JPH0139657B2 - - Google Patents
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Description
〔本発明の分野〕
本発明は、薄膜キヤパシタに関するものであ
り、特に、不所望のノイズを除去するための、各
集積回路チツプ用のデカツプリング
（decoupling）キヤパシタに関するものである。
特に、本発明は、薄膜キヤパシタ用の底部電極構
造に関するものである。 〔先行技術〕 米国特許第4002545号は、２重の底部電極、底
部電極の上に形成されたタンタル酸化物膜、並び
に対向電極を含む薄膜キヤパシタを考案した。２
重の底部電極は、アルミニウム、ニクロム、クロ
ム及び金のような、タンタル及びタンタル酸化物
と適合し得る導電物質の第１の層と、タンタルの
第２の層とから成る。 米国特許第3969197号は、モリブデン若しくは
タングステンの第１の層と、タンタル酸化物の誘
電体膜の上に付着されるクロムの第２の層とから
成る２重の底部電極を有する薄膜キヤパシタを開
示している。用いられる物質は、それらの熱膨張
係数が実質的に同じとなるように、選択される。
先行技術におけるこれらの２重の底部電極は、
CVD（化学気相付着）によるSi3N4若しくはSiO2
の高温付着の間に、それらは腐食又は酸化を受け
ることになるので、VLSI装置で用いるのに、特
に、それらがデカツプリング・キヤパシタとして
用いられるときには、満足できるものではない。 特願昭56−89765号は、窒化シリコン若しくは
酸化アルミニウムの第１の誘電体層と、Ta2O5、
HfO2、TiO2、PbTiO3、BaTiO3、CaTiO3及び
SrTiO3より成るグループから選択された第２の
誘電体層とを誘電体膜が含む、薄膜キヤパシタを
開示している。底部電極は、Si3O4のCVDの800
℃のプロセスに容易に耐えることができるポリシ
リコンである。しかしながら、このキヤパシタ構
造が薄膜デカツプリング・キヤパシタに用いられ
るなら、燐ドープされたポリシリコンのシート抵
抗はほぼ20乃至40Ω／□であるので、ポリシリコ
ンでは駄目である。即ち、デカツプリング・キヤ
パシタの底部電極に必要なシート抵抗は、10×
10-2乃至30×10-2Ω／□である。 米国特許第3723838号及び第3621347号は、一般
的に、薄膜キヤパシタを開示している。 〔本発明の目的並びに要旨〕 LSI回路装置は、1GHzのような非常に高い周波
数で動作するので、キヤパシタの特性は、安定し
ていなければならない。散逸率（dissipation
factor）tanSは、周波数に依存する。即ち、 tanS＝tanS′＋WCR ここで、tanS′は、誘電体の固有損失 Ｃは、比例定数 Ｗは、周波数 Ｒは、電極とリードの直列抵抗 従つて、高周波数において安定した低消失の因
子を達成するために、電極の抵抗率は、直列抵抗
を最小にするように低くすることが、重要であ
る。 また、底部電極構造体は、それが誘電体の高温
付着に対して基板として用いられ得るように、熱
的に安定していることも重要である。底部電極
は、ピン・ホール型の欠陥を減少させるために滑
らかな金属表面を提供し、高温で酸化に耐える表
面を提供し、そして下の基板への良い付着を提供
するような、特性を有する必要がある。 それ故に、本発明の目的は、低い抵抗率を有し
高温処理に対して安定している底部電極を有する
薄膜キヤパシタを提供することである。 本発明により、高周波数で安定している薄膜キ
ヤパシタが提供される。 また、本発明により、低い散逸率を有する薄膜
キヤパシタが提供される。 さらに、本願明細書では、低い抵抗率を有し高
温処理に対して安定している底部電極を有する薄
膜キヤパシタを形成するプロセスが示されてい
る。 本発明では、薄膜キヤパシタは、高温のアニー
ルを受けるときにプラチナ層中へ相互に拡散し
て、プラチナよりも低い抵抗率を有する非常に安
定した金属間化合相を形成するような金属の第１
層と、プラチナの第２層とを含む２重構造の底部
電極を含む。非常に安定した金属間化合相のため
に、このような相の成長は自動的に制限され、そ
して第１の金属は、熱処理の間、プラチナ層の表
面には達しない。第１層の金属としては、典型的
には、ジルコニウム、ハフニウム及びタンタルよ
り成るグループから選択される。２重の底部電極
が高温（500乃至1000℃）アニールを受けるとき
には、PtとZr、Hf又はTaが相互に拡散して、非
常に安定な金属間化合相ZrPt3、HfPt3又は
TaPt3を形成する。これらの相の抵抗率は、Ptの
10.6×10-6Ωcmよりも小さいほぼ８×10-6Ωcmで
ある。これらの相の幾くつかの特性が、L.M.
Pecora及びP.J.Ficalora著、Journal of
Electronic Material ６、p.531、1977に示され
ている。本発明のキヤパシタが半導体基体上の二
酸化シリコン層上に形成されるとき、熱処理の間
に基板への付着結合を形成するために、第１の金
属層は、界面でSiO2の厚さを減少させる。これ
は、第１層の金属がSiO2よりもより安定した酸
化物を形成し、そして、ZrOx、TaOx及びHfOx
のような、第１層の金属酸化物を形成するため
に、酸素がSiO2から置換されるからである。 本発明のキヤパシタの誘電体層は、Ta2O5のよ
うな通常の物質であり得る。しかしながら、高密
度キヤパシタンスの適用に対しては、前記特願昭
56−89765号に提示されているような２重の誘電
体層が、適している。２重の誘電体層は、底部電
極上に形成された、窒化シリコン又は酸化アルミ
ニウム又は二酸化シリコンの第１誘電体層と、
Ta2O5、HfO2、TiO2、PbTiO3、BaTiO3、
CaTiO3及びSrTiO3より成るグループから選択さ
れた第２誘電体層とを含む。典型的には、２重の
誘電体層は、底部電極物質上に800℃でCVD付着
された薄いSi3N4と、Si3N4上に反応的にスパツ
タ付着されたTa2O5とから成る。Ta2O5の誘電体
定数は大きく（ε〜22乃至25）、そして大きなキ
ヤパシタンスを提供する。また、Si3N4層又は
SiO2層は、大きなブレークダウン電界（〜
10MV／cm）を示すので、小さな漏れ（2Vで〜
10-12A）及び大きなブレークダウン電圧を提供
する。特定キヤパシタの必要条件は、直列なキヤ
パシタについての式を用いて、酸化物／窒化物の
厚さの比を変えることにより、達成され得る。 本発明のキヤパシタの対向電極は、Al、Cu、
Al−Cu等のような導電物質であり得る。 〔本発明の実施例〕 底部電極構造体の断面が、第１図に示されてい
る。その上に二酸化シリコン層２が形成されるシ
リコン・ウエハは、10秒間、10：１に緩衝された
HFで洗浄され、N2で乾燥され、そして付着シス
テムに設けられる。ある実施例では、Zr、Hf又
はTaの層３が、２×10-6トールの圧力、３Å／
秒で、500乃至700Åの厚さまで、電子ビーム蒸着
される。層３が付着された後に、基板が金属のス
パツタリング・システムに移される。そこでは、
10000乃至20000Åの厚さのPt層４を形成するた
めに、Ptが、ほぼ10-7トールの圧力、1KWの電
力、10ｍトールのアルゴンにより、２乃至５Å／
秒でスパツタ付着される。誘電体付着乃至は付着
後のアニールのような加熱処理のときに、SiO2
と層３との間の界面Ａで、並びに層３と層４との
間の界面Ｂで、反応が起こる（第２図参照）。 界面Ａでは、層３の物質、即ちZr、Hf又はTa
は、基板への付着結合を形成するために、SiO2
を減少させる。高温アニールの間に、第２の層の
Ptと、第１の層のZr、Hf又はTaは、界面Ｂで相
互に拡散して、非常に安定した金属間化合相
ZrPt3、HfPt3又はTaPt3を形成する。これらの
相の抵抗率は、Ptの10.6×10-6Ωcmよりも小さい
ほぼ８×10-6Ωcmである。第４図は、SiO2上に付
着された500ÅのHf層と、Hf層上に付着された
3000ÅのPtとを含む底部電極構造体についての、
オージエの深さの合成プロフイールを示す。
Si3N4のCVD付着をシミユレイトするために、底
部電極構造体は、800℃でアニールされる。第５
図は、アニール後のオージエの深さの合成プロフ
イールを示す。 Pt−Hfの反応及びSiO2の減少（酸素のプロフ
イールにおける沈下）が示されている。 このプロフイールの重要な特徴は、Hfがアニ
ール後に界面に維持され、そしてPtの表面に達
しないことである。HfPt3の形成、そしてHfのさ
らに拡散が制限されること、乃至はHfがSiO2の
減少により安定されることが、仮定される。表面
感度のオージエ・プロフイール（surface
sensitive auger profile）が、800℃のアニール
後のZr膜上の10000ÅのPtについて得られた。そ
してZrは、検出されなかつた。 3000ÅのPtとＮ＋シリコン基板上に形成され
た5000ÅのSiO2上に付着された500ÅのHfとを含
む底部電極を有する試料について、直列抵抗が測
定された。アニール前に測定されたシート抵抗率
Rs＝ρ／ｔは、0.706Ω／□であり、Si3N4の
CVDをシミユレイトする800℃でのアニール後
は、それは、0.592Ω／□に減少していた。 Pt−Hf−SiO2の反応が、オージエの電子分光
学によりさらに評価された。第４図及び第５図に
示された深さの合成プロフイールは、アニール前
及び800℃のアニール後のPt−Hf−SiO2の系を表
わしている。酸素のピークにおける沈下は、優れ
た付着を提供する、HfによるSiO2の減少を表わ
している。Ptのピークは、Hf中で変えられ、そ
してPtHfxの化合物相を表わす。相の成長は、自
動的に制限され、それがより厚く成長すると、そ
れは、Hfがさらに浸透するのを制限し、従つて、
わずかなHfしか800℃においては相を浸透しな
い。HfPt3の抵抗率は、知られているように、非
常に低い（８×10-6Ωcm）、そしてたぶん、加熱
処理後のシート抵抗率の低下を裏付けるものであ
る。Hf−Pt相の自動的に制限される性質は、こ
れらの相が最も安定した構造体のうちの幾くつか
であるので、予期されることである。 ３種類の試料が、比較のために準備された。第
１の試料は、7000ÅのPt層と、シリコン基板上
に形成された5000ÅのSiO2層上に付着された500
ÅのHf層とから成る２重の底部電極で構成され
る。第２の試料は、7000ÅのPt層と、シリコン
基板上の5000ÅのSiO2層上に付着された500Åの
Zr層とから成る２重の底部電極を含む。第３試
料の２重（即ち、複合）の底部電極は、7000Åの
Pt層と、シリコン基板上の5000ÅのSiO2層上に
付着された500ÅのCr層とを含む。表は、
Si3N4のCVD付着をシミユレイトするために、
800℃のアニールの前と後で行なわれたシート抵
抗率の測定結果を示す。
り、特に、不所望のノイズを除去するための、各
集積回路チツプ用のデカツプリング
（decoupling）キヤパシタに関するものである。
特に、本発明は、薄膜キヤパシタ用の底部電極構
造に関するものである。 〔先行技術〕 米国特許第4002545号は、２重の底部電極、底
部電極の上に形成されたタンタル酸化物膜、並び
に対向電極を含む薄膜キヤパシタを考案した。２
重の底部電極は、アルミニウム、ニクロム、クロ
ム及び金のような、タンタル及びタンタル酸化物
と適合し得る導電物質の第１の層と、タンタルの
第２の層とから成る。 米国特許第3969197号は、モリブデン若しくは
タングステンの第１の層と、タンタル酸化物の誘
電体膜の上に付着されるクロムの第２の層とから
成る２重の底部電極を有する薄膜キヤパシタを開
示している。用いられる物質は、それらの熱膨張
係数が実質的に同じとなるように、選択される。
先行技術におけるこれらの２重の底部電極は、
CVD（化学気相付着）によるSi3N4若しくはSiO2
の高温付着の間に、それらは腐食又は酸化を受け
ることになるので、VLSI装置で用いるのに、特
に、それらがデカツプリング・キヤパシタとして
用いられるときには、満足できるものではない。 特願昭56−89765号は、窒化シリコン若しくは
酸化アルミニウムの第１の誘電体層と、Ta2O5、
HfO2、TiO2、PbTiO3、BaTiO3、CaTiO3及び
SrTiO3より成るグループから選択された第２の
誘電体層とを誘電体膜が含む、薄膜キヤパシタを
開示している。底部電極は、Si3O4のCVDの800
℃のプロセスに容易に耐えることができるポリシ
リコンである。しかしながら、このキヤパシタ構
造が薄膜デカツプリング・キヤパシタに用いられ
るなら、燐ドープされたポリシリコンのシート抵
抗はほぼ20乃至40Ω／□であるので、ポリシリコ
ンでは駄目である。即ち、デカツプリング・キヤ
パシタの底部電極に必要なシート抵抗は、10×
10-2乃至30×10-2Ω／□である。 米国特許第3723838号及び第3621347号は、一般
的に、薄膜キヤパシタを開示している。 〔本発明の目的並びに要旨〕 LSI回路装置は、1GHzのような非常に高い周波
数で動作するので、キヤパシタの特性は、安定し
ていなければならない。散逸率（dissipation
factor）tanSは、周波数に依存する。即ち、 tanS＝tanS′＋WCR ここで、tanS′は、誘電体の固有損失 Ｃは、比例定数 Ｗは、周波数 Ｒは、電極とリードの直列抵抗 従つて、高周波数において安定した低消失の因
子を達成するために、電極の抵抗率は、直列抵抗
を最小にするように低くすることが、重要であ
る。 また、底部電極構造体は、それが誘電体の高温
付着に対して基板として用いられ得るように、熱
的に安定していることも重要である。底部電極
は、ピン・ホール型の欠陥を減少させるために滑
らかな金属表面を提供し、高温で酸化に耐える表
面を提供し、そして下の基板への良い付着を提供
するような、特性を有する必要がある。 それ故に、本発明の目的は、低い抵抗率を有し
高温処理に対して安定している底部電極を有する
薄膜キヤパシタを提供することである。 本発明により、高周波数で安定している薄膜キ
ヤパシタが提供される。 また、本発明により、低い散逸率を有する薄膜
キヤパシタが提供される。 さらに、本願明細書では、低い抵抗率を有し高
温処理に対して安定している底部電極を有する薄
膜キヤパシタを形成するプロセスが示されてい
る。 本発明では、薄膜キヤパシタは、高温のアニー
ルを受けるときにプラチナ層中へ相互に拡散し
て、プラチナよりも低い抵抗率を有する非常に安
定した金属間化合相を形成するような金属の第１
層と、プラチナの第２層とを含む２重構造の底部
電極を含む。非常に安定した金属間化合相のため
に、このような相の成長は自動的に制限され、そ
して第１の金属は、熱処理の間、プラチナ層の表
面には達しない。第１層の金属としては、典型的
には、ジルコニウム、ハフニウム及びタンタルよ
り成るグループから選択される。２重の底部電極
が高温（500乃至1000℃）アニールを受けるとき
には、PtとZr、Hf又はTaが相互に拡散して、非
常に安定な金属間化合相ZrPt3、HfPt3又は
TaPt3を形成する。これらの相の抵抗率は、Ptの
10.6×10-6Ωcmよりも小さいほぼ８×10-6Ωcmで
ある。これらの相の幾くつかの特性が、L.M.
Pecora及びP.J.Ficalora著、Journal of
Electronic Material ６、p.531、1977に示され
ている。本発明のキヤパシタが半導体基体上の二
酸化シリコン層上に形成されるとき、熱処理の間
に基板への付着結合を形成するために、第１の金
属層は、界面でSiO2の厚さを減少させる。これ
は、第１層の金属がSiO2よりもより安定した酸
化物を形成し、そして、ZrOx、TaOx及びHfOx
のような、第１層の金属酸化物を形成するため
に、酸素がSiO2から置換されるからである。 本発明のキヤパシタの誘電体層は、Ta2O5のよ
うな通常の物質であり得る。しかしながら、高密
度キヤパシタンスの適用に対しては、前記特願昭
56−89765号に提示されているような２重の誘電
体層が、適している。２重の誘電体層は、底部電
極上に形成された、窒化シリコン又は酸化アルミ
ニウム又は二酸化シリコンの第１誘電体層と、
Ta2O5、HfO2、TiO2、PbTiO3、BaTiO3、
CaTiO3及びSrTiO3より成るグループから選択さ
れた第２誘電体層とを含む。典型的には、２重の
誘電体層は、底部電極物質上に800℃でCVD付着
された薄いSi3N4と、Si3N4上に反応的にスパツ
タ付着されたTa2O5とから成る。Ta2O5の誘電体
定数は大きく（ε〜22乃至25）、そして大きなキ
ヤパシタンスを提供する。また、Si3N4層又は
SiO2層は、大きなブレークダウン電界（〜
10MV／cm）を示すので、小さな漏れ（2Vで〜
10-12A）及び大きなブレークダウン電圧を提供
する。特定キヤパシタの必要条件は、直列なキヤ
パシタについての式を用いて、酸化物／窒化物の
厚さの比を変えることにより、達成され得る。 本発明のキヤパシタの対向電極は、Al、Cu、
Al−Cu等のような導電物質であり得る。 〔本発明の実施例〕 底部電極構造体の断面が、第１図に示されてい
る。その上に二酸化シリコン層２が形成されるシ
リコン・ウエハは、10秒間、10：１に緩衝された
HFで洗浄され、N2で乾燥され、そして付着シス
テムに設けられる。ある実施例では、Zr、Hf又
はTaの層３が、２×10-6トールの圧力、３Å／
秒で、500乃至700Åの厚さまで、電子ビーム蒸着
される。層３が付着された後に、基板が金属のス
パツタリング・システムに移される。そこでは、
10000乃至20000Åの厚さのPt層４を形成するた
めに、Ptが、ほぼ10-7トールの圧力、1KWの電
力、10ｍトールのアルゴンにより、２乃至５Å／
秒でスパツタ付着される。誘電体付着乃至は付着
後のアニールのような加熱処理のときに、SiO2
と層３との間の界面Ａで、並びに層３と層４との
間の界面Ｂで、反応が起こる（第２図参照）。 界面Ａでは、層３の物質、即ちZr、Hf又はTa
は、基板への付着結合を形成するために、SiO2
を減少させる。高温アニールの間に、第２の層の
Ptと、第１の層のZr、Hf又はTaは、界面Ｂで相
互に拡散して、非常に安定した金属間化合相
ZrPt3、HfPt3又はTaPt3を形成する。これらの
相の抵抗率は、Ptの10.6×10-6Ωcmよりも小さい
ほぼ８×10-6Ωcmである。第４図は、SiO2上に付
着された500ÅのHf層と、Hf層上に付着された
3000ÅのPtとを含む底部電極構造体についての、
オージエの深さの合成プロフイールを示す。
Si3N4のCVD付着をシミユレイトするために、底
部電極構造体は、800℃でアニールされる。第５
図は、アニール後のオージエの深さの合成プロフ
イールを示す。 Pt−Hfの反応及びSiO2の減少（酸素のプロフ
イールにおける沈下）が示されている。 このプロフイールの重要な特徴は、Hfがアニ
ール後に界面に維持され、そしてPtの表面に達
しないことである。HfPt3の形成、そしてHfのさ
らに拡散が制限されること、乃至はHfがSiO2の
減少により安定されることが、仮定される。表面
感度のオージエ・プロフイール（surface
sensitive auger profile）が、800℃のアニール
後のZr膜上の10000ÅのPtについて得られた。そ
してZrは、検出されなかつた。 3000ÅのPtとＮ＋シリコン基板上に形成され
た5000ÅのSiO2上に付着された500ÅのHfとを含
む底部電極を有する試料について、直列抵抗が測
定された。アニール前に測定されたシート抵抗率
Rs＝ρ／ｔは、0.706Ω／□であり、Si3N4の
CVDをシミユレイトする800℃でのアニール後
は、それは、0.592Ω／□に減少していた。 Pt−Hf−SiO2の反応が、オージエの電子分光
学によりさらに評価された。第４図及び第５図に
示された深さの合成プロフイールは、アニール前
及び800℃のアニール後のPt−Hf−SiO2の系を表
わしている。酸素のピークにおける沈下は、優れ
た付着を提供する、HfによるSiO2の減少を表わ
している。Ptのピークは、Hf中で変えられ、そ
してPtHfxの化合物相を表わす。相の成長は、自
動的に制限され、それがより厚く成長すると、そ
れは、Hfがさらに浸透するのを制限し、従つて、
わずかなHfしか800℃においては相を浸透しな
い。HfPt3の抵抗率は、知られているように、非
常に低い（８×10-6Ωcm）、そしてたぶん、加熱
処理後のシート抵抗率の低下を裏付けるものであ
る。Hf−Pt相の自動的に制限される性質は、こ
れらの相が最も安定した構造体のうちの幾くつか
であるので、予期されることである。 ３種類の試料が、比較のために準備された。第
１の試料は、7000ÅのPt層と、シリコン基板上
に形成された5000ÅのSiO2層上に付着された500
ÅのHf層とから成る２重の底部電極で構成され
る。第２の試料は、7000ÅのPt層と、シリコン
基板上の5000ÅのSiO2層上に付着された500Åの
Zr層とから成る２重の底部電極を含む。第３試
料の２重（即ち、複合）の底部電極は、7000Åの
Pt層と、シリコン基板上の5000ÅのSiO2層上に
付着された500ÅのCr層とを含む。表は、
Si3N4のCVD付着をシミユレイトするために、
800℃のアニールの前と後で行なわれたシート抵
抗率の測定結果を示す。
【表】
データは、次のことを示している。即ち、加熱
処理後では、Pt／Hf及びPt／Zrの電極構造体の
シート抵抗率は、Pt／Crの電極構造体のものよ
りずつと低い。Pt／Hf及びPt／Zrの構造体につ
いては、各々、加熱処理でシート抵抗率は、15％
及び9.7％だけ増加した。一方、Pt／Crの構造体
では、それは99.6％も増加した。 Zr、Hf、又はTaの付着後に付着プロセスを中
断し、Ptの付着前にシステムを空気にさらすこ
とにより、改良されたシート抵抗率が得られる。
Ptとその下の金属との間の相互拡散は、この中
断により減少されると仮定される。しかしなが
ら、真空を中断する効果はわずかであるようだ。 表は、加熱処理の前と後に測定したシート抵
抗率の結果を示す。
処理後では、Pt／Hf及びPt／Zrの電極構造体の
シート抵抗率は、Pt／Crの電極構造体のものよ
りずつと低い。Pt／Hf及びPt／Zrの構造体につ
いては、各々、加熱処理でシート抵抗率は、15％
及び9.7％だけ増加した。一方、Pt／Crの構造体
では、それは99.6％も増加した。 Zr、Hf、又はTaの付着後に付着プロセスを中
断し、Ptの付着前にシステムを空気にさらすこ
とにより、改良されたシート抵抗率が得られる。
Ptとその下の金属との間の相互拡散は、この中
断により減少されると仮定される。しかしなが
ら、真空を中断する効果はわずかであるようだ。 表は、加熱処理の前と後に測定したシート抵
抗率の結果を示す。
【表】
表の試料として、150ÅのSi3N4層が800℃で
２重の底部電極構造体上に付着され、そしてシー
ト抵抗率測定の前に除去された。表中において
SPDは、Pt及びHf又はZrが単一のポンプ排気で
付着されたことを示す。BVは、真空が中断さ
れ、システムがPtの付着前に空気にさらされた
ことを示す。 7500ÅのPt層及びその下の600ÅのZr層を含む
２重の底部電極構造体を有する薄膜キヤパシタの
試料は、アルゴン中、1025℃でアニールされた。
これらの試料は、1000℃よりも高い温度での処理
後には、２倍の増加を示す。シート抵抗率は、ア
ニール前は0.24Ω／□であり、アニール後は
0.43Ω／□であつた。Pt／Zr又はPt／Hfの電極構
造体は、約1000℃よりも高い付着温度では、安定
である。この特性は、FETの適用について金属
ゲートを形成する際に、有用となり得る。 第３図は、Pt／Zrの底部電極を有するキヤパ
シタ装置アレイの断面を示す。キヤパシタ領域
は、ほぼ4.13×10-2cm2であつた。キヤパシタは、
500ÅのZr層３及び7500ÅのPt層４より成る２重
の底部電極と、Pt層４上に付着された173Åの
Si3N4層５と、層５上に付着された225ÅのTa2O5
層６と、銅を４％含むアルミニウムより成る7000
Åの対向電極７とを含む。ほぼ100個の装置が、
SiO2の付着前にテストされ、そして、3Vで10-10
乃至10-11Aよりも小さい漏れで、大体10nFが得
られた。 第６図は、フリツプ・チツプ・ボンデイング用
のハンダ・パツド５０及び６０を含むように処理
された、半導体装置の断面を示す。２重の底部電
極１０が、上にSiO2層２が形成されたシリコン
基板１上に形成される。続いて、好ましくは
Si3N4及びTa2O5の２重層より成ると良い誘電体
層２０が、付着される。Cu、Al、Al−Cu等のよ
うな通常の導電物質より成る対向電極７が付着さ
れ、そして通常の方法で所望の電極パターンに形
成される。SiO2層３０が付着された後に、底部
電極１０及び対向電極７の部分を露出するため
に、通常のフオトリソグラフイ及び食刻の技術
で、SiO2層３０及び誘電体層２０を貫通して、
接点開孔が開けられる。ハンダ・パツド５０及び
６０が、フリツプ・チツプ・ボンデイング用に、
各々電極７及び１０に接触して形成される。ハン
ダ・パツドは、下の電極との界面において、Cr
−Cu−Au層４０を含む。
２重の底部電極構造体上に付着され、そしてシー
ト抵抗率測定の前に除去された。表中において
SPDは、Pt及びHf又はZrが単一のポンプ排気で
付着されたことを示す。BVは、真空が中断さ
れ、システムがPtの付着前に空気にさらされた
ことを示す。 7500ÅのPt層及びその下の600ÅのZr層を含む
２重の底部電極構造体を有する薄膜キヤパシタの
試料は、アルゴン中、1025℃でアニールされた。
これらの試料は、1000℃よりも高い温度での処理
後には、２倍の増加を示す。シート抵抗率は、ア
ニール前は0.24Ω／□であり、アニール後は
0.43Ω／□であつた。Pt／Zr又はPt／Hfの電極構
造体は、約1000℃よりも高い付着温度では、安定
である。この特性は、FETの適用について金属
ゲートを形成する際に、有用となり得る。 第３図は、Pt／Zrの底部電極を有するキヤパ
シタ装置アレイの断面を示す。キヤパシタ領域
は、ほぼ4.13×10-2cm2であつた。キヤパシタは、
500ÅのZr層３及び7500ÅのPt層４より成る２重
の底部電極と、Pt層４上に付着された173Åの
Si3N4層５と、層５上に付着された225ÅのTa2O5
層６と、銅を４％含むアルミニウムより成る7000
Åの対向電極７とを含む。ほぼ100個の装置が、
SiO2の付着前にテストされ、そして、3Vで10-10
乃至10-11Aよりも小さい漏れで、大体10nFが得
られた。 第６図は、フリツプ・チツプ・ボンデイング用
のハンダ・パツド５０及び６０を含むように処理
された、半導体装置の断面を示す。２重の底部電
極１０が、上にSiO2層２が形成されたシリコン
基板１上に形成される。続いて、好ましくは
Si3N4及びTa2O5の２重層より成ると良い誘電体
層２０が、付着される。Cu、Al、Al−Cu等のよ
うな通常の導電物質より成る対向電極７が付着さ
れ、そして通常の方法で所望の電極パターンに形
成される。SiO2層３０が付着された後に、底部
電極１０及び対向電極７の部分を露出するため
に、通常のフオトリソグラフイ及び食刻の技術
で、SiO2層３０及び誘電体層２０を貫通して、
接点開孔が開けられる。ハンダ・パツド５０及び
６０が、フリツプ・チツプ・ボンデイング用に、
各々電極７及び１０に接触して形成される。ハン
ダ・パツドは、下の電極との界面において、Cr
−Cu−Au層４０を含む。
第１図は、底部電極構造体の断面を示す。第２
図は、反応が起こるところの界面を示す底部電極
の断面を示す。第３図は、キヤパシタ装置アレイ
の断面を示す。第４図は、酸化されたシリコン上
に付着されたPt−Hfについてのオージエの深さ
の合成プロフイールを示す。第５図は、真空中
800℃でのアニール後におけるオージエの深さの
合成プロフイールを示す。第６図は、フリツプ・
チツプ・ボンデイング用のハンダ・パツドを含む
キヤパシタ装置アレイの断面を示す。 １……基板、２……二酸化シリコン層、３……
Zr、Hf又はTaの層、４……Pt層、５……Si3N4
層、６……Ta2O5層、７……対向電極。
図は、反応が起こるところの界面を示す底部電極
の断面を示す。第３図は、キヤパシタ装置アレイ
の断面を示す。第４図は、酸化されたシリコン上
に付着されたPt−Hfについてのオージエの深さ
の合成プロフイールを示す。第５図は、真空中
800℃でのアニール後におけるオージエの深さの
合成プロフイールを示す。第６図は、フリツプ・
チツプ・ボンデイング用のハンダ・パツドを含む
キヤパシタ装置アレイの断面を示す。 １……基板、２……二酸化シリコン層、３……
Zr、Hf又はTaの層、４……Pt層、５……Si3N4
層、６……Ta2O5層、７……対向電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ハフニウム、ジルコニウム及びタンタルから
成るグループから選択された金属の第１層と白金
の第２層とが界面に金属間化合相を形成して重な
る底部電極と、前記第２層の上に形成された誘電
体層と、前記誘電体層の上に形成された対向電極
と、を含む薄膜キヤパシタ。 ２ ハフニウム、ジルコニウム及びタンタルから
成るグループから選択された金属の第１層を基板
の上に付着し、前記第１層の上に白金の第２層を
付着し、前記第２層の上に誘電体層を付着し、前
記誘電体層の上に対向電極を形成することを含む
薄膜キヤパシタの形成方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/335,136 US4423087A (en) | 1981-12-28 | 1981-12-28 | Thin film capacitor with a dual bottom electrode structure |
| US335136 | 1981-12-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58115843A JPS58115843A (ja) | 1983-07-09 |
| JPH0139657B2 true JPH0139657B2 (ja) | 1989-08-22 |
Family
ID=23310421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57182216A Granted JPS58115843A (ja) | 1981-12-28 | 1982-10-19 | 薄膜キャパシタ及びその形成方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4423087A (ja) |
| EP (1) | EP0082919B1 (ja) |
| JP (1) | JPS58115843A (ja) |
| DE (1) | DE3276277D1 (ja) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4952904A (en) * | 1988-12-23 | 1990-08-28 | Honeywell Inc. | Adhesion layer for platinum based sensors |
| JP2972238B2 (ja) * | 1989-09-26 | 1999-11-08 | 日本電気株式会社 | 半導体記憶素子 |
| NL9000602A (nl) * | 1990-03-16 | 1991-10-16 | Philips Nv | Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting met geheugenelementen vormende condensatoren met een ferroelectrisch dielectricum. |
| JPH05109982A (ja) * | 1991-10-18 | 1993-04-30 | Sharp Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| US5406447A (en) * | 1992-01-06 | 1995-04-11 | Nec Corporation | Capacitor used in an integrated circuit and comprising opposing electrodes having barrier metal films in contact with a dielectric film |
| US5723171A (en) * | 1992-10-23 | 1998-03-03 | Symetrix Corporation | Integrated circuit electrode structure and process for fabricating same |
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