JP2001111000A - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 シリコン系物質で構成された第１電極
と、前記第１電極の表面を親水性化させて誘電体膜の形
成を容易にする安定化膜と、反応物を順次供給して形成
された前記誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された、
前記シリコン系物質で構成された第１電極より仕事関数
が大きい第２電極とを含んで成ることを特徴とする半導
体素子およびその製造方法。
と、前記第１電極の表面を親水性化させて誘電体膜の形
成を容易にする安定化膜と、反応物を順次供給して形成
された前記誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された、
前記シリコン系物質で構成された第１電極より仕事関数
が大きい第２電極とを含んで成ることを特徴とする半導
体素子およびその製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子及びその
製造方法に係り、より詳しくはシリコン系物質を下部電
極として採用する時、高誘電体膜（誘電率が高い誘電体
膜）の絶縁特性を向上させ得る半導体素子及びその製造
方法に関する。
製造方法に係り、より詳しくはシリコン系物質を下部電
極として採用する時、高誘電体膜（誘電率が高い誘電体
膜）の絶縁特性を向上させ得る半導体素子及びその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体素子は下部電極と上部電
極との間に誘電体膜が形成される構造を含んでいる。例
えば、下部電極の役割を果たすシリコン基板上に誘電体
膜（ゲ−ト絶縁膜）及び上部電極の役割を果たすゲ−ト
電極が順次形成されたトランジスタの構造が挙げられ
る。又、下部電極上に誘電体膜及び上部電極が順次に形
成されたキャパシタの構造が挙げられる。
極との間に誘電体膜が形成される構造を含んでいる。例
えば、下部電極の役割を果たすシリコン基板上に誘電体
膜（ゲ−ト絶縁膜）及び上部電極の役割を果たすゲ−ト
電極が順次形成されたトランジスタの構造が挙げられ
る。又、下部電極上に誘電体膜及び上部電極が順次に形
成されたキャパシタの構造が挙げられる。
【０００３】ところで、前記上部電極と下部電極との間
に存在する誘電体膜の絶縁特性は非常に重要である。例
えば、トランジスタの耐圧特性は誘電体膜の絶縁特性に
左右される。キャパシタでは誘電体膜の絶縁特性により
キャパシタンス値の差が発生する。
に存在する誘電体膜の絶縁特性は非常に重要である。例
えば、トランジスタの耐圧特性は誘電体膜の絶縁特性に
左右される。キャパシタでは誘電体膜の絶縁特性により
キャパシタンス値の差が発生する。
【０００４】特に、キャパシタ構造においては誘電体膜
の表面積が広くて誘電体膜の誘電率が高いほどキャパシ
タンス値が高くなる。従って、三次元構造を具現化しや
すいポリシリコン膜を下部電極にする方法や、誘電率が
高いタンタル酸化膜（Ｔａ2Ｏ5）やＢＳＴ膜（ＢａＳｒ
ＴｉＯ3）を誘電体膜として採用する方法が用いられて
いる。しかし、タンタル酸化膜（Ｔａ2Ｏ5）やＢＳＴ膜
（ＢａＳｒＴｉＯ3）といった高誘電体膜を採用する場
合には、安定したキャパシタを得るために後工程を追加
する必要があるため工程が複雑になる。また、ポリシリ
コンを電極として使用し、タンタル酸化膜を誘電体膜と
して使用すると、ポリシリコン電極と誘電体膜との界面
にシリコン酸化膜が形成されキャパシタンスが低下する
問題があり、ポリシリコンを電極として使用し、ＢＳＴ
膜を誘電体膜として使用すると、漏れ電流が大きい問題
があり、これらの問題に対応するためには電極の物質を
変えなければならなかった。
の表面積が広くて誘電体膜の誘電率が高いほどキャパシ
タンス値が高くなる。従って、三次元構造を具現化しや
すいポリシリコン膜を下部電極にする方法や、誘電率が
高いタンタル酸化膜（Ｔａ2Ｏ5）やＢＳＴ膜（ＢａＳｒ
ＴｉＯ3）を誘電体膜として採用する方法が用いられて
いる。しかし、タンタル酸化膜（Ｔａ2Ｏ5）やＢＳＴ膜
（ＢａＳｒＴｉＯ3）といった高誘電体膜を採用する場
合には、安定したキャパシタを得るために後工程を追加
する必要があるため工程が複雑になる。また、ポリシリ
コンを電極として使用し、タンタル酸化膜を誘電体膜と
して使用すると、ポリシリコン電極と誘電体膜との界面
にシリコン酸化膜が形成されキャパシタンスが低下する
問題があり、ポリシリコンを電極として使用し、ＢＳＴ
膜を誘電体膜として使用すると、漏れ電流が大きい問題
があり、これらの問題に対応するためには電極の物質を
変えなければならなかった。
【０００５】そこで、従来のものに比べてより優れた絶
縁特性を有する半導体素子が求められていた。例えば、
キャパシタ構造においてポリシリコン膜などのシリコン
系物質を下部電極として使用する場合に、これまで以上
に高誘電体膜の絶縁特性を向上させる半導体素子が求め
られていた。
縁特性を有する半導体素子が求められていた。例えば、
キャパシタ構造においてポリシリコン膜などのシリコン
系物質を下部電極として使用する場合に、これまで以上
に高誘電体膜の絶縁特性を向上させる半導体素子が求め
られていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はシリコ
ン系物質を下部電極として採用する時、高誘電体膜の絶
縁特性を向上させ得る半導体素子を提供することにあ
る。
ン系物質を下部電極として採用する時、高誘電体膜の絶
縁特性を向上させ得る半導体素子を提供することにあ
る。
【０００７】又、本発明の他の目的は好適な前記半導体
素子の製造方法を提供することにある。
素子の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の半導体素子はシリコン系物質で構成された
第１電極と、前記第１電極上に反応物を順次供給して形
成された誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された、前
記シリコン系物質で構成された第１電極より仕事関数が
大きい第２電極とを含む。上部電極を前記下部電極より
仕事関数が大きい物質膜で構成することにより、誘電体
膜の絶縁特性を向上させられ、キャパシタ構造ではキャ
パシタンス値を高められる。
に、本発明の半導体素子はシリコン系物質で構成された
第１電極と、前記第１電極上に反応物を順次供給して形
成された誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された、前
記シリコン系物質で構成された第１電極より仕事関数が
大きい第２電極とを含む。上部電極を前記下部電極より
仕事関数が大きい物質膜で構成することにより、誘電体
膜の絶縁特性を向上させられ、キャパシタ構造ではキャ
パシタンス値を高められる。
【０００９】前記誘電体膜はアルミニウム酸化物、アル
ミニウム水酸化物、Ｔａ2Ｏ5、ＢＳＴ、ＳｒＴｉＯ3、
ＰｂＴｉＯ3、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｎ
ｂ2Ｏ 5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＳｉＯ2、ＳｉＮ
およびＳｉ3Ｎ4からなる群より選択される１または２以
上より成ることが好ましい。
ミニウム水酸化物、Ｔａ2Ｏ5、ＢＳＴ、ＳｒＴｉＯ3、
ＰｂＴｉＯ3、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｎ
ｂ2Ｏ 5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＳｉＯ2、ＳｉＮ
およびＳｉ3Ｎ4からなる群より選択される１または２以
上より成ることが好ましい。
【００１０】前記第２電極は金属膜、高融点金属膜およ
び導電性酸化膜からなる群より選択される１もしくは２
以上より成るか、または前記シリコン系物質より仕事関
数が大きい物質膜と不純物がド−ピングされたポリシリ
コン膜とが順次形成された二重膜であることが好まし
い。
び導電性酸化膜からなる群より選択される１もしくは２
以上より成るか、または前記シリコン系物質より仕事関
数が大きい物質膜と不純物がド−ピングされたポリシリ
コン膜とが順次形成された二重膜であることが好まし
い。
【００１１】前記金属膜はＡｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍ
ｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｕおよびＩｒか
らなる群より選択されて成り、前記高融点金属膜はＴ
ｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＮ、
ＷＢＮ、ＣｏＳｉおよびＷからなる群より選択されて成
り、前記導電性酸化膜はＲｕＯ2、ＲｈＯ2およびＩｒＯ
2からなる群より選択されて成ることが好ましい。
ｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｕおよびＩｒか
らなる群より選択されて成り、前記高融点金属膜はＴ
ｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＮ、
ＷＢＮ、ＣｏＳｉおよびＷからなる群より選択されて成
り、前記導電性酸化膜はＲｕＯ2、ＲｈＯ2およびＩｒＯ
2からなる群より選択されて成ることが好ましい。
【００１２】前記第１電極上に前記第１電極の表面を親
水性化させて前記誘電体膜の形成を容易にする安定化膜
が形成されてなることが好ましい。
水性化させて前記誘電体膜の形成を容易にする安定化膜
が形成されてなることが好ましい。
【００１３】前記安定化膜はシリコン酸化膜、シリコン
窒化膜又はこれらの複合膜であることが好ましい。
窒化膜又はこれらの複合膜であることが好ましい。
【００１４】前記誘電体膜は原子層蒸着法により形成さ
れた膜であることが好ましい。
れた膜であることが好ましい。
【００１５】前記原子層蒸着法はチャンバーに反応ガス
とパ−ジングガスとを順次供給する方法であることが好
ましい。
とパ−ジングガスとを順次供給する方法であることが好
ましい。
【００１６】また本発明は、半導体基板上にシリコン系
物質で構成された第１電極を形成する段階と、前記第１
電極上に、反応物を順次供給して誘電体膜を形成する段
階と、前記誘電体膜上に、前記シリコン系物質で構成さ
れた第１電極より仕事関数が大きい第２電極を形成する
段階とを含む半導体素子の製造方法である。
物質で構成された第１電極を形成する段階と、前記第１
電極上に、反応物を順次供給して誘電体膜を形成する段
階と、前記誘電体膜上に、前記シリコン系物質で構成さ
れた第１電極より仕事関数が大きい第２電極を形成する
段階とを含む半導体素子の製造方法である。
【００１７】前記誘電体膜はアルミニウム酸化物、アル
ミニウム水酸化物、Ｔａ2Ｏ5、ＢＳＴ、ＳｒＴｉＯ3、
ＰｂＴｉＯ3、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｎ
ｂ2Ｏ 5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＳｉＯ2、ＳｉＮ
およびＳｉ3Ｎ4からなる群より選択される１または２以
上より成ることが好ましい。
ミニウム水酸化物、Ｔａ2Ｏ5、ＢＳＴ、ＳｒＴｉＯ3、
ＰｂＴｉＯ3、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｎ
ｂ2Ｏ 5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＳｉＯ2、ＳｉＮ
およびＳｉ3Ｎ4からなる群より選択される１または２以
上より成ることが好ましい。
【００１８】前記第２電極は金属膜、高融点金属膜およ
び導電性酸化膜からなる群より選択される１もしくは２
以上より成るか、またはシリコン系物質より仕事関数が
大きい物質膜と不純物がド−ピングされたポリシリコン
膜とが順次形成された二重膜であることが好ましい。
び導電性酸化膜からなる群より選択される１もしくは２
以上より成るか、またはシリコン系物質より仕事関数が
大きい物質膜と不純物がド−ピングされたポリシリコン
膜とが順次形成された二重膜であることが好ましい。
【００１９】前記金属膜はＡｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍ
ｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｕおよびＩｒか
らなる群より選択されて成り、前記高融点金属膜はＴ
ｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＮ、
ＷＢＮ、ＣｏＳｉおよびＷからなる群より選択されて成
り、前記導電性酸化膜はＲｕＯ2、ＲｈＯ2およびＩｒＯ
2からなる群より選択されて成ることが好ましい。
ｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｕおよびＩｒか
らなる群より選択されて成り、前記高融点金属膜はＴ
ｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＮ、
ＷＢＮ、ＣｏＳｉおよびＷからなる群より選択されて成
り、前記導電性酸化膜はＲｕＯ2、ＲｈＯ2およびＩｒＯ
2からなる群より選択されて成ることが好ましい。
【００２０】前記第１電極を形成する段階後、前記第１
電極上に前記誘電体膜の形成を容易にする安定化膜をさ
らに形成することが好ましい。
電極上に前記誘電体膜の形成を容易にする安定化膜をさ
らに形成することが好ましい。
【００２１】前記安定化膜はシリコン酸化膜、シリコン
窒化膜又はこれらの複合膜であることが好ましい。
窒化膜又はこれらの複合膜であることが好ましい。
【００２２】前記誘電体膜は原子層蒸着法により形成す
ることが好ましい。
ることが好ましい。
【００２３】前記原子層蒸着法はチャンバーに反応ガス
とパ−ジングガスとを順次供給する方法であることが好
ましい。
とパ−ジングガスとを順次供給する方法であることが好
ましい。
【００２４】前記誘電体膜を形成する段階後、後熱処理
をすることが好ましい。
をすることが好ましい。
【００２５】なお、上記発明をキャパシタに適用すると
きは、前記第１電極及び第２電極は下部電極及び上部電
極になり得る。また、上記発明をトランジスタに適用す
るときは、前記第１電極及び第２電極はシリコン基板及
びゲ−ト電極に成り得る。
きは、前記第１電極及び第２電極は下部電極及び上部電
極になり得る。また、上記発明をトランジスタに適用す
るときは、前記第１電極及び第２電極はシリコン基板及
びゲ−ト電極に成り得る。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。なお、本発
明の半導体素子は、シリコン系物質で構成された第１電
極と、前記第１電極上に反応物を順次供給して形成され
た誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された、前記シリ
コン系物質で構成された第１電極より仕事関数が大きい
第２電極とを含んで成ることを特徴とする半導体素子で
あるが、キャパシタに適用されるときは、キャパシタの
下部電極が前記第１電極に対応し、キャパシタの上部電
極が前記第２電極に対応する。また、トランジスタに適
用されるときは、シリコン基板が前記第１電極に、ゲー
ト絶縁膜が前記導電体膜に、ゲート電極が前記第２電極
にそれぞれ対応する。
発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。なお、本発
明の半導体素子は、シリコン系物質で構成された第１電
極と、前記第１電極上に反応物を順次供給して形成され
た誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された、前記シリ
コン系物質で構成された第１電極より仕事関数が大きい
第２電極とを含んで成ることを特徴とする半導体素子で
あるが、キャパシタに適用されるときは、キャパシタの
下部電極が前記第１電極に対応し、キャパシタの上部電
極が前記第２電極に対応する。また、トランジスタに適
用されるときは、シリコン基板が前記第１電極に、ゲー
ト絶縁膜が前記導電体膜に、ゲート電極が前記第２電極
にそれぞれ対応する。
【００２７】図１は本発明の半導体素子の第１の実施形
態を示した断面図である。
態を示した断面図である。
【００２８】図１においてはキャパシタ構造を有する半
導体素子を例に挙げて説明するが、上述したようにトラ
ンジスタなど他の半導体素子にも応用可能なことはもち
ろんである。図１の半導体素子は第１電極として例えば
シリコン基板などの半導体基板３１上にキャパシタの下
部電極３３と、誘電体膜３７と、第２電極としてキャパ
シタの上部電極３９とを含む。図１で、３２は層間絶縁
膜を示す。
導体素子を例に挙げて説明するが、上述したようにトラ
ンジスタなど他の半導体素子にも応用可能なことはもち
ろんである。図１の半導体素子は第１電極として例えば
シリコン基板などの半導体基板３１上にキャパシタの下
部電極３３と、誘電体膜３７と、第２電極としてキャパ
シタの上部電極３９とを含む。図１で、３２は層間絶縁
膜を示す。
【００２９】下部電極３３は三次元構造を作りやすいシ
リコン系物質、例えば燐やボロン等の不純物がドーピン
グされたポリシリコン膜で構成される。
リコン系物質、例えば燐やボロン等の不純物がドーピン
グされたポリシリコン膜で構成される。
【００３０】誘電体膜３７は下部電極上３３に反応物を
順次供給して形成され、原子層蒸着法で形成することが
好ましい。反応物とは誘電体膜を形成するために供給さ
れる物質をいい、例えばアルミニウム酸化物からなる誘
電体膜を形成するときには、ＴＭＡ［Ａｌ（Ｃ
Ｈ3）3］、Ａｌ（ＣＨ3）Ｃｌ、ＡｌＣｌ3などのアルミ
ニウムが含有された反応物をチャンバーに供給して不活
性ガスでパ−ジした後、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2、Ｏ3など
の酸化ガスを供給して不活性ガスでパ−ジングするサイ
クルを繰り返す方法を使用できる。原子層蒸着法として
は原子層エピタキシー（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅ
ｐｉｔａｘｙ）、サイクリック化学蒸着法（ｃｙｃｌｉ
ｃ ＣＶＤ）、ディジタル化学蒸着法（ｄｉｇｉｔａｌ
ＣＶＤ）、ＡｌＣＶＤなど各種蒸着技術を使用でき
る。また、原子層蒸着法はチャンバーに反応ガスとパー
ジングガスとを順次供給する方法を用いることが好まし
い。これによりステップカバレージが良好になる。誘電
体膜３７はアルミニウム酸化物、アルミニウム水酸化
物、Ｔａ2Ｏ5、ＢＳＴ（ＢａＳｒＴｉＯ3）、ＳｒＴｉ
Ｏ3、ＰｂＴｉＯ3、ＰＺＴ（ＰｂＺｒxＴｉ1-xＯ3）、
ＰＬＺＴ（Ｌａでド−ピングされたＰＺＴ）、Ｙ2Ｏ3、
ＣｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、Ｓｉ
Ｏ 2、ＳｉＮおよびＳｉ3Ｎ4からなる群より選択される
１または２以上から構成されることが好ましい。
順次供給して形成され、原子層蒸着法で形成することが
好ましい。反応物とは誘電体膜を形成するために供給さ
れる物質をいい、例えばアルミニウム酸化物からなる誘
電体膜を形成するときには、ＴＭＡ［Ａｌ（Ｃ
Ｈ3）3］、Ａｌ（ＣＨ3）Ｃｌ、ＡｌＣｌ3などのアルミ
ニウムが含有された反応物をチャンバーに供給して不活
性ガスでパ−ジした後、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2、Ｏ3など
の酸化ガスを供給して不活性ガスでパ−ジングするサイ
クルを繰り返す方法を使用できる。原子層蒸着法として
は原子層エピタキシー（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅ
ｐｉｔａｘｙ）、サイクリック化学蒸着法（ｃｙｃｌｉ
ｃ ＣＶＤ）、ディジタル化学蒸着法（ｄｉｇｉｔａｌ
ＣＶＤ）、ＡｌＣＶＤなど各種蒸着技術を使用でき
る。また、原子層蒸着法はチャンバーに反応ガスとパー
ジングガスとを順次供給する方法を用いることが好まし
い。これによりステップカバレージが良好になる。誘電
体膜３７はアルミニウム酸化物、アルミニウム水酸化
物、Ｔａ2Ｏ5、ＢＳＴ（ＢａＳｒＴｉＯ3）、ＳｒＴｉ
Ｏ3、ＰｂＴｉＯ3、ＰＺＴ（ＰｂＺｒxＴｉ1-xＯ3）、
ＰＬＺＴ（Ｌａでド−ピングされたＰＺＴ）、Ｙ2Ｏ3、
ＣｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、Ｓｉ
Ｏ 2、ＳｉＮおよびＳｉ3Ｎ4からなる群より選択される
１または２以上から構成されることが好ましい。
【００３１】上部電極３９はシリコン系物質で構成され
た下部電極より仕事関数が大きい物質で構成される。上
部電極は金属膜、高融点金属膜、および導電性酸化膜か
らなる群より選択される１もしくは２以上より成るか、
または前記シリコン系物質より仕事関数が大きい物質膜
とリンやボロンなどの不純物がドーピングされたポリシ
リコン膜とが順次形成された二重膜であることが好まし
い。具体的には、金属膜としてはＡｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃ
ｕ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ
の金属膜、高融点金属膜としてはＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡ
ｌＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＮ、ＷＢＮ、ＣｏＳｉ又
はＷの金属膜、導電性酸化膜としてはＲｕＯ2、ＲｈＯ2
又はＩｒＯ2からなる膜が挙げられる。また二重膜とし
ては、Ａｌなどの前記金属膜、ＴｉＮなどの高融点膜ま
たはＲｕＯ2などの導電性酸化膜と不純物がド−ピング
されたポリシリコン膜の二重膜が挙げられる。
た下部電極より仕事関数が大きい物質で構成される。上
部電極は金属膜、高融点金属膜、および導電性酸化膜か
らなる群より選択される１もしくは２以上より成るか、
または前記シリコン系物質より仕事関数が大きい物質膜
とリンやボロンなどの不純物がドーピングされたポリシ
リコン膜とが順次形成された二重膜であることが好まし
い。具体的には、金属膜としてはＡｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃ
ｕ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ
の金属膜、高融点金属膜としてはＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡ
ｌＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＮ、ＷＢＮ、ＣｏＳｉ又
はＷの金属膜、導電性酸化膜としてはＲｕＯ2、ＲｈＯ2
又はＩｒＯ2からなる膜が挙げられる。また二重膜とし
ては、Ａｌなどの前記金属膜、ＴｉＮなどの高融点膜ま
たはＲｕＯ2などの導電性酸化膜と不純物がド−ピング
されたポリシリコン膜の二重膜が挙げられる。
【００３２】このように上部電極３９の仕事関数を、下
部電極３３より大きくすることにより、後述するように
下部電極３３から上部電極３９へ流れる電流量を少なく
して誘電体膜の絶縁特性を向上させ得る。
部電極３３より大きくすることにより、後述するように
下部電極３３から上部電極３９へ流れる電流量を少なく
して誘電体膜の絶縁特性を向上させ得る。
【００３３】さらに、本発明の半導体素子はキャパシタ
の下部電極３３上に、下部電極の表面を親水性させて前
記誘電体膜３７の形成を容易にする安定化膜３５を形成
することが好ましい。例えば、前記安定化膜３５は原子
層蒸着法を用いて誘電体膜を形成する段階において、下
部電極３３上に供給される反応物が親水性物質の場合、
前記下部電極３３の表面を親水性化させる親水性膜、具
体的にはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜又はこれらの
複合膜が形成されていることが好ましい。
の下部電極３３上に、下部電極の表面を親水性させて前
記誘電体膜３７の形成を容易にする安定化膜３５を形成
することが好ましい。例えば、前記安定化膜３５は原子
層蒸着法を用いて誘電体膜を形成する段階において、下
部電極３３上に供給される反応物が親水性物質の場合、
前記下部電極３３の表面を親水性化させる親水性膜、具
体的にはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜又はこれらの
複合膜が形成されていることが好ましい。
【００３４】図２は本発明の半導体素子の第２の実施形
態を示した断面図である。
態を示した断面図である。
【００３５】本発明の第２の実施形態の半導体素子はト
ランジスタ構造である。即ち、本発明の半導体素子は第
１電極として燐、砒素、ボロン、フッ素などの不純物が
ド−ピングされたシリコン基板６１と、誘電体膜として
ゲ−ト絶縁膜６５と、第２電極としてゲ−ト電極６７と
を備える。
ランジスタ構造である。即ち、本発明の半導体素子は第
１電極として燐、砒素、ボロン、フッ素などの不純物が
ド−ピングされたシリコン基板６１と、誘電体膜として
ゲ−ト絶縁膜６５と、第２電極としてゲ−ト電極６７と
を備える。
【００３６】即ち、本発明の第２の実施形態の半導体素
子は第１の実施形態と比較すると、シリコン基板６１が
下部電極３３に対応し、ゲ−ト電極６７が上部電極３９
に対応するものである。図２で、参照番号６２は不純物
ド−ピング領域であって、ソ−ス又はドレ−ン領域を示
す。
子は第１の実施形態と比較すると、シリコン基板６１が
下部電極３３に対応し、ゲ−ト電極６７が上部電極３９
に対応するものである。図２で、参照番号６２は不純物
ド−ピング領域であって、ソ−ス又はドレ−ン領域を示
す。
【００３７】ゲ−ト絶縁膜６５は反応物を順次供給する
方法で形成され、原子層蒸着法で形成することが好まし
い。原子層蒸着法は上記説明したものが使用でき、チャ
ンバーに反応ガスとパージングガスとを順次供給する方
法を用いることがより好ましい。ゲ−ト絶縁膜６５を原
子層蒸着法により形成することにより、ステップカバレ
−ジ特性が優秀なものとなる。前記ゲ−ト絶縁膜６５は
アルミニウム酸化物、アルミニウム水酸化物、Ｔａ
2Ｏ5、ＢＳＴ、ＳｒＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、ＰＺＴ、Ｐ
ＬＺＴ、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ
2、ＨｆＯ2、ＳｉＯ 2、ＳｉＮおよびＳｉ3Ｎ4からなる
群より選択される１または２以上より構成されることが
好ましい。
方法で形成され、原子層蒸着法で形成することが好まし
い。原子層蒸着法は上記説明したものが使用でき、チャ
ンバーに反応ガスとパージングガスとを順次供給する方
法を用いることがより好ましい。ゲ−ト絶縁膜６５を原
子層蒸着法により形成することにより、ステップカバレ
−ジ特性が優秀なものとなる。前記ゲ−ト絶縁膜６５は
アルミニウム酸化物、アルミニウム水酸化物、Ｔａ
2Ｏ5、ＢＳＴ、ＳｒＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、ＰＺＴ、Ｐ
ＬＺＴ、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ
2、ＨｆＯ2、ＳｉＯ 2、ＳｉＮおよびＳｉ3Ｎ4からなる
群より選択される１または２以上より構成されることが
好ましい。
【００３８】前記ゲ−ト電極６７はシリコン系物質で構
成されたシリコン基板６１より仕事関数が大きい物質膜
で構成される。前記ゲ−ト電極６７は第１の実施形態に
おける上部電極と同様の物質からなることが好ましく、
例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、
Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒの金属膜、Ｔｉ、Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＮ、ＷＢＮ、
ＣｏＳｉもしくはＷの高融点金属膜、ＲｕＯ2、ＲｈＯ2
又はＩｒＯ2の導電性酸化膜もしくはこれらの組合せよ
り成るか、またはシリコン系物質より仕事関数が大きい
物質膜と不純物がド−ピングされたポリシリコン膜とが
順次形成された二重膜で構成されることが好ましい。二
重膜としては、ＴｉＮ膜と不純物がド−ピングされたポ
リシリコン膜の二重膜が挙げられる。
成されたシリコン基板６１より仕事関数が大きい物質膜
で構成される。前記ゲ−ト電極６７は第１の実施形態に
おける上部電極と同様の物質からなることが好ましく、
例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、
Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒの金属膜、Ｔｉ、Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＮ、ＷＢＮ、
ＣｏＳｉもしくはＷの高融点金属膜、ＲｕＯ2、ＲｈＯ2
又はＩｒＯ2の導電性酸化膜もしくはこれらの組合せよ
り成るか、またはシリコン系物質より仕事関数が大きい
物質膜と不純物がド−ピングされたポリシリコン膜とが
順次形成された二重膜で構成されることが好ましい。二
重膜としては、ＴｉＮ膜と不純物がド−ピングされたポ
リシリコン膜の二重膜が挙げられる。
【００３９】このようにゲ−ト電極６７がシリコン基板
６１より仕事関数が大きくなれば、後述するようにシリ
コン基板６１からゲ−ト電極６７へ流れる電流量を少な
くできるので、ゲ−ト絶縁膜６５の絶縁特性を向上させ
得る。
６１より仕事関数が大きくなれば、後述するようにシリ
コン基板６１からゲ−ト電極６７へ流れる電流量を少な
くできるので、ゲ−ト絶縁膜６５の絶縁特性を向上させ
得る。
【００４０】本発明の半導体素子はシリコン基板６１上
に前記ゲ−ト絶縁膜６５の形成を容易にするための安定
化膜６３、具体的にはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜
又はこれらの複合膜が形成されていることが好ましい。
例えば、前記安定化膜６３は原子層蒸着法を用いて誘電
体膜（ゲート絶縁体膜）を形成する段階において、シリ
コン基板６１上に供給される反応物が親水性物質の場合
に前記シリコン基板６１の表面を親水性化させる親水性
膜であることが好ましい。
に前記ゲ−ト絶縁膜６５の形成を容易にするための安定
化膜６３、具体的にはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜
又はこれらの複合膜が形成されていることが好ましい。
例えば、前記安定化膜６３は原子層蒸着法を用いて誘電
体膜（ゲート絶縁体膜）を形成する段階において、シリ
コン基板６１上に供給される反応物が親水性物質の場合
に前記シリコン基板６１の表面を親水性化させる親水性
膜であることが好ましい。
【００４１】以下では説明の便宜上、キャパシタ構造を
示す第１の実施形態を参照として誘電体膜の絶縁特性に
ついて説明するが、第２の実施形態のトランジスタ構造
同様に説明が適用できる。即ち、キャパシタの下部電極
はトランジスタのシリコン基板に対応し、キャパシタの
誘電体膜はゲート絶縁体膜に対応し、キャパシタの上部
電極はトランジスタのゲ−ト電極に対応する。
示す第１の実施形態を参照として誘電体膜の絶縁特性に
ついて説明するが、第２の実施形態のトランジスタ構造
同様に説明が適用できる。即ち、キャパシタの下部電極
はトランジスタのシリコン基板に対応し、キャパシタの
誘電体膜はゲート絶縁体膜に対応し、キャパシタの上部
電極はトランジスタのゲ−ト電極に対応する。
【００４２】図３及び図４は各々従来のキャパシタ及び
図１のキャパシタ障壁高さ（ｂａｒｒｉｅｒ ｈｅｉｇ
ｈｔ）と等価回路とを概略的に示した図面である。
図１のキャパシタ障壁高さ（ｂａｒｒｉｅｒ ｈｅｉｇ
ｈｔ）と等価回路とを概略的に示した図面である。
【００４３】具体的には、図３は従来のキャパシタ障壁
の高さ及び等価回路を示した図面である。図３の従来の
キャパシタは上部および下部電極を全て不純物がド−ピ
ングされたポリシリコン膜で構成し、原子層蒸着法を用
いて誘電体膜を６０Å厚さのアルミニウム酸化膜で構成
した場合（以下、ＳＩＳキャパシタと称する）である。
図４は図１のキャパシタの障壁高さ及び等価回路を示し
た図面である。図４のキャパシタは下部電極を、シリコ
ン系物質膜である不純物がド−ピングされたポリシリコ
ン膜とし、原子層蒸着法を用いて誘電体膜を６０Å厚さ
のアルミニウム酸化膜とし、上部電極は前記下部電極よ
り仕事関数が大きいＴｉＮ膜で構成した場合（以下、Ｍ
ＩＳキャパシタと称する）である。本発明のＭＩＳキャ
パシタにおいては、上部電極をＴｉＮ膜と不純物がド−
ピングされたポリシリコン膜で構成された二重膜で構成
することもでき、この場合は不純物がド−ピングされた
ポリシリコン膜により半導体素子の表面抵抗を調節する
ことができる。
の高さ及び等価回路を示した図面である。図３の従来の
キャパシタは上部および下部電極を全て不純物がド−ピ
ングされたポリシリコン膜で構成し、原子層蒸着法を用
いて誘電体膜を６０Å厚さのアルミニウム酸化膜で構成
した場合（以下、ＳＩＳキャパシタと称する）である。
図４は図１のキャパシタの障壁高さ及び等価回路を示し
た図面である。図４のキャパシタは下部電極を、シリコ
ン系物質膜である不純物がド−ピングされたポリシリコ
ン膜とし、原子層蒸着法を用いて誘電体膜を６０Å厚さ
のアルミニウム酸化膜とし、上部電極は前記下部電極よ
り仕事関数が大きいＴｉＮ膜で構成した場合（以下、Ｍ
ＩＳキャパシタと称する）である。本発明のＭＩＳキャ
パシタにおいては、上部電極をＴｉＮ膜と不純物がド−
ピングされたポリシリコン膜で構成された二重膜で構成
することもでき、この場合は不純物がド−ピングされた
ポリシリコン膜により半導体素子の表面抵抗を調節する
ことができる。
【００４４】図３及び図４で、上部電極に正方向のバイ
アスが印加された時、下部電極に存在する電子は、初期
障壁ａを通過するための第１抵抗成分４１と、誘電体膜
自体の第２抵抗成分４３を通過して上部電極へ移動す
る。
アスが印加された時、下部電極に存在する電子は、初期
障壁ａを通過するための第１抵抗成分４１と、誘電体膜
自体の第２抵抗成分４３を通過して上部電極へ移動す
る。
【００４５】ところで、図４の本発明のキャパシタにお
いては上部電極に正バイアス電圧が印加された時、電子
は初期障壁ａを通過した後、障壁がより高い上部電極に
向かって移動する。この際、下部電極と上部電極との障
壁の差ｂ2−ａにより生じる傾斜は結局電子の流れを阻
止する第３抵抗成分４５として作用して、電子が下部電
極から上部電極へ流れることを妨害するので、誘電体膜
の絶縁特性が向上する。
いては上部電極に正バイアス電圧が印加された時、電子
は初期障壁ａを通過した後、障壁がより高い上部電極に
向かって移動する。この際、下部電極と上部電極との障
壁の差ｂ2−ａにより生じる傾斜は結局電子の流れを阻
止する第３抵抗成分４５として作用して、電子が下部電
極から上部電極へ流れることを妨害するので、誘電体膜
の絶縁特性が向上する。
【００４６】また、上部電極に負バイアス電圧が印加さ
れば、初期障壁ｂ1、ｂ2による第４抵抗成分４７ａ、４
７ｂが生じ、電子が上部電極から下部電極へ移動しにく
くなる。特に、図４の本発明キャパシタの初期障壁高さ
ｂ2は、図３の従来のキャパシタの初期障壁高さｂ1より
さらに高いので、本発明の第４抵抗成分４７ｂが従来の
第４抵抗成分４７ａより大きくなる。
れば、初期障壁ｂ1、ｂ2による第４抵抗成分４７ａ、４
７ｂが生じ、電子が上部電極から下部電極へ移動しにく
くなる。特に、図４の本発明キャパシタの初期障壁高さ
ｂ2は、図３の従来のキャパシタの初期障壁高さｂ1より
さらに高いので、本発明の第４抵抗成分４７ｂが従来の
第４抵抗成分４７ａより大きくなる。
【００４７】図５は従来のＳＩＳキャパシタ及び本発明
のＭＩＳキャパシタの電圧による漏れ電流密度を示した
グラフであり、図６は従来のＳＩＳキャパシタ及び本発
明のＭＩＳキャパシタの障壁高さを示したグラフであ
る。
のＭＩＳキャパシタの電圧による漏れ電流密度を示した
グラフであり、図６は従来のＳＩＳキャパシタ及び本発
明のＭＩＳキャパシタの障壁高さを示したグラフであ
る。
【００４８】図５に示したように一般的な半導体素子で
許容できる漏れ電流密度１Ｅ−７Ａ／ｃｍ2に関してみ
れば、本発明のＭＩＳキャパシタは従来のＳＩＳキャパ
シタより約０．９Ｖ大きい離陸点を示す、すなわち漏れ
電流密度が１Ｅ−７Ａ／ｃｍ 2Ｖを超える電圧が約０．
９Ｖ大きい。
許容できる漏れ電流密度１Ｅ−７Ａ／ｃｍ2に関してみ
れば、本発明のＭＩＳキャパシタは従来のＳＩＳキャパ
シタより約０．９Ｖ大きい離陸点を示す、すなわち漏れ
電流密度が１Ｅ−７Ａ／ｃｍ 2Ｖを超える電圧が約０．
９Ｖ大きい。
【００４９】このような現象は図４及び図６に示す下部
電極と上部電極との障壁高さに起因する。図６で、Ｘ軸
は障壁エネルギ−を示し、Ｙ軸は障壁高さを示す。Ｊｍ
ａｘは１２５℃での臨界電流密度を示し、Ｊｍｉｎは２
５℃での臨界電流密度を示す。図６に示すように、正バ
イアス電圧でのピ−ク点は障壁エネルギ−を示すが、従
来のＳＩＳキャパシタは１．４２ｅＶを示し、本発明の
ＭＩＳキャパシタは２．３５ｅＶを示す。
電極と上部電極との障壁高さに起因する。図６で、Ｘ軸
は障壁エネルギ−を示し、Ｙ軸は障壁高さを示す。Ｊｍ
ａｘは１２５℃での臨界電流密度を示し、Ｊｍｉｎは２
５℃での臨界電流密度を示す。図６に示すように、正バ
イアス電圧でのピ−ク点は障壁エネルギ−を示すが、従
来のＳＩＳキャパシタは１．４２ｅＶを示し、本発明の
ＭＩＳキャパシタは２．３５ｅＶを示す。
【００５０】このように従来のＳＩＳキャパシタと本発
明のＭＩＳキャパシタとには障壁高さ差が０．９３ｅＶ
を示し、前記障壁高さ差は図４に説明した障壁高さ差ｂ
2−ａと一致する。従って、本発明のＭＩＳキャパシタ
は前記障壁高さ差の分だけ従来のＳＩＳキャパシタより
離陸点が大きくなる。言い換えれば、本発明のＭＩＳキ
ャパシタは従来のＳＩＳより許容漏れ電流密度で約０．
９Ｖ程度さらに耐えられるので、誘電体膜の厚さを縮め
られ、これによりキャパシタンスを増加させ得る。
明のＭＩＳキャパシタとには障壁高さ差が０．９３ｅＶ
を示し、前記障壁高さ差は図４に説明した障壁高さ差ｂ
2−ａと一致する。従って、本発明のＭＩＳキャパシタ
は前記障壁高さ差の分だけ従来のＳＩＳキャパシタより
離陸点が大きくなる。言い換えれば、本発明のＭＩＳキ
ャパシタは従来のＳＩＳより許容漏れ電流密度で約０．
９Ｖ程度さらに耐えられるので、誘電体膜の厚さを縮め
られ、これによりキャパシタンスを増加させ得る。
【００５１】図７及び図８は各々本発明のＭＩＳキャパ
シタ及び従来のＳＩＳキャパシタにおいて電圧および誘
電体膜厚さを変化させたときの漏れ電流密度を示したグ
ラフである。
シタ及び従来のＳＩＳキャパシタにおいて電圧および誘
電体膜厚さを変化させたときの漏れ電流密度を示したグ
ラフである。
【００５２】具体的には、電圧１．２Ｖのときの漏れ電
流密度が約１Ｅ−７という一般的な基準値を示すために
は、本発明のＭＩＳキャパシタの場合は酸化膜の厚さが
２８Åであり、従来のＳＩＳキャパシタの場合は４１Å
である。本発明のＭＩＳキャパシタの場合に膜厚を薄く
できるのは、前述したように本発明のＭＩＳキャパシタ
が約０．９Ｖの離陸点マ−ジンを持つからである。
流密度が約１Ｅ−７という一般的な基準値を示すために
は、本発明のＭＩＳキャパシタの場合は酸化膜の厚さが
２８Åであり、従来のＳＩＳキャパシタの場合は４１Å
である。本発明のＭＩＳキャパシタの場合に膜厚を薄く
できるのは、前述したように本発明のＭＩＳキャパシタ
が約０．９Ｖの離陸点マ−ジンを持つからである。
【００５３】図９は図１に示したキャパシタの誘電体膜
を原子層蒸着法で形成した場合の、各反応物の供給及び
パ−ジング過程を示したグラフであり、図１０は原子層
蒸着法により形成された誘電体膜の均一度を示したグラ
フであり、図１１は原子層蒸着法により形成された誘電
体膜のＸＰＳピ−ク値を示した図面である。
を原子層蒸着法で形成した場合の、各反応物の供給及び
パ−ジング過程を示したグラフであり、図１０は原子層
蒸着法により形成された誘電体膜の均一度を示したグラ
フであり、図１１は原子層蒸着法により形成された誘電
体膜のＸＰＳピ−ク値を示した図面である。
【００５４】本実施形態では、本発明のキャパシタ誘電
体膜はステップカバレ−ジ特性に優れた原子層蒸着法で
形成し、誘電体膜をアルミニウム酸化膜で形成する場合
を例にとって説明する。原子層蒸着法は図９のようにチ
ャンバーにアルミニウムが含有された反応ガス（反応
物）を供給した後、不活性ガスでパ−ジした後、再び酸
化ガスを供給して不活性ガスでパ−ジするサイクルを反
復する蒸着法を用いた。従って、本発明の原子層蒸着法
は原子層エピタクシ、サイクリック化学蒸着法、ディジ
タル化学蒸着、ＡｌＣＶＤを含む。
体膜はステップカバレ−ジ特性に優れた原子層蒸着法で
形成し、誘電体膜をアルミニウム酸化膜で形成する場合
を例にとって説明する。原子層蒸着法は図９のようにチ
ャンバーにアルミニウムが含有された反応ガス（反応
物）を供給した後、不活性ガスでパ−ジした後、再び酸
化ガスを供給して不活性ガスでパ−ジするサイクルを反
復する蒸着法を用いた。従って、本発明の原子層蒸着法
は原子層エピタクシ、サイクリック化学蒸着法、ディジ
タル化学蒸着、ＡｌＣＶＤを含む。
【００５５】より詳しく説明すれば、図９のように半導
体基板、例えばシリコン基板上にＴＭＡ［Ａｌ（Ｃ
Ｈ3）3］、Ａｌ（ＣＨ3）Ｃｌ、ＡｌＣｌ3などのアルミ
ニウムが含有された反応物をチャンバーに供給して不活
性ガスでパ−ジした後、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2、Ｏ3など
の酸化ガスを供給して不活性ガスでパ−ジングするサイ
クルを数回反復することによりアルミニウム酸化膜を形
成する。即ち、アルミニウムが含有された第１反応物
と、酸化ガスの第２反応物を順次に供給することにより
アルミニウム酸化膜を形成する。
体基板、例えばシリコン基板上にＴＭＡ［Ａｌ（Ｃ
Ｈ3）3］、Ａｌ（ＣＨ3）Ｃｌ、ＡｌＣｌ3などのアルミ
ニウムが含有された反応物をチャンバーに供給して不活
性ガスでパ−ジした後、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2、Ｏ3など
の酸化ガスを供給して不活性ガスでパ−ジングするサイ
クルを数回反復することによりアルミニウム酸化膜を形
成する。即ち、アルミニウムが含有された第１反応物
と、酸化ガスの第２反応物を順次に供給することにより
アルミニウム酸化膜を形成する。
【００５６】本実施形態ではアルミニウムが含有された
反応物はＴＭＡを使用し、酸化ガスをＨ2Ｏガスとして
使用して得られたアルミニウム酸化膜は図１０に示すよ
うに測定位置に対する均一度が優秀であった。図１０
で、測定点は半導体ウェ−ハの中心の１点、半導体ウェ
−ハ中心を基準に１．７５インチ（４．４５ｃｍ）の半
径を有する円で９０度間隔に４点、半導体ウェ−ハ中心
を基準に３．５インチ（８．８９ｃｍ）の半径を有する
円で９０度間隔に４点の計９点である。
反応物はＴＭＡを使用し、酸化ガスをＨ2Ｏガスとして
使用して得られたアルミニウム酸化膜は図１０に示すよ
うに測定位置に対する均一度が優秀であった。図１０
で、測定点は半導体ウェ−ハの中心の１点、半導体ウェ
−ハ中心を基準に１．７５インチ（４．４５ｃｍ）の半
径を有する円で９０度間隔に４点、半導体ウェ−ハ中心
を基準に３．５インチ（８．８９ｃｍ）の半径を有する
円で９０度間隔に４点の計９点である。
【００５７】また、アルミニウム酸化膜をＸ線電子分光
法（ＸＰＳ）を測定したところ、図１１および図１２に
示すようにＡｌ−Ｏ及びＯ−Ｏピ−クのみ示され、酸素
とアルミニウムとのみから成ることが示唆された。な
お、図１１及び図１２で、Ｘ軸は結合エネルギ−であ
り、Ｙ軸はカウントを示す。
法（ＸＰＳ）を測定したところ、図１１および図１２に
示すようにＡｌ−Ｏ及びＯ−Ｏピ−クのみ示され、酸素
とアルミニウムとのみから成ることが示唆された。な
お、図１１及び図１２で、Ｘ軸は結合エネルギ−であ
り、Ｙ軸はカウントを示す。
【００５８】続いて、本発明に係るキャパシタの製造方
法を説明する。説明の容易のため、キャパシタの製造方
法を例にとって説明するが、トランジスタその他の半導
体素子に以下の製造方法が適用できることはもちろんで
ある。また、下部電極などの製造には各種公知の技術を
用いることができる。
法を説明する。説明の容易のため、キャパシタの製造方
法を例にとって説明するが、トランジスタその他の半導
体素子に以下の製造方法が適用できることはもちろんで
ある。また、下部電極などの製造には各種公知の技術を
用いることができる。
【００５９】図１３は下部電極３３及び安定化膜３５を
形成する段階を示す。
形成する段階を示す。
【００６０】まず、半導体基板、例えばシリコン基板上
にコンタクトホ−ルを有する層間絶縁膜３２を形成す
る。その後、前記層間絶縁膜３２が形成された半導体基
板３１上に前記コンタクトホ−ルを通じて前記半導体基
板３１と接続する下部電極３３を形成する。特に、本発
明の下部電極３３は不純物がド−ピングされたポリシリ
コン膜のようなシリコン系物質膜で形成するので多様な
３次元構造で形成できる。
にコンタクトホ−ルを有する層間絶縁膜３２を形成す
る。その後、前記層間絶縁膜３２が形成された半導体基
板３１上に前記コンタクトホ−ルを通じて前記半導体基
板３１と接続する下部電極３３を形成する。特に、本発
明の下部電極３３は不純物がド−ピングされたポリシリ
コン膜のようなシリコン系物質膜で形成するので多様な
３次元構造で形成できる。
【００６１】次に、前記下部電極上に誘電体膜を容易に
形成するために前記下部電極３３表面に安定化膜３５を
１〜４０Åの厚さで形成することが好ましい。前記安定
化膜３５はＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒ
ｏｃｅｓｓ）、アニ−リング工程又はプラズマ工程など
の工程、またはシリコン及び窒素が含まれた反応物を用
いて、９００℃、３時間処理することにより窒素系ガス
により構成されたシリコン窒化膜で形成することができ
る。又、前記安定化膜３５は酸素系ガスを用いてアニ−
リング、熱紫外線処理又はプラズマ処理してシリコン酸
化膜で形成することもできる。例えば、窒素源としてア
ンモニアガス（ＮＨ3）を用いて６０秒程度ＲＴＰ又は
４５０℃で３分間紫外線オゾン処理した。
形成するために前記下部電極３３表面に安定化膜３５を
１〜４０Åの厚さで形成することが好ましい。前記安定
化膜３５はＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒ
ｏｃｅｓｓ）、アニ−リング工程又はプラズマ工程など
の工程、またはシリコン及び窒素が含まれた反応物を用
いて、９００℃、３時間処理することにより窒素系ガス
により構成されたシリコン窒化膜で形成することができ
る。又、前記安定化膜３５は酸素系ガスを用いてアニ−
リング、熱紫外線処理又はプラズマ処理してシリコン酸
化膜で形成することもできる。例えば、窒素源としてア
ンモニアガス（ＮＨ3）を用いて６０秒程度ＲＴＰ又は
４５０℃で３分間紫外線オゾン処理した。
【００６２】ここで、図１５を用いて安定化膜３５の役
割に対して説明する。図１５は本発明のＭＩＳキャパシ
タにおいて下部電極の表面に安定化膜が形成される場合
ａと形成しない場合ｂとのアルミニウム酸化膜のサイク
ル当たり厚さを示したグラフである。
割に対して説明する。図１５は本発明のＭＩＳキャパシ
タにおいて下部電極の表面に安定化膜が形成される場合
ａと形成しない場合ｂとのアルミニウム酸化膜のサイク
ル当たり厚さを示したグラフである。
【００６３】安定化膜３５は後工程である誘電体膜形成
時、誘電体膜を安定に形成させる役割を果たす。即ち、
不純物がド−ピングされた下部電極、例えばポリシリコ
ン表面は通常疎水性状態なので、酸化ガスの水蒸気を用
いて誘電体膜を形成する時、疎水性の下部電極３３上で
はアルミニウム酸化膜を安定に形成できない。即ち、図
１５のｂに示したように安定化膜３５を形成しなけれ
ば、１０サイクルの潜伏期を経た後、アルミニウム酸化
膜が成長する。しかし、安定化膜３５を形成すれば、下
部電極３３の表面が親水性に変質する。このため、図１
５のａで表示したように潜伏期を経ず直ちにアルミニウ
ム酸化膜が形成できるため安定にアルミニウム酸化膜が
形成される。本実施形態では安定化膜３５を形成した
が、必要に応じては安定化膜を形成しない場合もある。
時、誘電体膜を安定に形成させる役割を果たす。即ち、
不純物がド−ピングされた下部電極、例えばポリシリコ
ン表面は通常疎水性状態なので、酸化ガスの水蒸気を用
いて誘電体膜を形成する時、疎水性の下部電極３３上で
はアルミニウム酸化膜を安定に形成できない。即ち、図
１５のｂに示したように安定化膜３５を形成しなけれ
ば、１０サイクルの潜伏期を経た後、アルミニウム酸化
膜が成長する。しかし、安定化膜３５を形成すれば、下
部電極３３の表面が親水性に変質する。このため、図１
５のａで表示したように潜伏期を経ず直ちにアルミニウ
ム酸化膜が形成できるため安定にアルミニウム酸化膜が
形成される。本実施形態では安定化膜３５を形成した
が、必要に応じては安定化膜を形成しない場合もある。
【００６４】図１４は誘電体膜３７を形成する段階を示
す。
す。
【００６５】例えば、前記下部電極３３上にアルミニウ
ム源及び酸化ガスを順次チャンバーに注入して原子サイ
ズ程度厚さ、例えば約０．５〜１００Å程度の厚さのア
ルミニウム酸化膜を形成する。以後、前述したような原
子サイズ程度の厚さのアルミニウム酸化膜を形成する過
程を反復して約１０〜３００Å程度の厚さのアルミニウ
ム酸化膜からなる誘電体膜３７を形成する。このように
形成される誘電体膜３７は原子層蒸着法の工程特性上、
ステップカバレージが非常に良いので好ましい。例え
ば、アスペクト比が９：１の構造の場合はステップカバ
レージを９８％以上にすることができる。
ム源及び酸化ガスを順次チャンバーに注入して原子サイ
ズ程度厚さ、例えば約０．５〜１００Å程度の厚さのア
ルミニウム酸化膜を形成する。以後、前述したような原
子サイズ程度の厚さのアルミニウム酸化膜を形成する過
程を反復して約１０〜３００Å程度の厚さのアルミニウ
ム酸化膜からなる誘電体膜３７を形成する。このように
形成される誘電体膜３７は原子層蒸着法の工程特性上、
ステップカバレージが非常に良いので好ましい。例え
ば、アスペクト比が９：１の構造の場合はステップカバ
レージを９８％以上にすることができる。
【００６６】誘電体膜３７を形成した後、不純物の除
去、誘電体膜の緻密化及び優れた化学量論的を有する誘
電体膜を得るために後熱処理をすることが好ましい。処
理方法としては、紫外線オゾン処理、窒素アニ−ル、酸
素アニ−リング、ウエット酸化、Ｎ2、ＮＨ3、Ｏ2、Ｎ2
Ｏなどの含酸素ガスまたは含窒素ガスを用いたＲＴＰ又
は真空アニ−リングを用いられる。処理条件は、本処理
の目的が得られるものであれば特に限られるものではな
いが、例えば、９００℃の温度での３時間の処理が挙げ
られる。幾つかの処理を実施した結果を下記の表に示
す。
去、誘電体膜の緻密化及び優れた化学量論的を有する誘
電体膜を得るために後熱処理をすることが好ましい。処
理方法としては、紫外線オゾン処理、窒素アニ−ル、酸
素アニ−リング、ウエット酸化、Ｎ2、ＮＨ3、Ｏ2、Ｎ2
Ｏなどの含酸素ガスまたは含窒素ガスを用いたＲＴＰ又
は真空アニ−リングを用いられる。処理条件は、本処理
の目的が得られるものであれば特に限られるものではな
いが、例えば、９００℃の温度での３時間の処理が挙げ
られる。幾つかの処理を実施した結果を下記の表に示
す。
【００６７】
【表１】
【００６８】表１で、酸素アニ−リングは７５０℃で３
０分間実施し、紫外線オゾン処理は３００℃で２０ｍｗ
ａｔｔのエネルギ−で１０分間実施し、酸素ＲＴＰは７
５０℃で３分間実施し、窒素アニ−リングは７５０℃で
３分間実施した。そして、前記表１の値はセル当たり１
ｆＡの電流を流した際にかかる電圧値であり、括弧内の
数字は後熱処理した後の誘電体膜の厚さを示す。表１に
示すように、紫外線オゾン処理と窒素アニーリングした
サンプルが電圧値が高いことから優れていることがわか
る。なお、本実施形態では誘電体膜形成後、後熱処理を
遂行したが、遂行しない場合もある。
０分間実施し、紫外線オゾン処理は３００℃で２０ｍｗ
ａｔｔのエネルギ−で１０分間実施し、酸素ＲＴＰは７
５０℃で３分間実施し、窒素アニ−リングは７５０℃で
３分間実施した。そして、前記表１の値はセル当たり１
ｆＡの電流を流した際にかかる電圧値であり、括弧内の
数字は後熱処理した後の誘電体膜の厚さを示す。表１に
示すように、紫外線オゾン処理と窒素アニーリングした
サンプルが電圧値が高いことから優れていることがわか
る。なお、本実施形態では誘電体膜形成後、後熱処理を
遂行したが、遂行しない場合もある。
【００６９】次に、図１に示したように誘電体膜３７上
に上部電極３９を形成する。前記上部電極３９は前述し
たようにシリコン系物質で構成された下部電極より仕事
関数が大きい物質膜で構成される。上述したように、前
記上部電極３９はＡｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒなどの金属
膜、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮ、
ＷＮ、ＷＢＮ、ＣｏＳｉ、Ｗなどの高融点金属膜、Ｒｕ
Ｏ2、ＲｈＯ2、ＩｒＯ2などの導電性酸化膜又はこれら
の組合せより成るか、またはシリコン系物質より仕事関
数が大きい物質膜と不純物がド−ピングされたポリシリ
コン膜とが順次に形成された二重膜で構成することが好
ましい。本実施形態では上部電極をＴｉＮ膜と不純物が
ド−ピングされたポリシリコン膜の二重膜とで形成する
ことが特に好ましい。
に上部電極３９を形成する。前記上部電極３９は前述し
たようにシリコン系物質で構成された下部電極より仕事
関数が大きい物質膜で構成される。上述したように、前
記上部電極３９はＡｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒなどの金属
膜、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮ、
ＷＮ、ＷＢＮ、ＣｏＳｉ、Ｗなどの高融点金属膜、Ｒｕ
Ｏ2、ＲｈＯ2、ＩｒＯ2などの導電性酸化膜又はこれら
の組合せより成るか、またはシリコン系物質より仕事関
数が大きい物質膜と不純物がド−ピングされたポリシリ
コン膜とが順次に形成された二重膜で構成することが好
ましい。本実施形態では上部電極をＴｉＮ膜と不純物が
ド−ピングされたポリシリコン膜の二重膜とで形成する
ことが特に好ましい。
【００７０】誘電体（ゲート絶縁膜）、第１電極（下部
電極、シリコン基板）、第２電極（上部電極、ゲート電
極）としては上述したものが同様に使用できる。
電極、シリコン基板）、第２電極（上部電極、ゲート電
極）としては上述したものが同様に使用できる。
【００７１】以上、実施形態を通じて本発明を具体的に
説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、本
発明の技術的思想内で当分野に通常の知識によるその変
形や改良が可能である。
説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、本
発明の技術的思想内で当分野に通常の知識によるその変
形や改良が可能である。
【００７２】
【発明の効果】前述したように、本発明の半導体素子は
一般に使用されるシリコン系物質膜、例えば不純物がド
−ピングされたポリシリコン膜を下部電極として採用す
る時、順次供給して形成された誘電体膜と、前記下部電
極より仕事関数が大きい物質膜からなる上部電極とで構
成する。このような構成をとることにより、誘電体膜の
絶縁特性を向上させられ、キャパシタ構造ではキャパシ
タンス値を高められる。
一般に使用されるシリコン系物質膜、例えば不純物がド
−ピングされたポリシリコン膜を下部電極として採用す
る時、順次供給して形成された誘電体膜と、前記下部電
極より仕事関数が大きい物質膜からなる上部電極とで構
成する。このような構成をとることにより、誘電体膜の
絶縁特性を向上させられ、キャパシタ構造ではキャパシ
タンス値を高められる。
【図１】 本発明の半導体素子の第１の実施形態を示し
た断面図である。
た断面図である。
【図２】 本発明の半導体素子の第２の実施形態を示し
た断面図である。
た断面図である。
【図３】 従来のキャパシタ障壁高さと等価回路とを概
略的に示した図面である。
略的に示した図面である。
【図４】 図１のキャパシタ障壁高さと等価回路とを概
略的に示した図面である。
略的に示した図面である。
【図５】 従来のＳＩＳキャパシタ及び本発明のＭＩＳ
キャパシタの電圧と漏れ電流密度との関係を示したグラ
フである。
キャパシタの電圧と漏れ電流密度との関係を示したグラ
フである。
【図６】 従来のＳＩＳキャパシタ及び本発明のＭＩＳ
キャパシタの障壁エネルギーを示したグラフである。
キャパシタの障壁エネルギーを示したグラフである。
【図７】 本発明のＭＩＳキャパシタにおける電圧、漏
れ電流密度および誘電体膜厚さとの関係を示したグラフ
である。
れ電流密度および誘電体膜厚さとの関係を示したグラフ
である。
【図８】 従来のＳＩＳキャパシタにおける電圧、漏れ
電流密度および誘電体膜厚さとの関係を示したグラフで
ある。
電流密度および誘電体膜厚さとの関係を示したグラフで
ある。
【図９】 図１に示したキャパシタの誘電体膜を原子層
蒸着法に形成する時、各反応物の供給及びパ−ジング過
程を示したグラフである。
蒸着法に形成する時、各反応物の供給及びパ−ジング過
程を示したグラフである。
【図１０】 原子層蒸着法により形成された誘電体膜の
均一度を示したグラフである。
均一度を示したグラフである。
【図１１】 原子層蒸着法により形成された誘電体膜の
ＸＰＳピ−ク値を示した図面である。
ＸＰＳピ−ク値を示した図面である。
【図１２】 原子層蒸着法により形成された誘電体膜の
ＸＰＳピ−ク値を示した図面である。
ＸＰＳピ−ク値を示した図面である。
【図１３】 図１に示した半導体素子のキャパシタの製
造方法において、安定化膜が形成された段階を示す断面
図である。
造方法において、安定化膜が形成された段階を示す断面
図である。
【図１４】 図１に示した半導体素子のキャパシタの製
造方法において、誘電体膜が形成された段階を示す断面
図である。
造方法において、誘電体膜が形成された段階を示す断面
図である。
【図１５】 本発明のＭＩＳキャパシタにおいて下部電
極の表面に安定化膜が形成される場合ａと形成しない場
合ｂとのアルミニウム酸化膜のサイクル当たり厚さを示
したグラフである。
極の表面に安定化膜が形成される場合ａと形成しない場
合ｂとのアルミニウム酸化膜のサイクル当たり厚さを示
したグラフである。
３１ 半導体基板 ３２ 層間絶縁膜 ３３ 下部電極 ３５ 安定化膜 ３７ 誘電体膜 ３９ 上部電極 ６１ シリコン基板 ６５ ゲート絶縁膜 ６７ ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/108 Ｈ０１Ｌ 27/10 ６５１ 21/8242 29/62 Ｇ 29/43 (72)発明者 朴 泳 旭 大韓民国京畿道安養市東安区葛山洞1115番 地 セムマウルアパート301棟703号 (72)発明者 李 相 ▲忍▼ 大韓民国京畿道水原市八達区梅灘２洞 韓 国１次アパート104棟706号 (72)発明者 張 允 僖 大韓民国ソウル特別市江南区大峙洞 銀馬 アパート28棟905号 (72)発明者 李 鍾 鎬 大韓民国京畿道軍浦市光亭洞 漢陽木蓮ア パート1213棟901号 (72)発明者 崔 城 ▲済▼ 大韓民国ソウル特別市瑞草区瑞草洞 振興 アパート１棟505号 (72)発明者 李 承 桓 大韓民国ソウル特別市瑞草区方背２洞 ム ジゲアパート２棟907号 (72)発明者 林 載 順 大韓民国ソウル特別市中浪区墨１洞122− 47番地 天池ビラー ビー01号 (72)発明者 李 周 ▲遠▼ 大韓民国京畿道水原市八達区仁渓洞158− 30番地 鮮京２次アパート201棟505号
Claims (42)
- 【請求項１】 シリコン系物質で構成された第１電極
と、前記第１電極上に反応物を順次供給して形成された
誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された、前記シリコ
ン系物質で構成された第１電極より仕事関数が大きい第
２電極とを含んで成ることを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】 前記誘電体膜はアルミニウム酸化物、ア
ルミニウム水酸化物、Ｔａ2Ｏ5、ＢＳＴ、ＳｒＴｉ
Ｏ3、ＰｂＴｉＯ3、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ
2、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＳｉＯ2、
ＳｉＮおよびＳｉ3Ｎ4からなる群より選択される１また
は２以上より成ることを特徴とする請求項１に記載の半
導体素子。 - 【請求項３】 前記第２電極は金属膜、高融点金属膜お
よび導電性酸化膜からなる群より選択される１もしくは
２以上より成るか、または前記シリコン系物質より仕事
関数が大きい物質膜と不純物がド−ピングされたポリシ
リコン膜とが順次形成された二重膜であることを特徴と
する請求項１または２に記載の半導体素子。 - 【請求項４】 前記金属膜はＡｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、
Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｕおよびＩｒ
からなる群より選択されて成り、前記高融点金属膜はＴ
ｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＮ、
ＷＢＮ、ＣｏＳｉおよびＷからなる群より選択されて成
り、前記導電性酸化膜はＲｕＯ2、ＲｈＯ2およびＩｒＯ
2からなる群より選択されて成ることを特徴とする請求
項３に記載の半導体素子。 - 【請求項５】 前記第１電極上に前記第１電極の表面を
親水性化させて前記誘電体膜の形成を容易にする安定化
膜が形成されてなることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の半導体素子。 - 【請求項６】 前記安定化膜はシリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜又はこれらの複合膜であることを特徴とする請
求項５に記載の半導体素子。 - 【請求項７】 前記誘電体膜は原子層蒸着法により形成
された膜であることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か１項に記載の半導体素子。 - 【請求項８】 前記原子層蒸着法はチャンバーに反応ガ
スとパ−ジングガスとを順次供給する方法であることを
特徴とする請求項７に記載の半導体素子。 - 【請求項９】 シリコン系物質で構成されたキャパシタ
の下部電極と、前記下部電極上に反応物を順次供給して
形成された誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された、
前記シリコン系物質で構成された下部電極より仕事関数
が大きいキャパシタの上部電極とを含んで成ることを特
徴とする半導体素子。 - 【請求項１０】 前記上部電極は金属膜、高融点金属膜
および導電性酸化膜からなる群より選択される１もしく
は２以上より成るか、またはシリコン系物質より仕事関
数が大きい物質膜と不純物がド−ピングされたポリシリ
コン膜とが順次形成された二重膜であることを特徴とす
る請求項９に記載の半導体素子。 - 【請求項１１】 前記下部電極上に前記下部電極の表面
を親水性化させて前記誘電体膜の形成を容易にする安定
化膜が形成されてなることを特徴とする請求項９または
１０に記載の半導体素子。 - 【請求項１２】 前記安定化膜はシリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜又はこれらの複合膜であることを特徴とする
請求項１１に記載の半導体素子。 - 【請求項１３】 前記誘電体膜は原子層蒸着法により形
成された膜であることを特徴とする請求項９〜１２のい
ずれか１項に記載の半導体素子。 - 【請求項１４】 前記原子層蒸着法はチャンバーに反応
ガスとパ−ジングガスとを順次供給する方法であること
を特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。 - 【請求項１５】 シリコン基板と、前記シリコン基板上
に反応物を順次供給して形成されたゲ−ト絶縁膜と、前
記ゲ−ト絶縁膜上に形成された前記シリコン基板より仕
事関数が大きいゲ−ト電極とを含んで成ることを特徴と
する半導体素子。 - 【請求項１６】 前記ゲ−ト電極は金属膜、高融点金属
膜および導電性酸化膜からなる群より選択される１もし
くは２以上より成るか、またはシリコン系物質より仕事
関数が大きい物質膜と不純物がド−ピングされたポリシ
リコン膜とが順次形成された二重膜であることを特徴と
する請求項１５に記載の半導体素子。 - 【請求項１７】 前記シリコン基板上に前記シリコン基
板の表面を親水性化させて前記ゲ−ト絶縁膜の形成を容
易にする安定化膜が形成されてなることを特徴とする請
求項１５または１６に記載の半導体素子。 - 【請求項１８】 前記安定化膜はシリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜又はこれらの複合膜であることを特徴とする
請求項１７に記載の半導体素子。 - 【請求項１９】 前記ゲ−ト絶縁膜は原子層蒸着法によ
り形成された膜であることを特徴とする請求項１５〜１
８のいずれか１項に記載の半導体素子。 - 【請求項２０】 前記原子層蒸着法はチャンバーに反応
ガスとパ−ジングガスとを順次供給する方法であること
を特徴とする請求項１９に記載の半導体素子。 - 【請求項２１】 半導体基板上にシリコン系物質で構成
された第１電極を形成する段階と、前記第１電極上に、
反応物を順次供給して誘電体膜を形成する段階と、前記
誘電体膜上に、前記シリコン系物質で構成された第１電
極より仕事関数が大きい第２電極を形成する段階とを含
む半導体素子の製造方法。 - 【請求項２２】 前記誘電体膜はアルミニウム酸化物、
アルミニウム水酸化物、Ｔａ2Ｏ5、ＢＳＴ、ＳｒＴｉＯ
3、ＰｂＴｉＯ3、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、Ｙ2Ｏ3、Ｃｅ
Ｏ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、Ｓｉ
Ｏ2、ＳｉＮおよびＳｉ3Ｎ4からなる群より選択される
１または２以上より成ることを特徴とする請求項２１に
記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項２３】 前記第２電極は金属膜、高融点金属膜
および導電性酸化膜からなる群より選択される１もしく
は２以上より成るか、またはシリコン系物質より仕事関
数が大きい物質膜と不純物がド−ピングされたポリシリ
コン膜とが順次形成された二重膜であることを特徴とす
る請求項２１または２２に記載の半導体素子の製造方
法。 - 【請求項２４】 前記金属膜はＡｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃ
ｕ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕおよび
Ｉｒからなる群より選択されて成り、前記高融点金属膜
はＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＮ、Ｗ
Ｎ、ＷＢＮ、ＣｏＳｉおよびＷからなる群より選択され
て成り、前記導電性酸化膜はＲｕＯ2、ＲｈＯ2およびＩ
ｒＯ2からなる群より選択されて成ることを特徴とする
請求項２３に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項２５】 前記第１電極を形成する段階後、前記
第１電極上に前記誘電体膜の形成を容易にする安定化膜
をさらに形成することを特徴とする請求項２１〜２４の
いずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項２６】 前記安定化膜はシリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜又はこれらの複合膜であることを特徴とする
請求項２５に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項２７】 前記誘電体膜は原子層蒸着法により形
成することを特徴とする請求項２１から２６のいずれか
１項に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項２８】 前記原子層蒸着法はチャンバーに反応
ガスとパ−ジングガスとを順次供給する方法であること
を特徴とする請求項２７に記載の半導体素子の製造方
法。 - 【請求項２９】 前記誘電体膜を形成する段階後、後熱
処理をすることを特徴とする請求項２１〜２８のいずれ
か１項に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項３０】 半導体基板上に、シリコン系物質で構
成されたキャパシタの下部電極を形成する段階と、前記
下部電極上に、反応物を順次供給して誘電体膜を形成す
る段階と、前記誘電体膜上に、シリコン系物質で構成さ
れた下部電極より仕事関数が大きいキャパシタの上部電
極を形成する段階とを含んで成ることを特徴とする半導
体素子の製造方法。 - 【請求項３１】 前記上部電極は金属膜、高融点金属膜
および導電性酸化膜からなる群より選択される１もしく
は２以上であるか、またはシリコン系物質より仕事関数
が大きい物質膜と不純物がド−ピングされたポリシリコ
ン膜とが順次形成された二重膜であることを特徴とする
請求項３０に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項３２】 前記下部電極を形成する段階後、前記
下部電極上に前記下部電極表面を親水性化させて前記誘
電体膜の形成を容易にする安定化膜を形成することを特
徴とする請求項３０または３１に記載の半導体素子の製
造方法。 - 【請求項３３】 前記安定化膜はシリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜又はこれらの複合膜であることを特徴とする
請求項３２に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項３４】 前記誘電体膜は原子層蒸着法により形
成することを特徴とする請求項３０〜３３のいずれか１
項に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項３５】 前記原子層蒸着法はチャンバーに反応
ガスとパ−ジングガスとを順次供給する方法であること
を特徴とする請求項３４に記載の半導体素子の製造方
法。 - 【請求項３６】 前記誘電体膜を形成する段階後、後熱
処理をすることを特徴とする請求項３０〜３５のいずれ
か１項に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項３７】 シリコン基板上に、反応物を順次供給
してゲ−ト絶縁膜を形成する段階と、前記ゲ−ト絶縁膜
上に、前記シリコン基板より仕事関数が大きいゲ−ト電
極を形成する段階とを含むことを特徴とする半導体素子
の製造方法。 - 【請求項３８】 前記ゲ−ト電極は金属膜、高融点金属
膜および導電性酸化膜からなる群より選択される１もし
くは２以上であるか、またはシリコン系物質より仕事関
数が大きい物質膜と不純物がド−ピングされたポリシリ
コン膜とが順次形成された二重膜であることを特徴とす
る請求項３７に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項３９】 前記ゲ−ト絶縁膜を形成する前に、前
記シリコン基板を親水性化させて前記ゲ−ト絶縁膜の形
成を容易にする安定化膜を形成することを特徴とする請
求項３７または３８に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項４０】 前記安定化膜はシリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜又はこれらの複合膜であることを特徴とする
請求項３９に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項４１】 前記ゲ−ト絶縁膜は原子層蒸着法によ
り形成することを特徴とする請求項３７〜４０のいずれ
か１項に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項４２】 前記ゲ−ト絶縁膜を形成する段階後、
後熱処理をすることを特徴とする請求項３７〜４１のい
ずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
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