JPH03204967A - 集積回路用コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

集積回路用コンデンサおよびその製造方法

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JPH03204967A
JPH03204967A JP2097783A JP9778390A JPH03204967A JP H03204967 A JPH03204967 A JP H03204967A JP 2097783 A JP2097783 A JP 2097783A JP 9778390 A JP9778390 A JP 9778390A JP H03204967 A JPH03204967 A JP H03204967A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集積回路の製造に関するものである。
特に、本発明は集積回路に用いられるコンデンサ用多層
電極構造体に関するものである。
強誘電性コンデンサすなわち高誘電率コンデンサを製造
する場合には、２個の単層電極を誘電体によって分離し
てコンデンサを形成する。各電極は白金、アルミニウム
または銀のような単一材料から製造する。
各集積回路におけるすべての構成部品またはデバイスは
、集積回路を大規模に製造する場合には、いくつかの必
要条件を満たす必要がある。このような必要条件として
は良好な接着特性、高導電率、プラズマ中におけるエツ
チング性、反応性イオンエンチング剤中におけるエツチ
ング性、適切な誘電体薄膜を成長させるための配向した
格子面、耐酸化性、耐拡散性および安い価格がある。コ
ンデンサ電極として標準的に選択された材料である白金
、アルミニウムおよび銀はこれらの必要条件のいくつか
を満たすことができるが、集積回路におけるコンデンサ
の多くの異なる用途においてこれらの必要条件のすべて
を満たすことはない。
従って、本発明の目的はこれらの必要条件のすべてを満
たす集積回路用コンデンサ電極を提供することにある。
本発明の目的および利点は集積回路において多層コンデ
ンサ構造体を形成することによって達成される。本発明
の１つの面においては、第１電極は、基板上に少なくと
も１個の層を形成し、次いでこの形成された層の上にプ
レート層を形成することにより形成する。第２電極は、
誘電体層上にプレート層を形成し、次いでこのプレート
層の上に少なくとも１個の追加層を形成することにより
形成する。各層に１種以上の作用をさせることができる
。
本発明の他の例においては、第１電極は、基板上に少な
くとも１個の層を形成し、次いでこの形成された層の上
にプレート層を形成することにより形成する。第１電極
の上に誘電体層を形成する。
次いで、生成した構造体を好ましくは酸素雰囲気中で加
熱して下側層を酸化する。第２電極は第１電極とは逆の
順序で誘電体層の上に形成する。
選定した製造方法とは関係なく、本発明はまた、従来の
ように一方の電極が他方の電極から分離されているが、
少なくとも一方の電極が多層であるコンデンサ構造体を
提供する。例えば、電極はプレート層、拡散障壁層およ
び電気的コンタクト層を具えることができる。各層は他
の層とは異なるものとすることができる。しかも、電極
を半導体基板に接触させようとする場合には、接着層を
半導体基板のすぐ近くに、好ましくは底部電極の最下層
として設けることができる。
底部電極に使用する物質は、例えば、チタン、窒化チタ
ンおよび白金とすることができる。誘電体層は標準誘電
体層または強誘電体層とすることができる。頂部電極に
おける物質は、例えば、白金、チタンおよびアルミニウ
ムとすることができる。
次に本発明を図面を参照して例について説明する。
第１図は本発明のコンデンサの一例の断面図である。集
積回路用コンデンサは基板上に形成するのか通例である
ので、以下に説明する例はこれに沿って行う。しかし、
本発明に係る多層電極構造は他のコンデンサ配列にも適
用することができる。
例示のために、多層コンデンサ１０を集積回路デバイス
の基板１２の上に形成する。−船釣にコンデンサ１０は
、当業界において知られているように第１電極すなわち
底部電極１４、誘電体層１６、および第２電極すなわち
頂部電極１８を具える。底部電極１４および頂部電極１
８はいずれも本発明に係る多層構造を有する。普通、第
１図に示すように、底部電極１４は例えば４種の別個の
材料層から形成され、各層は異なる作用をする。しかし
、この例は本発明のコンデンサの１個の一例であるにす
ぎず、各電極における層の数がこれにより多い場合また
は少ない場合も本発明の範囲内にある。
底部電極１４の第１層２０は接着層から構成するのが好
ましい。第１層２０は底部電極１４、従ってコンデンサ
１０の全体の基板１２に対する接着を促進する。
接着層２０の上に第２層２２を形成する。第２層２２は
拡散障壁層から構成するのか好ましい。拡散障壁層２２
は当業界において知られているように上側層すなわち追
加層の材料が例えばヒルオック（ｈｉｌｌｏａｋ）によ
って下側層のなかに拡散すなわち移動して、下側層のな
かに意図しない電気通路および不純物が形成するのを防
止する。
第３層２４は電気的コンタクト層とすることができ、こ
の層はコンデンサ１０を集積回路上の他のデバイスおよ
び構成部品に電気的に接続する作用をする。
第４層２６は底部電極１４における他の層の上に形成す
ることができる。第４層２６はプレート層とすることが
でき、この層はコンデンサにおいて普通に見られるよう
に電極またはプレートの作用をする。また、この例にお
いては、第４層２６は以下に説明するように誘電体を成
長させるための核形成層を提供することができる。
第１図のコンデンサを上方向に続けて説明する。
誘電体層１６を当業界において知られているように第１
電極すなわち底部電極１４の上に成長、堆積あるいは他
の方法によって形成する。
第２電極すなわち頂部電極１８は誘電体層１６の頂面上
に多層構造として形成することができ、第２電極１８の
構造は第１電極の多層構造と類似なものとすることがで
きるが、その鏡像である。すなわち、第２電極１８の底
部層３０は誘電体層１６の上に形成したプレート層とす
ることができる。第２電極１８の第２層３２はプレート
層３０の上に形成することができる。第２電極１８の第
２層３２は、当業界において知られかつ先に底部電極１
４の第２層２２に関連して説明したように、拡散障壁層
とすることができる。
第２電極すなわち頂部電極１８の第３層３４は第２層３
２の上に形成することができる。第２層３２は、例えば
、集積回路において近く　（または他の場所）に位置す
る他の構成部品またはデイバイスとの回路または接続部
を形成する第２電気的コンタクト層とすることができる
。次いで、集積回路の追加層を当業界において知られて
いるようにコンデンサの上に形成することができる。
第２図は本発明のコンデンサの他の例の断面図であり、
多層電極コンデンサを製造するのに使用することができ
る種々の屓および材料を示す。第２図に例示するコンデ
ンサを符号１１０で示す。コンデンサ１１０は、第１図
のコンデンサ１０と同じく、集積回路の基板１１２上に
形成され、第１電極すなわち底部電極１１４、該電極１
１４上の誘電体層１１６および核層１１６によって底部
電極１１４から離間されている第２電極すなわち頂部電
極１１８を具える。
画電極１１４および１１８は本発明に従って多層構造に
形成する。
第２図に示す例のコンデンサは当業界において知られて
いるように、排気した室内において、好ましくは該層を
別個に２回排気または［ポンプ排気（ｐｕｍｐ　ｄｏｗ
ｎ）Ｊ　して、形成する。第１電極すなわち底部電極１
１４および誘電体層１１６は第１ポンプ排気中に形成し
、第２電極すなわち頂部電極１１８は第２ポンプ排気中
に形成する。以下の説明において、厚さはすべて約＋１
００％〜−５０％の範囲内で変えることができる。
第２図に示す例のコンデンサにおいては、底部電極１１
４は基板１１２の上の３個の層から構成される。基板１
１２は半導体基村上の絶縁材料、例えば、ＳｉまたはＧ
ａＡｓ上に堆積させたＳｉＯ□から構成することができ
る。あるいはまた、基板１１２はＭＯＳトランジスタの
ドレインおよびバイポーラトランジスタのエミッタのよ
うな半導体材料から構成することができる。
第１層１２０はチタンから構成することができ、この層
は基板１１２とコンデンサ１１０との間の接着層として
作用する。チタン層１２０は後述のように約０．５ミク
ロンの好ましい厚さに形成する。
第１電極１１４の第２層１２４は例えば窒化チタンから
構成することができる。この層１２４は第２図のコンデ
ンサの底部電極１１４と集積回路上の他のデイバイスと
の間の電気的コンタクト層として作用し、また拡散障壁
層として作用する。窒化チタンからなる第２層１２４は
約０．１　ミクロンの好ましい厚さに堆積させる。
第１電極１１４の第３層１２６は白金から構成すること
ができ、この層はいくつかの作用をする。白金層１２６
は電極プレートとして作用することができる。白金は誘
電体層１１６の核形成にとって良好な材料である。白金
は誘電体層１１６と導電体層１２４との間の化学的不活
性界面である。白金からなる第３層１２６は既知手段に
よって約０．０５ミクロンの好ましい厚さに堆積させる
。第１電極１１４はこの点において実質的に完成する。
このコンデンサにおける次の層は誘電体層１１６である
。この層は当業界において知られている方法で堆積させ
ることができ、あるいは当業界において知られているよ
うにして成長させることができる。誘電体は強誘電性材
料すなわち高誘電率材料とすることができる。誘電体層
１１６の厚さは選定した材料に依存する。高誘電率材料
の厚さはコンデンサの所望のキャパシタンスに逆比例し
て変化する。強誘電体層の厚さは下側の回路の動作電圧
に依存する。約５ボルトという代表的な動作電圧の場合
には、強誘電体層の厚さは約０．４ミクロンである。
第２電極すなわち頂部電極１１８の第１層１３０を誘電
体層１１６の上に堆積させることができる。第１層１３
０は例えば白金から形成することができる。
白金層１３０は頂部電極プレートとして作用し、誘電体
層１１６と導電体層との間の化学的に不活性な界面とし
て動作する。第２電極１１８の白金層１３０は当業界に
おいて知られている方法により約０．０５ミクロンの好
ましい厚さまで堆積させる。
次いで、第２層１３２を第１層１３０の上に堆積あるい
は他の方法により形成する。第２層１３２はチタンから
構成するのが好ましい。チタン層１３２は頂部電極１１
８において拡散障壁および接着層として作用する。チタ
ン層１３２は既知手段により約０．１ミクロンの好まし
い厚さまで堆積させる。
第２図の例において、頂部電極１１８の第３層１３４は
アルミニウムから形成するのが好ましい。アルミニウム
からなる第３層１３４は集積回路における他のデイバイ
スに対する頂部電極の電気的コンタクト層として作用す
る。アルミニウムからなる第３層１３４は約０．１ミク
ロンの好ましい厚さまで堆積させる。
上述のように、頂部電極および底部電極のいずれにおい
ても各層はいくつかの既知技術によって堆積または形成
することができる。これらの既知技術は層およびこれを
取巻く構成部品のために選定した材料にとって適当であ
ることが必要であるにすぎない。適当な方法としてはス
パッタリング、蒸着、化学的気相堆積、分子線エタピキ
シーおよびスピンコーティングがあるが、これらの方法
に限定されるものではない。さらに、多層電極構造の最
終形態は堆積層または成長層の制御された化学反応によ
って達成することができる。
第３図および第４図には本発明のコンデンサの他の例を
示す。この例においては、多層構造は堆積層の制御され
た化学反応によって形成される。
第３図に部分的に完成された本発明のコンデンサ２１０
の断面を示す。この例のコンデンサ２１０は基板２１２
の上に形成され、第１電極すなわち底部電極２１４、該
電極の上の誘電体層２１６および頂部電極（図示せず）
を具える。この例においては材料の堆積を１回のポンプ
排気で行うのが好ましい。
この例においては、チタンからなる第１層２２０を上述
の当業界において知られている方法によって基板２１２
の上に堆積させることができる。チタンからなる第１層
２２０は厚さを０．１５ミクロンとするのが好ましい（
また、この例においてはすべての層の厚さを約＋１００
％〜−５０％の範囲で変えることができる）。
白金からなる第２層２２６を第１層２２０の上に０．０
５ミクロンの好ましい厚さまで堆積させる。次に、上述
の好適例の場合と同様に、誘電体層２１６を白金からな
る第２層２２６の上に堆積させる。
次に第４図について説明する。第３図について説明した
ようにして形成した構造体を酸素雰囲気中で約７５０℃
まで加熱する。この結果、第３図のチタンからなる第１
層２２０は第４図では二酸化チタン層２２０Ａになる。
第４図に示すように、基板２１２Ａ、白金からなる第２
層２２６Ａ、および誘電体層２１６Ａはこの工程による
影響を相対的に受けない。次いで、全く同じかあるいは
同様な方法によって頂部電極または第２電極を形成する
。
第３図のチタン層２２０が酸化すると白金の接着が改善
され、薄膜の応力が低下する。この例の多層電極には回
路、所要の結線などに応じて他の層を加えることができ
る。
上述のように、好適例においては、集積回路におけるコ
ンデンサの両方の電極を２個または３個以上の異なる層
から形成し、各層に１種または２種以上の作用をさせる
ことができる。勿論、所定の適用分野が一方の電極のみ
を本発明に従って多層にすることを要求している場合に
は、両方の電極を多層に形成する必要はない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のコンデンサの一例の断面図、第２図は
本発明のコンデンサの他の例の断面図、第３図は本発明
のコンデンサのさらに他の例の部分的に完成した状態に
ある部分断面図、第４図は第３図の次に酸化工程を施し
た後の第３図のコンデンサのなお部分的に完成した状態
にある部分断面図である。 １０・・・コンデンサ　　　　　　１２・・・基板１４
・・・第１電極（底部電極）１６・・・誘電体層１８・
・・第２電極（頂部電極）２０・・・第１層（接着層）
２２・・・第２層（拡散障壁層） ２４・・・第３層（電気的コンタクト層）２６・・・第
４層（プレートおよび核形成層）３０・・・底部層（プ
レート層） ３２・・・第２層（拡散障壁層） ３４・・・第３層（電気的コンタクト層）１１０・・・
コンデンサ　　　　　１１２・・・基板１１４・・・第
１電極（底部電極） １１６・・・誘電体層 １１８・・・第２電極（頂部電極） １２０・・・第１層（チタン層、接着層）１２４・・・
第２層（窒化チタン層、導電体層、電気的コンタクト層
） １２６・・・第３層（白金層、プレートおよび核形成層
）１３０・・・第１層（白金層、プレート層）１３２・
・・第２層（チタン層、拡散障壁および接着層）１３４
・・・第３層（アルミニウム層、電気的コンタクト層） ２１０、２１０Ａ・・・コンデンサ ２１２、２１２Ａ・・・基板 ２１４、２１４Ａ・・・第１電極（底部電極）２１６Ａ
・・・誘電体層 ２２０・・・第１層（チタン層） ２２０Ａ・・・二酸化チタン層

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、基板の上に集積回路用コンデンサを製造するに当り
    、 誘電体層によって分離された第１電極および第２電極を
    形成し、 前記電極の少なくとも一方を多層に形成し、前記多層の
    １個の層を前記誘電体層に隣接するプレート層から構成
    することを特徴とする集積回路用コンデンサの製造方法
    。 ２、接着層を形成し、前記誘電体層に隣接しかつ前記接
    着層の上に位置するプレート層を形成することにより、
    前記一方の電極を形成することを特徴とする請求項１記
    載の方法。 ３、前記一方の電極を形成する工程において、下側層を
    形成し、該層の上にプレート層を形成し、次いで前記下
    側層を反応させて前記接着層を形成することを特徴とす
    る請求項２記載の方法。 ４、集積回路用多層電極コンデンサを製造するに当り、 （ａ）基板上に接着層を形成し、（ｂ）該接着層の上に
    拡散障壁層を形成し、（ｃ）該拡散障壁層の上に導電体
    層を形成し、（ｄ）該導電体層の上にプレートおよび核
    形成層を形成することにより第１多層電極を形成し； （ａ）誘電体層の上に第２プレート層を形成し、（ｂ）
    該該第２プレート層の上に第２拡散障壁層を形成し、（
    ｃ）該第２拡散障壁層の上に第２導電体層を形成するこ
    とにより第２多層電極を形成することを特徴とする集積
    回路用コンデンサの製造方法。 ５、集積回路用コンデンサにおいて、第１電極および第
    ２電極と、第１電極と第２電極との間に位置する誘電体
    層とを具え、前記電極の一方は前記誘電体層に隣接する
    プレート層および少なくとも１個の追加層を具えること
    を特徴とする集積回路用コンデンサ。 ６、前記追加層は拡散障壁層から構成されることを特徴
    とする請求項５記載のコンデンサ。 ７、前記追加層は電気的コンタクト層から構成されるこ
    とを特徴とする請求項５記載のコンデンサ。 ８、前記追加層は接着層から構成されることを特徴とす
    る請求項５記載のコンデンサ。 ９、前記一方の電極はプレート層および２個の追加層を
    具えることを特徴とする請求項５記載のコンデンサ。 １０、前記一方の電極は少なくとも３個の異なる層を具
    えることを特徴とする請求項９記載のコンデンサ。 １１、前記電極の他方は第２プレート層および少なくと
    も１個の第２追加層を具えることを特徴とする請求項１
    ０記載のコンデンサ。 １２、前記一方の電極は前記プレート層、電気的コンタ
    クト層、接着層および拡散障壁層を具えることを特徴と
    する請求項１０記載のコンデンサ。 １３、基板上の接着層と、いずれも前記プレート層と前
    記基板との間に位置する拡散障壁層および電気的コンタ
    クト層とを具えることを特徴とする請求項５記載のコン
    デンサ。 １４、前記一方の電極において前記追加層は電気的コン
    タクト層および拡散障壁層を具えることを特徴とする請
    求項５記載のコンデンサ。 １５、さらに接着層を具えることを特徴とする請求項１
    ４記載のコンデンサ。 １６、前記追加層はチタンまたは窒化チタンから構成さ
    れていることを特徴とする請求項５記載のコンデンサ。 １７、集積回路用コンデンサにおいて、 第１電極および第２電極と、第１電極と第２電極との間
    に位置する誘電体層とを具え、前記電極の一方は前記誘
    電体層に隣接するプレート層および少なくとも１個の追
    加層を具え、該追加層はチタン層および窒化チタン層を
    具えることを特徴とする集積回路用コンデンサ。 １８、前記追加層はさらにアルミニウム層を具えること
    を特徴とする請求項１７記載のコンデンサ。 １９、集積回路用コンデンサを製造するに当り、誘電体
    層によって分離された第１電極および第２電極を形成し
    、 この際、前記電極の一方を、（ａ）少なくとも１個の層
    を形成し、（ｂ）該少なくとも１個の層のうちの頂部層
    の上にプレート層を前記誘電体層に隣接させて形成し、
    （ｃ）前記一方の電極を酸化して前記少なくとも１個の
    層を酸化することにより形成することを特徴とする集積
    回路用コンデンサの製造方法。 ２０、前記電極の他方を、（ａ）第２プレート層を前記
    誘電体層に隣接させて形成し、（ｂ）前記第２プレート
    層の上に少なくとも１個の追加層を形成し、（ｃ）前記
    他方の電極を酸化して前記追加層を酸化することにより
    形成する特許請求の範囲第１９項記載の方法。
JP2097783A 1989-06-20 1990-04-16 集積回路用コンデンサおよびその製造方法 Expired - Fee Related JP2825606B2 (ja)

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