JPH08162617A - 薄膜キャパシタ及びその製造方法 - Google Patents

薄膜キャパシタ及びその製造方法

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JPH08162617A
JPH08162617A JP6298679A JP29867994A JPH08162617A JP H08162617 A JPH08162617 A JP H08162617A JP 6298679 A JP6298679 A JP 6298679A JP 29867994 A JP29867994 A JP 29867994A JP H08162617 A JPH08162617 A JP H08162617A
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dielectric layer
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修次 曽祢
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 RuO2 を下部電極に用いた場合においても
誘電率が高くリーク電流を低くすること。 【構成】 下部電極であるRuO2 上に酸素が欠乏した
酸化物誘電体層を設け、この上に酸化物誘電体薄膜を積
層する。 【効果】 RuO2 を下部電極に用いた場合においても
誘電率が高くリーク電流の低い薄膜キャパシタが得れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜キャパシタ及びそ
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】1Gビット以上の次世代高密度DRAM
用の容量絶縁膜として、高誘電率、絶縁性、化学的安定
性に優れたSrTiO3 、(Ba,Sr)TiO3
(Pb,Zr)TiO3 等の酸化物強誘電体薄膜の開発
が行われている。
【0003】一方、容量部の立体的面積拡大のため、サ
ブミクロンオーダーでの加工が可能な下部電極材料の検
討も重要な課題となっている。
【0004】RuO2 は室温で40μΩcmの低抵抗を
有し、加えてO2 +CF4 プラズマによるドライエッチ
ングが可能であり微細加工に適している(例えば、エス
・サイトら、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジクス、31巻、135頁、1992年
(S.Saito et al.,Jan.J.App
l.Phys.31,135,(1992)を参照)。
【0005】さらに、このRuO2 を下部電極として酸
化物誘電体薄膜((Ba,Sr)TiO3 )をスパッタ
法により形成した検討も行われている(例えば、ケー・
タケムラら、アプライド・フィジクス・レターズ、64
巻、2967頁、1994年(K.Takemura
et al., Applied PhysicsLe
tters. 64,2967−2969,(199
4)を参照)。
【0006】酸化物誘電体薄膜の成膜法としては、スパ
ッタ法、CVD法、sol−gel等の方法があるが、
特にCVD法はステップカバレジに優れ、スタック状電
極上に均一に成膜することが可能である。また、通常の
熱CVD法では成膜温度として600℃程度以上の高温
が必要であるが、O2 をECRプラズマにより励起した
ECR−CVD法では450℃の低温成膜が可能であ
り、実際のLSIプロセスへの適用が有力視されている
(例えば、山口ら、第41回応用物理学関係連合講演会
予稿集、410頁、1994年を参照)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、RuO
2 上に酸化物誘電体薄膜を積層する場合、酸化物誘電体
薄膜中にRuの混入が生じる。RuO2 はO2 と反応し
揮発性の高いRuO4 を形成するため、特にECR−C
VDのような多量の活性酸素を用いて酸化物誘電体薄膜
を積層する場合、成膜初期にRuO4 が発生し結果とし
てRuが酸化物誘電体薄膜中に取り込まれてしまう。R
uが酸化物誘電体薄膜中に混入すると誘電特性、リーク
電流特性が著しく悪化する。
【0008】本発明の目的は、下部電極であるRuO2
上に酸化物誘電体層を積層する場合に、酸化物誘電体薄
膜中へのRuの混入を抑制することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、下部電
極上に設けた酸素が欠乏した酸化物誘電体層と、該酸化
物誘電体層の上に積層した酸化物誘電体薄膜とを含むこ
とを特徴とする薄膜キャパシタが得られる。
【0010】また、本発明によれば、Si基板と、該S
i基板上に設けたバリア層と、該バリア層上に設けた下
部電極と、該下部電極上に設けた酸素が欠乏した酸化物
誘電体層と、該酸化物誘電体層上に設けた酸化物誘電体
薄膜と、該酸化物誘電体薄膜上に設けた上部電極とを有
していることを特徴とする薄膜キャパシタが得られる。
【0011】また、本発明によれば、下部電極上に酸素
分圧の低い熱CVD法により酸素が欠乏した薄い酸化物
誘電体層を形成した後、上部電極を形成することを特徴
とする薄膜キャパシタの製造方法が得られる。
【0012】
【作用】下部電極(RuO2 )上の酸素が欠乏した酸化
物誘電体層によりRuO2 の表面が安定化されるため、
以降RuO2 とO2 の反応により生じるRuO4 の生成
が抑制される。
【0013】したがって酸化物誘電体薄膜中へのRuの
侵入が抑制される。結果として、RuO2 を下部電極に
用いた場合においても誘電率が高くリーク電流の低い薄
膜キャパシタが得れる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の薄膜キャパシタ及びその製造
方法の一実施例について、図面を参照しながら説明す
る。図1は本発明の実施例に関わる薄膜キャパシタの断
面図である。
【0015】図1を参照して、薄膜キャパシタはSi基
板5と、Si基板5上に設けたバリア層(TiN)4
と、バリア層4上に設けた下部電極(RuO2 )2と、
下部電極(RuO2 )2上に設けた酸素が欠乏した酸化
物誘電体層(SrTiO3 )1と、この酸化物誘電体層
1上に設けた酸化物誘電体薄膜((Ba,Sr)TiO
3 )3と、を酸化物誘電体薄膜((Ba,Sr)TiO
3 )3上に設けた上部電極(Au)6とを有している。
【0016】Si基板5上にはスパッタ法によりTiN
4を50nm、RuO2 3を200nm積層する。Ru
2 2はキャパシタの下部電極、TiN4はSiとRu
22との反応を防ぐバリア層である。
【0017】このウエハをCVD装置成膜室に導入し、
600℃に加熱する。はじめに、O2 とRuO2 2との
反応を抑制するため、酸素分圧の低い(4.5Pa)熱
CVD法によりSrTiO3 1を5〜10nm積層す
る。成膜原料は、Sr(DPM)2 、Ti(i−OC3
7 4 、O2 で、キャリアガスはArである。原料温
度及び流量はSr(DPM)2 190℃、70scc
m、Ti(i−OC3 74 20℃、70sccm、
2 、70sccmである。堆積速度は0.8nm/m
inである。酸素分圧が低いため成膜されたSrTiO
3 1中の酸素量は化学量論的組成よりも30%程度低
い。
【0018】酸素が欠乏した酸化物誘電体層(SrTi
3 )1の形成の方法としては、化学量論的組成のSr
TiO3 1が得られる酸素分圧(37.5Pa)熱CV
DでSrTiO3 1を成膜した後、膜中のO濃度を減少
させるため約5minのO2プラズマ照射(O2 流量7
0sccm、プラズマパワー600W)を行うことでも
同様な効果が得られる。続いてこの酸素が欠乏したSr
TiO3 1の上にElectron Cyclotro
n Resonance(ECR)−CVD法により成
膜温度450℃で(Ba,Sr)TiO3 3を50nm
積層する。ECRではO2 プラズマを用いて成膜してい
る。Ba原料はBa(DPM)2 、SrとTiの原料は
上記熱CVD法の場合と同じである。
【0019】原料温度及び流量はBa(DPM)2 15
0℃、70sccm、Sr(DPM)2 190℃、70
sccm、Ti(i−OC3 7 4 20℃、70sc
cm、O2 70sccmで、ECRプラズマパワーは6
00Wである。堆積速度は1nm/minである。成膜
室圧力は1Paである。
【0020】その後、(Ba,Sr)TiO3 3上にス
パッタ法によりAu6を300nm形成する。RuO2
2とAu6を電極として薄膜キャパシタの誘電率、リー
ク電流密度を測定したところ、それぞれ300、1×1
-8cm/cm2 (1V印加時)という良好な結果が得
られた。
【0021】RuO2 2の表面が酸素分圧の低い熱CV
D法で成膜されたSrTiO3 1で覆われているため、
以降は活性酸素を用いるECR−CVD法による成膜を
行ってもRuO4 の生成が抑えられる。
【0022】したがって(Ba,Sr)TiO3 3層中
へRuの混入は抑制される。RuO2 2表面のSrTi
3 1は膜厚が薄くさらに酸素が欠乏しているため導電
性を示し、この上に誘電体である(Ba,Sr)TiO
3 3を積層しても全体の誘電率を下げることはない。
【0023】
【発明の効果】本発明の薄膜キャパシタ及びその製造方
法によれば、RuO2 上に酸素欠乏層を設け、この上に
酸化物誘電体薄膜を積層することにより、この酸化物誘
電体薄膜中へのRuの混入が抑制され、下部電極にRu
2 を用いた場合においても高誘電率でリーク電流の低
い薄膜キャパシタ及びその製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄膜キャパシタの一実施例を示す断面
図である。
【符号の説明】
1 酸化物誘電体層(SrTiO3 ) 2 下部電極(RuO2 ) 3 酸化物誘電体薄膜((Ba,Sr)TiO3 ) 4 バリア層(TiN) 5 Si基板 6 上部電極(Au)
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/822

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下部電極上に設けた酸素が欠乏した酸化
    物誘電体層と、該酸化物誘電体層上に積層した酸化物誘
    電体薄膜とを含むことを特徴とする薄膜キャパシタ。
  2. 【請求項2】 Si基板と、該Si基板上に設けたバリ
    ア層と、該バリア層上に設けた下部電極と、該下部電極
    上に設けた酸素が欠乏した酸化物誘電体層と、該酸化物
    誘電体層上に設けた酸化物誘電体薄膜と、該酸化物誘電
    体薄膜上に設けた上部電極とを有していることを特徴と
    する薄膜キャパシタ。
  3. 【請求項3】 薄膜キャパシタの製造方法において、下
    部電極上に酸素分圧の低い熱CVD法により酸素が欠乏
    した薄い酸化物誘電体層を形成した後、上部電極を形成
    することを特徴とする薄膜キャパシタの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998006131A1 (fr) * 1996-08-07 1998-02-12 Hitachi, Ltd. Composant a semi-conducteur et son procede de fabrication

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0621341A (ja) * 1992-04-29 1994-01-28 Motorola Inc ルテニウム酸塩電極を有するコンデンサ
JPH0668529A (ja) * 1992-04-13 1994-03-11 Sharp Corp 強誘電性素子のための多層電極

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