては、室温でなくてもよく、室温から１００℃の
温度範囲で行なうことができる。この場合、２００℃以
上の温度でリアクティブスパッタリングを行なうと、第
１のＰｔ膜２２は、球状構造とならずに柱状構造となる
ので、１００℃以下の温度が好ましい。
【００２９】また、放電ガスとなる、アルゴンガスと酸
素ガスとの混合ガスの混合割合についても、限定されな
いが、酸素ガスの混合比としては、１ｖｏｌ％以上であ
ることが好ましい。
素ガスとの混合ガスの混合割合についても、限定されな
いが、酸素ガスの混合比としては、１ｖｏｌ％以上であ
ることが好ましい。
【００３０】その後、第１のＰｔ膜２２の上に、ビスマ
ス（Ｂｉ）の層状構造を有する強誘電体薄膜よりなる容
量絶縁膜２３を形成した後、該容量絶縁膜２３の上に、
第２のＰｔ膜２４及び第２のＴｉ膜２５を順次形成す
る。
ス（Ｂｉ）の層状構造を有する強誘電体薄膜よりなる容
量絶縁膜２３を形成した後、該容量絶縁膜２３の上に、
第２のＰｔ膜２４及び第２のＴｉ膜２５を順次形成す
る。
【００３１】次に、図３（ｂ）に示すように、第２のＰ
ｔ膜２４及び第２のＴｉ膜２５をパターニングすると、
第２のＰｔ膜２４よりなる上部電極２４Ａが形成され
る。
ｔ膜２４及び第２のＴｉ膜２５をパターニングすると、
第２のＰｔ膜２４よりなる上部電極２４Ａが形成され
る。
【００３２】次に、図４に示すように、上部電極２４Ａ
の上に、層間絶縁膜となるＳｉＯ2２６を堆積した後、
第２のＴｉ膜２５及びＳｉＯ2 ２６に対してエッチング
を行なうことによりコンタクトホールを形成する。その
後、ＳｉＯ2 ２６の上に、第３のＴｉ膜２７、第１のＴ
ｉＮ膜２８、Ａｌ配線膜２９及び第２のＴｉＮ膜３０を
形成する。
の上に、層間絶縁膜となるＳｉＯ2２６を堆積した後、
第２のＴｉ膜２５及びＳｉＯ2 ２６に対してエッチング
を行なうことによりコンタクトホールを形成する。その
後、ＳｉＯ2 ２６の上に、第３のＴｉ膜２７、第１のＴ
ｉＮ膜２８、Ａｌ配線膜２９及び第２のＴｉＮ膜３０を
形成する。
【００３３】第２の実施形態によると、下部電極となる
第１のＰｔ膜は、平均粒径が１００ｎｍ以下の球状結晶
構造を有しているため、後工程において熱処理を施して
も、容量絶縁膜２３を構成する強誘電体薄膜の成分であ
るＢｉ原子は下部電極である第１のＰｔ膜２２の球状結
晶の界面で拡散が阻止されるので、第１のＴｉ膜２１、
第２のＴｉ膜２５及び第３のＴｉ膜２７に拡散せず、ま
た、第１のＴｉ膜２１、第２のＴｉ膜２５及び第３のＴ
ｉ膜２７を構成するＴｉ原子は第１のＰｔ膜２２の球状
結晶の界面で拡散が阻止されるので、容量絶縁膜２３を
構成する強誘電体薄膜に拡散しない。このため、容量絶
縁膜２３を構成する強誘電体薄膜の組成が殆ど変化しな
いので、容量素子の電気特性が劣化しない。
第１のＰｔ膜は、平均粒径が１００ｎｍ以下の球状結晶
構造を有しているため、後工程において熱処理を施して
も、容量絶縁膜２３を構成する強誘電体薄膜の成分であ
るＢｉ原子は下部電極である第１のＰｔ膜２２の球状結
晶の界面で拡散が阻止されるので、第１のＴｉ膜２１、
第２のＴｉ膜２５及び第３のＴｉ膜２７に拡散せず、ま
た、第１のＴｉ膜２１、第２のＴｉ膜２５及び第３のＴ
ｉ膜２７を構成するＴｉ原子は第１のＰｔ膜２２の球状
結晶の界面で拡散が阻止されるので、容量絶縁膜２３を
構成する強誘電体薄膜に拡散しない。このため、容量絶
縁膜２３を構成する強誘電体薄膜の組成が殆ど変化しな
いので、容量素子の電気特性が劣化しない。
【００３４】尚、第１及び第２の実施形態において、下
部電極及び上部電極を構成する金属膜は、Ｐｔ膜に限ら
れず、球状の結晶構造を有する他の金属膜、例えば、周
期表におけるＸIII 族に属する元素のうち、４ｄ、５ｄ
の遷移金属である、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウ
ム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｏｓ（オスミニウム）又は
Ｉｒ（イリジウム）等の白金族（又はパラジウム族と称
されることもある。）の金属よりなる膜であってもよ
い。その理由は、白金族金属の酸化物は導電性を持って
いるからである。
部電極及び上部電極を構成する金属膜は、Ｐｔ膜に限ら
れず、球状の結晶構造を有する他の金属膜、例えば、周
期表におけるＸIII 族に属する元素のうち、４ｄ、５ｄ
の遷移金属である、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウ
ム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｏｓ（オスミニウム）又は
Ｉｒ（イリジウム）等の白金族（又はパラジウム族と称
されることもある。）の金属よりなる膜であってもよ
い。その理由は、白金族金属の酸化物は導電性を持って
いるからである。
【００３５】また、下部電極及び上部電極となる金属膜
を構成する球状結晶の粒径としては、小さくなるほどＢ
ｉ原子やＴｉ原子の拡散を阻止する能力は大きくなる
が、抵抗も大きくなる一方、粒径が大きくなるほど抵抗
は小さくなるが、Ｂｉ原子やＴｉ原子の拡散を阻止する
能力も小さくなる。このため、金属膜が複数の球状結晶
を上下方向に有する程度の粒径が好ましい。
を構成する球状結晶の粒径としては、小さくなるほどＢ
ｉ原子やＴｉ原子の拡散を阻止する能力は大きくなる
が、抵抗も大きくなる一方、粒径が大きくなるほど抵抗
は小さくなるが、Ｂｉ原子やＴｉ原子の拡散を阻止する
能力も小さくなる。このため、金属膜が複数の球状結晶
を上下方向に有する程度の粒径が好ましい。
【００３６】また、容量絶縁膜２３としては、強誘電体
薄膜に限られず、高誘電体薄膜でもよく、また、他の金
属酸化物よりなる絶縁膜でもよい。
薄膜に限られず、高誘電体薄膜でもよく、また、他の金
属酸化物よりなる絶縁膜でもよい。
【００３７】また、下部電極又は上部電極と接する金属
膜としては、Ｔｉ膜に限られず、Ｗ（タングステン）
膜、Ｔａ（タンタル）膜、Ｎｂ（ニオブ）膜、Ｉｒ（イ
リジウム）膜、Ｒｕ（ルテニウム）膜、Ｐｄ（パラジウ
ム）膜等のように、Ａｌ配線膜の密着層として用いら
れ、容量絶縁膜に拡散して該容量絶縁膜の組成を変化さ
せる金属よりなる膜を広く用いることができる。
膜としては、Ｔｉ膜に限られず、Ｗ（タングステン）
膜、Ｔａ（タンタル）膜、Ｎｂ（ニオブ）膜、Ｉｒ（イ
リジウム）膜、Ｒｕ（ルテニウム）膜、Ｐｄ（パラジウ
ム）膜等のように、Ａｌ配線膜の密着層として用いら
れ、容量絶縁膜に拡散して該容量絶縁膜の組成を変化さ
せる金属よりなる膜を広く用いることができる。
【００３８】
【発明の効果】本発明の容量素子によると、容量絶縁膜
を構成する成分又は球状結晶構造を有する電極に隣接す
る密着層等の金属膜を構成する成分は、球状結晶構造を
有する電極を構成する結晶同士の粒界により拡散を阻止
されるため、容量絶縁膜の組成が変化し難いので、容量
素子の電気特性の劣化を防止することができる。
を構成する成分又は球状結晶構造を有する電極に隣接す
る密着層等の金属膜を構成する成分は、球状結晶構造を
有する電極を構成する結晶同士の粒界により拡散を阻止
されるため、容量絶縁膜の組成が変化し難いので、容量
素子の電気特性の劣化を防止することができる。
【００３９】本発明の容量素子において、容量絶縁膜が
Ｂｉ系の強誘電体薄膜であると、熱拡散により組成が変
化し易いＢｉ系の強誘電体薄膜の組成の変化を防止する
ことができる。
Ｂｉ系の強誘電体薄膜であると、熱拡散により組成が変
化し易いＢｉ系の強誘電体薄膜の組成の変化を防止する
ことができる。
【００４０】また、本発明の容量素子において、金属膜
を構成する金属が耐酸化性の強いＰｔであっても、不活
性ガスと酸素ガスよりなる放電ガス中に含まれる酸素が
膜中に取り込まれるため、ターゲットから弾き飛ばされ
たＰｔ原子は球状結晶構造を確実に形成するので、容量
絶縁膜の組成変化を確実に防止することができる。
を構成する金属が耐酸化性の強いＰｔであっても、不活
性ガスと酸素ガスよりなる放電ガス中に含まれる酸素が
膜中に取り込まれるため、ターゲットから弾き飛ばされ
たＰｔ原子は球状結晶構造を確実に形成するので、容量
絶縁膜の組成変化を確実に防止することができる。
【００４１】本発明に係る容量素子の製造方法による
と、下部電極形成工程及び上部電極形成工程のうちの少
なくとも１つの工程は、白金族金属よりなるターゲット
を有するチャンバー内に不活性ガスと酸素ガスとの混合
ガスよりなる放電ガスを導入してスパッタリングを行な
うため、白金族金属の原子が球状結晶となるので、白金
族金属の球状結晶構造を有する金属膜を確実に形成する
ことができる。
と、下部電極形成工程及び上部電極形成工程のうちの少
なくとも１つの工程は、白金族金属よりなるターゲット
を有するチャンバー内に不活性ガスと酸素ガスとの混合
ガスよりなる放電ガスを導入してスパッタリングを行な
うため、白金族金属の原子が球状結晶となるので、白金
族金属の球状結晶構造を有する金属膜を確実に形成する
ことができる。
【００４２】本発明の容量素子の製造方法において、白
金族金属が耐酸化性の強いＰｔであっても、不活性ガス
と酸素ガスよりなる放電ガス中に含まれる酸素が膜中に
取り込まれるため、ターゲットから弾き飛ばされたＰｔ
原子は球状の結晶構造を確実に形成するので、導線性を
有する白金酸化物の球状結晶構造よりなる金属膜を確実
に形成することができる。
金族金属が耐酸化性の強いＰｔであっても、不活性ガス
と酸素ガスよりなる放電ガス中に含まれる酸素が膜中に
取り込まれるため、ターゲットから弾き飛ばされたＰｔ
原子は球状の結晶構造を確実に形成するので、導線性を
有する白金酸化物の球状結晶構造よりなる金属膜を確実
に形成することができる。
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に
係る容量素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
係る容量素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る容量素子の製造
方法の各工程を示す断面図である。
方法の各工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に
係る容量素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
係る容量素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る容量素子の製造
方法の各工程を示す断面図である。
方法の各工程を示す断面図である。
【図５】従来の容量素子を示す断面図である。
【図６】従来の容量素子の問題点を説明する断面図であ
る。
る。
１０ 半導体基板
１１ 下部電極
１１ａ ＴｉＯx 膜
１１ｂ 第１のＰｔ膜
１２ 容量絶縁膜
１３ 第２のＰｔ膜
１３Ａ 上部電極
１４ 第１のＴｉ膜
１５ ＳｉＯ2
１６ 第２のＴｉ膜
１７ 第１のＴｉＮ膜
１８ Ａｌ配線膜
１９ 第２のＴｉＮ膜
２０ 半導体基板
２１ 第１のＴｉ膜
２２ 第１のＰｔ膜
２３ 容量絶縁膜
２４ 第２のＰｔ膜
２４Ａ 上部電極
２５ 第２のＴｉ膜
２６ ＳｉＯ2
２７ 第３のＴｉ膜
２８ 第１のＴｉＮ膜
２９ Ａｌ配線膜
３０ 第２のＴｉＮ膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 井筒 康文
大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工
業株式会社内
(56)参考文献 特開 平８−340091（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−17939（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−312977（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/822
H01L 21/8242
H01L 27/108
H01L 27/105
H01L 27/04
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に下部電極を形成する下部電極形
成工程と、前記下部電極の上に容量絶縁膜を形成する容
量絶縁膜形成工程と、前記容量絶縁膜の上に上部電極を
形成する上部電極形成工程とを備えた容量素子の製造方
法であって、 前記下部電極形成工程及び上部電極形成工程のうちの少
なくとも１つの工程は、白金族金属よりなるターゲット
を有するチャンバー内に不活性ガスと酸素ガスとの混合
ガスよりなる放電ガスを導入すると共に基板温度が１０
０℃以下の条件でスパッタリングを行なうことにより、
白金族金属の球状結晶構造を有し平均粒径が１００ｎｍ
以下である金属膜を形成する工程を含むことを特徴とす
る容量素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記白金族金属はＰｔであることを特徴
とする請求項１に記載の容量素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25043097A JP3519581B2 (ja) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | 容量素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25043097A JP3519581B2 (ja) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | 容量素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1197635A JPH1197635A (ja) | 1999-04-09 |
| JP3519581B2 true JP3519581B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=17207772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25043097A Expired - Fee Related JP3519581B2 (ja) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | 容量素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3519581B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW456027B (en) * | 1999-08-18 | 2001-09-21 | Matsushita Electronics Corp | Method of making ferroelectric thin film, ferroelectric capacitor, ferroelectric memory and method for fabricating ferroelectric memory |
| JP4497493B2 (ja) * | 2000-04-20 | 2010-07-07 | セイコーＮｐｃ株式会社 | 強誘電体記憶素子および強誘電体記憶素子の製造方法 |
| JP2002110934A (ja) * | 2000-09-29 | 2002-04-12 | Fujitsu Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2007300002A (ja) | 2006-05-01 | 2007-11-15 | Tdk Corp | 電子部品 |
| JP2015213230A (ja) * | 2014-05-02 | 2015-11-26 | セイコーエプソン株式会社 | 電子部品、電子部品の製造方法、電子機器および移動体 |
-
1997
- 1997-09-16 JP JP25043097A patent/JP3519581B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH1197635A (ja) | 1999-04-09 |
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