JPH11126728A

JPH11126728A - 薄膜コンデンサ及びそれらを製造するプロセス

Info

Publication number: JPH11126728A
Application number: JP10237881A
Authority: JP
Inventors: Dunas Salvdoa; デューナスサルヴドア; Ratnaji Rao Kola; ラオコーララトナジ; Y Kumagai Henry; ワイ．クマガイヘンリー; E Rau Maureen; イー．ラウマウレーン; A Sullivan Paul; エー．サリヴァンポール; King L Tai; リエンタイキング
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 1999-05-11
Also published as: KR19990023842A; KR100373819B1

Abstract

(57)【要約】【課題】薄膜コンデンサと、それらを製造するプロ
セスを提供することにある。【解決手段】アナログ回路、ｒｆ回路、動的ランダ
ム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭs）のような半導体集
積回路デバイスにおける使用に適した薄膜コンデンサ
と、その製作のための方法とが開示されている。コンデ
ンサは、約５０ｎｍ未満の誘電部の厚みと、少なくとも
約１５ｆＦ／μｍ² の容量密度と、少なくとも約１ＭＶ
／ｃｍの降伏電界とを備えている。誘電材料は、チタ
ン、ニオビウム、又はタンタルの金属酸化物である。金
属酸化物はシリコン又は窒素も含有できる。誘電材料
は、金属要素を基質に、又は基質上に形成した第１の電
極に蒸着して、第１の電極の全体にわたって形成され
る。次に、この金属要素は陽極酸化されて、希望した厚
みの誘電材料を形成する。そこで、最上部の電極が誘電
体層の全体にわたって形成される。最上部の電極は、誘
電体層の電気特性（例えば、漏洩電流又は降伏電圧）を
変質させない金属要素である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜コンデンサ及びそ
れらを製造する方法、特に、集積回路とマルチチップ・
モジュールとにおける薄膜コンデンサに関する。

【０００２】

【従来技術】本発明は、ここに引例を用いて包含されて
いる１９９７年３月９日提出の米国出願番号０８／８１
４０５１の一部継続出願である。薄膜コンデンサは、ア
ナログ回路やｒｆ回路や動的ランダム・アクセス・メモ
リ（ＤＲＡＭｓ）のような多種多様な半導体集積回路デ
バイスに用いられている。シノハラなどの米国特許第
５，１７７，６７０号に記載されているように、このよ
うなコンデンサの誘電体層は、できるだけ薄くされてい
る。シノハラなどは、誘電体層の厚みが１００ｎｍ以下
になると、優れたコンデンサを得ることができないとみ
ている。誘電体層の厚みに下限がある１つの理由とし
て、薄い層の誘電材料をもつコンデンサの降伏電界（す
なわち、漏洩電流が急に大きくなる電圧）が一般的に余
りにも低いためである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】アオヤマなどは、“化
学蒸着で成長した非結晶質と多結晶のＴａ₂Ｏ₅膜の漏洩
電流のメカニズム”Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．，Ｖｏｌ．１４３、Ｎｏ．３、９７７〜９８３頁
（１９９６年３月）において、ゲートが正にバイアスす
る時に２ボルト以下の降伏電圧をもち、コンデンサが負
にバイアスする時に約３ボルトの降伏電圧をもつ薄膜
（すなわち、Ｔａ₂Ｏ₅膜の厚みが８５ｎｍ）コンデンサ
について述べている。アオヤマなどの場合、コンデンサ
は、Ｔａ₂Ｏ₅膜を蒸着し、それを酸化することによっ
て、膜を介する漏洩電流を小さくして形成されている。
しかし、Ｔａ₂Ｏ₅膜の酸化中における下方シリコンの酸
化を防止するために、Ｔａ₂Ｏ₅の下に位置するシリコン
電極の一部が窒化されている。最終的な誘電体層は、Ｔ
ａ₂Ｏ₅と窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）の二重層になり、好まし
い誘電率をもち、この値は単層のＴａ₂Ｏ₅より低い。

【０００４】アオヤマなどは、Ｔａ₂Ｏ₅膜を酸化して漏
洩を低減する時に、下方シリコンの酸化を防止するため
に、それを窒化していた。Ｋｉｍ、Ｉなどの“電子サイ
クロトロン共鳴プラズマ拡大化学蒸着を用いて製造した
酸化タンタル薄膜の微細な構造と電気特性”Ｊｐｎ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．３３：１：１２
Ａ、６６９１〜６６９８頁（１９９４年）から分かるよ
うに、Ｔａ₂Ｏ₅／ＳｉＯ₂層の優れた誘電率は、Ｔａ₂Ｏ
₅の誘電率より小さい。コンデンサの容量密度は、次の
式から決まる。Ｃ／Ａ＝ ε₀ε_r／ｔここで、Ｃ／Ａは容量密度であり、ε₀は絶対誘電率で
あり、ε_rはコンデンサの誘電体層の相対誘電率であ
り、ｔは誘電体層の厚みである。従って、ある誘電体の
厚みについて、誘電率が低い誘電材料を有するコンデン
サは、誘電率が高い誘電材料を有するコンデンサと比べ
ると、低い容量密度をもつことになる。また、容量密度
と誘電体の厚みとの関係が逆になると、あるコンデンサ
の誘電材料が薄ければ薄いほど、その容量密度が高くな
る。

【０００５】そこで、厚みが１００ｎｍ以下で、高誘電
率の材料から成る層をもつとともに、好ましい漏洩電流
と降伏電圧とをもつ、コンデンサが望ましいことにな
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、厚みが少なく
とも約７ｎｍであるが約５０ｎｍより薄いとともに、類
似する厚みの誘電体層を有する周知のコンデンサより優
れた電流−電圧特性を備えた、酸化チタン、酸化タンタ
ル、又は酸化ニオブ誘電体層から成るコンデンサを意図
している（すなわち、本発明のコンデンサでは、容量密
度が少なくとも約１５ｆＦ／μｍ² であり、降伏電界が
少なくとも約１メガボルト（ＭＶ／ｃｍ）である）。本
発明は、薄い（すなわち、厚みが５０ｎｍ以下の）金属
酸化物製の誘電体層を有するコンデンサを製造するプロ
セスも意図している。ある実施例では、これらの金属酸
化物（例えば、酸化チタン、酸化タンタル、又は酸化ニ
オブ）も窒素又はシリコンを含んでいる。

【０００７】このプロセスでは、金属要素含有層は、絶
縁又は半絶縁基質（すなわち、従来の基質、例えば、シ
リコン基質、ガラス、セラミック、カプトン、又は当業
者には周知の他の好適な基質の酸化面）又はこのような
基質上に形成されるとともに陽極酸化された第１の電極
の上に蒸着されている。陽極酸化では、材料（例えば金
属要素）が溶液中に置かれる。電極がこの溶液に接触す
る。電圧が溶液に印加されて、溶液の金属要素が陽極と
して作動する。溶液の金属要素は、そこで、酸化され
る。陽極酸化に適した材料と条件は、当業者には周知の
ことと思われる。

【０００８】陽極酸化は低温（すなわち、一般的に約２
００℃以下）で行われるので、本発明のプロセスは、デ
バイス製造のための低温プロセスと両立する。そこで、
誘電材料がシリコン含有電極上に形成される本発明の実
施例では（あるＤＲＡＭデバイスでは、底部の電極はド
ープ処理したシリコン電極である）、下方シリコンは、
上方の金属要素の陽極酸化中に実質的に酸化されない。
誘電材料がアルミニウム（Ａｌ）のような金属製の電極
（集積回路デバイスとマルチチップ・モジュールでは、
底部電極は一般的に金属製である）上に形作られると、
アルミニウムは、陽極酸化が低温で行われるので、その
影響を受けない。従来技術のプロセスでは、アルミニウ
ム電極は、誘電材料がそれらの漏洩特性を改善するため
に焼き鈍す際の高温条件に晒される時に溶解するか変形
していた。

【０００９】本発明のある実施例では、第１の電極が、
シリコン基質の酸化面のような絶縁又は半絶縁基質上に
形成されている。第１の電極は、金属のように適度に導
電性の任意の従来の金属製の電極である。コンデンサが
ＤＲＡＭデバイスに用いられている本発明の実施例で
は、第１の電極は、ドープ処理したシリコン電極又は金
属製の電極である。

【００１０】誘電体層は、従来の蒸着技術を用いたコン
デンサの第１の電極上に、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン
（ＴｉＮｘ）、珪化チタン（ＴｉＳｘ）、タンタル（Ｔ
ａ）、窒化タンタル（ＴａＮｘ）、珪化タンタル（Ｔａ
Ｓｉｘ）、ニオビウム（Ｎｂ）、又は窒化ニオブ（Ｎｂ
Ｎｘ）のような金属要素を最初に蒸着して、第１の電極
上に形成される。金属層の厚みは、希望した誘電体層の
厚みと少なくとも同じか、それよりも厚い。チタンを含
有、タンタルを含有、又はニオビウムを含有する層は、
次に、陽極酸化されて、二酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）又は
チタン・オキシニトライドの層、五酸化ニオブ（Ｎｂ₂
Ｏ₅）又はニオブ・オキシニトライドの層、五酸化タン
タル（Ｔａ₂Ｏ₅）層、タンタル・シリコン酸化物又は窒
化ドープ処理したタンタル五酸化物（Ｔａ₂Ｏ₅Ｎ_y ）の
層を形成する。他の容易に陽極化できる高い絶対誘電率
をもつ誘電材料も必要におうじて考えることができる
（例えばハフニウム）。陽極酸化した部分の厚みは約５
０ｎｍ以下である。この厚みが少なくとも約７ｎｍであ
ると、非常に効果的になる。層の非酸化部は（任意の場
合に）、コンデンサの第１の電極の一部として機能す
る。従って、金属層の厚みは、最終的な誘電体層の厚み
と少なくとも同じであるか、又はそれより厚い。

【００１１】コンデンサの第２の（相対する）電極が、
次に誘電体層上に形成される。任意の従来の金属要素も
相対する電極（例えば、タングステン、窒化チタン、窒
化タンタル、クロム）に適したものとして考えることが
できる。あるプロセスでは、デバイスは、相対する電極
が誘電体層上に形成された後に高温の焼き鈍し工程に晒
される。これらのプロセスでは、これらの高温焼き鈍し
条件のもとで隣接する誘電体層と反応する金属要素（例
えばアルミニウム）は、第２の電極として適していな
い。しかし、アルミニウムのような金属要素は、障壁金
属層が誘電体層上に最初に形成され且つ障壁金属要素が
誘電体層と反応しないならば、このようなプロセスを用
いて形成したデバイスに用いられる。そこで、反応金属
層が、障壁金属層に形成される。２層の金属要素が誘電
体層上に形成されているコンデンサは、ある応用事例の
場合に特に効果的になる。例えば、アルミニウム層がタ
ングステン（Ｗ）層上に形成されているコンデンサは、
相対する電極上にアルミニウム層を有していないコンデ
ンサよりも、高周波特性が優れている。

【００１２】最終的なコンデンサは、その容量密度が少
なくとも約１５ｆＦ／μｍ² で、その降伏電界が少なく
とも約１ＭＶ／ｃｍになる。コンデンサの降伏電界が少
なくとも約３ＭＶ／ｃｍの時に、特に効果的になる。

【００１３】本発明のある実施例では、本発明のコンデ
ンサは、第１の電極を形成するために、酸化シリコン基
質にアルミニウムをスパッタ蒸着して形成される。約１
００ｎｍ〜約６００ｎｍの厚みを有する窒化タンタル
（ＴａＮｘ）が、次に、従来技術（例えばｒｆスパッタ
リング）によってアルミニウムに蒸着される。ＴａＮｘ
が陽極酸化されて、約５０ｎｍ以下の厚みを有するＴａ
₂Ｏ₅Ｎ_y の誘電領域が形成される。コンデンサの相対す
る電極が、次に、誘電材料の全体にわたって金属層を蒸
着して形成される。

【００１４】本発明のコンデンサは、順方向バイアス又
は逆方向バイアスになる時でも実質的に同じ特性を備え
ている。また、本発明のコンデンサの漏洩電流密度が小
さいので（欠陥密度が小さいことを示す）、従来技術の
コンデンサより広い面積をもつコンデンサが可能にな
る。更に、金属要素の陽極酸化が比較的低温で行われる
ので、本発明のプロセスは、誘電材料の漏洩電流密度を
減少するために従来技術で必要だった高温焼き鈍し工程
に晒すことができなかった基質上にコンデンサを形成す
る時に、特に効果的になる。

【００１５】

【実施例】ここで図面を見ると、図１は、本発明の典型
的な薄膜コンデンサの製法を示す流れ図である。図２は
この典型的な薄膜コンデンサを示す。第１のステップ１
０では、シリコン基質１０５の一部を酸化して（図
２）、そこにＳｉＯ₂ １１０の絶縁層を形成する。シリ
コンは、当業者には周知の従来の方式を用いて酸化され
る（例えば、シリコン基質を少なくとも約１０００℃の
温度に酸素含有雰囲気で加熱する）。この条件が約０．
１μｍから約５μｍの厚みをもつＳｉＯ₂ を呈するよう
に制御される場合に、特に効果的になる。

【００１６】代替実施例では、窒化シリコンのような絶
縁材料の層がシリコン基質上に形成されている。窒化シ
リコン層をシリコン基質に蒸着する方法は、当業者には
周知の技術である。例えば、窒化シリコン膜は、しばし
ば化学蒸着（ＣＶＤ）のプロセスによって蒸着される。

【００１７】ステップ２０では、金属要素１２０の層が
ＳｉＯ₂ 層の全体にわたって形成される。金属層１２０
がコンデンサ１００の第１の電極になる。好適な金属要
素の例としては、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮｘ、ＴｉＮ
ｘ、ＴｉＳｘ、Ｔａ₂ Ｓｉ、Ｎｂがある。第１の電極１
２０の厚みは、約０．１μｍから約１μｍである。第１
の電極１２０がスパッタ蒸着によって形成される場合
に、特に効果的になる。金属要素のスパッタ蒸着に適し
た条件は、当業者には周知のことである。アルミニウム
に適した典型的なスパッタ条件は、１０ｋＷの電力と２
０ｓｃｃｍのアルゴンである。アルミニウム層に適した
典型的な厚みは、約０．１μｍから約１μｍである。

【００１８】本発明のある実施例では、第１の電極が、
その厚みの部分だけを介して陽極にされて、誘電体層が
形成される。これらの実施例では、陽極にならない金属
要素は、第１の電極の一部（その場合、誘電体層の金属
要素そのものが第１の電極上に形成される）又は全体的
な第１の電極（その場合、誘電体層の金属要素そのもの
が基質上に直接形成される）として機能する。ここで及
び図１とで示す実施例では、誘電体層の金属要素そのも
のが、第１の電極１２０上に形成されている。

【００１９】ステップ３０では、ニオビウムを含有、チ
タンを含有、又はタンタルを含有する材料１３０の層が
コンデンサ１００の第１の電極１２０全体にわたって形
成される。この層は、Ｎｂ、ＮｂＮｘ、Ｔｉ、ＴｉＮ
ｘ、ＴｉＳｘ、Ｔａ、ＴａＮｘ、又はＴａ₂ Ｓｉをコン
デンサの第１の電極にスパッタ蒸着して形成される。例
えば、ＴａＮｘの層は、４ｋＷの電力と、２０ｓｃｃｍ
のアルゴンのガス流と、約２〜約１０ｓｃｃｍのＮ₂ を
用いるマグネトロン反応スパッタリングによって形成さ
れる。ＴａＮｘ膜の窒素濃度は、約８〜約３３原子百分
率の範囲にあり、蒸着中にアルゴンとＮ₂ の流量を調節
して実現する。類似の条件を用いて、他の材料を蒸着す
る（窒素が最終的な誘電体膜において望まれない時に、
窒素流は削除される）。本発明のプロセスで蒸着したニ
オビウムを含有、チタンを含有、又はタンタルを含有す
る材料の厚みは、希望した厚み（約５０ｎｍ以下）の誘
電体層を十分に呈することができる。誘電体層が約７ｎ
ｍの最小限の厚みを備えている場合に特に効果的にな
る。蒸着した金属層の厚みが希望した誘電体の厚みより
厚い場合、ある金属層の部分だけ次に酸化され、希望し
た厚みの誘電体層が形成される。図２に示した実施例で
は、層１３０の非酸化部が、下方の金属層１２０をもつ
複合の第１のコンデンサ電極を形成している。

【００２０】ステップ４０では、ニオビウムを含有、チ
タンを含有、又はタンタルを含有する層１３０が陽極酸
化されて、誘電材料１４０が形成される。陽極化は当業
者には周知の技術であり、陽極化のための従来の材料と
条件は、適切に考慮される。例えば、金属要素の陽極化
は、プラチナ電極を用いて、０．０１重量パーセントの
クエン酸溶液で行われる。タンタルを含有する金属要素
に適した陽極化電圧は、約１時間の浸漬時間で、３〜３
０Ｖの範囲にある。陽極化して形成した誘電体膜の厚み
は、１ボルトあたり約１．６〜約２ｎｍの範囲にある。
他の誘電体材料に適した電圧と厚みは、当業者には容易
に確認できるものと思われる。前述のように、層１３０
は、完全に酸化される必要はない。しかし、層１３０を
十分に酸化して、希望した厚みを有する誘電体層を呈し
なければならない。

【００２１】金属要素を蒸着し、陽極酸化を用いて本来
の誘電材料に変換するうえで、更に好ましいことは、誘
電材料の厚みが均一であることである。本発明の誘電体
層は、厚みが均一であり、約１％の範囲にある。誘電材
料がＣＶＤのような従来の蒸着技術を用いて蒸着される
場合、最終的な誘電体層には、５％の単位で厚みにバラ
ツキが生じる。

【００２２】ステップ５０では、コンデンサ１００の第
２の電極１５０が陽極層上に形成される。第２の電極
は、タングステン、窒化チタン、窒化タンタル、又はク
ロムのような従来の材料である。第２の電極１５０は、
スパッタ蒸着のような従来の方式を用いて形成される。
コンデンサの第１電極の形成に用いたスパッタ条件は、
コンデンサの第２電極の形成にも効果的である。

【００２３】本発明の第２の実施例では、コンデンサが
ＤＲＡＭデバイスに組み込まれている。前述のように、
ＤＲＡＭデバイスでは、第１の電極は、従来の金属製の
電極に加えて、オプションでドープ処理したシリコン電
極になる。このようなデバイスの一例が図３に図示して
あり、コンデンサ２００が従来のシリコン基質２０５の
酸化面２１０上に形成されている。ドープ処理したシリ
コン電極２２０が、酸化面２１０上に形成されている。
金属層２３０が、ドープ処理したシリコン電極２２０上
に形成されている。この金属層２３０の少なくとも一部
が陽極酸化されて、誘電体層２４０が形成される。次
に、第２の金属製の電極２５０が誘電体層２４０上に形
成されて、コンデンサ２００が完成する。この実施例で
は、本発明のプロセスが、シリコン電極２２０を酸化し
ないという更なる長所を呈する。前述のように、シリコ
ン電極が酸化されると、最終的なコンデンサの容量密度
が低下することになる。

【００２４】前述のように、コンデンサの容量密度は、
その誘電率と、その厚みで除算した絶対誘電率との積に
等しい。誘電材料の厚みには現実に下限があり、それを
下回る場合に材料の漏洩特性が好ましくないほど大きく
なるので、好ましい大きさの容量密度を呈するとともに
適度に高い誘電率をもつ誘電材料が要求される。

【００２５】例えば、Ｔａ₂Ｏ₅Ｎｘ誘電体層をもつコン
デンサが少なくとも指定の静電容量１５ｆＦ／μｍ² を
有するために、誘電体層の厚みは、せいぜい約１２ｎｍ
でなければならない。次の表１は、希望した容量密度を
もつコンデンサとするために必要な誘電体層の厚みを示
している。表１に示すように、容量密度は、誘電体層の
厚みとその誘電率との関数になる。

【表１】ＴｉＯ₂ とＮｂ₂Ｏ₅との層をもつコンデンサの誘電体層
の厚みの範囲は、これらの材料の誘電率について考えら
れる範囲に基づいている（約４０〜約１００）。例え
ば、Ｎｂ₂Ｏ₅の誘電率が約４０である場合に、１５ｆＦ
／μｍ² の容量密度をもつコンデンサを呈する層の最大
厚みは２３．６ｍｍになる。Ｎｂ₂Ｏ₅の誘電率が約１０
０である場合、希望した容量密度をもつコンデンサを呈
する層の最大厚みは約５９ｎｍになる。ＴｉＯ₂ とＮｂ
₂Ｏ₅との誘電率は、金属要素のスパッタ蒸着に用いたプ
ロセス条件と、金属要素の陽極酸化に用いた後の条件と
に基づいて変わる。特定の材料の誘電率は、当業者には
容易に確認できるものと思われる。

【００２６】図４は、９ｎｍの厚みのＴａ₂Ｏ₅Ｎｘの層
が形成されている２つのコンデンサの特性を示す。各々
コンデンサは、シリコン基質上に形成したＳｉＯ₂ の絶
縁領域上に形成されていた。ＳｉＯ₂ 絶縁層は１μｍの
厚みを備えていた。コンデンサの第１電極は０．２５μ
ｍの厚みをもつアルミニウム層であり、０．４μｍの厚
みのＴａＮｘの層がそこに形成されていた。この層は９
ｎｍの厚みのＴａ₂Ｏ₅Ｎｘの層を生成するように陽極化
されていた。コンデンサの第２電極は約１００ｎｍの厚
みのタングステン層だった。約１μｍの厚みのアルミニ
ウム層がタングステン電極の全体にわたって形成されて
いた。１つのコンデンサが０．０４ｍｍ² の面積をも
ち、第２の電極は０．４ｍｍ² の面積だった。

【００２７】コンデンサの容量密度と降伏電界は、種々
の電圧においてコンデンサを流れる電流を測定して測定
した。図４は、−５〜５ボルトの範囲において種々の電
圧でコンデンサを流れた電流を示す。コンデンサは、従
って順方向（正の電圧を印加）と逆方向（負の電圧を印
加）の両方にバイアスされていた。約０．０４ｍｍ²の
面積をもつコンデンサの場合に、コンデンサを流れた電
流は、約−４ボルト〜約３ボルトの範囲の電圧をコンデ
ンサに印加した時に１０^-7Ａ／ｃｍより小さかった。約
０．４ｍｍ² の面積をもつコンデンサの場合に、コンデ
ンサを流れた電流は、約−４ボルト〜約２．９ボルトの
範囲の電圧をコンデンサに印加した時に１０^-7Ａ／ｃｍ
より小さかった。−４ボルトより低い（すなわち、更に
負の）電圧をデバイスに印加した時に、漏洩電流がデバ
イスを流れた。約３ボルトを越える電圧（広い面積のコ
ンデンサの場合、２．９ボルトより高い）をコンデンサ
に印加した時に、漏洩電流がコンデンサを流れることが
観察された。

【００２８】

【発明の効果】図４は、本発明のコンデンサは、誘電材
料に漏洩電流が流れる前に、非常に高いスレッショルド
電圧を有していたことを示している。更に、図４は、コ
ンデンサが、コンデンサの面積と関係なしに、同じ降伏
電界４．４ＭＶ／ｃｍを有していたことを示している。
これは、本発明の誘電材料の欠陥密度が十分に小さいの
で、広い面積のコンデンサの製造が可能になることを示
唆している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜コンデンサを製造するステップを
示す流れ図である。

【図２】図１に示した方法に準じる薄膜コンデンサの第
１の実施例の略断面図である。

【図３】ＤＲＡＭデバイスにおける使用に適した本発明
のコンデンサの略断面図である。

【図４】９ｎｍの厚みを有するＴａ₂Ｏ₅Ｎ_y誘電体層を
共に具備する、異なる領域を有する２つのコンデンサの
ＤＣＩ−Ｖ特性を示す。

【符号の説明】

１００コンデンサ１０５シリコン基質１１０ＳｉＯ₂の絶縁層１２０第１の電極１３０ニオビウム、チタン、又はタンタルを含有する
層１４０誘電材料１５０第２の電極２０５従来のシリコン基質２１０酸化面２２０シリコン電極２３０金属層２４０誘電体層２５０第２の電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ラトナジラオコーラアメリカ合衆国 07922 ニュージャーシィ，バークレイハイツ，ブリストルコート 22 (72)発明者ヘンリーワイ．クマガイアメリカ合衆国 18069 ペンシルヴァニア，オレフィールド，イアーハートコート 2726 (72)発明者マウレーンイー．ラウアメリカ合衆国 07059 ニュージャーシィ，ウォーレン，スネイダーロード３ (72)発明者ポールエー．サリヴァンアメリカ合衆国 07901 ニュージャーシィ，サミット，クラブドライヴ 11 (72)発明者キングリエンタイアメリカ合衆国 07922 ニュージャーシィ，バークレイハイツ，ハイランドサークル 95

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の電極と、前記の第１の電極の全体
にわたって形成された約５０ｎｍ以下の厚みをもつ誘電
材料の層と、前記の誘電体層の全体にわたって形成され
た第２の電極とを具備するコンデンサであって、前記の
コンデンサが少なくとも約１５ｆＦ／μｍ² の容量密度
と少なくとも約１ＭＶ／ｃｍの降伏電界とをもち、前記
のコンデンサが基質上に形成されている、前記のコンデ
ンサ。
【請求項２】前記の誘電材料が、二酸化チタン、窒素
を含有する二酸化チタンと、珪化チタンと、五酸化ニオ
ブと、窒素を含有する五酸化ニオブと、五酸化タンタル
と、窒素を含有する五酸化タンタルと、タンタル・シリ
コン酸化物と、窒素を含有するタンタル・シリコン酸化
物とから成るグループから選択される、特許請求の範囲
第１項に記載のコンデンサ。
【請求項３】前記の誘電材料が、チタンと、窒化チタ
ンと、ニオブと、窒化ニオブと、タンタルと、珪化タン
タルと、窒化タンタルとから成るグループから選択され
た金属要素の層を、前記の第１の電極上に蒸着し、前記
の金属要素を陽極酸化して形成される、特許請求の範囲
第２項に記載のコンデンサ。
【請求項４】前記の第１の電極がシリコンを含有し、
酸化シリコンは前記の第１の電極と前記の誘電材料の層
との間には基本的に挿入されていない、特許請求の範囲
第１項に記載のコンデンサ。
【請求項５】前記の第１の電極が金属製の電極であ
り、前記の第１の電極と前記の基質との間に形成された
二酸化珪素の絶縁層が存在する、特許請求の範囲第１項
に記載のコンデンサ。
【請求項６】前記の誘電材料が五酸化タンタル又は窒
素でドープ処理された五酸化タンタルであり、前記の誘
電材料の厚みが約７ｎｍ〜約１２ｎｍである、特許請求
の範囲第２項に記載のコンデンサ。
【請求項７】前記の降伏電界が少なくとも約３ＭＶ／
ｃｍである、特許請求の範囲第１項に記載のコンデン
サ。
【請求項８】前記の第２の電極が少なくとも金属要素
の第１の層を具備し、前記の金属要素がタングステンと
クロムとから成るグループから選択される、特許請求の
範囲第１項に記載のコンデンサ。
【請求項９】前記の第２の電極が前記の第１の層の全
体にわたって形成された金属要素の第２の層を更に具備
し、前記の第２の金属層がアルミニウムである、特許請
求の範囲第８項に記載のコンデンサ。
【請求項１０】薄膜コンデンサを形成するプロセスで
あって、絶縁又は半絶縁基質上に金属要素の層を形成し、前記の金属要素の層をその厚み部分の少なくとも一部を
介して陽極酸化して、約５０ｎｍ以下の厚みを有する誘
電材料の層を形成し、前記の誘電材料の全体にわたって最上部の電極を形成す
る工程を備えている、前記のプロセス。
【請求項１１】前記の金属要素が、チタンと、窒化チ
タンと、珪化チタンと、ニオブと、窒化ニオブと、タン
タルと、珪化タンタルと、窒化タンタルとから成るグル
ープから選択される、特許請求の範囲第１０項に記載の
プロセス。
【請求項１２】前記の誘電材料が、二酸化チタンと、
チタン・オキシニトリドと、チタン・シリコン酸化物
と、五酸化ニオブと、ニオブ・オキシニトリドと、五酸
化タンタルと、タンタル・シリコン酸化物と、窒素でド
ープ処理した五酸化タンタルとから成るグループから選
択される、特許請求の範囲第１１項に記載のプロセス。
【請求項１３】前記の誘電材料の厚みが、少なくとも
約１５ｆＦ／μｍ²の容量密度を呈するように選択され
る、特許請求の範囲第１２項に記載のプロセス。
【請求項１４】前記の基質上に底部電極を形成し、前
記の底部電極上に前記の金属要素の層を形成する工程を
更に具備し、前記の底部電極はシリコンを含んでいて、
そこに前記の誘電体層が形成される時に実質的に非酸化
状態を維持する、特許請求の範囲第１２項に記載のプロ
セス。
【請求項１５】前記の基質上に二酸化珪素の絶縁層を
形成し、その全体にわたって前記の底部電極を形成する
工程を更に具備し、前記の底部電極が金属製の電極であ
る、特許請求の範囲第１４項に記載のプロセス。
【請求項１６】前記の誘電材料が五酸化タンタル又は
窒素でドープ処理した五酸化タンタルであり、その厚み
が約７ｎｍ〜約１２ｎｍである、特許請求の範囲第１４
項に記載のプロセス。
【請求項１７】前記の最上部の電極が金属要素の少な
くとも第１の層を備えていて、前記の金属要素がタング
ステンとクロムとから成るグループから選択されてい
て、前記の金属要素の第１の層が前記の誘電体層と接触
している、特許請求の範囲第１０項に記載のプロセス。
【請求項１８】前記の最上部の電極が前記の第１の層
の全体にわたって形成された金属要素の第２の層を更に
備えていて、前記の第２の金属層がアルミニウムであ
る、特許請求の範囲第１７項に記載のプロセス。