TW473902B - Thin film capacitors on silicon germanium substrate and process for making the same - Google Patents

Thin film capacitors on silicon germanium substrate and process for making the same Download PDF

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De Araujo Carlos A Paz
Koji Arita
Masamichi Azuma
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Matsushita Electronics Corp
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Description

'3902 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明背景 I發明範疇 本發明總括關係利用諸如鈦酸鋇緦之金屬氧化物而製 作積體電路，更特定而言，關係在矽鍺基質上薄膜電容 器之製作。 2 .問題之說明 諸如通稱為B S T之鈦酸鋇緦，此等金屬氧化物，被認 為適用於製造具有高介電常數之積體電路薄膜電容器。 例如見於在IDEM (國際電子裝置會議- International Electron Devices Meeting)技術文摘，1991年 12月， 第32,1.1-32.1,4頁所載！(1^丨31^1(〇73«^等人之：「用 於2 5 6 M D R A Μ之（B ax S r jl_x ) T i 0 3疊積電容器」；W及授 予Shogo Matsubara等人之美國專利5，122,923號。在此 兩文獻中，BST電容器是製裝於矽基質上。所得結果在 例如約為1 0兆赫之低頻時良好，然而，在高頻時具有高電 容之金屬氧化物薄膜電容器，亦即在1千兆赫或更高之 時，不易用矽基質製作。因為儲存器和其他電子裝置之 常用頻率不斷提高，如此之BST電容器在當前技術之電 子裝置中變成愈來愈不合用。 已知在儲存器電容器内含有諸如鈦酸鋇緦（B S T )金鼷 氧化物薄膜之DRAM儲存器，亦可Μ在其他半導體基質上 裝製。例如見於1998年8月11日授予Scott R. Summerfelt 之美國專利第5,793,057號，於1998年3月17日授予 $〇〇11^$11111«161^611等人之第 5,729,054號，於 1996年 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-1_| I ϋ 一δ,’ I n l^i n I I # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 f739〇2 A7 B7 2 — 五、發明說明（) 4月2日授予$(!〇1:1[?：.8111〇1116^611:之第5,504,041 號， 和於1995年12月5日授予Scott R· Summerfelt之第 5 , 47 3 , 1 7 1號。然而，此等專利所教示之複雜基礎结構 或奇特材料，或兩者兼具者，在任何基質上均須利用 B S T 。複雜之基礎層次造成三項另增之問題：增加製成 儲存器之費用，增加儲存器體積而造成難Μ構成细密儲 存器之組裝；新奇材料引進新而未經試驗之材料進入製 作積體電路之程序中，可能導致其他之製造問題及/或 構成相容之問題而費時；另外，雖然對於此等複雜结構 和新奇材料在獲得良好高頻功能之中的適用性，文獻未 有表示，但顯然複雜之结構造成連串之多個電容，咸信 對高頻功能有所不利。 所Μ,亟為希望得有高介電常數之積體電路電容器結 構，其為比較簡單，利用習用之積體電路材料，在高頻 的功能依然良好。 3 .問題之解決 本發明提供一種结構和一種製造方法，用於高電容、 高頻之薄膜電容器，避免先前技術所涉及之種種問題。 本發明提供一種含有矽鍺基質（S i G e基質）之高電容薄 膜電容器，和一種在電容器中含有一底電極、一頂電極 、和在各電極間有介電之金屬氧化物薄膜而構成之電容 器。在本發明之一具體例中，金屬氧化物薄膜含有鈦酸 鋇緦。鈦酸鋇緦可K用化學式（B a 1-xS rx ) T i 03表示，其 中OS xS 1,而較佳者以式（BrGe7Sr〇,3)Ti03表示。在 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝--------訂---------^^1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ¢73902 A7 B7__ 五、發明說明（3 ) 另一具體例中，金屬氧化物含有一種層化之超晶格材料 。此層化超晶格材料可以是鐵電性或非鐵電性。在另一 具體例中，金屬氧化物含有一種鈣鈦礦化合物，此鈣鈦 礦可以是鐵電性或非鐵電性。 在本掲示中，「矽鍺S i G e基質」一詞是指任何含有 矽鍺區域之半導體基質。在一具體例中，SiGe基質含有 一矽鍺半導體晶片。在該具體例中，S i G e區域實際上包 含整個晶片。然而，在常見之具體例中，S i G e基質包含 一種含有不同矽鍺區域之習用半導體矽晶片。在此常見 之具體例中，矽鍺區域可以是用鍺摻於矽，或可為一種 磊晶矽鍺層。磊晶矽鍺層可以用習知方法澱積於矽上， 包括分子束裔晶（MBE-Molecular beam epitaxy),快速 熟化學蒸汽綴積（RTCVD-Rapid thermal chemical vapor d e p o s i t丨ο η )。和超高真空化學蒸汽澱積（U Η V C V D )。 通 常，在矽上之矽鍺層被製成圖紋並予蝕刻，或者原先即 依圔紋而形成。 在本發明之一具體例中，S i G e基質含有一矽鍺裝置部 位。此矽鍺裝置部位含有一矽鍺裝置。包含於矽鍺裝置 部位之矽鍺裝置可以是一種B iCMOS裝置。矽鍺裝置可以 是一種雜接雙極性電晶體（HBT-Heterojunction bipolar transistor)裝置。矽鍺裝置可以是一種M0SFET。至少 有一部矽鍺區域被包含於矽鍺裝置部位之内而且在矽鍺裝 置之中。 在一典型之具體例中，本發明在S i G e基質與底電極之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---1---*---#裝--------訂---------^__w (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4173902 A7 B7 五、發明說明（) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 間，在S i G e基質上含有一種場氧化物層。此場氧化物層 可以含有矽。本發明之一具體例可Μ在場氧化物層與底 電極之間，在場氧化物層上含有一種擴散防阻層。 本發明提供一種對審查中而同為申請人所有之美國專 利申請案序號0 8 / 4 3 8 , 0 6 2之改進，該案為美國專利申請 案序號08/214, 40 1,規為美國專利第5, 620,739號之分 割申請案。在最佳之具體例中，擴散防阻層在基質與底 電極之間形成於S i G e上。此擴散防阻層可Μ含有S i 3 Ν 4 。如果電容器裝置含有擴散防阻層，則最好也含有應力 減緩層，在擴散防阻層與底電極間，位於擴散防阻層上 。此應力減緩層可由二氧化矽或玻璃質氧化物構成。 電容器之底電極可為含有一接著層和一第二電極層。 接著層可為一種選自鈦、钽、鎳、矽化钽、δ夕化鎳、和 鈀之材料◦較佳者，電極含有鉛。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明也提供一種製作高電容薄膜電容器裝置之方法 。此方法包括提供一種SiGe基質；形成一底電極；提供 一種形成介電性金屬氧化物薄膜之液體前驅物；施加該 液體前驅物於底電極上形成塗層；處理在底電極上之塗 層使形成介電金羼氧化物薄膜；並在介電金屬氧化物薄 膜上形成一頂電極等步驟。較佳者，皰加之步驟包含旋 塗液體前驅物於底電極上◦處理之步驟通常包括加熱於 電極上之塗層達200 °C至500 °C之溫度。特別之處，處理 步驟可Μ包含於空氣或氮氣中加熱於電極上之塗層達約 4 0 0 °C之溫度。處理步驟包含在6 0 0 °C與8 5 0 °C間之溫度， 一 6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 473902 A7 B7 -五、發明說明（） 使電極上之塗層退火。通常，退火進行於氧氣中約7 〇 〇 °C 之溫度。通常，處理步驟包含使介電性金屬氧化物薄膜 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發金，前性種 形 驟緩厚 案屬 得他乾薄術 本性中體電一 上 Ξ步減之 請金 使其制之技 ，電例液介含 質有曰』等力米 申積 ，比控製前 常介體加至可.基含P極應奈 利澱 序到心所先 通使具施直物。在層nm電常 〇> 專 Μ 程得小法少 。 間一有，驅鹽含阻 Η 底通10國序 之能和方減 間時之含次前屬另防 Μ 成。為 美程 物也性前顯 時之法可多體金法散 f 形驟約 之塗 化且勻先明 之間方另或液酸方擴15和步有 有旋 氧並均於性 間鐘此 ，一 。羧之 ，約層之具 持之 屬 ，項優勻 鐘分在燥驟度基佳常有阻層常 同度 金量此遠均 分90。 乾步厚 '氧較通具防緩通 共溫 積計。質之 90與火之複之烷，。常散減層 而低 澱之料性物 與分退層重需或中驟通擴力矽 中較 Μ 物材子化 分 1 次塗之所鹽例步層成應化 查述 塗化勻電氧 1 過二體層到醇體之 4 形種氧 審所 旋氧均使屬 過經第液塗達屬具層3Ν在一二 此中 物屬更將金 經括作有體膜金一阻13另成。 用82驅金之 ，， 火包膜含液薄、之防as好形矽 採,0前制成序外 退另薄可燥物鹽明散 最有化 ，65體控達程此 次法物驟乾化屬發擴，明含氧 者/1。 液確能火。 一 方化步並氧金本種N4發，二 佳08物用準所退置 第之氧理物屬酸在一 3 本間為 ◦較號化使能法與裝 之明屬處驅金後 成 S。 之層度 序氧 更方燥膜 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 473902 A7 B7 五、發明說明（6 ) 示 顯 將 於 琨 顯 將 點 優 和 。 的 裂目 破 、。 和節式 力細圖 應他之 之其附 生多附 伴許明 所之說 法明之 方發後 作本如 製 於 剖 之 ; 例 圖體 面具 剖一 器另 容器 電容 路電 電路 體電 積體 之積 S3J 發發 本本 據據 根根 為為 述圖圖 簡 1 2 式第第 圖 面 剖 之 例 體 具1 另 器 容 電 路 電 Μ SB- 積 明 發 本 據 根 為 圔 3 第 面 含 於 接 連 氣 1E1 ipr 器 容 電 膜 t、？ 之 明 發 本 據 根 中 其 為 圖 4 第 及程 Μ 流 ·， 之 示法 圖方 的示 面例 剖器 路容 電電 體膜 積薄 之作 位製 部明 置發 裝本 鍺據 矽根 之為 置圖 裝 5 緖第 矽 際 實 指 bp 並 位 部 部 路 電 積 之 明 明說 說所 細圖 詳 4 之卜 例第 體解 具瞭 佳須 較 表例 之。 念法 理方 為和 僅構 而結 ，之 圖明 面發 剖本 際明 實說 之份 位充 部且 別而 特楚 何清 任更 置能 裝使 子 ， 電示 次、 層10 些器 某容 £5c 電 否各 , 解 示瞭 表須 例 且 比並 依 〇 未繪 度描 厚法 對無 相至 之 厚0 將 各者 ϋ 2 8 1 個質 ，基 如如 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I裝 訂--- 參· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其氧 之 屬 等金 器電 容介 電 ， 他外 其此 、 ο 體位 晶部 電各 如路 諸電 有體 含積 成之 形成 2 所 40置 、 裝 30子 、 電 25他
之件 性元 電同 鐵共 如各 諸之 ，置 置裝 裝各 他對 其 ， 入確 併明 Μ 求 可為 即 〇 ο 器 42容 、 電 2 及 膜Μ 薄·， 物 Τ 化FE 容 電 膜 薄 之 例 〇 體 示具 揭佳 號較 編明 考發 參本 之據 關根 相為 用示 中所 圖中 3 圖 I ii 11 第第 在在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 473902 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7__ 五、發明說明（7 ) 器10。電容器10形成於被場氧化物層14所掩蓋之基質 (SiGe基質）12上，電容器10包含底電極16,含有接著層 17和電極層18。較佳之電極層18含有200奈米厚度之鈾 ，而接著層1 7含有厚度約為2 0奈米之鈦薄膜。電容器1 0 也包含有介電性金屬氧化物薄膜2 0 ,諸如B S T ;和頂電 極22,較佳者亦由粕構成而有200奈米厚。 在此「基質」可用K指為SiGe基質12，但更普遍而言 是指對其他層之任一種支持物。例如，用於電容器1 0之 介電性金屬氧化物薄膜20之基質19是緊接著之粕電極層 18，但是也可Μ廣泛表示包含18、17、14和12各層。 在此項揭示中，「SiGe基質」一詞被界定為任何含有 矽緖區域之半導體基質。一矽鍺區域含有结晶格子，在 其中Ge原子取代Si原子。SiGe基質可以是如第1-3圖中 之S i G e晶片1 2，在此情形之中，大部份晶片為一種矽鍺 區域；或是如第4圖之中，SiGe基質可Μ是一種含有不 同的矽鍺區域408的έ知半導體晶片406 。在矽鍺區域 內，矽對鍺之莫耳比可為一定或作固定之改變。矽對鍺 之莫耳比可Μ依化學計量式S i ex表示，其中0 < X < 1 。通常0.05<x<0.5;較佳X約為0·3 。在矽鍺區域中 混合的S i G e結晶材料也可Μ含有除S i或G e Μ外之各種原 子。例如，其常摻雜約達3莫耳百分比之碳Κ減低應變。 在此揭示中，「高電容」一詞意為在一種裝置之中電 容器材料具有15或更高之介電常數。 取向之用語，諸如「之上」、「頂」、「上方」、 一9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------|^^裳--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 473902 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明說明（8) 「下方」、「底」和「下方」，在此意指相對於S i G e基 質12、406 。亦即，若一第二元件在一第一元件「之上」 ，即指其為遠離SiGe基質12、406 ;又若其在另一元件 「之下」，則為比其他元件較接近於S i G e基質1 2、4 0 6 ◦SiGe基質12、406之長向尺寸界定一1平面，其為被視 為此中之「水平」平面，而與此平面垂直之方向則被認 為是「垂直」。「超過」和「直接越過」兩詞彙在一特 定層之至少一部份垂直伸出於另一之至少一部份之上時 之同義。例如，在第1圖中，頂電極22「直接越過」介 電金屬氧化物薄膜20。 「越過」和「直接越過」兩詞並非 指特定之層是直接接觸於一在下之層。例如，介電金屬 氧化物薄膜20通常不接觸至SiGe基質12之頂表面，但是 是在其上。「在上（ο η )」一詞常用於說明書中，指積體 電路層澱積或形成於其下之基質或層之上。對照於「越 過」和「直接越過」，「在上（on)或（onto)」通常指直 接接觸，一如其在各種文件中所被使用之情形。 在此「金屬氧化物」一詞意指一種通式A a Bb0O或 AaSs Bb0〇之物質，其A 、B和5為陽離子而0為陰 離子氧。此詞是指所含物質中A和B代表多種元素；例 如包括形式如 A ’ A ” B 0 3 、A B ’ B ” 0 3 、和 A τ B ” B ’ B ” 0 3 之 物質，其中&’、&”、8’、8”為不同之金屬元素。較佳者 ,k、A’、△”為選自包括83、81、81'、卩1>、〇3、和13等 一組中之金屬，而B、B’、和B”為選自包括Ti、Zr、Ta 、Μ 〇、W和N b等一組中之金屬。在式中S位置之元素一 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） IK---^---*---#裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 473902 Α7 Β7 五、發明說明（9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 般代表鉍B i元素，但也可可Μ是諸如釔、钪、鑭、銻、 鉻和鈮等物質。例如不同元素之相對量可Μ用式 (Α 1+ΧΑ ’x ) Β 03表示，指示Α位原子之總計等於（1- X + X = 1 ) ，與一個B位之原子和三個氧原子結合。因此，雖然A 位之總計和B位原子由化學計量式固定，A和A ’原子之 相對量分別” ：1 - X ”和” X ”表示。通常，金屬氧化物是一種 鈣鈦礦化合物或一種層化之超晶格物質。此等金屬氧化 物有許多是鐵電性物，雖然其中若干是歸類為鐵電性物 ,然在室溫時可能不呈現鐵電性。鐵電化合物有介電性 質，所Μ在本揭示之内，鐵電和非鐵電兩者之介電物質 常常是指有「介電性」的金屬氧化物物質。因為若干鐵 電物具有比較高的介電常數，這些物質在非鐵電相中常 常可用於高介電常數的電容器。重要之處是此物質須為 非鐵電相。否則鐵電性切換將干擾基於線性電容之操作 所設計電路之蓮轉。較佳者，金屬氧化物為非鐵電性之 钛酸鋇緦（BST),而且最好具有Ba(K7Sr〇#3 TiO之式。 BST可被摻雜如1997年3月25日授予Azuma等人之美國 專利第5 , 6 1 4 , 0 1 8號所述。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 若干其他材料可Μ用於上逑之任何層；例如，接著層 17可Μ含有鉅、鎳、矽化組、矽化鈦、矽化錬、鈀和其 他材料，例如鈦；而且1 8可為其他材料，例如鈉。電 極16也可Μ形成為少於或多於兩層，而電極22可Μ形成 為多於一層。 在第2圖中表示本發明之另一具體例，在其中有一擴 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 473902 A7 B7 五、發明說明（1G) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 散防阻層2 4位於在S i G e基質1 2和薄膜電容器2 5之間的場 氧化物層1 4。擴散防阻層2 4包封S i G e基質1 2 K抑止化學 物質從SiGe基質12擴散進入積體電路之其他部位，特別 是進入介電性金屬氧化物薄膜2 0。同時，擴散防阻層2 4 可Μ作為抑止化學物質從積體電路之其他部份不當擴散 進入SiGe基質。較佳之擴散防阻層24含氮化矽（Si 3 Ν 4 ) 。如第2圖所示，擴散防阻層2 4可任意複蓋Μ應力減緩 層26,通常含有氧化矽或若干玻璃質氧化物。 在第 3圖内表示本發明之另一具體例，在其中有一 擴散防咀層324直接位於SiGe基質上，在基質與薄膜電 容器3 0之間，附有應力減緩曆3 2 6形成於擴散防阻層3 2 4 上。 第4圖為一積體電路剖面400之圖解表示，在其中一 種根據本發明之一薄膜電容器40 2與包含矽鍺裝置之矽 緖裝置部位成電的聯通。半導體晶片40 1包含S i G e基質 4 0 6 。半導體晶片4 0 1可K是矽鍺晶片。或可為具有不 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 同矽鍺區域之習用矽晶片。矽鍺區域可Μ是鍺所摻雜之 一種區域或一種S i G e磊晶層。矽鍺裝置部位4 0 8較佳為 位於S i G e基質40 6之內及/或其上。矽緖裝置部位可Μ 包含通常選自包括一種BiCMOS裝置、ΗΒΤ裝置和M0SFET 裝置等一組中之裝置。薄膜電容器402含有底電極418 、介電金屬氧化物薄膜42 0 、和頂電極42 2 。擴散防阻 層414分隔薄膜電容器402與SiGe基質406 。薄膜電容 器402通常被ILD 424所覆蓋。薄膜電容器402以内接 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 473902 A7 _B7_ 五、發明說明（） (LI-Local interconnect)件426電接至矽鍺裝置部位 40 8 。內接件426通常為積體電路400水平佈線之一部 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 份，而且可用鋁或其他適當導電材料製成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明較佳具體例對於製作電容器1 〇之一般性方 法流程500見於第5圖。此程序將以第1-2圖各具體例 加Μ討論，但也可以依其他具體例予以討論。在步驟 5 40中，提供SiGe基質12。基質12較佳為在矽半導體基 質中用習知方法形成一個SiGe區域而製成。在步驟541 中，用習知方法形成一個場氧化物區域1 4，較佳採用熱 氧化作用，但也可任選濺塗或旋塗方法。在步驟5 4 2中 ，澱積厚約1 5 0奈米之任選氮化矽擴散防阻層2 4 ,較佳 用電漿促進之化學蒸汽澱積法（P E C V D ),雖然其他方法 也可採用。如擴散防阻層已存在，則任意用習知之任何 方法，其如PECVD或濕成長法，在步驟543中澱積厚約 100奈米之二氧化矽。在步驟544中，澱積底電極16, 較佳之底電極16含有一較佳為鈦而厚20奈米之接著層17 ;和200奈米厚之鉛電極層18,兩者較好用濺塗法澱積 。含於薄膜2 0中用於介電金屬氧化物材料之液體前驅物 製成於步驟5 45中，此步驟恰在使用步驟5 47之前，但 通常製成一種庫存溶液並在使用前妥為貯存。液體前驅 物較佳含有適合形成鈦酸鋇緦之金屬有機前驅化合物， 而且此前驅物是依1996年5月7日授予Scott等人之美 國專利第5 , 5 1 4 , 8 2 2號所述方式製成。上述專利揭示一 種製作金屬氧化物之方法，其為利用諸如烷氧基羧酸鋇 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 473902 A7 B7 12 ~~ " ' 五、發明說明（) 之烷氧基羧酸金屬鹽和如異丙氧化鈦之金屬醇鹽之結合 。特別而言，B S T是以鋇與2 -甲氧基乙醇和2 -乙基己酸 作用，加入緦，使此混合物冷卻，加入異丙氧化鈦和2 -甲氧基乙醇，並加熱至獲得約為0 . 5莫耳/公升濃度之 最終B S T而製成。如欲加入摻雜劑，製成摻雜劑前驅物 溶液而加入至步驟545中之前驅物內。恰在使用步驟之 前，最好進行溶劑交換步驟。此為從庫儲中提出如前所 製之庫存溶液，所用溶劑乃為方便於製作前驅物並使其 妥為貯存，其如二甲苯者，至此被更換入一種在使用時 具有良好黏度之溶劑。此項更換是Μ加入新溶劑並蒸除 f溶劑而進行。較佳者，用於旋塗方法時，旋法前驅物 溶液之濃度為0.29-0.31莫耳/公升，其為控制於溶劑交 換步驟546之中。在步驟547內，前驅物被施用於基質 1 9而形成一液體塗層，較佳為旋轉於1 5 0 0 R P Μ (每分鐘轉 數）至2000RPM歷經20秒至60秒。然而也可Μ用其他施用 方法Κ形成液體塗層於基質上，例如，利用1 9 9 5年1 0月 10日授予McMillan等之美國專利第5,456,945號所述之 霧化澱積法。在步驟5 4 8和5 5 0中，前驅物液體塗層經 過處理而形成一種介電金屬氧化物薄膜層於基質19上。 處理方法較佳為乾燥和退火。乾燥較佳是在空氣或乾氮 氣之中，且較佳在比先前技術較高之溫度，亦即在200 °C 至5 0 0 °C。通常進行於4 0 0 °C歷2分鐘於空氣之中。此高 溫乾燥步驟已發琨實際上可獲得B S T之預期性質。乾燥 後，如果介電金屬氧化物層未達所要求之厚度，重複實 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝--------訂---------Ανπ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 473902 A7 _B7_ 五、發明說明（丨3 ) 施乾燥步驟547和548 ,直至達到所要求之厚度。通常 須重複5 4 7和5 4 8步驟一至兩次即達約為2 0 0奈米厚度 。當所需厚度已獲得時，已乾之前驅物塗層於步驟550 中退火而形成介電金屬氧化物薄膜層2 0。退火是指第一 次退火而有別於稍後之第二次退火。第一次退火較佳在 氧氣中進行於自600 °C至850 °C之溫度經歷1分鐘至90分 鐘。通常，進行於〇2中700 °C歷60分鐘之推/拉程序中 ，包括1 0分鐘推入爐內和1 0分鐘拉出爐外。小心控制此 項退火溫度和時間亦為預求結果所必須。所得介電金屬 氧化物薄膜層具有自20至500奈米範圍之厚度，較佳約 為200奈米。此層經設置圖紋並予蝕刻而形成介電金屬 氧化物薄膜2 0。在步驟5 5 1中，澱積一頂電極層，較佳 用濺塗法，且最好是約為2 0 0奈米厚之粕。然後此裝置 於步驟552中製紋而形成頂電極22。如果在底電極澱積 之後已做過任何圖紋製作，則製紋可只包含在頂電極上 進行。其重要者為裝置應在第二次退火步驟553之前製 作圖紋，使製作圖紋之應力在退火中被消除，矯正因製 作圖紋所引起之任何氧化物疵病。第二次退火5 5 3較佳 進行於與底部退火相同之溫度，雖然在底部退火溫度作 5 0 °C至1 0 0 °C之小溫度範圍内變動亦鼷可行。第二次退 火所用時間較好少於底部退火，一般為約3 0分鐘，雖然 可在1分至9 0分鐘之時間範圍内，視試樣而定。小心控 制退火因數為獲得可預期結果之要件。在若干實例中， 可望完全跳過第二次退火。最後，在步驟5 5 4中，積體 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 473902 A7 _B7_ 五、發明說明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 電路（1C)完成而包含電容器裝置，成為積體電路内之主 動電子零件。在此「主動」是指一個零件在電路的蓮轉 當中改變電性因數，與如鈍化層之被動零件比較，其在 積體電路運轉當中，電子因數不變。完全之步驟通常包 括I L D澱積和整平，透過接觸之蝕刻，第二度金屬澱積 和蝕刻以及鈍化層之澱積和結合墊之開口。 將電容器結構置於一 S i G e基質上以保持結構之高頻功 能，已載於美國專利第5,47 3,1 7 1號。同時，某些可能 發生於砷化鎵基質之問題可被消除，其如在製作溫度超 過350 °C時砷化鎵基質之構成原子可能擴散，難K澱積 氧化物於砷化鎵上。因為這些問題之消除，適當之高頻 功能得Μ獲得而不須使用防阻層、應力減緩層、或兩者 。另外，使用S i G e基質可Μ提高防阻層和應力層等在使 用時之接著性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 現已說明製作具有高電容、高頻薄膜電容器之積體電 路之新穎結構和方法。須知在此說明書內之圖式與記載 所表示之特別具體例是Μ例示為目的，並不構成對本發 明之限制。此外，熟悉此技術者於今顯然能夠在不離本 發明之概念而對所載特定具體例作成種種之利用與改變 。例如，第1 - 4圖所示者以外之其他電容器結構可被使 用，而且各電容器及其製造方法可以與其他結構和方法 之廣泛改變結合。澱積基質和各電極層可用相當之材料 、不同的材料厚度、和其他的澱積方法。且亦顯然所述 程序步驟在某些實例中可Μ Μ不同之次序進行；或可以 -16 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 473902 A7 B7 — 五、發明說明（) 相當之結構和方法取代所述各項结構和方法。 符號之說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10 , 25,30,402 電 容 器 12 , 406 基 質 14 場 氧 化 物 層 16 , 418 底 電 極 17 接 著 層 18 電 極 層 20 , 240 介 電 性 金 屬 氧化物薄膜 22 頂 電 極 24 , 324 擴 散 防 阻 層 26 , 326 應 力 減 緩 層 400 積 體 電 路 401 半 導 mm 體 晶 片 402 薄 膜 電 容 器 408 矽 鍺 裝 置 部 位 424 層 間 介 質 426 內 接 -17- -------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. 473901^ fu年U月及曰 修正補充 A8 B8 C8 D8 1 . 一種高電容薄膜電容 ,3 0，4 0 2 ),該電容器含 (2 2，4 2 2 ),和一在各 膜（2 0，4 0 2 );該裝置 錯基質（1 2 , 4 0 6 )上。 2 .如申請專利範圍第1 中該金屬氧化物含有 3 .如申請專利範圍第2 中該鈦酸鋇緦Μ化學 0 S X S 1 ° 4 .如申請專利範圍第3 中該鈦酸鋇緦以化學 5 .如申請專利範圍第1 中該金屬氧化物含有 6 .如申請專'利範圍第5 中該層化之超晶格物 7 .如申請專利範圍第5 中該層化之超晶格物 矽 々、申請專利範圍 第891 14743號「矽鍺基質上薄膜電容器及其製法」專利案（90年12月修正） 器裝置，包含：一電容器（10, 25 有一底電極（16, 418)， 一頂電極 該電極間之介電性金屬氧化物薄 之特徵在於該電容器形成於 項之高電容薄膜電容器裝置，其 钛酸鋇鰓。 項之高電容薄膜電容器裝置，其 式（.B a i-xS r x ) T i 0 3 代表，其中 項之高電容薄膜電容器裝置，其 式（.B a 〇 · 7 S r 〇 · 3.) 丁 i 〇 3 代表：， 項之高’電容薄膜電容器裝置，其 一種層化的超晶格物質。 項之高電容薄膜電容器裝置，其 質爲鐵電性。 項之高電容薄膜電容器裝置，其 質為非鐵電性。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其其 ， , ， 置 置置裝 裝裝. 器 器器 容 容容 電 電電 膜 膜 。膜^ ΗΰnMJ ^>y» 薄物薄 容。 容合容 電性 電化電 ◦高 電 高礦高性之鐵 之鈦之電項非 項鈣項鐵 〇〇 為 1 有 〇〇 為第物 第含第物 圍·合 圍物圍合範化 範化範化利礦 利氧利礦專钛 專屬專鈦請鈣 請金請鈣申該 申該申該如中 如中如中 ·其 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 473902 ABCD 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 .如申請專利範圍第1項之高電容薄膜電容器裝置， 另含有一場氧化物層（1 4),直接在該矽鍺基質上位於 該矽鍺基質與該底電極間。 12.如申請專利範圍第1 1項之高電容薄膜電容器裝置， 另含有一擴散防阻層（2 4，4 1 4 )，在該場氧化物層上， 位於該場氧化物層與該底電極之間。 1 3 .如申請專利範圍第1 1或1 2項之高電容薄膜電容器裝 置，其中該場氧化物層含有矽。 14.如申請專利範圍第1項之高電容薄膜電容器裝置， 另含一擄散防阻層（2 4，4 1 4 )，位於該矽錯基質與該底 電極之間。 1 5 .如申請專利範圍第1 2或1 4項之高電容薄膜電容·器装 置，其中該擴散防阻層含有> S i 3 N 4 。 16.如申請專利範圍第1 4項之高電容薄膜電容器裝置， 其中該擴散防阻層直接位於該矽鍺基質上。 17 .如申請專利範圍第1 4項之高電容薄膜電容器裝置， 另含有一應力減緩層（2 6 ),位於該擴散防阻層與該底 電極之間。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 18. 如申請專利範圍第1 7項之高電容薄膜電容器裝置， 其中該應力減媛層直接於該擴散防阻層上。 19. 如申請專利範圍第1項之高電容薄膜電容器裝置， 其中該底電極含有一接著層（1 7 )和一電極層（1 δ )。 2 0 .如申請專利範圍第1 9項之高電容薄膜電容器裝置， 其中該接著層含有一種選自包括鈦·、钽、鍊、矽化鉅、 -1 9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公茇） 473902 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 , . C8 D8t、申請專利範圍 矽化鎳和鈀等一組之物質。 2 1 .如申請專利範圍第1 9項之高電容薄膜電容器裝置， 其中該電極層含有鉑。 2 2 .如申請專利範圍第1項之高電容薄膜電容器裝置， 另含有一應力減緩層（2 6 )，位於該矽鍺基質與該底電 極之間。 2 3 .如申請專利範圍第2. 2項之高電容薄膜電容器裝置， 其中該應力減緩層直接位於該矽鍺基質上。 2 4 .如申請專利範圍第1 7、1 8 ·、2 2或2 3項之高電容薄膜 電容器裝置，其中該應力減緩層含有二氧化矽或玻璃 態之氧化物。 25.如申請專利範圍第1項之高電容薄膜電容器装覽， 其中該矽鍺基質含一矽鍺晶’片（1 2 )。 2 6.如申請專利範圍第1項之高電容薄膜電容器装置， 其中該故鍺基質含一矽鍺半導體晶片（401)。 2 7.如申請專利範圍第1項之高電容薄膜電容器裝置， 其中該矽鍺基質含一矽鍺區域（4 0 8 )。 2 8.如申請專利範圍第2 7項之高電容薄膜電容器裝置， 其中該矽鍺區域含一種结晶格子，具有相對含量之矽 和鍺原子，Μ化學計量式S i i_xGex代表，其中 0 < X < 1。 2 9 .如申請專利範圍第2 7項之高電容薄膜電容器裝置， 其中該矽鍺區域含一矽鍺層。 3 0，如申請專利範圍第1項之高電容薄膜電容器裝置， -20- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 餐 訂----- 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 473902 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 , C8 ' D8t、申請專利範圍 其中該矽鍺基質含一矽鍺裝置部位。 3 1.如申請專利範圍第3®項之高電容薄膜電容器裝置， 其中該矽鍺裝置部位含一雜接雙極電晶體。 3 2 .如申請專利範圍第3 0項之高電容薄膜電容器裝置， 其中該矽鍺裝置部位含一 B丨C Μ 0 S裝置。 3 3 .如申請專利範圍第3 0項之高電容薄膜電容器裝置， 其中該矽鍺装置部位含一 Μ 0 S F Ε Τ。 3 4 . —種製作高電容薄膜電容器裝置（.1 0，2 5，3 0 )之方法 ，該方法所含各步驟為：提供一基質（1 2 );形成一底 電極（:1 6 )於該基質上；提供一種液體前驅供形成一種介 電金屬氧化物薄膜（2 0、4 2 0 )之用；施加該液體前驅 物形成塗層於該底電極上；處理在該底電極上之·該塗 層Μ形成該介電金屬氧化物之薄膜（2 0 , 4 20 );並在該 介電金屬氧化物薄膜（2 0，4 2 0 )上形成一頂電極（.2 2 , 42 2 );該/方法之特徵在於該提供基質之步驟包含提供 一矽鍺基質（1 2，4 0 6 )。 3 5 .如申請專利範圍第3 4項之方法，該施用之步驟包含 在該底電極上旋塗該液體前_物。 3 6 .如申請專利範圍第3 4項之方法，其中該處理步驟包 含加熱於在該電極上之塗層至自2 0 0 ϋ(〕至5 0 0 °C之溫度。 3 7 .如申請專利範圍第3 4項之方法，其中該處理步驟包 含在空氣或氮氣中加熱於在該電極上之塗層至約4 〇 0 Ό 之溫度。 3 8 .如申請專利範圍第3 4、3 5、或3 6項之方法，其中該 -21 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -養--------訂----- 線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 473902 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 t、申請專利範圍 處理步驟包含將在該電極上之塗層於6 0 0 °C與8 5 0 °C間 之溫度退火。 3 9.如申請專利範圍第3 8項之方法，其中該退火步驟包 含於氧氣中在约7 0 0 °C之溫度退火。 4 0 .如申請專利範圍第3 8項之方法，其中該處理步驟包 含有該介電金屬氧化物薄膜之第一次退火，歷經1 分鐘與90分鐘之間的時間。 4 1.如申請專利範圍第4 0項之方法，另含該介電金屬氧 化物薄膜之第二次退火，歷經在1分鐘與9 0分鐘間的 時間。 4 2.如申請專利範圍第3 4項之方法，其中該介電金屬氧 化物薄膜含有钛酸鋇緦。 4 3 .如申請專利範圍第4 2項之/方法，其中該鈦酸鋇緦具 有式 Ba〇.7Sr〇#3Ti〇3° 4 4.如申請/專利範圍第3 4項之方法，其中該液體前驅物 含有一種烷氧基羧酸金屬鹽。 4 5 .如申請專利範圍第3 4或4 4項之方法，其中該液體前 驅物含有一種金屬醇鹽。 4 6 .如申請專利範圍第3 4項之方法，在該形成底電極步 驟之前，另含在矽鍺基質上形成一擴散防阻層之步驟。 4 7'.如申請專利範圍第4 6項之方法，其中該擴散防阻層 含有S i 3 N 4 ◦ 4 8.如申請專利範圍第4 7項之方法，其中該S丨3 N 4具 有約為150奈米之厚度。 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意畜_項再填寫本頁) --------訂----- 線· 473902 A8 B8 C8 D8 t、申請專利範圍 4 9 .如申請專利範圍第4 7項之方法，在形成擴散防阻層 和形成底電極等步驟之間，另含形成一應力減緩層 (2 6 )之步驟。 5 0.如申請專利範圍第4 9項之方法，其中該二氧化矽層 具有約為100奈米之厚度。 5 1.如申請專利範圍第4 9項之方法，其中該應力減緩層 是直接形成於該擴散防阻層上。 5 2.如申請專利範圍第3 4項之方法，在該形成底電極步 驟之前，另含形成一應力減緩層於該矽鍺基質上之步 驟。 5 3 .如申請專利範圍第4 9或5 2項之方法，其中該應力減 緩層含有二氧化矽。 5 4 .如申請專利範圍第5 3項之方法，其中該二氧化矽含 具有約為1 0 0奈米之厚度。 ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -23 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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