JPH0644601B2 - 薄膜コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
薄膜コンデンサおよびその製造方法Info
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- JPH0644601B2 JPH0644601B2 JP1226031A JP22603189A JPH0644601B2 JP H0644601 B2 JPH0644601 B2 JP H0644601B2 JP 1226031 A JP1226031 A JP 1226031A JP 22603189 A JP22603189 A JP 22603189A JP H0644601 B2 JPH0644601 B2 JP H0644601B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は小型電子回路に用いる薄膜コンデンサに関す
る。
る。
（従来の技術） 集積回路技術の発達によ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いる。誘電体薄膜を
用いた薄膜コンデンサが、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コンデンサの小型化は遅
れており、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、Si3N4等のような誘電率がたかだか10以下の
材料に限られているためであり、薄膜コンデンサを小型
化する手段として誘電率の大きな誘電体薄膜を開発する
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,PbZrO3および
イルメナイト型酸化物LiNbO3あるいはBi4TiO12等の強誘
電体に属する酸化物は、上記の単一組成並びに相互の固
溶体組成で、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
材料の薄膜化は上述の薄膜コンデンサの小型化に極めて
有効であり、かなり以前から研究が行われている。それ
らの中で比較的良好な特性が得られている例としては、
プロシーディング・オブ・アイ・イー・イー・イー・
（Proceedings of the IEEE）第59巻10号1440-1447
頁に所載の論文があり、スパッタリングによる成膜およ
び熱処理を行ったBaTiO3薄膜で16（室温で作成）から19
00（1200℃で熱処理）の誘電率が得られている。
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いる。誘電体薄膜を
用いた薄膜コンデンサが、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コンデンサの小型化は遅
れており、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、Si3N4等のような誘電率がたかだか10以下の
材料に限られているためであり、薄膜コンデンサを小型
化する手段として誘電率の大きな誘電体薄膜を開発する
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,PbZrO3および
イルメナイト型酸化物LiNbO3あるいはBi4TiO12等の強誘
電体に属する酸化物は、上記の単一組成並びに相互の固
溶体組成で、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
材料の薄膜化は上述の薄膜コンデンサの小型化に極めて
有効であり、かなり以前から研究が行われている。それ
らの中で比較的良好な特性が得られている例としては、
プロシーディング・オブ・アイ・イー・イー・イー・
（Proceedings of the IEEE）第59巻10号1440-1447
頁に所載の論文があり、スパッタリングによる成膜およ
び熱処理を行ったBaTiO3薄膜で16（室温で作成）から19
00（1200℃で熱処理）の誘電率が得られている。
上記のような従来作成されているBaTiO3等の誘電体薄膜
は、高い誘電率を得るためには薄膜作成時に高温を必要
とし、いずれも白金、パラジウム等の高融点貴金属材料
からなる下部電極の上に作成されたものである。一般に
電極材料として用いられるアルミニウムやニクロム、銅
などでは、高温での電極の蒸発や誘電体膜との相互反応
により誘電体膜の誘電率の著しい低下を招く。
は、高い誘電率を得るためには薄膜作成時に高温を必要
とし、いずれも白金、パラジウム等の高融点貴金属材料
からなる下部電極の上に作成されたものである。一般に
電極材料として用いられるアルミニウムやニクロム、銅
などでは、高温での電極の蒸発や誘電体膜との相互反応
により誘電体膜の誘電率の著しい低下を招く。
（発明が解決しようとする課題） 現在の高集積回路に広く用いられている電極材料は多結
晶シリコンあるいはシリコン基板自体の一部に不純物を
高濃度にドーピングした低抵抗シリコン層である。以下
これらを総してシリコン電極と呼ぶ。シリコン電極は微
細加工技術が確立されており、すでに広く用いられてい
るため、シリコン電極上に良好な高誘電率薄膜が作製で
きれば、集積回路用コンデンサへの利用が可能となる。
しかしながら、従来技術では例えばIBM・ジャーナル・オ
ブ・リサーチ・アンド・ディベロップメント（IBM Jou
rnal of Research and Development）1969年11月号
686-695頁に所載のSrTiO3膜に関する論文において687-6
88頁の記載に、シリコン上に高誘電率材料の薄膜を形成
する場合には約100Åの二酸化シリコン（SiO2）に等価
な層が界面に形成されてしまうと報告されている。この
界面層は誘電率が低い層であるため、結果としてシリコ
ン上に形成した高誘電率薄膜の実効的な誘電率は大きく
低下してしまい、高誘電率材料を用いる利点がほとんど
損なわれていた。同様の報告の他の例としてはジャーナ
ル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロ
ジー（Journal of Vaccum Science and Technolog
y）第16巻２号315-318頁に所載のBaTiO3に関する論文に
おいて、316頁の記載に見ることができる。
晶シリコンあるいはシリコン基板自体の一部に不純物を
高濃度にドーピングした低抵抗シリコン層である。以下
これらを総してシリコン電極と呼ぶ。シリコン電極は微
細加工技術が確立されており、すでに広く用いられてい
るため、シリコン電極上に良好な高誘電率薄膜が作製で
きれば、集積回路用コンデンサへの利用が可能となる。
しかしながら、従来技術では例えばIBM・ジャーナル・オ
ブ・リサーチ・アンド・ディベロップメント（IBM Jou
rnal of Research and Development）1969年11月号
686-695頁に所載のSrTiO3膜に関する論文において687-6
88頁の記載に、シリコン上に高誘電率材料の薄膜を形成
する場合には約100Åの二酸化シリコン（SiO2）に等価
な層が界面に形成されてしまうと報告されている。この
界面層は誘電率が低い層であるため、結果としてシリコ
ン上に形成した高誘電率薄膜の実効的な誘電率は大きく
低下してしまい、高誘電率材料を用いる利点がほとんど
損なわれていた。同様の報告の他の例としてはジャーナ
ル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロ
ジー（Journal of Vaccum Science and Technolog
y）第16巻２号315-318頁に所載のBaTiO3に関する論文に
おいて、316頁の記載に見ることができる。
前述の従来技術から類推することにより、白金あるいは
パラジウムを下部電極に用いる手段が考えられる。この
場合の構造を第４図に示す。41はシリコン基板、42はリ
ン、ヒ素などの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SiO2などの絶縁層、44は白金電極
層、45は誘電体層、46はアルミニウムなどの上部電極
層、47はやはりアルミニウムなどからなる下部電極引き
出し層である。しかしながら、前述したようにBaTiO3、
SrTiO3に代表される高誘電率材料の薄膜作成は高温で行
なうことが必須であり、この場合第４図の手段では白金
層はシリコン電極層と反応して白金シリサイドとなり、
さらに誘電体層との界面にはSiO2層が析出して、その結
果前述のシリコン電極の場合と同様に誘電体層の実効的
な誘電率は大きく低下してしまう。
パラジウムを下部電極に用いる手段が考えられる。この
場合の構造を第４図に示す。41はシリコン基板、42はリ
ン、ヒ素などの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SiO2などの絶縁層、44は白金電極
層、45は誘電体層、46はアルミニウムなどの上部電極
層、47はやはりアルミニウムなどからなる下部電極引き
出し層である。しかしながら、前述したようにBaTiO3、
SrTiO3に代表される高誘電率材料の薄膜作成は高温で行
なうことが必須であり、この場合第４図の手段では白金
層はシリコン電極層と反応して白金シリサイドとなり、
さらに誘電体層との界面にはSiO2層が析出して、その結
果前述のシリコン電極の場合と同様に誘電体層の実効的
な誘電率は大きく低下してしまう。
（課題を解決するための手段） 本発明は、基板上に形成され下部電極、誘電体、上部電
極が順次形成されてなる構造の薄膜コンデンサにおい
て、下部電極が基板側から順にシリコン、中間層、白金
である三層構造からなり、該中間層はチタン、チタンシ
リサイド、窒化チタンのうちから選ばれたひとつ以上の
材料からなることを特徴とする薄膜コンデンサとその製
造方法を与え、これによりBaTiO3、SrTiO3に代表される
高誘電率材料の薄膜を用いて、高い容量密度と優れた絶
縁特性を有しシリコン集積回路に適用可能な薄膜コンデ
ンサを提供するものである。
極が順次形成されてなる構造の薄膜コンデンサにおい
て、下部電極が基板側から順にシリコン、中間層、白金
である三層構造からなり、該中間層はチタン、チタンシ
リサイド、窒化チタンのうちから選ばれたひとつ以上の
材料からなることを特徴とする薄膜コンデンサとその製
造方法を与え、これによりBaTiO3、SrTiO3に代表される
高誘電率材料の薄膜を用いて、高い容量密度と優れた絶
縁特性を有しシリコン集積回路に適用可能な薄膜コンデ
ンサを提供するものである。
本発明によれば、チタン、チタンシリサイド、窒化チタ
ンのうちから選ばれたひとつの材料あるいはそれらの積
層からなる中間層をシリコン電極層と白金層の間に設け
ることにより、シリコン電極層と白金層との反応が抑制
される。その結果、誘電体層と下部電極層との界面に低
誘電率層が形成されることがなく、誘電体層の高い誘電
率を有効に利用することが可能となる。
ンのうちから選ばれたひとつの材料あるいはそれらの積
層からなる中間層をシリコン電極層と白金層の間に設け
ることにより、シリコン電極層と白金層との反応が抑制
される。その結果、誘電体層と下部電極層との界面に低
誘電率層が形成されることがなく、誘電体層の高い誘電
率を有効に利用することが可能となる。
（実施例１） 本発明の実施例の一形態を第１図に示す。11はシリコン
基板、12は不純物を高濃度にドープした低抵抗のシリコ
ン電極層、14はチタン、チタンシリサイド、窒化チタン
のうちから選ばれたひとつの材料あるいはそれらの積層
からなる中間層、15は白金電極層、16は誘電体層、17は
アルミニウムなどの上部電極層、18はアルミニウムなど
の下部電極引き出し層である。誘電体層としてBaTiO3を
用いた場合について測定したBaTiO3膜厚と実効誘電率の
関係を第３図に示す。BaTiO3膜の作成は化学量論組成の
ターゲットを用いた高周波マグネトロンスパッタ法で行
なった。Ar-O2混合ガス中、1×10-2Torr.のガス圧、基
板温度400〜500℃で成膜した。第３図において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、
界面に抵誘電率層が形成されていないことがわかる。こ
の特性は中間層14としてチタン、チタンシリサイド、窒
化チタンを用いたいずれの場合でも得られた。また例え
ばチタン／チタンシリサイドなどのように積層にした中
間層を用いても同様であった。なお、中間層はターゲッ
トとしてチタン、チタンシリサイド、窒化チタンからい
ずれかを選択し、雰囲気を調整することによりマグネト
ロンスパッタ法により形成することができる。第３図に
おいて32は比較のために第４図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、界面の低誘電率層
生成が明らかである。
基板、12は不純物を高濃度にドープした低抵抗のシリコ
ン電極層、14はチタン、チタンシリサイド、窒化チタン
のうちから選ばれたひとつの材料あるいはそれらの積層
からなる中間層、15は白金電極層、16は誘電体層、17は
アルミニウムなどの上部電極層、18はアルミニウムなど
の下部電極引き出し層である。誘電体層としてBaTiO3を
用いた場合について測定したBaTiO3膜厚と実効誘電率の
関係を第３図に示す。BaTiO3膜の作成は化学量論組成の
ターゲットを用いた高周波マグネトロンスパッタ法で行
なった。Ar-O2混合ガス中、1×10-2Torr.のガス圧、基
板温度400〜500℃で成膜した。第３図において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、
界面に抵誘電率層が形成されていないことがわかる。こ
の特性は中間層14としてチタン、チタンシリサイド、窒
化チタンを用いたいずれの場合でも得られた。また例え
ばチタン／チタンシリサイドなどのように積層にした中
間層を用いても同様であった。なお、中間層はターゲッ
トとしてチタン、チタンシリサイド、窒化チタンからい
ずれかを選択し、雰囲気を調整することによりマグネト
ロンスパッタ法により形成することができる。第３図に
おいて32は比較のために第４図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、界面の低誘電率層
生成が明らかである。
（実施例２） 本発明の他の実施形態を第２図に示す。11〜18は第１図
と同様であり、19は低抵抗の多結晶シリコン層である。
近年の集積回路では素子寸法がますます微小化するに伴
って、加工精度を上げるために平坦化が強く要求され
る。第２図は平坦化が要求される場合における本発明の
実施例を示すものであり、絶縁層13に開けたコンタクト
開孔部に低抵抗の多結晶シリコン層19を形成した後に中
間層14を形成、さらに白金層15を形成することにより平
坦化を実現できる。
と同様であり、19は低抵抗の多結晶シリコン層である。
近年の集積回路では素子寸法がますます微小化するに伴
って、加工精度を上げるために平坦化が強く要求され
る。第２図は平坦化が要求される場合における本発明の
実施例を示すものであり、絶縁層13に開けたコンタクト
開孔部に低抵抗の多結晶シリコン層19を形成した後に中
間層14を形成、さらに白金層15を形成することにより平
坦化を実現できる。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば誘電体層と下部電
極の界面における低誘電率層の生成を抑制することがで
き、その結果実効誘電率の高い薄膜コンデンサをシリコ
ン集積回路に利用することが可能となる。
極の界面における低誘電率層の生成を抑制することがで
き、その結果実効誘電率の高い薄膜コンデンサをシリコ
ン集積回路に利用することが可能となる。
第１図、第２図は本発明の実施例を示す薄膜コンデンサ
の断面図であり、第３図は本発明の効果を示すための特
性図。第４図は従来技術による薄膜コンデンサの断面
図。 11，41……シリコン基板、 12，42……低抵抗シリコン層、13，43……絶縁層、 14……中間層、15，44……白金層、16，45……誘電体
層、 17，46……上部電極、18，47……下部電極引き出し層、 31……本発明実施例１試料の実効誘電率、 32……従来技術による試料の実効誘電率
の断面図であり、第３図は本発明の効果を示すための特
性図。第４図は従来技術による薄膜コンデンサの断面
図。 11，41……シリコン基板、 12，42……低抵抗シリコン層、13，43……絶縁層、 14……中間層、15，44……白金層、16，45……誘電体
層、 17，46……上部電極、18，47……下部電極引き出し層、 31……本発明実施例１試料の実効誘電率、 32……従来技術による試料の実効誘電率
Claims (2)
- 【請求項１】基板上に下部電極、誘電体、上部電極が順
次積層形成されてなる構造の薄膜コンデンサにおいて、
下部電極が基板側から順にシリコン、中間層、白金であ
る三層構造からなり、該中間層はチタン、チタンシリサ
イド、窒化チタン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コンデンサ。 - 【請求項２】基板上にシリコン電極を作成する工程と、
チタン、チタンシリサイド、窒化チタンのうちから選ば
れた１以上の材料からなる中間層を該シリコン電極上に
作成する工程と、白金を該中間層上に作成する工程とに
よって下部電極層を作成し、つづいて該下部電極層上に
誘電体を形成し、さら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コンデンサの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1226031A JPH0644601B2 (ja) | 1989-08-30 | 1989-08-30 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
| EP90309478A EP0415751B1 (en) | 1989-08-30 | 1990-08-30 | Thin film capacitor and manufacturing method thereof |
| DE69017802T DE69017802T2 (de) | 1989-08-30 | 1990-08-30 | Dünnfilmkondensator und dessen Herstellungsverfahren. |
| US07/574,778 US5053917A (en) | 1989-08-30 | 1990-08-30 | Thin film capacitor and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1226031A JPH0644601B2 (ja) | 1989-08-30 | 1989-08-30 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0387056A JPH0387056A (ja) | 1991-04-11 |
| JPH0644601B2 true JPH0644601B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=16838691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1226031A Expired - Fee Related JPH0644601B2 (ja) | 1989-08-30 | 1989-08-30 | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0644601B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2690821B2 (ja) * | 1991-05-28 | 1997-12-17 | シャープ株式会社 | 半導体装置 |
| US5382817A (en) * | 1992-02-20 | 1995-01-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having a ferroelectric capacitor with a planarized lower electrode |
| US5622893A (en) * | 1994-08-01 | 1997-04-22 | Texas Instruments Incorporated | Method of forming conductive noble-metal-insulator-alloy barrier layer for high-dielectric-constant material electrodes |
| US5504041A (en) * | 1994-08-01 | 1996-04-02 | Texas Instruments Incorporated | Conductive exotic-nitride barrier layer for high-dielectric-constant materials |
| KR100447272B1 (ko) * | 2002-05-16 | 2004-09-07 | 주식회사 에프에스코리아 | 구슬이 부착된 손톱 연마용 줄 및 그 제조방법 |
| US7439127B2 (en) * | 2006-04-20 | 2008-10-21 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method for fabricating a semiconductor component including a high capacitance per unit area capacitor |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0199207A (ja) * | 1987-10-13 | 1989-04-18 | Mitsubishi Mining & Cement Co Ltd | コンデンサ構造 |
-
1989
- 1989-08-30 JP JP1226031A patent/JPH0644601B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0199207A (ja) * | 1987-10-13 | 1989-04-18 | Mitsubishi Mining & Cement Co Ltd | コンデンサ構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0387056A (ja) | 1991-04-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080608 Year of fee payment: 14 |
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