DE69533379T2

DE69533379T2 - Verbesserungen in oder in Bezug auf Elektroden für LSI

Info

Publication number: DE69533379T2
Application number: DE69533379T
Authority: DE
Inventors: Ken Numata; Katsuhiro Aoki; Yukio Fukuda; Akitoshi Nishimura
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1994-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2015-02-15
Also published as: JP3309260B2; JPH07226444A; EP0671768B1; DE69533379D1; TW280026B; US5654567A; EP0671768A3; EP0671768A2; KR950034786A; KR100372215B1

Description

Ausführliche Erläuterung der Erfindung
Gebiet der industriellen Anwendung
Diese Erfindung betrifft einen Kondensatortyp, eine Elektroden- oder Verdrahtungsstruktur sowie eine Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass eine isolierende Schicht (insbesondere eine aus Metalloxiden hergestellte ferroelektrische Schicht) vorhanden ist.
Stand der Technik
Für die hochintegrierte Schaltung (LSI) ist die Erscheinung, in der der Speicherinhalt vorübergehend verschwindet, ohne dass dies von einer physikalischen Beschädigung der Vorrichtungsstruktur begleitet ist, als ein weicher Fehler bekannt. Der Hauptgrund für den weichen Fehler ist der Alphastrahl, der durch die winzige Menge radioaktiver Kernkeime erzeugt wird, die in dem Material der LSI enthalten sind.
Unter den Materialien, die die LSI bilden, gibt es für Silicium, Sauerstoff, Stickstoff, Bor, Phosphor, Arsen, Aluminium, Titan, Wolfram und Kupfer keine natürlichen radioaktiven Isotope, wobei die Hauptquellen des Alphastrahls das als Störstellen enthaltene Uran (U) und Thorium (Th) sind. Um den weichen Fehler der LSI zu mildern, muss der Gehalt an Uran und Thorium in den Strukturmaterialien der LSI auf das ppb-Niveau verringert werden.
Andererseits gibt es weiter einen hohen Bedarf an der Erhöhung des Integrationsgrads der LSI. Zu diesem Zweck wird die Oxiddünnschicht-Nitriddünnschicht-Oxiddünnschicht-Struktur (die so genannte ONO-Struktur) verwendet, wobei die sterische Struktur des Zellenkondensators des dynamischen Schreib-Lese-Speichers (DRAM) komplizierter wird. Der Grund ist wie folgt: Während die effektive spezifische Dielektrizitätskonstante für die ONO-Struktur bei etwa 5 gewählt wird, um die elektrische Kapazität des Zellenkondensators in Bezug auf die sich verkleinernde Zellenfläche sicherzustellen, können lediglich Bemühungen in Bezug auf die Gestalt des Zellenkondensators unternommen werden, um die Fläche sicherzustellen. Dies erhöht aber die Belastung der Herstellungsoperation eines DRAM sowohl in Bezug auf die Technologie als auch in Bezug auf die Kosten.
Um dieses Problem zu lösen, wird eine Untersuchung unter Verwendung von Oxiden mit einer hohen Permittivität wie etwa Tantaloxid (Ta₂O₅), Strontium-Titanat (SrTiO₃), BST (Ba_xSr_(1–x)TiO₃), PZT (PbZr_xTi_(1–x)O₃) usw. als isolierende Materialien des Zellenkondensators durchgeführt.
Der wesentlichste Unterschied zwischen diesen Substanzen und Siliciumoxid und -nitrid ist, dass sie ein höheres Oxidationsvermögen für Silicium haben. Folglich ist die Verwendung einer Siliciumelektrode mit diesen neuen Typen isolierender Materialien und das Auswählen einer Materialart mit einer hohen Oxidationsbeständigkeit als die Elektrode möglich. Derzeit wird angenommen, dass Platin ein Kandidat für diesen Zweck ist.
Allerdings unterscheidet sich Platin von den herkömmlichen Elementen, die als die Materialien für LSIs verwendet werden, dadurch, dass es ein radioaktives Isotop enthält, das Alphastrahlen emittiert, d. h. Pt¹⁹⁰ das Alphastrahlen mit einer kinetischen Energie von 3,18 MeV in 5,4 × 10¹¹ der radioaktiven Halbwertszeit erzeugen kann. Der Gehalt von Pt¹⁹⁰ in Platin beträgt 0,013%, wobei es sehr schwierig zu isolieren ist, wenn die Kosten in Betracht gezogen werden. Falls das Alphastrahlenniveau nicht unter Verwendung bestimmter Verfahren gemildert werden kann, ist es unmöglich, das Niveau weicher Fehler auf das geeignete Niveau für die kommerzielle Verwendung der Platinelektroden bei der Herstellung von DRAMs zu verringern.
Beispielsweise beträgt die Dosis des aus der Platindünnschicht in das Silicium emittierten Alphastrahls 0,02 Photonen/h·cm², d. h. ein Alphastrahlenphoton in 10 cm² während 50 h, wenn auf einem Siliciumsubstrat eine 2000 Å dicke Platin dünnschicht (1 Å = 0,1 nm) ausgebildet ist. Dieses Rechenergebnis ist die Anzahl der vom Pt in Silicium emittierten Alphastrahlenphotonen.
Für den DRAM sollte der weiche Fehler im Bereich von 500–1000 FIT (Fehler in der Zeit liegen, wobei 1 FIT bedeutet, dass in 1 Vorrichtung unter 10⁹ Vorrichtungen in 1 h ein Defekt auftritt). Das heißt, 1000 FIT bedeutet, dass für 1000 DRAMs in 1000 h ein weicher Fehler auftritt. Wenn die Größe des DRAM-Zellen-Anordnungsabschnitts etwa 1 cm² beträgt, liegt die Häufigkeit für den weichen Fehler in der Größenordnung von etwa 10^–6 Photonen/h·cm². Obgleich nicht jedes Alphastrahlenphoton zu einem weichen Fehler führen kann, ist der oben erwähnte Wert von 0,02 Photonen/h·cm² (der Messwert beträgt 0,007 Photonen/h·cm²) immer noch zu hoch. Falls die Menge an U, Th und anderen radioaktiven Elementen im Platin kleiner als 10 ppb gehalten werden kann, ist es andererseits akzeptabel, den Einfluss des durch diese radioaktiven Elemente verursachten Alphastrahls zu ignorieren.
Herkömmliche ferroelektrische Speichervorrichtungen sind z. B. aus JP-A-4014862 und JP-A-5275711 bekannt.
Es soll die Wirkung diskutiert werden, die das Mildern des Einflusses des durch die Platinelektrode erzeugten Alphastrahls in der herkömmlichen Struktur besitzt. Wenn entsprechend dem DRAM ein ferroelektrisches Material und eine Platinelektrode verwendet werden, wird aus den folgenden zwei Gründen die in 16 gezeigte COB-Struktur (Kondensator-über-Bitleitung-Struktur) angewendet: um die Fläche des Zellenkondensators sicherzustellen und um die Verschlechterung des Zellenkondensatorabschnitts in der Hochtemperaturwärmebehandlung zur Bildung der anderen Abschnitte zu verhindern.
In dieser COB-Struktur wird ein Stapelzellenkondensator CAP auf dem oberen Abschnitt der Wortleitung WL und der Bitleitung BL ausgebildet. Als der Kontakt zwischen der unteren Elektrode (Platin-Elektrode) (16) des Zellenkondensators CAP und der n⁺-Diffusionsschicht (3) (Source-Gebiet) des Siliciumsubstrats (1) wird Polysilicium (20) verwendet. In dieser Figur repräsentiert (2) eine Feldoxid dünnschicht; repräsentiert (4) eine n⁺-Diffusionsschicht (Drain-Gebiet); repräsentiert (5) eine Gate-Oxiddünnschicht; repräsentiert (8) eine obere oder erste Elektrode; repräsentieren (10) und (10') Zwischenschicht-Isolierdünnschichten; repräsentieren (11) und (12) Kontaktlöcher; repräsentiert (17) eine Dünnschicht aus einem dielektrischen Material (wie etwa eine PZT-Dünnschicht) und repräsentiert TR ein Transfergatter.
Allerdings beträgt die Höhe des unter der unteren oder zweiten (Platin-)Elektrode (16) angeordneten Polysiliciumkontakts (20) für den oben erwähnten Zellenkondensator CAP höchstens 1 μm. Mittels dieses Siliciumabschnitts kann die Energie des durch das Pt¹⁹⁰ in der unteren Elektrode (16) erzeugten Alphastrahls lediglich auf etwa 3 MeV verringert werden. Diese Energie ist immer noch hoch genug, um einen weichen Fehler zu verursachen.
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Die Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines Kondensatortyps, einer Elektroden- oder Verdrahtungsstruktur und eines DRAM oder einer anderen Halbleitervorrichtung, der bzw. die sie verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass selbst dann, wenn Platin oder ein anderes elektrisch leitendes Material als die Elektrode usw. verwendet wird, der Alphastrahl weiter effektiv abgeschirmt werden kann, um den weichen Fehler zu verhindern.
Mittel zur Lösung der Probleme
Die oben erwähnten Probleme werden durch eine wie in Anspruch 1 beanspruchte Vorrichtung gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Insbesondere ist diese Erfindung wirksam, wenn die isolierende Kondensatorschicht aus Tantaloxid (Ta₂O₅), Strontium-Titanat (SrTiO₃), Barium-Strontium-Titanat (Ba_xSr_(1–x)TiO₃: BST) oder Blei-Zirkonat-Titanat (PbZr_xTi_(1–x)O₃: PZT) hergestellt ist; wobei die zweite Elektrodenschicht und/oder die erste Elektrodenschicht Platin enthalten.
Kurzbeschreibung der Figuren
Es wird nun beispielhaft auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen, in der:
1 eine schematische Querschnittsansicht des Kondensators in einem Anwendungsbeispiel dieser Erfindung ist.
2 eine schematische Querschnittsansicht des Kondensators in einem weiteren Anwendungsbeispiel dieser Erfindung ist.
3 eine schematische Querschnittsansicht des Kondensators in einem weiteren Anwendungsbeispiel dieser Erfindung ist.
4 eine schematische Querschnittsansicht des Kondensators in einem weiteren Anwendungsbeispiel dieser Erfindung ist.
5 eine schematische Querschnittsansicht des Kondensators in einem weiteren Anwendungsbeispiel dieser Erfindung ist.
6 eine schematische Querschnittsansicht des Kondensators in einem weiteren Anwendungsbeispiel dieser Erfindung ist.
7 eine schematische Querschnittsansicht des Kondensators in einem weiteren Anwendungsbeispiel dieser Erfindung ist.
8 eine vergrößerte Querschnittsansicht (ein Schnitt längs der Linie VIII-VIII aus 9) ist, die die Speicherzelle des dynamischen RAM veranschaulicht, der in dem Kondensator mit einer COB-Struktur gemäß dieser Erfindung integriert ist.
9 eine vergrößerte Draufsicht der oben erwähnten Speicherzelle ist.
10 eine vergrößerte Querschnittsansicht (ein Schnitt längst der Linie X-X aus 11) ist, die die Speicherzelle eines weiteren dynamischen RAM veranschaulicht, der in dem Kondensator mit einer CUB-Struktur gemäß dieser Erfindung integriert ist.
11 eine vergrößerte Draufsicht der oben erwähnten Speicherzelle ist.
12 ein Diagramm ist, das Daten der Alphastrahlen-Bremsdicke der verschiedenen Elemente veranschaulicht.
13 ein Diagramm ist, das die Daten des Alphastrahlen-Bremsvermögens der verschiedenen Elemente veranschaulicht.
14 eine vergrößerte Querschnittsansicht des dynamischen RAM ist, in den die Struktur dieser Erfindung integriert ist.
15 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines weiteren dynamischen RAM ist, in den die Struktur dieser Erfindung integriert ist.
16 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Speicherzelle des dynamischen RAM ist, der in dem Kondensator mit einer COB-Struktur in dem herkömmlichen Beispiel integriert ist.
Anwendungsbeispiele
Im Folgenden wird diese Erfindung mit Bezug auf Anwendungsbeispiele ausführlicher erläutert.
Die 1–7 sind Diagramme, die schematisch die verschiedenen Beispiele des Kondensators dieser Erfindung veranschaulichen, der eine ferroelektrische Dünnschicht aus Metalloxiden verwendet.
In der in 1 gezeigten charakteristischen Konfiguration des Kondensators ist zur Herstellung der unteren Elektrode (16) aus einer ferroelektrischen Dünnschicht (17), die aus Tantaloxid, Strontium-Titanat, Barium-Strontium-Titanat (BST) oder Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) hergestellt ist, Platin (Pt) verwendet worden, wobei unter der unteren Elektrode (16) eine leitende Schicht (18) angeordnet ist, die aus Verbindungen oder Legierungen hergestellt ist, die wenigstens aus zwei Typen der einfachen Metalle Ni, Co, Cu und W hergestellt sind. Beispielsweise können die ferroelektrische Dünnschicht (17) aus einer PZT-Dünnschicht, die untere Elektrode (16) aus einer Pt-Schicht und die leitende Schicht (18) aus einer Ni-Schicht hergestellt sein. Die obere Elektrode (8) kann aus Al oder Ti hergestellt sein.
Zwischen der leitenden Schicht (18) und der unteren Elektrodenschicht (16) bzw. zwischen der leitenden Schicht (18) und der Festverdrahtungsschicht (3) sind die elektrisch leitenden Diffusionssperrschichten (13') und (13) (wie etwa eine W-Schicht) mit kleinen Diffusionskoeffizienten angeordnet, um jeweils die Diffusion des Ni usw. in der leitenden Schicht (18) in die anderen Abschnitte zu verhindern. Die Festverdrahtungsschicht (3) kann aus einer Polysiliciumschicht hergestellt sein. Wie in 4 gezeigt ist, kann sie außerdem ein n⁺-Halbleitergebiet (3) sein, das unter Verwendung des Diffusionsverfahrens auf dem P^–-Siliciumsubstrat (1) ausgebildet ist (wobei in diesem Fall die so genannte leitende Schicht (18) als der so genannte Kontakt verwendet wird; wobei (10) in der Figur eine isolierende Schicht repräsentiert).
Die ferroelektrische Dünnschicht (17) kann unter Verwendung des herkömmlichen Sol-Gel-Verfahrens, des CVD-Verfahrens oder des Zerstäubungsverfahrens auf eine Dicke im Bereich von 0,05–10 μm hergestellt sein. Außerdem kann die Dicke der unteren Elektrode (16) im Bereich von 0,05–1 μm liegen.
Die leitende Schicht (18) besitzt eine Dicke im Bereich von 0,9–1,3 μm; die Diffusionssperrschichten (13') und (13) besitzen Dicken im Bereich von 0,01–1 μm; und die Dicke der oberen Elektrode (8) liegt im Bereich von 0,01–10 μm. Die Schichten (18), (13'), (13), (8) und (16) können unter Verwendung des herkömmlichen Zerstäubungsverfahrens und des herkömmlichen Aufdampfverfahrens ausgebildet worden sein.
In dem in 1 gezeigten Kondensator kann die Konfiguration der Diffusionssperrschicht geändert werden. Beispielsweise kann sie, wie in den 2 und 5 gezeigt ist, allein unter der leitenden Schicht (18) angeordnet sein oder, wie in den 3 bis 6 gezeigt ist, allein über der leitenden Schicht (18) angeordnet sein; außerdem kann sie, wie in den 3 und 7 gezeigt ist, nicht angeordnet sein.
Der oben erwähnte Kondensator und seine oben erläuterte Elektrodenstruktur dieser Erfindung können vorzugsweise für den Kondensator (wie etwa für einen Stapelkondensator) der Speicherzelle des dynamischen RAM verwendet werden. Die 8–11 veranschaulichen zwei Beispiele der Speicherzellen des dynamischen RAM.
In dem in den 8 und 9 veranschaulichten Beispiel sind die durch die Feldoxiddünnschicht (2) definierten Elementgebiete auf einer Hauptoberfläche des p^–-Siliciumsubstrats (1) ausgebildet. Hier sind das aus dem MOS-Transistor hergestellte Transfergatter TR und die aus dem Kondensator CAP hergestellte Speicherzelle M-CEL angeordnet.
Der Kondensator CAP besitzt dieselbe Substratstruktur, wie sie schematisch in 4 veranschaulicht ist, wobei auf dem oberen Abschnitt von der Bitleitung BL, der über das Kontaktloch (11) mit dem n⁺-Diffusionsgebiet (Drain-Gebiet) (4) verbunden ist, eine so genannte COB-Struktur ausgebildet ist und wobei als ein Kontakt in Bezug auf ein n⁺-Diffusionsgebiet (Source-Gebiet) (3) die leitende Schicht (18) verwendet wird (wobei (10) und (10') die leitenden Zwischenschichten repräsentieren).
Die 10 und 11 veranschaulichen Beispiele der so genannten CUB-Struktur (Kondensator-unter-Bitleitung-Struktur), bei der der Kondensator CAP in dem unteren Abschnitt von der Bitleitung BL angeordnet ist. Ansonsten ist dieses Beispiel völlig gleich zu dem oben erwähnten Beispiel.
Wie oben erläutert wurde, ist durch Verwendung des Kondensators dieser Erfindung eine Pt-Elektrode mit einer hohen Oxidationsbeständigkeit in Kontakt mit einer ferroelektrischen Dünnschicht (17) mit einer hohen Dielektrizitätskonstante als untere Elektrode (16) angeordnet. Die leitende Schicht (18) ist in der Weise angeordnet, dass sie den Alphastrahl abschirmt. Auf diese Weise kann insbesondere die Erscheinung eines weichen Fehlers verhindert werden, der dadurch verur sacht wird, dass der von der Pt-Elektrode emittierte Alphastrahl die Seite des Halbleitersubstrats erreicht. Die Einzelheiten der Messung eines Alphastrahls werden wie folgt erläutert.
Wenn der von der Pt-Elektrode (16) emittierte Alphastrahl die Seite des Halbleitersubstrats erreicht, wird die Änderung des Zellenkondensators CAP üblicherweise durch die durch den Alphastrahl erzeugten Elektronen (genauer, die im Source-Gebiet (3) gespeicherte Ladung) verringert, wobei der in dem Zellenkondensator CAP gespeicherte Speicherinhalt auf ein ununterscheidbares Niveau fällt. Allerdings wird der Speicher, wenn es wenig Änderung der Ladung des Kondensators gibt, selbst dann nicht gelöscht, wenn der Alphastrahl die Schicht durchläuft.
Hier ist der Anteil der durch den Alphastrahl erzeugten und durch den Zellenkondensator erzeugten Elektronen (der Sammelwirkungsgrad) κ, ist die Menge der in dem Kondensator gespeicherten Elektrizität Qs und ist der Absolutwert der Elektrizität der Elektronen e. Außerdem ist die Energie des Alphastrahls, wenn er auf die Diffusionsschicht auftrifft, Ea, wobei die zum Ausbilden eines Elektron/Loch-Paars erforderliche Energie ε_Paar ist. Die Bedingung für keine Löschung des Speicherinhalts des Kondensators durch den Alphastrahl kann durch die folgende Formel repräsentiert werden: 0,4(Qs/κe)εPaar > Ea.
In diesem Fall wird angenommen, dass die Empfindlichkeit des Leseverstärkers des DRAM geeignet beschaffen ist, dass sichergestellt ist, dass der Speicherinhalt richtig gelesen werden kann, wenn etwa 60% der Ladung in dem Zellenkondensator verblieben sind. Der Sammelwirkungsgrad κ besitzt einen Wert, der von der Struktur usw. abhängt. Wenn er 0,1 beträgt, wird allerdings eines von 10 Elektronen für den Zellenkondensator gesammelt. Da Qs etwa 3·10^–14 C, e = 1,6·10^–19 C und ε_Paar = 3,6 eV ist, wird die oben erwähnte Bedingung dann zu Ea < 2,7 MeV.
Die Energie des von Pt¹⁹⁰ erzeugten Alphastrahls ist 3,18 MeV. Unter den oben erwähnten Bedingungen muss die Energie auf 2,7 MeV verringert werden, bevor der von der Platinelektrode emittierte Alphastrahl die Diffusionsschicht des Substratsiliciums erreicht.
Zu diesem Zweck ist es eine wirksame Maßnahme, in dem unteren Abschnitt der Pt-Elektrode (16) ein Alphastrahlen-Abschirmmaterial anzuordnen. Ein weiteres Verfahren, um den Alphastrahl zu verhindern, ist das Entfernen von Pt¹⁹⁰ aus dem Platin. Allerdings ist dies angesichts der Kosten der Verbesserungsoperation unmöglich. Obgleich das Problem gelöst werden kann, wenn nicht Platin als die Elektrode verwendet wird, ist außerdem eine Ersatzelektrode erforderlich. Dies ist dennoch schwer zu realisieren.
Für die aus den typischen Elementen oder Legierungen hergestellten Alphastrahlen-Abschirmmaterialien wurde unter Verwendung der Bethe-Bloche-Formel (siehe "Butsurigaku Daijiden" [Wörterbuch der Physik], veröffentlicht von Baifukan, Abschnitt "Ionisierungsverlust") mit den in 12 gezeigten Ergebnissen die Dicke abgeleitet, die erforderlich ist, um die Energie des mit einer Energie von 3,18 MeV auftreffenden Alphastrahls auf eine Energie von 2,7 MeV zu verringern.
Wie aus 12 zu sehen ist, sind in den folgenden Tabellen I und II die Reichweiten des Flugs der Alphateilchen, wenn die Energie des Alphastrahls 2,7 MeV wird, d. h. die Dicke der Abschirmmaterialien, aufgeführt. In 13 sind die Abschirmleistungen der verschiedenen Elemente und Legierungen in Bezug auf den Alphastrahl, d. h. die Alphastrahlen-Bremsvermögen (die Energiezerfallsrate für die Einheitsdicke), gezeigt. Die Daten des Alphastrahlen-Bremsvermögens zur Realisierung der oben erwähnten notwendigen Abschwächung (0,48 MeV) von 3,18 MeV auf 2,7 MeV sind in den folgenden Tabellen I und II ebenfalls aufgeführt.
Tabelle I
Tabelle II
Anhand der Ergebnisse wird die Dicke für das Silicium, Aluminium und Titan zur Realisierung der für die Energie des Alphastrahls erforderlichen Abschwächung so hoch wie die des Kontakts, der das Siliciumsubstrat und die untere Platinelektrode verbindet. Dies ist zu hoch und unangemessen. Wie in 13 gezeigt ist, besitzen andererseits Kupfer, Cobalt, Nickel, Cu₅₅N₄₅ und Ni₃Si in diesem Energiegebiet ein hohes Alphastrahlen-Bremsvermögen. Obgleich das Bremsvermögen von Wolfram, WSi₂ oder W₅Si₃ nicht so hoch wie das von Kupfer ist, kann die Energie des vom Platin in die Elektrode emittierten Alphastrahls auf das gewünschte Niveau verringert werden, falls die Höhe des Kontakts größer als 1,1 μm ist. Dieses Alphastrahlen-Bremsvermögen ist in Bezug auf den von der Platinelektrode emittierten Alphastrahl wirksam und ist außerdem für den von anderen Quellen (einschließlich des äußeren Abschnitts der Halbleitervorrichtung) emittierten Alphastrahl wirksam.
Üblicherweise besitzt die Substanz mit einem hohen Alphastrahlen-Bremsvermögen eine hohe Dichte und eine niedrige mittlere Ionisierungsenergie. Während die Ordnungszahl steigt, nimmt die Dichte zu, während die mittlere Ionisierungsenergie steigt. Wie oben erläutert wurde, umfassen die Elemente mit einem hohen Alphastrahlen-Bremsvermögen Co (Ordnungszahl 27), Ni (Ordnungszahl 28) und Cu (Ordnungszahl 29). Allerdings ist das Alphastrahlen-Bremsvermögen für W (Ordnungszahl 74) mit einer höheren Ordnungszahl hoch, wenn die Alphastrahlenenergie hoch ist. In der Umgebung von 3 MeV, wo ein Problem auftritt, gibt es eine bestimmte Verringerung des Alphastrahlen-Bremsvermögens, wobei es aber immer noch verhältnismäßig hoch ist. Für Fe (Ordnungszahl 26) als einen Nachbar von Co ist die Dichte nicht sehr hoch, wobei das Alphastrahlen-Bremsvermögen unzureichend ist.
Anhand der oben erwähnten Daten gibt es für die Struktur in dem Anwendungsbeispiel dieser Erfindung (wie etwa für die Zelle in 8) einen Dünnschichtkondensatortyp, seine Elektrodenstruktur oder die Kontaktstruktur des Siliciumsubstrats, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass als das Alphastrahlen-Abschirmmaterial (die leitende Schicht (18)) anstelle der herkömmlichen Typen von Kontaktmaterialien wie etwa Polysilicium, Aluminium, Titan und Verbindungen und Legierungen dieser Elemente das Material, das aus Legierungen oder Verbindungen ausgewählt ist, die aus wenigstens zwei von Kupfer, Cobalt, Nickel und Wolfram als einfache Metalle hergestellt sind, oder das aus Legierungen oder Verbindungen ausgewählt ist, die aus den oben erwähnten einfachen Metallen und Silicium hergestellt sind, mit ausgezeichnetem Alphastrahlen-Bremsvermögen selbst bei einer kleinen Dicke verwendet wird.
14 ist ein Diagramm, das ein weiteres Anwendungsbeispiel der Speicherzelle eines dynamischen RAM mit einem Alphastrahlen-Abschirmmaterial, das auf dieser Erfindung beruht, veranschaulicht.
In diesem Anwendungsbeispiel ist das von dem oben erwähnten Beispiel (wie etwa von dem in 8 gezeigten Beispiel) verschiedene charakteristische Merkmal wie folgt: In der Speicherzelle, die Platin bei der Herstellung der Bitleitung BL verwendet, ist der Kontakt (28) aus demselben Typ eines Alphastrahlen-Abschirmmaterials wie oben wie etwa Cu, Co, Ni, W, ihren Verbindungen oder Legierungen oder ihren Verbindungen oder Legierungen mit Silicium ausgebildet.
Folglich kann in der Konfiguration dieses Anwendungsbeispiels die gleiche Wirkung wie oben realisiert werden. Da die Bitleitung BL aus Platin hergestellt ist, kann außerdem, da die Bitleitung eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt, die Betriebsgeschwindigkeit erhöht werden und gleichzeitig der von der Bitleitung BL emittierte Alphastrahl wirksam durch ein Abschirmmaterial (einen Kontakt) (28) abgeschirmt werden. Folglich kann der Einbruch des Alphastrahls in das n⁺-Diffusionsgebiet (4) verhindert oder unterdrückt werden und das Auftreten von weichen Fehlern, die durch die Bitleitung BL verursacht werden, verringert werden.
15 ist ein Diagramm, das ein nochmals weiteres Anwendungsbeispiel der Speicherzelle des dynamischen RAM, die eine Alphastrahlen-Abschirmstruktur besitzt, veranschaulicht.
Außer den Merkmalen in den oben erwähnten Beispielen (wie etwa in den in den 8 und 14 veranschaulichten Beispielen) gibt es das folgende charakteristische Merkmal: Die Zwischenschicht-Isolierdünnschicht (10), (10') oder (10'') ist aus demselben Materialtyp wie das oben erwähnte Alphastrahlen-Abschirmmaterial wie etwa Cu, Co, Ni oder W (oder ihre Verbindung oder die Verbindung oder Legierung, die aus diesen Elementen und Silicium hergestellt ist) hergestellt. Dieser Typ einer Zwischenschicht-Isolierschicht kann mittels Zerstäuben von CuO usw. leicht ausgebildet werden.
Folglich können für die Konfigurationen in diesem Anwendungsbeispiel die gleichen Wirkungen der oben erwähnten Beispiele realisiert werden. Außerdem kann verringert oder verhindert werden, dass der Alphastrahl, der von U, Th oder von anderen radioaktiven Elementen emittiert wird, die unvermeidlich in dem Füllstoff (wie etwa SiO₂ usw.) enthalten sind, der zugegeben wird, um den Wärmeausdehnungskoeffizienten im Gießharz (21) zu erhöhen, in das Siliciumsubstrat eindringt, wobei die weichen Fehler durch Verwendung des Gießharzes (20) verhindert werden können.
Üblicherweise werden die Kosten der Behandlung hoch, wenn die Vorbehandlung von Siliciumdioxid ausgeführt wird, bis der Inhalt der oben erwähnten radioaktiven Elemente in dem Gießharz 10 ppb oder weniger wird. Obgleich diese Behandlung nicht ausgeführt wird, kann die Alphastrahlen-Abschirmwirkung der Zwischenschicht-Isolierschicht (10), (10') oder (10'') dagegen die weichen Fehler in diesem Anwendungsbeispiel verringern. Folglich können die Kosten gesenkt werden. Außerdem kann die oben erwähnte Alphastrahlen-Abschirmschicht für alle Zwischenschicht-Isolierschichten (10), (10') und (10'') verwendet werden, wobei die Wirkung selbst dann angezeigt werden kann, wenn sie nur bei der Herstellung einer dieser Schichten verwendet wird.
Die Alphastrahlen-Abschirmschichten (18), (28) usw. können aus wenigstens zwei der Metalle Cu, Ni, Co und W, ihren Verbindungen oder Legierungen oder ihren Verbindungen oder Legierungen mit Silicium hergestellt sein. Außerdem können diese Elemente mit einem vorgegebenen Anteil zu anderen Schichten zugegeben werden, die aus anderen Elementen (wie etwa Si) hergestellt werden, um eine Alphastrahlen-Abschirmschicht auszubilden. In diesem Fall kann der zugegebene Inhalt im Bereich von 40–100 Mol-%, vorzugsweise im Bereich von 70–100 Mol-%, liegen.
Außer in Kontakt mit der oben erwähnten Bitleitung kann die Alphastrahlen-Abschirmschicht außerdem in dem unteren Abschnitt der anderen Materialverdrahtung angeordnet sein, die aus Pt hergestellt ist, um das Alphastrahlen-Bremsvermögen anzuzeigen. Dies ist für andere Vorrichtungen als den oben erwähnten dynamischen RAM wirksam.
In dem oben erwähnten Zellenkondensator enthält die untere Elektrode (16) Pt. Wenn die obere Elektrode (8) ebenfalls Pt enthält oder wenn beide Elektroden Pt enthalten, kann die wie oben erläuterte gleiche Alphastrahlen-Abschirmstruktur verwendet werden.
Die Schichtstruktur des Zellenkondensators ist nicht auf die oben erläuterte beschränkt. Beispielsweise sind in dem in 8 gezeigten Beispiel die Diffusionstrennschichten (13) und (13') weggelassen oder ist eine Diffusionssperrschicht (wie etwa (13')) weggelassen, während die andere Schicht angeordnet ist. Wenn eine Diffusionsschicht angeordnet wird, kann die Diffusionssperrschicht unter Verwendung von Ti, W Ruthenium (Ru) oder deren Gemisch ausgebildet werden. Außerdem kann sie als ein Kontakt verwendet werden.
Für die wie in 14 gezeigte Diffusionssperrschicht kann dieselbe Struktur wie oben für die Bitleitung und für die Verdrahtung angewendet werden. Außerdem können das Material der ferroelektrischen Dünnschicht (17), der Entwurf der Zelle usw. geändert werden. Außerdem kann diese Erfindung außer auf den oben erwähnten dynamischen RAM auf verschiedene Vorrichtungen angewendet werden.
Wirkungen der Erfindung
Wie oben erläutert wurde, sind in dieser Erfindung für den Kondensator mit einer Alphastrahlenquelle eine Elektrode oder eine Verdrahtung und eine Schicht, die aus Verbindungen oder Legierungen, die wenigstens aus zwei der einfachen Metalle Nickel, Cobalt, Kupfer und Wolfram hergestellt sind, und aus Verbindungen oder Legierungen, die aus den oben erwähnten einfachen Metallen und Silicium hergestellt sind, hergestellt ist, angeordnet. Auf diese Weise kann diese Schicht den Alphastrahl wirksam abschirmen, so dass die Erzeugung der weichen Fehler unterdrückt werden kann. Folglich kann Pt oder ein anderes neues Material als die Elektrode oder Verdrahtung verwendet werden, so dass die Kosten des Gießharzes gesenkt werden können.

Claims

Elektrisch leitende Komponente in einer integrierten Schaltungsvorrichtung, die ein Halbleitersubstrat (1) besitzt, wobei die elektrisch leitende Komponente umfasst: eine erste Schicht (16) aus einem elektrisch leitenden Metall, das eine Alphastrahlen-Emission erzeugen kann; und eine zweite elektrisch leitende Schicht (18), die eine Alphastrahlen-Abschirmungseigenschaft besitzt und zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht (16) und dem Halbleitersubstrat (1) der integrierten Schaltung angeordnet ist, wobei die Alphastrahlen-Abschirmungseigenschaft bewirkt, dass die Energie der Alphastrahlen-Emission von der ersten Schicht (16) aus einem elektrisch leitenden Metall, das für die Erzeugung einer Alphastrahlen-Emission geeignet ist, auf ein Niveau von nicht mehr als im Wesentlichen 2,7 MeV gesenkt wird, wobei die zweite elektrisch leitende Schicht (18), die die Alphastrahlen-Abschirmungseigenschaft besitzt, aus einer Metallverbindung oder einer Metalllegierung hergestellt ist, die zwei Metalle enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Nickel, Cobalt, Kupfer und Wolfram besteht, oder aus einer Silicium enthaltenden Metalllegierung hergestellt ist, die ein Metall enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Nickel, Cobalt, Kupfer und Wolfram besteht.
Elektrisch leitende Komponente nach Anspruch 1, bei der die erste Schicht (16) Platin enthält.
Elektrisch leitende Komponente nach Anspruch 1 oder 2, bei der zwischen der ersten Schicht (16) und der zweiten elektrisch leitenden Schicht (18) und/oder in dem unteren Abschnitt der zweiten elektrisch leitenden Schicht (18) eine Diffusionssperrschicht ausgebildet ist, die eine Diffusion des Metalls der zweiten elektrisch leitenden Schicht (18) verhindert.
Kondensator des Typs, der die elektrisch leitende Komponente nach Anspruch 1 besitzt und eine erste Elektrodenschicht, eine isolierende Schicht, die in Kontakt mit der ersten Elektrodenschicht ausgebildet ist, eine zweite Elektrodenschicht, die als eine Schicht ausgebildet ist, die der ersten Elektrodenschicht über die isolierende Schicht gegenüberliegt, und die zweite leitende Schicht (18), die auf Seiten der zweiten Elektrodenschicht ausgebildet ist, umfasst.
Kondensator nach Anspruch 4, bei dem die isolierende Schicht aus Tantaloxid, Strontium-Titanat, Barium-Strontium-Titanat oder Blei-Zirkonat-Titanat hergestellt ist; und die zweite Elektrodenschicht und/oder die erste Elektrodenschicht Platin enthält.
Kondensator nach Anspruch 4 oder 5, bei dem zwischen der zweiten Elektrodenschicht und der zweiten leitenden Schicht (18) und/oder im unteren Abschnitt der zweiten leitenden Schicht (18) eine Diffusionssperrschicht, die eine Diffusion des Metalls der zweiten leitenden Schicht (18) verhindert, ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung des Typs nach einem der Ansprüche 1–6.