(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路内のキャパシタであって、
貴金属、合金、金属化合物、多結晶シリコン及びそれらの組合せからなるグループから選択された物質で構成され、プラグに接触した第１導電層と、
該第１導電層に接触し、厚さが２０ｎｍ〜１００ｎｍであり、５０原子％を超えるＲｈを含有する高ロジウム構造と、
厚さが１ｎｍ〜２０ｎｍであり、前記高ロジウム構造と直接接触した酸化ロジウム層と、
該酸化ロジウム層と直接接触したキャパシタ誘電体層と、
該キャパシタ誘電体層上に形成され、５０原子％を超えるＲｈを含有する貴金属合金層で構成された上部電極と
を備えたキャパシタ。
【請求項２】
前記貴金属合金層が、Ｒｈ−Ｐｔ合金で構成されている、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項３】
前記上部電極が、前記キャパシタ誘電体層と、前記上部電極との間に、第２の酸化ロジウム層を含む、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項４】
それぞれの前記酸化ロジウム層の厚さが、１ｎｍ〜２０ｎｍである、請求項３に記載のキャパシタ。
【請求項５】
前記上部電極の厚さが、２０ｎｍ〜１００ｎｍである、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項６】
前記キャパシタが、コンテナ形に形成されている、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項７】
前記キャパシタが、スタッド形に形成されている、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項８】
前記キャパシタ誘電体層が、５を超える誘電率を有する材料で構成されている、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項９】
前記キャパシタ誘電体層が、１０を超える誘電率を有する材料で構成されている、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１０】
前記キャパシタ誘電体層が、２０を超える誘電率を有する材料で構成されている、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１１】
前記キャパシタ誘電体層が、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）で構成されている、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１２】
前記ＢＳＴの厚さが、８ｎｍ〜４０ｎｍである、請求項１１に記載のキャパシタ。
【請求項１３】
前記キャパシタ誘電体層が、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を含む、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項１４】
前記Ｔａ２Ｏ５の厚さが、３ｎｍ〜２０ｎｍである、請求項１３に記載のキャパシタ。
【請求項１５】
一連の層からなるキャパシタ用電極であって、
少なくとも７０原子％のＲｈを含有するＲｈ−Ｐｔ合金である貴金属合金で構成された第１の層と、
５０原子％を超えるＲｈを含む第２の層と
を備えたキャパシタ用電極。
【請求項１６】
前記第１の層の厚さが、２０ｎｍ〜１００ｎｍである、請求項１５に記載のキャパシタ用電極。
【請求項１７】
５を超える誘電率を有する誘電体層と、
該誘電体層と接触した電極とを備え、
該電極が、少なくとも７０原子％のＲｈを含有するＲｈ−Ｐｔ合金で構成された高ロジウム構造を含む
集積回路キャパシタ。
【請求項１８】
ポリシリコンプラグを介して、下層の半導体基板と電気的に接続している状態に形成された、請求項１７に記載の集積回路キャパシタ。
【請求項１９】
少なくとも７０原子％のＲｈを含有するＲｈ−Ｐｔ合金で構成された高ロジウム層を成膜するステップ、および
該高ロジウム層の上に、５を超える誘電率を有する誘電体層を成膜するステップ
を含む集積回路の製造方法。
【請求項２０】
前記誘電体層の上に、少なくとも７０原子％のＲｈを含有するＲｈ−Ｐｔ合金で構成された第２の高ロジウム層を成膜するステップをさらに含む、請求項１９に記載の集積回路の製造方法。
【請求項２１】
それぞれの前記高ロジウム層のＲｈ含有量が、９６原子％を超えている、請求項２０に記載の集積回路の製造方法。
【請求項２２】
前記誘電体層を成膜する前に、前記高ロジウム層の上に、直接酸化ロジウム層を成膜するステップをさらに含む、請求項１９に記載の集積回路の製造方法。
【請求項２３】
前記第２の高ロジウム層を成膜する前に、前記誘電体層の上に、直接酸化ロジウム層を成膜するステップをさらに含む、請求項２０に記載の集積回路の製造方法。
【請求項２４】
集積回路用のキャパシタを形成する方法であって、
所定のキャパシタ形状を形成するステップと、
該キャパシタ形状に合致するように、貴金属、合金、金属化合物、ポリシリコン及びそれらの組合せからなるグループから選択された物質で構成された第１導電層を形成するステップと、
前記キャパシタ形状に合致するように、５０原子％を超えるＲｈを含有する高ロジウム構造を前記第１導電層上に形成するステップと、
該高ロジウム構造の上に、直接酸化ロジウム層を形成するステップと、
高い誘電率を有する誘電体層を、直接前記酸化ロジウム層の上に成膜するステップと、
前記誘電体層の上に、直接酸化ロジウム層を形成するステップと、
５０原子％を超えるＲｈと他の貴金属との合金で構成された高ロジウム構造を、前記誘電体層上の酸化ロジウム層の上に形成するステップと
を含むキャパシタの形成方法。
【請求項２５】
前記第１導電層上の前記高ロジウム構造及び前記酸化ロジウム層上の前記高ロジウム構造のうちの少なくとも１方のＲｈ含有量が、９６原子％を超えている、請求項２４に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項２６】
前記第１導電層上の前記高ロジウム構造及び前記酸化ロジウム層上の前記高ロジウム構造のうちの少なくとも１方を形成するステップを、化学気相成長法によって行う、請求項２４に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項２７】
前記化学気相成長法が、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法である、請求項２６に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項２８】
前記ＭＯＣＶＤ法で使用される前駆体ガスが、Ｒｈ（η５−Ｃ５Ｈ５）（ＣＯ）２とＮ２Ｏである、請求項２７に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項２９】
前記ＭＯＣＶＤにおける成膜温度が、２００℃〜５５０℃である、請求項２８に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項３０】
前記第１導電層上に形成された前記高ロジウム構造が、Ｒｈと他の貴金属との合金で構成されている、請求項２４に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項３１】
前記第１導電層上の前記高ロジウム構造の上に、直接酸化ロジウム層を形成するステップが、前記高ロジウム構造の上面を酸化する処理を含む、請求項２４に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項３２】
前記誘電体層の上に、直接酸化ロジウム層を形成するステップが、最初に金属ロジウム層を成膜し、次いで該金属ロジウム層全体を酸化する処理を含む、請求項２４に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項３３】
前記酸化する処理が、Ｏ、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２ＯおよびＨ２Ｏからなるグループから選択された、酸素を含む雰囲気に、前記金属ロジウム層を曝露することを含む、請求項３２に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項３４】
前記酸化する処理が、３００℃〜８００℃の温度で実施される、請求項３３に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項３５】
前記酸化ロジウム層を形成するステップが、化学気相成長を含む、請求項２４に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項３６】
前記化学気相成長による処理において、Ｒｈ（η５−Ｃ５Ｈ５）（ＣＯ）２ガス及び酸化剤を使用する、請求項３５に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項３７】
前記化学気相成長が、２００℃〜５５０℃で実施される、請求項３６に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項３８】
前記誘電体層を成膜するステップが、前駆体Ｂａ（ＤＰＭ）２（ｔｅｔ）、Ｓｒ（ＤＰＭ）２（ｔｅｔ）およびＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４を使用したチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）の化学気相成長を含み、ＤＰＭがビス（ジピバロイルメタナト）であり、ｔｅｔがテトラグリムである、請求項２４に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項３９】
前記化学気相成長が、４００℃〜７００℃で実施され、続いて、ＢＳＴが、酸素を含む雰囲気中で４００℃〜６５０℃でアニールされる、請求項３８に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項４０】
前記誘電体層を成膜するステップが、前駆体Ｂａ（ｔｈｄ）２およびＳｒ（ｔｈｄ）２、ならびにＴｉ（イソプロポキシ）２（ｔｈｄ）２またはＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｐｒ）２（ｔｈｄ）２を使用したチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）の化学気相成長を含み、ｔｈｄがテトラメチルヘプタンジオナートである、請求項２４に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項４１】
前記化学気相成長が、５００℃〜８００℃で実施され、続いて、ＢＳＴが、酸素を含む雰囲気中で４００℃〜６５０℃でアニールされる、請求項４０に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項４２】
前記誘電体層を成膜するステップが、ＡｒとＯ２の混合ガス中で、Ｂａ０．５Ｓｒ０．５ＴｉＯ３で構成されたターゲットを、高周波マグネトロンによりスパッタリングし、前記チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）を形成することを含む、請求項２４に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項４３】
急速熱処理装置（ＲＴＰ）を使用して、Ｎ２環境中で１分間、ＢＳＴをアニールするステップをさらに含む、請求項４２に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項４４】
前記誘電体層を成膜するステップが、ヘリウムによって運ばれたＴａ（ＯＣ２Ｈ５）５ガスを使用して、酸化タンタル（ＴａＯｘ）を形成する化学気相成長を含む、請求項２４に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項４５】
前記化学気相成長が、３５０℃〜５５０℃で実施される、請求項４４に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項４６】
前記ＴａＯｘを、４００℃〜５００℃で、紫外光の中で、３０秒〜１０分間、Ｏ２またはＯ３雰囲気中でアニールするステップをさらに含む、請求項４５に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項４７】
前記ＴａＯｘを、７００℃〜８５０℃で、１０分〜２時間、酸素または水蒸気雰囲気中でアニールするステップをさらに含む、請求項４５に記載のキャパシタの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い誘電率を有する絶縁材料に対して良好な、信頼できる、強固(robust)な接触を有する電極構造に関し、詳細には、これらの電極構造および高誘電率材料を用いてマイクロエレクトロニクスデバイス中にキャパシタを形成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
キャパシタは、集積回路設計、特にダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）などの高密度メモリチップの設計において極めて重要なデバイスである。
【０００３】
静電容量は、誘電体と接触する電極の面積と絶縁材料の誘電率とに比例する。１枚のチップ上のデバイス数が増やされる傾向にあり、デバイスをますます小さくする必要が生じてきたため、キャパシタを製造する方法も変更を余儀なくされた。チップの表面積をあまり使用せずに、電極の接触面積をどうやって増やすかという問題に対しては、キャパシタのトポグラフィを変更するという方法が採られた。とりわけ、上下に積み上げられた平面層からデバイスがなる以前の「フラットサンドイッチ（ｆｌａｔ  ｓａｎｄｗｉｃｈ）」構成に代わって、「コンテナ（ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）」構成、「スタッド（ｓｔｕｄ）」構成などが使用されるようになった。
【０００４】
コンテナキャパシタは、絶縁材料層にあけられた穴またはバイアの中に作られる。キャパシタを構成する積層構造は、これらの層が順々に成膜されるので、バイアの形状に一致する。したがって、電極の接触面積には、コンテナの円筒形の側面と円形の底面とが含まれる。いくつかの設計では、円筒形の外表面も使用することができる。それでもこのキャパシタは、バイア頂部の円形開口の大きさしかチップ表面積（「フットプリント」）を占有しない。
【０００５】
同様に、一連の成膜、フォトリソグラフィおよびエッチング段階を通して電極材料の柱（ｃｏｌｕｍｎ）を形成し、その上に柱の外表面に合致した追加のキャパシタ層を成膜するスタッド構成のキャパシタを作ることもできる。この場合も、全電極／誘電体接触面積、すなわちキャパシタの有効表面積に比べて、キャパシタが占有するチップの表面積は小さい。このキャパシタの有効表面積には、柱の円筒形の側面および頂部が含まれる。
【０００６】
小さな面積からより多くの静電容量を得る別の方法は、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの高い誘電率（ｋ）を有する誘電材料、いわゆるＨＤＣを使用する方法である。これらの材料の難点は、高温下での処理中に酸素を失う傾向があることである。これによって誘電特性の望ましくない変化が生じ、周囲の材料が酸化される可能性がある。さらに、これらの材料を形成するほとんどのプロセスは、これらの下にあるポリシリコンプラグなどの集積回路の導電性要素を腐食させる可能性がある酸化性の強い雰囲気下での処理を含んでいる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、集積回路中にキャパシタを形成するためのプロセスおよび材料であって、高誘電率材料の使用と両立するプロセスおよび材料が求められている。ＨＤＣからの酸素の拡散に対する障壁（バリア）となり、かつキャパシタ電極に必要な導電特性を有する材料を使用するのが有利であろう。
【０００８】
本発明に係る一態様によれば、集積回路内のキャパシタが提供される。このキャパシタは、貴金属、合金、金属化合物、多結晶シリコン及びそれらの組合せからなるグループから選択された物質で構成され、プラグに接触した第１導電層と、第１導電層に接触し、厚さが２０ｎｍ〜１００ｎｍであり、５０原子％を超えるＲｈを含有する高ロジウム構造と、厚さが１ｎｍ〜２０ｎｍであり、高ロジウム構造と直接接触した酸化ロジウム層と、酸化ロジウム層と直接接触したキャパシタ誘電体層と、キャパシタ誘電体層上に形成され、５０原子％を超えるＲｈを含有する貴金属合金層で構成された上部電極とを備える。例示した実施の形態では、キャパシタが、スタッドまたはコンテナの形状であってもよく、高ロジウム構造中に貴金属合金を含んでいてもよい。また、キャパシタ誘電体層には、高誘電率材料を使用することが好ましい。
【０００９】
本発明に係る別の態様によれば、一連の層からなるキャパシタ用電極が提供される。この電極は、少なくとも７０原子％のＲｈを含有するＲｈ−Ｐｔ合金である貴金属合金で構成された第１の層と、５０原子％を超えるＲｈを含む第２の層とを備えている。
【００１０】
本発明に係る別の態様によれば、集積回路の製造方法が提供される。この方法は、少なくとも７０原子％のＲｈを含有するＲｈ−Ｐｔ合金で構成された高ロジウム層を成膜すること、およびその上に誘電体層を成膜することを含んでいる。この誘電体層を構成する材料は５を超える誘電率を有することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係るこれらの態様およびその他の態様は、以下の詳細な説明および添付図面を検討することによって、当業者には容易に明白となろう。添付図面は本発明を例示するものであって本発明を限定するものではない。
【００１２】
本発明に係る好ましい実施の形態を、以下に図面を参照して説明する。当業者であれば、本明細書に開示する原理および利点を他の電子装置に容易に適用することができよう。本発明に係る電極は、揮発性材料に隣接した領域で、または高酸化性雰囲気中で処理されるときに、特に有用である。
【００１３】
チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ケイ酸ハフニウム（ＨｆＯ２−ＳｉＯ２）、ケイ酸ジルコニウム（ＺｒＯ２−ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３）などのＨＤＣ（高誘電率）材料では、これらの材料よりも小さな誘電率を有する材料で得られる静電容量密度よりも大きな静電容量密度が得られる。したがって、より小さな表面積でより大きな静電容量が得られるので、ＨＤＣ材料を集積回路のキャパシタに使用することは非常に望ましい。残念なことに、これらの材料は、その後の高温下での処理中に酸素を失う傾向があり、成膜、キュアリングおよび集積回路製造の全体を通じて、周囲の材料が酸化される可能性がある。そのために、キャパシタを通り抜ける漏れ電流が生じることになる。
【００１４】
ＨＤＣ材料と接触する導電性電極層は、完全なキャパシタ構造を形成するのに必要なもう１つの構成要素である。下部電極は、ＨＤＣ材料と基板との間の良好な電気的接触を維持することができなければならず、かつＨＤＣの成膜およびアニール中における一般に６００℃を超える高酸化性雰囲気に耐えることができなければならない。白金などのいくつかの貴金属は酸素と反応しないが、これらの貴金属を通り抜けて酸素が拡散する。これによって、その下にあるコンタクトプラグ、シリコン基板などの近くの材料が酸化される可能性がある。当然ながら酸化によってこれらの要素の導電性が低下し、または破壊される。
【００１５】
本発明に係る好ましい実施の形態では、ロジウム（Ｒｈ）含有量の高いキャパシタ電極構造を使用する。この電極は、酸素拡散バリアと導体の両方の役割を果たす。Ｒｈを含んだこの層は、純粋な金属Ｒｈ、または高濃度のＲｈを含む合金を含むことができる。この電極は、後に述べるように、いくつかの方法で形成することができる。この電極を形成した後は、Ｒｈを含んだこの電極構造によって、ＨＤＣを劣化させることなく、かつ周囲の材料を酸化させることなく、かつ電極の導電特性を失うことなく、後続の高温下での処理を実施することが可能になる。開示した電極は、誘電体層と直接接触した少なくとも１層の薄いＲｈＯx界面層を含んでいる。さらに、酸化ロジウムは、ＲｈまたはＲｈ合金電極構造の結晶粒界に沿って優先的に形成され、通常は酸素が素速く拡散する経路を封鎖する。
【００１６】
図１は、好ましい実施の形態に従って形成されたキャパシタ１０を示す模式的断面図である。この図の倍率は一律ではない。キャパシタ１０は、その下の回路構成要素への導電経路を形成しているコンタクト１２の上に形成されている。好ましい実施の形態では、このコンタクト１２がポリシリコンプラグを含み、より好ましくはコンタクト１２が、その表面に、薄い窒化チタン層などの導電性を有する拡散バリア１４を含む。コンタクト１２は、一般に、絶縁層１６を貫通して、半導体基板中のトランジスタの活性領域（図示せず）まで延びている。この基板は一般に、デバイスが形成された半導体材料の最下層を構成する。例えば、基板には、単結晶シリコンウェーハ、エピタキシャルシリコン層、ガリウムヒ素およびその他のＩＩＩ−Ｖ属の材料層が含まれる。
【００１７】
キャパシタ１０は、複数の導電層を含む第１の電極または下部電極２０を含んでいる。これらの導電層の少なくとも１層が、高ロジウム（ロジウム含有量が高い）層である。すなわち約５０原子パーセントを超えるロジウムを含む。高ロジウム層は、好ましくは約６０原子パーセントを超えるロジウムを含有し、約７０原子パーセントから９０原子パーセントのロジウムを含有することがより好ましい。
【００１８】
図示した下部電極２０は、第１の導電層または構造導電層２２を含む。この層は、貴金属、金属合金、金属化合物、ポリシリコンまたはこれらの組合せ（例えばポリシリコンの上に窒化チタン）を含むことができる。図３〜５の例から理解されるように、構造導電層２２は、キャパシタ１０の基本形状を画定することができる。しかし、当業者なら容易に理解できるとおり、高ロジウム構造２４を用いてキャパシタの形状を直接画定する場合には、この第１の層を省略することができる。
【００１９】
図示した下部電極２０は、第１の導電層２２の上に高ロジウム構造２４が設けられている。高ロジウム構造２４は、１つまたは複数の高ロジウム層を含むことができる。好ましい例には、「純粋」（＞９６原子％）なロジウム；高ロジウム合金、好ましくは貴金属との高ロジウム合金；および高ロジウムの貴金属合金の上に純粋なロジウム層が形成された２重層が含まれる。本明細書で使用するとき、貴金属には、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、銀および金が含まれる。白金は、高ロジウム合金に最も好ましい貴金属である。２重層では、ロジウム合金が高ロジウム合金であることが好ましいが、合金に含まれるロジウムが少量であっても、比較的に厚い純粋なロジウム層が合金の上にある場合には、高ロジウム構造２４は高ロジウムとなりうることを理解されたい。
【００２０】
図示したとおり、下部電極２０は、さらに、高ロジウム構造２４の上に直接形成された酸化ロジウム（ＲｈＯx）層２６を含む。後に示す図２の説明から理解されるように、酸化ロジウム層２６は、高ｋ（誘電率）誘電体層の成膜およびキュアリングの間に、自然に形成される薄い界面層を含んでいてもよいが、成膜または成長させた層を含むことがより好ましい。酸化ロジウム層２６は、化学量論的にＲｈ2Ｏ3の形態をしていることがより好ましい。
【００２１】
図示した誘電体層３０は、高い誘電率ｋを有する材料である。本明細書で使用するとき、ＨＤＣとして知られる高誘電率材料には、誘電率が５よりも大きい、好ましくは１０よりも大きい、最も好ましくは２０よりも大きい材料が含まれる。これらの基準を満たす好ましい材料には、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ケイ酸ハフニウム（ＨｆＯ２−ＳｉＯ２）、ケイ酸ジルコニウム（ＺｒＯ２−ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）および酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ３）が含まれる。
【００２２】
キャパシタ１０は、複数の導電層を含む第２の電極または上部電極４０を備えている。酸化ロジウム層（ＲｈＯx）４２は、下部電極２０のＲｈＯx層２６に類似した層である。この上部電極のＲｈＯx層４２は、高ロジウム層４４を成膜した後にＨＤＣ層をキュアリングする際に、またはその後の集積回路に対する別の熱処理中に、薄い界面層として形成することができる。
【００２３】
他の構成では、純粋なロジウムの薄膜を成膜し、次いでそれを完全に酸化させることによってＲｈＯx層４２を形成する。化学気相成長によって、ＨＤＣ層上にＲｈＯx層４２を直接成膜することがより好ましい。その結果得られる酸化物が、化学量論的にＲｈ2Ｏ3の形態であることが最も好ましい。
【００２４】
図示した上部電極４０のＲｈＯｘ層４２の上には、下部電極２０の高ロジウム構造２４に類似した高ロジウム構造４４がある。高ロジウム構造４４は、１つまたは複数の高ロジウム層を含むことができる。先の高ロジウム構造２４に対する説明と同様に、好ましい例には、「高純度」（＞９６原子％）のロジウム；高ロジウム合金、好ましくは貴金属を含む高ロジウム合金；および高ロジウムの貴金属合金の上に純粋なロジウム層が形成された２重層が含まれる。この場合もやはり、高ロジウム合金に最も好ましい貴金属は白金である。当技術分野で周知のとおり、次いでこの上部電極を、それぞれのセルまたはアレイにパターニングすることができる。
【００２５】
図２は、キャパシタを形成する方法の概要を示すフローチャートである。目標のキャパシタ形状はいくつかの構成で形成することができるが、図１を参照して説明したように構造導電層２２を成形することによって形成することが好ましい（ステップ２００）。さまざまな可能性には、図１に示したデバイスが平面層からなるフラットサンドイッチ構造、フォールディングスタックト構造またはトレンチ構造、および凸凹の表面（ｒｕｇｇｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）を有する構造が含まれる。これらの例は、本発明に係る実施の形態の説明を助けるためのものであり、当業者が使用することができる他の構成を排除しようとするものではない。
【００２６】
キャパシタ形状の好ましい実施の形態には、コンテナ構造およびスタッド構造が含まれる。コンテナ構造は、絶縁材料層に形成された穴の中に作られる。例えば、図１に示した構造導電層２２をこの穴の形状に合わせて成膜することができ、後に論じるように、穴の中のこの層の上に、キャパシタを構成する他の構造を形成する。スタッド構造は、構造導電層２２が材料の柱を構成するときに得られ、以降のキャパシタ構造はこの柱の表面に形成される。当業者には、この最初の穴／柱構造の形成に含まれる手順は周知である。これには成膜、フォトリソグラフィおよびエッチング処理が含まれる。
【００２７】
続けて図２を参照する。このキャパシタ形状の上に、このキャパシタ形状に合致した高ロジウム構造２４を成膜する（ステップ２２０）。好ましい実施の形態では、この構造を化学気相成長（ＣＶＤ）、より好ましくは有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）によって形成する。図１に関して先に説明したとおり、高ロジウム構造２４は、１つまたは複数の高ロジウム層を含むことができ、高ロジウムという用語は、純粋なロジウム、すなわちロジウム含有量が９６原子パーセントを超えるロジウム、またはロジウム含有量が少なくとも５０原子パーセント、好ましくは６０原子パーセント超え、より好ましくは７０原子パーセントから９０原子パーセントであるロジウム含有量が高い貴金属合金を意味する。
【００２８】
ＣＶＤまたはＭＯＣＶＤによる純粋なロジウム層の形成に使用する前駆体ガスは、Ｒｈ２（μ−Ｃｌ）２（ＣＯ）４、Ｒｈ（η５−Ｃ５Ｈ５）（ＣＯ）２、Ｒｈ（η５−Ｃ５Ｈ５）（１．５−ＣＯＤ）、Ｒｈ（η３−ａｌｌｙｌ）（ＣＯ）２、Ｒｈ（η３−ａｌｌｙｌ）３および（（ＰＦ３）２ＲｈＣｌ２）２を含む、いくつかの揮発性ロジウム化合物の中から選択することができる。他の周知の揮発性ロジウム化合物およびまだ開発されていない揮発性ロジウム化合物を使用することもできる。好ましい実施の形態では、Ｒｈ（η５−Ｃ５Ｈ５）（ＣＯ）２が使用される。成膜温度は、好ましくは約２００℃から５５０℃、より好ましくは２５０℃から５００℃である。好ましいキャリヤガスは、ヘリウムおよびアルゴンである。実験を行って、それぞれの前駆体ガスに最適な成膜条件を選ばなければならないことを当業者は理解されたい。有機原料ガスを用いて真空下で形成した膜は、炭素および酸素でかなり汚染されている可能性がある。しかし、前駆体ガスに水素を組み合わせると、成膜するロジウム膜の純度を９０原子％超えに高め、場合によっては９８原子％まで高めることができる。
【００２９】
他の構成において、ＭＯＣＶＤによって高ロジウム合金を成膜させるときには、この層の形成に使用するガスが、純粋な元素を形成する複数のガスの組合せである。最も好ましい高ロジウム合金はＲｈ−Ｐｔ合金である。白金の前駆体ガスの例には、メチル−シクロペンタジエニル白金（ＩＶ）−トリメチル（ＭｅＣｐＰｔ（Ｍｅ）3）がある。このガスを、成膜する膜の目標の合金組成が得られる割合で、ロジウムの前駆体ガスと組み合わせる。Ｒｈ前駆体ガスの流量は、約１５ｓｃｃｍから１００ｓｃｃｍであることが好ましい。Ｐｔ前駆体ガスの流量は、約５ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍであることが好ましい。反応室の圧力は、約１Ｔｏｒｒ（１．３×１０2Ｐａ）から８０（１．０×１０4Ｐａ）である。Ｒｈ−ＰｔのＭＯＣＶＤ処理の温度は、３００℃から５００℃、より好ましくは３５０℃から４６０℃である。好ましい酸化ガスは一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）であり、流量は約１００ｓｃｃｍから１５００ｓｃｃｍとするのが好ましい。ＮＯ、Ｏ2、Ｏ3、Ｈ2Ｏなどの他の酸化ガスを、約１００ｓｃｃｍから１５００ｓｃｃｍの流量で使用することもできる。
【００３０】
高ロジウム構造の上に、直接酸化ロジウムを形成する（ステップ２３０）。一実施の形態では、高ロジウム層の一部を酸化することによってＲｈＯxを形成する。この酸化は、Ｏ、Ｏ2、ＮＯ、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏなどの酸素を含んだ、好ましくは約３００℃から８００℃、より好ましくは約４００℃から７００℃の雰囲気中で実行する。反応室の圧力は、約１Ｔｏｒｒ（１．３×１０2Ｐａ）から６６０（８．６×１０4Ｐａ）とし、酸化は、約０．５分から３．０分間続ける。
【００３１】
他の構成では、酸化ロジウム構造を、直接化学気相成長によって形成することができる。このときには、流量約１０ｓｃｃｍから１００ｓｃｃｍの前駆体ガスＲｈ（η5−Ｃ5Ｈ5）（ＣＯ）2、約５０ｓｃｃｍから１５００ｓｃｃｍの酸化剤（例えばＮ2Ｏ）を使用し、反応室内の圧力は約１Ｔｏｒｒ（１．３×１０2Ｐａ）から８０（１．０×１０4Ｐａ）とすることが好ましい。成膜温度は、２００℃から５５０℃、より好ましくは３００℃から５００℃である。好ましい実施の形態では、続いてこの膜を、約０．５分から２．０分間、好ましくは約３５０℃から４６０℃でアニールして、結晶粒を粗大化させ、膜の炭素含有量を低下させる。
【００３２】
一般に、積極的な形成処理を行わなくても、後続の高ロジウム構造への高誘電率（ＨＤＣ）誘電体層の成膜およびアニーリングの間に（ステップ２４０）、ある程度の酸化ロジウム層が界面に形成される（ステップ２３０）。
【００３３】
ＨＤＣ層は、高い誘電率を有する任意の材料によって形成することができるが、ＨＤＣ層は、チタン酸バリウムストロンチウムを含むことが好ましい。チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）は、一般に、バリウム、ストロンチウムおよびチタンを含む揮発性反応物を、酸素雰囲気の化学気相成長室（反応室）に導入することによって形成することができる。１つのプロセスの例では、テトラメチルヘプタンジオナート（ｔｈｄ）を含む有機金属前駆体を使用して、処理室（反応室）内の高酸化性雰囲気中で反応させる。このグループの前駆体の例には、Ｂａ（ｔｈｄ）2およびＳｒ（ｔｈｄ）2、ならびにＴｉ（イソプロポキシ）2（ｔｈｄ）2またはＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｐｒ）2（ｔｈｄ）2がある。この化学気相成長は、好ましくは約５００℃から８００℃、より好ましくは６００℃から７００℃の温度で実施する。他のプロセスの例では、Ｂａ（ＤＰＭ）2（ｔｅｔ）、Ｓｒ（ＤＰＭ）2（ｔｅｔ）およびＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）4を含む前駆体を使用する。ＤＰＭは、ビス（ジピバロイルメタナト）であり、ｔｅｔはテトラグリムである。この成膜は、約４００℃から約７００℃で実施することが好ましい。続いてこのＢＳＴ層を、酸素を含んだ雰囲気中で、４００℃から６５０℃、より好ましくは約５５０Ｃ℃の温度でアニールする。アニール雰囲気の例には、５０Ｔｏｒｒ（６．５×１０3Ｐａ）から６６０Ｔｏｒｒ（８．８×１０4Ｐａ）、より好ましくは約６６０Ｔｏｒｒ（８．８×１０4Ｐａ）のＯ2とＮ2Ｏの混合物が挙げられる。
【００３４】
あるいは、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）をＨＤＣ層として使用してもよい。酸化タンタルは、ヘリウムガスによって運ばれたＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5ガスを使用し、約３５０℃から５５０℃、より好ましくは約４３０℃から５００℃で化学気相成長を行うことによって成膜することができる。酸素ガスの流量は、約１００ｓｃｃｍから１５００ｓｃｃｍ、反応室内の圧力は約１Ｔｏｒｒ（１．３×１０2Ｐａ）から２０Ｔｏｒｒ（２．６×１０3Ｐａ）である。このＴａ2Ｏ5を、４００℃から５００℃で、紫外光の中で、約３０秒から１０分間、好ましくは約３分間、Ｏ2またはＯ3雰囲気中でアニールする。あるいは、このＴａ2Ｏ5を、７００℃から８５０℃、好ましくは約７５０℃で、１０分から２時間、より好ましくは約１時間、酸素または水蒸気雰囲気中でアニールしてもよい。
【００３５】
ＨＤＣの成膜（ステップ２４０）に続いて、ＨＤＣ層の上に、直接上部酸化ロジウム層を形成する（ステップ２５０）。一実施の形態では、ステップ２３０に関して先に述べたとおり、酸化ロジウム構造を化学気相成長によって形成してもよい。あるいは、厚さ約１ｎｍから１０ｎｍ、より好ましくは約２ｎｍから５ｎｍの金属ロジウムの層を、ＨＤＣ層の上に成膜する。次いで、第１の酸化ロジウム層の形成（ステップ２３０）で、１つの可能性として説明したとおり、この層を完全に酸化する。完成した酸化層の厚さは、最初の金属ロジウム層の約２倍になる。
【００３６】
酸化ロジウム層の上に上部高ロジウム構造を成膜する（ステップ２６０）。この成膜ステップ２６０には、先にステップ２２０に関して説明した方法と同じ方法を使用することができる。
【００３７】
本発明に係る好ましい実施の形態に従って形成された構造の例を図３〜５に示す。
【００３８】
図３は、スタッドキャパシタの例を示す断面図である。この図を参照することにより、スタッドキャパシタを理解することができる。図の倍率は一律ではない。シリコン基板１００の一部が、その上の絶縁層１１２とともに示されている。絶縁層１１２にはコンタクトホールがあり、このコンタクトホールには、ポリシリコンが埋め込まれたプラグ１１４が形成されており、その上に薄い窒化チタン（ＴｉＮ）または窒化チタンシリコン（ＴｉＳｉxＮy）拡散バリア層１１６が被覆されている。拡散バリア層１１６の厚さは、約４０ｎｍから２００ｎｍであることが好ましい。最初の白金柱１１８、その上の高ＲｈのＲｈ−Ｐｔ合金層１２０、ＨＤＣ層１２２、別の高ＲｈのＲｈ−Ｐｔ合金層１２４、最も上の別のＰｔ層１２６を有するキャパシタ構造が形成されている。白金柱１１８の直径は、好ましくは約５０ｎｍから１０００ｎｍ、より好ましくは約５０ｎｍから５００ｎｍである。高ＲｈのＲｈ−Ｐｔ合金層１２０、１２４の厚さは、好ましくは約２０ｎｍから１００ｎｍ、より好ましくは２０ｎｍから５０ｎｍである。ＨＤＣ層１２２の厚さは、ＢＳＴでは約８ｎｍから４０ｎｍ、Ｔａ2Ｏ5では約３ｎｍから２０ｎｍであることが好ましい。Ｐｔ層１２６の厚さは約１０ｎｍから１００ｎｍであり、より好ましくは約２０ｎｍから５０ｎｍである。
【００３９】
図４は、コンテナキャパシタの例を示す断面図である。この図の倍率は一律ではない。この場合も、シリコン基板１００、および拡散バリア層１１６で覆われたポリシリコンプラグ１１４がある。プラグ１１４は、絶縁層１１２のコンタクトホールに形成されている。厚い絶縁層１３０の中にコンテナホールが形成されている。現状の技術によるＤＲＡＭ回路設計では、コンテナホールの直径は好ましくは約５０ｎｍから１０００ｎｍ、より好ましくは約５０ｎｍから５００ｎｍである。コンテナの形状に合致したロジウム（Ｒｈ）層１３２を有するキャパシタ構造が形成されている。Ｒｈ層１３２の厚さは好ましくは約２０ｎｍから１００ｎｍ、より好ましくは２０ｎｍから５０ｎｍである。この層を、ＲｈＯx層１３４、ＨＤＣ層１３６および別のＲｈＯx層１３８が覆っている。それぞれのＲｈＯx層の厚さは、好ましくは約１．０ｎｍから２０．０ｎｍ、より好ましくは５．０ｎｍから１０．０ｎｍである。ＨＤＣ層１３６の厚さは、ＢＳＴでは約１０ｎｍから４０ｎｍ、Ｔａ2Ｏ5では約３ｎｍから２０ｎｍであることが好ましい。残った開口にはＲｈ１４０が埋め込まれている。
【００４０】
図５は、別のスタッドキャパシタの例を示す断面図である。この図の倍率は一律ではない。基礎をなす構造は、図３および４に関して先に説明したものと同じである。このキャパシタ構造は、Ｒｈからなるスタッドの形状をした下部電極１５０、これを覆うＨＤＣ層１５２、およびこのＨＤＣ層１５２を覆い上部電極を構成するＲｈ層１５４を含む。スタッドの直径は、好ましくは約５０ｎｍから１０００ｎｍ、より好ましくは約５０ｎｍから５００ｎｍである。ＨＤＣ層１５２の厚さは、ＢＳＴでは約１０ｎｍから４０ｎｍ、Ｔａ2Ｏ5では約３ｎｍから２０ｎｍであることが好ましい。上部Ｒｈ層は、好ましくは約２０ｎｍから１００ｎｍ、より好ましくは２０ｎｍから５０ｎｍである。Ｒｈ層（下部電極）１５０、１５４およびＨＤＣ層１５２の境界に酸化ロジウムの薄い界面層が形成されている。
【００４１】
本発明の好ましい実施の形態は、集積回路内にキャパシタを形成するためのプロセスおよび材料であって、高誘電率材料の使用と両立するプロセスおよび材料を提供するものである。ロジウムは、電極として、特にＨＤＣに隣接した電極として非常に有用である。ロジウムは、また、良好な酸素拡散バリアであり、したがってＨＤＣからの酸素の外部拡散を防止し、それによって有害な酸化の影響から、集積回路内の近傍の材料を保護する。さらに、ＨＤＣ材料からの酸素の損失は、ＨＤＣ材料の誘電特性の望ましくない変化をもたらす。酸素が外部へ拡散することができない場合には、酸素がＨＤＣ層の中に閉じ込められ、それによってＨＤＣ層の誘電特性が維持される。
【００４２】
これらの構造を形成するほとんどのプロセスは、強い酸化性雰囲気で行うことが適しており、酸化性雰囲気下では、ＨＤＣ／Ｒｈ界面の一部のロジウムが酸化される。しかし、ロジウムと酸化ロジウムはともに良好な電気導電性を有するので、電極はその導電性を維持する。高ロジウム構造とＨＤＣの界面にある酸化ロジウムは、さらに、拡散バリアとしての役割を果たす。ＨＤＣ材料およびロジウムを用いて形成されたキャパシタは、時間が経過しても劣化しにくい。
【００４３】
従来は、電極材料として酸化ルテニウム（ＲｕＯx）を使用してきたが、酸化ルテニウムは強い酸化剤であり、周囲の材料を酸化させる傾向がある。白金も使用された。白金は酸化されないが、酸素拡散に対する有効なバリアとはならない。したがって、酸素は白金を通り抜けて拡散し、周囲の材料と反応する。一方、ロジウム含有量の高い電極は、これらの問題を克服することができる。
【００４４】
以上の発明は、ある好ましい実施の形態に関して説明してきたが、本明細書に開示されている事項を検討すれば、当業者には他の実施の形態が明白であろう。例えば、好ましい実施の形態としては、スタッド構成およびコンテナ構成の例を説明したが、当業者であれば、本明細書に開示した原理を、より単純なまたはより複雑なキャパシタ設計に適用することができるであろう。したがって、本発明は、上記の好ましい実施の形態に係る説明によって限定されるものではなく、唯一、添付する請求項に記載された事項を参照することによって定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】好ましい実施の形態に従って形成されたキャパシタの構造を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施の形態に係るキャパシタの形成方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る一実施の形態に従って形成された、５層構造を有するスタッドキャパシタの例を示す模式的断面図である。
【図４】本発明に係る一実施の形態に従って形成された、５層構造を有するコンテナキャパシタの例を示す模式的断面図である。
【図５】本発明に係る一実施の形態に従って形成された、３層構造を有するスタッドキャパシタの例を示す模式的断面図である。
【図１】
0004399521.tif 000002
【図２】
0004399521.tif 000003
【図３】
0004399521.tif 000004
【図４】
0004399521.tif 000005
【図５】
0004399521.tif 000006