JPH05218299A - Thin film capacitor and its manufacture - Google Patents

Thin film capacitor and its manufacture

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JPH05218299A
JPH05218299A JP4042011A JP4201192A JPH05218299A JP H05218299 A JPH05218299 A JP H05218299A JP 4042011 A JP4042011 A JP 4042011A JP 4201192 A JP4201192 A JP 4201192A JP H05218299 A JPH05218299 A JP H05218299A
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lower electrode
thin film
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tantalum oxide
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弘 山口
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Abstract

PURPOSE:To eliminate the step-difference between a lower electrode and a substrate, by constituting the part of a first layer on the upper part of which a second layer is laminated, of tantalum oxide wherein O/Ta is lower than or equal to 2.0 and oxygen is short from stoichiometrical composition. CONSTITUTION:An insulating layer 2 composed of SiO2 is laminated on a silicon substrate 1. On a contact hole 3, conductive tantalum oxide 5 is formed. On the other part, a first layer composed of Ta2O5 6 as insulator is formed. On the tantalum oxide 5 as a conducting layer, a second layer composed of platinum (Pt) 7 is formed. On a lower electrode BaTiO3 8 as dielectric is laminated. Thereon a film of Al 9 of an upper electrode is laminated to constitute a thin- film capacitor. Thereby the step-difference of the lower electrode is reduced, the short-circuit between the lower electrode and the upper electrode which short-circuit is due to imperfect step coverage is prevented, and a thin film capacitor can be formed with high reproducibility.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は小型電子回路(以下LS
Iとする)に用いる薄膜コンデンサの構造に関し、特に
下部電極の構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a small electronic circuit (hereinafter referred to as LS).
I)), and particularly the structure of the lower electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】集積回路技術の発達にともなって電子回
路がますます小型化しており、各種電子回路に必須の回
路素子であるコンデンサの小型化も一段と重要になって
きている。しかし、能動素子の小型化に比べると、薄膜
コンデンサの小型化は遅れており、高集積化を阻む大き
な要因となっている。そこで、コンデンサを小型化する
手法として従来用いられているようなSiO2やSi3
4よりも大きな誘電率を持つBaTiO3,SrTi
3,PbZrO3,PbTiO3あるいはその固溶体か
らなる強誘電体を用いてコンデンサを開発することが重
要となってきている。
2. Description of the Related Art With the development of integrated circuit technology, electronic circuits are becoming smaller and smaller, and it is becoming more important to make capacitors, which are circuit elements essential for various electronic circuits, smaller. However, miniaturization of thin-film capacitors is delayed compared to miniaturization of active elements, which is a major factor preventing high integration. Therefore, SiO 2 and Si 3 N, which are conventionally used as a method for miniaturizing capacitors, are used.
BaTiO 3 , SrTi having a dielectric constant larger than 4
It has become important to develop a capacitor using a ferroelectric substance composed of O 3 , PbZrO 3 , PbTiO 3 or a solid solution thereof.

【0003】従来、このような誘電体を用いた薄膜キャ
パシタは、シリコン電極上に直接スパッタ法により誘電
体膜,上部電極を順に形成した構造(特願平1−217
918号)、またはシリコン電極上にタンタル,チタン
などの少なくとも1種類の高融点金属からなる第1層及
び白金,パラジュウムの少なくとも1種類の材料からな
る第2層から構成される導電層上に誘電体膜,上部電極
を順次形成した構造(特願平1−238484号)が用
いられている。
Conventionally, a thin film capacitor using such a dielectric has a structure in which a dielectric film and an upper electrode are sequentially formed on a silicon electrode by a direct sputtering method (Japanese Patent Application No. 1-217).
No. 918) or a conductive layer composed of a first layer made of at least one refractory metal such as tantalum and titanium on a silicon electrode and a second layer made of at least one material of platinum and palladium. A structure in which a body film and an upper electrode are sequentially formed (Japanese Patent Application No. 1-238484) is used.

【0004】また、例えば1969年のアイ・ビー・エ
ム・ジャーナル・オブ・リサーチ・アンド・デベロップ
メント,第68巻,686〜695頁(IBM Jou
rnal of Research and deve
lopment,68,P686〜695)に記載され
ているように、サファイア等の絶縁基板上に下部電極と
してPtまたはPdを堆積し、誘電体膜,上部電極を順
次堆積する構造が知られている。
Further, for example, 1969 IBM Journal of Research and Development, Vol. 68, pp. 686-695 (IBM Jou
rnal of Research and dev
Lopment, 68, P686-695), a structure is known in which Pt or Pd is deposited as a lower electrode on an insulating substrate such as sapphire, and a dielectric film and an upper electrode are sequentially deposited.

【0005】しかし、シリコン上に直接誘電体膜を堆積
し、シリコンを下部電極としてコンデンサを作製する場
合には、誘電体膜とシリコンとの間に低誘電率層ができ
てしまい、高い容量密度を得ることができない。また、
PtやPdを下部電極として用いようとしても、LSI
に提供するためには、シリコンの拡散が下部電極で起こ
り、結果としてシリコンの上に直接誘電体膜を堆積した
のと同じように低誘電率層ができてしまう。
However, when a dielectric film is directly deposited on silicon and a capacitor is manufactured by using silicon as a lower electrode, a low dielectric constant layer is formed between the dielectric film and silicon, resulting in high capacitance density. Can't get Also,
Even if Pt or Pd is used as the lower electrode, the LSI
In order to provide a low dielectric constant layer, silicon diffusion occurs at the bottom electrode, resulting in a low dielectric constant layer as if a dielectric film was deposited directly on silicon.

【0006】以上のようなことから、LSIに適用する
ことを目的とした、強誘電体を用いた薄膜コンデンサに
は特願平1−238484号にあるような下部電極とし
て金属の2層構造を用いたものによる試みが広く行われ
るようになってきている。
From the above, a thin film capacitor using a ferroelectric for the purpose of applying to an LSI has a two-layer structure of metal as a lower electrode as in Japanese Patent Application No. 1-238484. Attempts by the ones used have become widespread.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述した構造のキャパ
シタをLSIに適用するためには、下部電極を適当な面
積で、かつ他の下部電極とが導通しないように加工しな
ければならない。そのためには導電層である下部電極を
1層,2層ともエッチングして取り除かなければならな
い。
In order to apply the capacitor having the above-mentioned structure to an LSI, the lower electrode must be processed in an appropriate area so as not to be electrically connected to other lower electrodes. For that purpose, the lower electrode which is a conductive layer must be removed by etching both the first layer and the second layer.

【0008】しかし、下部電極をエッチングすることに
より生じた段差上に誘電体膜を堆積する際、ステップカ
バレージよく堆積できないと、膜厚の薄いところや、誘
電体膜の付いていないところでは下部電極と上部電極が
導通したり、あるいは低い電圧で破壊してしまい、コン
デンサとして充分動作させることができなくなってしま
う。以上のように、LSI用強誘電体膜を用いたコンデ
ンサを作製するためには下部電極と基板との段差をでき
るだけ小さくすることが重要である。
However, when the dielectric film is deposited on the step formed by etching the lower electrode, if the step coverage cannot be deposited well, the lower electrode is formed in a thin film portion or a portion without the dielectric film. Then, the upper electrode becomes conductive or is broken at a low voltage, and it becomes impossible to sufficiently operate as a capacitor. As described above, in order to manufacture a capacitor using the ferroelectric film for LSI, it is important to minimize the step between the lower electrode and the substrate.

【0009】本発明の目的は、下部電極と基板との段差
をなくして誘電体膜を、よりステップカバレージよく堆
積しうる薄膜コンデンサ及びその製造方法を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a thin film capacitor capable of eliminating a step between the lower electrode and the substrate and depositing a dielectric film with better step coverage, and a method of manufacturing the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による薄膜コンデンサにおいては、シリコン
基板上に絶縁層が形成され、絶縁層内にシリコン基板と
の導通をとるコンタクトホールが開口され、コンタクト
ホール内にタングステンあるいはポリシリコンが埋め込
まれ、下部電極,誘電体膜及び上部電極を絶縁層上に順
次積層した構造の薄膜キャパシタであって、誘電体は、
BaTiO3,SrTiO3,PbTiO3,PbZrO3
から選ばれた一つ、あるいはこれらの固溶体からなり、
誘電体を直接成膜する下部電極は、絶縁膜上に形成され
る第1層と、その上の一部分に積層された白金からなる
第2層とから構成され、上部に第2層が積層されていな
い第1層の部分は、Ta25であり、上部に第2層が積
層されている第1層の部分は、O/Taが2.0以下の
酸素が化学量論組成から不足している導電性のタンタル
酸化物である。
In order to achieve the above object, in a thin film capacitor according to the present invention, an insulating layer is formed on a silicon substrate, and a contact hole for establishing conduction with the silicon substrate is opened in the insulating layer. , A thin film capacitor having a structure in which tungsten or polysilicon is embedded in a contact hole, and a lower electrode, a dielectric film, and an upper electrode are sequentially stacked on an insulating layer, and the dielectric is
BaTiO 3 , SrTiO 3 , PbTiO 3 , PbZrO 3
Selected from the following, or consisting of these solid solutions,
The lower electrode for directly depositing the dielectric is composed of a first layer formed on the insulating film and a second layer made of platinum laminated on a part thereof, and the second layer is laminated on the upper portion. The part of the first layer which is not present is Ta 2 O 5 , and the part of the first layer in which the second layer is laminated on top has oxygen with O / Ta of 2.0 or less from the stoichiometric composition. Conductive tantalum oxide.

【0011】薄膜コンデンサの製造方法においては、シ
リコン基板上に絶縁層を形成し、絶縁層内にシリコン基
板との導通をとるコンタクトホールを開口して、該コン
タクトホール内にタングステンあるいはポリシリコンを
埋め込み、絶縁層上に順次下部電極,誘電体膜及び上部
電極を積層する薄膜コンデンサの製造方法であって、下
部電極は、絶縁膜上に直接形成する第1層と、その上の
一部分に白金からなる第2層を積層して形成するもので
あり、上部に第2層が積層されない第1層の部分は、T
25であり、上部に第2層が積層される第1層の部分
は、O/Taが2.0以下の酸素が化学量論組成から不
足している導電性のタンタル酸化物であり、下部電極の
第1層のTa25及び導電性のタンタル酸化物は、基板
温度500℃以上1000℃以下、酸素雰囲気中でアニ
ールすることにより作製するものである。
In the method of manufacturing a thin film capacitor, an insulating layer is formed on a silicon substrate, a contact hole for establishing conduction with the silicon substrate is opened in the insulating layer, and tungsten or polysilicon is embedded in the contact hole. A method of manufacturing a thin film capacitor, in which a lower electrode, a dielectric film and an upper electrode are sequentially laminated on an insulating layer, wherein the lower electrode comprises a first layer formed directly on the insulating film and platinum on a part of the first layer. The second layer is formed by laminating the second layer, and the first layer portion on which the second layer is not laminated is T
The part of the first layer, which is a 2 O 5 and on which the second layer is laminated, is a conductive tantalum oxide in which oxygen with O / Ta of 2.0 or less is insufficient from the stoichiometric composition. The Ta 2 O 5 and the conductive tantalum oxide of the first layer of the lower electrode are prepared by annealing in a oxygen atmosphere at a substrate temperature of 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

【0012】また、シリコン基板上に絶縁層を形成し、
絶縁層内にシリコン基板との導通をとるコンタクトホー
ルを開口して、該コンタクトホール内にタングステンあ
るいはポリシリコンを埋め込み、絶縁層上に順次下部電
極,誘電体膜及び上部電極を積層する薄膜コンデンサの
製造方法であって、下部電極は、絶縁膜上に直接形成す
る第1層と、その上の一部分に白金からなる第2層を積
層して形成するものであり、上部に第2層が積層されな
い第1層の部分は、Ta25であり、上部に第2層が積
層される第1層の部分は、O/Taが2.0以下の酸素
が化学量論組成から不足している導電性のタンタル酸化
物であり、下部電極の第1層のTa25及び導電性のタ
ンタル酸化物は、酸素のイオン注入により作製するもの
である。
An insulating layer is formed on the silicon substrate,
A thin film capacitor in which a contact hole for establishing conduction with a silicon substrate is opened in an insulating layer, tungsten or polysilicon is embedded in the contact hole, and a lower electrode, a dielectric film and an upper electrode are sequentially laminated on the insulating layer In the manufacturing method, the lower electrode is formed by laminating a first layer directly formed on the insulating film and a second layer made of platinum on a part of the first layer, and laminating the second layer on the upper part. The part of the first layer that is not formed is Ta 2 O 5 , and the part of the first layer on which the second layer is laminated has oxygen with O / Ta of 2.0 or less from the stoichiometric composition. The conductive tantalum oxide, which is Ta 2 O 5 and the conductive tantalum oxide in the first layer of the lower electrode, are produced by ion implantation of oxygen.

【0013】[0013]

【作用】下部電極の第1層にタンタルの酸化物を用い、
第2層が上部に形成されていない部分を絶縁物のTa2
5,第2層の形成されている部分を導電性のタンタル
の酸化物で構成することにより、第2層の膜厚分の段差
をなくすことができる。このことにより、誘電体膜をよ
りステップカバレージよく堆積できるようになる。さら
にイオン注入によりTa25を作製して導電性の酸化タ
ンタルの幅を精度よくコントロールすることができ、ア
ニールにより、Ta25を作製ものよりも下部電極を微
細化できる効果がある。
[Function] Using tantalum oxide for the first layer of the lower electrode,
The portion where the second layer is not formed on the upper portion is Ta 2 of the insulator.
By forming O 5 and the portion where the second layer is formed from conductive tantalum oxide, it is possible to eliminate steps corresponding to the film thickness of the second layer. This allows the dielectric film to be deposited with better step coverage. Further, Ta 2 O 5 can be produced by ion implantation to control the width of the conductive tantalum oxide with high accuracy, and annealing has an effect of making the lower electrode finer than that of Ta 2 O 5 produced.

【0014】[0014]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.

【0015】(実施例1)図1は、絶縁膜としてSiO
2、コンタクトホールを埋め込む材料としてタングステ
ン、誘電体膜としてBaTiO3を用いた薄膜コンデン
サの構造の一実施例である。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows SiO as an insulating film.
2 is an example of the structure of a thin film capacitor using tungsten as the material for filling the contact hole and BaTiO 3 as the dielectric film.

【0016】図において、シリコン基板1上にSiO2
からなる絶縁層2を積層する。絶縁層2には、シリコン
基板1との導通をとるためにコンタクトホール3が開け
られており、コンタクトホール3内は、タングステン4
により埋め込まれている。コンタクトホール3上には、
導電性のタンタル酸化物5、他の部分には、絶縁物のT
256よりなる第1層、導電層のタンタル酸化物5上
には白金(Pt)7よりなる第2層が形成されている。
下部電極上には、誘電体のBaTiO38、その上に
は、上部電極のAl9の膜が積層されて薄膜コンデンサ
を構成している。
In the figure, SiO 2 is deposited on the silicon substrate 1.
The insulating layer 2 made of is laminated. A contact hole 3 is opened in the insulating layer 2 to establish electrical connection with the silicon substrate 1, and the contact hole 3 is filled with tungsten 4 in the contact hole 3.
Embedded by. On the contact hole 3,
Conductive tantalum oxide 5, other parts of insulator T
A first layer of a 2 O 5 6 and a second layer of platinum (Pt) 7 are formed on the tantalum oxide 5 of the conductive layer.
A thin film capacitor is formed by laminating a dielectric material of BaTiO 3 8 on the lower electrode, and laminating a film of Al 9 of the upper electrode thereon.

【0017】以下、薄膜コンデンサの製造方法を説明す
る。シリコン基板1上にSiO2を水蒸気酸化により基
板温度900℃で形成した。膜厚は、5000Åとし
た。コンタクトホール3はプラズマエッチング法により
形成した。反応ガスとして塩素ガス,圧力0.5mTo
rr,200Wで行った。タングステン4は、CVD法
によりコンタクトホール3に埋め込んだ。
The method of manufacturing the thin film capacitor will be described below. SiO 2 was formed on the silicon substrate 1 by steam oxidation at a substrate temperature of 900 ° C. The film thickness was 5000Å. The contact hole 3 was formed by the plasma etching method. Chlorine gas as reaction gas, pressure 0.5mTo
It was performed at rr and 200 W. The tungsten 4 was embedded in the contact hole 3 by the CVD method.

【0018】原料ガスとしては、塩化タングステンを用
い、成膜温度500℃で行った。次に直流マグネトロン
スパッタ法により50nmのタンタル膜を形成した。成
膜は、金属タンタルのターゲットを用い、Arガス雰囲
気,4×10-3Torr,基板温度50℃で行った。成
膜したタンタル膜が大気に触れないように装置内で連続
して白金7を50nmを堆積した。
Tungsten chloride was used as the source gas, and the film formation temperature was 500 ° C. Next, a 50 nm tantalum film was formed by the DC magnetron sputtering method. The film formation was performed using a metal tantalum target in an Ar gas atmosphere, 4 × 10 −3 Torr, and a substrate temperature of 50 ° C. 50 nm of platinum 7 was continuously deposited in the apparatus so that the formed tantalum film did not come into contact with the atmosphere.

【0019】成膜条件は、タンタルの成膜と同条件で行
った。白金7を成膜する際のターゲットとしては金属白
金を用いた。次に白金層を電極面積が10μm□になる
ように加工した。白金のエッチングは、ECRドライエ
ッチングにより行った。エッチングには、塩素に10%
の酸素を添加したガスを用い、全圧0.5μmTor
r,200W,基板温度−25℃で行った。
The film forming conditions were the same as the tantalum film forming. Metallic platinum was used as a target for forming the platinum film 7. Next, the platinum layer was processed so that the electrode area was 10 μm □. The platinum was etched by ECR dry etching. 10% chlorine for etching
Using oxygen-added gas, total pressure 0.5μm Tor
It was performed at r, 200 W, and a substrate temperature of -25 ° C.

【0020】上記のように加工した下部電極を酸素雰囲
気中で2時間,基板温度500℃でアニールを行った。
アニールを行うことにより、直接酸素に触れるタンタル
の表面が酸化され、絶縁性のTa256に、上部に白金
7のある部分は酸化される度合いが小さく、酸素が化学
量論組成から不足している導電性のタンタルの酸化物5
(O/Ta=1.5)になる。続いて加工した下部電極
上に、BaTiO38の膜を500Å堆積した。堆積
は、Ar−O2混合ガス中、1×10-2Torr,基板
温度600℃の成膜条件で高周波マグネトロンスパッタ
法により行った。ターゲットには化学量論組成の粉末タ
ーゲットを用いた。上部電極には、5000ÅのAl9
をDCスパッタ法により堆積した。ターゲットには金属
Alを用い、Arガス雰囲気,4×10-3Torr,基
板温度50℃で行った。
The lower electrode processed as described above was annealed at a substrate temperature of 500 ° C. for 2 hours in an oxygen atmosphere.
By annealing, the surface of tantalum which is in direct contact with oxygen is oxidized, and the degree of oxidation of insulating Ta 2 O 5 6 to the part with platinum 7 on top is small, and oxygen is insufficient from the stoichiometric composition. Conductive tantalum oxide 5
(O / Ta = 1.5). Then, a film of BaTiO 3 8 was deposited on the processed lower electrode in an amount of 500 Å. The deposition was performed by a high frequency magnetron sputtering method in Ar—O 2 mixed gas under the film forming conditions of 1 × 10 −2 Torr and a substrate temperature of 600 ° C. A powder target having a stoichiometric composition was used as the target. 5000 Å Al9 for the upper electrode
Was deposited by the DC sputtering method. Metal Al was used as a target, and the processing was performed in an Ar gas atmosphere, 4 × 10 −3 Torr, and a substrate temperature of 50 ° C.

【0021】次に本発明による構造とタンタル層までエ
ッチングした構造の下部電極の面積1μmm2のコンデ
ンサ各々1000個について破壊電圧の分布を調べた結
果を図2に示す。タンタルまでエッチングしたもの(図
2(a))では、約半数がショートしてしまっている。
また破壊電圧のばらつきも大きい。このようにショート
したり、破壊電圧のばらつきが大きいのは、第1層まで
エッチングしてしまうために下部電極と基板との間の段
差が大きくなり、この段差に誘電体膜がステップカバレ
ージよく堆積できなくなったためである。
Next, FIG. 2 shows the results of examining the distribution of the breakdown voltage for 1000 capacitors each having a lower electrode area of 1 μmm 2 in the structure according to the present invention and the structure in which the tantalum layer is etched. In the case where tantalum is etched (FIG. 2A), about half of them are short-circuited.
Also, the variation of the breakdown voltage is large. The short circuit and the large variation of the breakdown voltage are caused by etching up to the first layer, which causes a large step between the lower electrode and the substrate, and the dielectric film is deposited on the step with good step coverage. This is because it is no longer possible.

【0022】膜の付かなかったところではショートし、
例え薄く付いていても膜厚が均一でないために、コンデ
ンサとして働くが破壊電圧にばらつきを生じることにな
る。一方、本発明の構造の下部電極を用いたコンデンサ
は、図2(b)のように耐圧の分布がほとんどなく、シ
ョートしているものもない。
Where there is no film, short circuit occurs,
Even if it is thin, it works as a capacitor because the film thickness is not uniform, but the breakdown voltage will vary. On the other hand, the capacitor using the lower electrode having the structure of the present invention has almost no breakdown voltage distribution as shown in FIG. 2B, and there is no short circuit.

【0023】導電性のタンタル酸化物5のO/Taと、
コンデンサの容量密度との関係を調べた。その結果を図
3に示す。図3において、O/Taの値が2.0よりも
大きくなると、容量が大きく減少してしまう。これは、
タンタルの酸化物の抵抗がO/Taが大きくなるにつれ
てだんだん大きくなり導電層から絶縁層に変化し、2.
0以上では絶縁物となりタンタル酸化物が低誘電率層と
して働くためである。このことから酸化タンタルのO/
Taは2.0以下にすることが必要である。
O / Ta of the conductive tantalum oxide 5,
The relationship with the capacitance density of the capacitor was investigated. The result is shown in FIG. In FIG. 3, when the value of O / Ta is larger than 2.0, the capacity is greatly reduced. this is,
The resistance of the oxide of tantalum gradually increases as O / Ta increases, and changes from a conductive layer to an insulating layer.
This is because when it is 0 or more, it becomes an insulator and tantalum oxide acts as a low dielectric constant layer. From this, O / of tantalum oxide
Ta needs to be 2.0 or less.

【0024】図4に下部電極作製の際のアニール温度を
変化させた場合の容量変化を調べた結果を示す。コンデ
ンサは、3インチの基板上に作製した。基板温度が50
0℃以下では容量膜の誘電率から期待される容量より大
変大きな値が得られている。一方1000℃以上で作製
したものは誘電率が低下している。500℃以下では上
部に第2層の白金のない部分が充分酸化されないために
絶縁物とならず、他のコンデンサとの絶縁が取れなくな
ったためである。
FIG. 4 shows the results of examining the capacitance change when the annealing temperature was changed during the production of the lower electrode. The capacitor was manufactured on a 3-inch substrate. Substrate temperature is 50
At 0 ° C. or lower, a value much larger than that expected from the dielectric constant of the capacitance film is obtained. On the other hand, those manufactured at 1000 ° C. or higher have a low dielectric constant. This is because at 500 ° C. or lower, the portion of the second layer without platinum in the upper portion is not sufficiently oxidized and thus does not serve as an insulator and cannot be insulated from other capacitors.

【0025】結果として見かけ上、大きな電極面積を持
ったコンデンサになってしまうので容量が大きくなる。
一方1000℃以上で容量が低下するのは、白金の下部
のタンタルも1000℃以上で充分酸化されるため絶縁
物となり、低誘電率層として働くため容量が低下してし
まうのである。以上のことから、アニールする際の基板
温度は500℃以上1000℃以下である必要がある。
As a result, a capacitor having a large electrode area is apparently formed, so that the capacitance becomes large.
On the other hand, the reason that the capacity decreases at 1000 ° C. or higher is that the tantalum below platinum is sufficiently oxidized at 1000 ° C. or more to become an insulator, and acts as a low dielectric constant layer, so that the capacity decreases. From the above, the substrate temperature during annealing needs to be 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

【0026】またコンタクトホールには、ポリシリコン
を、誘電体膜として(Ba,Sr)TiO3,SrTi
3,PbZrO3,PbTiO3あるいはその固溶体か
らなる強誘電体膜を用いた場合にも同様の結果が得られ
ている。
[0026] In the contact holes, a polysilicon, a dielectric film (Ba, Sr) TiO 3, SrTi
Similar results are obtained when a ferroelectric film made of O 3 , PbZrO 3 , PbTiO 3 or a solid solution thereof is used.

【0027】(実施例2)実施例1の薄膜コンデンサに
おいて、下部電極第1層のTa25をイオン注入により
作製を行った。実施例1にあるようにコンタクトホール
3の開いている絶縁膜上にタンタル,白金を堆積する。
電極として必要な面積をマスクし、第1層のタンタル層
に酸素を40〜100KeV,ドーズ量1015〜1018
cm-2でイオン注入する。イオン注入した基板を窒素雰
囲気中で400℃,2時間の熱処理を行い、実施例1に
あるように白金のエッチング,誘電体膜,上部電極の堆
積を行った。この結果、得られたコンデンサについて、
図2に示した結果と同様の結果が得られた。
Example 2 In the thin film capacitor of Example 1, Ta 2 O 5 of the lower electrode first layer was prepared by ion implantation. As in the first embodiment, tantalum and platinum are deposited on the insulating film having the contact holes 3 open.
The area required for the electrode is masked, oxygen is added to the first tantalum layer at 40 to 100 KeV, and the dose is 10 15 to 10 18.
Ion implantation is performed at cm -2 . The ion-implanted substrate was heat-treated at 400 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, and platinum was etched and a dielectric film and an upper electrode were deposited as in Example 1. As a result, regarding the obtained capacitor,
Results similar to those shown in FIG. 2 were obtained.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
下部電極の段差が小さくなることにより、ステップカバ
レージ不良による、下部電極と上部電極のショートが防
止され、再現性良く薄膜コンデンサを作製することので
きる効果がある。
As described above, according to the present invention,
By reducing the step difference of the lower electrode, short circuit between the lower electrode and the upper electrode due to poor step coverage can be prevented, and the thin film capacitor can be manufactured with good reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明における実施例1の薄膜コンデンサの断
側面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional side view of a thin film capacitor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】破壊電圧の分布を示すもので、(a)は第1層
のタンタルまでエッチングした場合、(b)は、第2層
の白金のみエッチングし、アニールを行ったものを示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a distribution of breakdown voltage, where (a) shows a case where tantalum of the first layer is etched, and (b) shows a case where only platinum of the second layer is etched and annealed. is there.

【図3】導電層のタンタル酸化物のO/Taを変化させ
た場合の誘電率の変化を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a change in permittivity when O / Ta of tantalum oxide in a conductive layer is changed.

【図4】アニールを行う温度を変化させた時のコンデン
サの容量の変化を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a change in capacitance of a capacitor when an annealing temperature is changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン 2 SiO2 3 コンタクトホール 4 タングステン 5 タンタル酸化物 6 Ta25 7 Pt 8 BaTiO3 9 Al1 Silicon 2 SiO 2 3 Contact Hole 4 Tungsten 5 Tantalum Oxide 6 Ta 2 O 5 7 Pt 8 BaTiO 3 9 Al

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板上に絶縁層が形成され、絶
縁層内にシリコン基板との導通をとるコンタクトホール
が開口され、コンタクトホール内にタングステンあるい
はポリシリコンが埋め込まれ、下部電極,誘電体膜及び
上部電極を絶縁層上に順次積層した構造の薄膜キャパシ
タであって、 誘電体は、BaTiO3,SrTiO3,PbTiO3
PbZrO3から選ばれた一つ、あるいはこれらの固溶
体からなり、 誘電体を直接成膜する下部電極は、絶縁膜上に形成され
る第1層と、その上の一部分に積層された白金からなる
第2層とから構成され、 上部に第2層が積層されていない第1層の部分は、Ta
25であり、上部に第2層が積層されている第1層の部
分は、O/Taが2.0以下の酸素が化学量論組成から
不足している導電性のタンタル酸化物であることを特徴
とする薄膜コンデンサ。
1. An insulating layer is formed on a silicon substrate, a contact hole for establishing conduction with the silicon substrate is opened in the insulating layer, and tungsten or polysilicon is embedded in the contact hole to form a lower electrode and a dielectric film. A thin film capacitor having a structure in which an upper electrode and an upper electrode are sequentially laminated on an insulating layer, wherein the dielectric is BaTiO 3 , SrTiO 3 , PbTiO 3 ,
One of PbZrO 3 or a solid solution of PbZrO 3 and a lower electrode for directly forming a dielectric is composed of a first layer formed on an insulating film and platinum laminated on a part thereof. The portion of the first layer that is composed of a second layer and has no second layer stacked on top is Ta.
2 O 5 and the second layer is laminated on the upper part of the first layer is a conductive tantalum oxide in which oxygen with O / Ta of 2.0 or less is insufficient from the stoichiometric composition. A thin film capacitor characterized by being present.
【請求項2】 シリコン基板上に絶縁層を形成し、絶縁
層内にシリコン基板との導通をとるコンタクトホールを
開口して、該コンタクトホール内にタングステンあるい
はポリシリコンを埋め込み、絶縁層上に順次下部電極,
誘電体膜及び上部電極を積層する薄膜コンデンサの製造
方法であって、 下部電極は、絶縁膜上に直接形成する第1層と、その上
の一部分に白金からなる第2層を積層して形成するもの
であり、 上部に第2層が積層されない第1層の部分は、Ta25
であり、上部に第2層が積層される第1層の部分は、O
/Taが2.0以下の酸素が化学量論組成から不足して
いる導電性のタンタル酸化物であり、 下部電極の第1層のTa25及び導電性のタンタル酸化
物は、基板温度500℃以上1000℃以下、酸素雰囲
気中でアニールすることにより作製するものであること
を特徴とする薄膜コンデンサの製造方法。
2. An insulating layer is formed on a silicon substrate, a contact hole for establishing conduction with the silicon substrate is opened in the insulating layer, tungsten or polysilicon is buried in the contact hole, and the contact layer is sequentially formed on the insulating layer. Lower electrode,
A method of manufacturing a thin film capacitor, comprising laminating a dielectric film and an upper electrode, wherein the lower electrode is formed by laminating a first layer directly formed on an insulating film and a second layer made of platinum on a part thereof. The portion of the first layer on which the second layer is not stacked is Ta 2 O 5
And the portion of the first layer on which the second layer is laminated is O
/ Ta is an electrically conductive tantalum oxide in which oxygen of 2.0 or less is insufficient from the stoichiometric composition, and Ta 2 O 5 and the electrically conductive tantalum oxide of the first layer of the lower electrode are the same as the substrate temperature. A method of manufacturing a thin film capacitor, which is manufactured by annealing in an oxygen atmosphere at 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
【請求項3】 シリコン基板上に絶縁層を形成し、絶縁
層内にシリコン基板との導通をとるコンタクトホールを
開口して、該コンタクトホール内にタングステンあるい
はポリシリコンを埋め込み、絶縁層上に順次下部電極,
誘電体膜及び上部電極を積層する薄膜コンデンサの製造
方法であって、 下部電極は、絶縁膜上に直接形成する第1層と、その上
の一部分に白金からなる第2層を積層して形成するもの
であり、 上部に第2層が積層されない第1層の部分は、Ta25
であり、上部に第2層が積層される第1層の部分は、O
/Taが2.0以下の酸素が化学量論組成から不足して
いる導電性のタンタル酸化物であり、 下部電極の第1層のTa25及び導電性のタンタル酸化
物は、酸素のイオン注入により作製するものであること
を特徴とする薄膜コンデンサの製造方法。
3. An insulating layer is formed on a silicon substrate, a contact hole for establishing electrical connection with the silicon substrate is opened in the insulating layer, tungsten or polysilicon is buried in the contact hole, and the insulating layer is sequentially formed on the insulating layer. Lower electrode,
A method of manufacturing a thin film capacitor, comprising laminating a dielectric film and an upper electrode, wherein the lower electrode is formed by laminating a first layer directly formed on an insulating film and a second layer made of platinum on a part thereof. The portion of the first layer on which the second layer is not stacked is Ta 2 O 5
And the portion of the first layer on which the second layer is laminated is O
/ Ta is an electrically conductive tantalum oxide having a oxygen content of 2.0 or less from the stoichiometric composition, and Ta 2 O 5 and the electrically conductive tantalum oxide in the first layer of the lower electrode are A method of manufacturing a thin film capacitor, characterized by being manufactured by ion implantation.
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