JPH0786514A - 薄膜キャパシタ - Google Patents
薄膜キャパシタInfo
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- JPH0786514A JPH0786514A JP5227381A JP22738193A JPH0786514A JP H0786514 A JPH0786514 A JP H0786514A JP 5227381 A JP5227381 A JP 5227381A JP 22738193 A JP22738193 A JP 22738193A JP H0786514 A JPH0786514 A JP H0786514A
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Abstract
チタン酸バリウムストロンチウム薄膜が4GbDRAM
の容量絶縁膜として利用されることを可能とする容量膜
構造を提供する。 【構成】 基板1上に下部電極9、容量膜10、上部電
極11を積層した構造を有する薄膜キャパシタであっ
て、特に容量膜10としてチタン酸ストロンチウムある
いはチタン酸バリウムストロンチウム膜5とチタン酸バ
リウム膜が順次積層されており、チタン酸バリウム膜6
は2〜20nmの極薄い膜であることを特徴とする薄膜
キャパシタである。
Description
体デバイスに用いられる薄膜キャパシタにおける容量絶
縁膜の構造に関するものである。
て、256Mbダイナミックランダムアクセスメモリ
(以下、DRAMと略す)以降の1Gb、4GbのDR
AMの容量絶縁膜には極めて高い誘電率が必要である。
かかる絶縁膜には、使用温度で常誘電性で、温度変化が
小さく、数GHzの高周波数領域まで誘電率が低下しな
い等の物性が要求される。従って、1990年IEEE
第7回強誘電体応用国際会議(1990 IEEE 7
th International Symposiu
m on Applications of Ferr
oelectrics)論文集の第121頁から第12
4頁に記述されているように、常誘電性のチタン酸バリ
ウムストロンチウム(BaX Sr1 - X TiO3 )のペ
ロヴスカイト型酸化物薄膜が採用されている。
1年の国際電子デバイス会議(Internation
al Electron Devices Meeti
ng,1991)の論文集(Technical Di
gest)の第823頁から第826頁に報告されてい
るように、このチタン酸バリウムストロンチウム薄膜
は、他の常誘電体薄膜あるいは強誘電体薄膜と同様に、
DRAM応用上重要となる薄膜化にともなって実効的な
誘電率が低下するという問題点を指摘されている。
薄膜の誘電率が低下している場合と誘電体と電極の界面
近傍に低誘電率層が形成される場合とが考えられるが、
実際には界面低誘電率層形成が現実的である。この界面
は、下部電極と誘電体、上部電極と誘電体の間に二つ形
成されるが、下部電極と誘電体が接する界面近傍の誘電
体膜は成膜時に結晶化が進行して遷移層が少ないことが
期待される。例えば、白金上に化学的気相堆積法により
形成されたチタン酸ストロンチウム膜の断面透過電子顕
微鏡観察によれば、白金界面から結晶化したチタン酸ス
トロンチウムの柱状グレインを明瞭に認めることができ
る。
に接する誘電体は成長時の表面であり結晶欠陥が多いで
あろう。この表面欠陥層として、例えば、チタン酸バリ
ウムストロンチウム膜表面におけるSrO層の潜り込み
による表面TiO2 層の形成を考えることができる。こ
のために、上部電極と誘電体の界面に低誘電率層が生じ
ることは十分に想像される。この対策として、上部電極
を含めた誘電体薄膜の熱処理が考えられるが、電極材料
の選択に制約を生じ電極加工工程の容易さにも影響す
る。
下を制御してチタン酸バリウムストロンチウム薄膜が4
GbDRAMの容量絶縁膜として利用されることを可能
とする容量膜構造を提供するものである。
酸ストロンチウムあるいはチタン酸バリウムストロンチ
ウムを容量絶縁膜として用いる薄膜キャパシタであっ
て、下部電極上に成膜された当該絶縁膜上に膜厚2〜2
0nmのチタン酸バリウム薄膜を形成し上部電極を形成
してなることを特徴とする薄膜キャパシタが得られる。
表面欠陥層がペロヴスカイト結晶格子の(100)面に
沿って結晶内に潜り込み易いSrO(100)単原子層
の性質によると想定して本発明に到達した。チタン酸バ
リウムストロンチウム誘電体表面にチタン酸バリウム薄
膜を形成することにより、ペロヴスカイト結晶格子に潜
り込み易いSrO成分を表面近傍から排除できる。これ
によってチタニウム過剰の酸化物表面層は形成されず、
薄膜キャパシタにおける低誘電率層の除去が期待され
る。チタン酸バリウム薄膜は、低誘電率層形成を抑制す
るに十分な厚さであるとともに、それ自体がチタン酸バ
リウムストロンチウムに対して低誘電率層となるので極
力薄いことが必要である。具体的には2〜20nm、さ
らに好適には2〜10nmが適当である。
る薄膜キャパシタの構造を示すものである。シリコン基
板1を熱酸化して表面に二酸化シリコン2を600nm
形成した。この上にスパッタ法によって50nmのチタ
ン3、50nmの白金4を順次積層して下部電極とし
た。誘電体膜は、化学的気相堆積法により形成した。成
膜原料には、テトライソプロポキシチタニウム(以下T
PTと略称する)、ビス−テトラメチルヘプタンジオナ
ートバリウム(以下thd−Baと略称する)、ビス−
テトラメチルヘプタンジオナートストロンチウム(以下
thd−Srと略称する)および酸素ガスを用いた。金
属原料化合物はアルゴンガスをキャリアガスとして成膜
反応室に輸送された。チタン酸バリウムストロンチウム
5は成膜温度550℃、成膜圧力100Paで厚さ50
nm堆積された。その後、thd−Srの供給を停止し
て表面にチタン酸バリウム6を10nm堆積した。上部
電極として、スパッタ法によって50nmの窒化チタン
7、1000nmのアルミニウム8を順次積層した。
エッチングして取り除き、露出させた下部電極である白
金4に電気的コンタクトを取り上部電極であるアルミニ
ウム8との間で誘電体薄膜キャパシタの電気特性を測定
した。周波数10kHzで測定された容量値から、膜厚
60nmとして薄膜の比誘電率は500と算出された。
チタン酸バリウム膜6を形成しない場合には、比誘電率
は200であった。また、1V印加時のリーク電流密度
は1×10- 8 A/cm2 以下であり、本発明のキャパ
シタ容量膜構造がリーク電流の低減にも効果的であるこ
とが示された。
thd−Srを原料として化学的気相堆積法によりチタ
ン酸ストロンチウムを成膜温度550℃、成膜圧力10
0Paで厚さ40nm堆積し、その後thd−Srの供
給を停止して、入れ替わりにthd−Baを供給して誘
電体第二層であるチタン酸バリウム6を2nm堆積した
以外は実施例1と同様にして素子を作成した。
ら、膜厚42nmとして薄膜の比誘電率は240と算出
された。チタン酸バリウム膜6を形成しない場合には、
比誘電率は130であった。また、1V印加時のリーク
電流密度は2×10- 8 A/cm2 以下であり、本発明
のキャパシタ容量膜構造がリーク電流の低減にも効果的
であることが示された。
ンチウムを容量膜とする薄膜キャパシタにおける容量膜
薄膜化に伴う実効的誘電率の低下という問題が解決さ
れ、4GbDRAMまでの開発が展望できることとなっ
た。誘電体第二層となるチタン酸バリウムの膜厚は2〜
10nmが好適であるが、より厚い20nmであっても
実用上重要な膜厚である20〜100nmのチタン酸ス
トロンチウム薄膜あるいはチタン酸バリウムストロンチ
ウム薄膜の誘電率低下を緩和する効果がある。
を概念的に示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 チタン酸ストロンチウムあるいはチタン
酸バリウムストロンチウムを容量絶縁膜として用いる薄
膜キャパシタであって、下部電極上に成膜された当該絶
縁膜上に膜厚2〜20nmのチタン酸バリウム薄膜を形
成し上部電極を形成してなることを特徴とする薄膜キャ
パシタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5227381A JP2658819B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 薄膜キャパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5227381A JP2658819B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 薄膜キャパシタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0786514A true JPH0786514A (ja) | 1995-03-31 |
JP2658819B2 JP2658819B2 (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=16859925
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5227381A Expired - Fee Related JP2658819B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 薄膜キャパシタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2658819B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09116115A (ja) * | 1995-06-26 | 1997-05-02 | Hyundai Electron Ind Co Ltd | 半導体素子のキャパシター製造方法 |
WO2001084698A1 (en) * | 2000-05-03 | 2001-11-08 | Raytheon Company | Fixed frequency regulation circuit employing a voltage variable dielectric capacitor |
US6403441B1 (en) | 1998-06-30 | 2002-06-11 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Method for fabricating storage capacitor using high dielectric constant material |
KR100372018B1 (ko) * | 2000-04-25 | 2003-02-14 | 주식회사 에버테크 | 반도체 메모리 소자의 캐패시터 및 그 제조 방법 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5389962A (en) * | 1977-01-20 | 1978-08-08 | Murata Manufacturing Co | Capacitor employing semiconductor ceramic with insulating grain boundary |
JPH03252160A (ja) * | 1990-02-28 | 1991-11-11 | Nec Corp | コンデンサ、コンデンサネットワーク及び抵抗―コンデンサネットワーク |
-
1993
- 1993-09-13 JP JP5227381A patent/JP2658819B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5389962A (en) * | 1977-01-20 | 1978-08-08 | Murata Manufacturing Co | Capacitor employing semiconductor ceramic with insulating grain boundary |
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WO2001084698A1 (en) * | 2000-05-03 | 2001-11-08 | Raytheon Company | Fixed frequency regulation circuit employing a voltage variable dielectric capacitor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2658819B2 (ja) | 1997-09-30 |
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