JPH08167701A - 半導体構造体 - Google Patents
半導体構造体Info
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- JPH08167701A JPH08167701A JP7136917A JP13691795A JPH08167701A JP H08167701 A JPH08167701 A JP H08167701A JP 7136917 A JP7136917 A JP 7136917A JP 13691795 A JP13691795 A JP 13691795A JP H08167701 A JPH08167701 A JP H08167701A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Semiconductor Memories (AREA)
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- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高誘電率コンデンサの製造における酸素含有
誘電体の還元を防止すること。 【構成】 ＶＬＳＩ製造工程に起因する酸素含有材料の
還元は、この酸素含有材料を含む構造体内および／また
はその近くに犠牲的酸素ソースを設けることによって防
止される。これら犠牲的酸素ソースの存在により、酸素
含有材料の近くでの酸素分圧（酸素活性度と均等）が高
まり、よってその後の製造工程中の酸素分圧が、酸素含
有材料の還元が生じる酸素分圧よりも低下することがな
くなる。
誘電体の還元を防止すること。 【構成】 ＶＬＳＩ製造工程に起因する酸素含有材料の
還元は、この酸素含有材料を含む構造体内および／また
はその近くに犠牲的酸素ソースを設けることによって防
止される。これら犠牲的酸素ソースの存在により、酸素
含有材料の近くでの酸素分圧（酸素活性度と均等）が高
まり、よってその後の製造工程中の酸素分圧が、酸素含
有材料の還元が生じる酸素分圧よりも低下することがな
くなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば高密度ダイナミ
ックランダムアクセス集積回路メモリで使用される高誘
電コンデンサの製造に一般に関する。
ックランダムアクセス集積回路メモリで使用される高誘
電コンデンサの製造に一般に関する。
【０００２】
【従来技術】本発明の範囲を制限することなく、高密度
ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）デバイスの製造に
関連させて、本発明の背景について説明する。これまで
この分野ではＤＲＡＭ内の薄膜コンデンサは誘電材料と
しSiO2またはSi3N4 を使用していた。集積回路の密度
（立方ｃｍ当たりのデバイス数）が大きくなるにつれ、
各ＤＲＡＭメモリデバイス内に電荷を蓄積するコンデン
サは、一般にほぼ同じ容量を維持しながらサイズを小さ
くすることが求められている。次の式を参照すると、Ｃ
はプレーナコンデンサの容量であり、εは誘電率であ
り、εは自由空間の誘電率（定数）であり、Ａは面積で
あり、ｄは誘電体の厚みである。
ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）デバイスの製造に
関連させて、本発明の背景について説明する。これまで
この分野ではＤＲＡＭ内の薄膜コンデンサは誘電材料と
しSiO2またはSi3N4 を使用していた。集積回路の密度
（立方ｃｍ当たりのデバイス数）が大きくなるにつれ、
各ＤＲＡＭメモリデバイス内に電荷を蓄積するコンデン
サは、一般にほぼ同じ容量を維持しながらサイズを小さ
くすることが求められている。次の式を参照すると、Ｃ
はプレーナコンデンサの容量であり、εは誘電率であ
り、εは自由空間の誘電率（定数）であり、Ａは面積で
あり、ｄは誘電体の厚みである。
【０００３】
【数１】
【０００４】容量は誘電率に直接比例し、誘電体の厚み
に逆比例することが分かる。したがって同じ容量を維持
しながらコンデンサをより小さく製造するには、εを大
きくすること、および誘電体の厚みｄを小さくすること
の双方または一方が必要である。
に逆比例することが分かる。したがって同じ容量を維持
しながらコンデンサをより小さく製造するには、εを大
きくすること、および誘電体の厚みｄを小さくすること
の双方または一方が必要である。
【０００５】ＤＲＡＭセルにおけるコンデンサの面積を
減少できるようにする方法の１つは、SiO2またはSi3N4
よりも誘電率が大きい材料を使用することである。これ
ら材料の双方の誘電率は１０よりも小さい。重要な種類
の高誘電率材料としては、ヘロブスカイト（例えばBaTi
O3、SrTiO3および（Ba,Sr ）TiO3）がある。これら材料
の誘電率はこれら材料をバルクセラミックとして製造し
た際は１万程度の大きさとなり得る。その他の種類の高
誘電率材料もＤＲＡＭコンデンサ内の誘電材料として使
用することが検討されている。ＶＬＳＩコンデンサの製
造において有効であるには、これら材料はＤＲＡＭセル
の製造で使用される多くのＶＬＳＩプロセス工程に耐え
られるものでなければならない。
減少できるようにする方法の１つは、SiO2またはSi3N4
よりも誘電率が大きい材料を使用することである。これ
ら材料の双方の誘電率は１０よりも小さい。重要な種類
の高誘電率材料としては、ヘロブスカイト（例えばBaTi
O3、SrTiO3および（Ba,Sr ）TiO3）がある。これら材料
の誘電率はこれら材料をバルクセラミックとして製造し
た際は１万程度の大きさとなり得る。その他の種類の高
誘電率材料もＤＲＡＭコンデンサ内の誘電材料として使
用することが検討されている。ＶＬＳＩコンデンサの製
造において有効であるには、これら材料はＤＲＡＭセル
の製造で使用される多くのＶＬＳＩプロセス工程に耐え
られるものでなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】将来の高密度集積回路
デバイスで使用される可能性が高い多くの高誘電率材料
の有効な性質を劣化し得るＶＬＳＩプロセス工程は、多
数あることが判っている。
デバイスで使用される可能性が高い多くの高誘電率材料
の有効な性質を劣化し得るＶＬＳＩプロセス工程は、多
数あることが判っている。
【０００７】誘電体として高誘電率（以下ＨＤＣと称
す）材料を利用してコンデンサを使用するには、一般に
比較的高温度のデポジション工程を実施する。例えばバ
リウムストロンチウムチタネート（ＢＳＴ）コンデンサ
の製造では、約６００℃でＢＳＴのデポジションを行う
ことがある。この温度は、先にデポジションしたアルミ
ニウム構造体が耐え得る温度よりも高いので、ＨＤＣ材
料のデポジションの後には必ずアルミニウムの金属化が
生じる。他の周知のＶＬＳＩ製造工程、例えばチタン、
窒化シリコンおよびタングステンの化学的気相法（ＣＶ
Ｄ）のような工程のいずれも、水素の存在を必要とす
る。ＭＯＳデバイスのゲートに存在する電子トラップの
パッシベーションは、通常、高温での水素アニールを実
施する。更に多くのアニール工程ではアルミニウムの酸
化を防止するためフォーミングガス（大部分は水素）を
使用する。これらプロセスのいずれも高温での水素の存
在を必要とし、製造プロセスの終了近くで行われること
が多い。これら工程を実施する際、デバイス構造体内に
は高誘電材料がすでに存在していることが多い。
す）材料を利用してコンデンサを使用するには、一般に
比較的高温度のデポジション工程を実施する。例えばバ
リウムストロンチウムチタネート（ＢＳＴ）コンデンサ
の製造では、約６００℃でＢＳＴのデポジションを行う
ことがある。この温度は、先にデポジションしたアルミ
ニウム構造体が耐え得る温度よりも高いので、ＨＤＣ材
料のデポジションの後には必ずアルミニウムの金属化が
生じる。他の周知のＶＬＳＩ製造工程、例えばチタン、
窒化シリコンおよびタングステンの化学的気相法（ＣＶ
Ｄ）のような工程のいずれも、水素の存在を必要とす
る。ＭＯＳデバイスのゲートに存在する電子トラップの
パッシベーションは、通常、高温での水素アニールを実
施する。更に多くのアニール工程ではアルミニウムの酸
化を防止するためフォーミングガス（大部分は水素）を
使用する。これらプロセスのいずれも高温での水素の存
在を必要とし、製造プロセスの終了近くで行われること
が多い。これら工程を実施する際、デバイス構造体内に
は高誘電材料がすでに存在していることが多い。
【０００８】不幸なことに、水素の存在により、酸素含
有化合物が容易に還元され得る（すなわちこれら化合物
から酸素が除かれる）。従ってＤＲＡＭおよびその他の
構造体の製造に必要な多くの製造工程は、一般に酸素を
含む高誘電率材料を還元するので、それらの有利な電子
的特性が劣化または無効となる。
有化合物が容易に還元され得る（すなわちこれら化合物
から酸素が除かれる）。従ってＤＲＡＭおよびその他の
構造体の製造に必要な多くの製造工程は、一般に酸素を
含む高誘電率材料を還元するので、それらの有利な電子
的特性が劣化または無効となる。
【０００９】ペロブスカイトのすべてを含む多くの高誘
電率材料の電気的性質は、それらの酸素量にクリティカ
ルに依存している。酸素活性度とも称され、以下、P
(O2) と略号表示される酸素の分圧は、ほとんどの酸素
含有高誘電率材料の電子的性質にクリティカルに影響す
る。図１は、７００℃でアニールされたバルクのアクセ
プタでドープされたSrTiO3（ストロンチウムチタネート
すなわちＳＴ）の（実線で示される）計算された導電率
および（円記号で表示される）実験的に測定された導電
率と、酸素分圧との関係を示す。導電率の測定は１５０
℃で行った。この図によれば、ＳＴの導電率は低い酸素
分圧ではｎタイプであり、高い酸素分圧ではｐタイプで
あり、中間の酸素分圧の範囲ではイオン状（すなわち酸
素欠乏状態）であることが判る。特に導電率がイオン状
態からｎタイプに変わる場合、酸素分圧は約１０-15 Ｐ
ａ（すなわち１０-20 気圧に等しい）より低く低下する
と、導電率が急速に増加する。ＢＳＴのポイント欠陥の
化学機構はＳＴに類似するので、ｎタイプとなるように
薄膜ＢＳＴを還元すると同じように、その抵抗率も劣化
すると予想される。
電率材料の電気的性質は、それらの酸素量にクリティカ
ルに依存している。酸素活性度とも称され、以下、P
(O2) と略号表示される酸素の分圧は、ほとんどの酸素
含有高誘電率材料の電子的性質にクリティカルに影響す
る。図１は、７００℃でアニールされたバルクのアクセ
プタでドープされたSrTiO3（ストロンチウムチタネート
すなわちＳＴ）の（実線で示される）計算された導電率
および（円記号で表示される）実験的に測定された導電
率と、酸素分圧との関係を示す。導電率の測定は１５０
℃で行った。この図によれば、ＳＴの導電率は低い酸素
分圧ではｎタイプであり、高い酸素分圧ではｐタイプで
あり、中間の酸素分圧の範囲ではイオン状（すなわち酸
素欠乏状態）であることが判る。特に導電率がイオン状
態からｎタイプに変わる場合、酸素分圧は約１０-15 Ｐ
ａ（すなわち１０-20 気圧に等しい）より低く低下する
と、導電率が急速に増加する。ＢＳＴのポイント欠陥の
化学機構はＳＴに類似するので、ｎタイプとなるように
薄膜ＢＳＴを還元すると同じように、その抵抗率も劣化
すると予想される。
【００１０】図２は、H がいかにしてＢＳＴを還元でき
るかを示すエリンハム(Ellingham)図である。（H2／H2O
比が１である場合）H2O を形成するようなH2とO2との
反応の結果、７００℃、６００℃および５００℃で、そ
れぞれ約１０-21 、１０-24および１０-28 気圧P(O2)
（酸素分圧）の等価的酸素分圧が生じる。図１に示すよ
うに、７００℃における１０-21 気圧のP(O2) ではリー
ク特性が極めて悪いｎタイプのＳＴが生じる。
るかを示すエリンハム(Ellingham)図である。（H2／H2O
比が１である場合）H2O を形成するようなH2とO2との
反応の結果、７００℃、６００℃および５００℃で、そ
れぞれ約１０-21 、１０-24および１０-28 気圧P(O2)
（酸素分圧）の等価的酸素分圧が生じる。図１に示すよ
うに、７００℃における１０-21 気圧のP(O2) ではリー
ク特性が極めて悪いｎタイプのＳＴが生じる。
【００１１】酸素含有材料の還元が行われるには、酸素
を除かなければならない。H2の拡散は極めて急速である
ので、水素が還元種である場合の還元プロセスの速度制
限工程は、（H2O 状で）酸素を拡散することとなる。こ
の酸素の拡散を物理的に防止または低下させることによ
り、還元プロセスの機構に影響できるかどうかを考慮す
ることは有益である。水素アニールを利用するプロセス
を実施するSiO2誘電体で囲まれたＢＳＴコンデンサを検
討する。速度制限工程はSiO2を介する酸素の拡散である
ので、湿式酸化の機構はＢＳＴ還元の機構に極めて類似
している。例えば０. ５時間で５５０℃のストリーム雰
囲気中で、１μｍのSiO2膜上に、更に２. ５ｎｍのSiO2
が成長する。これと等価的に、０. ５時間の間、５５０
℃でH2内で１μｍのSiO2により被覆されたＢＳＴをアニ
ールすると、０. ７５ｎｍのSiO2を酸化するのに充分な
酸素を除去できる。この程度の還元により、ＢＳＴ導電
率は有効な誘電体となるレベルを越えるように、容易に
増加してしまう。ＢＳＴから０. ０２％の酸素を除くだ
けで、導電率は大幅に増加してしまうことが判ってい
る。拡散バリアを用いることにより、酸化物材料から酸
素を除く機構を制御する試みは、酸素量にクリティカル
に依存している有効な電気的性質の劣化を防止するのに
充分ではないことを、これらの数字は強く示唆してい
る。
を除かなければならない。H2の拡散は極めて急速である
ので、水素が還元種である場合の還元プロセスの速度制
限工程は、（H2O 状で）酸素を拡散することとなる。こ
の酸素の拡散を物理的に防止または低下させることによ
り、還元プロセスの機構に影響できるかどうかを考慮す
ることは有益である。水素アニールを利用するプロセス
を実施するSiO2誘電体で囲まれたＢＳＴコンデンサを検
討する。速度制限工程はSiO2を介する酸素の拡散である
ので、湿式酸化の機構はＢＳＴ還元の機構に極めて類似
している。例えば０. ５時間で５５０℃のストリーム雰
囲気中で、１μｍのSiO2膜上に、更に２. ５ｎｍのSiO2
が成長する。これと等価的に、０. ５時間の間、５５０
℃でH2内で１μｍのSiO2により被覆されたＢＳＴをアニ
ールすると、０. ７５ｎｍのSiO2を酸化するのに充分な
酸素を除去できる。この程度の還元により、ＢＳＴ導電
率は有効な誘電体となるレベルを越えるように、容易に
増加してしまう。ＢＳＴから０. ０２％の酸素を除くだ
けで、導電率は大幅に増加してしまうことが判ってい
る。拡散バリアを用いることにより、酸化物材料から酸
素を除く機構を制御する試みは、酸素量にクリティカル
に依存している有効な電気的性質の劣化を防止するのに
充分ではないことを、これらの数字は強く示唆してい
る。
【００１２】一般に、ある酸素活性度の値があり、この
値を下回ると酸素含有ＨＤＣ材料が導電性となるか、ま
たは許容できないものとなる。このようなクリティカル
な活性度はP c (O2)と定義する。このP c (O2)は一般に
材料ごとに異なり、温度の関数となっている。酸化物材
料の還元は一般にＨＤＣ酸化物材料の近くに酸素ソース
（発生源）を設けることによって防止できる。一般にP
c (O2)よりも高い酸素活性度レベルでは、酸素ソース
は、より低い酸化状態に還元しなければならない（すな
わち酸素を失う）。酸素ソースが還元される酸素活性度
レベルをP R (O2)と定義する。従って、犠牲的酸素ソー
スとして作用するのに適した材料は、P R(O2)＞P
c (O2)という一般条件によって決めることができる。更
に酸素含有誘電材料に対する酸素ソース材料の設置は、
酸素含有誘電材料の全容積にわたる酸素分圧P (O2)が後
のＶＬＳＩプロセス工程中にP c (O2)よりも下回らない
とうい条件によって、一般に決定される。
値を下回ると酸素含有ＨＤＣ材料が導電性となるか、ま
たは許容できないものとなる。このようなクリティカル
な活性度はP c (O2)と定義する。このP c (O2)は一般に
材料ごとに異なり、温度の関数となっている。酸化物材
料の還元は一般にＨＤＣ酸化物材料の近くに酸素ソース
（発生源）を設けることによって防止できる。一般にP
c (O2)よりも高い酸素活性度レベルでは、酸素ソース
は、より低い酸化状態に還元しなければならない（すな
わち酸素を失う）。酸素ソースが還元される酸素活性度
レベルをP R (O2)と定義する。従って、犠牲的酸素ソー
スとして作用するのに適した材料は、P R(O2)＞P
c (O2)という一般条件によって決めることができる。更
に酸素含有誘電材料に対する酸素ソース材料の設置は、
酸素含有誘電材料の全容積にわたる酸素分圧P (O2)が後
のＶＬＳＩプロセス工程中にP c (O2)よりも下回らない
とうい条件によって、一般に決定される。
【００１３】
【課題を解決するための手段】一般に本発明の一形態に
よれば、ＶＬＳＩ製造工程に起因する酸素含有材料の還
元は、この酸素含有材料を含む構造体内および／または
その近くに犠牲的酸素ソースを設けることによって防止
される。これら犠牲的酸素ソースの存在により、酸素含
有材料の近くでの酸素分圧（酸素活性度と均等）が高ま
り、よってその後の製造工程中の酸素分圧が、酸素含有
材料の還元が生じる酸素分圧よりも低下することがなく
なる。すなわち犠牲的酸素ソースは酸素含有材料の全容
積にわたってP(O2) をP c (O2)よりも高く維持するよう
に働く。
よれば、ＶＬＳＩ製造工程に起因する酸素含有材料の還
元は、この酸素含有材料を含む構造体内および／または
その近くに犠牲的酸素ソースを設けることによって防止
される。これら犠牲的酸素ソースの存在により、酸素含
有材料の近くでの酸素分圧（酸素活性度と均等）が高ま
り、よってその後の製造工程中の酸素分圧が、酸素含有
材料の還元が生じる酸素分圧よりも低下することがなく
なる。すなわち犠牲的酸素ソースは酸素含有材料の全容
積にわたってP(O2) をP c (O2)よりも高く維持するよう
に働く。
【００１４】下記に述べる本発明の好ましい実施例は、
犠牲的酸素ソースを設けることにより集積回路加工品内
での酸素含有材料の還元を防止する最初の構造体である
ことが明らかである。本発明の利点は、ＶＬＳＩプロセ
ス中の酸素含有誘電材料の還元を防止できることであ
る。本明細書に述べるように、犠牲的酸素ソースを使用
することにより、従来のＶＬＳＩ製造技術およびプロセ
スに匹敵する、性質が酸素含有量にクリティカルに依存
する、高誘電材料が得られる。また本発明により集積回
路の密度を更に高めることが可能となる。
犠牲的酸素ソースを設けることにより集積回路加工品内
での酸素含有材料の還元を防止する最初の構造体である
ことが明らかである。本発明の利点は、ＶＬＳＩプロセ
ス中の酸素含有誘電材料の還元を防止できることであ
る。本明細書に述べるように、犠牲的酸素ソースを使用
することにより、従来のＶＬＳＩ製造技術およびプロセ
スに匹敵する、性質が酸素含有量にクリティカルに依存
する、高誘電材料が得られる。また本発明により集積回
路の密度を更に高めることが可能となる。
【００１５】本発明の新規な特徴事項は、特許請求の範
囲に記載されているが、添付図面を参照して次の詳細な
説明を読めば、発明自体のみならず、それらの別の特徴
および利点が最良に理解できる。
囲に記載されているが、添付図面を参照して次の詳細な
説明を読めば、発明自体のみならず、それらの別の特徴
および利点が最良に理解できる。
【００１６】異なる図における対応する番号および符号
は、特に表示がない限り対応する部品を示す。
は、特に表示がない限り対応する部品を示す。
【００１７】
酸素ソース材料の例 次の例は、酸素含有ＨＤＣ材料に対して酸素ソース候補
材料をどのように評価できるかを実証するものである。
材料をどのように評価できるかを実証するものである。
【００１８】一例として、TaO x へバリウムストロンチ
ウムチタネート（ＢＳＴ）をデポジットする際に、Pt/T
a の下方電極内のTaは転移する。TaO x は大きな自由形
成エネルギーを有し、これをTa金属に還元するには７０
０℃で約１０-34 気圧のP(O 2)よりも低い圧力を必要と
する。ＢＳＴは約１０-20 気圧のP(O2) で還元を受け
る。この場合、TaO x が還元される酸素活性度は、ＢＳ
Ｔが還元される酸素活性度よりも低い（すなわちP R (O
2)＜P c (O2)）ので、TaO x は恐らく適当な酸素ソース
とはならない。
ウムチタネート（ＢＳＴ）をデポジットする際に、Pt/T
a の下方電極内のTaは転移する。TaO x は大きな自由形
成エネルギーを有し、これをTa金属に還元するには７０
０℃で約１０-34 気圧のP(O 2)よりも低い圧力を必要と
する。ＢＳＴは約１０-20 気圧のP(O2) で還元を受け
る。この場合、TaO x が還元される酸素活性度は、ＢＳ
Ｔが還元される酸素活性度よりも低い（すなわちP R (O
2)＜P c (O2)）ので、TaO x は恐らく適当な酸素ソース
とはならない。
【００１９】ＨＤＣ材料、例えばＢＳＴに対する可能な
電極として、RuO2も検討した。Ruは比較的小さい自由形
成エネルギーを有し、このRuO2をRu金属に還元するには
７００℃で１０-8気圧P(O2) しか必要としない（すなわ
ち
電極として、RuO2も検討した。Ruは比較的小さい自由形
成エネルギーを有し、このRuO2をRu金属に還元するには
７００℃で１０-8気圧P(O2) しか必要としない（すなわ
ち
【外１】 気圧）。従ってRuO2電極はH2のアニール中、酸素ソース
として働き、アクセプタでドープされたＢＳＴが酸化さ
れるのを防止する（
として働き、アクセプタでドープされたＢＳＴが酸化さ
れるのを防止する（
【外２】 気圧）。当然ながら、すべての還元プロセスが完了する
前にRuO2のすべてが還元されないようにするには、充分
な量のRuO2を設けなければならない。
前にRuO2のすべてが還元されないようにするには、充分
な量のRuO2を設けなければならない。
【００２０】RuO2は電気的に導電性であるので、それ自
体、電極としても使用できるし、また、他の電極材料と
混合してもよいし、また電極合金の成分としてもよい。
RuO2の構造体は所望であれば電極の近くに、これと接触
しないように形成することも可能である。またこれとは
異なり、RuO2がコンデンサ構造体を囲むようにしてもよ
い。この場合、酸素ソース並びに電極と集積回路の他の
部分の間の拡散バリアの双方として働くことになる。
体、電極としても使用できるし、また、他の電極材料と
混合してもよいし、また電極合金の成分としてもよい。
RuO2の構造体は所望であれば電極の近くに、これと接触
しないように形成することも可能である。またこれとは
異なり、RuO2がコンデンサ構造体を囲むようにしてもよ
い。この場合、酸素ソース並びに電極と集積回路の他の
部分の間の拡散バリアの双方として働くことになる。
【００２１】誘電材料のドーピングについても考慮しな
ければならない。一般に元素またはイオンは（１）結晶
格子内の原子と置換し、置換する原子よりもより多数の
価電子を有する場合、または（２）格子間に存在し、外
側電子殻を完全に満たす電子の数の半分よりも少ない数
の電子で満たされている場合、ドナードーパントとな
る。中間のケースでは不確定であり、経験的に決定でき
る。例えば（１）価電子数が置換される原子数と同じで
ある場合、ドナードーパントとして働く元素もある。同
様に（２）では価電子の殻が正確に半分の数の電子で満
たされている場合、ドナードーパントとして働く元素も
ある。
ければならない。一般に元素またはイオンは（１）結晶
格子内の原子と置換し、置換する原子よりもより多数の
価電子を有する場合、または（２）格子間に存在し、外
側電子殻を完全に満たす電子の数の半分よりも少ない数
の電子で満たされている場合、ドナードーパントとな
る。中間のケースでは不確定であり、経験的に決定でき
る。例えば（１）価電子数が置換される原子数と同じで
ある場合、ドナードーパントとして働く元素もある。同
様に（２）では価電子の殻が正確に半分の数の電子で満
たされている場合、ドナードーパントとして働く元素も
ある。
【００２２】一般に（１）元素またはイオンが結晶格子
内の原子と置換し、置換する原子よりも少数の価電子を
有している場合、または（２）格子間に存在し、外側電
子殻が半分よりも多い数の電子で満たされている場合、
アクセプタドーパントとなる。中間のケースでは不確定
であり、経験的に決定できる。例えば（１）価電子数が
置換される原子と同じ数である場合、アクセプタドーパ
ントとして働く元素もある。同様に（２）では価電子の
殻が正確に半分の数の電子で満たされている場合、アク
セプタドーパントとして働く元素もある。
内の原子と置換し、置換する原子よりも少数の価電子を
有している場合、または（２）格子間に存在し、外側電
子殻が半分よりも多い数の電子で満たされている場合、
アクセプタドーパントとなる。中間のケースでは不確定
であり、経験的に決定できる。例えば（１）価電子数が
置換される原子と同じ数である場合、アクセプタドーパ
ントとして働く元素もある。同様に（２）では価電子の
殻が正確に半分の数の電子で満たされている場合、アク
セプタドーパントとして働く元素もある。
【００２３】バルクアクセプタでドープされたＢＳＴは
低い酸素分圧（約７００℃で１０気圧）にて導電性とな
るが、ドナーでドープされたＢＳＴはより高い酸素分圧
で導電性となる。バルクドナーでドープされたＢＳＴは
７００℃で約１０ 気圧P(O ) （この値はドナードーパ
ントの種類およびドーパントの濃度によって変わる）に
て導電性となる。RuO x 極はアクセプタでドープされた
ＢＳＴが導電性となるのを防止するが、恐らくドナーで
ドープされたＢＳＴが導電性となるのを防止しないであ
ろう。
低い酸素分圧（約７００℃で１０気圧）にて導電性とな
るが、ドナーでドープされたＢＳＴはより高い酸素分圧
で導電性となる。バルクドナーでドープされたＢＳＴは
７００℃で約１０ 気圧P(O ) （この値はドナードーパ
ントの種類およびドーパントの濃度によって変わる）に
て導電性となる。RuO x 極はアクセプタでドープされた
ＢＳＴが導電性となるのを防止するが、恐らくドナーで
ドープされたＢＳＴが導電性となるのを防止しないであ
ろう。
【００２４】容易に還元される酸化物を形成する類似貴
金属（例えばPd）は多数ある。図３は、PdO/Pdの相安定
性を温度および酸素分圧P(O2) の関数として示してい
る。図３に示すように、P R (O2)＝７００℃で１. ６×
１０-2気圧である。PdO は別の電極材料と合金化するこ
とにより、電極内の酸素ソースとして使用でき、Pt-PdO
合金を形成するための誘電体のデポジション中、および
／またはその後に酸化できる。別の可能性としては、電
極の近くにPdO をデポジットすることである。
金属（例えばPd）は多数ある。図３は、PdO/Pdの相安定
性を温度および酸素分圧P(O2) の関数として示してい
る。図３に示すように、P R (O2)＝７００℃で１. ６×
１０-2気圧である。PdO は別の電極材料と合金化するこ
とにより、電極内の酸素ソースとして使用でき、Pt-PdO
合金を形成するための誘電体のデポジション中、および
／またはその後に酸化できる。別の可能性としては、電
極の近くにPdO をデポジットすることである。
【００２５】他のタイプの酸素ソースとしては、それら
の酸化状態を変える酸化物が上げられる。例えば図４は
V-O 相図の一部を示す。図示されているP(O2) およびT
の領域では、V の４つの相、すなわちV2O5、 V3O7 、V6
O13 およびV2O4が安定である。バナジウムの平均酸化状
態は５から４へ転移する。V2O5は、より低い酸化状態の
相に転移する際、酸素ソースとして働く。
の酸化状態を変える酸化物が上げられる。例えば図４は
V-O 相図の一部を示す。図示されているP(O2) およびT
の領域では、V の４つの相、すなわちV2O5、 V3O7 、V6
O13 およびV2O4が安定である。バナジウムの平均酸化状
態は５から４へ転移する。V2O5は、より低い酸化状態の
相に転移する際、酸素ソースとして働く。
【００２６】新規構造体 集積回路内には種々の方法でコンデンサを製造できる。
本発明の好ましい実施例は、任意のコンデンサの幾何学
的形状／位相空間的構造にも等しく適用できる。例えば
図５は、基板４０の表面にプレーナコンデンサが製造さ
れた代表的構造を示す。必要であれば接着層４３をデポ
ジットし、次に下方の電極４２、誘電体４６、更に上方
電極４８をデポジットすることができる。この構造体は
次に保護層３８（例えばSiO2) で被覆する。１つ以上の
電極と基板のアクティブ領域または他の構造体とを接続
する金属化は、保護層をエッチングし、次にポリシリコ
ンまたはアウムニウムのような導体３６をデポジットす
ることにより行う。
本発明の好ましい実施例は、任意のコンデンサの幾何学
的形状／位相空間的構造にも等しく適用できる。例えば
図５は、基板４０の表面にプレーナコンデンサが製造さ
れた代表的構造を示す。必要であれば接着層４３をデポ
ジットし、次に下方の電極４２、誘電体４６、更に上方
電極４８をデポジットすることができる。この構造体は
次に保護層３８（例えばSiO2) で被覆する。１つ以上の
電極と基板のアクティブ領域または他の構造体とを接続
する金属化は、保護層をエッチングし、次にポリシリコ
ンまたはアウムニウムのような導体３６をデポジットす
ることにより行う。
【００２７】図６は、より狭い基板表面積しか必要とし
ないコンデンサ構造を示す。かかるコンデンサ構造体
は、ある種のＤＲＡＭデザインで代表的なものとなり得
る。絶縁層３９をデポジット（例えばSiO2）し、導電性
プラグ３７をデポジットできるようにこれをエッチング
する。プラグ３７上に下方のプレーナ電極４２をデポジ
ットし、下方電極４２をカバーするように誘電体の層４
６をデポジットする。次に誘電体４６に接触するように
上方電極４４をデポジットする。次に上方電極（図示せ
ず）への接触部となるように、金属化を行う。
ないコンデンサ構造を示す。かかるコンデンサ構造体
は、ある種のＤＲＡＭデザインで代表的なものとなり得
る。絶縁層３９をデポジット（例えばSiO2）し、導電性
プラグ３７をデポジットできるようにこれをエッチング
する。プラグ３７上に下方のプレーナ電極４２をデポジ
ットし、下方電極４２をカバーするように誘電体の層４
６をデポジットする。次に誘電体４６に接触するように
上方電極４４をデポジットする。次に上方電極（図示せ
ず）への接触部となるように、金属化を行う。
【００２８】更に別のコンデンサ構造体は、周知のトレ
ンチ形コンデンサである。このトレンチ形コンデンサは
基板の表面積をほとんど必要としないが、誘電体の表面
積が大きくなっていることにより容量が増している。本
発明によって得られた方法はトレンチ形コンデンサに使
用される酸素含有誘電体材料の有益な性質を保つのに等
しく適用できる。
ンチ形コンデンサである。このトレンチ形コンデンサは
基板の表面積をほとんど必要としないが、誘電体の表面
積が大きくなっていることにより容量が増している。本
発明によって得られた方法はトレンチ形コンデンサに使
用される酸素含有誘電体材料の有益な性質を保つのに等
しく適用できる。
【００２９】下記に説明する本発明の好ましい実施例の
みならず、本発明の利点のすべては、かかるコンデンサ
構造体のすべてに適用されるが、プレーナコンデンサ構
造体に関連して説明することにする。
みならず、本発明の利点のすべては、かかるコンデンサ
構造体のすべてに適用されるが、プレーナコンデンサ構
造体に関連して説明することにする。
【００３０】本発明の好ましい実施例は、酸素ソース材
料が導電通路の一部となっている構造と、酸素ソースが
導電通路の一部でない構造とに分けることができる。後
者の実施例では、酸素ソース材料は電気的に導電性であ
る必要はないが、導電性であってもよい。すべての好ま
しい実施例では、酸素ソース材料の選択は本発明の課題
の説明で記載したように、P R (O2)＞P c (O2)という条
件によって決まる。
料が導電通路の一部となっている構造と、酸素ソースが
導電通路の一部でない構造とに分けることができる。後
者の実施例では、酸素ソース材料は電気的に導電性であ
る必要はないが、導電性であってもよい。すべての好ま
しい実施例では、酸素ソース材料の選択は本発明の課題
の説明で記載したように、P R (O2)＞P c (O2)という条
件によって決まる。
【００３１】第１の好ましい実施例には、酸素ソース材
は誘電体材料に対し１つまたは双方の電極を形成する。
図７に示すように、酸素ソース材料４４から成る上方電
極と下方電極の双方を形成することにより、還元が最良
に防止される。酸素ソース材料から１つの電極だけを形
成する場合、還元種（例えば水素）が誘電体４６に達す
るまでに消費されるように、上方電極は酸素ソースとす
ることが好ましい。
は誘電体材料に対し１つまたは双方の電極を形成する。
図７に示すように、酸素ソース材料４４から成る上方電
極と下方電極の双方を形成することにより、還元が最良
に防止される。酸素ソース材料から１つの電極だけを形
成する場合、還元種（例えば水素）が誘電体４６に達す
るまでに消費されるように、上方電極は酸素ソースとす
ることが好ましい。
【００３２】第２の好ましい実施例では、電極を構成す
る１つ以上の他の層の外に酸素ソース材料層が加えられ
る。図８は、下方電極４２と、電気的に導電性の酸素ソ
ースから成る層４４と、誘電体４６と、上方電極４８と
を示している。この構造はコンデンサ構造体内に使用さ
れる特定の誘電体に対して必要となり得るような接着
層、拡散バリア等を含むこともできる。この酸素ソース
層４４は種々の方法で形成できる。最初に、別のデポジ
ット工程で酸素ソース層を形成できる。第２に、（例え
ばスパタリングにより）材料の混合物をデポジットし、
酸素雰囲気に露出する。当業者に周知の条件下でデポジ
ットされた材料の一部を分離し、酸化しない材料の層の
頂部に酸化物の層を形成する。このプロセスは、外部酸
化方法として知られている。当然ながらこの結果生じる
酸化膜は導電性でなければならない。外部酸化できる材
料混合物の例としては、プラチナとパラジウムの混合物
がある。この金属混合物および他の金属混合物に対し
て、外部酸化が行われる条件は、当業者には周知であ
る。
る１つ以上の他の層の外に酸素ソース材料層が加えられ
る。図８は、下方電極４２と、電気的に導電性の酸素ソ
ースから成る層４４と、誘電体４６と、上方電極４８と
を示している。この構造はコンデンサ構造体内に使用さ
れる特定の誘電体に対して必要となり得るような接着
層、拡散バリア等を含むこともできる。この酸素ソース
層４４は種々の方法で形成できる。最初に、別のデポジ
ット工程で酸素ソース層を形成できる。第２に、（例え
ばスパタリングにより）材料の混合物をデポジットし、
酸素雰囲気に露出する。当業者に周知の条件下でデポジ
ットされた材料の一部を分離し、酸化しない材料の層の
頂部に酸化物の層を形成する。このプロセスは、外部酸
化方法として知られている。当然ながらこの結果生じる
酸化膜は導電性でなければならない。外部酸化できる材
料混合物の例としては、プラチナとパラジウムの混合物
がある。この金属混合物および他の金属混合物に対し
て、外部酸化が行われる条件は、当業者には周知であ
る。
【００３３】図９に示される第３の好ましい実施例で
は、酸素ソース材料を分散し、電極として働く導電層５
０内にビーズ状にすることができる。図９が示すよう
に、酸素ソース材料は電極として働くよう、層６０に対
して導電性である必要はない。かかる層の形成は、例え
ば金属の混合物をデポジットし（例えばスパタリン
グ）、次に酸化しない他の金属の本体内で生じる酸素ソ
ースを分散させるような方法で酸化を生じさせることに
より実施できる。かかる反応は、内部酸化として知られ
ている。その理由は、酸化する種が非酸化種内で分散さ
れた小さい空間となっているからである。これとは異な
り、酸素雰囲気内で反応性金属をデポジットすることに
より、ビーズの形成を生じさせることができる。好まし
い実施例では、混合物は酸素内でアニールされるパラジ
ウムとプラチナの混合物である。このような金属混合物
および他の金属混合物に対し、内部酸化が生じる条件は
当業者には周知である。例えば室温において１０-2トー
ルにて１対１の酸素−アルゴンガス混合物内でプラチナ
（２５％）とパラジウム（７５％）の合金をスパタリン
グによりデポジットすると、一般にプラチナマトリック
ス内にPdO のビーズが生じる。
は、酸素ソース材料を分散し、電極として働く導電層５
０内にビーズ状にすることができる。図９が示すよう
に、酸素ソース材料は電極として働くよう、層６０に対
して導電性である必要はない。かかる層の形成は、例え
ば金属の混合物をデポジットし（例えばスパタリン
グ）、次に酸化しない他の金属の本体内で生じる酸素ソ
ースを分散させるような方法で酸化を生じさせることに
より実施できる。かかる反応は、内部酸化として知られ
ている。その理由は、酸化する種が非酸化種内で分散さ
れた小さい空間となっているからである。これとは異な
り、酸素雰囲気内で反応性金属をデポジットすることに
より、ビーズの形成を生じさせることができる。好まし
い実施例では、混合物は酸素内でアニールされるパラジ
ウムとプラチナの混合物である。このような金属混合物
および他の金属混合物に対し、内部酸化が生じる条件は
当業者には周知である。例えば室温において１０-2トー
ルにて１対１の酸素−アルゴンガス混合物内でプラチナ
（２５％）とパラジウム（７５％）の合金をスパタリン
グによりデポジットすると、一般にプラチナマトリック
ス内にPdO のビーズが生じる。
【００３４】第４の好ましい実施例では、酸素ソース材
料は誘電体材料に対する電極として使用される合金の一
成分である。図１０は、電極の双方が合金であるコンデ
ンサ構造体を示す。この構造とは異なり、一方の電極だ
けを酸素ソースを含む合金とすることもできる。この場
合、上方電極を合金にすることが好ましい。
料は誘電体材料に対する電極として使用される合金の一
成分である。図１０は、電極の双方が合金であるコンデ
ンサ構造体を示す。この構造とは異なり、一方の電極だ
けを酸素ソースを含む合金とすることもできる。この場
合、上方電極を合金にすることが好ましい。
【００３５】第５の好ましい実施例では誘電体の近くに
酸素ソース材料を置くが、この材料は導通通路の一部を
形成するものではない。したがってこれら酸素ソースは
導電性である必要はない。図１１は、パッシベーション
層５４（一般にSiO2）内に収容されたプレーナコンデン
サ構造体（下方電極４２、誘電体４６および上方電極４
８）を示す。パッシベーション層は酸素ソース材料の複
数の部分を含む。これら酸素ソース材料の部分は誘電体
の近くであるが、これに接触しない。一般に酸素ソース
材料の領域は酸素含有誘電体４６のできるだけ近くに設
けなければならない。これら部分は存在する還元種に対
し犠牲的酸素を供給し、酸素含有誘電体の還元を防止す
る。酸素ソース材料部分の形成は周知の方法で行うこと
ができる。例えばパッシベーション層をデポジットし、
孔を形成するようにエッチングし、次にこれら孔を酸素
ソース材料で満たす。これとは異なり、酸素ソース材料
をデポジットする開口部が形成された種々の層にパッシ
ベーション層をデポジットしてもよい。
酸素ソース材料を置くが、この材料は導通通路の一部を
形成するものではない。したがってこれら酸素ソースは
導電性である必要はない。図１１は、パッシベーション
層５４（一般にSiO2）内に収容されたプレーナコンデン
サ構造体（下方電極４２、誘電体４６および上方電極４
８）を示す。パッシベーション層は酸素ソース材料の複
数の部分を含む。これら酸素ソース材料の部分は誘電体
の近くであるが、これに接触しない。一般に酸素ソース
材料の領域は酸素含有誘電体４６のできるだけ近くに設
けなければならない。これら部分は存在する還元種に対
し犠牲的酸素を供給し、酸素含有誘電体の還元を防止す
る。酸素ソース材料部分の形成は周知の方法で行うこと
ができる。例えばパッシベーション層をデポジットし、
孔を形成するようにエッチングし、次にこれら孔を酸素
ソース材料で満たす。これとは異なり、酸素ソース材料
をデポジットする開口部が形成された種々の層にパッシ
ベーション層をデポジットしてもよい。
【００３６】図１２に示す第６の好ましい実施例では、
集積回路コンデンサ（下方電極４２、誘電体４６および
上方電極４８）の全体または一部が、酸素ソース材料の
層５６内に閉じ込められている。図１１の構造と同様
に、酸素ソース層５６は、当業者に周知の技術で形成で
きる。
集積回路コンデンサ（下方電極４２、誘電体４６および
上方電極４８）の全体または一部が、酸素ソース材料の
層５６内に閉じ込められている。図１１の構造と同様
に、酸素ソース層５６は、当業者に周知の技術で形成で
きる。
【００３７】図１３に示される第７の好ましい実施例で
は、高密度ＤＲＡＭ（例えば２５６メガバイトすなわち
１ギガビット）の構造体内の２つのコンデンサの例が示
されている。下方電極４２はコンフォーマルデポジット
技術を用いて、上部にデポジットされた誘電体に対する
表面積が大きくなるよう、大きなアスペクト比を有して
いる。絶縁スペーサ層６２（これはSiO2であることが好
ましい）の上に下方電極４２が載り、ポリシリコン５８
およびTiN ６０から成るプラグにより基板４０への電気
的な接触が行われる。５８と６０との間にはTiSi2 の層
を介在させてもよい。誘電体層４６はバリウムストロン
チウムチタネート（ＢＳＴ）であることが好ましい。上
方電極層４８は双方のコンデンサに共通であり、プラチ
ナから成ることが好ましい。酸素ソース材料５８は好ま
しくはPtO2であり、約２２０℃で表面４８をプラズマア
ッシングすることにより形成される。よって、層５６は
ＢＳＴの還元を防止するのに酸素の優れた犠牲的ソース
となるが、１つのプロセス工程しか増加としない。パッ
シベーション層５４はSiO2であることが好ましい。
は、高密度ＤＲＡＭ（例えば２５６メガバイトすなわち
１ギガビット）の構造体内の２つのコンデンサの例が示
されている。下方電極４２はコンフォーマルデポジット
技術を用いて、上部にデポジットされた誘電体に対する
表面積が大きくなるよう、大きなアスペクト比を有して
いる。絶縁スペーサ層６２（これはSiO2であることが好
ましい）の上に下方電極４２が載り、ポリシリコン５８
およびTiN ６０から成るプラグにより基板４０への電気
的な接触が行われる。５８と６０との間にはTiSi2 の層
を介在させてもよい。誘電体層４６はバリウムストロン
チウムチタネート（ＢＳＴ）であることが好ましい。上
方電極層４８は双方のコンデンサに共通であり、プラチ
ナから成ることが好ましい。酸素ソース材料５８は好ま
しくはPtO2であり、約２２０℃で表面４８をプラズマア
ッシングすることにより形成される。よって、層５６は
ＢＳＴの還元を防止するのに酸素の優れた犠牲的ソース
となるが、１つのプロセス工程しか増加としない。パッ
シベーション層５４はSiO2であることが好ましい。
【００３８】すべての好ましい実施例において、酸素ソ
ース材料の層または部分は、周知のデポジット技術によ
って形成できる。薄膜デポジット技術、例えば反応性ス
パッタデポジション、酸素を含むターゲットからのスパ
ッタデポジション、金属有機化学的気相法および／また
はプラズマエンハンスメントを行う、または行わない、
化学的気相法、ゾル−ゲルデポジションおよび金属有機
分解法を使用できる。
ース材料の層または部分は、周知のデポジット技術によ
って形成できる。薄膜デポジット技術、例えば反応性ス
パッタデポジション、酸素を含むターゲットからのスパ
ッタデポジション、金属有機化学的気相法および／また
はプラズマエンハンスメントを行う、または行わない、
化学的気相法、ゾル−ゲルデポジションおよび金属有機
分解法を使用できる。
【００３９】上記のような金属または金属合金の酸化に
よる酸素ソース材料の形成は、周知の技術、例えば高温
プラズマアッシングおよび高温での可能性が高いO2、N2
O またはO3を用いたUVエンハンス酸化技術により行うこ
とができる。
よる酸素ソース材料の形成は、周知の技術、例えば高温
プラズマアッシングおよび高温での可能性が高いO2、N2
O またはO3を用いたUVエンハンス酸化技術により行うこ
とができる。
【００４０】本明細書で使用する酸素ソース材料なる用
語は、酸素含有誘電体が還元される分圧（この分圧は本
明細書ではクリティカル分圧P R (O2)と称す）よりも大
きい酸素分圧P c (O2)を有する材料を意味する。
語は、酸素含有誘電体が還元される分圧（この分圧は本
明細書ではクリティカル分圧P R (O2)と称す）よりも大
きい酸素分圧P c (O2)を有する材料を意味する。
【００４１】好ましいすべての実施例では、酸素含有誘
電材料に対する酸素ソース材料の必要な設置は、その後
のプロセス工程（犠牲的酸素ソースの形成の後の工程）
中の酸素分圧が酸素含有誘電材料の全容積にわたってP
c (O2)よりも高く留まるという条件によって支配され
る。このことは一般に酸素ソース材料がコンデンサ電極
の一部であり、よって実質的に誘電材料に接触する構造
で容易に達成される。集積回路全体にわたる酸素分圧を
計算するための周知の技術は、（例えば図１１に示すよ
うに）酸素ソース材料部分が酸素含有誘電材料に接触し
ない構造を設計する際に利用できる。
電材料に対する酸素ソース材料の必要な設置は、その後
のプロセス工程（犠牲的酸素ソースの形成の後の工程）
中の酸素分圧が酸素含有誘電材料の全容積にわたってP
c (O2)よりも高く留まるという条件によって支配され
る。このことは一般に酸素ソース材料がコンデンサ電極
の一部であり、よって実質的に誘電材料に接触する構造
で容易に達成される。集積回路全体にわたる酸素分圧を
計算するための周知の技術は、（例えば図１１に示すよ
うに）酸素ソース材料部分が酸素含有誘電材料に接触し
ない構造を設計する際に利用できる。
【００４２】下記の表は実施例および図面を概観するも
のである。
のである。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】以上で数種の好ましい実施例について説明
した。本発明の範囲内には特許請求の範囲に含まれる上
記実施例と異なる実施例も含むと理解すべきである。
した。本発明の範囲内には特許請求の範囲に含まれる上
記実施例と異なる実施例も含むと理解すべきである。
【００４６】説明した構造への内部および外部接続は、
オーミック接続、容量性接続、直接接続または中継回路
を介した間接接続、または他の接続にすることができ
る。シリコン、ヒ化ガリウムまたは他の電子材料群から
構成したディスクリート部品または完全集積回路によっ
て実現できる。
オーミック接続、容量性接続、直接接続または中継回路
を介した間接接続、または他の接続にすることができ
る。シリコン、ヒ化ガリウムまたは他の電子材料群から
構成したディスクリート部品または完全集積回路によっ
て実現できる。
【００４７】図示した実施例を参照することにより、本
発明について説明したが、この説明は限定的に解しては
ならない。当業者がこの説明を読めば、説明した実施例
の種々の変形例およびそれらの組み合わせのみならず、
本発明の他の実施例が明らかであろう。従って特許請求
の範囲はかかる変形例または実施例を含むものである。
発明について説明したが、この説明は限定的に解しては
ならない。当業者がこの説明を読めば、説明した実施例
の種々の変形例およびそれらの組み合わせのみならず、
本発明の他の実施例が明らかであろう。従って特許請求
の範囲はかかる変形例または実施例を含むものである。
【００４８】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）基板と、該基板の上に設けられた導電性酸素ソー
ス材料から構成された下方電極と、該下方電極の上に設
けられた酸素含有誘電材料の層と、該層に接触する上方
電極とを備えた構造体。 （２）前記上方電極は導電性酸素ソース材料から構成さ
れた、第１項記載の構造体。
る。 （１）基板と、該基板の上に設けられた導電性酸素ソー
ス材料から構成された下方電極と、該下方電極の上に設
けられた酸素含有誘電材料の層と、該層に接触する上方
電極とを備えた構造体。 （２）前記上方電極は導電性酸素ソース材料から構成さ
れた、第１項記載の構造体。
【００４９】（３）基板と、該基板の上に設けられた下
方電極と、該下方電極の上に設けられた導電性酸素ソー
ス材料の第１の層と、該第１の層の上に設けられた酸素
含有誘電材料の層と、該酸素含有誘電材料の層の上に設
けられた上方電極とを備えた構造体。 （４）前記上方電極は前記誘電材料の層の上に設けられ
た導電性酸素ソース材料の第２の層から構成された、第
３項記載の構造体。 （５）前記上方電極は更に前記第２の導電性酸素ソース
材料の層上に設けられた導電性材料の層から構成され
た、第４項記載の構造体。
方電極と、該下方電極の上に設けられた導電性酸素ソー
ス材料の第１の層と、該第１の層の上に設けられた酸素
含有誘電材料の層と、該酸素含有誘電材料の層の上に設
けられた上方電極とを備えた構造体。 （４）前記上方電極は前記誘電材料の層の上に設けられ
た導電性酸素ソース材料の第２の層から構成された、第
３項記載の構造体。 （５）前記上方電極は更に前記第２の導電性酸素ソース
材料の層上に設けられた導電性材料の層から構成され
た、第４項記載の構造体。
【００５０】（６）基板と、酸素ソース材料を含む電極
と、該電極上に設けられた酸素含有誘電材料の層と、該
層の上に設けられた上方電極とを備えた構造体。 （７）前記上方電極は酸素ソース材料を含む導電性材料
の層から構成された、第６項記載の構造体。 （８）前記酸素ソース材料は導電性である、第６項記載
の構造体。 （９）前記酸素ソース材料はPdO である、第６項記載の
構造体。
と、該電極上に設けられた酸素含有誘電材料の層と、該
層の上に設けられた上方電極とを備えた構造体。 （７）前記上方電極は酸素ソース材料を含む導電性材料
の層から構成された、第６項記載の構造体。 （８）前記酸素ソース材料は導電性である、第６項記載
の構造体。 （９）前記酸素ソース材料はPdO である、第６項記載の
構造体。
【００５１】（１０）基板と、導電性材料および酸素ソ
ース材料の合金から構成された下方電極と、前記下方電
極の上に設けられた酸素含有誘電材料の層と、該誘電材
料の層の上に設けられた上方電極とを備えた構造体。
ース材料の合金から構成された下方電極と、前記下方電
極の上に設けられた酸素含有誘電材料の層と、該誘電材
料の層の上に設けられた上方電極とを備えた構造体。
【００５２】（１１）前記上方電極は導電性材料と酸素
ソース材料との合金から構成された、第１０項記載の構
造体。 （１２）基板と、基板上も受けられた下方電極と、該下
方電極上に設けられた酸素含有誘電材料の層と、該層の
上に設けられた電極と、該電極の上に設けられた酸素ソ
ース材料の層とを備えた構造体。 （１３）前記下方電極はPtであり、前記酸素含有誘電材
料はバリウムストロンチウムチタネートであり、前記電
極はPtであり、前記酸素ソース材料はPtO である、第１
２項記載の構造体。
ソース材料との合金から構成された、第１０項記載の構
造体。 （１２）基板と、基板上も受けられた下方電極と、該下
方電極上に設けられた酸素含有誘電材料の層と、該層の
上に設けられた電極と、該電極の上に設けられた酸素ソ
ース材料の層とを備えた構造体。 （１３）前記下方電極はPtであり、前記酸素含有誘電材
料はバリウムストロンチウムチタネートであり、前記電
極はPtであり、前記酸素ソース材料はPtO である、第１
２項記載の構造体。
【００５３】（１４）基板と、第１電極、誘電材料およ
び第２電極を含む前記基板上に設けられたコンデンサ構
造体と、前記誘電材料内のすべての点での酸素の分圧が
前記誘電材料の還元を防止するよう充分に高くなるよ
う、前記コンデンサ構造体の近くに配置された酸素ソー
ス材料から成る１つ以上の部分とを備えた、集積回路コ
ンデンサ。
び第２電極を含む前記基板上に設けられたコンデンサ構
造体と、前記誘電材料内のすべての点での酸素の分圧が
前記誘電材料の還元を防止するよう充分に高くなるよ
う、前記コンデンサ構造体の近くに配置された酸素ソー
ス材料から成る１つ以上の部分とを備えた、集積回路コ
ンデンサ。
【００５４】（１５）あるＶＬＳＩ製造工程は、将来の
高密度集積回路デバイスで使用される可能性の高い多く
の高誘電率材料の有効な性質を劣化し得る。例えば酸素
の存在により酸素含有誘電材料は容易に還元され得る
（すなわち酸素を除く）。一般に値を下回ると、酸素含
有誘電材料が導電性または許容できないものとなるよう
なクリティカルな酸素活性度の値が存在する。ＶＬＳＩ
プロセス中の酸素含有材料の還元は、近くに酸素の犠牲
的ソースを設けることによって防止される。一般に、酸
素ソース材料はクリティカル酸素活性度の値よりも高い
酸素活性度レベルで、より低い酸化状態まで還元される
（すなわち材料は酸化を失う）。酸素含有誘電材料に対
して酸素ソース材料を設置することは、一般に酸素含有
誘電材料の全空間内の酸素分圧が後のＶＬＳＩプロセス
工程の間にクリティカル値よりも低下しないという条件
によって決められる。これら犠牲的酸素ソース材料（例
えば５６）の存在により、酸素含有誘電材料（例えばバ
リウムストロンチウムチタネート４６）の近くの酸素の
分圧が上昇するので、その後の製造工程中の酸素分圧は
酸素含有誘電材料が還元される際の酸素分圧よりも低下
することはない。犠牲的酸素ソースがコンデンサ電極の
一部（例えばRuO2４４）となっているような構造体が提
供されるのみならず、集積回路コンデンサの近くに犠牲
的酸素ソース材料部分５６が形成された構造体も提供さ
れる。
高密度集積回路デバイスで使用される可能性の高い多く
の高誘電率材料の有効な性質を劣化し得る。例えば酸素
の存在により酸素含有誘電材料は容易に還元され得る
（すなわち酸素を除く）。一般に値を下回ると、酸素含
有誘電材料が導電性または許容できないものとなるよう
なクリティカルな酸素活性度の値が存在する。ＶＬＳＩ
プロセス中の酸素含有材料の還元は、近くに酸素の犠牲
的ソースを設けることによって防止される。一般に、酸
素ソース材料はクリティカル酸素活性度の値よりも高い
酸素活性度レベルで、より低い酸化状態まで還元される
（すなわち材料は酸化を失う）。酸素含有誘電材料に対
して酸素ソース材料を設置することは、一般に酸素含有
誘電材料の全空間内の酸素分圧が後のＶＬＳＩプロセス
工程の間にクリティカル値よりも低下しないという条件
によって決められる。これら犠牲的酸素ソース材料（例
えば５６）の存在により、酸素含有誘電材料（例えばバ
リウムストロンチウムチタネート４６）の近くの酸素の
分圧が上昇するので、その後の製造工程中の酸素分圧は
酸素含有誘電材料が還元される際の酸素分圧よりも低下
することはない。犠牲的酸素ソースがコンデンサ電極の
一部（例えばRuO2４４）となっているような構造体が提
供されるのみならず、集積回路コンデンサの近くに犠牲
的酸素ソース材料部分５６が形成された構造体も提供さ
れる。
【図１】アニール中のストロンチウムチタネートの導電
率と酸素分圧の関係を示すグラフである。
率と酸素分圧の関係を示すグラフである。
【図２】エリンハム図である。
【図３】PdO/Pdの層安定性と温度および酸素分圧の関係
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図４】バナジウム−酸素の相転移図である。
【図５】特に本発明から利益が得られるコンデンサ構造
体の微視的横断面図である。
体の微視的横断面図である。
【図６】特に本発明から利益が得られるコンデンサ構造
体の微視的横断面図である。
体の微視的横断面図である。
【図７】導電率酸素ソース材料を他の電極材料に隣接さ
せ、電気的に接続させて製造したプレーナコンデンサ構
造体の横断面図である。
せ、電気的に接続させて製造したプレーナコンデンサ構
造体の横断面図である。
【図８】導電率酸素ソース材料をコンデンサ電極として
使用したプレーナコンデンサ構造体の横断面図である。
使用したプレーナコンデンサ構造体の横断面図である。
【図９】コンデンサ電極内に酸素ソース材料部分がある
プレーナコンデンサ構造体の横断面図である。
プレーナコンデンサ構造体の横断面図である。
【図１０】コンデンサ電極が酸素ソース成分を含む合金
である、プレーナコンデンサ構造体の横断面図である。
である、プレーナコンデンサ構造体の横断面図である。
【図１１】周辺のパッシベーション層内のコンデンサの
近くに酸素ソース材料部分を配置したプレーナコンデン
サの横断面図である。
近くに酸素ソース材料部分を配置したプレーナコンデン
サの横断面図である。
【図１２】コンデンサ構造体の一部が酸素ソース材料の
層内に収容されたプレーナコンデンサの横断面図であ
る。
層内に収容されたプレーナコンデンサの横断面図であ
る。
【図１３】犠牲的酸素ソースとなるように酸化された共
通情報電極を共用する２つのコンデンサ構造体の横断面
図である。
通情報電極を共用する２つのコンデンサ構造体の横断面
図である。
４４ コンデンサ電極 ４６ 酸素含有誘電材料 ５６ 犠牲的酸素ソース材料
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年１１月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｂ 27/04 21/822 Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｃ
Claims (1)
- 【請求項１】基板と、 該基板の上に設けられた導電性酸素ソース材料から構成
された下方電極と、 該下方電極の上に設けられた酸素含有誘電材料の層と、 該層に接触する上方電極とを備えた構造体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/252,727 US5909043A (en) | 1994-06-02 | 1994-06-02 | Sacrificial oxygen sources to prevent reduction of oxygen containing materials |
| US252727 | 1994-06-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08167701A true JPH08167701A (ja) | 1996-06-25 |
Family
ID=22957277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7136917A Pending JPH08167701A (ja) | 1994-06-02 | 1995-06-02 | 半導体構造体 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5909043A (ja) |
| JP (1) | JPH08167701A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008294228A (ja) * | 2007-05-24 | 2008-12-04 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体メモリ素子及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| US6150706A (en) | 1998-02-27 | 2000-11-21 | Micron Technology, Inc. | Capacitor/antifuse structure having a barrier-layer electrode and improved barrier layer |
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| KR100308131B1 (ko) * | 1999-10-01 | 2001-11-02 | 김영환 | 반도체 소자의 커패시터 제조 방법 |
| TW479311B (en) * | 2000-05-26 | 2002-03-11 | Ibm | Semiconductor high dielectric constant decoupling capacitor structures and process for fabrication |
| US6558517B2 (en) * | 2000-05-26 | 2003-05-06 | Micron Technology, Inc. | Physical vapor deposition methods |
| IT1318279B1 (it) * | 2000-07-28 | 2003-07-28 | Getters Spa | Dispositivo capacitivo integrato con strato dielettrico degradabiledall'idrogeno protetto da strato getter. |
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| US6838122B2 (en) | 2001-07-13 | 2005-01-04 | Micron Technology, Inc. | Chemical vapor deposition methods of forming barium strontium titanate comprising dielectric layers |
| US20030017266A1 (en) * | 2001-07-13 | 2003-01-23 | Cem Basceri | Chemical vapor deposition methods of forming barium strontium titanate comprising dielectric layers, including such layers having a varied concentration of barium and strontium within the layer |
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| US6703277B1 (en) | 2002-04-08 | 2004-03-09 | Advanced Micro Devices, Inc. | Reducing agent for high-K gate dielectric parasitic interfacial layer |
| CN103959463B (zh) * | 2011-10-01 | 2017-03-15 | 英特尔公司 | 片上电容器及其组装方法 |
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- 1994-06-02 US US08/252,727 patent/US5909043A/en not_active Expired - Lifetime
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1995
- 1995-06-02 JP JP7136917A patent/JPH08167701A/ja active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5909043A (en) | 1999-06-01 |
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