JPH09116093A - Integrated circuit with linear thin-film capacitance - Google Patents

Integrated circuit with linear thin-film capacitance

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JPH09116093A
JPH09116093A JP8145845A JP14584596A JPH09116093A JP H09116093 A JPH09116093 A JP H09116093A JP 8145845 A JP8145845 A JP 8145845A JP 14584596 A JP14584596 A JP 14584596A JP H09116093 A JPH09116093 A JP H09116093A
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integrated circuit
electrode
thin film
dielectric
dielectric region
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JP8145845A
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Japanese (ja)
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Miles Aubrin Henry Jr
マイルズ オーブリアン,ジュニヤ ヘンリー
Kent Watts Roderick
ケント ワッツ ロデリック
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A T and T I P M CORP
AT&T Corp
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A T and T I P M CORP
AT&T Corp
AT&T IPM Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an integrated circuit having linear thin-film capacitance. SOLUTION: This integrated circuit 1 has an active device 10 electrically connected to capacitance 5 using the thin-film dielectric region 75 of BaxTiyOz, and the values of x, y and z are represented by the ratio of 2, 9 and 20. The capacitance of such an integrated circuit 1 has approximately linear capacitance in compact size, low leakage electric flux, wide frequency and a bias voltage range.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】本発明の分野 本発明は一般的には集積回路、より具体的には広いバイ
ヤス電圧及び周波数範囲にわたって、直線的容量値を有
するコンパクト薄膜容量を用いた集積回路に係る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to integrated circuits, and more specifically to integrated circuits using compact thin film capacitors having linear capacitance values over a wide bias voltage and frequency range.

【0002】本発明の背景 現在、無線通信及び関連産業は、高周波数において低損
失で動作し対応するバイヤス電圧には本質的に依存しな
い容量値を有する容量を必要としている。個別容量はそ
のような特性を有し、典型的な場合、スイッチドキャパ
シタフィルタ用の容量とともに、バイヤス及び貫通コン
デンサとして、これら産業において用いられている。薄
膜容量は、それらの製造価格が低く、寸法が小さく、ワ
イヤ接続が複雑でないため、これらの産業において望ま
しい。しかし、現在入手できる薄膜容量は、望ましくな
いほど大きく、そのような産業で用いる妨げとなる他の
特性を有する。
BACKGROUND OF THE INVENTION Currently, the wireless communications and related industries require capacitors that operate at high frequencies with low loss and have capacitance values that are essentially independent of the corresponding bias voltage. Discrete capacitors have such characteristics and are typically used in these industries as vias and feedthrough capacitors, as well as capacitors for switched capacitor filters. Thin film capacitors are desirable in these industries because of their low manufacturing cost, small size, and uncomplicated wire connections. However, currently available thin film capacitors have undesirably large and other properties that hinder their use in such industries.

【0003】典型的な薄膜容量は、集積回路半導体チッ
プ上に形成され、最上部及び底部プレート間にはさまれ
た誘電体材料の薄膜を有する平行平板容量構造を有す
る。従来の金属−酸化物−半導体(MOS)容量におい
て、アルミニウムの表面薄膜が最上部プレートである。
底部プレートは、高濃度ドープn+ 領域で、それは集積
回路半導体のエミッタ拡散中に形成される。容量値は誘
電体薄膜の比誘電率に直接比例するとともに、容量の表
面積に比例し、誘電体薄膜の厚さに逆比例する。
A typical thin film capacitor has a parallel plate capacitor structure formed on an integrated circuit semiconductor chip with a thin film of dielectric material sandwiched between top and bottom plates. In conventional metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitors, the aluminum surface thin film is the top plate.
The bottom plate is a heavily doped n + region, which is formed during the emitter diffusion of the integrated circuit semiconductor. The capacitance value is directly proportional to the relative permittivity of the dielectric thin film, is proportional to the surface area of the capacitor, and is inversely proportional to the thickness of the dielectric thin film.

【0004】SiO2 薄膜誘電体を有する薄膜容量は当
業者にはよく知られており、現在多くの集積回路及びあ
る種の無線通信の分野で用いられている。しかし、Si
2の比誘電率は3.9程度と比較的低いため、これら
の容量はナノファラッド程度の容量値を得るためには、
集積回路チップの能動領域の70%をも必要とする。従
って、これらの型の容量は個別容量よりはるかに小さい
が、ほとんどの無線通信用途に対しては、なお好ましく
ないほど大きい。薄膜SiO2 容量については、ジェイ
・エル・マックレーリー(J.L.McCrear
y)、“MOS容量の整合特性及び電圧及び温度依存
性”、アイ・イーイーイー・ジャーナル・オブ・ソリッ
ド−ステート・サーキット(IEEE J.of So
lid−State Circuit)、第SC−16
巻、第6号、608−616頁(1981年12月)に
詳細に述べられている。それはここに参照文献として含
まれている。
Thin film capacitors with SiO 2 thin film dielectrics are well known to those skilled in the art and are currently used in many integrated circuits and certain wireless communication applications. However, Si
Since the relative permittivity of O 2 is relatively low at about 3.9, these capacities are required to obtain a capacitance value of about nanofarads.
It also requires 70% of the active area of an integrated circuit chip. Thus, while these types of capacities are much smaller than individual capacities, they are still undesirably large for most wireless communication applications. For the thin film SiO 2 capacity, please refer to JL McClear.
y), "Matching Characteristics of MOS Capacitance and Voltage and Temperature Dependence", IEEE Journal of Solid-State Circuits (IEEE J. of So)
lid-State Circuit), SC-16
Vol. 6, No. 6, pages 608-616 (December 1981). It is included here as a reference.

【0005】チタン酸バリウム(BaTiO3 )又はチ
タン酸バリウムストロンチウム(Ba1-x Srx TiO
3 )のような高誘電率薄膜を用いたコンパクト薄膜容量
は知られている。Ba1-x Srx TiO3 薄膜容量は高
密度ランダムアクセスメモリ(DRAM)中で用いられ
てきた。BaTiO3 のような強磁性材料は、典型的な
場合、1000程度又はそれ以上の非常に高い誘電率を
有し、従って、この材料で作製した容量は、非常にコン
パクトな寸法を持つ傾向がある。しかし、BaTiO3
及びBa1-x Srx TiO3 薄膜容量は、ともに好まし
くない電圧依存性を示し、それらの容量値はバイアス電
圧に依存する。BaTiO3 及びBa1-x Srx TiO
3 薄膜容量については、キュー・エックス・ジャ(Q.
X.Jia)ら、“RFマグネトロンスパッタリングに
より堆積させたBaTiO3 薄膜容量”、スィン・ソリ
ッド・フィルムズ(Thin Solid Film
s)、230−239頁(1992)及びティー・ホリ
カワ(T.Horikawa)ら、“RFスパッタリン
グにより堆積させた(Ba、Sr)TiO2 薄膜の誘電
特性”、ジャパン・ジャーナル・アプライド・フィジッ
クス(Japan J.Appl.Phys.)第32
巻、第1部、第9B号、4126−4130頁(199
3年9月)に詳細に述べられている。これらはここに参
照文献として含まれている。BaTiO3 は更に、好ま
しくないほど低いロールオフ周波数を有し、その結果典
型的な場合、10MHz以上の周波数で高い損失を有す
る。
Barium titanate (BaTiO 3 ) or barium strontium titanate (Ba 1-x Sr x TiO 2).
3 ) Compact thin film capacitors using high dielectric constant thin films are known. Ba 1-x Sr x TiO 3 thin film capacitors have been used in high density random access memory (DRAM). Ferromagnetic materials such as BaTiO 3 typically have very high dielectric constants, on the order of 1000 or even higher, so capacitors made with this material tend to have very compact dimensions. . However, BaTiO 3
And Ba 1-x Sr x TiO 3 thin film capacitors both show unfavorable voltage dependence, and their capacitance values depend on the bias voltage. BaTiO 3 and Ba 1-x Sr x TiO
3 For thin film capacitors, see Q.X.J.
X. Jia) et al., "Ba TiO 3 thin film capacitors deposited by RF magnetron sputtering," Thin Solid Films.
s), pp. 230-239 (1992) and T. Horikawa (T.Horikawa) et al., "was deposited by RF sputtering (Ba, Sr) dielectric properties of TiO 2 thin film", Japan Journal Applied Physics (Japan J. Appl. Phys.) No. 32
Volume, Part 1, Issue 9B, 4126-4130 (199
September 3). These are included herein by reference. BaTiO 3 further has a undesirably low roll-off frequency, with the result typically the case, high loss at frequencies above 10 MHz.

【0006】比較的高い高い誘電定数、低誘電損及び良
好な温度安定性を有する非薄膜誘電体材料は、共振器及
び発振器のようなマイクロ波デバイスを形成するために
マイクロ波産業で用いられている。しかし、典型的な場
合、マイクロ波材料は薄膜又は薄膜容量を形成するため
には用いられてこなかった。ほとんどのマイクロ波材料
を薄膜に形成するために用いられるプロセスは、集積回
路半導体プロセスとは両立しない。より具体的には、8
00℃という温度上限は、典型的な場合、集積回路の半
導体プロセス中課せられ、マイクロ波材料は容量の低損
失及び低温度係数をもつ化学構造を形成するためには、
しばしば1300℃以上の高いプロセス温度を必要とす
る。特定の添加物により、より低い温度での化合物形成
が促進されるが、しばしば添加物は半導体集積回路プロ
セスと両立しない。従って、マイクロ波誘電体材料は薄
膜容量の作製には用いられてこなかった。
Non-thin film dielectric materials with relatively high high dielectric constant, low dielectric loss and good temperature stability have been used in the microwave industry to form microwave devices such as resonators and oscillators. There is. However, typically, microwave materials have not been used to form thin films or thin film capacitors. The processes used to form most microwave materials in thin films are not compatible with integrated circuit semiconductor processes. More specifically, 8
A temperature upper limit of 00 ° C. is typically imposed during semiconductor processing of integrated circuits, and microwave materials are required to form chemical structures with low loss of capacitance and low temperature coefficient.
Often requires high process temperatures above 1300 ° C. While certain additives promote compound formation at lower temperatures, the additives are often incompatible with semiconductor integrated circuit processes. Therefore, microwave dielectric materials have not been used to make thin film capacitors.

【0007】Ba2 Ti920は誘電体共振フィルタ、
マイクロ波ストリップライン回路、薄膜デバイスではな
い各種の型の発振器及び位相シフタといったマイクロ波
デバイス用に開発されている。この材料は比較的高い誘
電定数、低誘電損及び良好な温度安定性を有する。Ba
2 Ti920の形成及びマイクロ波用途での使用につい
てのより詳細な議論は、米国特許第4,563,661
号、第4,337,446号及び第3,938,064
号で行われている。これらは本発明と権利者を同じく
し、ここに参照文献として含まれている。
Ba 2 Ti 9 O 20 is a dielectric resonance filter,
It has been developed for microwave devices such as microwave stripline circuits, various types of oscillators and phase shifters that are not thin film devices. This material has a relatively high dielectric constant, low dielectric loss and good temperature stability. Ba
For a more detailed discussion of the formation of 2 Ti 9 O 20 and its use in microwave applications, see US Pat. No. 4,563,661.
No. 4,337,446 and 3,938,064
No. These have the same rights as the invention and are hereby incorporated by reference.

【0008】高周波で広いバイアス電圧範囲にわたって
直線的な容量を示し、従来のシリコン集積回路上に比較
的低価格で作製できるコンパクトな薄膜容量の必要性が
存在する。
There is a need for a compact thin film capacitor that exhibits linear capacitance over a wide bias voltage range at high frequencies and that can be fabricated on conventional silicon integrated circuits at a relatively low cost.

【0009】本発明の要約 本発明に従う集積回路は、容量に電気的に接続されたト
ランジスタのような能動デバイスを含み、その場合、容
量はBax Tiyz の薄膜を含む誘電領域を用いる。
X、Y及びZは、それぞれ約2、9及び20である。そ
のような薄膜は、約25ないし40の比較的高い比誘電
率を有する。容量は更に、誘電体薄膜領域をはさむ第1
及び第2の電極を含む。一実施例において、第1の電極
は誘電体薄膜領域と半導体基板の間に配置され、誘電体
薄膜領域と半導体基板材料の間の化学反応を本質的に防
止する障壁として働く。たとえば、適切な第1の電極
は、白金下のタンタルという二層構造を含む。
SUMMARY OF THE INVENTION An integrated circuit in accordance with the present invention includes an active device such as a transistor electrically connected to a capacitor, where the capacitor uses a dielectric region that includes a thin film of Ba x Ti y O z. .
X, Y and Z are about 2, 9 and 20, respectively. Such thin films have a relatively high dielectric constant of about 25-40. The capacitance further includes a first portion that sandwiches the dielectric thin film region.
And a second electrode. In one embodiment, the first electrode is disposed between the dielectric thin film region and the semiconductor substrate and acts as a barrier that essentially prevents chemical reactions between the dielectric thin film region and the semiconductor substrate material. For example, a suitable first electrode comprises a bilayer structure of tantalum under platinum.

【0010】本発明に従う集積回路の容量は比較的コン
パクトな寸法、広い周波数及びバイアス電圧範囲での直
線的な容量、低誘電正接、非常に低い漏れ電束及び高い
ロールオフ周波数といった有利な特性を有する。容量へ
の応用には、バイパス及び貫通コンデンサ及びDRAM
とともに無線通信システムの集積回路中で用いるための
スイッチドキャパシタの容量が含まれる。本発明の付け
加えるべき特徴及び利点は、以下の詳細な記述及び添付
された図面から、より容易に明らかになるであろう。
The capacitance of the integrated circuit according to the invention has the advantageous properties of relatively compact dimensions, linear capacitance over a wide frequency and bias voltage range, low dissipation factor, very low leakage flux and high roll-off frequency. Have. For capacity applications, bypass and feedthrough capacitors and DRAMs
Also included is a switched capacitor capacitance for use in an integrated circuit of a wireless communication system. Additional features and advantages of the present invention will be more readily apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.

【0011】詳細な記述 本発明はX、Y及びZの値の比を、おおよそ2、9及び
20としたBax Tiyz の薄膜は、集積回路の作製
プロセス中堆積でき、容量の誘電体領域が形成できるこ
とを発見したことに基づく。そのような薄膜は、25な
いし40の範囲の有利な比較的高い比誘電率を有する。
その結果、容量はコンパクトな寸法を持つようにでき
る。これらの容量はほぼ線形な容量値という更に有利な
特性を有する。すなわち、広い周波数及びバイアス電圧
範囲で本質的に一定で、4×10-9A/μm2 程度と漏
れ電圧が非常に低く、200MHzをはるかに越えるロ
ールオフ周波数を持つ。容量値は通常、−10ないし+
10Vのバイアス電圧範囲で1.6%以上には変化せ
ず、損失勾配は約0.0001である。
DETAILED DESCRIPTION The present invention provides a Ba x Ti y O z thin film in which the ratios of X, Y and Z values are approximately 2, 9 and 20 and can be deposited during the integrated circuit fabrication process to provide a capacitive dielectric. Based on the discovery that body regions can be formed. Such films have advantageous relatively high dielectric constants in the range 25-40.
As a result, the volume can have compact dimensions. These capacitors have the further advantageous property of having a substantially linear capacitance value. That is, it is essentially constant over a wide frequency and bias voltage range, has a very low leakage voltage of about 4 × 10 −9 A / μm 2, and has a roll-off frequency far exceeding 200 MHz. The capacitance value is usually -10 to +
In the bias voltage range of 10 V, it does not change to 1.6% or more, and the loss slope is about 0.0001.

【0012】本発明に従う集積回路半導体チップ1の一
部が図1に示されている。集積回路1の示された部分に
は、従来の金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ
(MOSFET)のような第1の能動デバイス10及び
シリコン基板のような基板15上に形成されたBax
yz の誘電体薄膜を用いた容量5が含まれる。第2
のトランジスタ20のドレイン領域も示されている。能
動デバイスの具体的な形は、NMOS、PMOS又はC
MOSのいずれを用いる場合でも、集積回路の所望の動
作に基づき、本発明を実施する上では重要ではない。他
の適当な能動デバイスには、たとえばバイポーラ接合ト
ランジスタ及びGaAsMESFETが含まれる。
A portion of an integrated circuit semiconductor chip 1 according to the present invention is shown in FIG. In the illustrated portion of the integrated circuit 1, a Ba x T formed on a first active device 10 such as a conventional metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) and a substrate 15 such as a silicon substrate.
A capacitor 5 using a dielectric thin film of i y O z is included. Second
The drain region of transistor 20 is also shown. Specific forms of active devices include NMOS, PMOS or C
The use of either MOS is not critical to the practice of the invention, based on the desired operation of the integrated circuit. Other suitable active devices include, for example, bipolar junction transistors and GaAs MESFETs.

【0013】トランジスタ10及び20はたとえば、エ
ス・エム・シー(S.M.Sze)、VLSI技術、1
1章、466−515頁(マグローヒル、1988)に
詳細に述べられているような、従来のプロセス方法によ
り作製できる。この文献は参照文献としてここに含まれ
る。図1において、トランジスタ10及び20はフィー
ルドオキサイド領域25及び30を含み、それらはたと
えばSiO2 により形成され、トランジスタ10とトラ
ンジスタ20のような隣接したデバイス間の絶縁体とし
て動作する。トランジスタ10のソース及びドレイン領
域35及び40は、NMOSに対しては、砒素又は燐と
いったn形不純物をドーピングすることにより形成され
る。ソース及びドレイン抵抗を減らし、トランジスタ1
0により大きな電流を流せるようにするために、ソース
及びドレイン領域35及び40上にシリサイド45の必
要に応じて設ける層を堆積させる。
Transistors 10 and 20 are, for example, SMC, VLSI technology, 1
It can be made by conventional process methods, as described in detail in Chapter 1, pages 466-515 (Maglow Hill, 1988). This document is included here as a reference. In FIG. 1, transistors 10 and 20 include field oxide regions 25 and 30, which are formed of, for example, SiO 2 and act as an insulator between adjacent devices such as transistor 10 and transistor 20. The source and drain regions 35 and 40 of the transistor 10 are formed by doping the NMOS with an n-type impurity such as arsenic or phosphorus. Transistor 1 with reduced source and drain resistance
An optional layer of silicide 45 is deposited on the source and drain regions 35 and 40 to allow more current to flow.

【0014】トランジスタ10のゲート50はたとえ
ば、注入又は気相ドーピングにより、n形不純物をドー
プしたポリシリコン55を含む。ゲートポリシリコン5
5をSiO2 スペーサ60上に配置する。シリサイド6
2の必要に応じて設ける層は、ゲート50の電気抵抗を
減らすため、ゲートポリシリコン55上にも堆積させ
る。たとえば、燐をドープした酸化物であるP−ガラス
である絶縁層65を次にトランジスタ10及び20上に
堆積させ、トランジスタ10及び20を保護し、電気的
接続を容易にする。電極用窓66を絶縁層65中にエッ
チングし、デバイスゲート50と領域35及び40のよ
うなソース及びドレイン領域を露出させる。図1中の集
積回路の断面中では、トランジスタ10及び20のドレ
イン領域のみが露出されているが、示されている断面の
外で、集積回路1の他の領域において、ゲート及びソー
スが露出されることは容易に理解できるであろう。
The gate 50 of the transistor 10 comprises polysilicon 55 doped with n-type impurities, for example by implantation or vapor phase doping. Gate polysilicon 5
5 is placed on the SiO 2 spacer 60. Silicide 6
The optional layer 2 is also deposited on the gate polysilicon 55 in order to reduce the electrical resistance of the gate 50. An insulating layer 65, for example P-glass, which is a phosphorus-doped oxide, is then deposited over transistors 10 and 20 to protect transistors 10 and 20 and facilitate electrical connection. The electrode window 66 is etched into the insulating layer 65 to expose the device gate 50 and source and drain regions such as regions 35 and 40. In the cross section of the integrated circuit in FIG. 1, only the drain regions of the transistors 10 and 20 are exposed, but outside the cross section shown, in other regions of the integrated circuit 1, the gate and source are exposed. It will be easy to understand.

【0015】典型的な従来技術の集積回路作製方法にお
いて、エッチされた領域を通してデバイスを、また所望
の形式で、他の回路要素に電気的に接続するために、指
定されたパターンで、アルミニウムのような導電性相互
接続層を絶縁層65の表面上に堆積させる。しかし、本
発明に従うと、図1に示された容量5のような少なくと
も1つの容量5を、相互接続層の形成前に、絶縁層表面
67のような集積回路上に形成する。
In a typical prior art integrated circuit fabrication method, aluminum is formed in a designated pattern to electrically connect the device through the etched regions and to other circuit elements in the desired fashion. Such a conductive interconnect layer is deposited on the surface of insulating layer 65. However, in accordance with the present invention, at least one capacitor 5, such as capacitor 5 shown in FIG. 1, is formed on the integrated circuit, such as insulating layer surface 67, prior to forming the interconnect layer.

【0016】容量5は絶縁層表面67上に形成された第
1の電極70、第1の電極70上に堆積させたBax
yz の誘電体薄膜領域75、誘電体薄膜領域75上
に形成された第1の電極70と相対する第2の電極80
を含む。第1の電極70が二層構造を持つようにするこ
とは可能である。そのような構造は、たとえばタンタル
層上に形成された白金層である。白金は適当な電極材料
であるが、それはシリコンと有害な化学反応を起こす。
その結果、タンタルのような拡散障壁が第2の電極層と
して用いられ、それは絶縁層表面67と接触し、白金と
基板15のシリコン間の化学反応を本質的に防止する。
二層構造の各層の適切な厚さは、0.01ないし0.5
μmの範囲である。
The capacitor 5 has a first electrode 70 formed on the surface 67 of the insulating layer and a Ba x T deposited on the first electrode 70.
The dielectric thin film region 75 of i y O z , and the second electrode 80 facing the first electrode 70 formed on the dielectric thin film region 75.
including. It is possible that the first electrode 70 has a two-layer structure. Such a structure is, for example, a platinum layer formed on a tantalum layer. Platinum is a suitable electrode material, but it undergoes deleterious chemical reactions with silicon.
As a result, a diffusion barrier, such as tantalum, is used as the second electrode layer, which contacts the insulating layer surface 67 and essentially prevents chemical reactions between the platinum and the silicon of the substrate 15.
A suitable thickness for each layer of the bilayer structure is 0.01 to 0.5.
It is in the range of μm.

【0017】更に、第1の電極70をタンタル、白金、
パラジウム、チタン窒化物又はルテニウム化合物を含む
導電性材料の、単一層構造にすることが可能である。一
層又は二層構造でも、第1の電極70の全体の適切な厚
さは、約0.1ないし0.5μmの範囲である。0.1
μm以下の厚さは、電気抵抗が高いため好ましくなく、
一方、0.5μm以上の厚さは、作製経費が高く、固着
性が悪いため、一般に不利である。以下で詳細に述べる
方式で、第1の電極70への電気的接続を行うため、第
1の電極70は第2の電極80より大きい。
Further, the first electrode 70 is made of tantalum, platinum,
It is possible to have a single layer structure of a conductive material containing palladium, titanium nitride or a ruthenium compound. Suitable overall thickness of the first electrode 70, whether in a single layer or double layer structure, is in the range of about 0.1 to 0.5 μm. 0.1
A thickness of less than μm is not preferable because of high electric resistance.
On the other hand, a thickness of 0.5 μm or more is generally disadvantageous because the manufacturing cost is high and the adhesion is poor. The first electrode 70 is larger than the second electrode 80 in order to make electrical connection to the first electrode 70 in the manner described in detail below.

【0018】堆積させたBax Tiyz 誘電体薄膜領
域は、Ba2 Ti920のようなx、y及びzの値が、
ほぼ2、9、20の比の化学量論的組成を有する。誘電
体薄膜75中のBa及びTiのモル分率は、それぞれ1
0%ないし20%及びそれに対応して90%ないし80
%にすべきである。誘電体薄膜領域75は、約50ない
し150nmの範囲の厚さを持つべきである。50nm
以下の厚さは、誘電体の降伏のため好ましくない。15
0nm以上の厚さは、具体的な容量値を得るための容量
に対して、単位面積当りの容量が低いため、より大きな
表面積を必要とするから、一般に不利である。35の比
誘電率及び70nmの厚さを有するBa2 Ti920
膜を用いた容量に対して必要な典型的な面積は、44p
Fないし1.1nFの範囲の容量を得るためには、10
0×100μmないし500×500μmとなるであろ
う。104 μm2 より小さい容量は、得られる容量値が
ほとんどの集積回路用途に対して小さすぎるため望まし
くない。
The deposited Ba x Ti y O z dielectric thin film regions have x, y and z values such as Ba 2 Ti 9 O 20 .
It has a stoichiometric composition in the ratio of approximately 2, 9, 20. The mole fractions of Ba and Ti in the dielectric thin film 75 are each 1
0% to 20% and correspondingly 90% to 80
Should be%. Dielectric thin film region 75 should have a thickness in the range of approximately 50 to 150 nm. 50 nm
The following thickness is not preferred due to dielectric breakdown. Fifteen
A thickness of 0 nm or more is generally disadvantageous because it requires a larger surface area because the capacity per unit area is lower than the capacity for obtaining a specific capacity value. A typical area required for a capacitance using a Ba 2 Ti 9 O 20 thin film with a relative permittivity of 35 and a thickness of 70 nm is 44 p.
To obtain a capacitance in the range of F to 1.1 nF, 10
It will be between 0 × 100 μm and 500 × 500 μm. Capacities less than 10 4 μm 2 are undesirable because the resulting capacitance values are too small for most integrated circuit applications.

【0019】誘電体薄膜領域75を形成するための適当
な堆積プロセスには、たとえばラジオ周波(RF)マグ
ネトロンスパッタリング、CVD、真空蒸着、レーザ削
摩及びゾル−ゲルが含まれる。RFマグネトロンスパッ
タリング用の適当なBa2 Ti920セラミック源は、
周知の技術で作製できる。Ba2 Ti920を生成させ
るための適切な方法についての詳細は、上で引用した米
国特許第4,563,661号、第4,337,446
号及び第3,938,064号に述べられている。RF
マグネトロンスパッタリングにより誘電体薄膜を堆積さ
せるためのBa2 Ti920ターゲットの形成方法につ
いては、本発明に従う集積回路中の容量の作製例に関し
て、以下で述べる。
Suitable deposition processes for forming the dielectric thin film region 75 include, for example, radio frequency (RF) magnetron sputtering, CVD, vacuum deposition, laser ablation and sol-gel. A suitable Ba 2 Ti 9 O 20 ceramic source for RF magnetron sputtering is
It can be produced by a known technique. For more details on suitable methods for producing Ba 2 Ti 9 O 20 , see US Pat. Nos. 4,563,661, 4,337,446, cited above.
And No. 3,938,064. RF
A method of forming a Ba 2 Ti 9 O 20 target for depositing a dielectric thin film by magnetron sputtering is described below with respect to an example of making a capacitor in an integrated circuit according to the present invention.

【0020】誘電体薄膜領域75がアモルファス又は多
結晶構造を有し、一方、約25ないし40の範囲の比較
的高い誘電率を持つようにすることは可能である。多結
晶という用語は、寸法、形状及び結晶構造が変化する誘
電体の結晶形を含むことを意味する。薄膜領域75中に
結晶層が存在することは、X線回析を用いて決めること
ができる。薄膜領域を約650℃の温度にすることによ
り、誘電体領域75中で結晶化させることは可能であ
る。そのような温度により、薄膜領域75が微細構造を
持つ表面と、約30−40の範囲の誘電率を持つことも
ある。また、アルミニウムは650℃の温度で溶融する
ことがあるから、そのような誘電体薄膜領域75は、ア
ルミニウムの相互接続層の形成前に形成すべきである。
It is possible that the dielectric thin film region 75 has an amorphous or polycrystalline structure, while having a relatively high dielectric constant in the range of about 25-40. The term polycrystalline is meant to include crystalline forms of a dielectric that vary in size, shape and crystal structure. The presence of the crystal layer in the thin film region 75 can be determined by using X-ray diffraction. It is possible to crystallize in the dielectric region 75 by bringing the thin film region to a temperature of about 650 ° C. At such temperatures, the thin film regions 75 may have a microstructured surface and a dielectric constant in the range of about 30-40. Also, since aluminum can melt at temperatures of 650 ° C., such dielectric thin film regions 75 should be formed prior to the formation of the aluminum interconnect layer.

【0021】本質的にアモルファスな誘電体薄膜領域7
5は、約25ないし35の範囲の有利な誘電率を生じ
る。そのような誘電率の範囲は、先に述べた多結晶薄膜
領域75を考えると驚異である。本質的にアモルファス
な誘電体薄膜領域75は、約400℃−500℃程度の
温度で、低温堆積技術を用いて形成できる。更に、その
ような温度により、本質的に平滑な表面を持つ誘電体薄
膜領域75が生成する。X線回析を用い、領域75中に
結晶層が本質的に存在しないことを検知することが可能
である。
Essentially amorphous dielectric thin film region 7
5 produces an advantageous dielectric constant in the range of about 25 to 35. The range of such a dielectric constant is amazing considering the above-mentioned polycrystalline thin film region 75. The essentially amorphous dielectric thin film region 75 can be formed using low temperature deposition techniques at temperatures on the order of about 400-500 ° C. Further, such temperatures produce a dielectric thin film region 75 having an essentially smooth surface. X-ray diffraction can be used to detect the essentially absence of a crystalline layer in region 75.

【0022】更に、結晶層を増し、比較的大きな誘電率
を生じるように、本発明に従い、誘電体薄膜領域75を
650℃を超える温度にすることが可能である。しか
し、そのような温度は従来の集積回路プロセス技術を用
いた時、電極70及び基板15間の固着性と反応に有害
な影響を与えることがある。
Furthermore, it is possible according to the invention to bring the dielectric thin film region 75 to a temperature above 650 ° C. so as to increase the crystalline layer and produce a relatively large dielectric constant. However, such temperatures can have a detrimental effect on the adhesion and reaction between electrode 70 and substrate 15 when using conventional integrated circuit process technology.

【0023】Ba2 Ti920誘電体材料は、約5pp
m/℃という容量の低い温度係数(Tcc)を有する。
しかし、大きな又は負のTCCが必要なら、一般に誘電
体中のチタンの一部をスズで置き換えるか、上で引用し
た米国特許第4,563,661号に詳細に述べられて
いるように、チタンを少量にするか、過剰にすることに
より、Ba2 Ti920を変えることができる。
The Ba 2 Ti 9 O 20 dielectric material is approximately 5 pp.
It has a low temperature coefficient (Tcc) of m / ° C.
However, if a large or negative TCC is required, one generally replaces some of the titanium in the dielectric with tin or, as detailed in U.S. Pat. No. 4,563,661, cited above, titanium is used. The Ba 2 Ti 9 O 20 can be changed by using a small amount or an excessive amount.

【0024】誘電体薄膜領域75上に堆積させる第2の
電極80に適した導電性材料には、たとえばアルミニウ
ム、白金、タンタル、パラジウム、チタン窒化物又は金
が含まれる。第1の電極70の場合のように、第2の電
極25の適切な厚さは、約0.1ないし0.5μmの範
囲である。第2の電極25もチタン上の金といった二層
構造にできる。そのような二層構造に適した厚さは、チ
タンは0.1ないし1μm、金は0.1ないし0.5μ
mの範囲である。第1及び第2の電極70及び80は2
Ω/□以下の電気抵抗を有し、対応する集積回路のプロ
セス方法と両立する各種材料の中の任意のものでよい。
Suitable conductive materials for the second electrode 80 deposited on the dielectric thin film region 75 include, for example, aluminum, platinum, tantalum, palladium, titanium nitride or gold. As with the first electrode 70, a suitable thickness for the second electrode 25 is in the range of about 0.1 to 0.5 μm. The second electrode 25 can also have a two-layer structure such as gold on titanium. Suitable thicknesses for such a two-layer structure are 0.1 to 1 μm for titanium and 0.1 to 0.5 μm for gold.
m. The first and second electrodes 70 and 80 are 2
It may be any of various materials having an electric resistance of Ω / □ or less and compatible with the process method of the corresponding integrated circuit.

【0025】本発明に従うと、容量10の形成後、相互
接続層が形成された時、第1及び第2の容量電極70及
び80間の短絡を防止するため、容量5の端部領域9
0、91及び92上に、SiO2 のような絶縁性材料を
堆積させる。次に、相互接続層95を絶縁層65上に形
成し、所望の方式でデバイス10及び20と容量5を電
気的に接続するために、対応する電極用窓66をエッチ
ングする。相互接続層95に適した材料には、アルミニ
ウム及び銅が含まれる。集積回路1において、トランジ
スタ10のドレインは、容量5の第1の電極70に電気
的に接続され、容量の第2の電極80はトランジスタ2
0のソースに電気的に接続される。
According to the invention, after the formation of the capacitor 10, when the interconnection layer is formed, the end region 9 of the capacitor 5 is prevented in order to prevent a short circuit between the first and second capacitor electrodes 70 and 80.
An insulating material such as SiO 2 is deposited on 0, 91 and 92. Next, an interconnect layer 95 is formed on the insulating layer 65 and the corresponding electrode windows 66 are etched in order to electrically connect the devices 10 and 20 and the capacitor 5 in the desired manner. Suitable materials for interconnect layer 95 include aluminum and copper. In the integrated circuit 1, the drain of the transistor 10 is electrically connected to the first electrode 70 of the capacitor 5, and the second electrode 80 of the capacitor is connected to the transistor 2 of the capacitor 2.
It is electrically connected to the 0 source.

【0026】相互接続に用いる材料30及び35は、本
発明を実施する上で重要ではなく、容量電極に用いた材
料15及び25と同じ材料でも便利で、集積回路プロセ
スに用いられる典型的な他の導電性材料でもよい。従っ
て、第1の相互接続層が第1の電極を形成するととも
に、集積回路要素間の電気的相互接続となるようにする
ことは可能である。同様に、第2の相互接続層が別の回
路要素相互接続となり、容量の第2の電極を形成でき
る。そのような実施例において、SiO2 のような絶縁
性材料を、第1及び第2の相互接続層が相互に重なる場
所で、短絡を防止するために用いるのは適切である。類
似の別の実施例において、第1の相互接続層は二層第1
電極構造の1つの層として働く。
The materials 30 and 35 used for interconnection are not critical to the practice of the present invention, and the same materials 15 and 25 used for the capacitive electrodes are convenient and are typical of those used in integrated circuit processes. The conductive material may be used. Thus, it is possible for the first interconnect layer to form the first electrode and to be the electrical interconnect between the integrated circuit elements. Similarly, the second interconnect layer can be another circuit element interconnect to form the second electrode of the capacitor. In such an embodiment, it is appropriate to use an insulating material such as SiO 2 to prevent short circuits where the first and second interconnect layers overlap each other. In another similar embodiment, the first interconnect layer is a two-layer first
Serves as one layer of the electrode structure.

【0027】これまで述べた能動デバイス及び容量を形
成するための具体的なプロセスは、説明することだけを
目的とするもので、本発明を限定することを目的とした
ものではない。当業者には、本発明に従う集積回路を生
成させるために、他のデバイス及び容量作製技術が使用
できることが容易に明らかであろう。更に、図1に示さ
れた容量5は、説明する目的のためだけに、平行平板の
形態である。本発明に従う容量は、共平面構造、タブ容
量構造又は波形構造を持つことが可能である。更に、た
とえば多層相互接続及び絶縁層を用いる時、第2又はよ
り高い絶縁層上といった集積回路の異なる領域中に、容
量を形成することが可能である。また、容量は基板内の
タブ又は他の集積回路領域内に形成できる。
The specific process for forming active devices and capacitors described above is for purposes of illustration only and not for the purpose of limiting the invention. It will be readily apparent to those skilled in the art that other device and capacitor fabrication techniques can be used to produce the integrated circuit according to the present invention. Furthermore, the capacitor 5 shown in FIG. 1 is in the form of parallel plates for the purposes of illustration only. Capacitors according to the present invention can have a coplanar structure, a tab capacitor structure or a corrugated structure. Furthermore, it is possible to form capacitors in different regions of the integrated circuit, such as on a second or higher insulating layer, when using, for example, multi-layer interconnects and insulating layers. Also, the capacitors can be formed in tabs or other integrated circuit areas within the substrate.

【0028】Ba2 Ti920誘電体を有する薄膜容量
の例 Ba2 Ti920誘電体薄膜を有する薄膜容量の一例を
集積回路半導体上に作製した。誘電体薄膜の厚さは約1
40nmで、測定された誘電率は約40であった。−1
0Vないし10VのD.C.電圧範囲において、ゼロボ
ルトバイアスに対する作製された例の容量の測定された
規格化された変化(ΔC/C)が図2に示されている。
図2に示されるように、作製された例は、それぞれ0.
002及び−0.014の正及び負の最大相対容量変化
を示した。その結果、作製された例は、−10Vないし
10Vの広い20Vの範囲で1.6%([0.002+
0.014]×100)以下の優れた全体的相対変化を
達成した。
[0028] was prepared an example of a thin film capacitor having example Ba 2 Ti 9 O 20 dielectric thin film capacitor having a Ba 2 Ti 9 O 20 dielectric on integrated circuit semiconductor. The thickness of the dielectric thin film is about 1
At 40 nm, the measured dielectric constant was about 40. -1
D. of 0V to 10V. C. The measured normalized change in capacitance (ΔC / C) of the fabricated example over zero volt bias over voltage range is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, each of the manufactured examples has a value of 0.
The maximum positive and negative relative capacitance changes of 002 and -0.014 were shown. As a result, the manufactured example has 1.6% ([0.002+
An excellent overall relative change of 0.014] × 100) or less was achieved.

【0029】薄膜容量の作製中、10cmの径を有する
シリコンウエハ基板を用いた。ウエハは第1のメタライ
ゼーションした電極層を含み、それは白金上のタンタル
という二層構造から成る。基板のメタライゼーションし
ていない底部は、3000W石英ランプヒータの一面を
成す直径9cmのステンレススチール環により、チャン
バ中に保持された。基板はばねクリップで環上に保持さ
れた。直径6cmのBa2 Ti920セラミックターゲ
ットを基板の電極表面上8cmに置いた。材料をスパッ
タし、電極基板表面上に堆積させるために、Ba2 Ti
920ターゲットにラジオ周波信号を向けた。堆積前に
約10分間、ターゲットをあらかじめスパッタした。
During the fabrication of the thin film capacitor, a silicon wafer substrate having a diameter of 10 cm was used. The wafer includes a first metallized electrode layer, which consists of a bilayer structure of tantalum on platinum. The non-metallized bottom of the substrate was held in the chamber by a 9 cm diameter stainless steel ring forming one side of a 3000 W quartz lamp heater. The substrate was held on the annulus by spring clips. A 6 cm diameter Ba 2 Ti 9 O 20 ceramic target was placed 8 cm on the electrode surface of the substrate. In order to sputter the material and deposit it on the electrode substrate surface, Ba 2 Ti
The radio frequency signal was directed at a 9 O 20 target. The target was pre-sputtered for about 10 minutes before deposition.

【0030】Ba2 Ti920堆積中、スパッタリング
パラメータは、基板温度、ガス圧、Ar/O2 比、RF
パワー及び基板のバイアス電圧であった。基板の底部は
ランプヒータからの直接放射により400゜−700℃
の範囲の温度に加熱した。約30ないし60mTorr
の圧力における約2対1の比率のAr及びO2 の雰囲気
を堆積用チャンバ内に保った。RFマグネトロン電圧は
3Kvで、プレート電流は130mAで、正味のパワー
は150Wであった。140nmの誘電体薄膜を得るた
めに、スパッタリングは70分間行った。
During Ba 2 Ti 9 O 20 deposition, the sputtering parameters were: substrate temperature, gas pressure, Ar / O 2 ratio, RF
Power and substrate bias voltage. The bottom of the substrate is 400 ° -700 ° C due to direct radiation from the lamp heater.
Was heated to a temperature in the range. About 30 to 60 mTorr
An atmosphere of Ar and O 2 at a pressure of about 2 to 1 was maintained in the deposition chamber. The RF magnetron voltage was 3 Kv, the plate current was 130 mA, and the net power was 150 W. Sputtering was performed for 70 minutes to obtain a dielectric thin film of 140 nm.

【0031】堆積プロセスのための基板の加熱は、5分
程度と急速で、一方基板は数時間にわたって200℃以
下に冷却した。Ar及びO2 雰囲気は400℃までの冷
却中保たれた。基板には10VのD.C.バイアスを印
加したが、その効果は明らかではなかった。
The heating of the substrate for the deposition process was rapid, on the order of 5 minutes, while the substrate was cooled to below 200 ° C. for several hours. The Ar and O 2 atmosphere was maintained during cooling to 400 ° C. The substrate has a D.V. of 10V. C. A bias was applied, but the effect was not clear.

【0032】次に、200nmの金の下の100nmチ
タンの二層構造を有する第2の電極を従来の電子ビーム
蒸着プロセスを用いて、474μm×474μmの面積
の誘電体の最上部表面上に形成した。得られた容量は
0.56nFの容量値を有した。
Next, a second electrode having a bilayer structure of 100 nm titanium under 200 nm gold was formed on the top surface of the dielectric of 474 μm × 474 μm area using a conventional electron beam evaporation process. did. The resulting capacitance had a capacitance value of 0.56 nF.

【0033】薄膜容量の例を作製中用いたBa2 Ti9
20セラミックターゲットは以下のように作製した。共
にTAMセラミック社、ナイアガラフォールズ、ニュー
ヨークから入手できる高純度BaTiO3 (HPB級)
及びTiO2 (TAM#59030−ロット8135)
粉末を、BaTiO3 +4.42TiO2 の式をもつ混
合物1kgに組合わせた。混合物粉末は2重量パーセン
トの分散剤を有するZrO2 媒体中の水の下で16時間
粉砕混合した。用いた分散剤は、R.T.バンダ・ビル
ト社、ノーウォーク、コネチカットから入手できるダー
バン分散剤第821A号であった。次に、組合わせたも
のを濾過し、乾燥させ、50メッシュスクリーンを通し
て粒状にし、粉末を作製した。次に、この粉末は酸素雰
囲気中1135℃で6時間あらかじめ反応させた。
Ba 2 Ti 9 used during fabrication of thin film capacitor example
The O 20 ceramic target was prepared as follows. High purity BaTiO 3 (HPB grade) both available from TAM Ceramics, Niagara Falls, NY
And TiO 2 (TAM # 59030-lot 8135)
The powder was combined with 1 kg of a mixture having the formula BaTiO 3 +4.42 TiO 2 . The mixture powder was mill mixed for 16 hours under water in ZrO 2 medium with 2 weight percent dispersant. The dispersant used was R. T. Durban Dispersant No. 821A, available from Vanderbilt, Norwalk, Connecticut. The combination was then filtered, dried and granulated through a 50 mesh screen to make a powder. Next, this powder was pre-reacted for 6 hours at 1135 ° C. in an oxygen atmosphere.

【0034】次に、あらかじめ反応させた粉末は、Zr
2 媒体中の水の下で、9時間、二度目の粉砕混合をし
た。得られたものを再び濾過し、乾燥させ、50メッシ
ュスクリーンを通して粒状にし、第2の粉末を形成し
た。450gの第2の粉末を25,000psiで等圧
的に加圧し、酸素雰囲気中、1390℃で12時間シン
タし、6cmの直径を有する円筒を形成した。次に得ら
れた円筒を、酸素雰囲気中、1150℃において更に1
2時間アニールし、Ba2 Ti920のシンタされた円
筒を生成させた。
Next, the previously reacted powder is Zr.
A second mill mix was performed under water in O 2 medium for 9 hours. The resulting material was filtered again, dried and granulated through a 50 mesh screen to form a second powder. 450 g of the second powder was isostatically pressed at 25,000 psi and sintered at 1390 ° C. for 12 hours in an oxygen atmosphere to form a cylinder having a diameter of 6 cm. Next, the obtained cylinder is further subjected to 1 at 1150 ° C. in an oxygen atmosphere.
Annealed for 2 hours to produce a Ba 2 Ti 9 O 20 sintered cylinder.

【0035】シンタさせた円筒から約2mmの薄片を切
り出し、インジウムはんだで銅裏面プレートにマウント
し、Ba2 Ti920ターゲットを形成した。ターゲッ
トは96−99%の密度と、98%Ba2 Ti920
ほぼ単一相微細構造を有した。セラミックの測定された
マイクロ波損は、4.5GHzにおいてQ=9000
で、−20゜ないし60℃の温度範囲において、2×1
-6/℃の共振周波数の温度係数を有した。混合の計算
に用いた方式では、バリウムの多い化合物が生じるが、
原料の実際の分析及び誘電体プロセス中のバリウムの損
失により、化学量論的組成が生じる。
A thin piece of about 2 mm was cut out from the sintered cylinder and mounted on a copper back plate with indium solder to form a Ba 2 Ti 9 O 20 target. Target had a density of 96-99%, a substantially single phase microstructure of 98% Ba 2 Ti 9 O 20 . The measured microwave loss of the ceramic is Q = 9000 at 4.5 GHz.
2 × 1 in the temperature range of -20 ° to 60 ° C.
It had a temperature coefficient of resonance frequency of 0 -6 / ° C. The method used to calculate the mixture produces a barium-rich compound,
The stoichiometric composition results from the actual analysis of the raw materials and the loss of barium during the dielectric process.

【0036】本発明の一実施例について詳細に述べてき
たが、指針を離れることなく、多くの修正が可能であ
る。そのような修正のすべては特許請求の範囲に含まれ
ると考えられる。たとえば、金属−絶縁体−金属(MI
M)型容量が図1に描かれているが、金属−絶縁体−半
導体(MIS)薄膜容量を含み、本発明に従い、各種の
他の薄膜容量の形態及び型を生成できることを理解する
必要がある。
While one embodiment of the invention has been described in detail, many modifications are possible without departing from the guidelines. All such modifications are considered to be within the scope of the claims. For example, metal-insulator-metal (MI
Although M) type capacitors are depicted in FIG. 1, it should be understood that they include metal-insulator-semiconductor (MIS) thin film capacitors and that various other thin film capacitor morphologies and molds can be produced in accordance with the present invention. is there.

【0037】MIS容量の形態は、図1に示されたMI
M容量形態に本質的に似ているが、第1の電極70は金
属で形成されず、導電体として動作するよう、高濃度に
n形不純物をドープした基板15の一部であることが異
なる。Bax Tiyz 誘電体領域75と金属の第1の
電極間の界面は抵抗が低く、高濃度ドープ半導体電極よ
り導電性が良いため、MIM型容量は典型的な場合、対
応するMIS型容量より高いロールオフ周波数を有す
る。従って、そのようなMIM容量は高周波回路用には
より適しているであろう。
The form of the MIS capacitor is the MI shown in FIG.
Essentially similar to the M-capacitor configuration, except that the first electrode 70 is not formed of metal, but is part of the substrate 15 heavily doped with n-type impurities to act as a conductor. . Since the interface between the Ba x Ti y O z dielectric region 75 and the metal first electrode has low resistance and better conductivity than the heavily doped semiconductor electrode, the MIM type capacitance is typically a corresponding MIS type capacitor. It has a higher roll-off frequency than the capacity. Therefore, such MIM capacitors would be more suitable for high frequency circuits.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に従う集積回路中の能動デバイス及び線
形薄膜容量の例の断面図。
1 is a cross-sectional view of an example of an active device and a linear thin film capacitor in an integrated circuit according to the present invention.

【図2】図1の薄膜容量の作製例についてのバイアス電
圧対容量の相対的変化のグラフを示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a graph of relative changes in bias voltage versus capacitance for an example of manufacturing the thin film capacitor in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体チップ、集積回路 5 容量 10 能動デバイス、トランジスタ 15 基板、材料 20 トランジスタ 25,30 フィールドオキサイド領域、材料 35 ソース領域、材料 40 ドレイン領域 45 シリサイド 50 ゲート 55 ポリシリコン 60 スペーサ 65 絶縁層 66 電極用窓 67 絶縁層表面 70 電極 75 誘電体領域、誘電体薄膜領域 80 電極 85 絶縁性材料 90,91,92 端部領域 95 相互接続層 1 semiconductor chip, integrated circuit 5 capacitance 10 active device, transistor 15 substrate, material 20 transistor 25,30 field oxide region, material 35 source region, material 40 drain region 45 silicide 50 gate 55 polysilicon 60 spacer 65 insulating layer 66 for electrode Window 67 Insulating layer surface 70 Electrode 75 Dielectric region, dielectric thin film region 80 Electrode 85 Insulating material 90, 91, 92 Edge region 95 Interconnect layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロデリック ケント ワッツ アメリカ合衆国 07901 ニュージャーシ ィ,サミット,オーク クノール ロード 14 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Roderick Kent Watts United States 07901 New Jersey, Summit, Oak Knorr Road 14

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 能動デバイス;及び能動デバイスに電気
的に接続された容量を含み、容量は第1及び第2の導電
性電極間にはさまれた誘電体領域を有し、誘電体領域は
本質的に多結晶構造を有するBax Tiyz の薄膜を
含み、x、y及びzの値はほぼ2、9及び20の比であ
ることを特徴とする集積回路。
1. An active device; and a capacitor electrically connected to the active device, the capacitor having a dielectric region sandwiched between first and second conductive electrodes, the dielectric region being An integrated circuit comprising a thin film of Ba x Ti y O z having an essentially polycrystalline structure, wherein the values of x, y and z are in the ratio of approximately 2, 9 and 20.
【請求項2】 領域は10%ないし20%の範囲のモル
分率のBaと、90%ないし80%の対応する範囲のモ
ル分率のTiを含む請求項1記載の集積回路。
2. The integrated circuit of claim 1 wherein the region comprises Ba in a mole fraction of 10% to 20% and Ti in a corresponding mole fraction of 90% to 80%.
【請求項3】 誘電体領域は約50ないし150nmの
範囲の第1及び第2の電極間の厚さを有する請求項1記
載の集積回路。
3. The integrated circuit of claim 1, wherein the dielectric region has a thickness between the first and second electrodes in the range of approximately 50 to 150 nm.
【請求項4】 誘電体領域の厚さは、100nm以上で
ある請求項3記載の集積回路。
4. The integrated circuit according to claim 3, wherein the thickness of the dielectric region is 100 nm or more.
【請求項5】 第1の電極は半導体チップの絶縁層上に
形成される請求項1記載の集積回路。
5. The integrated circuit according to claim 1, wherein the first electrode is formed on the insulating layer of the semiconductor chip.
【請求項6】 第1の電極は、集積回路の半導体基板材
料と誘電体薄膜間の化学反応を本質的に防止するための
障壁である請求項1記載の集積回路。
6. The integrated circuit according to claim 1, wherein the first electrode is a barrier for essentially preventing a chemical reaction between the semiconductor substrate material of the integrated circuit and the dielectric thin film.
【請求項7】 第1の電極は白金下のタンタルという二
層構造である請求項6記載の集積回路。
7. The integrated circuit according to claim 6, wherein the first electrode has a two-layer structure of tantalum under platinum.
【請求項8】 容量は金属−絶縁体−金属構成である請
求項1記載の集積回路。
8. The integrated circuit of claim 1, wherein the capacitor has a metal-insulator-metal configuration.
【請求項9】 容量は平行平板構造である請求項1記載
の集積回路。
9. The integrated circuit according to claim 1, wherein the capacitor has a parallel plate structure.
【請求項10】 第1の電極の形成;x、y及びzの値
がほぼ2、9、20の比であるBax Tiyz の薄膜
を含む誘電体領域の前記第1の電極上への形成、及び前
記第1の電極に相対する誘電体薄膜上への第2の電極の
形成を含む半導体基板上の集積回路容量の形成方法。
10. Forming a first electrode; on said first electrode in a dielectric region comprising a thin film of Ba x Ti y O z , wherein the values of x, y and z are in the ratio of approximately 2, 9, 20. And forming a second electrode on the dielectric thin film facing the first electrode, the method for forming an integrated circuit capacitor on a semiconductor substrate.
【請求項11】 誘電体領域の形成工程は更に、Bax
Tiyz ターゲットを用い、ラジオ周波マグネトロン
により、薄膜を堆積させることを含む請求項10記載の
方法。
11. The step of forming a dielectric region further comprises Ba x
The method of claim 10 including depositing a thin film by a radio frequency magnetron using a Ti y O z target.
【請求項12】 第1の電極は集積回路の領域上に形成
し、Bax Tiyz 薄膜の堆積中、第1の電極を有す
る集積回路を400゜ないし650℃の範囲の温度にす
る工程を更に含む請求項10記載の方法。
12. A first electrode is formed on a region of the integrated circuit and the integrated circuit having the first electrode is brought to a temperature in the range of 400 ° to 650 ° C. during the deposition of the Ba x Ti y O z thin film. The method of claim 10, further comprising the steps of:
【請求項13】 集積回路を加熱する工程は、約3ない
し10分間、前記温度に加熱し、堆積後数時間、加熱さ
れた集積回路を冷却させる工程を更に含む請求項12記
載の方法。
13. The method of claim 12, wherein the step of heating the integrated circuit further comprises the step of heating to said temperature for about 3 to 10 minutes and allowing the heated integrated circuit to cool for several hours after deposition.
【請求項14】 Ar及びO2 の雰囲気中で、誘電体領
域を形成することを更に含む請求項10記載の方法。
14. The method of claim 10, further comprising forming the dielectric region in an atmosphere of Ar and O 2 .
【請求項15】 誘電体領域を形成する工程は、Ar/
2 雰囲気を約30ないし50mTorrの範囲の圧力
に保つことを更に含む請求項14記載の方法。
15. The step of forming a dielectric region comprises Ar /
Further method of claim 14 comprising maintaining O 2 to about 30 atmosphere pressure range of 50 mTorr.
【請求項16】 多結晶構造は誘電体領域をアニーリン
グする工程により得られる請求項10記載の方法。
16. The method of claim 10, wherein the polycrystalline structure is obtained by the step of annealing the dielectric region.
【請求項17】 第1の電極は集積回路の領域上に形成
され、集積回路の材料と誘電体領域間の化学反応を本質
的に防止するため障壁を形成することを更に含む請求項
10記載の方法。
17. The first electrode is formed on a region of the integrated circuit and further comprises forming a barrier to essentially prevent chemical reactions between the material of the integrated circuit and the dielectric region. the method of.
【請求項18】 第1の電極を形成する工程は更に、白
金及びタンタルの二層構造の形成を含み、タンタルは集
積回路の領域と接触し、プラチナは誘電体領域と接触す
る請求項17記載の方法。
18. The step of forming a first electrode further comprises forming a bilayer structure of platinum and tantalum, wherein tantalum contacts the area of the integrated circuit and platinum contacts the dielectric area. the method of.
【請求項19】 前記誘電体領域は本質的にアモルファ
ス構造を含む請求項1記載の集積回路。
19. The integrated circuit of claim 1, wherein the dielectric region comprises an essentially amorphous structure.
【請求項20】 前記誘電体領域は本質的にアモルファ
ス構造を含む請求項10記載の方法。
20. The method of claim 10, wherein the dielectric region comprises an essentially amorphous structure.
【請求項21】 形成された誘電体領域は、10%ない
し20%のモル分率のBaと、対応する90%ないし8
0%のモル分率のTiを含む請求項10記載の方法。
21. The formed dielectric region has a molar fraction of Ba of 10% to 20% and a corresponding 90% to 8%.
The method of claim 10 comprising 0% mole fraction of Ti.
JP8145845A 1995-06-07 1996-06-07 Integrated circuit with linear thin-film capacitance Withdrawn JPH09116093A (en)

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US08/617976 1996-03-15

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