JP2003163284A - 半導体素子のキャパシタ及びその製造方法 - Google Patents
半導体素子のキャパシタ及びその製造方法Info
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Abstract
に抑制する拡散防止膜を備えた半導体のキャパシタ及び
その製造方法を提供する。 【解決手段】 キャパシタは、基板10上に形成された
ルテニウム(Ru)、チタニウム(Ti)及び酸素
(0)の三元系元素から構成された拡散防止膜20と、
前記拡散防止膜上に形成された下部電極30、前記下部
電極上に形成された誘電体40及び前記誘電体上に形成
された上部電極50とから構成される。
Description
の製造方法に関し、特に、キャパシタに用いられる拡散
防止膜及びその製造方法に関する。
いられているDRAM(DynamicRandom Access Memor
y)、またはFeRAM(Ferroelectric RAM)における
キャパシタは、通常、ポリシリコン、拡散防止膜、下部
電極、高誘電率の誘電体そして上部電極などから構成さ
れる。
(Dynamic RAM:以下、DRAMという)は、1個の単
位セル(unit cell)が1個のトランジスタと1個のキ
ャパシタとから構成されて集積度に優れたメモリ素子で
ある。
って3年ごとにメモリの容量が4倍ずつ増加して、現在
では、256Mb(Mega bit)DRAM及びGB(giga
bit)級のDRAMも開発されている。このようにDR
AMの集積度が高くなるほど電気信号を読み出して記録
する役割を果たすセルの面積は、ますます減少してい
る。例えば、256MbのDRAMの場合、セルの面積
は、0.5μm2であり、この場合、セルの基本構成要
素のうちの一つであるキャパシタの面積は、0.3μm
2以下に小さくなるべきである。
スを確保するために、高い誘電率を有する誘電膜により
キャパシタを形成するか、誘電膜を薄く形成するか、ま
たはキャパシタの断面積を増加させる方法が提案されて
いる。
積)を増加させるために、スタック(stack)型キャパ
シタ、またはトレンチ(trench)型キャパシタを形成す
る技術、または半球型のポリシリコン膜を用いる技術な
ど種々の技術が提案されたが、このような技術は、キャ
パシタの構造を複雑化して工程があまりにも複雑である
ので、製造コストの上昇と収率を低下させるなどの問題
点がある。
/Si3N4系誘電物質を用いるが、SiO2/Si3N4
系誘電膜の厚さを減少させてキャパシタンスを増加させ
る方法は、技術上限界がある。したがって、SiO2/
Si3N4系より誘電率の高いTa2O5、ぺロブスカイト
構造を有するSrBi2Ta2O9(以下、SBTとい
う)、Pb(Zr,Ti)O3(以下、PZTとい
う)、(Bi,La)4Ti3O12(以下、BLTとい
う)などの高誘電率の誘電物質を利用したキャパシタの
製造方法が提示されている。
て前述したような高誘電率の誘電体物質を用いることに
よって、これらの電極材料として、電極材料の酸化によ
る特性の低下を防止するために、耐酸化性に優れたP
t、Ru、RuO2、Ir、IrO2などの複合構造を有
する電極に対する研究も活発化している。
ためには、下部電極とポリシリコンプラグとの間に拡散
防止膜を必然的に形成すべきである。
雰囲気下で進行される誘電体形成工程で発生する酸素の
拡散を防止する特性に優れなければならない。
して酸化が発生したし、このような拡散防止膜の酸化
は、不導体の生成物を形成するので、キャパシタの誤動
作を誘発する問題点があった。
点に鑑みてなされたものであって、酸素の拡散によるキ
ャパシタ誤動作を效果的に抑制する拡散防止膜を備えた
半導体のキャパシタ及びその製造方法を提供することに
その目的がある。
め、本発明は、半導体基板上に形成されたルテニウム
(Ru)、チタニウム(Ti)及び酸素(0)の三元系
元素から構成された拡散防止膜と、前記拡散防止膜上に
形成された下部電極、前記下部電極上に形成された誘電
膜及び前記誘電膜上に形成された上部電極とから構成さ
れたことを特徴とする半導体素子のキャパシタを提供す
る。
は、半導体基板上にルテニウム(Ru)−チタニウム
(Ti)−酸素(O)の三元系元素により拡散防止膜を
形成するステップと、前記拡散防止膜をアニーリングす
るステップと、前記拡散防止上に下部電極、誘電体、上
部電極を積層するステップとを含むことを特徴とする半
導体素子のキャパシタ製造方法を提供する。
の三元系元素から構成された拡散防止膜を形成して、高
誘電率の誘電体工程(蒸着及び後処理)途中に発生する酸
素の拡散を效果的に遮断することができるので、信頼性
があり電気的特性に優れたキャパシタをDRAM及びF
eRAM半導体素子において製造することを可能にした
ものである。
を、添附する図面を参照しながら、詳細に説明する。
形成された半導体素子のキャパシタを示す図面であっ
て、まず、図1に示すキャパシタは、トランジスタのソ
ース/ドレイン11と連結されたポリシリコンプラグ1
4と、前記ポリシリコンプラグ14上にチタニウムを蒸
着してポリシリコンプラグ14のシリコンとチタニウム
との反応により生成されたチタニウムシリサイド15
と、前記チタニウムシリサイド15上に形成されたルテ
ニウム−チタニウム−酸素の三元系元素から構成された
拡散防止膜20と、この拡散防止膜上に順に積層されて
形成された下部電極30、誘電体40、上部電極50と
から構成されている。なお、図1において、符号10は
半導体基板(基板ともいう)を示し、符号13は、層間
絶縁膜を示す。
ンプラグ14から下部電極30にシリコンが拡散される
ことを防止する役割を果たしており、上部電極、下部電
極の各物質には、Pt、Ru、RuO2、Ir、IrO2
などの物質を利用し、誘電体には、Ta2O5、ぺロブス
カイト構造を有するSBT、PZT、SBTN、BLT
などのような物質を利用する。
タニウム窒化膜16をさらに形成し、また、ルテニウム
−チタニウム−酸素の三元系元素から構成された拡散防
止膜20を備えた半導体素子のキャパシタを示す図面で
ある。
ニウム−チタニウム−酸素の三元系元素から構成された
拡散防止膜を形成する方法について述べる。
0℃以上の高温工程を伴うので、誘電体内の酸素が外部
に拡散される。したがって、拡散防止膜は、酸素の拡散
を防止すべきであるのみでなく、酸化に対して相当な抵
抗を有するべきである。
散防止膜を構成する物質間に強い化学的結合がなされて
あるべきである。最後に、拡散防止膜は、酸素との反応
後にも導電性を維持しなければ、キャパシタが誤作動す
る問題が発生する。
拡散防止膜をなす基本物質は、高融点金属が適当であ
る。なぜならば、高融点金属と酸素との反応によって形
成された反応物は、導電性酸化物であるので、電気的に
は何ら問題がないためである。
散防止膜を構成する物質間に強い結合を形成させるため
には、金属を添加すべきであるが、このような添加金属
は、金属自体が熱的に安定し酸素に対する親和力がある
べきである。こういう性質を有する金属は、高融点金属
である。そして、拡散防止膜を構成する物質間に強い化
学的結合をさせるためには、高融点金属に耐熱金属以外
にも酸素が添加されるべきである。
の拡散防止膜は、高融点金属と酸素との強い化学的結合
のために、非晶質の微細構造をなすことができ、高温ま
で非晶質の微細構造が維持されることができる。また、
新しい組成の拡散防止膜は、酸素と反応して酸化された
以後にも、高融点金属のために電気的な特性が低下され
ないだろう。
質に、ルテニウム(Ru)を用い、添加される高融点金
属には、チタニウム(Ti)を用いた。本発明において
は、Ru前駆物質とTi前駆物質を利用して、有機金属
化学蒸着法(Metal OrganicChemical Vapor Depositio
n:MOCVD)を用いて拡散防止膜を形成した。
た理由は、半導体素子が益々微細化することに伴って、
キャパシタの製造に用いられるストレージノードコンタ
クト孔の直径が0.1μm程度に小さくなって、従来に
用いられた物理気相成長法(Phisical Vapor Depositio
n:PVD)では、優れた埋め込み特性を得ることがで
きないためである。
には、種々の気体が用いられ得るが、以下では、酸素を
反応気体に用いて拡散防止膜を形成する場合を参照し
て、本発明に係る一実施形態を説明する。
は、Ru前駆物質及びTi前駆物質と反応して、RuO
A及びTiOA膜を作り、揮発性の強い反応生成物を生成
するが、揮発性の強い反応生成物は、真空で容易に除去
することができる。
物質にTiX4を用いる場合には、次の化1及び化2に
て示すような反応式によって反応して拡散防止膜を形成
することになる。ここで、Xはリガンド(regand)を意
味し具体的な物質名は詳細に後述する。
とができるが、この場合には、Ti前駆物質にTiX4
の代りにTiX2を用い、これによる化学反応は次の化
3及び化4の反応式で示す通りである。
質及びTi前駆物質と反応して、RuOA及びTiOAの
膜を作り、揮発性の強い反応生成物を生成するが、揮発
性の強い反応生成物は真空で容易に除去することができ
る。
明の一実施形態に係る化学気相蒸着法により拡散防止膜
を形成する方法について細部実施例を述べる。
X3)及びTi前駆物質(TiX4またはTiX2)を1
00℃〜900℃で加熱した基板上に供給して、基板表
面に吸着させる。蒸着厚さは、200Å〜1000Åに
し、蒸着されるRuTiO膜内のRuの原子比は、50
at%〜90at%、Tiの原子比は、1at%〜50
at%になるようにし、Oの原子比は、1at%〜80
at%になるようにする。
いる場合において、Xは水素(H)、C1−C10アルキ
ル、C2−C10アルケニル、C1−C8アルコキシ、C6−
C12アリル、β−ジケトネート(β-diketonates)、シ
クロペンタジエニル(cyclopentadienyl)、C1−C8ア
ルキルシクロペンタジエニル(alkylcyclopentadieny
l)、及び上記の物質にハロゲンが添加された誘導体の
うちいずれか一つを用いる。
用いる場合には、Xは水素(H)、C1−C10アルキ
ル、C2−C10アルケニル、C1−C8アルコキシ、C6−
C12アリル、β−ジケトネート、シクロペンタジエニ
ル、C1−C8アルキルシクロペンタジエニル、及び上記
の物質にハロゲンが添加された誘導体のうちいずれか一
つを使用する。
NH3、H2O、H2O2、ROH、RCOOH、C2−C
10ジオール(diol)の中で少なくとも酸素を含むように
混合された気体を使用し、RはC1−C10アルキル、C2
−C10アルケニル、C1−C8アルコキシ、C6−C12ア
リル、及び上記の物質にハロゲンが添加された誘導体の
うちいずれか一つを用いる。
気体には、N2、He、Ne、Ar、H2またはこれらの
混合気体を用いる。
−酸素の三元系元素から構成された拡散防止膜を蒸着し
た後に、蒸着された前記ルテニウム−チタニウム−酸素
の三元系元素から構成された拡散防止膜の性質を改善す
るために、種々の工程が適用され得るが、イオンやプラ
ズマなどを利用して拡散防止膜の表面をより稠密化する
工程と、拡散防止膜の表面に酸素を充填させるか、均一
な酸化層を形成する工程が適用されることができる。
する。まず、O2雰囲気またはAr+O2雰囲気、または
N2+O2雰囲気下で、100℃〜650℃の温度範囲と
1分〜5分の時間の間急速熱処理を行なって拡散防止膜
の表面に酸素を充填させて膜質を改善することができ
る。
で、酸素を充填させる場合には、ArとO2の組成比を
変化させながら急速熱処理を行なうこともでき、N2+
O2雰囲気である場合には、N2とO2の組成比を変化さ
せながら急速熱処理を行なうことができる。
拡散防止膜の表面を稠密にし、酸素イオンを利用して均
一な酸化層を形成して膜質を改善する方法がある。
速させて、これを利用して100℃〜650℃の温度範
囲で1分〜5分間拡散防止膜の表面にイオンを衝突させ
ると、表面を稠密化させて膜質を改善することができ
る。酸素イオンは、前記のように表面を稠密化すること
に用いられることができるのみでなく、均一な酸化層を
形成して膜質を改善することにも利用することができ
る。
られるイオンには、酸素イオン以外にも種々のイオンを
用いることができるが、反応室内でArまたはN2をイ
オン化させて、100℃〜650℃、1分〜5分の条件
下でArイオンまたはN2イオンが蒸着膜に衝突されて
膜質を稠密にした後、酸素イオンでは均一な酸化層を形
成して膜質を改善する方法がある。
に、酸素も同時にイオン化させて酸素イオンも膜質を稠
密にする工程に使用し、後続に酸素イオンを利用して均
一な酸化層を形成して膜質を改善する方法も適用するこ
とができる。
は、反応室内でNH4またはNH4プラズマを利用して熱
処理をした後(工程条件は100℃〜650℃、1分〜
5分)、酸素イオンで均一な酸化層を形成する方法と、
NH4プラズマと酸素プラズマを利用して熱処理を行な
った後、酸素イオンで均一な酸化層を形成する方法を使
用することもできる。
の代りに、反応室内でUV(UltraViolet)オゾンを利
用して拡散防止膜の表面を稠密にし、均一な酸化層を形
成させて膜質を改善することもできる(工程条件は10
0℃〜650℃、1分〜5分)。
ではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に
変更実施することが可能である。
しい拡散防止膜は、高誘電率の誘電体膜工程(蒸着及び
後処理)途中に発生する酸素の拡散を效果的に遮断する
ことができるために、特性が優れたキャパシタをDRA
M及びFeRAM半導体素子において製造することを可
能にして、信頼性があり電気的特性に優れたキャパシタ
特性を確保することのできる効果があり、現在の半導体
素子及び今後にも用いることができると期待される。
パシタを示す図である。
パシタを示す図である。
Claims (20)
- 【請求項1】 半導体基板上に形成されたルテニウム
(Ru)、チタニウム(Ti)及び酸素(0)の三元系
元素から構成された拡散防止膜と、 前記拡散防止膜上に形成された下部電極、前記下部電極
上に形成された誘電膜及び前記誘電膜上に形成された上
部電極とから構成されたことを特徴とする半導体素子の
キャパシタ。 - 【請求項2】 前記拡散防止膜内のRuの原子比は、5
0at%〜90at%、Tiの原子比は、1at%〜5
0at%であり、Oの原子比は1at%〜80at%で
あることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子のキ
ャパシタ。 - 【請求項3】 前記拡散防止膜の厚さは、200Å〜1
000Åであることを特徴とする請求項1に記載の半導
体素子のキャパシタ。 - 【請求項4】 前記拡散防止上に形成された表面酸化膜
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体
素子のキャパシタ。 - 【請求項5】 半導体素子のキャパシタ製造方法におい
て、 半導体基板上にルテニウム(Ru)−チタニウム(T
i)−酸素(O)の三元系元素により拡散防止膜を形成
するステップと、 前記拡散防止膜をアニーリングするステップと、 前記拡散防止上に下部電極、誘電体、上部電極を積層す
るステップとを含むことを特徴とする半導体素子のキャ
パシタ製造方法。 - 【請求項6】 前記拡散防止膜を有機金属化学気相蒸着
法により形成することを特徴とする請求項5に記載の半
導体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項7】 前記拡散防止膜内のRu原子比は、50
at%〜90at%、Tiの原子比は、1at%〜50
at%であり、Oの原子比は1at%〜80at%であ
ることを特徴とする請求項5に記載の半導体素子のキャ
パシタ製造方法。 - 【請求項8】 前記拡散防止膜をRuX2前駆物質とT
iX4前駆物質とにより形成することを特徴とする請求
項6に記載の半導体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項9】 Xは水素、C1−C10アルキル、C2−C
10アルケニル、C1−C8アルコキシ、C6−C12アリ
ル、β−ジケトネート、シクロペンタジエニル、C1−
C8アルキルシクロペンタジエニル及び上記の物質にハ
ロゲンが添加された誘導体のうちいずれか一つを用いる
ことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子のキャパ
シタ製造方法。 - 【請求項10】 前記拡散防止膜は、RuX3前駆物質
とTiX2前駆物質により形成されることを特徴とする
請求項6に記載の半導体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項11】 Xは水素、C1−C10アルキル、C2−
C10アルケニル、C 1−C8アルコキシ、C6−C12アリ
ル、β−ジケトネート、シクロペンタジエニル、C1−
C8アルキルシクロペンタジエニル及び上記の物質にハ
ロゲンが添加された誘導体のうちいずれか一つを用いる
ことを特徴とする請求項10に記載の半導体素子のキャ
パシタ製造方法。 - 【請求項12】 パージ(purge)気体には、N2、H
e、Ne、Ar、H2、またはこれらの混合気体を用い
ることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子のキャ
パシタ製造方法。 - 【請求項13】 前記拡散防止膜をO2、NH3、H
2O、H2O2、ROH、RCOOH、C2−C10ジオール
(diol)のうちいずれか一つの反応気体により形成する
ことを特徴とする請求項10に記載の半導体素子のキャ
パシタ製造方法。 - 【請求項14】 Rは、C1−C10アルキル、C2−C10
アルケニル、C1−C8アルコキシ、C6−C12アリル及
び上記の物質にハロゲンが添加された誘導体のうちいず
れか一つであることを特徴とする請求項13に記載の半
導体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項15】 前記拡散防止膜をアニーリングするス
テップにおいて100℃〜650℃の温度範囲で急速熱
処理を1分〜5分間行うことを特徴とする請求項5に記
載の半導体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項16】 前記急速熱処理をアルゴンと酸素との
混合ガス、または窒素と酸素との混合ガス、及び酸素雰
囲気下で行うことを特徴とする請求項15に記載の半導
体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項17】 前記拡散防止膜の表面の稠密性を増大
させるための表面処理をさらに含むことを特徴とする請
求項5に記載の半導体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項18】 前記表面処理は、酸素イオン、アンモ
ニウムガス、アンモニウムプラズマ、酸素プラズマ、ま
たは酸素及び窒素の混合イオンを用いて行うことを特徴
とする請求項17に記載の半導体素子のキャパシタ製造
方法。 - 【請求項19】 前記拡散防止膜の表面に酸化膜を形成
する過程をさらに含むことを特徴とする請求項17に記
載の半導体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項20】 前記半導体素子のキャパシタ製造方法
は、前記拡散防止膜の表面の稠密度を向上させ、前記拡
散防止膜の表面に酸化膜を形成するための過程をさらに
含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体素子のキ
ャパシタ製造方法。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007324166A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Seiko Epson Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2007324167A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Seiko Epson Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100440072B1 (ko) * | 2001-12-10 | 2004-07-14 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의 캐패시터 형성방법 |
KR100475899B1 (ko) * | 2002-03-08 | 2005-03-10 | 주식회사 선익시스템 | 반도체의 캐패시터 전극 증착 방법 |
KR100833430B1 (ko) * | 2006-04-25 | 2008-05-29 | 주식회사 하이닉스반도체 | 낸드 플래쉬 소자의 드레인 콘택플러그 형성방법 |
US7410881B2 (en) | 2006-03-02 | 2008-08-12 | Hynix Semiconductor Inc. | Method of manufacturing flash memory device |
DE102008015270A1 (de) * | 2008-03-20 | 2009-10-15 | Qimonda Ag | Herstellungsverfahren einer leitfähigen Schicht für eine integrierte Schaltung |
US8413843B2 (en) * | 2009-07-20 | 2013-04-09 | Antonio Vardaro | Horizontal small packet dispenser |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5381302A (en) * | 1993-04-02 | 1995-01-10 | Micron Semiconductor, Inc. | Capacitor compatible with high dielectric constant materials having a low contact resistance layer and the method for forming same |
US5504041A (en) * | 1994-08-01 | 1996-04-02 | Texas Instruments Incorporated | Conductive exotic-nitride barrier layer for high-dielectric-constant materials |
JP3396131B2 (ja) * | 1996-06-28 | 2003-04-14 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
JP4214553B2 (ja) * | 1996-12-26 | 2009-01-28 | ソニー株式会社 | 誘電体キャパシタおよび不揮発性メモリ |
US6011284A (en) * | 1996-12-26 | 2000-01-04 | Sony Corporation | Electronic material, its manufacturing method, dielectric capacitor, nonvolatile memory and semiconductor device |
KR100230422B1 (ko) * | 1997-04-25 | 1999-11-15 | 윤종용 | 반도체장치의 커패시터 제조방법 |
JP3570153B2 (ja) * | 1997-04-28 | 2004-09-29 | ソニー株式会社 | 電子材料、その製造方法、誘電体キャパシタ、不揮発性メモリおよび半導体装置 |
JP3371328B2 (ja) | 1997-07-17 | 2003-01-27 | 株式会社高純度化学研究所 | ビス(アルキルシクロペンタジエニル)ルテニウム錯 体の製造方法およびそれを用いたルテニウム含有薄膜 の製造方法 |
KR100301371B1 (ko) * | 1998-07-03 | 2001-10-27 | 윤종용 | 반도체메모리장치및그의제조방법 |
US6133159A (en) | 1998-08-27 | 2000-10-17 | Micron Technology, Inc. | Methods for preparing ruthenium oxide films |
KR20010058947A (ko) * | 1999-12-30 | 2001-07-06 | 박종섭 | 반도체소자의 캐패시터 형성방법 |
KR100351056B1 (ko) * | 2000-06-27 | 2002-09-05 | 삼성전자 주식회사 | 선택적 금속산화막 형성단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법 |
-
2001
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-
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007324166A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Seiko Epson Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2007324167A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Seiko Epson Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
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