METHOD OF MAKING A THIN FILM CAPACITOR

Abstract: 1. Method of making a thin film capacitor with metal oxide or nitride dielectric with a high dielectricity constant, where on an isolation or semiconductor substrate (11) a first electrically conductive metal thin film is applied as capacitor electrode (13) on which in a vacuum chamber a metal oxide or nitride layer is formed as dielectric thin film (15), to apply subsequently a second electrically conductive metal thin film as a counter capacitor electrode (17), characterized in that the surface of the capacitor electrode (13) is directly exposed to the ion beam implantation so that the respective metal thin film region, depending on the type of ions implanted, is transformed either into a metal oxide or metal nitride layer on the capacitor electrode (13), that subsequently, by means of a heating process step, in an oxygen or nitrogen atmosphere selected depending on the ion type used for ion beam implantation, the surface defects caused by ion beam implantation of the dielectric thin film (15) are eliminated by means of temperature processing before the counter capacitor electrode (17) is finally deposited.

Description: Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Kondensators Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Kondensators mit einem Metalloxid-Dielektrikum hoher Dielektizitätskonstante, mit welchem zunächst auf ein Substrat ein als einer der Kondensatorbeläge vorgesehener Metallfilm aufgebracht wird. Die Herstellung von Dünnfilm-Kondensatoren ist wohlbekannt. Bei einem der bekannten Verfahren wird zunächst ein metallischer Dünnfilm, bestehend z. B. aus Tantal, als einer der vorgesehenen Kondensatorbeläge auf ein dielektrisches Substrat niedergeschlagen. Die sich ergebende Schichtzusammensetzung wird dann einem Anodisierungsverfahren zur Bildung einer dielektrischen Tantaloxidschicht auf dem zuvor niedergeschlagenen Tantalfilm unterzogen. Das Anwenden eines derartigen Verfahrens ist jedoch relativ zeitaufwendig, so dass hiermit ein beträchtlicher Kostenfaktor beim Herstellen derartiger Kondensatoren verbunden ist. Fernerhin ergibt sich hierdurch noch der Nachteil, dass die durch Anodisieren eines Tantalfilms erzeugte Tantaloxidschicht ein Sauerstoffdefizit aufweist und daher ein'relativ dicker Tantaloxidüberzug erforderlich ist, um annehmbare Kondensatorparameter zu erhalten. In der USA-Patentschrift 4 002 545 findet sich ein demgegen über verbessertes Verfahren zur Herstellung von Dünnfilm Kondensatoren mit Tantaloxid-Dielektrikum. Zur Bereitstellung eines der Kondensatorbeläge wird ein nicht aus Tantal bestehender elektrischleitender Film auf ein dielektrisches Substrat aufgetragen. Über den derart gebildeten Kondensatorbelag wird dann ein Tantal-Dünnfilm niedergeschlagen, so dass sich eine Doppelschicht als elektrisch leitender Dünnfilm ergibt. Das mit einer derartigen Doppelschicht versehene Substrat wird dann in ein evakuiertes Gefäss, das mit einer Mischung von Sauerstoff und einem trägen Gas gefüllt wird, eingebracht. Anschliessend wird ein Tantaloxid-Film mittels Hochfrequenzzerstäubung auf den Doppelschichtfilm niedergeschlagen. Das dielektrische Substrat mit der so erhaltenen Schichtenfolge wird in einem nächsten Verfahrensschritt abgekühlt, um abschliessend einen elektrischleitenden Film auf die Tantaloxidschicht zur Bereitstellung eines Gegenbelages als weiteren Kondensatorbelag aufzubringen. In der genannten US-Patentschrift wird darüber hinaus auch ein sich aus dem bereits erwähnten Sauerstoffdefizit ergebendes Problem angesprochen, welches sich an sich ebenfalls bei HF-Zerstäubung eines Tantaloxidfilms auf das Tantalsubstrat einstellt. Bei Anwenden des dort gezeigten Verfahrens jedoch soll in so weit Abhilfe geschaffen werden. Ein grundsätzlicher Nachteil der dort gezeigten Methode, ebenso wie anderer bekannter Methoden zur Herstellung von Dünnfilm Hondensatoren besteht darin, dass es hierbei nicht möglich ist, einen dielektrischen Dünnfilm einer Stärke von weniger als 200 nm herzustellen, der brauchbare Eigenschaften hinsichtlich des Kapazitäts-, Temperatur-Koeffizienten- und Leckstromverhaltens sowie der Ableitung, speziell bei Betriebstemperaturen oberhalb 200 C, aufweist. Hinzu kommt noch, dass sich der Bedarf nach dielektrischen Ultra-Dünnfilmen in letzter Zeit erhöht hat, und zwar aufgrund der angestrebten höheren Packungsdichten bei Mikrominiaturisierung von Halbleiterschaltungen. Als Zielvorstellung gelten Dünnfilm-Kondensatoren mit einem Verhältnis der Dielektrizitäts-Konstanten zur Dicke (ausgedrückt in nm), das grösser ist als etwa 0,4. Da die meisten als Dielektrikum geeigneten Metalloxide eine Elektrizitätskonstante zwischen etwa 15 bis etwa 60 besitzen, ergibt sich, dass die Dicke des Dielektrikums geringer als etwa 150 nm sein muss, um den angestrebten Verhältniswert von Dielektrizitätskonstante zu Dielektrikumsdicke mit einem grösseren Wert als 0,4 zu erhalten. Dieser Bedingung lässt sich dank der Erfindung nachkommen. Dabei stellt sich die Aufgabe, einen Ultra-Dünnfilmkondensator mit einer Dicke von weniger als etwa 150 nm zu entwikkeln, der dank des anzuwendenden Herstellungsverfahrens erstrebenswerte Eigenschaften hinsichtlich Kapazität, Kapazitäts-Temperaturkoeffizienten, Leckstromverhaltens und Ableitungsverluste besitzt. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Dünnfilm-Kondensator hoher Dielekrizitätskonstante herzustellen, durch Bombardieren der Kondensatorbelags-Oberfläche mit 0+oder N+-Ionen zur Ionen-Implantation bis zur Sättigung des Oberflächenbereichs des Kondensatorbelags mit anschliessendem Aufheizen des so gebildeten Schichtaufbaus zwecks Formierens eines dielektrischen Ultra-Dünnfilms mit stabilisierter Oxid- bzw. Nitridstruktur vor Anbringen des Gegenbelags als weiteren Kondensatorbelags. Das hierbei verwendete Substrat kann dabei entweder ein Halbleiter sein oder aus dielektrischem Material bestehen. Die Implantation der 0+- und N -Ionen reicht jedenfalls aus, im betreffenden Oberflächenbereich der Metallschicht stöchiometrisch gesehen einen Überschuss an 0+- bzw. N+-Ionen herbeizuführen. Beim nachfolgenden Aufheizungsvorgang sind Temperatur und Aufheizzeit so gewählt, dass sich eine Stabilisierung der sich durch den Implantationsvorgang im Oberflächenbereich des elektrisch leitenden Films ergebenden Oxid- bzw. Nitridstruktur einstellt. In einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung wird auf den aufgebrachten, als Kondensatorbelag dienenden Metallüberzug zunächst eine Metalloxidschicht aufgetragen, um anschlie ssend diese Metalloxidschicht einer Ionenimplantation mit 0+- oder N -Ionen zu unterziehen. Dadurch, dass so vor Einsetzen des Ionenstrahl-Implantations-verfahrensschrittes eine besondere Metalloxidschicht auf den Metallfilm aufgebracht ist, lassen sich Dosisleistung und erforderliche Zeitdauer zur Implantation der 0+- oder N+-Ionen gegenüber der direkten Bombardierung der Metallschicht reduzieren. Die durch die Erfindung erreichten Vorteile lassen sich im wesentlichen darin sehen, dass hiermit Dünnfilm-Kondensatoren herzustellen sind, deren Dicke geringer als 100 nm ist und deren Temperaturempfindlichkeit selbst bei mehreren hundert Grad Celsius nicht nenneswert in Erscheinung tritt. Derartige Dünnfilm-Kondensatoren können damit den an sie gestellten Anforderungen hinsichtlich grösserer Packungsdichten bei mikrominiaturisierten Halbleiterschaltungen in optimaler Weise nachkommen. Dank der Ionenimplantation von O+-Ionen wird das Tantal mit Sauerstoff überladen, so dass nach Abschluss des Ausheizvorgangs ein stabilisierter Oxidfilm vorliegt. Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung mit Hilfe der unten aufgeführten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Verfahrensablaufplan mit zwei Alternativ lösungen zur Herstellung von Ultra-Dünnfilm kondensatoren, Fig. 2 einen-Ouerschnittsausschnitt eines Schicht aufbaus eines Ultra-Dünnfilm-Kondensators, Fig. 3 einen Querschnittsausschnitt eines Ultra Dünnfilm-Kondensators, der auf alternative Weise hergestellt ist. Zunächst sei darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen zur Erläuterung der Erfindung nur rein schematisch ausgeführt sind, also damit keine massstäbliche Wiedergabe unter Einhalten der tatsächlichen Proportionen vorliegt. Zur Vereinfachung der Beschreibung werden die verschiedenen Aspekte vorliegender Erfindung im Zusammenhang mit der Herstellung eines Tantaloxidfilms, der für die Verwendung als Ultra-Dünnfilmdielektrikum in einem Kondensator in hervorragendem Masse geeignet ist, behandelt. Im einzelnen zeigt Abbildung 2 ein Substrat 11, das aus einem Dielektrikum oder Halbleiter bestehen kann, worauf ein elektrisch leitender Metalldünnfilm als Kondensatorbelag 13 aufgebracht ist. Der Kondensatorbelag 13 wird gemäss dem einen Ausführungsbeispiel der Erfindung einem entsprechenden Verfahrensschritt unterzogen, der eine Schicht 15 mit hierin implantierten 0+- oder N+-Ionen bereitzustellen vermag. Ein weiterer Kondensatorbelag als Gegenbelag 17 wird dann abschliessend auf die so durch Implantation herbeigeführte Oxidschicht 15 aufgebracht. Bei dem anderen Ausführungsweg wird, gemäss der Darstellung nach Fig. 3, zunächst eine Metalloxidschicht 19 auf den Kondensatorbelag 13 aufgebracht, bevor gemäss der Erfindung der Verfahrensschritt zum Bereitstellen einer mit 0+- oder N -Ionen implantierten Schicht 15 zum Einsatz gebracht wird. Bei dem Schichtaufbau nach Fig. 3 kann sich die implantierte Schicht 15, wie gezeigt, entweder nur partiell in die Schicht 19 oder durch die gesamte Schicht 19 hindurch erstrecken. Andererseits wäre es auch möglich, die implantierte Schicht 15 beim Schichtaufbau nach Fig. 2 durch Anwenden entsprechend hoher Energie unterhalb der Oberfläche der Metallschicht 13 einzutreiben. Bei einem derartigen Vorgehen wird so die dielektrische Schicht 15 zwischen den Kondensatorbelägen 13 und 17 an Ort und Stelle gebildet. Wie bereits in der Beschreibungseinleitung angedeutet, geht das Bestreben zur Bereitstellung von dfielektrischen Ultra Dünnfilmen von den Anforderungen nach hohen Schaltkreis- dichten in der Rechnertechnik aus, wobei ein Verhältnis von E/d mit c = Dielektrizitätskonstante und d = Dielektrikumsdicke - gemessen in nm - von grösser als 0,4 angemessen und erstrebenswert erscheint. Ausgehend von diesem Verhältniswert lässt sich ersehen, dass Metalloxyd-Dielektrika mit einer Dielektrizitäts-Konstanten von 15 eine Dielektrikumsdicke d von weniger als 37,5 nm erfordern. Im vorliegenden Falle werden bevorzugt Metalloxide mit einer Dielektrizitäts-Konstanten e von mindestens 20 verwendet, wobei eine minimale Dicke d von weniger als 50 nm erforderlich ist. Bevorzugte Metalloxide zur Verwendung als dielektrisches Material bei Anwendung des Verfahrens gemäss der Erfindung sind diejenigen Elemente aus der Reihe der Seltenen-Erdenund Übergangsmetalloxide, die eine Dielektrizitäts-Konstante von mindestens 15 besitzen und sich während der lonenimplantations-Behandlung in eine amorphe Struktur umwandeln lassen. Speziell bevorzugte Metalloxide zur Anwendung als Dielektrikum sind: Tantaloxid, Niobiumoxid, Titanoxid und Vanadiumoxid. Während Hafniumoxid und Zirkoniumoxid brauchbare Dielektrizitäts-Konstanten von etwa 30 aufweisen, ergeben sich jedoch bei Ionenimplantation gemäss der Erfindung keine amorphen Schichtstrukturen. Die Zweckmässigkeit zur Bildung amorpher Schichtstrukturen während des lonenimplantations- Verfahrensganges wird nachstehend noch im Zusammenhang mit dem Verfahrensschritt zur Bildung der Metalloxidschicht mittels HF-Zerstäubung behandelt. Zurückkommend auf Fig. 1 besteht der erste Verfahrensschritt zur Herstellung eines Ultra-Dünnfilm-Kondensators gemäss der Erfindung darin, auf eine Oberfläche eines Substrats 11 einen elektrischleitenden metallischen Dünnfilm als Kondensa torbelag 13 aufzubringen. Der Kondensatorbelag 13 hat vorzugsweise eine Dicke von etwa 50 bis etwa 1000 nm. Das zur Bereitstellung dieses Kondensatorbelages 13 verwendete Metall sollte gegebenenfalls mit dem Metalloxidfilm 19 verträglich sein, der beim alternativen Ausführungsweg gemäss der Erfindung Anwendung findet. Wird kein besonderer Verfahrens schritt zum Niederschlag einer Metalloxidschicht angewendet, wird als erstes der Kondensatorbelag 13 einer Ionenimplantation unterworfen. Die Dosisanforderungen zur Durchführung einer Ionenimplantation mit 0+- oder N+-Ionen bis zur gewünschten Dicke im Oberflächenbereich des Kondensatorbelags 13 sind ziemlich hoch und liegen im allgemeinen innerhalb des Bereichs von etwa 5 x 1016 bis etwa 5 x 1017. Eine Dosisleistung von etwa 1 keV bis etwa 50 keV lässt sich in diesem Falle zur Ionenimplantation anwenden. Bei Strahlstromstärken von 150 pA ist eine Behandlungszeitdauer zwischen 4 und 20 Stunden erforderlich, um die erforderliche Dosis zu erhalten. Demgemäss verringert sich die erforderliche Behandlungszeitdauer bei Anwenden entsprechend höherer Strahlstromstärken, um die angestrebte hohe Dosis leistung zu erreichen. Wie bereits angedeutet, lassen sich entweder 0+- oder Ionen für den Ionenimplantions-Verfahrenssschritt anwenden, um so entweder einen Oxid- oder Nitridüberzug auf der betreffenden Oberfläche des Kondensatorbelages 13 zu erhalten. Die Ionenimplantation wird jedenfalls solange fortgesetzt bis die gewünschte Dosierung des Oxid- oder Nitridüberzugs im Oberflächenbereich des Dünnfilm-Kondensatorbelages 13 erreicht ist. Bei Tantal mit einer Dielektrizitäts-Konstaten ± von 25 kann die Dicke d des Dielektrikumüberzugs viel geringer sein als etwa 62,5 nm, wenn nur die Erfordernis des Verhältnisses von s/d mit grösser als 0,4 eingehalten wird. Während der Implantation der Ionen in die Metallschicht wird die Metalloberfläche unter der hohen Dosisleistungsanforderung im Zuge eines Zerstäubungsvorgangs angegriffen. Dabei wird zum Erreichen einer lonenimplantationstiefe von etwa 60 nm die Metalloberfläche durch Zerstäuben um 50 nm bis zu 100 nm abgetragen. Es hat sich herausgestellt, dass die Dosierungsanforderung und Zeitdauer zur Durchführung des Ionenimplantations-Verfahrensschrittes beträchtlich reduziert werden können, wenn zuvor ein Metalloxidfilm an der Oberfläche des Dünnfilm Kondensatorbelages 13 ausgebildet wird. Wie bereits erwähnt, sollte das zur Bereitstellung des Dünnfilm-Kondensatorbelages 13 verwendete Metallmaterial mit der Metalloxidsubstanz verträglich sein, die hierauf aufgetragen werden soll. In einfachster Weise kann dazu als Metallmaterial, das dem jeweils verwendeten Oxidmaterial zugrundeliegende Metall dienen. Jedoch lassen sich für spezielle Zwecke auch unterschiedliche Metalle oder gar polykristalles Silicium als Kondensatorbelag verwenden. Der Metalloxidüberzug selbst lässt sich durch jede geeignete Methode, wie z. B. HF-Zerstäubung, auf den Kondensatorbelag 13 aufbringen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zur Bildung des Metalloxidüberzuges wird die Schichtanordnung, gebildet aus Kondensatorbelag 13 und dielektrischem Substrat 11, in eine handelsübliche HF-Zerstäubungsapparatur eingebracht, worin sich ausserdem ein Target-Material aus dem aufzustäubenden Metalloxid befindet. Die gewünschte Metalloxidschicht lässt sich andererseits auch durch reaktiven Niederschlag des Metalls in einer Ar/02 Atmosphäre mit ausreichend hohem Anteil an Sauerstoff bilden. Während der HF-Zerstäubung im evakuierte Gefäss wird eine Mischung aus einem trägen, ionisierbaren Gas mit Sauer stoff in ausreichender Menge in die HF-Zerstäubungsapparatur eingelassen. Allgemein können die Verhältniswerte von Sauerstoff und trägem Gas zwischen 2 bis etwa 50 Volumprozent Sauerstoff und zwischen etwa 50 und 98 Volumprozent des trägen Gases liegen. Für den vorliegenden Zweck geeignete träge Gase sind: Argon, Xenon, Krypton und dergleichen. Gemäss bekannter Verfahrenstechniken werden beim Zerstäuben von Metalloxid in einem sauerstoffenthaltenden evakuierten Gefäss die wie sonst bei HF-Zerstäubung eines Metalloxids auftretenden, nicht-stöchiometrischen Zustandsbedingungen geheilt. Mit anderen Worten, die sich ergebende Metalloxidschicht weist gegenüber bisher ein beträchtlich geringeres Sauerstoffdefizit auf. Jedoch kann ein durch HF-Zerstäuben gebildeter Metalloxidfilm örtliche Bereiche kristalliner Struktur aufweisen, die bei Anlegen einer Spannung verhältnismässig starke Ströme über die so gebildeten Strukturkristalliten zur Folge haben können. - Das gemäss der Erfindung angewendete Verfahren des Implantierens von 0+- oder Ionen in die Metalloxidschicht wandelt diese kristallinen Strukturen in einen amorphen Zustand um. Zum Bereitstellen anzustrebender zweckmässiger Kapazitätsparameter ist aber ein derartiger amorpher Zustand im höchsten Masse erwünscht. Bekanntlich führt Anodisieren einer Metalloberfläche zu einem Metalloxid-Dielektrikum amorphen Zustands. Jedoch ziehen derart anodisierte Filme Einfang- und Korrosionsprobleme nach sich, insbesondere wenn Filmdicken vorliegen, wie sie bei den Ultra-Dünnfilmkondensatoren gemäss vorliegender Erfindung zu verzeichnen sind. Nach Aufbringen des Metallcxidfilms auf den Metallkondensatorbelag 13 wird die sich so ergebende Schichtanordnung, wie gesagt, einem Ionenimplantationsverfahren unterworfen. Die Dosierungserfordernisse, um eine ausreichende 0+- oder N+-Ionenimplantation herbeizuführen, werden durch Verwenden eines solchen aus Metalloxid bestehenden Zwischenfilms we sentlich herabgesetzt, so dass eine Strahl leistung von etwa 1 bis etwa 50 keV bei einer Strahlstromstärke von 150 pA während des Zeitraums von etwa 1 Minute bis etwa 2 Stunden durchaus ausreichend sein kann. Aus diesem Grunde ist die Verwendung einer Metalloxidzwischenlage für nachfolgend vorzunehmende Ionenimplantations-Verfahrensschritte durchaus vorteilhaft. Vorzugsweise wird die Implantation der 0+oder N+-Ionen bei einem solchen Ausführungsweg fortgesetzt, bis die Dosierung im Bereich zwischen etwa 1 x 1014 und 1 x 1016 Ionen pro cm liegt. Grössere Dosierungen lassen sich zwar auch anwenden, jedoch werden hierdurch keine besonderen Vorteile erzielt. Nach Abschluss des Ionenimplantations-Verfahrens wird die erhaltene Schichtungsanordnung in einen Ofen zum Aufheizen eingebracht. Es hat sich nämlich gezeigt, dass ein Aufheizungsverfahrensschritt die in den Oberflächenbereich implantierten Ionen im Metalloxid oder -nitrit fest einbaut, so dass damit erheblich die Stabilität der Kapazität während des Betriebes heraufgesetzt wird. Beim Aufheizvorgang stellen Temperaturen zwischen etwa 150 und etwa 400 0C in einer Sauerstoffatmosphäre bei ,+ Ionenimplantation und in einer Stick + stoffatmosphäre für N -lonenimplantation sowie für Anwen- dungszeitdauern zwischen etwa 1 und 5 Stunden geeignete Betriebsparameter dar, um sowohl den mit der Aufheizung verfolgten Zweck herbeizuführen als auch die Oberflächenschädigungen infolge der Ionensttahlimplantation auszuheilen. Anhand von praktisch ausgeübten Ausführungswegen lassen sich weitere Vorteile erkennen, die mit Hilfe der Erfindung zu erzielen sind. Gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel soll ein Ultra-Dünnfilmkondensator, wie in Fig. 2 angedeutet, hergestellt werden. Hierzu wird ein Dünnfilm aus Tantal auf ein Siliciumdioxid Substrat aufgestäubt. Die Dicke des Tantaldünnf-ilmszbet-rägt etwa 250 nm. Die so erhaltene geschichtete Anordnung wird dann einer O+-Ionenimplantation ausgesetzt. Hierzu wird eine Ionenstrahlenergie von 30 keV während 10 Stunden aufgegewendet. Nach Abschluss der lonenstrohlbehandlung zeigt sich ein Film in einer Stärke von etwa 60 nm, der eine O+-Konzentration 17 1,4 x 1017 Ionen pro 2 von 1,4 x 1017 Ionen pro cm aufweist. Anschliessend wird diese geschichtete Anordnung an Luft auf eine Temperatur von 400 C während einer Zeitdauer von 60 Minuten aufgeheitzt, um so den implantierten Film zu stabilisieren. Ein Gegenkondensatorbelag aus Aluminium wird abschliessend unter Niederschlag im Vakuum auf die so erhaltene geschichtete Anordnung aufgebracht. Der Gegenkondensatorbelag weist eine Dicke von 500 nm auf. Ein derart hergestellter Kondensator besitzt eine Kapazität von etwa 600 pF oder von ungefähr 3,35 x 10 15 F/m2 und eine Durchbruchspannung von etwa 5 V. Die Durchbruchspannung ist definiert als diejenige Spannung, die erforderlich ist, um einen Leckstrom von grösser oder gleich 10 -4 A herbeizufüh- ren. Der tatsächlich ermittelte Leckstrom bei einer angelegten Spannung von 1 V beträgt etwa 10 -9 A. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Ultra-Dünnfilmkondensator gemäss der Darstellung nach Fig. 3 hergestellt. Ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel wird zunächst ein Siliciumdioxid-Substrat als Dielektrikum mit einem Tantalüberzug versehen. Diese geschichtete Anordnung wird dann in eine HF-Zerstäubungsapparatur eingebracht. Das hierin befindliche Tantaloxidtarget wird nach Absinken des Drucks im Gefäss unter etwa 1,5 x 10 6 mbar durch Beschuss des Targets mit einer entsprechenden Schicht überzogen. Eine Mischung von Sauerstoff und Argon wird in die Apparatur in solcher Menge eingebracht, bis sich ein Vakuum von etwa 7 x 10-3 mbar einstellt. Die Sauerstoff-Träggas-Mischung enthält dabei etwa 10 Volumprozent Sauerstoff. Der Zerstäubungs Verfahrens schritt wird fortgesetzt, bis sich eine Tantaloxidschicht mit einer Dicke von 50 nm gebildet hat. Anschlie ssend wird dann der so gebildete Tantaloxidfilm einer 0+ Ionenimplantation bei 30 keV für eine Zeitdauer von etwa 30 Minuten unterworfen, um hiermit eine gleichmässige amorphe Oxidschicht herbeizuführen. Eine derartige Ionenimplantation 15 zur Implantation von 2 reicht zur Implantation von 2 x 1015 Ionen pro cm aus. Anschliessend wird die geschichtete Anordnung in Sauerstoff bei einer Temperatur von 200 C während einer Zeitdauer von 60 Minuten aufgeheizt, um die Oxydation zum Abschluss zu brinund die Schichtstruktur zu stabilisieren. Abschliessend werden Muster sowohl mit Aluminium als auch mit Gold-Gegenbelägen unter Anwenden von Vakuumaufdampf-Verfahren mit einer jeweiligen Dicke von 500 nm überzogen. Der sich hierbei in typischer Weise ergebende Kondensator besitzt eine Kapazität von 875 pF und eine Durchbruchspannung von etwa 5 V. Der Leckstrom bei 1 V ist geringer als 10 10 A bei Mustern mit Au-Belägen. Muster mit Al-Belägen ergeben höhere Leckströme, nämlich 10 A. Die mit 0+-Ionen implantierten und mit Au-Belägen versehenen Ta205-Muster sind selbst nach vorangegangener Aufheizung auf 300 C, noch stabil, indem geringste Leckströme, nämlich < 10 11 A bei 1 V zu verzeichnen sind. Diese Hochtemperaturstabilität stellt eine bedeutsame Eigenschaft insofern dar, als sich hiermit zeigt, dass selbst hohe Betriebstemperaturen zu keinen nachteiligen Wirkungen führen können.

Claims: PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Kondensators mit einem Metalloxid-Dielektrikum hoher Dielektrizi täts-Konstante, mit welchem zunächst auf ein Substrat ein als einer der Kondensatorbeläge vorgesehener Me tallfilm aufgebracht wird, gekennzeichnet durch die anschliessend aufeinanderfolgend durchgeführten Verfah rensschritte: - Ausbilden einer bis zur Sättigung mit 0+- oder N+ Ionen implantierten Metalloxidschicht an der Konden sator-Belagsoberfläche, - Aufh,eizen des so gebildeten Schichtaufbaus zwecks Formierens eines dielektrischen Ultra-Dünnfilms mit stabilisierter Oxid- bzw. Nitridstruktur vor Anbrin gen des Gegenbelags als weiteren Kondensatorbelags. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metalloxid- oder -nitridfilm auf die Kondensator belagsoberfläche niedergeschlagen wird, und dass an schliessend hierin O+-Ionen bzw. N+-Ionen, je nach der Art der verwendeten dielektrischen Metallverbindung implantiert werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatorbelagsoberfläche direkt einem Ionenim plantationsverfahren ausgesetzt wird, so dass der be treffende Schichtbereich je nach Art der implantierten Ionen entweder in einen Metalloxid- oder -nitridüberzug des Kondensatorbelags umgewandelt wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekenn zeichnet, dass der durch Ionenimplantation ausgebildete Metalloxid- oder -nitridüberzug aus Seltenen-Erden- und Ubergangsmetall- Oxiden bzw. -Nitriden mit einer Di elektrizitäts-Konstanten von mindestens 15 besteht. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekenn zeichnet, dass der Metallanteil des durch Ionenimplan tation gebildeten Metalloxid- oder -nitridüberzugs aus Elementen der Nebengruppen IV a und V a besteht. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die Dosierung bei Ionenimplantation so eingestellt wird, dass der Wert des Verhältnisses von Dielektrizitäts-Konstante zu Dielektrikums-Dicke, ge messen in nm, nach Abschluss des Ionenimplantations-Ver fahrens grösser als 0,4 ist. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 3 - 6, dadurch gekenn zeichnet, die Dosierungsleistung der Ionenimplantation 16 derart gewählt wird, dass 5 x 10 bis 5 x 1017 Ionen 2. pro cm in den Oberflächenbereich des Kondensatorbelags implantiert werden. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 2 - 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Dosierungsleistung der Ionenim plantation so gewählt wird, dass 1014 - 1016 Ionen pro cm in die Oberfläche des Metalloxidüberzugs des Kon densatorbelags implantiert werden.

Inventors: BHATTACHARYYA, ARUP, CHU, WEI-KAN, HOWARD, JAMES KENT, WIEDMANN, FRANCIS WALTER
Applicants: INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION
Application year: 1980
Main classification: H01G4
IPC codes: H01G4