JPH0687491B2 - 薄膜コンデンサ - Google Patents
薄膜コンデンサInfo
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Landscapes
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- Ceramic Capacitors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、小型電子回路に用いる薄膜コンデンサに関す
る。
る。
（従来の技術） 集積回路技術の発達によって電子回路がますます小型化
しており、各種電子回路に必須の回路素子であるコンデ
ンサの小型化も一段と重要になっている。誘電体薄膜を
用いた薄膜コンデンサが、トランジスタ等の能動素子と
同一の基板上に形成されて利用されているが、能動素子
の小型化が急速に進む中で薄膜コンデンサの小型化は遅
れており、より一層の高集積化を阻む大きな要因となっ
てきている。これは、従来用いられている誘電体薄膜材
料がSiO2、Si3N4等のような誘電率がたかだか10以下の
材料に限られているためであり、薄膜コンデンサを小型
化する手段として誘電率の大きな誘電体薄膜を開発する
ことが必要となっている。化学式ABO3で表されるペロブ
スカイト型酸化物であるBaTiO3、SrTiO3，PbZrO3および
イルメナイト型酸化物LiNbO3あるいはBi4Ti3O12等の強
誘電体に属する酸化物は、上記の単一組成並びに相互の
固溶体組成で、単結晶あるいはセラミックにおいて100
以上10000にも及ぶ誘電率を有することが知られてお
り、セラミック・コンデンサに広く用いられている。こ
れら材料の薄膜化は上述の薄膜コンデンサの小型化に極
めて有効であり、かなり以前から研究が行われている。
それらの中で比較的良好な特性が得られている例として
は、プロシーディング・オブ・アイ・イー・イー・イー
（Proceedings of the IEEE）第59巻10号1440−1447頁
に所載の論文があり、スパッタリングによる成膜および
熱処理を行ったBaTiO3薄膜で16（室温で作成）から1900
（1200℃で熱処理）の誘電率が得られている。
しており、各種電子回路に必須の回路素子であるコンデ
ンサの小型化も一段と重要になっている。誘電体薄膜を
用いた薄膜コンデンサが、トランジスタ等の能動素子と
同一の基板上に形成されて利用されているが、能動素子
の小型化が急速に進む中で薄膜コンデンサの小型化は遅
れており、より一層の高集積化を阻む大きな要因となっ
てきている。これは、従来用いられている誘電体薄膜材
料がSiO2、Si3N4等のような誘電率がたかだか10以下の
材料に限られているためであり、薄膜コンデンサを小型
化する手段として誘電率の大きな誘電体薄膜を開発する
ことが必要となっている。化学式ABO3で表されるペロブ
スカイト型酸化物であるBaTiO3、SrTiO3，PbZrO3および
イルメナイト型酸化物LiNbO3あるいはBi4Ti3O12等の強
誘電体に属する酸化物は、上記の単一組成並びに相互の
固溶体組成で、単結晶あるいはセラミックにおいて100
以上10000にも及ぶ誘電率を有することが知られてお
り、セラミック・コンデンサに広く用いられている。こ
れら材料の薄膜化は上述の薄膜コンデンサの小型化に極
めて有効であり、かなり以前から研究が行われている。
それらの中で比較的良好な特性が得られている例として
は、プロシーディング・オブ・アイ・イー・イー・イー
（Proceedings of the IEEE）第59巻10号1440−1447頁
に所載の論文があり、スパッタリングによる成膜および
熱処理を行ったBaTiO3薄膜で16（室温で作成）から1900
（1200℃で熱処理）の誘電率が得られている。
現在の高集積回路に広く用いられている電極材料は多結
晶シリコンあるいはシリコン基板自体の一部に不純物を
高濃度にドーピングした低抵抗シリコン層である。以下
これらを総してシリコン電極と呼ぶ。シリコン電極は微
細加工技術が確立されており、すでに広く用いられてい
るため、シリコン電極上に良好な高誘電率薄膜が作製で
きれば、集積回路用コンデンサへの利用が可能となる。
しかしながら、従来技術では例えばIBM・ジャーナル・
オブ・リサーチ・アンド・デイベロップメント（IBM Jo
urnal of Research and Development）1969年11月号686
−695頁に所載のSrTiO3膜に関する論文が、ジャーナル
・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジ
ー（Journal of Vacuum Science and Technology）第16
巻２号315−318頁に所載のBaTiO3に関する論文が報告さ
れている。
晶シリコンあるいはシリコン基板自体の一部に不純物を
高濃度にドーピングした低抵抗シリコン層である。以下
これらを総してシリコン電極と呼ぶ。シリコン電極は微
細加工技術が確立されており、すでに広く用いられてい
るため、シリコン電極上に良好な高誘電率薄膜が作製で
きれば、集積回路用コンデンサへの利用が可能となる。
しかしながら、従来技術では例えばIBM・ジャーナル・
オブ・リサーチ・アンド・デイベロップメント（IBM Jo
urnal of Research and Development）1969年11月号686
−695頁に所載のSrTiO3膜に関する論文が、ジャーナル
・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジ
ー（Journal of Vacuum Science and Technology）第16
巻２号315−318頁に所載のBaTiO3に関する論文が報告さ
れている。
（発明が解決しようとする課題） 上記のように高誘電率を得るためには高い成膜温度を必
要とするが、従来シリコン電極上に作成されているBaTi
O3等の誘電体薄膜は約100Åの二酸化シリコン（SiO2）
に等価な層が界面に形成されてしまうと報告されてい
る。この界面層は誘電率が低い層であるため、結果とし
てシリコン上に形成した高誘電率薄膜の実効的な誘電率
は大きく低下してしまい、高誘電率材料を用いる利点が
ほとんど損なわれていた。
要とするが、従来シリコン電極上に作成されているBaTi
O3等の誘電体薄膜は約100Åの二酸化シリコン（SiO2）
に等価な層が界面に形成されてしまうと報告されてい
る。この界面層は誘電率が低い層であるため、結果とし
てシリコン上に形成した高誘電率薄膜の実効的な誘電率
は大きく低下してしまい、高誘電率材料を用いる利点が
ほとんど損なわれていた。
（課題を解決するための手段） 本発明はシリコン電極上に導電層、誘電体、上部電極が
順次形成された構造の薄膜コンデンサにおいて、導電層
がシリコン上に形成される第１層とその上に形成される
第２層とから構成され、第１層がチタン、タンタル、モ
リブデン、タングステンの高融点金属あるいはそれらの
シリサイド化合物から選ばれる少なくとも１種以上の材
料であり、第２層が白金、パラヂウム、ロヂウムの高融
点貴金属から選ばれる少なくとも１種以上の材料である
ことを特徴する集積回路用薄膜コンデンサである。
順次形成された構造の薄膜コンデンサにおいて、導電層
がシリコン上に形成される第１層とその上に形成される
第２層とから構成され、第１層がチタン、タンタル、モ
リブデン、タングステンの高融点金属あるいはそれらの
シリサイド化合物から選ばれる少なくとも１種以上の材
料であり、第２層が白金、パラヂウム、ロヂウムの高融
点貴金属から選ばれる少なくとも１種以上の材料である
ことを特徴する集積回路用薄膜コンデンサである。
（実施例１） 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本実施例の薄膜コンデンサの構造図である。単
結晶シリコン１の表面の一部にリンを高濃度にドーピン
グして低抵抗層２が形成され、その上に層間絶縁膜とし
て酸化シリコン膜３が形成されている。酸化シリコン膜
の一部は、低抵抗層を通じて下部電極を引き出すための
コンタクトホールが２箇所形成されており、一方のコン
タクトホールは多結晶シリコン膜４で埋められ、もう一
方のコンタクトホールはAl膜５で埋められている。従っ
て、Al膜５は下部電極の端子となる。多結晶シリコン膜
４はコンタクトホールを埋めると共にその一部が酸化シ
リコン膜３上へ形成されていてもよい。多結晶シリコン
膜４上には第１層のチタン、第２層の白金からなる積層
の導電層８が形成され、導電層８の上にはBaTiO3膜６
が、さらにその上に上部電極としてA17が形成されてい
る。
結晶シリコン１の表面の一部にリンを高濃度にドーピン
グして低抵抗層２が形成され、その上に層間絶縁膜とし
て酸化シリコン膜３が形成されている。酸化シリコン膜
の一部は、低抵抗層を通じて下部電極を引き出すための
コンタクトホールが２箇所形成されており、一方のコン
タクトホールは多結晶シリコン膜４で埋められ、もう一
方のコンタクトホールはAl膜５で埋められている。従っ
て、Al膜５は下部電極の端子となる。多結晶シリコン膜
４はコンタクトホールを埋めると共にその一部が酸化シ
リコン膜３上へ形成されていてもよい。多結晶シリコン
膜４上には第１層のチタン、第２層の白金からなる積層
の導電層８が形成され、導電層８の上にはBaTiO3膜６
が、さらにその上に上部電極としてA17が形成されてい
る。
導電層は直流マグネトロンスパッタ法で作製した。Arガ
ス雰囲気、４×10-3Torr、基板温度100℃で行い、白
金、チタンの膜厚は、それぞれ、3000Å、500Åとし
た。BaTiO3膜は化学量論組成の粉末ターゲットを用い、
高周波マグネトロンスパッタ法で5000Åの膜厚のものを
作製した。Ar−O2混合ガス中、１×10-2Torr、基板温度
600℃でスパッタ成膜した。上部電極には5000ÅのAlを
直流スパッタ法により成膜した。本コンデンサの有効面
積は250μｍ２である。つぎに導電層として本方法の白
金、チタンの多層膜を用いた場合、高融点貴金属である
白金膜だけを用いた場合、更に導電層を形成しない場合
のBaTiO3膜の特性の違いについて述べる。第２図（ａ）
は本方法の白金とチタンの多層膜を用いた場合のBaTiO3
膜の、（ｂ）は膜厚3000Åの白金膜を用いた場合の、
（ｃ）は膜厚3000Åでシート抵抗100Ω／cm2の多結晶シ
リコン膜を用いた場合のBaTiO3膜の膜厚による誘電率の
変化を調べたものである。本方法の多層膜を用いた場合
のBaTiO3膜の誘電率はその膜厚に依存せず一定であるの
に対し、白金膜あるいは多結晶シリコン膜を用いた場合
には誘電体膜の膜厚が小さくなるにつれて誘電率が著し
く減少してしまう。
ス雰囲気、４×10-3Torr、基板温度100℃で行い、白
金、チタンの膜厚は、それぞれ、3000Å、500Åとし
た。BaTiO3膜は化学量論組成の粉末ターゲットを用い、
高周波マグネトロンスパッタ法で5000Åの膜厚のものを
作製した。Ar−O2混合ガス中、１×10-2Torr、基板温度
600℃でスパッタ成膜した。上部電極には5000ÅのAlを
直流スパッタ法により成膜した。本コンデンサの有効面
積は250μｍ２である。つぎに導電層として本方法の白
金、チタンの多層膜を用いた場合、高融点貴金属である
白金膜だけを用いた場合、更に導電層を形成しない場合
のBaTiO3膜の特性の違いについて述べる。第２図（ａ）
は本方法の白金とチタンの多層膜を用いた場合のBaTiO3
膜の、（ｂ）は膜厚3000Åの白金膜を用いた場合の、
（ｃ）は膜厚3000Åでシート抵抗100Ω／cm2の多結晶シ
リコン膜を用いた場合のBaTiO3膜の膜厚による誘電率の
変化を調べたものである。本方法の多層膜を用いた場合
のBaTiO3膜の誘電率はその膜厚に依存せず一定であるの
に対し、白金膜あるいは多結晶シリコン膜を用いた場合
には誘電体膜の膜厚が小さくなるにつれて誘電率が著し
く減少してしまう。
多結晶シリコン膜での誘電率の低下は従来報告されてい
る通り、誘電体と電極の界面におけるシリコンの酸化に
よる低誘電率層の形成が原因である。白金膜での誘電率
の低下は白金のシリサイド化合物の形成に起因してい
る。即ち、600℃での誘電体の成膜時にシリコンは白金
と反応し、シリサイド化合物を形成しながら最表面に達
する。最表面に達したシリコンは多結晶シリコン膜の場
合と同様に酸化されて低誘電率層を形成してしまうと考
えられる。Ｘ線回折により、白金が誘電体の成膜後にシ
リサイド化していることを確認した。これに対して、同
じくＸ線回折によれば、白金とチタンの多層膜では誘電
体の成膜後も白金がシリサイド化せず元の状態で依存し
ている。即ち、シリコンはチタン層でその拡散が抑えら
れて白金層に達しておらず、前述のようなシリコンの酸
化による低誘電率層の形成が起こらない。
る通り、誘電体と電極の界面におけるシリコンの酸化に
よる低誘電率層の形成が原因である。白金膜での誘電率
の低下は白金のシリサイド化合物の形成に起因してい
る。即ち、600℃での誘電体の成膜時にシリコンは白金
と反応し、シリサイド化合物を形成しながら最表面に達
する。最表面に達したシリコンは多結晶シリコン膜の場
合と同様に酸化されて低誘電率層を形成してしまうと考
えられる。Ｘ線回折により、白金が誘電体の成膜後にシ
リサイド化していることを確認した。これに対して、同
じくＸ線回折によれば、白金とチタンの多層膜では誘電
体の成膜後も白金がシリサイド化せず元の状態で依存し
ている。即ち、シリコンはチタン層でその拡散が抑えら
れて白金層に達しておらず、前述のようなシリコンの酸
化による低誘電率層の形成が起こらない。
本実施例の導電層のチタンの代わりにタンタル、モリブ
デン、タングステンの高融点金属、あるいはそれらのシ
リサイドを用いても同様の効果が得られる。また、白金
の代わりにパラヂウム、あるいはロヂウムの高融点貴金
属を用いてもよい。
デン、タングステンの高融点金属、あるいはそれらのシ
リサイドを用いても同様の効果が得られる。また、白金
の代わりにパラヂウム、あるいはロヂウムの高融点貴金
属を用いてもよい。
（実施例２） 実施例１と同じ構造の薄膜コンデンサにおいて、導電層
の第１層に高融点金属とそれらのシリサイドで構成され
る合金膜、あるいは多層膜を用いた。表１に本実施例で
用いた材料をまとめた。
の第１層に高融点金属とそれらのシリサイドで構成され
る合金膜、あるいは多層膜を用いた。表１に本実施例で
用いた材料をまとめた。
本実施例においても実施例１と同様に、BaTiO3膜の誘電
率はその膜厚に依存せず本来の値が得られ、界面での低
誘電率層の形成を防止できた。また、Ｘ線回折によっ
て、第２層の白金がシリサイド化していないことを確認
した。
率はその膜厚に依存せず本来の値が得られ、界面での低
誘電率層の形成を防止できた。また、Ｘ線回折によっ
て、第２層の白金がシリサイド化していないことを確認
した。
（実施例３） 実施例１と同じ構造の薄膜コンデンサにおいて、導電層
の第２層に白金、パラヂウム、ロヂウムの高融点貴金属
からなる合金膜、あるいは多層膜を用いた。表２に本実
施例で用いた材料をまとめた。
の第２層に白金、パラヂウム、ロヂウムの高融点貴金属
からなる合金膜、あるいは多層膜を用いた。表２に本実
施例で用いた材料をまとめた。
本実施例においても実施例１と同様に、BaTiO3膜の誘電
率はその膜厚に依存せず本来の値が得られ、界面での低
誘電率層の形成を防止できた。また、Ｘ線回折によっ
て、第２層の高融点貴金属の合金あるいは多層膜金がシ
リサイド化していないことを確認した。
率はその膜厚に依存せず本来の値が得られ、界面での低
誘電率層の形成を防止できた。また、Ｘ線回折によっ
て、第２層の高融点貴金属の合金あるいは多層膜金がシ
リサイド化していないことを確認した。
以上はBaTiO3膜について説明したが、この他にSrTiO3、
PbTiO3、PbZrO3、LiNbO3，Bi3Ti4O12及び固溶体（Ba、S
r）TiO3、（Ba、Pb）TiO3、Pb(Zr、Ti)O3について同様の
作製、評価を行った結果、BaTiO3の場合と同様の作製方
法において膜厚によらず誘電体膜本来の誘電率が得られ
た。
PbTiO3、PbZrO3、LiNbO3，Bi3Ti4O12及び固溶体（Ba、S
r）TiO3、（Ba、Pb）TiO3、Pb(Zr、Ti)O3について同様の
作製、評価を行った結果、BaTiO3の場合と同様の作製方
法において膜厚によらず誘電体膜本来の誘電率が得られ
た。
（発明の効果） 本発明は以上説明したように、シリコン電極上に形成さ
れた薄膜コンデンサにおいてシリコン電極と誘電体膜の
間に高融点金属膜もしくはそれらのシリサイド膜と高融
点貴金属膜からなる導電層を形成することにより、シリ
コンの酸化を防ぎ、高誘電率の薄膜コンデンサを提供す
ることができる。
れた薄膜コンデンサにおいてシリコン電極と誘電体膜の
間に高融点金属膜もしくはそれらのシリサイド膜と高融
点貴金属膜からなる導電層を形成することにより、シリ
コンの酸化を防ぎ、高誘電率の薄膜コンデンサを提供す
ることができる。
第１図は本発明における実施例１の薄膜コンデンサの断
側面図、第２図はBaTiO3膜の膜厚と誘電率の関係を示す
図。 １は単結晶シリコン基板、２は単結晶シリコンの低抵抗
層、３は酸化シリコン、４は多結晶シリコン膜、５、７
はAl、６はBaTiO3膜、８は第１層のチタンと第２層の白
金からなる導電層である。
側面図、第２図はBaTiO3膜の膜厚と誘電率の関係を示す
図。 １は単結晶シリコン基板、２は単結晶シリコンの低抵抗
層、３は酸化シリコン、４は多結晶シリコン膜、５、７
はAl、６はBaTiO3膜、８は第１層のチタンと第２層の白
金からなる導電層である。
Claims (1)
- 【請求項１】シリコン電極上に導電層、誘電体、上部電
極が順次形成された構造の薄膜コンデンサにおいて、導
電層がシリコン上に形成される第１層とその上に形成さ
れる第２層とから構成され、第１層がチタン、タンタ
ル、モリブデン、タングステンの高融点金属あるいはそ
れらのシリサイド化合物から選ばれる少なくとも１種以
上の材料であり、第２層が白金、パラヂウム、ロヂウム
の高融点貴金属から選ばれる少なくとも１種以上の材料
であることを特徴とする薄膜コンデンサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23848489A JPH0687491B2 (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 薄膜コンデンサ |
| US07/574,778 US5053917A (en) | 1989-08-30 | 1990-08-30 | Thin film capacitor and manufacturing method thereof |
| EP90309478A EP0415751B1 (en) | 1989-08-30 | 1990-08-30 | Thin film capacitor and manufacturing method thereof |
| DE69017802T DE69017802T2 (de) | 1989-08-30 | 1990-08-30 | Dünnfilmkondensator und dessen Herstellungsverfahren. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23848489A JPH0687491B2 (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 薄膜コンデンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03101260A JPH03101260A (ja) | 1991-04-26 |
| JPH0687491B2 true JPH0687491B2 (ja) | 1994-11-02 |
Family
ID=17030931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23848489A Expired - Lifetime JPH0687491B2 (ja) | 1989-08-30 | 1989-09-14 | 薄膜コンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0687491B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0514149B1 (en) * | 1991-05-16 | 1995-09-27 | Nec Corporation | Thin film capacitor |
| JPH0746670B2 (ja) * | 1991-06-07 | 1995-05-17 | 日本電気株式会社 | 薄膜キャパシタ |
| JP2690821B2 (ja) * | 1991-05-28 | 1997-12-17 | シャープ株式会社 | 半導体装置 |
| JPH0748448B2 (ja) * | 1991-08-09 | 1995-05-24 | 日本電気株式会社 | 薄膜キャパシタとその製造方法 |
| JP3043124B2 (ja) * | 1991-08-26 | 2000-05-22 | キヤノン株式会社 | 進行波型モータ装置 |
| US5382817A (en) * | 1992-02-20 | 1995-01-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having a ferroelectric capacitor with a planarized lower electrode |
| EP0739030A3 (en) * | 1995-04-19 | 1998-07-08 | Nec Corporation | Highly-integrated thin film capacitor with high dielectric constant layer |
| KR100326979B1 (ko) * | 1996-12-18 | 2002-05-10 | 포만 제프리 엘 | 캐패시터형성방법및그캐패시터구조체 |
| JP4708905B2 (ja) * | 2005-08-05 | 2011-06-22 | イビデン株式会社 | 薄膜エンベディッドキャパシタンス、その製造方法、及びプリント配線板 |
| CN104916440A (zh) * | 2015-06-09 | 2015-09-16 | 长兴友畅电子有限公司 | 一种薄膜电容的改进结构 |
-
1989
- 1989-09-14 JP JP23848489A patent/JPH0687491B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03101260A (ja) | 1991-04-26 |
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| JPH0587166B2 (ja) |
Legal Events
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