JPH05343639A

JPH05343639A - 電子部品

Info

Publication number: JPH05343639A
Application number: JP4150254A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Komatsu; 周一小松; Kazuhide Abe; 和秀阿部; Keitarou Imai; 馨太郎今井; Shigehiko Saida; 繁彦齋田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-06-10
Filing date: 1992-06-10
Publication date: 1993-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】ＤＲＡＭのメモリセルのキャパシタやバイパ
スコンデンサにおいて、リ−ク電流の低減及び大容量化
を実現する。【構成】結晶性金属酸化物を絶縁膜としたコンデンサ
部を有する電子部品において、前記絶縁膜を介して対向
配置された１対の電極の少なくとも一方がシリコンより
なり、このシリコンよりなる電極と前記絶縁膜との間に
窒化ケイ素、炭化ケイ素及びフッ化物からなる群より選
ばれた少なくとも１種または２０ａｔｍ％未満の酸素を
含有する遷移金属窒化物が介在する。【効果】大容量でリ−ク電流の小さいコンデンサ部を
備えた電子部品を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、結晶性金属酸化物を絶
縁膜に使用したコンデンサ部を有する電子部品に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体の分野では、ＤＲＡＭ等
のメモリのメモリセル内に形成される記憶保持用のキャ
パシタや、半導体素子の外部に接続されるバイパスコン
デンサ等多くのコンデンサ部を回路中に有しており、こ
のようなコンデンサ部の絶縁膜としてはＳｉＯ₂が最も
一般的に使用されている。さらに近年の半導体装置の高
集積化に伴い、上述したようなコンデンサ部の大容量化
が要望されており、このような観点からＳｉＯ₂より一
段と高い誘電率を有するＴａ₂Ｏ₅等の非晶質の金属酸
化物を絶縁膜として使用することが試みられている。

【０００３】ところで、このような金属酸化物はＳｉＯ
₂に比べ不安定なため、例えばシリコン基板やポリシリ
コンを下部電極としてこの上に前記金属酸化物を絶縁膜
としたコンデンサ部を形成した際、前記シリコン基板や
ポリシリコンと金属酸化物との反応が生ずるという問題
がある。すなわち上述したような反応が生じると、金属
酸化物中の酸素が不足することによって絶縁膜にピンホ
−ル等が発生し、絶縁膜のリ−ク電流が増大して信頼性
が著しく損なわれてしまう。

【０００４】上記したような問題に鑑み、前記金属酸化
物をコンデンサ部の絶縁膜に用いる場合、シリコン基板
と金属酸化物との間に反応防止層を設けることが検討さ
れている。例えば特開平２−３６５５９号には、シリコ
ンよりなる電極と絶縁膜との間に窒化ケイ素や酸化チタ
ン等よりなる反応防止層を設け、コンデンサの絶縁膜に
おけるリ−ク電流を抑えた半導体装置が開示されてい
る。しかしながら、このような反応防止層を設けた場
合、窒化ケイ素またはシリコンと酸化チタンとの反応に
より生じた二酸化シリコンの層が金属酸化物よりなる絶
縁膜に隣接して低容量のコンデンサとしてふるまうた
め、コンデンサ部の実効的な容量が低下して大容量化が
充分には達成されないという不具合があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
よりコンデンサ部の絶縁膜として非晶質の金属酸化物を
使用することによってコンデンサ部の大容量化が図られ
ているが、このようなコンデンサ部を有する電子部品で
は前記絶縁膜におけるリ−ク電流が大きく、実用化が困
難であった。本発明はこのような問題を解決して、リ−
ク電流が小さくかつ大容量のコンデンサ部を有する電子
部品を実現することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、結晶性金属酸
化物を絶縁膜としたコンデンサ部を有する電子部品にお
いて、前記絶縁膜を介して対向配置された１対の電極の
少なくとも一方がシリコンよりなり、このシリコンより
なる電極と前記絶縁膜との間に窒化ケイ素、炭化ケイ素
及びフッ化物からなる群より選ばれた少なくとも１種ま
たは２０ａｔｍ％未満の酸素を含有する遷移金属窒化物
を介在せしめてなる電子部品である。すなわち本発明の
電子部品は、コンデンサ部の絶縁膜として結晶性金属酸
化物を使用し、さらにコンデンサ部を形成する際にシリ
コンと前記結晶性金属酸化物との反応を防止するための
反応防止層を設けたことを特徴としている。以下に、こ
のような反応防止層について詳細に説明する。

【０００７】本発明における反応防止層のうち、窒化ケ
イ素、炭化ケイ素及びフッ化物を使用する場合について
は、反応防止層が設けられる際の厚さを２０オングスト
ロ−ム未満とすることが望ましい。これは上述したよう
な成分が絶縁性のため、反応防止層を厚く設けすぎる
と、これらの成分が絶縁膜の粒界中に拡散した後も電極
と絶縁膜との界面における残留量が多く、コンデンサ部
の実効的な容量の低下が問題となるおそれがあるからで
ある。さらに本発明では、上述したような反応防止層の
厚さを１０オングストロ−ム以下、さらには５オングス
トロ−ム以下とすることがより望ましい。また本発明に
おいて、反応防止層が設けられる際の厚さの下限につい
ては特に限定されず、反応防止層を電極と絶縁膜との界
面に設けることができる程度の厚さが最低限あればよ
い。なお本発明では、前記反応防止層が電極と絶縁膜と
の界面に必ずしも一様に設けられなくてもよく、場合に
よっては、反応防止層中の窒素、炭素、フッ素により電
極表面のシリコンダングリングボンドをタ−ミネ−トす
るだけでも構わない。

【０００８】本発明において、上述したような反応防止
層を設ける方法としてはスパッタ法、反応性蒸着法、Ｃ
ＶＤ法等が挙げられる。さらに、反応防止層を下部電極
となるシリコン基板と絶縁膜との間に設けるときは、前
記絶縁膜をシリコン基板上に形成する前にシリコン基板
を窒素ガス、アンモニアガス、メタンガス、フッ素ガス
等に晒すことにより、前記反応防止層を設けることもで
きる。しかもこのような方法によれば、窒素ガス等のガ
スとシリコン基板との反応速度が飽和傾向を示すため、
非常に薄くかつ均一な厚さに反応防止層を制御すること
が可能である。

【０００９】一方、本発明では２０ａｔｍ％未満の酸素
を含有する遷移金属窒化物を反応防止層に使用すること
もできる。このとき、遷移金属窒化物中の酸素の含有量
が２０ａｔｍ％以上になると、反応防止層中の酸素とシ
リコンとの間で反応が生じ、界面に二酸化シリコンが形
成されてコンデンサ部の実効的な容量が低下するおそれ
があるので、遷移金属窒化物中の酸素の含有量を２０ａ
ｔｍ％未満とする。さらに遷移金属窒化物中の好ましい
酸素含有量は１０〜１５ａｔｍ％である。この理由は、
遷移金属窒化物中にこの程度酸素が含有されていると、
仮に結晶性金属酸化物よりなる絶縁膜中で酸素が欠乏し
てもこの遷移金属窒化物から酸素が補われ、絶縁膜にお
けるリ−ク電流の増大を抑制することができるからであ
る。本発明においてこのような反応防止層は、例えばス
パッタ法、ＣＶＤ法により形成された遷移金属酸化物層
を窒素ガス、アンモニアガス等の雰囲気中で熱窒化する
ことにより得ることができる。

【００１０】本発明において、上述したような遷移金属
窒化物としては、具体的にはＴａＮ，ＮｂＮ，ＴｉＮ，
ＺｒＮ，ＨｆＮ，ＹＮ等が挙げられる。またコンデンサ
部の絶縁膜に後述する遷移金属酸化物が使用される場合
は、反応防止層に前記遷移金属酸化物と同一の遷移金属
の窒化物を使用することが、層間の整合性の観点から望
ましい。

【００１１】なお本発明で、上記遷移金属窒化物を反応
防止層に使用する場合、反応防止層を設ける際の厚さを
５〜１００オングストロ−ムとすることが望ましい。こ
の理由は、上記遷移金属窒化物は導電性であるものの、
抵抗値が比較的大きいため反応防止層を厚く設けすぎる
とシリコンよりなる電極との間の抵抗が大きくなるおそ
れがあるからであり、逆に厚さ５オングストロ−ム未満
の反応防止層を設けることは極めて困難だからである。

【００１２】また、本発明で絶縁膜に使用される結晶性
金属酸化物としては、Ｔａ₂Ｏ₅，Ｎｂ₂Ｏ₅，ＴｉＯ
₂，ＺｒＯ₂，ＨｆＯ₂，Ｙ₂Ｏ₃等の遷移金属酸化物
や、チタン酸カルシウム，チタン酸ストロンチウム，チ
タン酸ビスマス、ジルコン酸鉛等のペロブスカイト型酸
化物及びこれらの複合酸化物等を挙げることができる。
ただし遷移金属酸化物を使用する場合は、通常はこの遷
移金属酸化物を結晶化する必要があり、例えば絶縁膜の
形成後に窒素雰囲気中で６５０〜１０００℃、１０〜１
２０分好ましくは１５〜１００分のアニ−ル等の処理を
施す。このとき、アニ−ルの条件が上述した範囲に限定
されるのは、アニ−ルの温度が低いかあるいは時間が短
いと、遷移金属酸化物が充分には結晶化されず、アニ−
ルの温度が高いかあるいは時間が長いと、遷移金属酸化
物に酸素欠乏等が生じるおそれがあるからである。さら
に、反応防止層を下部電極となるシリコン基板と絶縁膜
との間に設けるときは、アニ−ルの温度が高いかあるい
は時間が長いと、下部電極であるシリコン基板と遷移金
属酸化物とが反応防止層を通して反応してしまうおそれ
があるため、特に好ましくない。なお上記遷移金属酸化
物には、当該遷移金属よりもイオン化状態における正の
電荷数の小さい異種金属、好ましくは前記電荷数が遷移
金属よりも１小さい異種金属が最大限５ａｔｍ％程度ま
で添加されてもよい。

【００１３】本発明では、前記結晶性金属酸化物よりな
る絶縁膜を介して１対の電極を対向形成し、コンデンサ
部が構成される。この電極は少なくとも一方が単結晶シ
リコン、ポリシリコン等のシリコン、好ましくは比抵抗
値０．１Ω・ｃｍ以下のシリコンよりなればよく、他方
の電極については限定されない。シリコン以外に具体的
に使用可能なものとしては、Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ、Ａｇ，
Ｐｄ，Ａｌ，Ｗや遷移金属のシリサイド等が挙げられ、
さらに絶縁膜との密着性向上のために、絶縁膜と接する
側にＴｉ，Ｔａ，Ｍｏ等を配設したＴｉ／Ａｕ，Ｔｉ／
Ｐｔ，Ｔａ／Ｐｔ，Ｍｏ／Ａｕ等の多層の電極であって
もよい。このような電極はスパッタ法、蒸着法等により
容易に形成することができ、厚さは１μｍ以下であるこ
とが望ましい。また、シリコン基板をそのまま一方の電
極として使用する場合は、作動時に生じる熱応力等を考
慮すると０．３ｍｍ程度の厚さを有していることが望ま
しい。

【００１４】本発明は、メモリにおける記憶保持用のキ
ャパシタやバイパスコンデンサ等のコンデンサ部を回路
中に有する電子部品全般に亘って適用することができ
る。なお、本発明を前述したような記憶保持用のキャパ
シタに採用する場合、コンデンサ部の絶縁膜にはＴａ₂
Ｏ₅，ＰＺＴ等の高い誘電率を有する結晶性金属酸化物
を用いることが好ましく、また本発明をバイパスコンデ
ンサに採用する場合は、Ｔａ₂Ｏ₅，ＳｒＴｉＯ₃，Ｂ
ｉＴｉＯ₃等の高周波帯域（１００ＭＨｚ〜１０ＧＨ
ｚ）において誘電率の周波数特性が良好で、温度係数が
小さい結晶性金属酸化物を用いることが望ましい。

【００１５】

【作用】本発明では、シリコンよりなる電極と結晶性金
属酸化物よりなる絶縁膜との間に反応防止層が設けられ
るので、コンデンサ部形成時における前記シリコンと結
晶性金属酸化物との反応を防止することができる。しか
も、絶縁膜が粒界を有する結晶性金属酸化物よりなるた
め、反応防止層に窒化ケイ素、炭化ケイ素及びフッ化物
を使用しても、このような成分は、結晶性金属酸化物の
粒界中に漸次拡散される。従って、電極と絶縁膜との界
面に存在する上記の成分が著しく低減されるので、コン
デンサ部の実効的な容量の低下も実用上問題とならな
い。

【００１６】また、前記反応防止層に２０ａｔｍ％未満
の酸素を含有する遷移金属窒化物を使用する場合は、遷
移金属窒化物中に含有される酸素により、リ−ク電流増
大の原因となるコンデンサ部の絶縁膜における酸素欠乏
を補うことができる、しかもこのような遷移金属窒化物
は導電性であるうえに、遷移金属窒化物中の酸素含有量
が２０ａｔｍ％未満に制御されているのでこの遷移金属
窒化物中の酸素とシリコンとの反応による二酸化シリコ
ンの生成はほとんどなく、また生成した少量の二酸化シ
リコンも結晶性金属酸化物の粒界中に漸次拡散されるた
め、コンデンサ部の実効的な容量の低下が抑えられる。

【００１７】さらに、コンデンサ部の絶縁膜が結晶性金
属酸化物よりなる場合、この結晶性金属酸化物に酸素欠
乏等の欠陥が存在しなければ、前記絶縁膜におけるリ−
ク電流は主として結晶性金属酸化物の粒界を通して流れ
るが、本発明では前述したように反応防止層に使用され
た成分が前記粒界中に拡散されるため、このようなリ−
ク電流を著しく低減することが可能となる。

【００１８】

【実施例】以下に実施例として、本発明をスタック型の
キャパシタを有するＤＲＡＭに適用した例を実施例１〜
４に、バイパスコンデンサ等に用いられるチップ型薄膜
コンデンサに適用した例を実施例５〜１４に示す。実施例１図１（ａ）〜（ｄ）は本実施例のＤＲＡＭの製造プロセ
スの一部を示す縦断面図であり、以下図１を参照しなが
ら前記ＤＲＡＭの製造プロセスを説明する。

【００１９】まず、比抵抗値が１０Ω・ｃｍであり表面
が（１００）面であるｐ型のシリコン基板（１）上を選
択的に熱酸化して、素子分離領域となる絶縁膜（２）を
形成する。続いて、素子領域上に薄い熱酸化膜及びｎ+
型のポリシリコン膜を成膜した後、通常のフォトリソグ
ラフィ−工程によりパタ−ニングして、ゲ−ト酸化膜
（３）及びゲ−ト電極（４）を形成する。この後、ゲ−
ト電極（４）をマスクとして素子領域に自己整合的にイ
オン注入し、ｎ- 型のシリコンよりなるソ−ス、ドレイ
ン領域（５）を形成する（図１（ａ））。

【００２０】次いで、ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂よりなる
層間絶縁膜（６）を全面に形成し、通常のフォトリソグ
ラフィ−工程により所定の領域にコンタクトホ−ル
（７）を形成する（図１（ｂ））。

【００２１】次に、ＣＶＤ法によりｎ+ 型のポリシリコ
ンを全面に堆積した後、通常のフォトリソグラフィ−工
程により所望の形状にパタ−ニングして、コンデンサ部
の下部電極（８）とする。この後、下部電極（８）であ
るｎ+ 型のポリシリコンの表面をアンモニアガス雰囲気
中で直接熱窒化して、厚さ１０オングスト−ムの窒化ケ
イ素よりなる反応防止層（９）を形成する。さらに、窒
化ケイ素よりなる反応防止層（９）の上に、ＣＶＤ法に
よりＴａ₂Ｏ₅よりなる絶縁膜（１０）を形成した後、
窒素雰囲気中で７００℃、３０分のアニ−ルを施す（図
１（ｃ））。なおこの絶縁膜（１０）において、Ｔａ₂
Ｏ₅は前述したようなアニ−ルにより結晶化されている
ことがＸ線回折により確認されている。

【００２２】続いて、ＣＶＤ法によりタングステンを全
面に堆積した後、通常のフォトリソグラフィ−工程によ
りパタ−ニングして絶縁膜（１０）上に上部電極（１
１）を形成することにより、本発明におけるコンデンサ
部に相当するスタック型のキャパシタを得た（図１
（ｄ））。この後は、通常のＤＲＡＭの製造プロセスに
準じて駆動線となる配線やパッシベ−ション膜等を形成
し、本実施例のＤＲＡＭを製造した。

【００２３】一方比較例として、下部電極であるｎ+ 型
のポリシリコンの熱窒化により窒化ケイ素を形成しなか
った以外は全く同様にして、下部電極と絶縁膜との間に
反応防止層が設けられていないＤＲＡＭを製造した。

【００２４】これらのＤＲＡＭについて、それぞれ上部
電極と下部電極との間に徐々に電界を印加し、このとき
のリ−ク電流を測定した。結果を図２に示す。図２中、
実線が本実施例のＤＲＡＭにおけるリ−ク電流、破線が
比較例のＤＲＡＭにおけるリ−ク電流である。図２から
明らかなように、本実施例のＤＲＡＭでは反応防止層を
設けたことにより、コンデンサ部におけるリ−ク電流が
著しく低減されていることが判る。またコンデンサ部の
容量についてもその低下は極めて小さいことが確認され
た。実施例２

【００２５】まず、比抵抗値が１０Ω・ｃｍであり表面
が（１００）面であるｐ型のシリコン基板表面を熱酸化
して、素子分離領域となる絶縁膜を形成し、以下実施例
１と同様にしてゲ−ト酸化膜及びゲ−ト電極、ソ−ス、
ドレイン領域を設ける。

【００２６】さらに実施例１と同様の方法により、層間
絶縁膜、下部電極、窒化ケイ素よりなる反応防止層、結
晶性のＴａ₂Ｏ₅よりなる絶縁膜を順次形成した後、Ｔ
ａ₂Ｏ₅よりなる絶縁膜上に厚さ５０オングストロ−ム
の窒化タンタルよりなる反応防止層を微量の酸素が存在
する雰囲気でのスパッタリング法により設ける。なお、
ガスフュ−ジョン分析法により測定された前記窒化タン
タル中の酸素含有量は、１５ａｔｍ％以下であった。

【００２７】続いて、ＣＶＤ法によりｐ+ 型のポリシリ
コンを全面に堆積した後、通常のフォトリソグラフィ−
工程によりパタ−ニングして上記窒化タンタルよりなる
反応防止層上に上部電極を形成することにより、本発明
におけるコンデンサ部に相当するスタック型のキャパシ
タを得た。この後は、通常のＤＲＡＭの製造プロセスに
準じて駆動線となる配線やパッシベ−ション膜等を形成
し、本実施例のＤＲＡＭを製造した。

【００２８】得られたＤＲＡＭについて、実施例１と同
様にしてリ−ク電流を測定したところ、ほぼ実施例１と
同様の電界−電流特性であり、上部電極にポリシリコン
を用いても絶縁膜との間に窒化タンタルよりなる反応防
止層を設けたことにより、リ−ク電流の増大が抑制でき
ることが確認された。実施例３

【００２９】まず、比抵抗値が１０Ω・ｃｍであり表面
が（１００）面であるｐ型のシリコン基板表面を熱酸化
して、素子分離領域となる絶縁膜を形成し、以下実施例
１と同様にしてゲ−ト酸化膜及びゲ−ト電極、ソ−ス、
ドレイン領域を設ける。

【００３０】次に、ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂よりなる層
間絶縁膜を全面に形成し、通常のフォトリソグラフィ−
工程により所定の領域にコンタクトホ−ルを形成する。
次いで、前記コンタクトホ−ル内に薄い窒化チタンの層
をスパッタ法により形成した後、ＣＶＤ法によりタング
ステンを全面に堆積し通常のフォトリソグラフィ−工程
により所望の形状にパタ−ニングして、コンデンサ部の
下部電極とする。さらに、前記下部電極上にスパッタ法
によりＴａ₂Ｏ₅よりなる絶縁膜を成膜し、実施例１と
同様のアニ−ルによりＴａ₂Ｏ₅を結晶化した後、この
絶縁膜の表面をアンモニアガス雰囲気中で直接熱窒化し
て、厚さ５０オングストロ−ムの窒化タンタルよりなる
反応防止層を形成する。なお、ガスフュ−ジョン分析法
により測定された前記窒化タンタル中の酸素含有量は、
２０ａｔｍ％以下であった。

【００３１】続いて、ＣＶＤ法によりｎ+ 型のポリシリ
コンを全面に堆積した後、通常のフォトリソグラフィ−
工程によりパタ−ニングして窒化タンタルよりなる反応
防止層上に上部電極を形成することにより、本発明にお
けるコンデンサ部に相当するスタック型のキャパシタを
得た。この後は、通常のＤＲＡＭの製造プロセスに準じ
て駆動線となる配線やパッシベ−ション膜等を形成し、
本実施例のＤＲＡＭを製造した。

【００３２】一方比較例として、Ｔａ₂Ｏ₅の熱窒化に
より窒化タンタルを形成しなかった以外は全く同様にし
て、絶縁膜と上部電極の間に反応防止層が設けられてい
ないＤＲＡＭを製造した。

【００３３】これらのＤＲＡＭについて、それぞれ上部
電極と下部電極との間に徐々に電界を印加し、このとき
のリ−ク電流を測定した。結果を図３に示す。図３から
明らかなように、本実施例のＤＲＡＭでは窒化タンタル
よりなる反応防止層を設けたことにより、コンデンサ部
におけるリ−ク電流が著しく低減されていることが判
る。またコンデンサ部の容量についてもその低下は極め
て小さいことが確認された。実施例４

【００３４】下部電極と絶縁膜との間に、窒化ケイ素よ
りなる反応防止層の代わりに厚さ５０オングスト−ムの
窒化チタンよりなる反応防止層を設けた以外は、実施例
１と同様のＤＲＡＭを製造した。なおこの窒化チタンよ
りなる反応防止層は、下部電極上にＣＶＤ法により酸化
チタンよりなる層を形成した後、アンモニアガス雰囲気
中で直接熱窒化することによって形成した。また、ガス
フュ−ジョン分析法により測定された前記窒化チタン中
の酸素含有量は、１３ａｔｍ％以下であった。

【００３５】得られたＤＲＡＭについて、実施例１と同
様にしてリ−ク電流を測定したところ、ほぼ実施例１と
同様の電界−電流特性であり、リ−ク電流の小さいコン
デンサ部が形成されていることが確認された。実施例５

【００３６】図４は、本実施例のチップ型薄膜コンデン
サを示す縦断面図であり、本実施例では以下に示すよう
なプロセスにより、下部電極（１２）となるｎ型シリコ
ンウェハ上に、窒化ケイ素よりなる反応防止層（１
３）、ＳｒＴｉＯ₃よりなる絶縁膜（１４）、及びＴｉ
／Ｐｔよりなる上部電極（１５）を形成し、さらに下部
電極の裏面には下部電極とのコンタクトをとるためのＴ
ｉ／Ｐｔ膜（１６）を設け、前記チップ型薄膜コンデン
サを作製した。

【００３７】まず、Ａｓがド−プされたｎ型シリコンウ
ェハを１０００℃のアンモニアガスに１０分間晒すこと
により、ｎ型シリコンウェハ表面に窒化ケイ素よりなる
反応防止層を形成した。この窒化ケイ素よりなる反応防
止層の厚さは、オ−ジェ分析により１５オングスト−ム
であることが確認された。次いでこのｎ型シリコンウェ
ハ上に、ＲＦマグネトロンスパッタ法によりＳｒＴｉＯ
₃よりなる絶縁膜を成膜した。なお、タ−ゲットはＳｒ
ＴｉＯ₃の焼結体で、成膜時の条件は基板温度４００
℃，Ａｒ／Ｏ₂（４０ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍ）ガス雰
囲気，ガス圧０．５８Ｐａ，高周波電力４００Ｗであ
り、成膜時間を変えることにより膜厚を調整して、それ
ぞれ膜厚が１０００、１５００、２０００、２５００オ
ングストロ−ムの４種類を得た。

【００３８】次に得られた絶縁膜上に、スパッタ法によ
りＴｉ及びＰｔをそれぞれ７００，２０００オングスト
ロ−ムずつ堆積した。また、下部電極とのコンタクトを
とるため、ｎ型シリコンウェハの裏面にもＴｉ／Ｐｔ膜
を同様に７００，２０００オングストロ−ムずつ堆積し
た。さらに、絶縁膜上に堆積されたＴｉ／Ｐｔをフォト
リソグラフィ−工程により所定のパタ−ンにエッチング
して、１ｍｍ×２ｍｍの上部電極を形成した。この後、
上述したような絶縁膜、上部電極等が形成されたｎ型シ
リコンウェハをダイシングして、概略１ｍｍ×２ｍｍの
本実施例のチップ型薄膜コンデンサを４種類作製した。

【００３９】これらのチップ型薄膜コンデンサにおい
て、下部電極であるｎ型シリコンウェハの表面近傍を断
面透過電子顕微鏡で観察したところ、いずれも二酸化シ
リコンの生成は全く確認されなかった。従って前記チッ
プ型薄膜コンデンサでは、下部電極のシリコンとＳｒＴ
ｉＯ₃との反応に起因する絶縁膜でのリ−ク電流の増大
が抑えられているものと考えられる。またＳｒＴｉＯ₃
よりなる絶縁膜においては、窒化ケイ素よりなる反応防
止層の近傍でＳｒＴｉＯ₃の粒界中に少量の非晶質化合
物が観察され、前記反応防止層中の成分が前記粒界中に
拡散されていることが確認された。さらに、ＳｒＴｉＯ
₃よりなる絶縁膜の膜厚が２０００オングストロ−ムで
ある上記チップ型薄膜コンデンサについて、容量値とそ
の周波数依存性を測定した。結果を図５に示す。図５に
示されたように、このチップ型薄膜コンデンサでは高い
容量値及び優れた周波数特性が得られている。

【００４０】一方比較例として、ｎ型シリコンウェハ表
面に窒化ケイ素を形成しなかった以外は全く同様にし
て、下部電極であるｎ型シリコンウェハと絶縁膜との間
に反応防止層が設けられていないチップ型薄膜コンデン
サを作製した。このチップ型薄膜コンデンサでは、断面
透過電子顕微鏡によりｎ型シリコンウェハと絶縁膜との
界面に、厚さ５０オングストロ−ム程度の二酸化シリコ
ンの層が観察された。また、絶縁膜の膜厚が２０００オ
ングストロ−ムであるときの容量は５ｎＦであり、前述
したような二酸化シリコンの層の生成により著しく容量
が低下していた。実施例６

【００４１】下部電極であるｎ型シリコンウェハと絶縁
膜との間に、ＲＴＡ（ラピッド・サ−マル・アニ−ル）
法により厚さ約６オングストロ−ムの窒化ケイ素よりな
る反応防止層を形成し、上部電極の大きさを１ｍｍ×１
ｍｍとした以外は実施例５と同様にして、概略１ｍｍ×
１ｍｍのチップ型薄膜コンデンサを作製した。

【００４２】このチップ型薄膜コンデンサにおいて、下
部電極であるｎ型シリコンウェハの表面近傍を断面透過
電子顕微鏡で観察したところ、二酸化シリコンの生成は
全く確認されなかった。従って前記チップ型薄膜コンデ
ンサでは、シリコンよりなる電極とＳｒＴｉＯ₃との反
応に起因する絶縁膜でのリ−ク電流の増大が抑えられて
いるものと考えられる。またＳｒＴｉＯ₃よりなる絶縁
膜においては、窒化ケイ素よりなる反応防止層の近傍で
ＳｒＴｉＯ₃の粒界中に少量の非晶質化合物が観察さ
れ、前記反応防止層中の成分が前記粒界中に拡散されて
いることが確認された。次いで、ＳｒＴｉＯ₃よりなる
絶縁膜の膜厚が２５００オングストロ−ムであるチップ
型薄膜コンデンサについて、容量を測定したところ、約
７ｎＦと充分な値が得られていた。さらに図６は、前記
チップ型薄膜コンデンサの容量の周波数特性を示す特性
図であるが、このチップ型薄膜コンデンサは図示された
通り優れた周波数特性を有している。実施例７

【００４３】本実施例では、ＳｒＴｉＯ₃よりなる絶縁
膜をゾル・ゲル法により成膜した以外は実施例５と全く
同様にして、概略１ｍｍ×２ｍｍのチップ型薄膜コンデ
ンサを作製した。なお、ＳｒＴｉＯ₃よりなる絶縁膜の
成膜に当たっては、チタンブトキシド及びストロンチウ
ムメトキシエトキシドの混合溶液を塗布した後、５００
℃の熱処理を施す工程を５回繰り返して、絶縁膜の膜厚
は２０００オングストロ−ムとした。

【００４４】上記チップ型薄膜コンデンサにおいて、下
部電極であるｎ型シリコンウェハの表面近傍を断面透過
電子顕微鏡で観察したところ、二酸化シリコンの生成は
全く確認されなかった。従って、シリコンよりなる電極
とＳｒＴｉＯ₃との反応に起因する絶縁膜でのリ−ク電
流の増大が抑えられているものと考えられる。またＳｒ
ＴｉＯ₃よりなる絶縁膜においては、窒化ケイ素よりな
る反応防止層の近傍でＳｒＴｉＯ₃の粒界中に少量の非
晶質化合物が観察され、前記反応防止層中の成分が前記
粒界中に拡散されていることが確認された。さらにこの
チップ型薄膜コンデンサについて、容量値とその周波数
依存性を測定した結果を図７に示す。図７に示されたよ
うに、本実施例のチップ型薄膜コンデンサでも高い容量
値及び優れた周波数特性が得られている。実施例８

【００４５】本実施例では、ＳｒＴｉＯ₃よりなる絶縁
膜をＣＶＤ法により成膜した以外は実施例５と全く同様
にして、概略１ｍｍ×２ｍｍのチップ型薄膜コンデンサ
を作製した。なお、ＳｒＴｉＯ₃よりなる絶縁膜の成膜
に当たっては、Ｓｒ（Ｃ₁₁Ｈ₁₉Ｏ₂）₂及びＴｉ（Ｃ₃
Ｈ₇Ｏ）₄を原料ガスとして、ガス温度がそれぞれ２２
０℃，５０℃、ガス流量がそれぞれ４００ｓｃｃｍ，５
０ｓｃｃｍ、また基板温度が６００℃の成膜条件で、２
０００オングストロ−ムの膜厚の絶縁膜を形成した。

【００４６】上記チップ型薄膜コンデンサにおいて、下
部電極であるｎ型シリコンウェハの表面近傍を断面透過
電子顕微鏡で観察したところ、二酸化シリコンの生成は
全く確認されなかった。従って、シリコンよりなる電極
とＳｒＴｉＯ₃との反応に起因する絶縁膜でのリ−ク電
流の増大が抑えられているものと考えられる。またＳｒ
ＴｉＯ₃よりなる絶縁膜においては、窒化ケイ素よりな
る反応防止層の近傍でＳｒＴｉＯ₃の粒界中に少量の非
晶質化合物が観察され、前記反応防止層中の成分が前記
粒界中に拡散されていることが確認された。さらにこの
チップ型薄膜コンデンサについて、容量値とその周波数
依存性を測定した結果を図８に示す。図８に示されたよ
うに、本実施例のチップ型薄膜コンデンサでも高い容量
値及び優れた周波数特性が得られている。実施例９

【００４７】ｎ型シリコンウェハを１０００℃のアンモ
ニアガスに１０分間晒して表面に窒化ケイ素よりなる反
応防止層を形成する代わりに、１０００℃のメタンガス
に１０分間晒して表面に炭化ケイ素よりなる反応防止層
を形成した以外は実施例５と全く同様にして、概略１ｍ
ｍ×２ｍｍのチップ型薄膜コンデンサを作製した。な
お、この炭化ケイ素よりなる反応防止層の厚さは、オ−
ジェ分析により１３オングストロ−ムであることが確認
された。

【００４８】このチップ型薄膜コンデンサにおいて、下
部電極であるｎ型シリコンウェハの表面近傍を断面透過
電子顕微鏡で観察したところ、二酸化シリコンの生成は
全く確認されなかった。従って前記チップ型薄膜コンデ
ンサでは、シリコンよりなる電極とＳｒＴｉＯ₃との反
応に起因する絶縁膜でのリ−ク電流の増大が抑えられて
いるものと考えられる。またＳｒＴｉＯ₃よりなる絶縁
膜においては、炭化ケイ素よりなる反応防止層の近傍で
ＳｒＴｉＯ₃の粒界中に少量の非晶質化合物が観察さ
れ、前記反応防止層中の成分が前記粒界中に拡散されて
いることが確認された。さらに、ＳｒＴｉＯ₃よりなる
絶縁膜の膜厚が２０００オングストロ−ムであるチップ
型薄膜コンデンサについて、容量値とその周波数依存性
を測定した結果を図９に示す。図９に示されたように、
本実施例のチップ型薄膜コンデンサでも高い容量値及び
優れた周波数特性が得られている。実施例１０

【００４９】本実施例では、ＳｒＴｉＯ₃よりなる絶縁
膜をゾル・ゲル法により成膜した以外は実施例９と全く
同様にして、概略１ｍｍ×２ｍｍのチップ型薄膜コンデ
ンサを作製した。なお、ゾル・ゲル法による絶縁膜の成
膜は実施例７での工程に準じて行ない、膜厚は実施例７
と同様に２０００オングストロ−ムとした。

【００５０】上記チップ型薄膜コンデンサにおいて、下
部電極であるｎ型シリコンウェハの表面近傍を断面透過
電子顕微鏡で観察したところ、二酸化シリコンの生成は
全く確認されなかった。従って、シリコンよりなる電極
とＳｒＴｉＯ₃との反応に起因する絶縁膜でのリ−ク電
流の増大が抑えられているものと考えられる。またＳｒ
ＴｉＯ₃よりなる絶縁膜においては、炭化ケイ素よりな
る反応防止層の近傍でＳｒＴｉＯ₃の粒界中に少量の非
晶質化合物が観察され、前記反応防止層中の成分が前記
粒界中に拡散されていることが確認された。さらにこの
チップ型薄膜コンデンサについて、容量値とその周波数
依存性を測定した結果を図１０に示す。図１０に示され
たように、本実施例のチップ型薄膜コンデンサでも高い
容量値及び優れた周波数特性が得られている。実施例１１

【００５１】本実施例では、ＳｒＴｉＯ₃よりなる絶縁
膜をＣＶＤ法により成膜した以外は実施例９と全く同様
にして、概略１ｍｍ×２ｍｍのチップ型薄膜コンデンサ
を作製した。なお、ＣＶＤ法による絶縁膜の成膜は実施
例８での工程に準じて行ない、膜厚は実施例８と同様に
２０００オングストロ−ムとした。

【００５２】上記チップ型薄膜コンデンサにおいて、下
部電極であるｎ型シリコンウェハの表面近傍を断面透過
電子顕微鏡で観察したところ、二酸化シリコンの生成は
全く確認されなかった。従って、シリコンよりなる電極
とＳｒＴｉＯ₃との反応に起因する絶縁膜でのリ−ク電
流の増大が抑えられているものと考えられる。またＳｒ
ＴｉＯ₃よりなる絶縁膜においては、炭化ケイ素よりな
る反応防止層の近傍でＳｒＴｉＯ₃の粒界中に少量の非
晶質化合物が観察され、前記反応防止層中の成分が前記
粒界中に拡散されていることが確認された。さらにこの
チップ型薄膜コンデンサについて、容量値とその周波数
依存性を測定した結果を図１１に示す。図１１に示され
たように、本実施例のチップ型薄膜コンデンサでも高い
容量値及び優れた周波数特性が得られている。実施例１２

【００５３】ｎ型シリコンウェハを１０００℃のアンモ
ニアガスに１０分間晒して表面に窒化ケイ素よりなる反
応防止層を形成する代わりに、ｎ型シリコンウェハ上に
スパッタ法によりフッ化物（ＣａＦ₂）よりなる反応防
止層を形成した以外は実施例５と全く同様にして、概略
１ｍｍ×２ｍｍのチップ型薄膜コンデンサを作製した。
なお、このフッ化物よりなる反応防止層の厚さは、オ−
ジェ分析により１５オングストロ−ムであることが確認
された。

【００５４】このチップ型薄膜コンデンサにおいて、下
部電極であるｎ型シリコンウェハの表面近傍を断面透過
電子顕微鏡で観察したところ、二酸化シリコンの生成は
全く確認されなかった。従って前記チップ型薄膜コンデ
ンサでは、シリコンよりなる電極とＳｒＴｉＯ₃との反
応に起因する絶縁膜でのリ−ク電流の増大が抑えられて
いるものと考えられる。またＳｒＴｉＯ₃よりなる絶縁
膜においては、フッ化物よりなる反応防止層の近傍でＳ
ｒＴｉＯ₃の粒界中に少量の非晶質化合物が観察され、
前記反応防止層中の成分が前記粒界中に拡散されている
ことが確認された。さらに、ＳｒＴｉＯ₃よりなる絶縁
膜の膜厚が２０００オングストロ−ムであるチップ型薄
膜コンデンサについて、容量値とその周波数依存性を測
定した結果を図１２に示す。図１２に示されたように、
本実施例のチップ型薄膜コンデンサでも高い容量値及び
優れた周波数特性が得られている。なお本実施例では、
フッ化物としてＣａＦ₂を使用したが、この他ＬｉＦ等
を使用しても同様の特性を得ることができる。実施例１３

【００５５】本実施例では、ＳｒＴｉＯ₃よりなる絶縁
膜をゾル・ゲル法により成膜した以外は実施例１２と全
く同様にして、概略１ｍｍ×２ｍｍのチップ型薄膜コン
デンサを作製した。なお、ゾル・ゲル法による絶縁膜の
成膜は実施例７での工程に準じて行ない、膜厚は実施例
７と同様に２０００オングストロ−ムとした。

【００５６】上記チップ型薄膜コンデンサにおいて、下
部電極であるｎ型シリコンウェハの表面近傍を断面透過
電子顕微鏡で観察したところ、二酸化シリコンの生成は
全く確認されなかった。従って、シリコンよりなる電極
とＳｒＴｉＯ₃との反応に起因する絶縁膜でのリ−ク電
流の増大が抑えられているものと考えられる。またＳｒ
ＴｉＯ₃よりなる絶縁膜においては、フッ化物よりなる
反応防止層の近傍でＳｒＴｉＯ₃の粒界中に少量の非晶
質化合物が観察され、前記反応防止層中の成分が前記粒
界中に拡散されていることが確認された。さらにこのチ
ップ型薄膜コンデンサについて、容量値とその周波数依
存性を測定した結果を図１３に示す。図１３に示された
ように、本実施例のチップ型薄膜コンデンサでも高い容
量値及び優れた周波数特性が得られている。実施例１４

【００５７】本実施例では、ＳｒＴｉＯ₃よりなる絶縁
膜をＣＶＤ法により成膜した以外は実施例１２と全く同
様にして、概略１ｍｍ×２ｍｍのチップ型薄膜コンデン
サを作製した。なお、ＣＶＤ法による絶縁膜の成膜は実
施例８での工程に準じて行ない、膜厚は実施例８と同様
に２０００オングストロ−ムとした。

【００５８】上記チップ型薄膜コンデンサにおいて、下
部電極であるｎ型シリコンウェハの表面近傍を断面透過
電子顕微鏡で観察したところ、二酸化シリコンの生成は
全く確認されなかった。従って、シリコンよりなる電極
とＳｒＴｉＯ₃との反応に起因する絶縁膜でのリ−ク電
流の増大が抑えられているものと考えられる。またＳｒ
ＴｉＯ₃よりなる絶縁膜においては、フッ化物よりなる
反応防止層の近傍でＳｒＴｉＯ₃の粒界中に少量の非晶
質化合物が観察され、前記反応防止層中の成分が前記粒
界中に拡散されていることが確認された。さらにこのチ
ップ型薄膜コンデンサについて、容量値とその周波数依
存性を測定した結果を図１４に示す。図１４に示された
ように、本実施例のチップ型薄膜コンデンサでも高い容
量値及び優れた周波数特性が得られている。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の電子部品
は大容量でリ−ク電流が小さいコンデンサ部を備えてお
り、その工業的価値は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の１実施例であるＤ
ＲＡＭの製造プロセスの一部を示す縦断面図。

【図２】本発明の１実施例であるＤＲＡＭにおけるコ
ンデンサ部でのリ−ク電流を示す電界−電流特性図。

【図３】本発明の他の実施例であるＤＲＡＭにおける
コンデンサ部でのリ−ク電流を示す電界−電流特性図。

【図４】本発明の実施例で作製されるチップ型薄膜コ
ンデンサの縦断面図。

【図５】下部電極と絶縁膜との間に窒化ケイ素よりな
る反応防止層が設けられたチップ型薄膜コンデンサにお
ける容量の周波数特性図。

【図６】下部電極と絶縁膜との間にＲＴＡ法により窒
化ケイ素よりなる反応防止層が設けられたチップ型薄膜
コンデンサにおける容量の周波数特性図。

【図７】下部電極と絶縁膜との間に窒化ケイ素よりな
る反応防止層が設けられた他のチップ型薄膜コンデンサ
における容量の周波数特性図。

【図８】下部電極と絶縁膜との間に窒化ケイ素よりな
る反応防止層が設けられたさらに別のチップ型薄膜コン
デンサにおける容量の周波数特性図。

【図９】下部電極と絶縁膜との間に炭化ケイ素よりな
る反応防止層が設けられたチップ型薄膜コンデンサにお
ける容量の周波数特性図。

【図１０】下部電極と絶縁膜との間に炭化ケイ素より
なる反応防止層が設けられた他のチップ型薄膜コンデン
サにおける容量の周波数特性図。

【図１１】下部電極と絶縁膜との間に炭化ケイ素より
なる反応防止層が設けられたさらに別のチップ型薄膜コ
ンデンサにおける容量の周波数特性図。

【図１２】下部電極と絶縁膜との間にフッ化物よりな
る反応防止層が設けられたチップ型薄膜コンデンサにお
ける容量の周波数特性図。

【図１３】下部電極と絶縁膜との間にフッ化物よりな
る反応防止層が設けられた他のチップ型薄膜コンデンサ
における容量の周波数特性図。

【図１４】下部電極と絶縁膜との間にフッ化物よりな
る反応防止層が設けられたさらに別のチップ型薄膜コン
デンサにおける容量の周波数特性図。

【符号の説明】

１…シリコン基板、８，１２…下部電極、９，１３…反応防止層、１０，１４…絶縁膜、１１，１５…上部電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者齋田繁彦神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶性金属酸化物を絶縁膜としたコンデン
サ部を有する電子部品において、前記絶縁膜を介して対
向配置された１対の電極の少なくとも一方がシリコンよ
りなり、このシリコンよりなる電極と前記絶縁膜との間
に窒化ケイ素、炭化ケイ素及びフッ化物からなる群より
選ばれた少なくとも１種を介在せしめたことを特徴とす
る電子部品。
【請求項２】結晶性金属酸化物を絶縁膜としたコンデン
サ部を有する電子部品において、前記絶縁膜を介して対
向配置された１対の電極の少なくとも一方がシリコンよ
りなり、このシリコンよりなる電極と前記絶縁膜との間
に２０ａｔｍ％未満の酸素を含有する遷移金属窒化物を
介在せしめたことを特徴とする電子部品。