JPH0424958A - 容量素子の構造 - Google Patents
容量素子の構造Info
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- JPH0424958A JPH0424958A JP2125208A JP12520890A JPH0424958A JP H0424958 A JPH0424958 A JP H0424958A JP 2125208 A JP2125208 A JP 2125208A JP 12520890 A JP12520890 A JP 12520890A JP H0424958 A JPH0424958 A JP H0424958A
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Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は容量素子の構造に係り、特に、チタン酸ジルコ
ン酸鉛系酸化物の誘電体膜を有する容量素子の構造に関
する。
ン酸鉛系酸化物の誘電体膜を有する容量素子の構造に関
する。
［従来の技術］
現在、種々の集積回路がシワコンウェハ上に形成されて
おり、かかる集積回路中には容量素子が回路構成素子の
一部として頻繁に採用されている。
おり、かかる集積回路中には容量素子が回路構成素子の
一部として頻繁に採用されている。
容量素子は上部および下部の電極間に誘電膜を介在させ
た構造を有しており、容量素子の容量値は素子の幾何学
的寸法だけでなく誘電膜を形成する誘電体の誘電率にも
支配されている。近年の集積回路における回路素子の縮
小化にともない、容量素子の平面的幾何学寸法は減少の
一途を辿っており、かかる平面的寸法の減少に伴う容量
値の減少を高誘電体て誘電膜を形成することで補う試み
がなされている。
た構造を有しており、容量素子の容量値は素子の幾何学
的寸法だけでなく誘電膜を形成する誘電体の誘電率にも
支配されている。近年の集積回路における回路素子の縮
小化にともない、容量素子の平面的幾何学寸法は減少の
一途を辿っており、かかる平面的寸法の減少に伴う容量
値の減少を高誘電体て誘電膜を形成することで補う試み
がなされている。
従来、シリコン系集積回路の誘電膜としては、シリコン
酸化膜か一般的であり、更に、数年来、タンタル酸化膜
も研究されてきた。シリコン酸化物の誘電率εは７〜８
てあり、タンタル酸化物のそれは５０程度である。しか
しながら、チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物の誘電率はタ
ンタル酸化物の１０倍以上であり、将来のＵＬＳＩ（Ｕ
ｌｔｒａ −Ｌ ａ ｒ ｇ ｅ Ｓ Ｃａ Ｉ
ｅ Ｉ ｎ ”Ｌ ｅ ｇ ｒ ａ ｔｉｏｎ）
用誘電膜として様々な角度から研究開発の努力がなされ
ている。例えば、 「固体物理」誌の１９９０年第３号
第２５巻の第２２１頁〜第２２５頁には、「第７回強誘
電体国際会議と強誘電体集積メモリ」と題する記事で、
チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物を上下２つの電極で挟ん
だ容量素子を含むＤＲＡＭセルが提案されている。
酸化膜か一般的であり、更に、数年来、タンタル酸化膜
も研究されてきた。シリコン酸化物の誘電率εは７〜８
てあり、タンタル酸化物のそれは５０程度である。しか
しながら、チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物の誘電率はタ
ンタル酸化物の１０倍以上であり、将来のＵＬＳＩ（Ｕ
ｌｔｒａ −Ｌ ａ ｒ ｇ ｅ Ｓ Ｃａ Ｉ
ｅ Ｉ ｎ ”Ｌ ｅ ｇ ｒ ａ ｔｉｏｎ）
用誘電膜として様々な角度から研究開発の努力がなされ
ている。例えば、 「固体物理」誌の１９９０年第３号
第２５巻の第２２１頁〜第２２５頁には、「第７回強誘
電体国際会議と強誘電体集積メモリ」と題する記事で、
チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物を上下２つの電極で挟ん
だ容量素子を含むＤＲＡＭセルが提案されている。
第２図にチタン酸ジルコン酸鉛系高誘電体を含む従来の
容量素子を示す断面図である。図において、２０１は下
部電極としての、例えば、シリコン基板であり、このシ
リコンの基板２０１上には、チタン酸ジルコン酸鉛系の
酸化物で形成された誘電体膜２０３が積層されており、
この誘電体膜２０３は、例えば、ゾル−ゲル法により成
膜される。
容量素子を示す断面図である。図において、２０１は下
部電極としての、例えば、シリコン基板であり、このシ
リコンの基板２０１上には、チタン酸ジルコン酸鉛系の
酸化物で形成された誘電体膜２０３が積層されており、
この誘電体膜２０３は、例えば、ゾル−ゲル法により成
膜される。
誘電体膜２０３上には、金の上部電極２０５が重畳され
ている。
ている。
［発明が解決しようとする問題点コ
しかしながら、上記構成に係る容量素子は、上部電極２
０５と下部電極２０１間に印加される電圧を増加させる
と漏洩電流が著しく増加し、実用に適さないという問題
点があった。事実、チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物を誘
電体とする従来の容量素子では、耐圧が０．５ ＭＶ
／ｃｍと極めて低く、集積回路中の微細な容量素子とし
ては採用できなかった。
０５と下部電極２０１間に印加される電圧を増加させる
と漏洩電流が著しく増加し、実用に適さないという問題
点があった。事実、チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物を誘
電体とする従来の容量素子では、耐圧が０．５ ＭＶ
／ｃｍと極めて低く、集積回路中の微細な容量素子とし
ては採用できなかった。
［問題点を解決するための手段］
本発明者は上記問題点に鑑み、チタン酸ジルコン酸鉛系
酸化物の耐圧向上を図るべく研究し、低耐圧の原因がチ
タン酸ジルコン酸鉛系酸化物の微細膜構造にあることを
見いだした。すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物
を下部電極上に被着すると、チタン酸ジルコン酸鉛系酸
化物の薄膜は第３図に模式的に示すように柱状結晶体２
０３ａ〜２０３１の集合体となっており、この柱状結晶
体２０３ａ〜２０３１の微細な隙間（以下、配向性微小
クラックという）を電流が流れ、薄膜の耐圧を低下させ
ているとの知見を得た。
酸化物の耐圧向上を図るべく研究し、低耐圧の原因がチ
タン酸ジルコン酸鉛系酸化物の微細膜構造にあることを
見いだした。すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物
を下部電極上に被着すると、チタン酸ジルコン酸鉛系酸
化物の薄膜は第３図に模式的に示すように柱状結晶体２
０３ａ〜２０３１の集合体となっており、この柱状結晶
体２０３ａ〜２０３１の微細な隙間（以下、配向性微小
クラックという）を電流が流れ、薄膜の耐圧を低下させ
ているとの知見を得た。
本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要
旨はシリコンの下部電極と、該下部電極上に形成された
チタン酸ジルコン酸鉛系高誘電体の誘電膜と、該誘電膜
上に形成された上部電極とを有する容量素子の構造にお
いて、上記チタン酸ジルコン酸鉛系高誘電体に発生する
配向性微小クラックをシリコン系絶縁物で充填したこと
である。
旨はシリコンの下部電極と、該下部電極上に形成された
チタン酸ジルコン酸鉛系高誘電体の誘電膜と、該誘電膜
上に形成された上部電極とを有する容量素子の構造にお
いて、上記チタン酸ジルコン酸鉛系高誘電体に発生する
配向性微小クラックをシリコン系絶縁物で充填したこと
である。
［発明の作用コ
上記構成に係る容量素子では、配向性微小クラックがシ
リコン系絶縁物で充填されているので、シリコン系絶縁
物がこれらの配向性微小クラックを通って上部電極と下
部電極間を流れる電流を阻止し、誘電膜の耐圧を向上さ
せることができる。
リコン系絶縁物で充填されているので、シリコン系絶縁
物がこれらの配向性微小クラックを通って上部電極と下
部電極間を流れる電流を阻止し、誘電膜の耐圧を向上さ
せることができる。
「実施例コ
第１図は本発明に係る容量素子の一実施例を示す断面図
であり、一実施例は本発明をＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｒａｎｄｏｍ ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏ ｒｙ）の
記憶セルに適用したものである。
であり、一実施例は本発明をＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｒａｎｄｏｍ ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏ ｒｙ）の
記憶セルに適用したものである。
図において、１０１は単結晶シリコンの基板であり、記
憶セルはスイッチングトランジスタ】０３と該スイッチ
ングトランジスタ１０３に直列に接続された容量素子１
０５とで構成されている。容量素子１０５は単結晶シリ
コン基板１０１の表面部に形成された基板１０１とは反
対導電系の不純物領域１０７と、チタン酸ジルコン酸鉛
系の酸化物で形成された誘電膜１０９と、該誘電膜１０
９上のポリシリコン電極１１１とを有している。不純物
領域１０７は下部電極を構成し、ポリシリコン電極１１
１は上部電極を構成している。
憶セルはスイッチングトランジスタ】０３と該スイッチ
ングトランジスタ１０３に直列に接続された容量素子１
０５とで構成されている。容量素子１０５は単結晶シリ
コン基板１０１の表面部に形成された基板１０１とは反
対導電系の不純物領域１０７と、チタン酸ジルコン酸鉛
系の酸化物で形成された誘電膜１０９と、該誘電膜１０
９上のポリシリコン電極１１１とを有している。不純物
領域１０７は下部電極を構成し、ポリシリコン電極１１
１は上部電極を構成している。
本実施例では、チタン酸ジルコン酸鉛系酸化物は、組成
式ＰｂＴｉＯ３で示されるが、このチタン酸ジルコン酸
鉛系酸化物のＢサイト置換物（一般式Ｐ ｂ （Ｔ Ｉ
＋−ｘＺ ｒｘ） ０３て示される。但し、０＜Ｘ＜
ｌ）、およびそのＡサイト置換物（一般式％式％ し、Ｌａはランタノイドを示しており、０くｙ〈０．２
０）でもよい。
式ＰｂＴｉＯ３で示されるが、このチタン酸ジルコン酸
鉛系酸化物のＢサイト置換物（一般式Ｐ ｂ （Ｔ Ｉ
＋−ｘＺ ｒｘ） ０３て示される。但し、０＜Ｘ＜
ｌ）、およびそのＡサイト置換物（一般式％式％ し、Ｌａはランタノイドを示しており、０くｙ〈０．２
０）でもよい。
かかる構成の容量素子１０５の誘電膜１０９は、第４図
に詳示されているように、柱状結晶体１０９ａ〜１０９
１間の配向性微小クラックがシリコン酸化物１１３ａ〜
１１３にで埋められており、このシリコン酸化物】１３
ａ〜１１３にはチタン酸ジルコン酸鉛系酸化物に対して
０．５重量％〜３０重量％の範囲である。これはシリコ
ン酸化物１１３ａ〜１１３ｋが０．５重量％未満だと配
向性微小−クラックが充分に埋められず、反対に、シリ
コン酸化物１１３ａ〜１１３ｋが３０重量％を超えると
、誘電膜１１９の誘電率が低下するためである。
に詳示されているように、柱状結晶体１０９ａ〜１０９
１間の配向性微小クラックがシリコン酸化物１１３ａ〜
１１３にで埋められており、このシリコン酸化物】１３
ａ〜１１３にはチタン酸ジルコン酸鉛系酸化物に対して
０．５重量％〜３０重量％の範囲である。これはシリコ
ン酸化物１１３ａ〜１１３ｋが０．５重量％未満だと配
向性微小−クラックが充分に埋められず、反対に、シリ
コン酸化物１１３ａ〜１１３ｋが３０重量％を超えると
、誘電膜１１９の誘電率が低下するためである。
［発明の効果］
以上説明してきたように、本発明に係る薄膜形成方法に
よると、高誘電体のフラックスかし−ザー光照射および
電界からのエネルギーを得て化学的に活性化される上、
活性酸素の支援を受けるので、基板をペロブスカイト構
造の結晶成長の遷移温度以下に保持してもペロブスカイ
ト構造の高誘電体がシリコン系の層が露出した基板上に
成長する。しかも、基板が低温に保たれているので、高
誘電体とシリコンの化合物が発生しにくく、高誘電率の
薄膜を生成することができる。本実施例の誘電膜１１９
では、耐圧は約５ Ｍ Ｖ ／ ｃ ｍであった。
よると、高誘電体のフラックスかし−ザー光照射および
電界からのエネルギーを得て化学的に活性化される上、
活性酸素の支援を受けるので、基板をペロブスカイト構
造の結晶成長の遷移温度以下に保持してもペロブスカイ
ト構造の高誘電体がシリコン系の層が露出した基板上に
成長する。しかも、基板が低温に保たれているので、高
誘電体とシリコンの化合物が発生しにくく、高誘電率の
薄膜を生成することができる。本実施例の誘電膜１１９
では、耐圧は約５ Ｍ Ｖ ／ ｃ ｍであった。
次に、第１図に示された容量素子の製造構成を説明する
。なお、本願発明に直接関係するのは容量素子１０５の
誘電膜１０９だけなので、その製造工程のみ説明する。
。なお、本願発明に直接関係するのは容量素子１０５の
誘電膜１０９だけなので、その製造工程のみ説明する。
単結晶シリコン基板１０７の表面部に不純物領域１０７
が形成されると、スパッタリング法によりチタン酸ジル
コン酸鉛系酸化物が不純物領域上に被着される。次に、
酸化雰囲気中でチタン酸ジルコン酸鉛系酸化物はレーザ
ーアニールを施される。かかる酸化雰囲気中のレーザー
アニールにより、不純物領域１０７から供給されるシリ
コンと酸素とが配向性微小クラック１０９ａ〜１０９１
中で化学反応し、シリコン酸化物１１３ａ〜１１３ｋが
配向性微小クラック１１３ａ〜１１３に中に形成される
。なお、酸化雰囲気は酸素分子を含めて形成してもよく
、オゾンを含めて形成してもよい。また、シリコン系絶
縁物はシリコン酸化物だけでなく、シリコン窒化物でも
よい。
が形成されると、スパッタリング法によりチタン酸ジル
コン酸鉛系酸化物が不純物領域上に被着される。次に、
酸化雰囲気中でチタン酸ジルコン酸鉛系酸化物はレーザ
ーアニールを施される。かかる酸化雰囲気中のレーザー
アニールにより、不純物領域１０７から供給されるシリ
コンと酸素とが配向性微小クラック１０９ａ〜１０９１
中で化学反応し、シリコン酸化物１１３ａ〜１１３ｋが
配向性微小クラック１１３ａ〜１１３に中に形成される
。なお、酸化雰囲気は酸素分子を含めて形成してもよく
、オゾンを含めて形成してもよい。また、シリコン系絶
縁物はシリコン酸化物だけでなく、シリコン窒化物でも
よい。
本発明に基づく誘電膜の有効性を測定すべく、第５図に
示すような容量素子を種々形成し、耐圧を測定した。第
５図において、３０１はシリコンの下部電極であり、平
面寸法は０．１ミリメートルｘ０．１ミリメートルであ
る。また、膜厚は約０．４ミクロンである。３０３は上
記実施例と同様の方法で形成されたチタン酸ジルコン酸
鉛系酸化物の誘電膜であり、３０５は金の上部電極であ
る。それぞれの誘電膜３０３中の絶縁物とそのチタン酸
ジルコン酸鉛系絶縁物に対する比率（Ｒ）を測定された
耐圧（Ｖ ＭＶ／ｃｍ）および比誘電率（ε）と共に
表１ （誘電膜としてＰｂＴ ｉ○３を使用）、表２（
誘電膜としてＰ ｂ （Ｔ ｉ ｅ、ｓＺｒ ［１，５
） ０３を使用）、表３（誘電膜はＰｂｅ９Ｌａｅ、＋
（Ｔ １ｌ１５Ｚ ｒｅ、ｓｏ３を使用）に示す。
示すような容量素子を種々形成し、耐圧を測定した。第
５図において、３０１はシリコンの下部電極であり、平
面寸法は０．１ミリメートルｘ０．１ミリメートルであ
る。また、膜厚は約０．４ミクロンである。３０３は上
記実施例と同様の方法で形成されたチタン酸ジルコン酸
鉛系酸化物の誘電膜であり、３０５は金の上部電極であ
る。それぞれの誘電膜３０３中の絶縁物とそのチタン酸
ジルコン酸鉛系絶縁物に対する比率（Ｒ）を測定された
耐圧（Ｖ ＭＶ／ｃｍ）および比誘電率（ε）と共に
表１ （誘電膜としてＰｂＴ ｉ○３を使用）、表２（
誘電膜としてＰ ｂ （Ｔ ｉ ｅ、ｓＺｒ ［１，５
） ０３を使用）、表３（誘電膜はＰｂｅ９Ｌａｅ、＋
（Ｔ １ｌ１５Ｚ ｒｅ、ｓｏ３を使用）に示す。
（以下、余白）
番
Ｓｉ ○２
同上
同上
同上
同上
同上
同上
同上
ｉ３Ｎ４
同上
同上
同上
同上
−Ｎ−０
同上
同上
絶縁物
ＷＴ％
０．３
０．４
０．５
１．５
１０．３
２２．０
３０．０
３５．０
０．４
０．５
１５．６
３０．０
３３．０
０．２
０．５
２９．９
３９、Ｏ
ＭＶ／ｃｍ
Ｏｏ ５
０、６
２、０
４、０
５、５
５、７
６、０゛
８、２
０、４
２、５
６、 ０
６、５
８、３
０、５
２、５
６、２
ε
リーク
リーク
リーク
リ
ーク
番 絶縁物
” ＷＴχ
ｌＳｉＯ２０，３
２同上 ９．５
３ 同上 ３０．７
４ 同上 ３６．０
５ ５ｉ３Ｎａ Ｏ，２
６同上 ５．５
７ 同上 １３．８
８ 同上 ３９．０
９５−Ｎ−００，４
１０同上 ２５．０
１１ 上 ４０．０
（以下、余白）
門Ｖ／ｃｍ
Ｏｏ ４
５、２
６、５
８、３
０、２
５、３
６、０
８、５
０、３
６、０
９、２
リーク
リーク
リーク
番
１ ５ｉ（ｈ
２ 同上
３ 同上
４ ５ｉ３Ｎ４
５ 同上
６ 同上
７ 同上
８ ５−Ｎ−０
９同上
ＷＴ％ ＭＶ／ｃｍ
Ｏ，１０，２
２０，０５，３
３６，０Ｂ、５
０．４０．４
１？、５ ５．０
２７．０ ６．７
３４．０ ８．０
０．３０．５
１４．０ ６．０
３２．０ ８．８
（以下、余白）
絶縁物
ε
［発明の効果］
以上説明してきたように、本発明ζこよると、高誘電体
の配向性微小クラ・ンクがシリコン系絶縁物で充填され
ているので、これを容量素子の誘電膜として使用しても
漏洩電流が発生せず、誘電膜の耐圧を向上されられると
いう効果を得られる。
の配向性微小クラ・ンクがシリコン系絶縁物で充填され
ているので、これを容量素子の誘電膜として使用しても
漏洩電流が発生せず、誘電膜の耐圧を向上されられると
いう効果を得られる。
第１図は本発明の一実施例に係る容量素子を示す断面図
、 第２図は従来の容量素子を示す断面図、第３図は従来の
誘電膜を示す模式図、 第４図は一実施例の誘電膜を示す模式図、第５図は耐圧
測定用の容量素子を示す断面図である。 １０１、、、単結晶シリコン基板、 １０５、、、容量素子、 １０７、、、不純物領域、 １０９、、、誘電膜、 １０９ａ 〜１０９１．．．柱状結晶体、１゜ ポリシリコン電極、 １３ａ〜１ １３ｋ。 シリコン系絶縁物。
、 第２図は従来の容量素子を示す断面図、第３図は従来の
誘電膜を示す模式図、 第４図は一実施例の誘電膜を示す模式図、第５図は耐圧
測定用の容量素子を示す断面図である。 １０１、、、単結晶シリコン基板、 １０５、、、容量素子、 １０７、、、不純物領域、 １０９、、、誘電膜、 １０９ａ 〜１０９１．．．柱状結晶体、１゜ ポリシリコン電極、 １３ａ〜１ １３ｋ。 シリコン系絶縁物。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、シリコンの下部電極と、 該下部電極上に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛系高誘
電体の誘電膜と、 該誘電膜上に形成された上部電極とを有する容量素子の
構造において、 上記チタン酸ジルコン酸鉛系高誘電体に発生する配向性
微小クラックをシリコン系絶縁物で充填したことを特徴
とする容量素子の構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2125208A JPH0424958A (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | 容量素子の構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2125208A JPH0424958A (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | 容量素子の構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0424958A true JPH0424958A (ja) | 1992-01-28 |
Family
ID=14904565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2125208A Pending JPH0424958A (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | 容量素子の構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0424958A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011117228A (ja) * | 2009-12-04 | 2011-06-16 | Kotobuki Corp | 移動観覧席 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0319373A (ja) * | 1989-06-16 | 1991-01-28 | Seiko Epson Corp | 強誘電体薄膜の形成方法 |
| JPH0380562A (ja) * | 1989-08-23 | 1991-04-05 | Nec Corp | 薄膜コンデンサの製造方法 |
| JPH03110861A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-05-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 強誘電体薄膜の製造方法 |
-
1990
- 1990-05-15 JP JP2125208A patent/JPH0424958A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0319373A (ja) * | 1989-06-16 | 1991-01-28 | Seiko Epson Corp | 強誘電体薄膜の形成方法 |
| JPH0380562A (ja) * | 1989-08-23 | 1991-04-05 | Nec Corp | 薄膜コンデンサの製造方法 |
| JPH03110861A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-05-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011117228A (ja) * | 2009-12-04 | 2011-06-16 | Kotobuki Corp | 移動観覧席 |
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