JPH05267565A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH05267565A
JPH05267565A JP6003592A JP6003592A JPH05267565A JP H05267565 A JPH05267565 A JP H05267565A JP 6003592 A JP6003592 A JP 6003592A JP 6003592 A JP6003592 A JP 6003592A JP H05267565 A JPH05267565 A JP H05267565A
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利之 上田
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大助 上田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体集積回路のキャパシタ形成用絶縁膜に
誘電率の大きなペロブスカイト構造となる複合酸化物薄
膜を用い、キャパシタの占める面積を大幅に減少させ、
大容量キャパシタの集積化を可能にする。 【構成】 半導体基板1上にペロブスカイト構造となる
複合金属酸化物薄膜6を誘電体とし上下に電極5、7を
有するキャパシタ2cが形成されており、キャパシタ2
cの電極5、7と半導体基板1に形成されたMESFE
T2aまたは抵抗2bなどの回路素子または配線とが接
続されている。 【効果】 複合金属酸化物薄膜としてBaxSr1-xTi
3 膜を用いた場合、従来のSiN膜と比較して誘電率
が49倍になり、キャパシタの面積を1/49にするこ
とができる。さらにx=0.7以下とすることにより、
2GHz以上にわたって容量値の変化のないキャパシタ
を得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、同一半導体基板上に大
容量のキャパシタとトランジスタ、抵抗等の素子とを集
積化した主として高周波回路に用いる半導体装置および
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体技術の進歩に伴い半導体装
置の集積度はめざましい勢いで向上してきた。特に半導
体装置を構成するトランジスタについては微細加工技術
の開発によりサブミクロン化が可能となってきている。
またキャパシタについても小容量の場合には窒化珪素膜
または窒化珪素膜と酸化珪素膜との2層構造からなる絶
縁膜の超薄膜化技術により小型化が進められている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、キャパシタの誘電体として用いる窒化珪
素膜または酸化珪素膜の誘電率が小さいため(誘電率<
7)キャパシタがそのチップ面積に占める割合が非常に
大きくなり、バイパスコンデンサのように大きな容量値
を必要とするキャパシタを形成することが困難であっ
た。
【0004】本発明は上記の従来の課題を解決するもの
で、ますます高集積化が進む半導体装置の分野でチップ
面積に占める割合が小さい大容量のキャパシタを半導体
基板上に形成した半導体装置およびその製造方法を提供
することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の半導体装置は、半導体基板上にペロブスカイ
ト構造となる複合金属酸化物薄膜を誘電体とし上下に電
極を有するキャパシタが形成されており、そのキャパシ
タの電極と半導体基板に形成された回路素子または配線
とが接続された構成を有している。
【0006】
【作用】この構成によって、例えば従来用いられている
酸化珪素膜の代わりに誘電率500のチタン酸バリウム
とチタン酸ストロンチウムの混晶化合物を用いると、同
一膜厚でキャパシタの占める面積は80分の1になり、
その結果チップ面積を大幅に減らすことができる。
【0007】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図1は本発明の一実施例における半
導体装置の要部断面図であり、誘電体がチタン酸バリウ
ムストロンチウム(BaxSr1-xTiO3 ;以下BST
Oと略す)薄膜の例を示している。GaAs基板1の上
に、活性領域2を有するショットキーゲート電界効果ト
ランジスタ(以下MESFETと略す)2aおよび抵抗
素子2b、BSTO膜を誘電体とするキャパシタ2c等
が集積化されている。キャパシタ2cは、SiN膜3お
よびSiO2 膜4の上に白金チタン(Pt/Ti)膜等
からなる下部電極5、誘電体としてのBSTO膜6、P
t膜等からなる上部電極7を積層して形成されている。
なお8はSiO2 膜、9はオーミック電極、10はME
SFET2aのゲート電極、10aはキャパシタ2cの
取り出し電極、11はSiN膜等からなる層間絶縁膜、
12は金チタン(Au/Ti)膜等からなる配線であ
る。
【0008】次に本発明の一実施例における半導体装置
の製造方法について説明する。図2(a)〜(h)は同
半導体装置の製造工程図であり、BSTO膜を誘電体と
して用いた例を示している。まず図2(a)に示すよう
に、半絶縁性のGaAs基板1にSiイオンを加速電圧
70KeV、ドーズ量1x1013の条件でレジストをマ
スクとして選択的にイオン注入し、MESFET2aお
よび抵抗2bの活性領域2を作製する。次にプラズマC
VD法を用いてGaAS基板1の両面にSiN膜3を1
500Åの厚さに形成し、アルゴンガス雰囲気中で84
0度、1時間のアニールを行い注入不純物の活性化を行
う(裏面のSiN膜は省略した)。このSiN膜3は注
入領域のアニールおよび後述のBSTO膜アニール工程
の際にGaAs基板1からAsが抜けるのを防止する。
次に図2(b)に示すように、GaAs基板1の表面に
約3000Å厚さのSiO2 膜4をCVD法で堆積す
る。その上に下部電極5(Pt/Ti)を形成した後、
Ba、St、Tiを含有するアルコラートのゾル・ゲル
液をスピンコートにより回転数をコントロールしながら
塗布し、酸素雰囲気中で摂氏750度、1分間の焼成を
行って約2500Å厚さのBSTO膜6を形成する。次
に図2(c)に示すように、キャパシタ2cの上部電極
7となるPt層を形成し、キャパシタ2cとなる部分以
外の上部電極7およびBSTO膜6をアルゴンイオンに
よるイオンミリングを用いて加速電圧1keV、真空度
10-4torrの条件でフォトレジストマスクを用いて
選択的にエッチングし除去する。次に図2(d)に示す
ように、上記の工程と同一の条件でフォトレジストマス
クを用いてイオンミリングし下部電極5のパターニング
を行いキャパシタ2cを形成する。さらにフォトレジス
トマスクを用いてSiO2 膜4をフッ酸によるウェット
エッチングにより除去し、SiN膜3をフレオンガス
(CF4)を用いたプラズマエッチングによって除去す
ることでGaAS基板1を露出させる。次に図2(e)
に示すように、4000Å厚さのSiO2膜8を常圧C
VD法によりGaAs基板1の全面に形成する。次に図
2(f)に示すように、フォトレジストマスクを用いて
SiO2 膜8に開口部を設けた後マスクを残した状態で
金ゲルマニウムニッケル/金(AuGeNi/Au)膜
をそれぞれ2500Å/2000Åの厚さに真空蒸着す
る。次にフォトレジストを除去することによって不要部
のAuGeNi/Au膜をリフトオフし、摂氏500
度、5分間アルゴン雰囲気中で合金化してオーミック電
極9を形成する。次に図2(g)に示すように、フォト
レジストマスクを用いて選択的にゲート部のSiO2
8をエッチングし、Ti/Pt/Auを500Å/15
00Å/2000Åの厚さに真空蒸着してゲート電極1
0およびキャパシタ2cの取り出し電極10aを形成す
る。次に図2(h)に示すように、プラズマCVD法に
よりSiN膜11を5000Åの厚さに堆積した後フォ
トレジストをマスクとしCF4ガスを用いた反応性イオ
ンエッチングにより開口部を形成する。この上にTi/
Auを各々500Å/5000Åの厚さに堆積し、フォ
トレジストマスクを用いてイオンミリングによってエッ
チングし配線形成する。その後必要であれば保護膜とし
て酸化珪素膜を5000Å程度の厚さに堆積し、必要な
部分を開孔して半導体装置が完成する。
【0009】次に本発明の一実施例における半導体装置
に形成されたキャパシタの特性について説明する。図3
はチタン酸バリウムストロンチウム(BSTO)誘電体
の特性図である。参考のためにSiN膜およびSiO2
膜の特性と比較した。図3において、横軸は誘電体材
料、縦軸は左側が誘電率で右側が膜厚100nmで10
00pFのキャパシタを作製するために必要なキャパシ
タ面積を示した。BSTO膜の誘電率は320であり、
SiO2 膜の71倍、SiN膜の49倍あるため、BS
TO膜を誘電体として用いたキャパシタではその面積を
それぞれSiO2 の1/71、SiNの1/49にでき
る。
【0010】図4はBSTO膜を誘電体とするキャパシ
タの周波数特性図であり、BSTO(BaxSr1-xTi
3 )膜の組成比xが0.7の場合を示している。図4
に示すように高周波特性は2GHzを越えており、x=
0.7以下であればUHF帯をカバーできることにな
る。なおこのBSTO膜は従来のSiO2 膜と比較して
70倍以上の誘電率を有している。
【0011】図5はBSTO膜を誘電体とするキャパシ
タの温度変化を示す図である。図5に示すように、−2
5℃〜85℃における容量の変化は10%以下であり、
BSTOセラミックで製作されるキャパシタ(x=0.
7)で生じる相変化による容量変化はここでは現れてい
ない。
【0012】実施例に示した半導体装置の製造方法によ
ればキャパシタ2cは窒化珪素膜で上下が完全に被覆さ
れていることからBaやSrによる重金属による汚染が
MESFET2a等へ影響することがない。またキャパ
シタ2cを高温処理する際の温度がイオン注入不純物を
アニールするのに必要な温度よりも充分に低いことか
ら、MESFET2aのしきい値や抵抗2bの値を変化
させることがない。また、MESFET2aのオーミッ
ク電極9のアロイ温度はキャパシタ2c形成の高温処理
よりも低いためにBSTO膜6の劣化の問題もない。
【0013】このように、イオン注入のアニールの際の
高温プロセスを最初に、次にBSTO膜6の高温処理、
続いて電極9形成時のアロイの順で全てのデバイスの特
性を劣化させることなくMESFET2aおよび抵抗2
bとキャパシタ2cを集積化することができる。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明は、半導体基板上に
ペロブスカイト構造となる複合金属酸化物薄膜を誘電体
とし上下に電極を有するキャパシタが形成され、このキ
ャパシタの電極と半導体基板に形成された回路素子また
は配線とが接続された構成により、高集積化が進む半導
体装置の分野でチップ面積に占める割合が小さい大容量
のキャパシタを他の回路素子の特性を劣化させることな
く形成した半導体装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における半導体装置の要部断
面図
【図2】(a)〜(h)は同半導体装置の製造工程図
【図3】チタン酸バリウムストロンチウム(BSTO)
誘電体の特性図
【図4】チタン酸バリウムストロンチウム(BSTO)
膜を誘電体とするキャパシタの周波数特性図
【図5】チタン酸バリウムストロンチウム(BSTO)
膜を誘電体とするキャパシタの温度変化を示す図
【符号の説明】
1 GaAs基板(半導体基板) 2a ショットキーゲート電界効果トランジスタ(回路
素子) 2b 抵抗(回路素子) 2c キャパシタ 5 下部電極(電極) 6 BSTO膜(ペロブスカイト構造となる複合金属酸
化物薄膜) 7 上部電極(電極)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にペロブスカイト構造とな
    る複合金属酸化物薄膜を誘電体とし上下に電極を有する
    キャパシタが形成され、前記キャパシタの電極と半導体
    基板に形成された回路素子または配線とが接続されてい
    る半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上にペロブスカイト構造とな
    る複合金属酸化物薄膜を誘電体とし上下に電極を有する
    キャパシタが形成され、前記キャパシタの一方の電極が
    前記半導体基板に形成された装置内の直流的に接地され
    ていない配線に接続され、他方の電極が接地されている
    半導体装置。
  3. 【請求項3】 キャパシタの下部の半導体基板内に形成
    された不純物領域が配線の一部である請求項1または2
    記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 キャパシタの下部の半導体基板内に形成
    された不純物領域を電極としその上部の絶縁膜を誘電体
    層とする第2のキャパシタを備えた請求項1または2記
    載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 複合金属酸化物薄膜がチタン酸バリウム
    (BaTiO3 )とチタン酸ストロンチウム(SrTi
    3 )の混晶化合物(BaxSr1-xTiO3 )の多結晶
    体からなり、その混晶比xが0.7以下である請求項
    1、2、3または4記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 半導体基板に第1の窒化珪素膜を形成す
    る工程と、窒化珪素膜の上に第1の金属電極を形成し、
    スパッタまたはアルコラートの塗布等によって誘電体層
    を堆積し高温処理し、前記誘電体層の上に第2の金属電
    極を形成する工程と、前記第2の金属電極、誘電体層お
    よび第1の金属電極をエッチングしキャパシタを形成す
    る工程と、前記キャパシタの上部を含んで半導体基板の
    全面に絶縁膜を形成する工程と、前記キャパシタの第1
    の金属電極および第2の金属電極をそれぞれ半導体基板
    に形成された回路素子または配線に接続する工程とを有
    する半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 高温処理が、1気圧以上のオゾンまたは
    酸素雰囲気中、摂氏600度以上で900度以下であ
    り、かつ不純物領域が形成された半導体基板であればそ
    の不純物の拡散する温度以下で行われる請求項6記載の
    半導体装置の製造方法。
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JP2007184622A (ja) * 1994-03-17 2007-07-19 Symmetrics Corp 高キャパシタンス薄膜キャパシタの製造方法

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