JP3324946B2 - MIM capacitor and its manufacturing method, and semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
MIM capacitor and its manufacturing method, and semiconductor device and its manufacturing methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、MIMキャパシ
タ及びその製造方法、並びにMIMキャパシタを搭載し
た半導体装置に関し、特に、誘電体層としてSrTiO
3層を有するMIMキャパシタの上部電極の構造、及び
その形成方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an MIM capacitor, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device having the MIM capacitor mounted thereon, and more particularly, to a SrTiO as a dielectric layer.
The present invention relates to a structure of an upper electrode of a MIM capacitor having three layers and a method of forming the upper electrode.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、半導体材料としてGaAsを
用いた高周波デバイス、例えばマイクロ波モノリシック
IC(MMIC)等では、直流成分をカッ卜するための
コンデンサや、信号をグランドラインへバイパスさせる
ためのバイパスコンデンサとして、巨大なキャパシタが
必要とされ、時には、このような高周波デバイスの基板
上でキャパシタの占有する面積がチップ面積の30〜5
0%に及ぶことがある。2. Description of the Related Art Conventionally, in a high-frequency device using GaAs as a semiconductor material, for example, a microwave monolithic IC (MMIC) or the like, a capacitor for cutting a DC component or a bypass for passing a signal to a ground line. A huge capacitor is required as the capacitor, and sometimes the area occupied by the capacitor on the substrate of such a high-frequency device is 30 to 5 times the chip area.
May be up to 0%.
【0003】一方では、SrTiO3等の金属酸化物
は、従来の半導体装置において誘電体材料として用いら
れている酸化シリコン(以下SiO2)や窒化シリコン
(以下SiNx)等に比べて比誘電率が高く、キャパシ
タ面積を1/10〜1/60にできるものとして知られ
ている。On the other hand, metal oxides such as SrTiO 3 have a higher relative dielectric constant than silicon oxide (hereinafter SiO 2 ) or silicon nitride (hereinafter SiNx) used as a dielectric material in conventional semiconductor devices. It is known that the capacitor area can be reduced to 1/10 to 1/60.
【0004】このようなことから、従来の高周波デバイ
スに関連する分野では、チップ上への、誘電体層を金属
酸化物により構成したキャパシタの搭載は、チップコス
トの低減等、コストダウンを行うためには不可欠であっ
た。For this reason, in the field related to the conventional high-frequency device, mounting a capacitor having a dielectric layer made of a metal oxide on a chip requires cost reduction such as reduction in chip cost. Was indispensable.
【0005】例えば、このような高誘電体材料を用いた
容量素子として、信学技報TECHNICAL REP
ORT OF IEICE.ED93−165,MW9
3−122,ICD93−180(1994−01),
p55−p60“低温スパッタリング法による高誘電体
SrTiO3薄膜容量素子のGaAs−ICプロセスへ
の適用“に開示のものがある。[0005] For example, as a capacitor using such a high dielectric material, IEICE technical report TECHNICAL REP
ORT OF IEICE. ED93-165, MW9
3-122, ICD93-180 (1994-01),
p55-p60 are those disclosed in "high dielectric SrTiO 3 Application to GaAs-IC process of a thin film capacitor according to the low-temperature sputtering".
【0006】ここでは、容量素子の形成後における昇温
プロセスに対して、容量素子における金属層と絶縁層と
の安定な界面特性を得るために、容量素子を構成する上
部電極及び下部電極としては、SrTiO3(以下、S
TOと略記する。)と容量素子の電極材料との相互反応
が起こらない金属を選択する必要があるとし、下部電極
を熱的に安定な貴金属であるPtにより構成している。
また、上部電極の構成材料として、Ptに代えてWSi
Nを用いており、その理由として以下の点を挙げてい
る。Here, in order to obtain a stable interface characteristic between the metal layer and the insulating layer in the capacitor in the temperature rising process after the formation of the capacitor, the upper electrode and the lower electrode constituting the capacitor are , SrTiO 3 (hereinafter, S
Abbreviated as TO. ) And the electrode material of the capacitive element need to be selected, and the lower electrode is made of a thermally stable noble metal, Pt.
Also, as a constituent material of the upper electrode, WSi is used instead of Pt.
N is used, and the following points are cited as the reason.
【0007】1つは、IC配線に用いられるAu/Ti
やAlまたは、Ni等を上部電極の構成材料として用い
た場合、SiN保護膜等を形成するp−CVDのプロセ
ス中に生じる熱により、容量素子におけるリーク電流の
増大を招くという点である。One is Au / Ti used for IC wiring.
When Al, Ni, or the like is used as a constituent material of the upper electrode, heat generated during the p-CVD process for forming the SiN protective film or the like causes an increase in leakage current in the capacitor.
【0008】また、もう1つは、熱的に安定なPtは、
STOとの密着性が悪く、信頼性に不安があるという点
である。具体的に言うと、上部電極は、通常、誘電体層
としてのSTO層を形成した後、該STO膜上に蒸着リ
フトオフにより形成されるため、上部電極をPtで構成
した場合、上記リフトオフ時に上部電極がSTO膜から
剥離するおそれがある。The other is that Pt which is thermally stable is
This is because the adhesion to the STO is poor, and the reliability is uneasy. More specifically, since the upper electrode is usually formed by forming a STO layer as a dielectric layer and then performing vapor deposition lift-off on the STO film, if the upper electrode is made of Pt, There is a risk that the electrode will peel off from the STO film.
【0009】なお、下部電極については、その上に形成
されるSTO等の誘電体層との密着性の問題はない。な
ぜならば、下部電極上に形成した誘電体層は、エッチン
グマスクを用いて選択的にエッチングしてパターニング
されるため、誘電体層のパターニング時には、誘電体層
を下部電極から剥離する方向に力が働くことはないから
である。[0009] The lower electrode does not have a problem of adhesion to a dielectric layer such as STO formed thereon. Because the dielectric layer formed on the lower electrode is selectively etched and patterned using an etching mask, when patterning the dielectric layer, a force is applied in a direction to peel the dielectric layer from the lower electrode. Because it does not work.
【0010】このようなことから、上記文献記載の技術
では、上記上部電極の構成材料として、熱的に安定で、
しかもSTOとの密着性もよい材料(WSiN)を用い
ることにり、熱処理に起因するリーク電流の低減ととも
に信頼性の向上を図っている。[0010] From the above, according to the technique described in the above-mentioned literature, the constituent material of the upper electrode is thermally stable,
Moreover, by using a material (WSiN) having good adhesion to STO, the leakage current due to the heat treatment is reduced and the reliability is improved.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ところが、特にGaA
sMMICでは、Pt系の電極を使用することが多い。
このため、キャパシタの電極材料としてPtで用が足り
るのであれば、キャパシタの電極の形成プロセスが、G
aAs−ICプロセスとの整合性が非常によいものとな
るが、WSiN等を用いてキャパシタの電極を形成する
となると、新たな成膜装置が必要となり、電極の形成工
程も増加するという問題がある。However, in particular, GaAs
In sMMIC, Pt-based electrodes are often used.
For this reason, if Pt is sufficient for the electrode material of the capacitor, the process of forming the electrode of the capacitor is G
Although the compatibility with the aAs-IC process is very good, when a capacitor electrode is formed using WSiN or the like, a new film forming apparatus is required and the number of electrode forming steps is increased. .
【0012】そうであるからと言って、誘電体材料とし
てSTOを用いたキャパシタの上部電極をPtにより構
成した場合、誘電体層と上部電極との界面特性としては
熱的に安定なものが得られるものの、上部電極と誘電体
層との密着性の劣化を生じ、容量素子やこれを搭載した
半導体装置の信頼性の問題に発展することとなる。Even so, when the upper electrode of a capacitor using STO as a dielectric material is made of Pt, a thermally stable interface characteristic between the dielectric layer and the upper electrode is obtained. However, the adhesion between the upper electrode and the dielectric layer is degraded, which leads to the problem of the reliability of the capacitive element and the semiconductor device mounted with the capacitive element.
【0013】また、キャパシタの上部電極をPt層のみ
で構成する場合は、Pt自体の比抵抗がAu等の低抵抗
金属と比べると高いため、キャパシタの上部電極として
の特性を考えると、Pt層を厚くして、キャパシタでの
電力のロスを小さくする必要がある。ちなみに、キャパ
シタの上部電極をPt層のみで構成する場合は、Pt層
の厚さを3000オングストローム程度にする必要があ
る。When the upper electrode of the capacitor is composed of only the Pt layer, the specific resistance of Pt itself is higher than that of a low-resistance metal such as Au. To reduce the power loss in the capacitor. Incidentally, when the upper electrode of the capacitor is composed of only the Pt layer, the thickness of the Pt layer needs to be about 3000 Å.
【0014】しかし、キャパシタの上部電極であるPt
層の厚みを厚くすれば、抵抗の低減と引き替えに、誘電
体層であるSTO層との密着性を更に劣化させることと
なり、素子の信頼性を確保する上で大きな障害となる。However, the upper electrode Pt of the capacitor
If the thickness of the layer is increased, the adhesion with the STO layer, which is a dielectric layer, is further deteriorated in exchange for a reduction in resistance, which is a great obstacle in securing the reliability of the element.
【0015】また、Ptを微結晶の状態で下地部材上に
堆積するようにすれば、Pt層とその下地部材との密着
性を改善することが可能であるが、スパッタを用いたP
tの蒸着では、エネルギーが大きく、微結晶状態での堆
積は不可能である。If Pt is deposited on the underlying member in the form of microcrystals, the adhesion between the Pt layer and the underlying member can be improved.
In the deposition of t, the energy is large and deposition in a microcrystalline state is impossible.
【0016】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、STOからなる誘電体層と、該誘
電体層上の上部電極との密着性を向上するとともに、該
誘電体層と上部電極との間の界面特性を熱的に安定なも
のとして、昇温プロセスによるリーク電流の増大を小さ
く抑えることができるMIMキャパシタ及びその製造方
法を得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is intended to improve the adhesion between a dielectric layer made of STO and an upper electrode on the dielectric layer, and to improve the dielectric properties of the dielectric layer. An object of the present invention is to provide an MIM capacitor capable of suppressing an increase in leakage current due to a temperature raising process to a small amount, by making the interface characteristics between a layer and an upper electrode thermally stable, and a method of manufacturing the same.
【0017】また、本発明は、MIMキャパシタの基板
上での占有面積が小さくでき、しかも、該キャパシタを
構成する誘電体層と上部電極との間での密着性、及び界
面特性の劣化を回避するとともに、ICプロセスとキャ
パシタ形成プロセスとの整合性を維持することができ、
さらに、熱処理プロセスに起因するキャパシタにおける
リーク電流増大を抑えることができる半導体装置を得る
ことを目的とする。According to the present invention, the area occupied by the MIM capacitor on the substrate can be reduced, and the adhesion between the dielectric layer constituting the capacitor and the upper electrode and the deterioration of the interface characteristics can be avoided. And maintain the consistency between the IC process and the capacitor formation process.
It is another object of the present invention to provide a semiconductor device capable of suppressing an increase in leakage current in a capacitor due to a heat treatment process.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】この発明(請求項1)に
係るMIMキャパシタは、下部電極と上部電極との間に
誘電体層を挟持してなる構造を有している。The MIM capacitor according to the present invention (claim 1) has a structure in which a dielectric layer is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode.
【0019】そして、該誘電体層は、高誘電体であるS
rTiO3から構成されている。また、該誘電体層上に
これと密着して設けられている上部電極は、該誘電体層
表面上に形成されたPt層と、該Pt層上に形成された
Ti層とを含む多層構造となっており、該多層構造の金
属層中には、空気中もしくは窒素中での熱処理によって
該Ti層と該Pt層との界面に形成されたTiとPtの
金属間化合物が含まれている。そのことにより上記目的
が達成される。The dielectric layer is made of a high dielectric material S
It is composed of rTiO 3 . An upper electrode provided on the dielectric layer in close contact therewith has a multilayer structure including a Pt layer formed on the surface of the dielectric layer and a Ti layer formed on the Pt layer. And the multilayer structure of gold
In the genus layer, heat treatment in air or nitrogen
Of Ti and Pt formed at the interface between the Ti layer and the Pt layer
Contains intermetallic compounds . Thereby, the above object is achieved.
【0020】この発明(請求項2)は、請求項1記載の
MIMキャパシタにおいて、前記上部電極は、前記Ti
層上に形成されたAu層を有しているものである。According to a second aspect of the present invention, in the MIM capacitor according to the first aspect, the upper electrode is formed of the TiM.
It has an Au layer formed on the layer .
【0021】この発明(請求項3)は、請求項1記載の
MIMキャパシタにおいて、前記上部電極は、前記Ti
層上に形成された第2のPt層と、該第2のPt層上に
形成されたAu層とを有しているものである。According to a third aspect of the present invention, in the MIM capacitor according to the first aspect, the upper electrode includes the Ti electrode.
A second Pt layer formed on the layer, and a second Pt layer formed on the second Pt layer.
And the formed Au layer .
【0022】[0022]
【0023】この発明(請求項4)は、下部電極と上部
電極との間に誘電体層を挟持してなる構造を有してい
る。The present invention (claim 4 ) has a structure in which a dielectric layer is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode.
【0024】そして、該誘電体層は、高誘電体であるS
rTiO3から構成されている。また、該誘電体層上に
これと密着して設けられている上部電極は、該誘電体層
表面上に形成されたPt層と、該Pt層上に形成された
Au層とを含む多層構造となっている。そのことにより
上記目的が達成される。The dielectric layer is made of S, which is a high dielectric substance.
It is composed of rTiO 3 . An upper electrode provided on the dielectric layer in close contact therewith has a multilayer structure including a Pt layer formed on the surface of the dielectric layer and an Au layer formed on the Pt layer. It has become. Thereby, the above object is achieved.
【0025】[0025]
【0026】この発明(請求項5)は、下部電極と上部
電極との間に誘電体層を挟持してなる構造のMIMキャ
パシタを製造する方法である。The present invention (claim 5 ) is a method for manufacturing an MIM capacitor having a structure in which a dielectric layer is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode.
【0027】そして、該誘電体層の形成工程は、該下部
電極上にSrTiO3を堆積して、該誘電体層を構成す
る金属酸化物層を形成する工程を含んでいる。また、該
上部電極の形成工程は、該誘電体層上にPtを電子線蒸
着により堆積して、該上部電極を構成するPt層を形成
する工程と、該Pt層上に電子線蒸着によりTiを堆積
して、該上部電極を構成するTi層を形成する工程と、
空気中もしくは窒素中での熱処理によって該Ti層と該
Pt層との界面に、TiとPtの金属間化合物を形成す
る工程とを含んでいる。そのことにより上記目的が達成
される。The step of forming the dielectric layer includes a step of depositing SrTiO 3 on the lower electrode to form a metal oxide layer constituting the dielectric layer. The step of forming the upper electrode includes the steps of depositing Pt on the dielectric layer by electron beam evaporation to form a Pt layer constituting the upper electrode, and forming Ti on the Pt layer by electron beam evaporation. Depositing to form a Ti layer constituting the upper electrode ;
The Ti layer and the Ti layer are heat-treated in air or nitrogen.
An intermetallic compound of Ti and Pt is formed at the interface with the Pt layer.
The process . Thereby, the above object is achieved.
【0028】[0028]
【0029】この発明(請求項6)は、請求項8記載の
MIMキャパシタの製造方法において、前記上部電極の
形成後の熱処理を、200℃から500℃の範囲の温度
で行うものである。According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an MIM capacitor according to the eighth aspect, the heat treatment after the formation of the upper electrode is performed at a temperature in the range of 200 ° C. to 500 ° C.
【0030】この発明(請求項7)は、下部電極と上部
電極との間に誘電体層を挟持してなる構造のMIMキャ
パシタを製造する方法である。The present invention (claim 7 ) is a method for manufacturing an MIM capacitor having a structure in which a dielectric layer is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode.
【0031】そして、該誘電体層の形成工程は、該下部
電極上にSrTiO3を堆積して、該誘電体層を構成す
る金属酸化物層を形成する工程を含んでいる。また、該
上部電極の形成工程は、該誘電体層上にPtを電子線蒸
着により堆積して、該上部電極を構成するPt層を形成
する工程と、該Pt層上に電子線蒸着によりAuを堆積
して、該上部電極を構成するAu層を形成する工程とを
含んでいる。The step of forming the dielectric layer includes a step of depositing SrTiO 3 on the lower electrode to form a metal oxide layer constituting the dielectric layer. The step of forming the upper electrode includes the steps of depositing Pt on the dielectric layer by electron beam evaporation to form a Pt layer constituting the upper electrode, and forming Au on the Pt layer by electron beam evaporation. And forming an Au layer constituting the upper electrode.
【0032】この発明(請求項8)に係る半導体装置
は、半導体基板上に形成された、下部電極と上部電極と
の間に誘電体層を挟持してなる構造のMIMキャパシタ
を複数有している。A semiconductor device according to the present invention (claim 8 ) includes a plurality of MIM capacitors formed on a semiconductor substrate and having a structure in which a dielectric layer is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode. I have.
【0033】そして、該複数のMIMキャパシタは、同
一の工程で該半導体基板上に形成された該下部電極の一
方上にSrTiO3からなる高誘電体層と、該高誘電体
層上に形成された上部電極とを順次形成した第1のMI
Mキャパシタと、該下部電極の他方上にSiNからなる
誘電体層と、該誘電体層上に形成された該上部電極とを
順次積層した第2のMIMキャパシタとを有している。Then, the plurality of MIM capacitors are connected to one of the lower electrodes formed on the semiconductor substrate in the same step.
And the high dielectric layer made of SrTiO 3 in Katanokami, first MI are sequentially formed and an upper electrode formed on the high dielectric layer
And M capacitor has a dielectric layer composed of SiN on the other of the lower electrode, and a second MIM capacitor are sequentially laminating a top electrode formed on the dielectric layer.
【0034】この発明に係る半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に形成された、下部電極と上部電極との間
に誘電体層を挟持してなる構造のMIMキャパシタを複
数有する半導体装置の製造方法であって、第1および第
2のMIMキャパシタの下部電極をそれぞれ形成する工
程と、該下部電極の一方上にSrTiO3からなる高誘
電体層を形成し、該高誘電体層上に上部電極を順次形成
して第1のMIMキャパシタを形成する工程と、該下部
電極の他方上に、SiNからなる誘電体層を形成し、該
誘電体層上に上部電極を形成して第2のMIMキャパシ
タを形成する工程と、を包含している。The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises:
Formed on a semiconductor substrate, a method of manufacturing a semiconductor device in which a plurality have a MIM capacitor formed by sandwiching a dielectric layer structure between the lower electrode and the upper electrode, the first and second
Forming a lower electrode of the second MIM capacitors, respectively, one of the high dielectric layer was formed consisting of SrTiO 3 on the lower electrode, a first of the upper electrode are sequentially formed on the high dielectric layer Forming a MIM capacitor; and forming a second MIM capacitor by forming a dielectric layer made of SiN on the other of the lower electrodes and forming an upper electrode on the dielectric layer. Inclusive.
【0035】以下、本発明の作用について説明する。Hereinafter, the operation of the present invention will be described.
【0036】この発明(請求項1)においては、MIM
キャパシタの誘電体層を、通常半導体装置に採用されて
いる酸化シリコンや窒化シリコンなどに比べて比誘電率
が高いSTO(SrTiO3)により構成しているた
め、MIMキャパシタが基板上で占める面積を飛躍的に
縮小することができる。しかも、該誘電体層上の上部電
極を、誘電体層表面上のPt層とその上のTi層を含む
多層構造としているので、Pt層がその上のTi層によ
り構造的に支持されることとなり、上部電極と誘電体層
としてのSTO層との間で熱的に安定な界面特性を得る
ためのPt層を、該STO層との十分な密着性が得られ
る程度に薄く形成することができる。つまり、熱に対し
て安定なPt層により、上部電極形成後の熱処理による
リーク電流の増大を抑えつつ、Pt層の薄膜化によりそ
のSTO層に対する密着性を改善して、素子としての信
頼性を高めることができる。また、前記上部電極を、そ
の多層構造の金属層中に、空気中もしくは窒素中での熱
処理によって前記Ti層と前記Pt層との界面に形成さ
れたTiとPtの金属間化合物を含む構造としたので、
該金属間化合物の存在により、熱処理時におけるSTO
層での酸素原子の欠陥の発生が抑制されることとなり、
熱処理に起因するリーク電流増大をより一層抑制するこ
とができる。 In the present invention (claim 1), the MIM
Since the dielectric layer of the capacitor is made of STO (SrTiO 3 ), which has a higher relative dielectric constant than silicon oxide or silicon nitride usually used in semiconductor devices, the area occupied by the MIM capacitor on the substrate is reduced. It can be dramatically reduced. Moreover, since the upper electrode on the dielectric layer has a multilayer structure including the Pt layer on the surface of the dielectric layer and the Ti layer thereon, the Pt layer is structurally supported by the Ti layer thereon. The Pt layer for obtaining a thermally stable interface characteristic between the upper electrode and the STO layer as a dielectric layer can be formed thin enough to obtain sufficient adhesion with the STO layer. it can. In other words, a Pt layer that is stable against heat suppresses an increase in leakage current due to heat treatment after the formation of the upper electrode, and improves the adhesion to the STO layer by thinning the Pt layer, thereby improving the reliability as an element. Can be enhanced. Further, the upper electrode is
Heat in air or nitrogen in a multi-layer metal layer
Formed at the interface between the Ti layer and the Pt layer by the treatment.
The structure containing the intermetallic compound of Ti and Pt
Due to the presence of the intermetallic compound, STO during heat treatment
Occurrence of oxygen atom defects in the layer will be suppressed,
To further suppress the increase in leakage current due to heat treatment
Can be.
【0037】この発明(請求項2)においては、前記上
部電極は、前記Ti層上に形成されたAu層を有してい
るので、上記熱処理に起因するリーク電流増大の抑制、
及び上部電極と誘電体層との密着性の改善とともに、上
記上部電極の低抵抗化を図ることができ、これによりキ
ャパシタでの電力ロスを低減できる。In the present invention (claim 2), the above
The unit electrode has an Au layer formed on the Ti layer.
Since that, the suppression of the leakage current increases due to the heat treatment,
In addition to improving the adhesion between the upper electrode and the dielectric layer, it is possible to lower the resistance of the upper electrode, thereby reducing power loss in the capacitor.
【0038】また、Ti層の表面がAu層によりおおわ
れているため、Ti層の厚みによっては、Ti層表面が
熱処理を加える際の雰囲気中の微量酸素によって酸化さ
れてその上に形成される配線の密着性が劣化するといっ
た問題も解消できる。Further, since the surface of the Ti layer is covered with the Au layer, depending on the thickness of the Ti layer, the surface of the Ti layer is oxidized by a trace amount of oxygen in the atmosphere when heat treatment is applied, and the wiring formed thereon is formed. Can be solved.
【0039】この発明(請求項3)においては、前記上
部電極は、前記Ti層上に形成された第2のPt層と、
該第2のPt層上に形成されたAu層とを有しているの
で、上記熱処理に起因するリーク電流増大の抑制、上部
電極と誘電体層との密着性の改善、さらに上部電極の低
抵抗化に加えて、薄膜化した第1のPt層を支持するT
i層と、低抵抗層としてのAu層との熱プロセスでの反
応を、Ti層とAu層との間の第2のPt層により阻止
することができる。また、上記請求項2の発明と同様、
熱処理時のTi層表面の酸化による、その上の配線との
密着性の問題も解消される。In the present invention (Claim 3), the upper electrode includes a second Pt layer formed on the Ti layer,
Having an Au layer formed on the second Pt layer , thereby suppressing an increase in leakage current due to the heat treatment, improving the adhesion between the upper electrode and the dielectric layer, Further, in addition to lowering the resistance of the upper electrode, the T that supports the thinned first Pt layer
The reaction in the thermal process between the i layer and the Au layer as the low resistance layer can be prevented by the second Pt layer between the Ti layer and the Au layer. Also, similar to the second aspect of the present invention,
The problem of adhesion to the overlying wiring due to oxidation of the surface of the Ti layer during heat treatment is also eliminated.
【0040】[0040]
【0041】この発明(請求項4)においては、MIM
キャパシタの誘電体層を、通常半導体装置に採用されて
いる酸化シリコンや窒化シリコンなどに比べて比誘電率
が高いSTO(SrTiO3)により構成しているた
め、MIMキャパシタが基板上で占める面積を飛躍的に
縮小することができる。しかも、該誘電体層上の上部電
極を、誘電体層表面上のPt層とその上のAu層を含む
多層構造としているので、Pt層がその上のAu層によ
り構造的に支持されることとなり、上部電極と誘電体層
としてのSTO層との間で熱的に安定な界面特性を得る
ためのPt層を、該STO層との十分な密着性が得られ
る程度に薄く形成することができる。つまり、熱に対し
て安定なPt層により、上部電極形成後の熱処理による
リーク電流の増大を抑えつつ、Pt層の薄膜化によりそ
のSTO層に対する密着性を改善して、素子としての信
頼性を高めることができる。しかも、Pt層の上には低
抵抗なAu層を形成しているため、上記上部電極の抵抗
が低下することとなり、これによりキャパシタでの電力
ロスの低減を図ることもできる。In the present invention (claim 4 ), the MIM
Since the dielectric layer of the capacitor is made of STO (SrTiO 3 ), which has a higher relative dielectric constant than silicon oxide or silicon nitride usually used in semiconductor devices, the area occupied by the MIM capacitor on the substrate is reduced. It can be dramatically reduced. In addition, since the upper electrode on the dielectric layer has a multilayer structure including the Pt layer on the dielectric layer surface and the Au layer thereon, the Pt layer is structurally supported by the Au layer thereon. The Pt layer for obtaining a thermally stable interface characteristic between the upper electrode and the STO layer as a dielectric layer can be formed thin enough to obtain sufficient adhesion with the STO layer. it can. In other words, a Pt layer that is stable against heat suppresses an increase in leakage current due to heat treatment after the formation of the upper electrode, and improves the adhesion to the STO layer by thinning the Pt layer, thereby improving the reliability as an element. Can be enhanced. In addition, since the low-resistance Au layer is formed on the Pt layer, the resistance of the upper electrode is reduced, whereby the power loss in the capacitor can be reduced.
【0042】また、Pt層とAu層を積層した場合は、
Pt層単体の積層と比較して、STO層への密着性が向
上する。これは、先のPt層の薄膜化のためだけでな
く、Pt層とAu層のストレスの方向が逆であって、両
者のストレスが相殺され、上部電極全体のストレスが緩
和されるためと考えられ、これによってPt層単体の積
層のときよりも、上部電極が剥がれ難くなる。When a Pt layer and an Au layer are laminated,
Adhesion to the STO layer is improved as compared with the stack of the Pt layer alone. This is because not only the thinning of the Pt layer, but also the directions of the stresses of the Pt layer and the Au layer are reversed, so that both stresses are offset and the stress of the entire upper electrode is alleviated. As a result, the upper electrode is less likely to peel off than when a single Pt layer is laminated.
【0043】更に、Au層は、酸素と結合しないので、
熱処理に際し、STO層の酸素がAu層に吸着される心
配がなく、上部電極の低抵抗の維持と、高温でのリーク
電流の更なる減少を期待することができる。Further, since the Au layer does not bond with oxygen,
At the time of the heat treatment, there is no concern that oxygen of the STO layer is adsorbed on the Au layer, and it is possible to expect to maintain low resistance of the upper electrode and further reduce leakage current at high temperatures.
【0044】[0044]
【0045】この発明(請求項5)においては、下部電
極上に誘電体層としてSrTiO3を堆積した後、Pt
層を電子線蒸着により堆積して、該上部電極を構成する
Pt層を形成するようにしたので、Pt層の微結晶状態
での堆積が可能となり、上部電極と誘電体層との密着性
を向上できる。また、Pt層上にTi層を形成している
ため、Pt層を薄層化しても、Pt層がTi層により支
持されることとなるので、Pt層の薄層化により、上部
電極と誘電体層との密着性をさらに向上させることがで
きる。また、上部電極と誘電体層との界面にはPt層が
介在するので、両者の界面は熱的に安定なものとなり、
上部電極の形成後の熱処理による、キャパシタでのリー
ク電流の増大を抑えることができる。In the present invention (claim 5 ), after depositing SrTiO 3 as a dielectric layer on the lower electrode, Pt
Since the Pt layer forming the upper electrode is formed by depositing the layer by electron beam evaporation, the Pt layer can be deposited in a microcrystalline state, and the adhesion between the upper electrode and the dielectric layer can be improved. Can be improved. Further, since the Ti layer is formed on the Pt layer, even if the Pt layer is thinned, the Pt layer is supported by the Ti layer. Adhesion with the body layer can be further improved. Further, since the Pt layer is interposed at the interface between the upper electrode and the dielectric layer, the interface between the two becomes thermally stable,
An increase in leakage current in the capacitor due to heat treatment after the formation of the upper electrode can be suppressed.
【0046】また、前記上部電極を形成した後、空気中
もしくは窒素中での熱処理によって前記Ti層と前記P
t層との界面に、TiとPtの金属間化合物を形成する
ので、上記界面での該金属間化合物の存在により、熱処
理時におけるSTO層での酸素原子の欠陥発生が抑制さ
れる。[0046] Further, after forming the upper electrode, the said Ti layer by a heat treatment in air or in a nitrogen P
Since an intermetallic compound of Ti and Pt is formed at the interface with the t layer, the presence of the intermetallic compound at the interface suppresses generation of defects of oxygen atoms in the STO layer during heat treatment.
【0047】この発明(請求項6)においては、前記上
部電極の形成後の熱処理を、200℃以上の範囲の温度
で行うので、STO層で酸素原子の欠陥が発生するのを
抑制する効果がある、PtとTiの金属間化合物を確実
に形成することができる。また、上記上部電極の形成後
に行われる熱処理の温度を500℃以下としているの
で、熱処理に起因するキャパシタでのリーク電流の増大
を、ほとんどなくすことも可能となる。In the present invention (claim 6 ), the heat treatment after the formation of the upper electrode is performed at a temperature in the range of 200 ° C. or more, so that the effect of suppressing the generation of oxygen atom defects in the STO layer is reduced. A certain intermetallic compound of Pt and Ti can be reliably formed. Further, since the temperature of the heat treatment performed after the formation of the upper electrode is set to 500 ° C. or less, it is possible to almost eliminate an increase in leakage current in the capacitor due to the heat treatment.
【0048】この発明(請求項7)においては、下部電
極上に誘電体層としてSrTiO3を堆積した後、Pt
層を電子線蒸着により堆積して、該上部電極を構成する
Pt層を形成するようにしたので、Pt層の微結晶状態
での堆積が可能となり、上部電極と誘電体層との密着性
を向上できる。また、Pt層上にAu層を形成している
ため、Pt層を薄層化しても、Pt層がAu層により支
持されることとなるので、Pt層の薄層化により、上部
電極と誘電体層との密着性をさらに向上させることがで
きる。また、上部電極と誘電体層との界面にはPt層が
介在するので、両者の界面は熱的に安定なものとなり、
上部電極の形成後の熱処理による、キャパシタでのリー
ク電流の増大を抑えることができる。さらに、上部配線
が低抵抗のAu層を含んでいるため、上記上部電極の抵
抗が低下することとなり、これによりキャパシタでの電
力ロスの低減を図ることもできる。In the present invention (claim 7 ), after depositing SrTiO 3 as a dielectric layer on the lower electrode,
Since the Pt layer forming the upper electrode is formed by depositing the layer by electron beam evaporation, the Pt layer can be deposited in a microcrystalline state, and the adhesion between the upper electrode and the dielectric layer can be improved. Can be improved. Further, since the Au layer is formed on the Pt layer, even if the Pt layer is thinned, the Pt layer is supported by the Au layer. Adhesion with the body layer can be further improved. Further, since the Pt layer is interposed at the interface between the upper electrode and the dielectric layer, the interface between the two becomes thermally stable,
An increase in leakage current in the capacitor due to heat treatment after the formation of the upper electrode can be suppressed. Furthermore, since the upper wiring includes the Au layer having a low resistance, the resistance of the upper electrode is reduced, thereby reducing the power loss in the capacitor.
【0049】[0049]
【0050】[0050]
【0051】[0051]
【発明の実施の形態】まず、本発明の基本原理を、スパ
ッタ法や電子線蒸着法による成膜技術とともに説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the basic principle of the present invention will be described together with a film forming technique by a sputtering method or an electron beam evaporation method.
【0052】MIMキャパシタの誘電体材料であるST
O(StTiO3)に対しては、MIMキャパシタの上
部電極としてPt系材料を用いることが好ましい。これ
は、PtとSTOとの接触界面は、熱的に安定であるた
め、熱処理に起因するキャパシタにおけるリーク電流増
加を防ぐことができ、しかもPtは、ICプロセスとの
整合性のよい材料であるからである。ST which is a dielectric material of the MIM capacitor
For O (StTiO 3 ), it is preferable to use a Pt-based material as the upper electrode of the MIM capacitor. This is because the contact interface between Pt and STO is thermally stable, so that an increase in leakage current in the capacitor due to heat treatment can be prevented, and Pt is a material having good compatibility with the IC process. Because.
【0053】また、Ptについては、上述した文献にも
記載されているように、STOとの密着性が問題となる
が、この密着性の問題は、Ptについての薄膜の形成方
法を最適化し、薄いPt層を形成すれば、解消できる。
ただし、薄いPt層は構造的に弱く、そのパターニング
等の加工がしにくく、また、上部電極の抵抗値が高くな
り、キャパシタでの電力ロスを招くこととなる。As described in the above-mentioned document, Pt has a problem of adhesion with STO. This adhesion problem is solved by optimizing a method of forming a thin film of Pt. This can be solved by forming a thin Pt layer.
However, the thin Pt layer is structurally weak, and it is difficult to perform processing such as patterning, and the resistance value of the upper electrode becomes high, which causes power loss in the capacitor.
【0054】また、Pt層の形成方法としては、スパッ
タ法や電子線蒸着法などが知られているが、スパッタ法
により形成したPt層(以下、スパッタPt層ともい
う。)は、リフトオフ法によるパターン形成が難しい。
言い換えると、スパッタPt層は、誘電体層との密着性
は高くなるが、経験的に、厚く堆積させた場合には剥が
れる可能性が高くなる。これは、スパッタ法では、Pt
層の成膜中にプラズマの高エネルギーによってPtの結
晶成長が生じ、そのためスパッタPt層がストレスの高
いものとなるからであると考えられる。このため、Pt
層の形成にスパッタ法を用いる場合は、全面にPt層を
形成した後、選択的に形成したレジスト膜等をマスクと
してイオンミーリング等の方法によってPt層のエッチ
ング加工を行うことにより、Pt層のパターニングを行
う必要がある。As a method of forming the Pt layer, a sputtering method, an electron beam evaporation method, and the like are known. A Pt layer formed by a sputtering method (hereinafter, also referred to as a sputtered Pt layer) is formed by a lift-off method. Difficulty forming patterns.
In other words, the sputtered Pt layer has high adhesion to the dielectric layer, but empirically increases the possibility of peeling when deposited thick. This is because the sputtering method uses Pt
It is considered that Pt crystal growth occurs due to the high energy of the plasma during the formation of the layer, so that the sputtered Pt layer has high stress. Therefore, Pt
When a sputtering method is used to form the layer, after forming a Pt layer on the entire surface, the Pt layer is etched by a method such as ion milling using a selectively formed resist film or the like as a mask. It is necessary to perform patterning.
【0055】上記スパッタ法以外の、電極としての金属
層の成膜方法として、電子線蒸着法があり、この方法で
は、成膜時に基板を室温に保持すると、基板上には、微
結晶の状態で薄膜が形成され易くなる。結晶が微結晶で
ある金属膜は、ストレスが低いものとなり、大きな粒の
金属結晶成長が生じていない限り、低ストレスの状態で
存在できる。As a method for forming a metal layer as an electrode other than the above-mentioned sputtering method, there is an electron beam evaporation method. In this method, when a substrate is kept at room temperature at the time of film formation, a microcrystalline state is formed on the substrate. This facilitates the formation of a thin film. The metal film in which the crystal is microcrystal has low stress and can exist in a low stress state as long as a large grain metal crystal does not grow.
【0056】本件発明者等が、Pt層の厚みと密着性の
関係について独自に調べた結果、電子線蒸着法を用いて
成膜したPt膜は、高誘電体層上での厚みが2000オ
ングストローム以下であれば問題無いものであるが、P
t単体層からなる上部電極の層厚が1000オングスト
ローム以下である場合、層厚が薄すぎてPt層の強度が
不足することとなり、プロセス中の外因により、Pt層
に傷がつく等して上部電極にダメージが生じることが判
った。The present inventors independently examined the relationship between the thickness of the Pt layer and the adhesion, and found that the Pt film formed by the electron beam evaporation method had a thickness of 2,000 Å on the high dielectric layer. There is no problem if
If the thickness of the upper electrode made of a single t-layer is less than 1000 Å, the thickness of the Pt layer is too small to have sufficient strength of the Pt layer, and the Pt layer is damaged due to external factors during the process. It was found that the electrode was damaged.
【0057】そこで、本件発明者等が、Pt単体層に代
わる、上部電極を構成する、高誘電体に対する高耐熱金
属層構造として、PtとTiの多層構造、並びにこの多
層構造中に熱処理によりPtとTiの金属間化合物を形
成したものについて検討を行なったところ、非常に良好
な結果を得た。In view of this, the inventors of the present invention proposed a multi-layer structure of Pt and Ti as a high heat-resistant metal layer structure for a high dielectric material, which constitutes an upper electrode, instead of a Pt single layer, and Pt formed by heat treatment in this multi-layer structure. When an intermetallic compound of Ti and Ti was formed, very good results were obtained.
【0058】なお、PtとTiは、組成によっていろい
ろな金属間化合物を形成することが知られているが、上
記金属間化合物は、低温領域から高温領域まで組成の安
定した材料である。It is known that Pt and Ti form various intermetallic compounds depending on the composition, but the intermetallic compound is a material having a stable composition from a low temperature region to a high temperature region.
【0059】図8は、本件発明者等の、MIMキャパシ
タの上部電極の構造と、熱処理に起因するキャパシタで
のリーク電流との関係についての検討結果をグラフで示
す図である。FIG. 8 is a graph showing the results of a study by the present inventors on the relationship between the structure of the upper electrode of the MIM capacitor and the leakage current in the capacitor caused by the heat treatment.
【0060】ここでは、MIMキャパシタの下部電極
は、下層の厚さ1000オングストロームのTi層と上
層の厚さ2000オングストロームのPt層との2層構
造とし、誘電体膜は、該下部電極上に、350℃でスパ
ッタ法により厚さ2500オングストロームに形成した
STO膜としている。また、上部電極は、電子線蒸着に
よって形成した金属層を用いている。Here, the lower electrode of the MIM capacitor has a two-layer structure of a lower Ti layer having a thickness of 1000 Å and an upper Pt layer having a thickness of 2,000 Å, and a dielectric film is formed on the lower electrode. It is an STO film formed to a thickness of 2500 Å by a sputtering method at 350 ° C. The upper electrode uses a metal layer formed by electron beam evaporation.
【0061】図8のグラフでは、横軸には、上記上部電
極の形成後に施される処理の温度を、縦軸にはMIMキ
ャパシタにおけるリーク電流の大きさをとっている。In the graph of FIG. 8, the horizontal axis represents the temperature of the processing performed after the formation of the upper electrode, and the vertical axis represents the magnitude of the leak current in the MIM capacitor.
【0062】上記文献で報告されているように、上部電
極が、STO層上に厚さ1000オングストロームのT
i層及び厚さ5000オングストロームのAu層を順次
積層したAu/Ti構造である場合、上部電極形成後の
300℃の処理でリーク電流の増大が始まる(グラフA
参照)。As reported in the above-mentioned document, the upper electrode has a thickness of 1000 angstroms on the STO layer.
In the case of an Au / Ti structure in which an i-layer and a 5000 Å-thick Au layer are sequentially laminated, an increase in leakage current starts at 300 ° C. after forming the upper electrode (graph A).
reference).
【0063】また、上部電極が、STO層上に厚さ50
オングストロームのTi層,厚さ1000オングストロ
ームのPt層,厚さ500オングストロームのTi層,
及び厚さ5000オングストロームのAu層を順次積層
したAu/Ti/Pt/Ti構造である場合、STO層
とその上層金属との界面に存在するTi層が厚さ50オ
ングストロームと薄いものであっても、350℃でのリ
ークは著しく増大する(グラフB参照)。The upper electrode has a thickness of 50
An Angstrom Ti layer, a 1000 Angstrom thick Pt layer, a 500 Angstrom Ti layer,
In the case of an Au / Ti / Pt / Ti structure in which Au layers having a thickness of 5,000 Å are sequentially stacked, even if the Ti layer existing at the interface between the STO layer and the upper metal layer is as thin as 50 Å, , At 350 ° C., increase significantly (see graph B).
【0064】これに対し、上部電極を、STO層上に、
Pt層,Ti層,及びAuを順次積層したAu/Ti/
Pt構造としたMIMキャパシタでは、Pt層を厚さ5
0オングストロームとした場合、上部電極の蒸着後、そ
のまま所定の熱処理を施しても、その熱処理温度が35
0℃以下であれば、リーク電流の増加は観察されない。
但し、上記熱処理温度が、350℃以上であれば、リー
ク電流の増大が観察される(グラフC参照)。On the other hand, the upper electrode is placed on the STO layer,
Au / Ti / in which a Pt layer, a Ti layer, and Au are sequentially stacked
In the MIM capacitor having the Pt structure, the Pt layer has a thickness of 5 mm.
In the case of 0 Å, even if a predetermined heat treatment is performed as it is after the deposition of the upper electrode, the heat treatment temperature is 35 ° C.
If the temperature is 0 ° C. or lower, no increase in leak current is observed.
However, if the heat treatment temperature is 350 ° C. or higher, an increase in leakage current is observed (see graph C).
【0065】また、上記グラフCの場合と同一構造の上
部電極を形成した後に、この上部電極に窒素中での20
0℃の予備熱処理を1時間加え、さらに熱処理を施して
リーク特性を測定した。この場合、上部電極の形成後に
行われる熱処理の温度が400℃までであれば、リーク
電流の増大はなく、耐熱性が著しく向上していることが
わかる(グラフD参照)。なお、上記予備熱処理は、そ
の温度が150℃前後では効果がなく、予備熱処理を施
さない場合と同様な耐熱性を示す。After forming the upper electrode having the same structure as that of the graph C, the upper electrode
Preliminary heat treatment at 0 ° C. was applied for 1 hour, and heat treatment was further performed to measure leak characteristics. In this case, when the temperature of the heat treatment performed after the formation of the upper electrode is up to 400 ° C., there is no increase in the leak current, and the heat resistance is remarkably improved (see graph D). The preliminary heat treatment has no effect when the temperature is around 150 ° C., and shows the same heat resistance as when no preliminary heat treatment is performed.
【0066】ここで、上部電極を構成するPt層の層厚
が50オングストロームであるサンプルでは、上部電極
の形成後に、200℃の予備熱処理を加えた場合には、
予備熱処理なしで、350℃以上の熱処理を加えた場合
と比較して、熱処理の影響を受けるリーク電流特性の向
上が観察されている。この点については、予備熱処理を
加えたAu/Ti/Pt構造の上部電極は、Pt単体の
薄層によるTi層とSTO層との間のバリア効果に加え
て、該上部電極の形成後の熱処理により上記電極構造に
何等かの反応が起こってできた物質によるバリア効果が
あるものと考えられる。Here, in the sample in which the thickness of the Pt layer constituting the upper electrode is 50 Å, when a preliminary heat treatment at 200 ° C. is applied after the formation of the upper electrode,
Compared with the case where the heat treatment at 350 ° C. or higher is performed without the preliminary heat treatment, an improvement in the leak current characteristics affected by the heat treatment is observed. Regarding this point, the upper electrode of the Au / Ti / Pt structure to which the preliminary heat treatment has been applied has a barrier effect between the Ti layer and the STO layer by a thin layer of Pt alone and a heat treatment after the formation of the upper electrode. Thus, it is considered that the electrode structure has a barrier effect due to a substance produced by any reaction.
【0067】つまり、Pt層はその厚みが100オング
ストローム以下の場合、通常、島状に点在していると考
えられ、上部電極の一部では、Pt層上のTi層がST
O層に接触していると推定されるにもかかわらず、金属
多層構造の上部電極の形成後の200℃の熱処理によっ
て、リーク特性の向上が観察されているということは、
Pt層がその上のTi層と反応して、STOに反応しな
いTixPtyという金属間化合物を生じ、これによっ
てリーク電流が低く保たれているということになる。That is, when the thickness of the Pt layer is 100 Å or less, it is generally considered that the Pt layer is scattered in an island shape.
Despite being presumed to be in contact with the O layer, the fact that the heat treatment at 200 ° C. after the formation of the upper electrode of the metal multilayer structure has been observed to improve the leakage characteristics means that
The Pt layer reacts with the overlying Ti layer to produce an intermetallic compound, TixPty, that does not react to STO, which means that the leakage current is kept low.
【0068】このように上記金属間化合物は、200℃
以上の熱処理によって形成されると考えられるが、Au
/Ti/Pt構造もしくはTi/Pt構造の上部電極を
形成した後に行なう熱処理工程、例えば、p−CVDに
よるSiN層の形成の際に基板に与えられる熱や、レジ
スト等の塗布,ベークの際に基板に与えられる200℃
以上の熱によっても、上記金属間化合物は生成される。As described above, the above intermetallic compound is heated at 200 ° C.
It is considered that the film is formed by the above heat treatment.
/ Ti / Pt structure or a heat treatment performed after forming the upper electrode of the Ti / Pt structure, for example, heat applied to the substrate when forming a SiN layer by p-CVD, or applying or baking a resist or the like. 200 ° C given to the substrate
The above-mentioned heat also produces the intermetallic compound.
【0069】このような金属間化合物は、PtとTiの
両方の金属が微結晶の状態で層状に堆積された場合、低
温処理でも生じることとなり、上部電極と誘電体層との
界面でのバリア効果を生じる。このため、上部電極を構
成する金属層は、金属材料を微結晶の状態で堆積して形
成することが有効であり、例えば、基板を室温に保った
まま金属材料を堆積する電子線蒸着法が有効である。こ
れに対し、スパッタ法で金属材料を堆積する場合、基板
温度によっては、堆積金属の結晶化が促進され、金属間
化合物に転位する反応は生じ難くなると考えられる。Such an intermetallic compound is generated even in a low-temperature treatment when both Pt and Ti metals are deposited in a layered state in the form of microcrystals, and the barrier at the interface between the upper electrode and the dielectric layer is formed. Produces an effect. For this reason, it is effective to form the metal layer constituting the upper electrode by depositing a metal material in a microcrystalline state.For example, an electron beam evaporation method for depositing a metal material while keeping the substrate at room temperature is effective. It is valid. On the other hand, when a metal material is deposited by a sputtering method, crystallization of the deposited metal is promoted depending on the substrate temperature, and it is considered that a reaction for dislocation to an intermetallic compound hardly occurs.
【0070】また、上部電極を構成するPt層の厚さが
異なるサンプルに対して、熱処理によるリーク電流の変
化を調べる実験において、上部電極のTi層の厚みが5
00オングストロームである場合、グラフC〜Gに示す
ように、Pt層の厚みが増大するとともに熱処理による
リーク電流の増加はなくなっていく。ところが、上記P
t層が1000から2000オングストロームへと厚く
なるに伴って、上部電極を構成するAu/Ti/Pt構
造における反応が生じ、表面に大きなボールアップが観
察されるようになる。このことは、上部電極を構成する
Pt層とTi層の厚みの比率が一定値を越えて、Ptリ
ッチな状態になると、上部電極での表面反応が生じるこ
とを示している。In an experiment for examining a change in leakage current due to heat treatment for a sample having a different thickness of the Pt layer constituting the upper electrode, the thickness of the Ti layer of the upper electrode was 5%.
When the thickness is 00 Å, as shown in graphs C to G, the thickness of the Pt layer increases and the increase in the leak current due to the heat treatment disappears. However, the above P
As the thickness of the t layer increases from 1000 to 2000 angstroms, a reaction occurs in the Au / Ti / Pt structure constituting the upper electrode, and a large ball-up is observed on the surface. This indicates that when the ratio of the thickness of the Pt layer and the thickness of the Ti layer constituting the upper electrode exceeds a certain value and becomes Pt-rich, a surface reaction occurs at the upper electrode.
【0071】一方、上部電極が、STO層上に厚さ50
0オングストロームのPt層,及び厚さ5000オング
ストロームのAu層を順次積層したPt/Au構造であ
る場合、所定の熱処理を施しても、その熱処理温度が4
50゜以下であれば、リーク電流の増加は観察されない
(グラフH参照)。On the other hand, the upper electrode has a thickness of 50 on the STO layer.
In the case of a Pt / Au structure in which a Pt layer having a thickness of 0 Å and an Au layer having a thickness of 5,000 Å are sequentially laminated, even if a predetermined heat treatment is performed, the heat treatment temperature is 4 ° C.
If it is 50 ° or less, no increase in the leakage current is observed (see graph H).
【0072】また、上部電極が、STO層上に厚さ10
00オングストロームのPt層,及び厚さ5000オン
グストロームのAu層を順次積層したPt/Au構造で
ある場合、熱処理温度が500゜以下であれば、リーク
電流の増加は観察されない(グラフI参照)。Further, an upper electrode having a thickness of 10
In the case of a Pt / Au structure in which a Pt layer of 00 Å and an Au layer of 5000 Å in thickness are sequentially laminated, no increase in leak current is observed if the heat treatment temperature is 500 ° C. or lower (see graph I).
【0073】ここで、グラフF〜Iを参照すれば明らか
な様に、Pt/Ti/Au構造のものよりも、Pt/A
u構造のリーク電流の方が若干低くなっている。Here, as is apparent from the graphs F to I, the Pt / A / Pt / Ti / Au structure is more Pt / Au.
The leakage current of the u structure is slightly lower.
【0074】更に、従来のPt単体構造、本発明のPt
/Au構造及びPt/Ti/Au構造について、熱処理
(350℃)の10分後に、リーク電流の温度特性を測
定したので、これを図9に示す。Further, the conventional Pt simple structure, the Pt of the present invention
For the / Au structure and the Pt / Ti / Au structure, the temperature characteristics of the leak current were measured 10 minutes after the heat treatment (350 ° C.), and the results are shown in FIG.
【0075】この図9から明らかな様に、Pt/Au構
造の温度特性は、Pt単体構造のものと略同じであり、
室温RTと100℃ではリーク電流が1桁程度増大する
のに対して、Pt/Ti/Au構造の温度特性だけが離
れ、2桁以上のリーク電流の増大が認められる。As is apparent from FIG. 9, the temperature characteristics of the Pt / Au structure are substantially the same as those of the Pt single structure.
At room temperature RT and 100 ° C., the leak current increases by about one digit, whereas only the temperature characteristics of the Pt / Ti / Au structure are separated, and an increase in the leak current of two digits or more is observed.
【0076】これは、Pt/Ti/Au構造の場合、S
TO層の酸素がPt層を通りTi層へと抜けて、このT
i層と結合し、これに伴いSTO層で酸素が欠落して
(キャリアが発生する)、このSTO層が絶縁体からn
型の半導体へと変化するためである。This is because in the case of the Pt / Ti / Au structure, S
Oxygen in the TO layer passes through the Pt layer to the Ti layer,
Combined with the i-layer, oxygen is lost in the STO layer (carriers are generated), and this STO layer is separated from the insulator by n
This is because it changes to a semiconductor of a type.
【0077】これに対して、Pt/Au構造の場合、A
u層が酸素と結合しないので、STO層の酸素抜けが生
ぜず、このSTO層の絶縁性が保持される。しかも、A
u層の低抵抗も保持される。On the other hand, in the case of the Pt / Au structure, A
Since the u layer does not bond with oxygen, oxygen is not released from the STO layer, and the insulation of the STO layer is maintained. Moreover, A
The low resistance of the u layer is also maintained.
【0078】また、Pt/Au構造の場合は、Pt層単
体と比較して、STO層への密着性が向上する。これ
は、単なるPt層の薄膜化のためだけでなく、Pt層と
Au層のストレスの方向が逆であって、両者のストレス
が相殺され、上部電極全体のストレスが緩和されるため
と考えられ、これによって上部電極が剥がれ難くなる。In the case of the Pt / Au structure, the adhesion to the STO layer is improved as compared with a single Pt layer. This is probably because not only the Pt layer is made thinner, but also the stress directions of the Pt layer and the Au layer are reversed, and the stresses of both are canceled out, and the stress of the entire upper electrode is reduced. This makes it difficult for the upper electrode to peel off.
【0079】以下、本発明の実施形態について説明す
る。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
【0080】(実施形態1)図1は本発明の実施形態1
による半導体装置の構成を説明するための図であり、図
2〜図4は上記半導体装置の製造方法を主要工程順に説
明するための断面図である。(Embodiment 1) FIG. 1 shows Embodiment 1 of the present invention.
2 to 4 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device in the order of main steps.
【0081】図において、100は、能動素子としての
ショットキーゲート電界効果型トランジスタ(以下、M
ESFETと略記する。)110、及び受動素子として
の高誘電体キャパシタ120等を搭載したMMICであ
る。ここで、上記MMIC100の半絶縁性GaAs基
板101上には、該MESFET110を構成するソー
ス・ドレイン領域111a,111bが形成されてお
り、該両領域間はチャネル領域112となっている。ま
た、該ソース・ドレイン領域111a,111b上に
は、オーミック電極113a,113bがそれぞれ配置
されており、上記チャネル領域112上にはショットキ
ーゲート電極114が配置されている。ここで上記オー
ミック電極113a,113bは、上記AuGe,N
i,及びAuを順次積層してなる多層構造となってお
り、またゲート電極114は、Al,Ti,Pt,及び
Auを順次積層してなる多層構造となっている。In the figure, reference numeral 100 denotes a Schottky gate field effect transistor (hereinafter referred to as M
Abbreviated as ESFET. ) 110, and an MMIC on which a high dielectric capacitor 120 as a passive element and the like are mounted. Here, source / drain regions 111a and 111b constituting the MESFET 110 are formed on the semi-insulating GaAs substrate 101 of the MMIC 100, and a channel region 112 is formed between the two regions. Ohmic electrodes 113a and 113b are disposed on the source / drain regions 111a and 111b, respectively, and a Schottky gate electrode 114 is disposed on the channel region 112. Here, the ohmic electrodes 113a and 113b are connected to the AuGe, N
The gate electrode 114 has a multilayer structure in which Al, Ti, Pt, and Au are sequentially laminated.
【0082】そして、上記基板101の表面には第1の
SiN膜102が形成されており、該MESFET11
0は該SiN膜102により覆われている。このSiN
膜102の、上記オーミック電極113a,113bに
対応する部分には、コンタクトホールとしてSiN膜開
口102a,102bが形成されており、該オーミック
電極113a,113bは、該コンタクトホール102
a,102bを介して上記SiN膜102上に形成され
た下層配線103と接続されている。A first SiN film 102 is formed on the surface of the substrate 101, and the MESFET 11
0 is covered with the SiN film 102. This SiN
In portions of the film 102 corresponding to the ohmic electrodes 113a and 113b, SiN film openings 102a and 102b are formed as contact holes, and the ohmic electrodes 113a and 113b are formed in the contact holes 102a and 113b.
a and 102b are connected to a lower wiring 103 formed on the SiN film 102.
【0083】この下層配線103は、Ti,Au,Pt
を順次接続してなる多層構造となっており、この下層配
線103を構成する多層金属層の該MESFET110
近傍部分が上記MIMキャパシタ120の下部電極12
2となっている。この下部電極122と上記下層配線1
03とは絶縁されており、該下部電極122上には、M
IMキャパシタの誘電体層としてSTO(SrTi
O3)層121が形成され、さらにその上にはMIMキ
ャパシタ120の上部電極123が形成されている。こ
の上部電極は、Pt,Ti,Auを順次積層してなる多
層構造となっている。The lower wiring 103 is made of Ti, Au, Pt
Are connected in sequence to form a multi-layer structure.
The vicinity is the lower electrode 12 of the MIM capacitor 120.
It is 2. The lower electrode 122 and the lower wiring 1
03 is insulated from the lower electrode 122.
As the dielectric layer of the IM capacitor, STO (SrTi
An O 3 ) layer 121 is formed, on which an upper electrode 123 of the MIM capacitor 120 is formed. The upper electrode has a multilayer structure in which Pt, Ti, and Au are sequentially laminated.
【0084】また、該MIMキャパシタ120及び下層
配線103上の表面は、第2のSiN膜106により覆
われており、該SiN膜106の、下層配線103の所
要部に対応する部分、及びSiN膜106の、上記キャ
パシタ120の上部電極123に対応する部分には、そ
れぞれコンタクトホールとしてSiN膜開口106a,
106bが形成されている。そして、上記下層配線10
3とMIMキャパシタの上部電極123とは、上記第2
のSiN膜106上に形成された上層配線108によ
り、上記各コンタクトホール106a,106bを介し
て電気的に接続されている。The surfaces of the MIM capacitor 120 and the lower wiring 103 are covered with a second SiN film 106, and a portion of the SiN film 106 corresponding to a required portion of the lower wiring 103, and a SiN film. In portions of the capacitor 106 corresponding to the upper electrode 123 of the capacitor 120, SiN film openings 106a and 106a are formed as contact holes, respectively.
106b is formed. Then, the lower wiring 10
3 and the upper electrode 123 of the MIM capacitor
Are electrically connected via the above-mentioned contact holes 106a and 106b by an upper wiring 108 formed on the SiN film 106 of FIG.
【0085】次に製造方法について説明する。Next, the manufacturing method will be described.
【0086】まず、半絶縁性のGaAs基板101の所
望領域に、Siのイオン注入によって、n+型ソース・
ドレイン領域となる活性化領域111a,111bと、
n型チャネル領域となる活性化領域112を形成し、温
度900℃にてアニール処理を行う。ここで、上記活性
化領域112の形成時のイオン注入濃度は1.5×10
12/cm2、上記活性化領域111a,111bの形成
時のイオン注入濃度は2×1013/cm2としている。First, an n + -type source / electrode is implanted into a desired region of the semi-insulating GaAs substrate 101 by ion implantation of Si.
Activation regions 111a and 111b serving as drain regions;
An activation region 112 serving as an n-type channel region is formed, and an annealing process is performed at a temperature of 900 ° C. Here, the ion implantation concentration at the time of forming the activation region 112 is 1.5 × 10
12 / cm 2, the active region 111a, ion implantation concentration at the time of forming the 111b is set to 2 × 10 13 / cm 2.
【0087】続いて、フォトリソグラフによって、オー
ミック電極パターンに対応した開口を有するマスク層を
形成し、該マスク層上にAuGe,Ni,及びAuを順
次蒸着し、該マスク層上の金属層をリフトオフし、さら
に熱処理を施して、上記ソース・ドレイン領域111
a,111b上にオーミック電極113a,113bを
形成する。Subsequently, a mask layer having an opening corresponding to the ohmic electrode pattern is formed by photolithography, AuGe, Ni, and Au are sequentially deposited on the mask layer, and the metal layer on the mask layer is lifted off. Then, a heat treatment is applied to the source / drain region 111.
Ohmic electrodes 113a and 113b are formed on a and 111b.
【0088】さらに、フォトリソグラフによって、ゲー
ト電極パターンに対応した開口を有するマスク層を形成
し、Al,Ti,Pt,Auを順次蒸着し、該マスク層
上の金属層をリフトオフして、上記チャネル領域112
上にショットキーゲート電極114を形成する(図2
(a))。Further, a mask layer having an opening corresponding to the gate electrode pattern is formed by photolithography, Al, Ti, Pt, and Au are sequentially deposited, and the metal layer on the mask layer is lifted off to form the channel. Region 112
A Schottky gate electrode 114 is formed thereon (FIG. 2)
(A)).
【0089】このようにしてゲート電極114を形成し
た後、p−CVD法によって、第1のSiN膜102を
その厚さが2000オングストロームとなるようウェハ
全面に堆積する。そして、フォトリソグラフ技術を用い
て形成した耐エッチング性膜をマスクとして、バッファ
ードフッ酸(5%のフッ酸に相当するもの)によって、
該SiN膜102を選択的にエッチングして、該SiN
膜の、オーミック電極113a,113bに対応する部
分にコンタクトホール102a,102bを形成すると
ともに、該SiN膜の、ゲート電極の引出し部に対応す
る部分にコンタクトホール(図示せず)を形成する(図
2(b))。After the gate electrode 114 is formed in this manner, the first SiN film 102 is deposited on the entire surface of the wafer by p-CVD so that the thickness thereof becomes 2000 Å. Then, buffered hydrofluoric acid (corresponding to 5% hydrofluoric acid) is used as a mask with the etching resistant film formed using photolithography technology as a mask.
The SiN film 102 is selectively etched to form the SiN
Contact holes 102a and 102b are formed in portions of the film corresponding to ohmic electrodes 113a and 113b, and a contact hole (not shown) is formed in a portion of the SiN film corresponding to a lead portion of the gate electrode (FIG. 2 (b)).
【0090】次に、フォトリソグラフ技術を用いて、上
記下層配線103及びMIMキャパシタの下部電極12
2に対応する開口パターンを有するマスク層を形成し、
電子線蒸着により、該マスク層上にTiを100オング
ストローム、Auを5000オングストローム、Ptを
1000オングストロームの厚さに順次堆積する。その
後、マスク層上の金属層をリフトオフして、Au/Ti
/Pt多層構造を有する下層配線103及び下部電極1
22を形成する(図2(c))。Next, the lower wiring 103 and the lower electrode 12 of the MIM capacitor are formed by photolithography.
Forming a mask layer having an opening pattern corresponding to 2;
On the mask layer, 100 .ANG. Of Ti, 5000 .ANG. Of Au, and 1000 .ANG. Of Pt are sequentially deposited on the mask layer by electron beam evaporation. Thereafter, the metal layer on the mask layer is lifted off, and the Au / Ti
/ Pt lower wiring 103 and lower electrode 1 having a multilayer structure
22 are formed (FIG. 2C).
【0091】次に、該基板上にSTOをRFスパッタに
より2500オングストロームの厚さとなるよう堆積す
る。このRFスパッタによるSTO層の成膜は、Ar:
O2=5:5の比率の混合ガスを用いて、この混合ガス
の雰囲気を2Paとする条件で、基板温度を350℃に
保って行う。Next, STO is deposited on the substrate by RF sputtering so as to have a thickness of 2500 angstroms. The deposition of the STO layer by this RF sputtering is performed by Ar:
Using a mixed gas having a ratio of O 2 = 5: 5, the substrate temperature is maintained at 350 ° C. under the condition that the atmosphere of the mixed gas is 2 Pa.
【0092】その後、基板上のSTO膜を残したい領域
に、フォトリソグラフによりレジストマスク107を形
成し、バッファードフッ酸,塩酸,及び水からなる混合
エッチャントによって、STO膜のマスクされていない
部分をエッチングして、MIMキャパシタの誘電体層1
21を形成する(図3(a))。Then, a resist mask 107 is formed by photolithography in a region where the STO film is to be left on the substrate, and the unmasked portion of the STO film is etched by a mixed etchant composed of buffered hydrofluoric acid, hydrochloric acid, and water. Etching, dielectric layer 1 of MIM capacitor
21 are formed (FIG. 3A).
【0093】次に、該基板上に、フォトリソグラフ技術
により、所定の開口パターンを有するマスク層を形成
し、電子線蒸着によって全面にPtを100オングスト
ローム、Tiを500オングストローム、Auを100
0オングストロームの厚さに順次蒸着する。その後、上
記マスク層上の金属層をリフトオフして、上記誘電体層
としてのSTO膜121上にMIMキャパシタの上部電
極123を形成する(図3(b))。Next, a mask layer having a predetermined opening pattern is formed on the substrate by a photolithographic technique, and 100 Å of Pt, 500 Å of Ti, and 100 Å of Au are entirely formed by electron beam evaporation.
Deposition is sequentially performed to a thickness of 0 Å. Thereafter, the metal layer on the mask layer is lifted off, and an upper electrode 123 of the MIM capacitor is formed on the STO film 121 as the dielectric layer (FIG. 3B).
【0094】そして、該基板上全面に、p−CVDによ
り、SiN層106を2000オングストロームの厚さ
となるよう堆積する。この時、基板温度は300℃とす
る(図3(c))。Then, an SiN layer 106 is deposited on the entire surface of the substrate by p-CVD so as to have a thickness of 2000 angstroms. At this time, the substrate temperature is set to 300 ° C. (FIG. 3C).
【0095】次に、該基板上に、所定部分にレジスト開
口109a,109bを有するフォトレジスト膜109
を形成し、該フォトレジスト膜109をマスクとして、
バッファードフッ酸によって上記第2のSiN膜106
を選択的にエッチングする。これにより、該SiN膜1
06の、下層配線103のキャパシタ近傍に位置する部
分にコンタクトホール106aを形成し、SiN膜10
6の、キャパシタ120の上部電極123に対応する部
分にコンタクトホール106bを形成する(図4
(a))。Next, a photoresist film 109 having resist openings 109a and 109b at predetermined portions on the substrate.
Is formed, and using the photoresist film 109 as a mask,
The second SiN film 106 is formed by buffered hydrofluoric acid.
Is selectively etched. Thereby, the SiN film 1 is formed.
06, a contact hole 106a is formed in a portion of the lower wiring 103 near the capacitor, and the SiN film 10 is formed.
6, a contact hole 106b is formed in a portion corresponding to the upper electrode 123 of the capacitor 120.
(A)).
【0096】そして、該基板に、フォトリソグラフ技術
により、上層配線108のパターンに対応する開口を有
するマスク層を形成し、さらに全面に、電子線蒸着によ
ってTiを500オングストローム、Auを1μmの厚
さに順次蒸着し、その後上記マスク層上の金属層をリフ
トオフして、Au/Ti構造の上層配線108を形成す
る(図4(b))。これにより、実質的にMMIC10
0を完成する。Then, a mask layer having an opening corresponding to the pattern of the upper wiring 108 is formed on the substrate by a photolithography technique, and further, 500 Å of Ti and 1 μm of Au are deposited on the entire surface by electron beam evaporation. Then, the metal layer on the mask layer is lifted off to form the upper wiring 108 of the Au / Ti structure (FIG. 4B). As a result, the MMIC 10
Complete 0.
【0097】次に作用効果について説明する。Next, the function and effect will be described.
【0098】このようにして作成されたMMIC100
は、SiNを誘電体としたMIMキャパシタと、高誘電
体(STO)を誘電体としたMIMキャパシタの両方を
具備しており、SiNを誘電体とするMIMキャパシタ
は、その面積が1×l04μm2で、2.8pFの容量を
示し、STOを誘電体とするMIMキャパシタは、面積
が400μm2で2.1pFの容量を示した。このMI
MキャパシタにおけるSTOは、比誘電率で131に相
当する。The MMIC 100 created as described above
Has both a MIM capacitor using SiN as a dielectric and a MIM capacitor using a high dielectric (STO) as a dielectric. The MIM capacitor using SiN as a dielectric has an area of 1 × 10 4. μm 2 exhibited a capacitance of 2.8 pF, and the MIM capacitor using STO as a dielectric exhibited a capacitance of 2.1 pF at an area of 400 μm 2 . This MI
STO in the M capacitor is equivalent to 131 in relative dielectric constant.
【0099】また、STOキャパシタのリーク電流は、
キャパシタの両端に10V印加時、1.2×10-7A/
m2の値を示し良好な絶縁特性を示した。Further, the leakage current of the STO capacitor is
When 10 V is applied to both ends of the capacitor, 1.2 × 10 −7 A /
It showed a value of m 2 and showed good insulating properties.
【0100】この実施形態1のMMICチップを、セラ
ミックパッケージに実装する際、AuSn合金によっ
て、ダイボンドを行い、パッケージをハーメチックシー
ルした。この実装の際の処理温度は、320〜350℃
になるが、実装後も、MMICの特性は良好で、特に、
高誘電体キャパシタのリーク特性に劣化は見られず、本
実施形態1では、MIMキャパシタの上部電極が充分な
耐熱性を示していることが実証された。When mounting the MMIC chip of the first embodiment in a ceramic package, die bonding was performed with an AuSn alloy, and the package was hermetically sealed. The processing temperature for this mounting is 320 to 350 ° C.
However, even after mounting, the characteristics of the MMIC are good.
No deterioration was observed in the leak characteristics of the high dielectric capacitor, and it was demonstrated in the first embodiment that the upper electrode of the MIM capacitor exhibited sufficient heat resistance.
【0101】次に、上部電極を構成するPt層の層厚の
最大値に関する実験について説明する。Next, an experiment regarding the maximum value of the thickness of the Pt layer constituting the upper electrode will be described.
【0102】まず、MIMキャパシタのサンプルの作成
方法について説明する。First, a method of preparing a sample of the MIM capacitor will be described.
【0103】SiNを堆積した半絶縁性GaAs基板上
に、電子線蒸着により、Tiを50オングストローム、
Auを5000オングストローム、Ptを500オング
ストロームの厚さに順次形成して、多層構造の下部電極
を形成する。次に、該下部電極上にSTOを基板温度3
00℃でスパッタ法により2500オングストロームの
厚さに形成する。そして、該基板上のSTO層を、レジ
ストマスクを用いてバッファードフッ酸,塩酸,及び水
からなるの混合エッチャントによって選択的にエッチン
グして誘電体層を形成する。On a semi-insulating GaAs substrate on which SiN was deposited, Ti was deposited to a thickness of 50 Å by electron beam evaporation.
Au is successively formed to a thickness of 5000 angstrom and Pt to a thickness of 500 angstrom to form a lower electrode having a multilayer structure. Next, STO was applied on the lower electrode at a substrate temperature of 3.
It is formed to a thickness of 2500 Å by sputtering at 00 ° C. Then, the STO layer on the substrate is selectively etched by a mixed etchant of buffered hydrofluoric acid, hydrochloric acid, and water using a resist mask to form a dielectric layer.
【0104】さらに該基板上での電子線蒸着による金属
層の蒸着及びリフトオフにより、STOからなる誘電体
層上に、厚さ2000オングストロームのPt層、厚さ
500オングストロームのTi層、厚さ5000オング
ストロームのAu層からなるキャパシタ上部電極を形成
した。Further, a Pt layer having a thickness of 2000 Å, a Ti layer having a thickness of 500 Å, and a 5,000 Å thickness were formed on the dielectric layer made of STO by vapor deposition and lift-off of a metal layer by electron beam vapor deposition on the substrate. A capacitor upper electrode made of an Au layer was formed.
【0105】このように形成したMIMキャパシタのサ
ンプルでは、リフトオフ時に上部電極の一部が基板から
浮いて剥がれた。In the sample of the MIM capacitor thus formed, a part of the upper electrode was lifted off the substrate during lift-off.
【0106】また、上記上部電極を構成する、スパッタ
法により形成したPt層の厚さを1000オングストロ
ームとしたサンプルでは、上記のようなリフトオフ時の
上部電極の剥離はなかった。In the sample constituting the upper electrode and having a Pt layer formed by the sputtering method with a thickness of 1000 angstroms, the upper electrode did not peel off at the time of lift-off as described above.
【0107】なお、図5には、Pt層の厚さを0から2
000オングストロームの間で変えたサンプルについ
て、上部電極の剥離率を示している。ただし図5では、
上記上部電極を構成する各金属層を電子線蒸着法により
形成した場合について示している。In FIG. 5, the thickness of the Pt layer is changed from 0 to 2
The peeling rate of the upper electrode is shown for the samples varied between 000 Å. However, in FIG.
The case where each metal layer constituting the upper electrode is formed by an electron beam evaporation method is shown.
【0108】従って、上部電極のPt厚みは、スパッタ
法を用いた場合でも1000オングストロームがプロセ
ス上の限界厚みであると言える。Therefore, it can be said that the upper limit of the Pt thickness of the upper electrode in the process is 1000 angstroms even when the sputtering method is used.
【0109】次に、上部電極を構成するPt層の層厚の
実質的な最小値に関する実験について説明する。Next, a description will be given of an experiment on a substantial minimum value of the thickness of the Pt layer constituting the upper electrode.
【0110】まず、MIMキャパシタのサンプルの作成
方法について説明する。First, a method of preparing a sample of the MIM capacitor will be described.
【0111】SiNを堆積した半絶縁性GaAs基板上
に、電子線蒸着により、Tiを1000オングストロー
ム、Ptを2000オングストロームの厚みに順次形成
して下部電極を形成し、該下部電極上にSTOを基板温
度350℃で、スパッタ法により2500オングストロ
ームの厚みに形成する。そして、該基板上のSTO層
を、レジストマスクを用いてバッファードフッ酸,塩
酸,及び水からなる混合エッチャントによって選択的に
エッチングして誘電体層を形成する。On a semi-insulating GaAs substrate on which SiN is deposited, Ti is sequentially formed to a thickness of 1000 Å and Pt to a thickness of 2000 Å by electron beam evaporation to form a lower electrode, and an STO is formed on the lower electrode. The film is formed at a temperature of 350 ° C. by sputtering to a thickness of 2500 Å. Then, the STO layer on the substrate is selectively etched using a resist mask with a mixed etchant composed of buffered hydrofluoric acid, hydrochloric acid, and water to form a dielectric layer.
【0112】そして、上記基板の表面を4つの領域に分
けて、各領域にPt,Ti,Auの多層構造の上部電極
を、Pt層の厚さを変えて形成する。Then, the surface of the substrate is divided into four regions, and an upper electrode having a multilayer structure of Pt, Ti, and Au is formed in each region by changing the thickness of the Pt layer.
【0113】上記各領域では、Ti層を50オングスト
ローム、Au層を5000オングストロームの厚みと
し、第1の領域ではPt層を50オングストローム、第
2の領域ではPt層を100オングストローム、第3の
領域ではPt層を500オングストローム、第4の領域
ではPt層を1000オングストロームの厚さとする。In each of the above regions, the Ti layer has a thickness of 50 angstroms, the Au layer has a thickness of 5000 angstroms, the first region has a Pt layer of 50 angstroms, the second region has a Pt layer of 100 angstroms, and the third region has a thickness of 100 angstroms. The Pt layer has a thickness of 500 Å and the fourth region has a thickness of 1000 Å.
【0114】また、各領域の上部電極を構成する各金属
は電子線蒸着法により形成し、リフトオフによりそのパ
ターニングを行なっている。Each metal constituting the upper electrode in each region is formed by an electron beam evaporation method, and is patterned by lift-off.
【0115】このようにその表面の4つの領域に、Pt
層の厚さの異なる上部電極を形成した基板に対して、3
00℃〜500℃まで空気中で熱処理を加えたものにつ
いて、リーク電流の増加を測定した。As described above, Pt is added to the four regions on the surface.
For a substrate on which upper electrodes having different layer thicknesses were formed, 3
The increase in the leak current was measured for those subjected to heat treatment in the air from 00 ° C to 500 ° C.
【0116】また、上記と同様の基板に200℃1時間
の予備熱処理を加え、その後300〜500℃の熱処理
を加えたものもサンプルとして用意した。Further, the same substrate as above was subjected to a preliminary heat treatment at 200 ° C. for 1 hour, and then a heat treatment at 300 to 500 ° C. was also prepared as a sample.
【0117】図6は、上記各サンプルの各キャパシタの
上部電極及び下部電極に10Vの電圧を印加した場合の
リーク電流と処理温度の関係を示している。FIG. 6 shows the relationship between the leakage current and the processing temperature when a voltage of 10 V is applied to the upper electrode and the lower electrode of each capacitor of each sample.
【0118】Pt層の厚みが50オングストロームであ
るキャパシタでは、予備熱処理を加えておいた場合と、
予備熱処理がない場合とを比較すると、400℃以上の
熱処理に伴うリーク電流の増加に差がみられ、Pt厚み
が薄い場合、200℃の予備熱処理によって形成される
金属間化合物がリーク特性の向上に効果があることがわ
かる。Pt厚みが厚くなると、予備熱処理の有無にかか
わらずリーク特性の向上が見られる。In the case of a capacitor having a Pt layer thickness of 50 angstroms, the case where a preliminary heat treatment is applied is as follows:
When compared with the case without the preliminary heat treatment, there is a difference in the increase of the leak current due to the heat treatment at 400 ° C. or more, and when the Pt thickness is small, the intermetallic compound formed by the preliminary heat treatment at 200 ° C. improves the leakage characteristics. Is effective. When the thickness of Pt is increased, the leakage characteristics are improved regardless of the presence or absence of the preliminary heat treatment.
【0119】従って、Au/Ti/Pt構造の上部電極
を構成するPt層の層厚さが、50オングストローム以
上であれば、通常のICプロセスの熱処理に起因するS
TOキャパシタでのリーク電流増加に対して有効である
ことがわかる。Therefore, if the thickness of the Pt layer constituting the upper electrode of the Au / Ti / Pt structure is 50 Å or more, the St caused by the heat treatment in the normal IC process is not required.
It can be seen that this is effective for increasing the leakage current in the TO capacitor.
【0120】従って、上記実施形態1では、上部電極を
構成するPt層を、100オングストロームの厚さとし
ているが、本発明はこの厚さに限るものではなく、該P
t層の厚さは50オングストロームから1000オング
ストロームの範囲であればよいと言える。Therefore, in the first embodiment, the Pt layer constituting the upper electrode has a thickness of 100 Å, but the present invention is not limited to this thickness, and the Pt layer is not limited to this thickness.
It can be said that the thickness of the t layer may be in the range of 50 Å to 1000 Å.
【0121】このように本実施形態では、MIMキャパ
シタ120の誘電体層121を、通常半導体装置に採用
されている酸化シリコンや窒化シリコンなどに比べて比
誘電率が高いSTO(SrTiO3)により構成してい
るため、MIMキャパシタ120がMMICの基板10
1上で占める面積を飛躍的に縮小することができる。し
かも、上記上部電極123を、前記誘電体層表面上に形
成されたPt層と、該Pt層上に形成されたTi層と、
該Ti層上に形成されたAu層とからなる3層構造とし
たので、Pt層がその上のTi層及びAu層により構造
的に支持されることとなり、上部電極と誘電体層として
のSTO層との間で熱的に安定な界面特性を得るための
Pt層を、該STO層との十分な密着性が得られる程度
に薄く形成することができる。つまり、熱に対して安定
なPt層により、上部電極形成後の熱処理によるリーク
電流の増大を抑えつつ、Pt層の薄膜化によりそのST
O層に対する密着性を改善して、素子としての信頼性を
高めることができる。As described above, in the present embodiment, the dielectric layer 121 of the MIM capacitor 120 is made of STO (SrTiO 3 ) having a higher relative dielectric constant than silicon oxide, silicon nitride, or the like usually used in a semiconductor device. Therefore, the MIM capacitor 120 is connected to the MMIC substrate 10.
1 can be dramatically reduced. In addition, the upper electrode 123 includes a Pt layer formed on the surface of the dielectric layer, a Ti layer formed on the Pt layer,
Since the Pt layer has a three-layer structure including the Au layer formed on the Ti layer, the Pt layer is structurally supported by the Ti layer and the Au layer thereon, and the STO as the upper electrode and the dielectric layer is formed. A Pt layer for obtaining thermally stable interface characteristics between the PTO layer and the PTO layer can be formed thin enough to obtain sufficient adhesion to the STO layer. In other words, the heat-resistant Pt layer suppresses an increase in leakage current due to heat treatment after the formation of the upper electrode, and the thinning of the Pt layer results in a decrease in the ST.
By improving the adhesion to the O layer, the reliability as an element can be increased.
【0122】また、上記上部電極123を構成する多層
金属層中には低抵抗のAu層が含まれているため、上記
上部電極の低抵抗化を図ることができ、これによりキャ
パシタでの電力ロスを低減できる。Further, since the multilayer metal layer forming the upper electrode 123 contains a low-resistance Au layer, the resistance of the upper electrode can be reduced, thereby reducing the power loss in the capacitor. Can be reduced.
【0123】また、上記上部電極123では、Ti層の
表面がAu層によりおおわれているため、Ti層の厚み
によっては、Ti層表面が熱処理を加える際の雰囲気中
の微量酸素によって酸化されてその上に形成される配線
の密着性が劣化するといった問題も解消できる。In the upper electrode 123, since the surface of the Ti layer is covered with the Au layer, depending on the thickness of the Ti layer, the surface of the Ti layer is oxidized by a trace amount of oxygen in the atmosphere when heat treatment is applied. The problem that the adhesion of the wiring formed thereon is deteriorated can also be solved.
【0124】また、前記上部電極123を、その多層構
造の金属層中に熱処理によって前記Ti層と前記Pt層
との界面に形成されたTiとPtの金属間化合物を含む
構造としているので、該金属間化合物の存在により、熱
処理時におけるSTO層での酸素原子の欠陥の発生が抑
制されることとなり、熱処理に起因するリーク電流増大
をより一層抑制することができる。Since the upper electrode 123 has a structure including an intermetallic compound of Ti and Pt formed at the interface between the Ti layer and the Pt layer by heat treatment in the metal layer having a multilayer structure, Due to the presence of the intermetallic compound, the generation of defects of oxygen atoms in the STO layer during the heat treatment is suppressed, and the increase in leakage current due to the heat treatment can be further suppressed.
【0125】また、下部電極122上に誘電体層121
としてSrTiO3を堆積した後、Pt層を電子線蒸着
により堆積して、該上部電極123を構成するPt層を
形成するようにしたので、Pt層の微結晶状態での堆積
が可能となり、上部電極123と誘電体層121との密
着性を向上できる。Further, the dielectric layer 121 is formed on the lower electrode 122.
After depositing SrTiO 3 , a Pt layer is deposited by electron beam evaporation to form a Pt layer constituting the upper electrode 123, so that the Pt layer can be deposited in a microcrystalline state. The adhesion between the electrode 123 and the dielectric layer 121 can be improved.
【0126】なお、この実施形態1では上記上部電極1
23を3層構造としているが、これを、そのTi層とA
u層との間に第2のPt層を介在させた4層構造とする
ことにより、薄膜化した第1のPt層を支持するTi層
と、低抵抗層としてのAu層との熱プロセスでの反応
を、Ti層とAu層との間の第2のPt層により阻止す
ることができることとなる。In the first embodiment, the upper electrode 1
23 has a three-layer structure.
With a four-layer structure in which a second Pt layer is interposed between the first Pt layer and the u layer, a heat treatment is performed on the Ti layer supporting the thinned first Pt layer and the Au layer as a low resistance layer. Can be prevented by the second Pt layer between the Ti layer and the Au layer.
【0127】(実施形態2)次に本発明の実施形態2に
よる半導体装置について説明する。(Embodiment 2) Next, a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention will be described.
【0128】この実施形態の半導体装置は、上記実施形
態1のMMICに搭載したMIMキャパシタの上部電極
を、下側のPt層と上側のTi層の2層構造としたもの
であり、その他の構成は、上記実施形態1のものと同一
である。In the semiconductor device of this embodiment, the upper electrode of the MIM capacitor mounted on the MMIC of the first embodiment has a two-layer structure of a lower Pt layer and an upper Ti layer. Are the same as those in the first embodiment.
【0129】次に作用効果について説明する。Next, the function and effect will be described.
【0130】本実施形態2のMIMキャパシタの上部電
極を構成するPt層の層厚の実質的な最小値に関する実
験について説明する。An experiment on a substantial minimum value of the thickness of the Pt layer constituting the upper electrode of the MIM capacitor according to the second embodiment will be described.
【0131】まず、MIMキャパシタのサンプルの作成
方法について説明する。First, a method of preparing a sample of the MIM capacitor will be described.
【0132】SiNを堆積した半絶縁性GaAs基板上
に、電子線蒸着により、Tiを1000オングストロー
ム、Ptを2000オングストロームの厚みに順次形成
して下部電極を形成し、該下部電極上にSTOを基板温
度350℃で、スパッタ法により2500オングストロ
ームの厚みに形成する。そして、該基板上のSTO層
を、レジストマスクを用いてバッファードフッ酸,塩
酸,及び水からなる混合エッチャントによって選択的に
エッチングして誘電体層を形成する。On a semi-insulating GaAs substrate on which SiN was deposited, Ti was sequentially formed to a thickness of 1000 Å and Pt to a thickness of 2000 Å by electron beam evaporation to form a lower electrode, and an STO was formed on the lower electrode. The film is formed at a temperature of 350 ° C. by sputtering to a thickness of 2500 Å. Then, the STO layer on the substrate is selectively etched using a resist mask with a mixed etchant composed of buffered hydrofluoric acid, hydrochloric acid, and water to form a dielectric layer.
【0133】上記基板の表面を4つの領域に分けて、各
領域にPt,Tiの多層構造の上部電極を、Pt層の厚
さを変えて形成する。The surface of the substrate is divided into four regions, and an upper electrode having a multilayer structure of Pt and Ti is formed in each region by changing the thickness of the Pt layer.
【0134】上記各領域では、Ti層を500オングス
トロームの厚みとし、第1の領域ではPt層を50オン
グストローム、第2の領域ではPt層を100オングス
トローム、第3の領域ではPt層を500オングストロ
ーム、第4の領域ではPt層を1000オングストロー
ムの厚さとする。In each of the above regions, the thickness of the Ti layer is 500 Å, the thickness of the Pt layer is 50 Å in the first region, the thickness of the Pt layer is 100 Å in the second region, and the thickness of the Pt layer is 500 Å in the third region. In the fourth region, the Pt layer has a thickness of 1000 Å.
【0135】また、各領域の上部電極を構成する各金属
層は電子線蒸着法により形成し、リフトオフによりその
パターニングを行なっている。Each metal layer constituting the upper electrode in each region is formed by electron beam evaporation, and is patterned by lift-off.
【0136】このようにその表面の4つの領域に、Pt
層の厚さの異なる上部電極を形成した基板に対して、3
00℃〜500℃まで窒素中で熱処理を加えたものにつ
いて、リーク電流の増加を測定した。As described above, Pt is added to the four regions on the surface.
For a substrate on which upper electrodes having different layer thicknesses were formed, 3
The increase in leak current was measured for those subjected to heat treatment in nitrogen from 00 ° C to 500 ° C.
【0137】図7は、上記各領域のキャパシタの上部電
極及び下部電極に10Vの電圧を印加した場合のリーク
電流と処理温度の関係を示している。この図から上部電
極の形成後の熱処理温度が、500℃程度までであれ
ば、熱処理に起因するリーク電流増大は小さく抑えられ
ることが分かる。FIG. 7 shows the relationship between the leakage current and the processing temperature when a voltage of 10 V is applied to the upper and lower electrodes of the capacitors in each of the above regions. From this figure, it can be seen that when the heat treatment temperature after the formation of the upper electrode is up to about 500 ° C., the increase in the leak current due to the heat treatment can be suppressed to a small value.
【0138】この実施形態2においては、Pt/Tiの
2層構造の上部電極は、上記実施形態1と比べて低抵抗
化という点については不利な構造となっているが、その
他の点については、上記実施形態1と同様な効果が得ら
れる。In the second embodiment, the upper electrode having a two-layer structure of Pt / Ti is disadvantageous in terms of lowering resistance as compared with the first embodiment, but is otherwise disadvantageous. The same effects as those of the first embodiment can be obtained.
【0139】ただしこの実施形態1では、上部電極の形
成後に行う金属間化合物の形成のための熱処理は、空気
中で行うとTi層表面が酸化されるおそれがあるため、
窒素雰囲気中で行う必要がある。However, in the first embodiment, the heat treatment for forming the intermetallic compound after the formation of the upper electrode may be oxidized on the surface of the Ti layer if performed in air.
It must be performed in a nitrogen atmosphere.
【0140】また、この実施形態2においても、上部電
極上に低抵抗な金属からなる取り出し電極や配線を形成
することにより、キャパシタでの電力ロスを低減するこ
とができる。Also in the second embodiment, the power loss in the capacitor can be reduced by forming the extraction electrode and the wiring made of low-resistance metal on the upper electrode.
【0141】(実施形態3)本発明の実施形態3による
半導体装置について説明する。(Embodiment 3) A semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
【0142】この実施形態の半導体装置は、上記実施形
態1のMMICに搭載したMIMキャパシタの上部電極
を、下側のPt層と上側のAu層の2層構造としたもの
であり、その他の構成は、上記実施形態1のものと同一
である。In the semiconductor device of this embodiment, the upper electrode of the MIM capacitor mounted on the MMIC of the first embodiment has a two-layer structure of a lower Pt layer and an upper Au layer. Are the same as those in the first embodiment.
【0143】Pt層の厚みは、50〜1000オングス
トロームとする。理由は、上記各実施形態1及び2と同
様に、50オングストローム以上あれば、十分な密着性
を確保することができ、1000オングストロームを越
えると、剥がれの問題を生じるからである。The thickness of the Pt layer is set to 50 to 1000 Å. The reason is that, as in the first and second embodiments, if the thickness is 50 angstroms or more, sufficient adhesion can be ensured, and if it exceeds 1000 angstroms, a problem of peeling occurs.
【0144】また、Au層の厚みは、200〜5000
オングストロームとする。これは、200オングストロ
ーム以下であれば、上部電極の抵抗を効果的に減少する
ことができず、5000オングストロームを越えると、
剥がれの問題を生じるからである。The thickness of the Au layer is 200-5000.
Angstrom. This means that the resistance of the upper electrode cannot be effectively reduced if the thickness is 200 Å or less, and if the resistance exceeds 5000 Å,
This is because a problem of peeling occurs.
【0145】好ましくは、Pt層の厚みを250〜10
00オングストロームとし、かつAu層の厚みを100
0〜3000オングストロームとする。Preferably, the thickness of the Pt layer is from 250 to 10
00 Å and the thickness of the Au layer is 100
0 to 3000 angstroms.
【0146】このような構成の本実施形態では、MIM
キャパシタの誘電体層を、通常半導体装置に採用されて
いる酸化シリコンや窒化シリコンなどに比べて比誘電率
が高いSTO(SrTiO3)により構成しているた
め、MIMキャパシタが基板上で占める面積を飛躍的に
縮小することができる。しかも、該誘電体層上の上部電
極を、誘電体層表面上のPt層とその上のAu層を含む
多層構造としているので、Pt層がその上のAu層によ
り構造的に支持されることとなり、上部電極と誘電体層
としてのSTO層との間で熱的に安定な界面特性を得る
ためのPt層を、該STO層との十分な密着性が得られ
る程度に薄く形成することができる。つまり、熱に対し
て安定なPt層により、上部電極形成後の熱処理による
リーク電流の増大を抑えつつ、Pt層の薄膜化によりそ
のSTO層に対する密着性を改善して、素子としての信
頼性を高めることができる。しかも、Pt層の上には低
抵抗なAu層を形成しているため、上記上部電極の抵抗
が低下することとなり、これによりキャパシタでの電力
ロスの低減を図ることもできる。In this embodiment having such a configuration, the MIM
Since the dielectric layer of the capacitor is made of STO (SrTiO 3 ), which has a higher relative dielectric constant than silicon oxide or silicon nitride usually used in semiconductor devices, the area occupied by the MIM capacitor on the substrate is reduced. It can be dramatically reduced. In addition, since the upper electrode on the dielectric layer has a multilayer structure including the Pt layer on the dielectric layer surface and the Au layer thereon, the Pt layer is structurally supported by the Au layer thereon. The Pt layer for obtaining a thermally stable interface characteristic between the upper electrode and the STO layer as a dielectric layer can be formed thin enough to obtain sufficient adhesion with the STO layer. it can. In other words, a Pt layer that is stable against heat suppresses an increase in leakage current due to heat treatment after the formation of the upper electrode, and improves the adhesion to the STO layer by thinning the Pt layer, thereby improving the reliability as an element. Can be enhanced. In addition, since the low-resistance Au layer is formed on the Pt layer, the resistance of the upper electrode is reduced, whereby the power loss in the capacitor can be reduced.
【0147】また、Pt層とAu層の2層構造の場合
は、 Pt層とAu層のストレスの方向が逆であって、
両者のストレスが相殺され、上部電極全体のストレスが
緩和されるので、STO層への密着性が更に向上し、上
部電極が剥がれ難くなる。In the case of a two-layer structure of a Pt layer and an Au layer, the directions of stress of the Pt layer and the Au layer are opposite, and
Since both stresses are offset and the stress on the entire upper electrode is reduced, the adhesion to the STO layer is further improved, and the upper electrode is less likely to be peeled off.
【0148】更に、Au層は、酸素と結合しないので、
熱処理に際し、STO層の酸素がAu層に吸着される心
配がなく、上部電極の低抵抗の維持と、高温でのリーク
電流の更なる減少が可能となる。Further, since the Au layer does not bond with oxygen,
During the heat treatment, there is no concern that oxygen in the STO layer is adsorbed on the Au layer, and it is possible to maintain low resistance of the upper electrode and further reduce leakage current at high temperatures.
【0149】[0149]
【発明の効果】以上のように、本発明(請求項1)に係
るMIMキャパシタによれば、 MIMキャパシタが基
板上で占める面積を飛躍的に縮小することができ、上部
電極のPt層がその上のTi層により構造的に支持され
ることとなり、上部電極を構成する、STO層に対して
熱的に安定なPt層を、該STO層との十分な密着性が
得られる程度に薄く形成することができる。つまり、熱
に対して安定なPt層により、上部電極形成後の熱処理
によるリーク電流の増大を抑えつつ、Pt層の薄膜化に
よりそのSTO層に対する密着性を改善して、素子とし
ての信頼性を高めることができる効果がある。また、前
記上部電極を、熱処理によって前記Ti層と前記Pt層
との界面に形成されたTiとPtの金属間化合物を含む
構造としたので、該金属間化合物の存在により、熱処理
に起因するリーク電流増大をより一層抑制することがで
きる効果がある。 As described above, according to the MIM capacitor according to the present invention (claim 1), the area occupied by the MIM capacitor on the substrate can be significantly reduced, and the Pt layer of the upper electrode can be reduced. The Pt layer, which is structurally supported by the upper Ti layer and constitutes the upper electrode and is thermally stable with respect to the STO layer, is formed thin enough to obtain sufficient adhesion to the STO layer. can do. In other words, the Pt layer that is stable against heat suppresses an increase in leakage current due to heat treatment after the formation of the upper electrode, and improves the adhesion to the STO layer by thinning the Pt layer, thereby improving the reliability of the device. There is an effect that can be increased. Also before
The upper electrode is formed by heat-treating the Ti layer and the Pt layer.
Contains an intermetallic compound of Ti and Pt formed at the interface with
Structure, the presence of the intermetallic compound
Can further suppress the increase in leakage current due to
There is a clear effect.
【0150】本発明(請求項2)によれば、請求項1記
載のMIMキャパシタにおいて、前記上部電極は、前記
Ti層上に形成されたAu層を有しているので、上記熱
処理に起因するリーク電流増大の抑制、及び上部電極と
誘電体層との密着性の改善とともに、上記上部電極の低
抵抗化を図ることができ、これによりキャパシタでの電
力ロスを低減できる。また、Ti層の表面のAu層によ
り、Ti層表面が熱処理を加える際の雰囲気中の微量酸
素によって酸化されてその上に形成される配線の密着性
が劣化するといった問題も解消できる。According to the present invention (claim 2), in the MIM capacitor according to claim 1, the upper electrode is provided in the MIM capacitor.
Since it has the Au layer formed on the Ti layer, it is possible to suppress the increase in the leak current due to the heat treatment, to improve the adhesion between the upper electrode and the dielectric layer, and to reduce the resistance of the upper electrode. Power loss in the capacitor can be reduced. Further, the Au layer on the surface of the Ti layer can also solve the problem that the surface of the Ti layer is oxidized by a trace amount of oxygen in the atmosphere when heat treatment is performed and the adhesion of the wiring formed thereon is deteriorated.
【0151】本発明(請求項3)によれば、請求項1記
載のMIMキャパシタにおいて、前記上部電極は、前記
Ti層上に形成された第2のPt層と、該第2のPt層
上に形成されたAu層とを有しているので、上記熱処理
に起因するリーク電流増大の抑制、上部電極と誘電体層
との密着性の改善、さらに上部電極の低抵抗化に加え
て、薄膜化した第1のPt層を支持するTi層と、低抵
抗層としてのAu層との熱プロセスでの反応を、Ti層
とAu層との間の第2のPt層により阻止することがで
きる効果がある。According to the present invention (claim 3), in the MIM capacitor according to claim 1, the upper electrode is provided in the MIM capacitor.
A second Pt layer formed on the Ti layer, and the second Pt layer
Since it has an Au layer formed thereon , in addition to suppressing the increase in leakage current due to the heat treatment, improving the adhesion between the upper electrode and the dielectric layer, and further reducing the resistance of the upper electrode, The reaction in the thermal process between the Ti layer supporting the thinned first Pt layer and the Au layer as the low resistance layer is prevented by the second Pt layer between the Ti layer and the Au layer. There is an effect that can be done.
【0152】[0152]
【0153】本発明(請求項4)に係るMIMキャパシ
タによれば、MIMキャパシタの誘電体層を、比誘電率
が高いSTO(SrTiO3)により構成し、しかも、
該誘電体層上の上部電極を、誘電体層表面上のPt層と
その上のAu層を含む多層構造としているので、MIM
キャパシタが基板上で占める面積を飛躍的に縮小し、し
かも熱に対して安定なPt層により、上部電極形成後の
熱処理によるリーク電流の増大を抑えつつ、Pt層の薄
膜化によりそのSTO層に対する密着性を改善して、素
子としての信頼性を高めることができる。さらに、Pt
層の上には低抵抗なAu層を形成しているため、上記上
部電極の抵抗が低下することとなり、これによりキャパ
シタでの電力ロスの低減を図ることもできる効果があ
る。According to the MIM capacitor of the present invention (claim 4 ), the dielectric layer of the MIM capacitor is made of STO (SrTiO 3 ) having a high relative permittivity, and
Since the upper electrode on the dielectric layer has a multilayer structure including a Pt layer on the dielectric layer surface and an Au layer thereon,
The area occupied by the capacitor on the substrate is drastically reduced, and a heat-stable Pt layer suppresses an increase in leak current due to heat treatment after the formation of the upper electrode. The adhesion can be improved, and the reliability as an element can be increased. Furthermore, Pt
Since the Au layer having a low resistance is formed on the layer, the resistance of the upper electrode is reduced, which has the effect of reducing power loss in the capacitor.
【0154】また、Pt層とAu層を積層した場合は、
Pt層とAu層のストレスの方向が逆であって、両者
のストレスが相殺され、上部電極全体のストレスが緩和
されるので、STO層への密着性が更に向上し、上部電
極が剥がれ難くなる。Further, when a Pt layer and an Au layer are laminated,
Since the stress directions of the Pt layer and the Au layer are opposite to each other, the stresses of the two are offset, and the stress of the entire upper electrode is alleviated. Therefore, the adhesion to the STO layer is further improved, and the upper electrode is hardly peeled off. .
【0155】更に、Au層は、酸素と結合しないので、
熱処理に際し、STO層の酸素がAu層に吸着される心
配がなく、上部電極の低抵抗の維持と、高温でのリーク
電流の更なる減少を期待することができる。Further, since the Au layer does not bond with oxygen,
At the time of the heat treatment, there is no concern that oxygen of the STO layer is adsorbed on the Au layer, and it is possible to expect to maintain low resistance of the upper electrode and further reduce leakage current at high temperatures.
【0156】[0156]
【0157】本発明(請求項5)に係るMIMキャパシ
タの製造方法によれば、Pt層を電子線蒸着により堆積
して、該上部電極を構成するPt層を形成するようにし
たので、Pt層の微結晶状態での堆積が可能となり、上
部電極と誘電体層との密着性を向上できる。また、Pt
層上にTi層を形成しているため、Pt層を薄層化して
も、Pt層がTi層により支持されることとなるので、
Pt層の薄層化により、上部電極と誘電体層との密着性
をさらに向上させることができる。また、上部電極と誘
電体層との界面にはPt層が介在するので、両者の界面
は熱的に安定なものとなり、上部電極の形成後の熱処理
による、キャパシタでのリーク電流の増大を抑えること
ができる。According to the method of manufacturing the MIM capacitor according to the present invention (claim 5 ), the Pt layer is deposited by electron beam evaporation to form the Pt layer constituting the upper electrode. Can be deposited in a microcrystalline state, and the adhesion between the upper electrode and the dielectric layer can be improved. Also, Pt
Since the Ti layer is formed on the layer, even if the Pt layer is thinned, the Pt layer will be supported by the Ti layer.
By reducing the thickness of the Pt layer, the adhesion between the upper electrode and the dielectric layer can be further improved. Further, since the Pt layer is interposed at the interface between the upper electrode and the dielectric layer, the interface between the two is thermally stable, and the increase in leakage current in the capacitor due to the heat treatment after the formation of the upper electrode is suppressed. be able to.
【0158】また、前記上部電極を形成した後、前記T
i層と前記Pt層との界面に、TiとPtの金属間化合
物を形成するので、上記界面での該金属間化合物の存在
により、熱処理時におけるSTO層での酸素原子の欠陥
発生が抑制される。[0158] Further, after forming the upper electrode, the T
Since an intermetallic compound of Ti and Pt is formed at the interface between the i layer and the Pt layer, the occurrence of oxygen atom defects in the STO layer during heat treatment is suppressed by the presence of the intermetallic compound at the interface. You.
【0159】本発明(請求項6)によれば、請求項8記
載のMIMキャパシタの製造方法において、前記上部電
極の形成後の熱処理を、200℃から500℃の範囲の
温度で行うので、200℃以上の熱処理によりPtとT
iの金属間化合物を確実に形成することができ、また、
上部電極の形成後の熱処理が500℃以下の処理となっ
ているため、熱処理に起因するリーク電流の増大を小さ
く抑えることができる。According to the present invention (claim 6 ), in the method of manufacturing an MIM capacitor according to claim 8, the heat treatment after the formation of the upper electrode is performed at a temperature in the range of 200 ° C. to 500 ° C. Pt and T by heat treatment over ℃
i can reliably form an intermetallic compound, and
Since the heat treatment after the formation of the upper electrode is performed at a temperature of 500 ° C. or lower, an increase in leakage current due to the heat treatment can be suppressed to a small value.
【0160】本発明(請求項7)に係るMIMキャパシ
タの製造方法によれば、下部電極上に誘電体層としてS
rTiO3を堆積した後、Pt層及びAu層を電子線蒸
着により順次堆積して、Au/Pt構造の上部電極を形
成するようにしたので、請求項5と同様に上部電極と誘
電体層との密着性を向上するとともに、熱処理によるキ
ャパシタでのリーク電流の増大を抑えることができ、さ
らに、上部配線が低抵抗のAu層を含んでいるため、上
部電極の抵抗低減によりキャパシタでの電力ロスの低減
を図ることもできる効果がある。According to the method for manufacturing the MIM capacitor according to the present invention (claim 7 ), the dielectric layer is formed on the lower electrode as a dielectric layer.
After depositing rTiO 3 , a Pt layer and an Au layer are sequentially deposited by electron beam evaporation to form an upper electrode having an Au / Pt structure. Of the capacitor, the increase in leakage current in the capacitor due to the heat treatment can be suppressed, and since the upper wiring includes a low-resistance Au layer, the power loss in the capacitor is reduced by reducing the resistance of the upper electrode. There is also an effect that the reduction can be achieved.
【0161】[0161]
【0162】[0162]
【0163】[0163]
【0164】このように本発明によれば、低抵抗であり
かつ高耐熱性を有し、密着性等の問題もない高誘電体キ
ャパシタの上部電極が提供できるので、高誘電体キャパ
シタの信頼性の向上、並びに高誘電体キャパシタを搭載
するMMICの特性の向上を図ることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide an upper electrode of a high dielectric capacitor having low resistance, high heat resistance and no problem of adhesion, etc., so that the reliability of the high dielectric capacitor can be improved. And the characteristics of the MMIC having the high dielectric capacitor mounted thereon can be improved.
【図1】図1は本発明の実施形態1による半導体装置と
してのMMICの構造を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a structure of an MMIC as a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】上記MMICの製造方法を説明するための図で
あり、図2(a)はMESFETの形成工程、図2
(b)はコンタクトホールの形成工程、図2(c)は下
層配線の形成工程を示している。2A and 2B are views for explaining a method of manufacturing the MMIC, and FIG. 2A shows a process of forming a MESFET;
2B shows a step of forming a contact hole, and FIG. 2C shows a step of forming a lower wiring.
【図3】上記MMICの製造方法を説明するための図で
あり、図3(a)はMIMキャパシタの誘電体層を形成
する工程、図3(b)はMIMキャパシタの上部電極を
形成する工程、図3(c)は絶縁層の形成工程を示して
いる。3A and 3B are views for explaining a method for manufacturing the MMIC, wherein FIG. 3A shows a step of forming a dielectric layer of the MIM capacitor, and FIG. 3B shows a step of forming an upper electrode of the MIM capacitor; FIG. 3C shows a step of forming an insulating layer.
【図4】上記MMICの製造方法を説明するための図で
あり、図4(a)は、図3(c)に示す絶縁層にコンタ
クトホールを形成する工程、図4(b)は、上記MMI
Cの上層配線の形成工程を示している。4A to 4C are views for explaining a method of manufacturing the MMIC. FIG. 4A is a step of forming a contact hole in an insulating layer shown in FIG. 3C, and FIG. MMI
3C shows a step of forming an upper layer wiring of C.
【図5】上記MIMキャパシタの上部電極を構成するP
t層の層厚の最大値に関する実験結果を示す図である。FIG. 5 shows P constituting an upper electrode of the MIM capacitor.
It is a figure showing an experimental result about the maximum value of layer thickness of t layer.
【図6】上記MIMキャパシタの上部電極を構成するP
t層の層厚の最小値に関する実験結果を示す図である。FIG. 6 shows P constituting an upper electrode of the MIM capacitor.
It is a figure showing an experimental result about a minimum value of layer thickness of t layer.
【図7】本発明の実施形態2によるMMICの作用効果
を説明するための図であり、該MMICに搭載されたM
IMキャパシタの上部電極を構成するPt層の最小値に
関する実験結果を示している。FIG. 7 is a diagram for explaining the operation and effect of the MMIC according to the second embodiment of the present invention, and illustrates an MMIC mounted on the MMIC;
9 shows an experimental result regarding a minimum value of a Pt layer constituting an upper electrode of an IM capacitor.
【図8】本発明の基本的な作用効果を従来技術と比較し
て説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a basic function and effect of the present invention in comparison with a conventional technique.
【図9】本発明と従来技術の上部電極の各構造につい
て、熱処理後のリーク電流の温度特性を示す図FIG. 9 is a diagram showing the temperature characteristics of the leak current after heat treatment for each structure of the upper electrode of the present invention and the prior art.
100 MMIC 101 半絶縁性GaAs基板 102,106 第1,第2のSiN膜 102a,102b,106a,106b コンタクト
ホール 103 下層配線 108 上層配線 110 MESFET 111a,111b ソース・ドレイン領域 112 チャネル領域 113a,113b オーミック電極 114 ショットキーゲート電極 120 MIMキャパシタ 121 誘電体層 122 下部電極 123 上部電極Reference Signs List 100 MMIC 101 Semi-insulating GaAs substrate 102, 106 First and second SiN films 102a, 102b, 106a, 106b Contact hole 103 Lower wiring 108 Upper wiring 110 MESFET 111a, 111b Source / drain region 112 Channel region 113a, 113b Ohmic Electrode 114 Schottky gate electrode 120 MIM capacitor 121 Dielectric layer 122 Lower electrode 123 Upper electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/822 H01L 27/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/822 H01L 27/04
Claims (9)
挟持してなるMIMキャパシタであって、 該誘電体層は、高誘電体であるSrTiO3から構成さ
れており、 該誘電体層上にこれと密着して設けられている上部電極
は、 該誘電体層表面上に形成されたPt層と、該Pt層上に
形成されたTi層とを含む多層構造となっており、該多
層構造の金属層中には、空気中もしくは窒素中での熱処
理によって該Ti層と該Pt層との界面に形成されたT
iとPtの金属間化合物が含まれているMIMキャパシ
タ。1. An MIM capacitor having a dielectric layer sandwiched between a lower electrode and an upper electrode, wherein the dielectric layer is made of SrTiO 3 which is a high dielectric substance. The upper electrode provided in close contact with the layer has a multilayer structure including a Pt layer formed on the surface of the dielectric layer and a Ti layer formed on the Pt layer, In the metal layer having the multilayer structure, the T layer formed at the interface between the Ti layer and the Pt layer by a heat treatment in air or nitrogen.
An MIM capacitor containing an intermetallic compound of i and Pt.
て、 前記上部電極は、前記Ti層上に形成されたAu層を有
しているMIMキャパシタ。2. The MIM capacitor according to claim 1, wherein said upper electrode has an Au layer formed on said Ti layer.
て、 前記上部電極は、前記Ti層上に形成された第2のPt
層と、該第2のPt層上に形成されたAu層とを有して
いるMIMキャパシタ。3. The MIM capacitor according to claim 1, wherein the upper electrode is a second Pt formed on the Ti layer.
A MIM capacitor having a layer and an Au layer formed on the second Pt layer.
挟持してなるMIMキャパシタであって、 該誘電体層は、高誘電体であるSrTiO3から構成さ
れており、 該誘電体層上にこれと密着して設けられている上部電極
は、 該誘電体層表面上に形成されたPt層と、該Pt層上に
形成されたAu層とを含む多層構造となっているMIM
キャパシタ。4. An MIM capacitor having a dielectric layer sandwiched between a lower electrode and an upper electrode, wherein the dielectric layer is made of SrTiO 3 which is a high dielectric substance. An upper electrode provided in close contact with the layer has a multilayer structure including a Pt layer formed on the surface of the dielectric layer and an Au layer formed on the Pt layer.
Capacitors.
挟持してなる構造のMIMキャパシタを製造する方法で
あって、 該誘電体層の形成工程は、該下部電極上にSrTiO3
を堆積して、該誘電体層を構成する金属酸化物層を形成
する工程を含むものであり、 該上部電極の形成工程は、 該誘電体層上にPtを電子線蒸着により堆積して、該上
部電極を構成するPt層を形成する工程と、 該Pt層上に電子線蒸着によりTiを堆積して、該上部
電極を構成するTi層を形成する工程と、 空気中もしくは窒素中での熱処理によって該Ti層と該
Pt層との界面に、TiとPtの金属間化合物を形成す
る工程とを含むものであるMIMキャパシタの製造方
法。5. A method for manufacturing an MIM capacitor having a structure in which a dielectric layer is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode, wherein the step of forming the dielectric layer comprises the step of forming SrTiO 3 on the lower electrode.
And forming a metal oxide layer constituting the dielectric layer. The step of forming the upper electrode includes: depositing Pt on the dielectric layer by electron beam evaporation; A step of forming a Pt layer constituting the upper electrode; a step of depositing Ti on the Pt layer by electron beam evaporation to form a Ti layer constituting the upper electrode; Forming an intermetallic compound of Ti and Pt at the interface between the Ti layer and the Pt layer by heat treatment.
方法において、 前記上部電極の形成後の熱処理は、200℃から500
℃の範囲の温度で行うMIMキャパシタの製造方法。6. The method for manufacturing a MIM capacitor according to claim 5, wherein the heat treatment after the formation of the upper electrode is performed at 200 ° C. to 500 ° C.
A method for manufacturing a MIM capacitor performed at a temperature in the range of ° C.
挟持してなる構造のMIMキャパシタを製造する方法で
あって、 該誘電体層の形成工程は、該下部電極上にSrTiO3
を堆積して、該誘電体層を構成する金属酸化物層を形成
する工程を含むものであり、 該上部電極の形成工程は、 該誘電体層上にPtを電子線蒸着により堆積して、該上
部電極を構成するPt層を形成する工程と、 該Pt層上に電子線蒸着によりAuを堆積して、該上部
電極を構成するAu層を形成する工程とを含むものであ
るMIMキャパシタの製造方法。7. A method for manufacturing an MIM capacitor having a structure in which a dielectric layer is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode, wherein the step of forming the dielectric layer comprises the step of forming SrTiO 3 on the lower electrode.
And forming a metal oxide layer constituting the dielectric layer. The step of forming the upper electrode includes: depositing Pt on the dielectric layer by electron beam evaporation; A method of manufacturing an MIM capacitor, comprising: forming a Pt layer forming the upper electrode; and depositing Au on the Pt layer by electron beam evaporation to form an Au layer forming the upper electrode. .
上部電極との間に誘電体層を挟持してなる構造のMIM
キャパシタを複数有する半導体装置であって、 該複数のMIMキャパシタは、同一の工程で該半導体基
板上に形成された該下部電極の一方上にSrTiO3か
らなる高誘電体層と、該高誘電体層上に形成された上部
電極とを順次形成した第1のMIMキャパシタと、該下
部電極の他方上にSiNからなる誘電体層と、該誘電体
層上に形成された該上部電極とを順次積層した第2のM
IMキャパシタとを有することを特徴とする半導体装
置。8. An MIM having a structure in which a dielectric layer is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode formed on a semiconductor substrate.
A semiconductor device having a plurality of capacitors, the plurality of MIM capacitor, a high dielectric layer on one of the same process at the lower electrode which is formed on the semiconductor substrate made of SrTiO 3, the high dielectric a first MIM capacitor are sequentially formed and an upper electrode formed on the layer, the under
A second M in which a dielectric layer made of SiN and the upper electrode formed on the dielectric layer are sequentially laminated on the other of the lower electrodes
A semiconductor device comprising: an IM capacitor.
上部電極との間に誘電体層を挟持してなる構造のMIM
キャパシタを複数有する半導体装置の製造方法であっ
て、第1および第2のMIMキャパシタの 下部電極をそれぞ
れ形成する工程と、 該下部電極の一方上にSrTiO3からなる高誘電体層
を形成し、該高誘電体層上に上部電極を順次形成して第
1のMIMキャパシタを形成する工程と、 該下部電極の他方上に、SiNからなる誘電体層を形成
し、該誘電体層上に上部電極を形成して第2のMIMキ
ャパシタを形成する工程と、 を包含することを特徴とする半導体装置の製造方法。9. An MIM having a structure in which a dielectric layer is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode formed on a semiconductor substrate.
A method of manufacturing a semiconductor device having a plurality of capacitors, the lower electrode of the first and second MIM capacitors which
A step of being formed, the steps of one of the high-dielectric layer is formed consisting of SrTiO 3 on the lower electrode, to form a first MIM capacitor upper electrode are sequentially formed on the high dielectric layer, Forming a dielectric layer made of SiN on the other of the lower electrodes , and forming an upper electrode on the dielectric layer to form a second MIM capacitor. Device manufacturing method.
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| JP3529296 | 1996-02-22 | ||
| JP33254196A JP3324946B2 (en) | 1996-02-22 | 1996-12-12 | MIM capacitor and its manufacturing method, and semiconductor device and its manufacturing method |
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