JPH0746670B2 - 薄膜キャパシタ - Google Patents

薄膜キャパシタ

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JPH0746670B2
JPH0746670B2 JP3162347A JP16234791A JPH0746670B2 JP H0746670 B2 JPH0746670 B2 JP H0746670B2 JP 3162347 A JP3162347 A JP 3162347A JP 16234791 A JP16234791 A JP 16234791A JP H0746670 B2 JPH0746670 B2 JP H0746670B2
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JP
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silicide
thin film
dielectric
rhodium
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敏幸 佐久間
新太郎 山道
正吾 松原
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to US07/882,000 priority patent/US5262920A/en
Priority to DE69205063T priority patent/DE69205063T2/de
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は基板上に順に形成された
下部電極、誘電体、上部電極からなる薄膜キャパシタの
構造に関し、特に下部および上部電極が少なくとも2つ
以上の導電性材料からなる構造を有する薄膜キャパシタ
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の薄膜キャパシタは、シリ
コン電極上に直接にスパッタ法により誘電体膜、上部電
極を順に形成した構造(特願平1−217918号)、
またはシリコン電極上にTa、Tiなどの少なくとも1
種類の高融点金属からなる第1層およびPt,Pdの少
なくとも1種類の材料からなる第2層とから構成される
導電層上に誘電体膜、上部電極を順に形成した構造(特
願平1−238484号)となっていた。また、例えば
1969年のアイ・ビ−・エム・ジャ―ナル・オブ・リ
サ―チ・アンド・ディベロップメント、第68巻、68
6〜695ペ―ジ( IBM Journal of Research andDeve
lopment ,68(1969),p.686〜695)に記
載されているように、サファイア等の絶縁基板上に下部
電極としてPtまたはPdを堆積し、誘電体膜を堆積
後、上部電極としてTi、Auを順に堆積した積層膜、
またはCu、Mo、Al等を形成した構造がすでに知ら
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の構造の
薄膜キャパシタでは、絶縁基板上に下部電極、誘電体、
上部電極を順に形成して薄膜キャパシタを構成した後に
熱処理を行うと、上部および下部電極と誘電体との反応
が生じる結果、リーク電流が増大するという欠点があ
る。また、シリコン電極上に直接にスパッタ法により誘
電体を形成した場合には、シリコン電極表面が誘電体を
形成する時に酸化され、誘電率の高い誘電体を形成して
もシリコン電極と誘電体との界面に存在する低誘電率の
二酸化シリコンのために薄膜キャパシタ全体の容量を大
きくすることが制限されるという欠点があるものの、薄
膜キャパシタ構成後の熱処理によっても二酸化シリコン
層の存在によりリーク電流があまり大きくならずに済む
といった利点がある。また、前述のシリコン電極に第1
および第2の材料からなる導電層を形成し、その上に誘
電体、上部電極を順に形成した構造の場合には、適切な
熱処理を行うことにより低誘電率層の形成を防止しなが
ら薄膜キャパシタ全体の容量を大きくすることが可能で
あるが、上部電極形成後に熱処理を行うと上部電極と誘
電体膜との反応が生じるために、リーク電流が増大して
しまうといった欠点がある。本発明は、このような従来
の問題点を解決するためになされたもので、下部および
上部電極の双方が、電極材料と誘電体膜の反応によりリ
ーク電流特性に悪影響を与えないような、少なくとも2
つ以上の材料からなる導電層で構成することにより、低
誘電率層の形成を防止するとともに、熱処理後のリ−ク
電流の増大が防止された薄膜キャパシタを提供すること
を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に下部
電極、誘電体膜および上部電極が順次形成された構造の
薄膜キャパシタにおいて、下部電極および上部電極が、
それぞれ基板側からチタン、タンタル、モリブデン、タ
ングステン、ルテニウム、ルテニウムシリサイド、酸化
ルテニウム、レニウム、レニウムシリサイド、酸化レニ
ウム、オスミウム、オスミウムシリサイド、酸化オスミ
ウム、ロジウム、ロジウムシリサイド、酸化ロジウムの
高融点金属あるいはそれらのシリサイド化合物、および
窒化チタンから選ばれる少なくとも1種以上の材料から
なる第1の導電膜と、白金、パラジウム、ロジウムおよ
びアルミニウムから選ばれる少なくとも1種以上の材料
からなる第2の導電膜とを少なくとも有し、誘電体がB
aTiO3、SrTiO3、PbTiO3、PbZrO3
LiNbO3およびBi4Ti312から選ばれた一つ、
あるいはこれらの固溶体からなることを特徴とする薄膜
キャパシタである。また、基板は、n型またはp型に不
純物ドープされたシリコン基板、Ga、As、In、P
およびAlの少なくとも2つから選ばれる元素の化合物
基板、またはSiとGeの固溶体基板であることを好適
とする。
【0005】
【作用】本発明の薄膜キャパシタでは、基板上に順に堆
積形成された下部電極、誘電体膜、上部電極構造におい
て、絶縁基板を使用した場合には、下部電極について
は、基板側を第1の導電膜として、基板と第2の導電膜
とが接しないようにすれば、基板と下部電極間の剥離防
止に効果的である。また、上部電極については、第1の
導電膜を介して第2の導電膜を形成するようにすれば、
Al等を直接上部電極として用いて熱処理した時に生じ
る上部電極と誘電体との反応(拡散)あるいは上部電極
と誘電体間の剥離を防止することができる。このため、
下部および上部電極形成後の熱処理に対してもリーク電
流の増大のないキャパシタが形成される。また、シリコ
ン基板等を使用した場合には、下部電極については、基
板と下部電極との間で低誘電率層が形成されるのを防止
するために、第1の導電層を基板側に形成することで大
容量を実現する。また上部電極については、上記で述べ
たのと同様である。
【0006】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 実施例1 図2は、基板としてサファイア、誘電体としてSrTi
3を使用した本発明の一実施例の薄膜キャパシタの縦
断面図である。図中、1はAl、2はW、3はSrTi
3層、4はPt、5はTi、6はサファイア基板であ
る。作製プロセスは以下のように公知の薄膜堆積技術を
使用した。まず、サファイア基板上にTi,Ptを順に
それぞれ10〜150nm、20〜150nmの厚さに
直流マグネトロンスパッタ法により堆積し、次にSrT
iO3膜を高周波マグネトロンスパッタ法により30〜
500nmの厚さに堆積する。最後に上部電極として、
直流マグネトロンスパッタ法によりWおよびAlをそれ
ぞれ10〜150nm、100〜1200nmの厚さに
堆積して図2の薄膜キャパシタを作製した。この構造で
は、キャパシタ作製後に400〜500℃、10〜90
分間の熱処理を行ってもリ−ク電流の増加は生じなかっ
た。本実施例では誘電体としてSrTiO3を使用した
が、BaTiO3,PbTiO3,PbZrO3,LiN
bO3,Bi4Ti312あるいはこれらの固溶体を用い
ても同様の結果が得られた。また、サファイア基板以外
の絶縁基板でも同様の結果が得られた。さらに、本実施
例では第1の導電膜としてチタン、タングステンを使用
したが、この他、タンタル、モリブデン、ルテニウム、
ルテニウムシリサイド、酸化ルテニウム、レニウム、レ
ニウムシリサイド、酸化レニウム、オスミウム、オスミ
ウムシリサイド、酸化オスミウム、ロジウム、ロジウム
シリサイド、酸化ロジウムの高融点金属あるいはそれら
のシリサイド化合物、または窒化チタンを用いても同様
の結果が得られた。また、第2の導電膜として、白金、
アルミニウムを用いたが、この他、パラジウムまたはロ
ジウムでも同様の結果が得られた。
【0007】実施例2 図1は本発明の別の実施例の縦断面図である。基板とし
てn型の低抵抗シリコン基板、誘電体としてSrTiO
3を使用した例である。11はAl、12はTiN、1
3はTi、14はSrTiO3、15はPt、16はT
a、17はシリコン基板である。作製プロセスは図2の
薄膜キャパシタと同様であるが、12のTiNは反応性
直流マグネトロンスパッタにより作製した。この構造に
おいても、キャパシタ作製後に400〜500℃、10
〜90分間の熱処理を行ってもリーク電流の増加は生じ
なかった。本実施例では誘電体としてSrTiO3を使
用したが、BaTiO3,PbTiO3,PbZrO3
LiNbO3,Bi4Ti312あるいはこれらの固溶体
を用いても同様の結果が得られた。また、基板としてn
型のシリコン基板以外にp型のシリコン基板、Ga,A
s,In,P,Alの少なくとも2つから選ばれる元素
の化合物基板、SiとGeの固溶体基板でも同様の結果
が得られた。さらに、本実施例では第1の導電膜として
タンタル、チタン、窒化チタンを使用したが、この他、
タンタル、モリブデン、タングステン、ルテニウム、ル
テニウムシリサイド、酸化ルテニウム、レニウム、レニ
ウムシリサイド、酸化レニウム、オスミウム、オスミウ
ムシリサイド、酸化オスミウム、ロジウム、ロジウムシ
リサイド、酸化ロジウムの高融点金属あるいはそれらの
シリサイド化合物を用いても同様の結果が得られた。ま
た、第2の導電膜として、白金、アルミニウムを用いた
が、この他、パラジウムまたはロジウムでも同様の結果
が得られた。
【0008】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
薄膜キャパシタの容量を低下させる低誘電率層の形成を
防止するとともに、キャパシタ作製後の熱処理で下部お
よび上部電極が誘電体と反応することによるリ−ク電流
増大を防止することができ、大容量でリーク電流の少な
い薄膜キャパシタを作製することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の縦断面図である。
【図2】本発明の別の一実施例の縦断面図である。
【符号の説明】
1,11 Al 2 W 3,14 SrTiO3 4,15 Pt 5,13 Ti 6 サファイア
基板 12 TiN 16 Ta 17 シリコン基板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に下部電極、誘電体膜および上部
    電極が順次形成された構造の薄膜キャパシタにおいて、
    下部電極および上部電極が、それぞれ基板側からチタ
    ン、タンタル、モリブデン、タングステン、ルテニウ
    ム、ルテニウムシリサイド、酸化ルテニウム、レニウ
    ム、レニウムシリサイド、酸化レニウム、オスミウム、
    オスミウムシリサイド、酸化オスミウム、ロジウム、ロ
    ジウムシリサイド、酸化ロジウムの高融点金属あるいは
    それらのシリサイド化合物、および窒化チタンから選ば
    れる少なくとも1種以上の材料からなる第1の導電膜
    と、白金、パラジウム、ロジウムおよびアルミニウムか
    ら選ばれる少なくとも1種以上の材料からなる第2の導
    電膜とを少なくとも有し、誘電体がBaTiO3、Sr
    TiO3、PbTiO3、PbZrO3、LiNbO3およ
    びBi4Ti312から選ばれた一つ、あるいはこれらの
    固溶体からなることを特徴とする薄膜キャパシタ。
  2. 【請求項2】 基板がn型またはp型に不純物ドープさ
    れたシリコン基板、Ga、As、In、PおよびAlの
    少なくとも2つから選ばれる元素の化合物基板、または
    SiとGeの固溶体基板である請求項1記載の薄膜キャ
    パシタ。
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