JPH06326249A - 薄膜キャパシタ及びその製造方法 - Google Patents
薄膜キャパシタ及びその製造方法Info
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- JPH06326249A JPH06326249A JP11082493A JP11082493A JPH06326249A JP H06326249 A JPH06326249 A JP H06326249A JP 11082493 A JP11082493 A JP 11082493A JP 11082493 A JP11082493 A JP 11082493A JP H06326249 A JPH06326249 A JP H06326249A
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Abstract
て、下部電極と基板が剥離することを防ぐ。 【構成】 基板11上に、下部電極、誘電体薄膜16、
上部電極17が順次積層された構造の薄膜キャパシタに
おいて、下部電極が基板と接する層14及び誘電体薄膜
と接する層15を含んだ少なくとも2層以上の導電層が
積層された構造からなり、基板と接する層14が4a族
元素及びこれらの窒化物、5a族元素及びこれらの窒化
物、6a族元素のうちから選ばれた1以上の材料からな
り、誘電体薄膜と接する層15がRu、Re、Os、R
h、Irの酸化物のうちから選ばれた1以上の材料から
なる構造、或は層14及び層15の間に4a、5a、6
a、7a族元素、Ru、Os、Rh、Irのうちから選
ばれた1以上の材料からなる中間層21を含んだ構造、
及び上記の材料を基板側から順に積層してゆく製造方
法。これにより、層14及び21において層15と基板
との密着性を向上させることができる。
Description
ャパシタに関する。
ますます小型化しており、各種電子回路に必須の回路素
子であるキャパシタの小型化も一段と重要になってい
る。誘電体薄膜を用いた薄膜キャパシタがトランジスタ
等の能動素子と同一の基板上に形成されて利用されてい
るが、能動素子の小型化が急速に進む中で薄膜キャパシ
タの小型化は遅れており、電子回路のより一層の高集積
化を阻む大きな要因となってきている。これは従来用い
られている誘電体薄膜材料がSiO2 、Si3 N4 等の
ような誘電率が高々10以下の材料に限られているため
であり、薄膜キャパシタを小型化する手段としては誘電
率の大きな誘電体薄膜を用いることが必要となってい
る。化学式ABO3 で表されるペロブスカイト型酸化物
であるBaTiO3 、SrTiO3 、PbTiO3 及び
イルメナイト型酸化物LiNbO3 あるいはBi4 Ti
3 O1 2 等の強誘電体に属する酸化物、及びこれらの固
溶体は、単結晶あるいはセラミックにおいて100以上
10000にも及ぶ誘電率を有することが知られてお
り、セラミック・コンデンサに広く用いられている。こ
れらの材料の薄膜化は上述の薄膜キャパシタの小型化に
極めて有効であり、以前から研究が行われている。
おいては、高い誘電率を得るために薄膜作成時や作成後
に高温に保持する必要があり、高融点貴金属材料からな
る下部電極が用いられている。
れるために、導電性酸化物材料からなる下部電極も試み
られている。図4に導電性酸化物RuO2 を下部電極に
用いた従来例(特願平2−051010)を示す。41
はシリコン基板、42は41内に作られた不純物を高濃
度にドープした低抵抗のシリコン電極層、43は絶縁
層、44はRuO2 からなる下部電極、45はAlなど
の下部電極引き出し層、46はBaTiO3 からなる誘
電体層、47はAlなどの上部電極層である。
貴金属薄膜は、ドライ・エッチングが困難なために微細
な形状に加工することが難しく、高集積化された電子回
路に適用することは困難である。
物薄膜と基板との付着力は微小押し込み法による測定で
は10MPa以下と非常に弱く、誘電体薄膜作成時或は
下部電極を加工する過程で、基板と下部電極との間で剥
離が生じるといった不都合がある。更に、導電性酸化物
薄膜形成時に基板のSiが酸化され、低誘電率SiO2
層の形成や下部電極の抵抗増大といった不都合は避けら
れない。
部電極、誘電体薄膜、上部電極が順次積層された構造の
薄膜キャパシタにおいて、下部電極が基板と接する層及
び誘電体薄膜と接する層を含んだ少なくとも2層以上の
導電層が積層された構造からなり、基板と接する層が4
a族元素及びこれらの窒化物、5a族元素及びこれらの
窒化物、6a族元素のうちから選ばれた1以上の材料か
らなり、誘電体薄膜と接する層がRu、Re、Os、R
h、Irの酸化物のうちから選ばれた1以上の材料から
なることを特徴とする薄膜キャパシタとその製造方法を
与え、これにより高誘電率材料の薄膜を用いて、高い容
量密度、優れた絶縁特性と高い密着強度を有し高集積回
路に適用可能な薄膜キャパシタを提供するものである。
する層に電極材料として優れている導電性酸化物を用
い、その層と基板との間の層がSiO2 形成の抑制や積
層膜全体の応力緩和を担うことによって、導電性酸化物
層と基板との密着性を向上させることができる。従っ
て、誘電体薄膜層と基板との間の各界面で低誘電率層が
形成されることない、密着性の良い薄膜キャパシタを利
用することができる。
はシリコン基板、12は11内に作られた不純物を高濃
度にドープした低抵抗のシリコン電極層、13は絶縁
層、14はTiNからなる下部電極第1層、15はRu
O2 からなる下部電極第2層、16はBaTiO3 から
なる誘電体層、17はAlなどの上部電極層、18はA
lなどの下部電極引き出し層である。
抗電極層12を含んだ基板11にTiN、RuO2 の順
に反応性スパッタ法で成膜した。それぞれ、Ar+
N2 、Ar+O2 混合ガス中、4mTorrのガス圧、
基板温度200℃で成膜した。その後、フォトリソグラ
フィにより所定のパターンのレジスト・マスクを形成
し、O2 及びCl2 或はCF4 を含んだ混合ガスのプラ
ズマ中で下部電極のドライ・エッチングを行い下部電極
を形成した。BaTiO3 膜16は化学量論組成のター
ゲットを用いた高周波マグネトロン・スパッタ法で、A
r+O2 混合ガス中、10mTorrのガス圧、基板温
度500℃で成膜した。BaTiO3 薄膜はCl2 +S
F6 混合ガスでドライ・エッチングを行い所望の形状に
加工した。最後に、AlをDCスパッタ法で成膜して、
上部電極17及び下部電極引き出し層18を形成した。
3に示す。図3において31は第1図の構造の試料につ
いての測定値を示す。実効誘電率はBaTiO3 膜厚に
依存せず約240の一定値となっており、界面に低誘電
率層が形成されていないことがわかる。図3において3
2は比較のために図4に示した構造の試料を作成して測
定した結果を示す。この場合はBaTiO3 膜厚の減少
と共に実効誘電率が低下しており、基板と下部電極との
界面での低誘電率層生成が明らかである。また、微小押
し込み法による付着強度は、図4に示した構造では10
MPa以下であったのに対して、図1の構造では50M
Paに向上し、誘電体膜作製時や下部電極加工時に剥離
を生じることもなくなった。
一層密着力を向上させる場合における本発明の実施例を
示すものである。11〜18は図1と同様であり、19
はRuからなる中間層、20は低抵抗の多結晶シリコン
層である。下部電極第1層14を成膜する前に低抵抗多
結晶シリコン層22を形成する。更に本実施例はTiN
からなる下部電極第1層14とRuO2 からなる下部電
極第2層15との間にRuからなる中間層21を成膜し
ている。中間層21は下部電極第1層14と下部電極第
2層15との間の密着性を向上させる働きをすると同時
に下部電極第1層14が下部電極第2層15成膜時に酸
化されることを防ぐ働きもする。図2に示した構造のキ
ャパシタの誘電率は図1と変わらないが、付着強度は8
0MPa以上に向上した。
s、Rh、Irの導電性酸化物も同様の効果があり、下
部電極第1層はTiN以外にもZr、Ta、Hf及びこ
れらの窒化物、Ti、V、Nb、Cr、Mo、Wに変え
ても図1に示した構造でいずれも40MPa以上の付着
強度が得られ、同様の効果が確認された。
部電極のうち誘電体と接する導電性酸化物層と基板との
密着性を大幅に向上させることが可能となり、実効誘電
率の高い薄膜キャパシタを集積回路に利用することが可
能となる。
である。
である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 基板上に、下部電極、誘電体薄膜、上部
電極が順次積層された構造の薄膜キャパシタにおいて、
下部電極が基板と接する層及び誘電体薄膜と接する層を
含んだ少なくとも2層以上の導電層が積層された構造か
らなり、基板と接する層が4a族元素及びこれらの窒化
物、5a族元素及びこれらの窒化物、6a族元素のうち
から選ばれた1以上の材料からなり、誘電体薄膜と接す
る層がRu、Re、Os、Rh、Irの酸化物のうちか
ら選ばれた1以上の材料からなることを特徴とする薄膜
キャパシタ。 - 【請求項2】 特許請求の範囲第1項記載の薄膜キャパ
シタにおいて、基板と接する層及び誘電体と接する層の
間に1層以上の中間層を備えた構造からなり、該中間層
が4a、5a、6a、7a族元素、Ru、Os、Rh、
Irのうちから選ばれた1以上の材料からなることを特
徴とする薄膜キャパシタ。 - 【請求項3】 基板上に、4a族元素及びこれらの窒化
物、5a族元素及びこれらの窒化物、6a族元素のうち
から選ばれた1以上の材料と、Ru、Re、Os、R
h、Ir及びこれらの酸化物のうちから選ばれた1以上
の材料とを基板側から順次積層する工程とによって下部
電極を作成し、つづいて該下部電極上に誘電体薄膜を作
成し、更に上部電極を形成する工程を備えたことを特徴
とする薄膜キャパシタの製造方法。 - 【請求項4】 基板上に、4a族元素及びこれらの窒化
物、5a族元素及びこれらの窒化物、6a族元素のうち
から選ばれた1以上の材料と、4a、5a、6a、7a
族元素、Ru、Os、Rh、Irのうちから選ばれた1
以上の材料と、Ru、Re、Os、Rh、Ir及びこれ
らの酸化物のうちから選ばれた1以上の材料とを順次積
層する工程とによって下部電極を作成し、つづいて該下
部電極上に誘電体薄膜を作成し、更に上部電極を形成す
る工程を備えたことを特徴とする薄膜キャパシタの製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5110824A JP2874512B2 (ja) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | 薄膜キャパシタ及びその製造方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP17011097A Division JP2850903B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 薄膜キャパシタ及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06326249A true JPH06326249A (ja) | 1994-11-25 |
JP2874512B2 JP2874512B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=14545596
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP5110824A Expired - Lifetime JP2874512B2 (ja) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | 薄膜キャパシタ及びその製造方法 |
Country Status (1)
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- 1993-05-13 JP JP5110824A patent/JP2874512B2/ja not_active Expired - Lifetime
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