JPH1154702A - 容量素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】集積回路等に内蔵される容量素子において、上
部電極と配線との密着性を向上させ、かつ配線を構成す
るチタンの容量絶縁膜への拡散を防止すること。 【解決手段】容量素子の上部電極４の上に、電極配線１
１または１２を構成する材料の拡散を防止する拡散防止
層５および補助電極６を設けた。すなわち、上部電極４
および補助電極６の間に拡散防止層５が形成されている
ため、上部電極４の材料は容量絶縁膜３だけを考慮して
決めることができ、補助電極６の材料は電極配線１２の
構成材料だけを考慮して決めることができ、電極配線１
２の最下層の材料は集積回路の拡散層および補助電極６
だけを考慮して決めることができる。したがって、それ
ぞれの材料選択の範囲が広くなるうえ、電極配線１２の
構成材料が容量絶縁膜３に拡散してその誘電特性を劣化
させることがなくなり、高い信頼性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、高誘電率
を有する誘電体または強誘電体を容量絶縁膜とする容量
素子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロコンピュータ等の高速
化、低消費電力化が進む中で民生用電子機器が一段と高
度化し、そこに使用される半導体装置中に形成された半
導体素子の微細化が急速に進められてきている。それに
伴って電子機器から発生する電磁波雑音である不要輻射
が大きな問題になり、この不要輻射低減対策として高誘
電率を有する誘電体（以下単に高誘電体という）を容量
絶縁膜とする大容量の容量素子を半導体集積回路装置等
に内蔵する技術が注目をあびている。またダイナミック
ＲＡＭの高集積化に伴い、容量絶縁膜として従来用いら
れてきた珪素酸化物または珪素窒化物に代わって高誘電
体を用いる技術が広く研究されている。さらに低動作電
圧かつ高速書込み・高速読出しが可能な不揮発性ＲＡＭ
の実用化を実現するために、自発分極特性を有する強誘
電体膜に関する研究開発が盛んに行われている。

【０００３】これらの半導体装置を実現するための最重
要課題は、容量素子の特性を劣化させることなく集積化
を実現するための構造およびその製造方法を開発するこ
とにある。

【０００４】以下、従来の容量素子およびその製造方法
について、図面を参照しながら説明する。図１０は従来
の容量素子の要部断面図である。２１は例えば集積回路
が作り込まれたシリコン基板等、その主面が絶縁性の基
板である。２２は白金膜等で形成された下部電極、２３
は強誘電体薄膜で形成された容量絶縁膜、２４は白金膜
等で形成された上部電極であり、下部電極２２と上部電
極２４とで挟まれた容量絶縁膜２３の部分が容量素子を
形成している。２５は容量絶縁膜２３に設けた開口部、
２６は容量素子を覆った層間絶縁膜、２７は層間絶縁膜
２６に設けられ下部電極２２に達する第１のコンタクト
孔、２８は層間絶縁膜２６に設けられ上部電極２４に達
する第２のコンタクト孔、２９は下部電極２２に接続さ
れた第１の電極配線、３０は上部電極２４に接続された
第２の電極配線である。

【０００５】最近では、これらの電極配線２９、３０
は、下層がチタン膜、上層がアルミを主成分とするアル
ミ合金膜または下層がチタン膜、中間層が窒化チタン
膜、上層がアルミを主成分とするアルミ合金膜で構成さ
れる。特にこのような容量素子を集積回路に内蔵させる
場合、第１、第２の電極配線は集積回路の拡散領域にも
接続されるため、その領域では拡散領域とアルミ合金膜
とのコンタクト抵抗を低減させるために最下層にチタン
膜が必要であり、このようなチタン膜が用いられるのが
普通である。

【０００６】図１１（ａ）〜図１１（ｅ）は、従来の容
量素子の製造方法を説明する工程断面図である。

【０００７】まず、図１１（ａ）に示すように、少なく
とも主面が絶縁性である基板２１の上に第１の白金膜２
２ａ、強誘電体膜２３ａ、第２の白金膜２４ａを形成す
る。次に図１１（ｂ）に示すように、第２の白金膜２４
ａを選択的にエッチングして上部電極２４を形成する。
次に図１１（ｃ）に示すように、誘電体膜２３ａを選択
的にエッチングして容量絶縁膜２３および容量絶縁膜２
３の開口部２５を形成する。さらに第１の白金膜を選択
的にエッチングして下部電極２２を形成する。次に全面
に層間絶縁膜２６を形成した後、図１１（ｄ）に示すよ
うに、層間絶縁膜２６に下部電極２２に達する第１のコ
ンタクト孔２７および上部電極２４に達する第２のコン
タクト孔２８を形成する。次に、チタン膜およびアルミ
合金膜を形成した後、選択的にエッチングし、図１１
（ｅ）に示すように下部電極２２に接続された第１の電
極配線２９および上部電極２４に接続された第２の電極
配線３０を形成する。なお、図７（ｅ）では簡単のため
に第１の電極配線２９、第２の電極配線３０を１層で示
したが、実際には上記に説明したようにチタン膜とアル
ミ合金膜の２層膜、チタン膜と窒化チタン膜とアルミ合
金膜の３層膜等で構成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この様な従来の容量素
子においては、電極配線と上部電極との密着性を向上さ
せること、および電極配線形成後の熱処理時に電極配線
を構成する材料と容量絶縁膜との反応が極力生じない様
にすることが要求される。一般に、容量絶縁膜としては
金属酸化物強誘電体が用いられるため、下部電極、上部
電極としては熱処理時に金属酸化物との反応がなく、高
温に耐える材料として白金膜が用いられる。また、電極
配線としては、アルミニウム層と白金膜層との密着性を
向上させるためチタン層が両者の間に形成される。

【０００９】しかしながら、白金膜は通常スパッタで形
成されるため、柱状の結晶構造を有する。また容量素子
の性能を向上させるためにその製造工程において電極配
線形成後の熱処理等が必要不可欠となっている。従っ
て、この電極配線の熱処理時に、電極配線の最下層に使
用されたチタンが柱状結晶の白金膜の結晶粒界を通って
容量絶縁膜中に拡散し、容量絶縁膜を構成する強誘電体
膜と反応してその性能を低下させると言う課題を有して
いた。

【００１０】本発明は、上記従来の容量素子のこの様な
課題を考慮し、上部電極と電極配線との密着性の向上を
図るとともに、電極配線を構成するチタンの容量絶縁膜
への拡散の防止又は抑制を可能としたことにより、容量
素子の特性、信頼性を従来に比べてより一層向上させる
ことが出来る容量素子およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の容量素子は、例えば、容量絶縁膜を金属酸化
物強誘電体で構成し、容量絶縁膜の上に上部電極と上部
電極より面積の小さい拡散防止・抑制層と拡散防止・抑
制層を十分に覆って形成された補助電極とを形成したも
のであり、電極配線を構成する材料が容量絶縁膜中へ拡
散することを防止又は抑制し、かつ電極配線と上部電極
および下部電極との密着性を向上させることができるも
のである。なお、拡散防止・抑制層を構成する材料は、
電極配線を構成する材料の拡散を防止できるものであれ
ば、金属、金属酸化膜、金属窒化膜等が使用できる。

【００１２】このような構成では拡散防止・抑制層に絶
縁膜を使用した場合でも拡散防止・抑制層の周縁部外で
上部電極と補助電極とが接触するように構成でき、その
部分で電気的にコンタクトをとることができる。

【００１３】また、本発明の容量素子の製造方法では、
例えば、容量素子の上部が補助電極で覆われており、拡
散防止・抑制層が露出していないので、容量素子を覆う
層間絶縁膜に容易にコンタクト孔を形成することができ
る。すなわち、層間絶縁膜と拡散防止・抑制膜のエッチ
ング速度に差がない場合でも、コンタクト孔のエッチン
グは補助電極で停止させることができる。

【００１４】そこで、請求項１に記載の本発明は、例え
ば、主面が絶縁性の基板上に形成された下部電極と容量
絶縁膜と上部電極とからなる容量素子において上部電極
の上に電極配線を構成する材料の拡散を防止又は抑制す
る拡散防止・抑制層と補助電極が形成されたものであ
り、上部電極の上に上部電極より小さい面積で形成され
た拡散防止・抑制層とその拡散防止・抑制層を覆いかつ
上部電極とほぼ同一面積で形成された補助電極を備えた
構成としたものであり、拡散防止・抑制層が上部電極と
補助電極によって包み込まれているために容量絶縁膜と
反応しやすい導電膜を拡散防止・抑制層に使用すること
ができ、また拡散防止・抑制層に絶縁膜を使用した場合
には拡散防止・抑制層の周縁部外で上部電極と補助電極
との電気的接触を保持することができる。したがって、
電極配線に使用する材料の容量絶縁膜への拡散を防止又
は抑制する拡散防止・抑制層の材料の選択範囲が広くな
り、それだけ容量素子の性能および信頼性を向上させる
ことができる。

【００１５】請求項２に記載の本発明は、例えば、主面
が絶縁性の基板上に形成された下部電極と容量絶縁膜と
上部電極とからなる容量素子において上部電極の上に電
極配線を構成する材料の拡散を防止又は抑制する導電性
の拡散防止・抑制層と補助電極が形成されたものであ
り、上部電極と拡散防止・抑制層と補助電極とがほぼ同
一面積で形成され、拡散防止・抑制層が上部電極と補助
電極とで挟まれた構成を有しており、電極配線を構成す
る材料が容量絶縁膜へ拡散するのを防止又は抑制する。
したがって、電極配線に使用する材料の容量絶縁膜への
拡散を防止又は抑制する拡散防止・抑制層の材料の選択
範囲が広くなり、それだけ容量素子の性能および信頼性
を向上させることができる。

【００１６】請求項３に記載の本発明は、例えば、主面
が絶縁性の基板上に形成された下部電極と容量絶縁膜と
上部電極とからなる容量素子において上部電極の上に電
極配線を構成する材料の拡散を防止又は抑制する拡散防
止・抑制層と補助電極が形成され、かつ拡散防止・抑制
層が周縁部を酸化膜または窒化膜に変換した導電膜で形
成された構成を有しており、拡散防止・抑制層が上部電
極と補助電極と周縁部の酸化膜または窒化膜で包まれて
いるために、拡散防止・抑制層の材料の選択範囲が広く
なり、それだけ容量素子の性能および信頼性を向上させ
ることができる。

【００１７】請求項４に記載の本発明は、例えば、請求
項１、２または３に記載の容量素子において電極配線が
チタン層を含む多層膜で構成され、かつ拡散防止・抑制
層がチタンの拡散を防止又は抑制する膜で構成されたも
のである。チタン膜は電極配線の最下層に使用されて、
補助電極およびシリコン基板の拡散層とアルミニウム膜
との密着性を向上させるために極めて効果がある。一方
チタンは容量絶縁膜が酸化物強誘電体で構成されている
場合、酸化物強誘電体中に拡散すると容量絶縁膜の性能
と信頼性を低下させることが知られているが、本発明の
構造によりチタンを完全にストップすることができる。

【００１８】請求項５に記載の本発明は、例えば、請求
項１または２に記載の発明において拡散防止・抑制層を
構成する導電膜を酸化イリジウム膜または窒化チタン膜
など金属以外の導電膜を用いたものであり、拡散防止・
抑制層として金属以外の導電膜を使用しているためにそ
れ自体が容量絶縁膜に拡散することはなく、簡単な構造
で容量素子の性能および信頼性を向上させることができ
る。

【００１９】請求項６に記載の本発明は、例えば、請求
項３に記載の容量素子において拡散防止・抑制層として
窒化チタン膜を使用し、かつその窒化チタン膜の周縁部
を酸化チタン膜に変換した構成を有しており、補助電極
と上部電極との電気的接続は中央部の導電性窒化チタン
膜で行い、窒化チタン膜は上部電極、補助電極および周
縁部の酸化チタン膜で完全に包まれることになる。した
がってさらに効果的に容量素子の性能および信頼性を向
上させることができる。

【００２０】請求項７に記載の本発明は、例えば、請求
項１、２または３に記載の容量素子において、上部電
極、下部電極および補助電極が、白金、イリジウム、パ
ラジウムまたはロジウムの単層膜、それらの積層膜また
は合金膜である構成を有しており、各電極と容量絶縁膜
との反応を防止できる。

【００２１】請求項８に記載の本発明は、例えば、請求
項１に記載の容量素子において、拡散防止・抑制層に酸
化シリコン膜、酸化チタン膜を用い、拡散防止・抑制層
の面積が上部電極および補助電極より小さく拡散防止・
抑制層の周縁部外で上部電極と補助電極とが電気的に接
続される構成を有するものであり、電極配線を構成する
材料の拡散を完全にストップすることができる。酸化シ
リコン膜はＣＶＤ法で形成した膜であっても緻密であ
り、チタンなどの金属の拡散を防止又は抑制する能力に
優れている。また酸化チタン膜はそれ自身容量絶縁膜に
影響を及ぼすチタンを含んでいるが、チタンと酸素の結
合力がきわめて強いためチタンが遊離することがなく、
また酸化シリコン膜よりさらに緻密である。また酸化チ
タン膜は酸化シリコン膜と白金膜との間の密着層として
用いて効果がある。

【００２２】請求項９に記載の本発明は、例えば、請求
項１、２または３に記載の容量素子において、容量絶縁
膜としてストロンチウム、ビスマス、タンタルおよびニ
オビウムを主成分とする酸化物強誘電体を用いたもので
あり、請求項１、２または３に記載の構造と相まって、
高性能、高信頼性の容量素子を実現できるものである。

【００２３】請求項１０に記載の本発明は、例えば、請
求項１に記載の容量素子の製造方法に関するもので、少
なくとも主面が絶縁性の基板の上に第１の金属膜、誘電
体膜、第２の金属膜および電極配線を構成する材料の拡
散を防止又は抑制する拡散防止・抑制膜を積層して形成
する工程と、拡散防止・抑制膜をパターニングして拡散
防止・抑制層を形成する工程と、全面に第３の金属膜を
形成する工程と、拡散防止・抑制層を包み込んで第３の
金属膜および第２の金属膜をパターニングして第２の金
属膜からなる上部電極および第３の金属膜からなる補助
電極を形成する工程と、誘電体膜および第１の金属膜を
上部電極より大きく残してパターニングし、容量絶縁膜
と下部電極とを形成する工程と、容量絶縁膜の一部に下
部電極に達する開口部を形成する工程と、全面に層間絶
縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜に下部電極に達する
第１のコンタクト孔、補助電極に達する第２のコンタク
ト孔を形成する工程と、第１のコンタクト孔を介して下
部電極に接続された第１の電極配線と第２のコンタクト
孔を介して補助電極に接続された第２の電極配線とを形
成する工程とを有し、拡散防止・抑制層が上部電極と補
助電極に包み込まれた構造の電極構成を容易に形成でき
ることから、高性能、高信頼性の容量素子を製造するこ
とができる。

【００２４】請求項１１に記載の本発明は、例えば、請
求項２に記載の容量素子の製造方法に関するもので、基
板上に第１の金属膜、誘電体膜、第２の金属膜および電
極配線を構成する材料の拡散を防止又は抑制する導電膜
および第３の金属膜を積層して形成する工程と、第３の
金属膜、導電膜および第２の金属膜を同一マスクを用い
てパターニングして補助電極と拡散防止・抑制層と上部
電極とを形成する工程と、誘電体膜と第１の金属膜を補
助電極より大きい面積でパターニングして容量絶縁膜と
下部電極とを形成する工程と、全面に層間絶縁膜を形成
する工程と、層間絶縁膜に下部電極に達する第１のコン
タクト孔、補助電極に達する第２のコンタクト孔を形成
する工程と、第１のコンタクト孔を介して下部電極に接
続された第１の電極配線と第２のコンタクト孔を介して
補助電極に接続された第２の電極配線とを形成する工程
とを有し、導電性の拡散防止・抑制層が上部電極と補助
電極に挟まれた構造の電極構成を容易に形成でき、高性
能、高信頼性の容量素子を製造することができる。

【００２５】請求項１２に記載の本発明は、例えば、基
板上に第１の金属膜、誘電体膜、第２の金属膜、導電膜
および第３の金属膜を積層して形成する工程と、第３の
金属膜、電極配線を構成する材料の拡散を防止又は抑制
する導電膜および第２の金属膜を同一マスクを用いてパ
ターニングして上部電極と拡散防止・抑制層と補助電極
とを形成する工程と、酸素を含有する雰囲気中で熱処理
し拡散防止・抑制層を構成する導電膜の周縁部を酸化す
る工程と、誘電体膜および第１の金属膜を上部電極より
大きく残してパターニングし、容量絶縁膜と下部電極と
を形成する工程と、容量絶縁膜の一部に下部電極に達す
る開口部を形成する工程と、全面に層間絶縁膜を形成す
る工程と、層間絶縁膜に下部電極に達する第１のコンタ
クト孔、補助電極に達する第２のコンタクト孔を形成す
る工程と、第１のコンタクト孔を介して下部電極に接続
された第１の電極配線と第２のコンタクト孔を介して補
助電極に接続された第２の電極配線とを形成する工程と
を有し、拡散防止・抑制層を導電膜で構成し、その周縁
部を酸化膜に変換する工程を採用することにより金属膜
を拡散防止・抑制層に使用しても完全に補助電極と上部
電極で包み込んだ構成とすることができる。

【００２６】又、請求項１３に記載の本発明は、少なく
とも主面が絶縁性の基板と、前記基板上に形成された下
部電極と、前記下部電極の表面に形成された容量絶縁膜
と、前記容量絶縁膜の上に形成された上部電極と、前記
上部電極の上に形成された拡散防止・抑制層と、前記拡
散防止・抑制層の上に形成された補助電極と、前記絶縁
性の基板を覆って形成された層間絶縁膜と、前記層間絶
縁膜を貫通し前記補助電極に達するコンタクト孔と、前
記コンタクト孔を介して前記補助電極に接続された電極
配線とを備えた容量素子である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１〜図９を用いて説明する。

【００２８】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１における容量素子の要部断面図である。

【００２９】図１に示すように、本実施の形態の容量素
子においては、例えば集積回路が形成されたシリコン基
板等の、少なくとも表面が絶縁性の基板１上に下部電極
２、酸化物強誘電体等の誘電体膜からなる容量絶縁膜
３、上部電極４、拡散防止層５、及び拡散防止層５を包
み込んで形成された補助電極６が形成されている。下部
電極２および容量絶縁膜３は補助電極６より大きくパタ
ーニングされており、容量絶縁膜３の一部に下部電極２
を露出させた開口部７が形成されている。本発明の拡散
防止・抑制層は、拡散防止層５に対応する。

【００３０】このように構成された容量素子を覆って層
間絶縁膜８が形成されており、この層間絶縁膜８には下
部電極２に達する第１のコンタクト孔９および補助電極
６に達する第２のコンタクト孔１０が形成されている。
第１のコンタクト孔９を含んでチタン層１１ａ、窒化チ
タン層１１ｂおよびアルミニウム層１１ｃからなる第１
の電極配線１１が、第２のコンタクト孔１０を含んでチ
タン層１２ａ、窒化チタン層１２ｂおよびアルミニウム
層１２ｃからなる第２の電極配線１２が形成されてい
る。

【００３１】下部電極２、上部電極４および補助電極６
としては白金膜が使用されるが、その他にイリジウム、
パラジウムまたはロジウムの単層膜、それらの積層膜ま
たは合金膜が用いられる。

【００３２】また容量絶縁膜３を構成する酸化物強誘電
体としては、例えばビスマス層状ペロブスカイト構造の
強誘電体が用いられる。一般に強誘電体としてはチタン
酸バリウムに代表される金属酸化物強誘電体があるが、
ビスマス層状ペロブスカイト構造の強誘電体は強誘電体
としての安定性においてチタン酸バリウム等より優れて
いる。

【００３３】また拡散防止層５としては、酸化シリコン
膜や酸化チタン膜等の絶縁膜が用いられる。これらの材
料はチタンの拡散を防止又は抑制する機能が高く、第２
の電極配線１２の最下層に用いたチタン層１２ａ中のチ
タンが容量絶縁膜３中へ拡散することを防止又は抑制す
る。なお、本実施の形態における拡散防止層５は絶縁膜
であるため、拡散防止層５の周縁部で上部電極４と補助
電極６間のコンタクトをとっている。

【００３４】実施の形態１における容量素子では、従来
の上部電極を白金膜で構成し、その白金膜に直接チタン
膜、アルミニウム膜からなる電極配線を形成した従来の
容量素子に比べて絶縁耐圧が約２倍、データ保持時間が
約１桁向上した。

【００３５】尚、本実施の形態の容量素子の製造方法に
ついては、実施の形態４で述べる。

【００３６】（実施の形態２）図２は本発明の実施の形
態２による容量素子の要部断面図である。

【００３７】図１に示す実施の形態１と同一箇所には同
一符号を付して詳細説明を省略する。

【００３８】実施の形態２が図１に示す実施の形態１と
異なるのは、上部電極１４、導電性の拡散防止層１５お
よび補助電極１６が同一形状に形成されている点であ
る。導電性の拡散防止層１５としては酸化イリジウムや
窒化チタンなど上部電極１４を通り抜けない酸化物導電
膜を使用することが望ましい。構造が簡単でありなが
ら、電極配線１１、１２に使用する金属が容量絶縁膜３
へ拡散することを容易に防止又は抑制することができ
る。

【００３９】下部電極２、上部電極１４および補助電極
１６としては白金膜が使用されるが、その他にイリジウ
ム、パラジウムまたはロジウムの単層膜、それらの積層
膜または合金膜が用いられる。

【００４０】また容量絶縁膜３を構成する酸化物強誘電
体としては、例えばビスマス層状ペロブスカイト構造の
強誘電体が用いられる。一般に強誘電体としてはチタン
酸バリウムに代表される金属酸化物強誘電体があるが、
ビスマス層状ペロブスカイト構造の強誘電体は強誘電体
としての安定性においてチタン酸バリウム等より優れて
いる。

【００４１】尚、本実施の形態の容量素子の製造方法に
ついては、実施の形態５で述べる。

【００４２】（実施の形態３）図３は本発明の実施の形
態３による容量素子の要部断面図である。

【００４３】図１に示す実施の形態１と同一箇所には同
一符号を付して詳細説明を省略する。

【００４４】実施の形態３が図１に示す実施の形態１と
異なるのは、上部電極１７、拡散防止層１８および補助
電極１９が同一形状に形成されており、かつ拡散防止層
１８が導電性領域１８ａと酸化膜または窒化膜からなる
周縁部領域１８ｂとから形成されている点である。この
場合は、導電性領域１８ａが上部電極１７、補助電極１
９および周縁部領域１８ｂで包まれた形状となってお
り、拡散防止層１８に使用する材料の選択範囲が実施の
形態２に比べていっそう広くなるという特徴がある。拡
散防止層１８としては、窒化チタン膜などの窒化膜で、
酸素を含有する雰囲気中での熱処理により安定な酸化膜
に変換されるものが望ましい。また、金属であってもチ
タンの拡散を防止又は抑制する能力があり、かつ酸素を
含有する雰囲気中での熱処理により安定な酸化膜に変換
されるものであれば拡散防止層１８として使用すること
ができる。

【００４５】下部電極２、上部電極１７および補助電極
１９としては白金膜が使用されるが、その他にイリジウ
ム、パラジウムまたはロジウムの単層膜、それらの積層
膜または合金膜が用いられる。

【００４６】また容量絶縁膜３を構成する酸化物強誘電
体としては、例えばビスマス層状ペロブスカイト構造の
強誘電体が用いられる。一般に強誘電体としてはチタン
酸バリウムに代表される金属酸化物強誘電体があるが、
ビスマス層状ペロブスカイト構造の強誘電体は強誘電体
としての安定性においてチタン酸バリウム等より優れて
いる。

【００４７】尚、本実施の形態の容量素子の製造方法に
ついては、実施の形態６で述べる。

【００４８】（実施の形態４）図４（ａ）〜図４（ｅ）
は本発明の実施の形態４による容量素子の製造方法の前
半工程を示す工程断面図、図５（ａ）〜図５（ｃ）は本
発明の実施の形態４による容量素子の製造方法の後半工
程を示す工程断面図である。

【００４９】尚、本実施の形態の容量素子は、上記実施
の形態１で述べた構成と同じものである。

【００５０】まず図４（ａ）に示すように、主面が絶縁
性の基板１の上に第１の金属膜２ａ、誘電体膜３ａ、第
２の金属膜４ａおよび電極配線を構成する材料の拡散を
防止又は抑制する拡散防止膜５ａを積層して形成する。
次に図４（ｂ）に示すように拡散防止膜５ａをパターニ
ングして拡散防止層５を形成する。次に図４（ｃ）に示
すように、全面に第３の金属膜６ａを形成する。次に第
３の金属膜６ａおよび第２の金属膜４ａをパターニング
して図４（ｄ）に示すように上部電極４および補助電極
６を形成する。このとき、補助電極６および上部電極４
は拡散防止層５を完全に包み込むようにパターニングす
ることが必要である。次に補助電極６より大きい面積で
誘電体膜３ａおよび第１の金属膜２ａをパターニング
し、図４（ｅ）に示すように容量絶縁膜３および下部電
極２を形成する。なお、容量絶縁膜３には下部電極２を
露出させて開口部７を形成する。

【００５１】次に図５（ａ）に示すように、基板１の全
面に層間絶縁膜８を形成する。次に図５（ｂ）に示すよ
うに、層間絶縁膜８に下部電極２に達する第１のコンタ
クト孔９および補助電極６に達する第２のコンタクト孔
１０を形成する。次に全面にチタン膜、窒化チタン膜お
よびアルミニウム膜を積層して形成した後パターニング
し、図５（ｃ）に示すように第１の電極配線１１および
第２の電極配線１２を形成する。第１の電極配線１１は
基板１側から順にチタン層１１ａ，窒化チタン層１１ｂ
およびアルミニウム層１１ｃで構成され、第２の電極配
線１２は基板１側から順にチタン層１２ａ，窒化チタン
層１２ｂおよびアルミニウム層１２ｃで構成される。

【００５２】このように、拡散防止層５をまず形成した
後に第３の補助電極６となる第３の金属膜６ａを形成す
ることにより、容易に拡散防止層５を上部電極４および
補助電極６で包み込むことができる。

【００５３】（実施の形態５）図６（ａ）〜（ｄ）は本
発明の実施の形態５による容量素子の製造方法の前半工
程を示す工程断面図、図７（ａ）〜（ｃ）は本発明の実
施の形態５による容量素子の製造方法の後半工程を示す
工程断面図である。

【００５４】尚、本実施の形態の容量素子は、上記実施
の形態２で述べた構成と同じものである。

【００５５】まず、図６（ａ）に示すように、基板１の
上に第１の金属膜２ａ、誘電体膜３ａ、第２の金属膜１
４ａ、電極配線を構成する材料の拡散を防止又は抑制す
る導電膜１５ａおよび第３の金属膜１６ａを積層して形
成する。次に第３の金属膜１６ａ、導電膜１５ａおよび
第２の金属膜１４ａをパターニングして補助電極１６、
拡散防止層１５および上部電極１４を同一パターンに形
成する。次に図６（ｃ）に示すように、誘電体膜３ａお
よび第１の金属膜２ａを補助電極１６より大きくパター
ニングして容量絶縁膜３および下部電極２を形成する。
次に図６（ｄ）に示すように、容量絶縁膜３に下部電極
２に達する開口部７を形成する。

【００５６】次に、図７（ａ）に示すように、基板１の
全面に層間絶縁膜８を形成する。次に図７（b）に示す
ように、層間絶縁膜８に下部電極２に達する第１のコン
タクト孔９および補助電極１６に達する第２のコンタク
ト孔１０を形成する。次に図７（ｃ）に示すように、第
１のコンタクト孔９を含んでチタン層１１ａ、窒化チタ
ン層１１ｂおよびアルミニウム層１１ｃからなる第１の
電極配線１１を、第２のコンタクト孔１０を含んでチタ
ン層１２ａ、窒化チタン層１２ｂおよびアルミニウム層
１２ｃからなる第２の電極配線１２を形成する。

【００５７】実施の形態４における容量素子の製造方法
においては、拡散防止層１５としてチタンに対する拡散
防止機能と導電性を有する窒化チタン膜や酸化イリジウ
ム膜等を用いており、図６（ｂ）に示すように、補助電
極１６、拡散防止層１５および上部電極１４を同一マス
クを用いてエッチングできることが特徴である。

【００５８】（実施の形態６）図８（ａ）〜（ｄ）は本
発明の実施の形態４による容量素子の製造方法の前半工
程を示す工程断面図、図９（ａ）〜（ｃ）は本発明の実
施の形態６による容量素子の製造方法の後半工程を示す
工程断面図である。

【００５９】尚、本実施の形態の容量素子は、上記実施
の形態３で述べた構成と同じものである。

【００６０】まず、図８（ａ）に示すように、基板１の
上に第１の金属膜２ａ、誘電体膜３ａ、第２の金属膜１
７ａ、電極配線を構成する材料の拡散を防止又は抑制す
る窒化チタン膜の導電膜１８ｃ、第３の金属膜１９ａを
積層して形成する。次に第３の金属膜１９ａ、導電膜１
８ｃ、第２の金属膜１７ａをパターニングして図８
（ｂ）に示すように補助電極１９、導電膜１８ｃからな
る拡散防止層１８および上部電極１７を同一パターンに
形成する。次に酸素を含有する雰囲気中で熱処理し、拡
散防止層１８の周縁部を酸化することによって、図８
（ｃ）に示すように中央が導電性領域１８ａで周縁部が
二酸化チタンに変換された絶縁性領域１８ｂからなる拡
散防止層１８が形成される。導電膜１８ａとして窒化チ
タン膜を使用した場合、酸素を含有する雰囲気中での熱
処理によって周縁部が化学的に安定な二酸化チタン膜に
変換されるため、容量絶縁膜形成工程、下部電極形成工
程において容量絶縁膜の成分と反応することがない。次
に図８（ｄ）に示すように、誘電体膜３ａおよび第１の
金属膜２ａを補助電極１９より大きくパターニングして
容量絶縁膜３および下部電極２を形成した後、容量絶縁
膜３に下部電極２に達する開口部７を形成する。

【００６１】次に、図９（ａ）に示すように、基板１の
全面に層間絶縁膜８を形成する。次に図９（ｂ）に示す
ように、層間絶縁膜８に下部電極２に達する第１のコン
タクト孔９および補助電極１６に達する第２のコンタク
ト孔１０を形成する。次に図９（ｃ）に示すように、第
１のコンタクト孔９を含んでチタン層１１ａ、窒化チタ
ン層１１ｂおよびアルミニウム層１１ｃからなる第１の
電極配線１１を、第２のコンタクト孔１０を含んでチタ
ン層１２ａ、窒化チタン層１２ｂおよびアルミニウム層
１２ｃからなる第２の電極配線１２を形成する。

【００６２】実施の形態６においては、図８（ｂ）に示
すエッチング工程の後に拡散防止層１８の周縁部を酸化
しているが、容量絶縁膜３および下部電極２をエッチン
グした後に容量絶縁膜３のアニールを兼ねて酸素を含有
する雰囲気中で処理してもよい。

【００６３】実施の形態６においては、導電膜１８とし
て窒化チタンを用いた例について説明したが、窒化チタ
ン以外にもチタンを防止又は抑制する能力がありかつ酸
化することによって安定な酸化膜に変換するものであれ
ば同様に本工程が適用できる。

【００６４】以上述べた様に、一般に、本発明のような
構造の容量素子は半導体集積回路に組み込まれて使用さ
れるが、最近の超ＬＳＩでは配線と拡散層とのコンタク
ト抵抗を下げるために配線の最下層にチタンが用いられ
る。この場合、容量素子の上部電極が柱状結晶である白
金膜層だけで構成されていると、その結晶粒界を通って
チタンが容量絶縁膜まで到達し、容量絶縁膜の誘電特性
を劣化させることになる。白金膜層に限らず、イリジウ
ム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム等も金属膜とし
て使用した場合にも上記の問題が発生する。

【００６５】本発明は上記の問題点を解決したもので、
電極配線を構成する材料の拡散を防止又は抑制する拡散
防止・抑制層および補助電極を容量素子の上部電極の上
に形成した構成を有しており、上部電極には容量絶縁膜
と反応しない金属を、電極配線には集積回路の拡散層と
密着性がよくコンタクト抵抗が低くなる材料をそれぞれ
選択することができる。すなわち、本発明の容量素子で
は上部電極および電極配線をそれぞれ構成する材料の選
択範囲が従来の容量素子に比べて広くなり、それだけ容
量素子の特性および信頼性を向上させることができる。

【００６６】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、容量素子の特性、信頼性を従来に比べてより一
層向上させることが出来ると言う長所を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による容量素子の要部断
面図

【図２】本発明の実施の形態２による容量素子の要部断
面図

【図３】本発明の実施の形態３による容量素子の要部断
面図

【図４】（ａ）〜（ｅ）：本発明の実施の形態４による
容量素子の製造方法の前半工程を示す工程断面図

【図５】（ａ）〜（ｃ）：本発明の実施の形態４による
容量素子の製造方法の後半工程を示す工程断面図

【図６】（ａ）〜（ｅ）：本発明の実施の形態５による
容量素子の製造方法の前半工程を示す工程断面図

【図７】（ａ）〜（ｃ）：本発明の実施の形態５による
容量素子の製造方法の後半工程を示す工程断面図

【図８】（ａ）〜（ｄ）：本発明の実施の形態６による
容量素子の製造方法の前半工程を示す工程断面図

【図９】（ａ）〜（ｃ）：本発明の実施の形態６による
容量素子の製造方法の後半工程を示す工程断面図

【図１０】従来の容量素子の要部断面図

【図１１】従来の容量素子の製造工程を示す工程断面図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 下部電極 ３ 容量絶縁膜 ４ 上部電極 ５ 拡散防止層 ６ 補助電極 ７ 容量絶縁膜の開口部 ８ 層間絶縁膜 ９ 第１のコンタクト孔 １０ 第２のコンタクト孔 １１ 第１の電極配線 １２ 第２の電極配線

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも主面が絶縁性の基板と、 前記基板上に形成された下部電極と、 前記下部電極の主面を覆って形成された容量絶縁膜と、 前記容量絶縁膜の上に形成された、前記容量絶縁膜より
   面積の小さい上部電極と、 前記上部電極の上に形成された、前記上部電極より面積
   の小さい拡散防止・抑制層と、 前記拡散防止・抑制層を覆い、かつ上部電極とほぼ同一
   面積で形成された補助電極と、 前記絶縁性の基板を覆って形成された層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜と前記容量絶縁膜とを貫通し前記下部電
   極に達する第１のコンタクト孔と、 前記層間絶縁膜を貫通し前記補助電極に達する第２のコ
   ンタクト孔と、 前記第１のコンタクト孔を介して前記下部電極に接続さ
   れた第１の電極配線と、 前記第２のコンタクト孔を介して前記補助電極に接続さ
   れた第２の電極配線とを備えた容量素子。
2. 【請求項２】 少なくとも主面が絶縁性の基板と、 前記基板上に形成された下部電極と、 前記下部電極の主面を覆って形成された容量絶縁膜と、 前記容量絶縁膜の上に形成された上部電極と、 前記上部電極の上に形成された拡散防止・抑制層と、 前記拡散防止・抑制層の上に形成された補助電極と、 前記絶縁性の基板を覆って形成された層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜と前記容量絶縁膜とを貫通し前記下部電
   極に達する第１のコンタクト孔と、 前記層間絶縁膜を貫通し前記補助電極に達する第２のコ
   ンタクト孔と、 前記第１のコンタクト孔を介して前記下部電極に接続さ
   れた第１の電極配線と、 前記第２のコンタクト孔を介して前記補助電極に接続さ
   れた第２の電極配線とを備えた容量素子。
3. 【請求項３】 少なくとも主面が絶縁性の基板と、 前記基板上に形成された下部電極と、 前記下部電極の主面を覆って形成された容量絶縁膜と、 前記容量絶縁膜の上に形成された、前記容量絶縁膜より
   面積の小さい上部電極と、 前記上部電極の上に形成された、周縁部が窒化膜または
   酸化膜に変換された導電膜からなる拡散防止・抑制層
   と、 前記拡散防止・抑制層の上に形成された補助電極と、 前記絶縁性の基板を覆って形成された層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜と前記容量絶縁膜とを貫通し前記下部電
   極に達する第１のコンタクト孔と、 前記層間絶縁膜を貫通し前記補助電極に達する第２のコ
   ンタクト孔と、 前記第１のコンタクト孔を介して前記下部電極に接続さ
   れた第１の電極配線と、 前記第２のコンタクト孔を介して前記補助電極に接続さ
   れた第２の電極配線とを備えた容量素子。
4. 【請求項４】 前記第１および第２の電極配線が、チタ
   ン層を含む多層膜で構成されており、かつ前記拡散防止
   ・抑制層がチタンの拡散を防止又は抑制する膜であるこ
   とを特徴とする請求項１、２または３に記載の容量素
   子。
5. 【請求項５】 前記拡散防止・抑制層が、酸化イリジウ
   ム膜または窒化チタン膜であることを特徴とする請求項
   １または２に記載の容量素子。
6. 【請求項６】 前記拡散防止・抑制層を構成する導電膜
   が窒化チタン膜であってその周縁部が酸化チタン膜に変
   換されたものであることを特徴とする請求項３に記載の
   容量素子。
7. 【請求項７】 前記上部電極、前記下部電極および前記
   補助電極の内、少なくとも一つが、白金、イリジウム、
   パラジウム、若しくはロジウムの単層膜、又はそれらの
   積層膜、又はそれらの合金膜であることを特徴とする請
   求項１、２または３に記載の容量素子。
8. 【請求項８】 前記拡散防止・抑制層が、酸化シリコン
   膜または酸化チタン膜であることを特徴とする請求項１
   または２に記載の容量素子。
9. 【請求項９】 前記容量絶縁膜が、ストロンチウム、ビ
   スマス、タンタルおよびニオビウムを主成分とする酸化
   物強誘電体であることを特徴とする請求項１、２または
   ３に記載の容量素子。
10. 【請求項１０】 少なくとも主面が絶縁性の基板の上に
    第１の金属膜、誘電体膜、第２の金属膜および拡散防止
    ・抑制膜を積層して形成する工程と、 前記拡散防止・抑制膜をパターニングし拡散防止・抑制
    層を形成する工程と、 前記拡散防止・抑制層を覆って第３の金属膜を形成する
    工程と、 前記第３の金属膜および前記第２の金属膜を前記拡散防
    止・抑制層より大きく残してパターニングし、第２の金
    属膜からなる上部電極、拡散防止・抑制層、第３の金属
    膜からなる補助電極を形成する工程と、 前記誘電体膜および前記第１の金属膜を前記上部電極よ
    り大きく残してパターニングしそれぞれ容量絶縁膜及び
    下部電極を形成する工程と、 前記容量絶縁膜の露出領域で下部電極に達する開口部を
    形成する工程と、 前記基板の主面に層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜を貫通して前記下部電極に達する第１の
    コンタクト孔および前記層間絶縁膜を貫通して前記上部
    電極に達する第２のコンタクト孔を形成する工程と、 前記第１のコンタクト孔を介して前記下部電極に接続さ
    れる第１の電極配線および前記第２のコンタクト孔を介
    して前記上部電極に接続される第２の電極配線を形成す
    る工程と、を有する容量素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 少なくとも主面が絶縁性の基板の上に
    第１の金属膜、誘電体膜、第２の金属膜、拡散防止・抑
    制膜および第３の金属膜を積層して形成する工程と、 前記第３の金属膜、前記拡散防止・抑制膜および前記第
    ２の金属膜をパターニングし補助電極、拡散防止・抑制
    層および上部電極を形成する工程と、 前記誘電体膜および前記第１の金属膜を前記補助電極よ
    り大きく残してパターニングしそれぞれ容量絶縁膜およ
    び下部電極を形成する工程と、 前記容量絶縁膜の露出領域で下部電極に達する開口部を
    形成する工程と、 前記基板の主面に層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜を貫通して前記下部電極に達する第１の
    コンタクト孔および前記層間絶縁膜を貫通して前記上部
    電極に達する第２のコンタクト孔を形成する工程と、 前記第１のコンタクト孔を介して前記下部電極に接続さ
    れる第１の電極配線および前記第２のコンタクト孔を介
    して前記上部電極に接続される第２の電極配線を形成す
    る工程と、を有する容量素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 少なくとも主面が絶縁性の基板の上に
    第１の金属膜、誘電体膜、第２の金属膜、導電膜および
    第３の金属膜を積層して形成する工程と、 前記第３の金属膜、前記導電膜および前記第２の金属膜
    をパターニングし第３の金属膜からなる補助電極、導電
    膜からなる拡散防止・抑制層および第２の金属膜からな
    る上部電極を形成する工程と、 酸素を含有する雰囲気中で熱処理し導電膜の周縁部を酸
    化する工程と、 前記誘電体膜および前記第１の金属膜を前記補助電極よ
    り大きく残してパターニングしそれぞれ容量絶縁膜およ
    び下部電極を形成する工程と、 前記容量絶縁膜の露出領域で下部電極に達する開口部を
    形成する工程と、 前記基板の主面に層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜を貫通して前記下部電極に達する第１の
    コンタクト孔および前記層間絶縁膜を貫通して前記上部
    電極に達する第２のコンタクト孔を形成する工程と、 前記第１のコンタクト孔を介して前記下部電極に接続さ
    れる第１の電極配線および前記第２のコンタクト孔を介
    して前記上部電極に接続される第２の電極配線を形成す
    る工程と、を有する容量素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 少なくとも主面が絶縁性の基板と、 前記基板上に形成された下部電極と、 前記下部電極の表面に形成された容量絶縁膜と、 前記容量絶縁膜の上に形成された上部電極と、 前記上部電極の上に形成された拡散防止・抑制層と、 前記拡散防止・抑制層の上に形成された補助電極と、 前記絶縁性の基板を覆って形成された層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜を貫通し前記補助電極に達するコンタク
    ト孔と、 前記コンタクト孔を介して前記補助電極に接続された電
    極配線と、を備えたことを特徴とする容量素子。
14. 【請求項１４】 前記拡散防止・抑制層は、前記電極配
    線から前記容量絶縁層への前記電極配線を構成する材料
    の拡散を防止又は抑制するための層であることを特徴と
    する請求項１３記載の容量素子。