JP3468200B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3468200B2
JP3468200B2 JP2000077779A JP2000077779A JP3468200B2 JP 3468200 B2 JP3468200 B2 JP 3468200B2 JP 2000077779 A JP2000077779 A JP 2000077779A JP 2000077779 A JP2000077779 A JP 2000077779A JP 3468200 B2 JP3468200 B2 JP 3468200B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置の微細化にともない、
情報蓄積用容量素子の面積が減少し、容量の絶対値も減
少する傾向にある。容量Cは、例えば平行平板電極構造
の場合は、 C=ε・S/d で決定される。ここで、εは誘電体の誘電率、Sは容量
電極(以下、電極とも言う)の面積、dは誘電体の膜厚
(電極間の距離)である。情報蓄積用容量素子に使用さ
れる電極の面積Sを増大することなく、容量を確保する
ためには、誘電率εの高い誘電体を使用するか、誘電体
の膜厚dを薄くすることが必要である。現在、その膜厚
は10nm程度まで薄膜化されており、64Mビット以上の高
集積メモリにおいては、容量絶縁膜の薄膜化は限界に達
しつつあるため、より誘電率εの高い容量絶縁膜材料の
開発が進められ、64M〜256Mビットでは酸化タンタル(T
a2O5)、1GビットのDRAMにおいては、例えば特開平9−1
86299号公報に記載されているようなチタン酸バリウム
ストロンチウム(BaxSryTisOt:BST)等の使用が検討さ
れている。また、不揮発性メモリとしては、同様に特開
平10−189881号公報に記載されているようなチタン酸ジ
ルコン酸鉛(PbxZryTisOt:PZT)等の使用が検討されてい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices,
The area of the information storage capacitive element decreases, and the absolute value of the capacity tends to decrease. The capacitance C is determined by C = ε · S / d in the case of a parallel plate electrode structure, for example. Here, ε is the dielectric constant of the dielectric, S is the area of the capacitive electrode (hereinafter also referred to as the electrode), and d is the film thickness of the dielectric (distance between the electrodes). In order to secure the capacitance without increasing the area S of the electrode used for the information storage capacitive element, it is necessary to use a dielectric having a high dielectric constant ε or to reduce the film thickness d of the dielectric. is necessary. At present, the film thickness has been reduced to about 10 nm, and in high-integrated memory of 64 Mbits or more, the thinning of the capacitance insulating film is reaching its limit. Development is progressing, and tantalum oxide (T
a 2 O 5 ), a 1 Gbit DRAM is disclosed in
Barium strontium titanate as described in 86299 JP (Ba x Sr y Ti s O t: BST) Using the like have been studied. Further, as a non-volatile memory, use of lead zirconate titanate (Pb x Zr y Ti s O t : PZT) as described in JP-A-10-189881 is being studied.

【0003】BSTやPZT等の酸化物は、高温処理を受けな
いと良好な特性を発揮しないことが知られているため、
製造工程において約600℃以上の高温処理が必要とな
る。そこで、BSTやPZT等の酸化物に接触する容量電極材
料としては、高温においても酸化されにくい材料を用い
る必要がある。これは、容量電極が酸化されやすい材料
である場合には、高温において電極と酸化物との接触界
面で酸化還元反応が起こり、酸化物の特性が劣化してし
まうためである。
It is known that oxides such as BST and PZT do not exhibit good characteristics unless subjected to high temperature treatment.
In the manufacturing process, high temperature treatment of about 600 ° C or higher is required. Therefore, it is necessary to use a material that is difficult to oxidize even at high temperatures as a material for the capacitor electrode that contacts oxides such as BST and PZT. This is because when the capacitor electrode is a material that is easily oxidized, a redox reaction occurs at the contact interface between the electrode and the oxide at high temperature, and the characteristics of the oxide deteriorate.

【0004】このような背景から、酸化されにくい容量
電極材料として、例えばルテニウム(Ru)、や白金(Pt)等
の貴金属材料やと酸化ルテニウム(RuxOy)等の導電性酸
化物が検討されている。しかし、これらの容量電極材料
がシリコン(Si)と直接接触すると、シリコン(Si)が容量
電極の内部に拡散してしまうため、容量下部電極の下地
には拡散を防止するためのバリア膜が必要となる。この
バリア膜としては、例えば特開平9−186299号公報に記
載されているように窒化チタン(TixNy)等からなる導電
性膜が用いられている。
From such a background, as a capacitive electrode material which is hard to be oxidized, for example, a noble metal material such as ruthenium (Ru) or platinum (Pt) and a conductive oxide such as ruthenium oxide (Ru x O y ) are examined. Has been done. However, when these capacitance electrode materials come into direct contact with silicon (Si), silicon (Si) diffuses inside the capacitance electrode.Therefore, a barrier film for preventing diffusion is required on the lower electrode of the capacitance lower electrode. Becomes As the barrier film, for example, a conductive film made of titanium nitride (Ti x N y ) or the like is used as described in JP-A-9-186299.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、BSTやP
ZT等の酸化物は、高温処理を受けないと良好な特性を発
揮しないことが知られているが、1Gビット以上のDRAMに
用いるためには、高温処理を酸素雰囲気中で受けないと
十分な特性を発揮しないことがわかってきた。そこで、
製造工程において、酸素雰囲気中での約600℃以上の高
温処理が新たに必要となってきた。しかし、前記のよう
に窒化チタン(TixNy)等からなる導電性膜をバリア膜と
して用いた構造では、例えば特開平10−189881号公報や
マテリアルズ・リサーチ・ソサイエティ会誌(Materials
Research Society Bulletin)第21巻第6号(1996
年6月発行)の55ページから58ページに記載されて
いる内容からわかるように、BSTやPZT等の中の酸素原子
と酸素雰囲気中の酸素原子が、約600℃以上の高温処理
の際に容量下部電極を透過してバリア膜に到達し、バリ
ア膜を酸化して導通不良を引き起こすという問題があ
る。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, BST and P
It is known that oxides such as ZT do not exhibit good characteristics unless subjected to high temperature treatment, but it is sufficient to use high temperature treatment in an oxygen atmosphere for use in DRAM of 1 Gbit or more. It has become clear that it does not exhibit its characteristics. Therefore,
In the manufacturing process, a high temperature treatment of about 600 ° C or higher in an oxygen atmosphere is newly required. However, as described above, in a structure using a conductive film made of titanium nitride (Ti x N y ) or the like as a barrier film, for example, JP-A-10-189881 and Materials Research Society Journal (Materials
Research Society Bulletin) Volume 21, Issue 6 (1996)
As can be seen from the contents of pages 55 to 58 (issued in June 2016), the oxygen atoms in BST, PZT, etc. and the oxygen atoms in the oxygen atmosphere undergo high-temperature treatment at about 600 ° C or higher. There is a problem that it penetrates the lower electrode of the capacitor to reach the barrier film and oxidizes the barrier film to cause poor conduction.

【0006】また、これに近い問題として、ゲート電極
が、多結晶シリコンと金属膜の間にバリア膜がはさまれ
た構造(低抵抗化を実現させるための、いわゆるポリメ
タルゲート構造)となっている場合、ゲート絶縁膜の特
性を向上させるための熱処理の際に、バリア膜が酸化さ
れてしまうという問題がある。
Further, as a problem close to this, the gate electrode has a structure in which a barrier film is sandwiched between polycrystalline silicon and a metal film (so-called polymetal gate structure for realizing low resistance). In that case, there is a problem that the barrier film is oxidized during the heat treatment for improving the characteristics of the gate insulating film.

【0007】本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置
を提供すること、歩留りの高い半導体装置を提供するこ
と、導通不良を起こしにくい容量素子構造を有する半導
体装置を提供すること、酸化を起こしにくいゲート構造
を有する半導体装置を提供すること、等の課題のうち少
なくとも一つを解決することにある。
It is an object of the present invention to provide a highly reliable semiconductor device, a semiconductor device having a high yield, a semiconductor device having a capacitive element structure which is unlikely to cause a conduction failure, and oxidation. It is to solve at least one of the problems such as providing a semiconductor device having a difficult gate structure.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記課題を
解決するため鋭意研究を行い、導通不良の原因となるバ
リア膜の酸化は、バリア膜の結晶粒界および結晶粒内を
酸素原子が拡散することによって進行することを見出し
た。したがって、導通不良を防止するためには、バリア
膜における酸素原子の粒界拡散および粒内拡散を抑制す
れば良いことを見出した。そして、発明者らは、バリア
膜中の酸素の拡散通路を狭める添加元素をバリア膜に添
加することによって、バリア膜における酸素原子の粒界
拡散および粒内拡散を抑制できることを見出した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted extensive studies to solve the above-mentioned problems, and the oxidation of the barrier film, which causes poor conduction, is caused by the formation of oxygen atoms at the crystal grain boundaries and inside the crystal grains of the barrier film. It was found that the process progresses due to diffusion. Therefore, it has been found that the grain boundary diffusion and intragranular diffusion of oxygen atoms in the barrier film should be suppressed in order to prevent the conduction failure. Then, the inventors have found that the grain boundary diffusion and intragranular diffusion of oxygen atoms in the barrier film can be suppressed by adding to the barrier film an additive element that narrows the oxygen diffusion path in the barrier film.

【0009】本願発明の課題は、例えば、半導体基板
と、半導体基板の一主面側に形成された主構成材料が窒
化チタンであり、少なくともシリコン、コバルト、ニッ
ケル、ルテニウムからなる群から選ばれる一種類の添加
元素を含有する導電性膜(以下、バリア層ともいう)
と、導電性膜に接するように形成された第一電極(以
下、容量下部電極ともいう)と、第一電極に接するよう
に形成された高誘電率または強誘電性の酸化物膜と、酸
化膜に接するように形成された第二電極(以下、容量上
部電極ともいう)とを備えた半導体装置により解決され
る。
An object of the present invention is, for example, that the semiconductor substrate and the main constituent material formed on the one main surface side of the semiconductor substrate are titanium nitride, and one selected from the group consisting of at least silicon, cobalt, nickel and ruthenium. Conductive film containing different types of additive elements (hereinafter also referred to as barrier layer)
A first electrode (hereinafter also referred to as a capacitor lower electrode) formed in contact with the conductive film, a high dielectric constant or ferroelectric oxide film formed in contact with the first electrode, and This is solved by a semiconductor device including a second electrode (hereinafter, also referred to as a capacitor upper electrode) formed so as to be in contact with the film.

【0010】このように構成すれば、バリア層における
酸素原子の拡散係数を低くすることができるためバリア
膜の酸化防止ができ、半導体装置の導通不良が防止でき
る。
According to this structure, the diffusion coefficient of oxygen atoms in the barrier layer can be lowered, so that the barrier film can be prevented from being oxidized and the conduction failure of the semiconductor device can be prevented.

【0011】なお、主構成材料に対する添加元素の含有
率は0.05at.% 以上18at.%以下であることが望ま
しい。
It is desirable that the content of the additive element in the main constituent material is 0.05 at.% Or more and 18 at.% Or less.

【0012】また、本願発明の課題は、例えば、半導体
基板と、前記半導体基板の一主面側に形成されたゲート
絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上部に形成されたゲート
電極と、を備え、前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜に
接するように形成された多結晶シリコン膜と、前記多結
晶シリコン膜に接するように形成された主構成材料が窒
化チタンであり、少なくともシリコン、コバルト、ニッ
ケル、ルテニウムからなる群から選ばれる一種類の添加
元素を含有したバリア膜と、前記バリア膜に接するよう
に形成された金属膜とを備えた半導体装置により解決さ
れる。
The subject of the present invention comprises, for example, a semiconductor substrate, a gate insulating film formed on one main surface of the semiconductor substrate, and a gate electrode formed on the gate insulating film. , The gate electrode is a polycrystalline silicon film formed in contact with the gate insulating film, the main constituent material formed in contact with the polycrystalline silicon film is titanium nitride, at least silicon, cobalt, nickel, The problem is solved by a semiconductor device including a barrier film containing one kind of additive element selected from the group consisting of ruthenium, and a metal film formed so as to be in contact with the barrier film.

【0013】この構成によれば、酸化を起こしにくいゲ
ート構造を有する半導体装置を提供することができる。
With this structure, it is possible to provide a semiconductor device having a gate structure that is resistant to oxidation.

【0014】また、本願発明の課題は、例えば、シリコ
ン基板の一主面側に、導電性膜と、該導電性膜に接触す
る第一電極と、該第一電極に接触する高誘電率あるいは
強誘電性の酸化物膜と、該酸化物膜に接触する第二電極
を、この順に積層して形成する工程を含む半導体装置の
製造方法であって、前記導電性膜の製造工程が、窒化チ
タンを成膜する工程と、シリコン、コバルト、ニッケ
ル、ルテニウムからなる群から選ばれる一種類の膜を成
膜する工程と、基板温度を200℃以上に上げる熱処理工
程とがこの順に行われる工程を備えた半導体装置の製造
方法により解決される。
Another object of the present invention is, for example, on one main surface side of a silicon substrate, a conductive film, a first electrode in contact with the conductive film, and a high dielectric constant in contact with the first electrode. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of stacking a ferroelectric oxide film and a second electrode in contact with the oxide film in this order, wherein the conductive film is formed by nitriding. A process of forming titanium, a process of forming one kind of film selected from the group consisting of silicon, cobalt, nickel, and ruthenium, and a heat treatment process of raising the substrate temperature to 200 ° C. or higher are performed in this order. This is solved by the manufacturing method of the provided semiconductor device.

【0015】なお、ここで導電性膜の主構成金属元素と
は、導電性膜に最も多く含まれる金属元素を意味する。
また、主構成材料とは、最も多く含まれる材料を意味す
る。
Here, the main constituent metal element of the conductive film means the metal element most contained in the conductive film.
Further, the main constituent material means a material that is contained most.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
示した実施例により詳細に説明する。まず、本発明にお
ける第一の実施例であるDRAM(Dynamic Random Access M
emory)メモリセルの断面構造を図1に示す。これは、図
2に示した平面レイアウトの一例において、A-Bあるい
はC-Dで切断した断面図である。本実施例の半導体装置
は、図1に示すように、シリコン基板1の主面のアクテ
ィブ領域に形成されたMOS(Metal Oxide Semiconduc
tor)型のトランジスタ2と、その上部に配置された情
報蓄積用容量素子3とを備えている。絶縁膜4は、素子
間分離のための膜である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the examples shown in the drawings. First, a DRAM (Dynamic Random Access Memory) which is a first embodiment of the present invention.
FIG. 1 shows the cross-sectional structure of an emory) memory cell. This is a cross-sectional view cut along AB or CD in the example of the plane layout shown in FIG. As shown in FIG. 1, the semiconductor device of this embodiment has a MOS (Metal Oxide Semiconducer) formed in the active region of the main surface of the silicon substrate 1.
A tor) type transistor 2 and an information storage capacitive element 3 disposed above the transistor 2 are provided. The insulating film 4 is a film for separating elements.

【0017】メモリセルのMOSトランジスタ2は、ゲ
−ト電極5、ゲ−ト絶縁膜6および拡散層7で構成され
ている。ゲ−ト絶縁膜6は、例えばシリコン酸化膜、窒
化珪素膜あるいは強誘電体膜あるいはこれらの積層構造
からなる。また、ゲ−ト電極5は、例えば多結晶シリコ
ン膜や金属薄膜、あるいは金属シリサイド膜あるいはこ
れらの積層構造からなる。前記ゲ−ト電極5の上部およ
び側壁には例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜9が形
成されている。メモリセル選択用MOSトランジスタの
一方の拡散層7には、プラグ10を介してビット線11
が接続されている。MOSトランジスタの上部全面に
は、例えばBPSG〔Boron-doped Phospho Silicate Glas
s〕膜やSOG(Spin On Glass)膜、あるいは化学気相蒸
着法やスパッタ法で形成したシリコン酸化膜や窒化膜等
からなる絶縁膜12が形成されている。
The MOS transistor 2 of the memory cell comprises a gate electrode 5, a gate insulating film 6 and a diffusion layer 7. The gate insulating film 6 is made of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a ferroelectric film, or a laminated structure of these. The gate electrode 5 is made of, for example, a polycrystalline silicon film, a metal thin film, a metal silicide film, or a laminated structure of these. An insulating film 9 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the upper and side walls of the gate electrode 5. A bit line 11 is formed on one diffusion layer 7 of the memory cell selection MOS transistor via a plug 10.
Are connected. For example, BPSG [Boron-doped Phospho Silicate Glas] is formed on the entire upper surface of the MOS transistor.
s] film, an SOG (Spin On Glass) film, or an insulating film 12 made of a silicon oxide film, a nitride film, or the like formed by a chemical vapor deposition method or a sputtering method.

【0018】MOSトランジスタを覆う絶縁膜12の上
部には情報蓄積用容量素子3が形成されている、情報蓄
積用容量素子3は、メモリセル選択用MOSトランジス
タの他方の拡散層8に、例えば多結晶シリコンからなる
プラグ13を介して接続されている。情報蓄積用容量素
子3は、下層から順に、導電性のバリア膜14、容量下
部電極15、高誘電率あるいは強誘電性を有する酸化物
膜16、容量上部電極17を積層した構造で構成されて
いる。この情報蓄積用容量素子23は絶縁膜1518で
覆われている。
An information storage capacitive element 3 is formed on the insulating film 12 covering the MOS transistor. The information storage capacitive element 3 is formed in the other diffusion layer 8 of the memory cell selection MOS transistor, for example, in a large number. They are connected via a plug 13 made of crystalline silicon. The information storage capacitive element 3 has a structure in which a conductive barrier film 14, a capacitive lower electrode 15, an oxide film 16 having a high dielectric constant or ferroelectricity, and a capacitive upper electrode 17 are laminated in this order from the lower layer. There is. The information storage capacitive element 23 is covered with an insulating film 1518.

【0019】ここで、バリア膜14は、少なくとも一種
類の添加元素を含有し、該添加元素のうちの少なくとも
一種が、バリア膜14における酸素原子の拡散通路を狭
める作用を持つ。具体的には、バリア膜14の主構成材
料が窒化チタン(TixNy)である場合、このバリア膜14
には、シリコン(Si)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ル
テニウム(Ru)からなる群から選ばれる一種類の添加元素
を含有させる。また、バリア膜14の主構成材料が窒化
タングステン(WxNy)である場合、このバリア膜14に
は、モリブデン(Mo)を添加元素として含有させる。ま
た、バリア膜14の主構成材料がルテニウム(Ru)である
場合、このバリア膜14には、シリコン(Si)、コバルト
(Co)、ニッケル(Ni)からなる群から選ばれる一種類の添
加元素を含有させる。
Here, the barrier film 14 contains at least one additional element, and at least one of the additional elements has a function of narrowing the diffusion path of oxygen atoms in the barrier film 14. Specifically, when the main constituent material of the barrier film 14 is titanium nitride (Ti x N y ), this barrier film 14
Contains one kind of additive element selected from the group consisting of silicon (Si), cobalt (Co), nickel (Ni), and ruthenium (Ru). Further, when the main constituent material of the barrier film 14 is tungsten nitride (W x N y ), the barrier film 14 contains molybdenum (Mo) as an additional element. When the main constituent material of the barrier film 14 is ruthenium (Ru), the barrier film 14 contains silicon (Si), cobalt.
One kind of additional element selected from the group consisting of (Co) and nickel (Ni) is contained.

【0020】以下、本実施例の効果について説明する。
従来の半導体装置においては、高誘電率あるいは強誘電
性を有する酸化物膜16を形成する際あるいはこの後の
熱処理の際に、酸素雰囲気中で約600℃以上の高温にさ
らされると、バリア膜14の酸化が進行し、導通不良を
生じることが実験的に明らかになった。発明者らは、バ
リア膜14の酸化は、バリア膜14の結晶粒界および結
晶粒内を酸素原子が拡散することによって進行すること
を見出した。そこで、発明者らは、酸素の粒界拡散およ
び粒内拡散を抑制することによって酸化による導通不良
は防止されることを見出した。また、発明者らは、バリ
ア膜中の酸素原子の拡散通路を狭める添加元素をバリア
膜に添加することによって、バリア膜における酸素原子
の粒界拡散および粒内拡散を抑制できることを見出し
た。本実施例では、バリア膜14は、少なくとも一種類
の添加元素を含有し、該添加元素のうちの少なくとも一
種が、バリア膜14は、酸素原子の拡散通路を狭める添
加元素を含有していることを特徴としているため、バリ
ア膜14における酸素原子の粒界拡散および粒内拡散が
抑制され、導通不良が防止される。これを詳しく説明す
るために、分子動力学シミュレーションにより、結晶粒
界における酸素原子の拡散係数を計算した結果を以下に
示す。分子動力学シミュレーションとは、例えばジャー
ナルオブアプライドフィジックス(Journal of Applied
Physics)の第54巻(1983年発行)の4864ページ
から4878ページまでに記述されているように、原子
間ポテンシャルを通して各原子に働く力を計算し、この
力を基にニュートンの運動方程式を解くことによって各
時刻における各原子の位置を算出する方法である。分子
動力学シミュレーションにより拡散係数を計算する方法
については、例えばフィジカルレビューB(Physical Re
view B)の第29巻(1984年発行)の5363ページ
から5371ページまでに記述されている。ここでは、
温度を1000 Kに設定して結晶粒界および結晶粒内におけ
る酸素原子の拡散係数を計算した例を用いて説明する。
なお、ここで説明する効果は、シミュレーション条件を
変えても同様に説明することができる。
The effects of this embodiment will be described below.
In the conventional semiconductor device, when the oxide film 16 having a high dielectric constant or ferroelectricity is formed or the subsequent heat treatment is performed, the barrier film is exposed to a high temperature of about 600 ° C. or higher in an oxygen atmosphere. It has been experimentally revealed that the oxidation of 14 progresses and causes poor conduction. The inventors have found that the oxidation of the barrier film 14 proceeds due to the diffusion of oxygen atoms in the crystal grain boundaries and crystal grains of the barrier film 14. Therefore, the inventors have found that the conduction failure due to oxidation can be prevented by suppressing the grain boundary diffusion and the intragranular diffusion of oxygen. Further, the inventors have found that grain boundary diffusion and intragranular diffusion of oxygen atoms in the barrier film can be suppressed by adding to the barrier film an additive element that narrows the diffusion path of oxygen atoms in the barrier film. In the present embodiment, the barrier film 14 contains at least one kind of additional element, and at least one of the additional elements contains the additional element that narrows the diffusion path of oxygen atoms. Therefore, the grain boundary diffusion and intragranular diffusion of oxygen atoms in the barrier film 14 are suppressed, and the conduction failure is prevented. In order to explain this in detail, the results of calculating the diffusion coefficient of oxygen atoms at the grain boundaries by molecular dynamics simulation are shown below. The molecular dynamics simulation is, for example, the Journal of Applied Physics.
Physics, Vol. 54 (issued in 1983), pages 4864 to 4878, calculate the force acting on each atom through the interatomic potential, and solve Newton's equation of motion based on this force. This is a method of calculating the position of each atom at each time. For the method of calculating the diffusion coefficient by molecular dynamics simulation, see, for example, Physical Review B (Physical Res.
view B), Volume 29 (issued in 1984), pages 5363 to 5371. here,
An explanation will be given using an example in which the diffusion coefficient of oxygen atoms in the crystal grain boundaries and in the crystal grains is calculated by setting the temperature to 1000 K.
The effects described here can be similarly described even if the simulation conditions are changed.

【0021】本実施例では、上記の分子動力学法に電荷
移動を取り入れて異種元素間の相互作用を計算すること
により、以下の効果を明らかにすることができた。はじ
めに、バリア膜の主構成材料が窒化チタン(TixNy)であ
る場合について、結晶粒界における酸素原子の拡散係数
に対する添加元素の影響を解析した結果について述べ
る。図3、図4は、添加元素として、シリコン(Si)、コ
バルト(Co)、ニッケル(Ni)、ルテニウム(Ru)を含有させ
た場合の、拡散係数の濃度依存性を解析した結果であ
る。ここで、DGB0は添加元素を含有しない場合の粒界拡
散係数を示す。DIN0は添加元素を含有しない場合の粒内
拡散係数を示す。図3からわかるように、シリコン(S
i)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ルテニウム(Ru)の添
加濃度が0.05at.%以上になると拡散を抑制する効果が顕
著となる。また、図4からわかるように、添加濃度が約
18at.%以上になると拡散を抑制する効果が弱くなる。こ
れは、添加元素があまり多くなると、主構成材料である
窒化チタン(TixNy)の結晶構造が乱されるので、酸素が
拡散しやすくなるためである。
In this example, the following effects could be clarified by incorporating the charge transfer into the above-mentioned molecular dynamics method and calculating the interaction between different elements. First, when the main constituent material of the barrier film is titanium nitride (Ti x N y ), the analysis result of the effect of the additional element on the diffusion coefficient of oxygen atoms at the grain boundaries will be described. FIG. 3 and FIG. 4 are results of analyzing the concentration dependence of the diffusion coefficient when silicon (Si), cobalt (Co), nickel (Ni), and ruthenium (Ru) are contained as additional elements. Here, D GB0 represents the grain boundary diffusion coefficient when the additive element is not contained. D IN0 indicates the intragranular diffusion coefficient when the additive element is not contained. As can be seen from FIG. 3, silicon (S
When the addition concentration of i), cobalt (Co), nickel (Ni), and ruthenium (Ru) is 0.05 at.% or more, the effect of suppressing diffusion becomes remarkable. In addition, as can be seen from FIG.
If it is 18 at.% Or more, the effect of suppressing diffusion becomes weak. This is because if the amount of the additive element is too large, the crystal structure of titanium nitride (Ti x N y ) which is the main constituent material is disturbed, so that oxygen easily diffuses.

【0022】次に、バリア膜の主構成材料が窒化タング
ステン(WxNy)である場合について、結晶粒界における酸
素原子の拡散係数に対する添加元素の影響を解析した結
果について述べる。図5、図6は、添加元素として、モ
リブデン(Mo)を含有させた場合の、拡散係数の濃度依存
性を解析した結果である。ここで、DGB0は添加元素を含
有しない場合の粒界拡散係数を示す。DIN0は添加元素を
含有しない場合の粒内拡散係数を示す。図5からわかる
ように、モリブデン(Mo)の添加濃度が0.05at.%以上にな
ると拡散を抑制する効果が顕著となる。また、図6から
わかるように、添加濃度が約18at.%以上になると拡散
を抑制する効果が弱くなる。これは、添加元素があまり
多くなると、主構成材料である窒化タングステン(WxNy)
の結晶構造が乱されるので、酸素が拡散しやすくなるた
めである。
Next, the result of analysis of the effect of the additional element on the diffusion coefficient of oxygen atoms at the crystal grain boundaries when the main constituent material of the barrier film is tungsten nitride (W x N y ) will be described. FIG. 5 and FIG. 6 are the results of analyzing the concentration dependence of the diffusion coefficient when molybdenum (Mo) is contained as an additional element. Here, D GB0 represents the grain boundary diffusion coefficient when the additive element is not contained. D IN0 indicates the intragranular diffusion coefficient when the additive element is not contained. As can be seen from FIG. 5, when the added concentration of molybdenum (Mo) is 0.05 at.% Or more, the effect of suppressing diffusion becomes remarkable. Further, as can be seen from FIG. 6, when the addition concentration is about 18 at.% Or more, the effect of suppressing diffusion becomes weak. This is because when the additive element is too much, the main constituent material is tungsten nitride (W x N y ).
This is because the crystal structure of is disturbed and oxygen easily diffuses.

【0023】次に、バリア膜の主構成材料がルテニウム
(Ru)である場合について、結晶粒界における酸素原子の
拡散係数に対する添加元素の影響を解析した結果につい
て述べる。図7、図8は、添加元素として、シリコン(S
i)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)を含有させた場合の、
拡散係数の濃度依存性を解析した結果である。ここで、
DGB0は添加元素を含有しない場合の粒界拡散係数を示
す。DIN0は添加元素を含有しない場合の粒内拡散係数を
示す。図7からわかるように、シリコン(Si)、コバルト
(Co)、ニッケル(Ni)の添加濃度が0.05at.%以上になる
と拡散を抑制する効果が顕著となる。また、図8からわ
かるように、添加濃度が約18at.%以上になると拡散を
抑制する効果が弱くなる。これは、添加元素があまり多
くなると、主構成材料であるルテニウム(Ru)の結晶構造
が乱されるので、酸素が拡散しやすくなるためである。
したがって、添加濃度は0.05at.%以上18at.%以下が好
ましい。
Next, the main constituent material of the barrier film is ruthenium.
Regarding the case of (Ru), the result of analyzing the effect of the additional element on the diffusion coefficient of oxygen atoms at the grain boundaries will be described. 7 and 8 show silicon (S
i), cobalt (Co), when containing nickel (Ni),
It is the result of analyzing the concentration dependence of the diffusion coefficient. here,
D GB0 represents the grain boundary diffusion coefficient when the additive element is not contained. D IN0 indicates the intragranular diffusion coefficient when the additive element is not contained. As can be seen from Fig. 7, silicon (Si), cobalt
When the added concentration of (Co) and nickel (Ni) is 0.05 at.% Or more, the effect of suppressing diffusion becomes remarkable. Further, as can be seen from FIG. 8, when the addition concentration is about 18 at.% Or more, the effect of suppressing diffusion becomes weak. This is because the crystal structure of ruthenium (Ru), which is the main constituent material, is disturbed when the amount of the additive element is too large, and oxygen easily diffuses.
Therefore, the addition concentration is preferably 0.05 at.% Or more and 18 at.% Or less.

【0024】次に、本発明における第二の実施例である
DRAM(Dynamic Random Access Memory)メモリセルの断面
構造を図9に示す。これも、図2に示した平面レイアウ
トの一例において、A-BあるいはC-Dで切断した断面図で
ある。第二の実施例の第一の実施例との違いは、バリア
膜14の下部にさらに別の導電性膜19が形成されてい
る点である。特に、容量下部電極15の主構成材料がル
テニウム(Ru)であり、バリア膜14の主構成材料が窒化
チタン(TixNy)である場合には、ルテニウム(Ru)と窒化
チタン(TixNy)の結晶構造を安定なものとするために、
導電性膜19としてチタン(Ti)を用いることが好まし
い。ルテニウム(Ru)と窒化チタン(TixNy)の結晶構造を
安定なものとすることによって、容量絶縁膜16の結晶
構造が安定なものとなり、デバイス特性が向上する。ま
た、導電性膜14aとプラグ13の間にはさらに一層以
上の別の膜が存在していてもよい。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
A sectional structure of a DRAM (Dynamic Random Access Memory) memory cell is shown in FIG. This is also a cross-sectional view cut along AB or CD in the example of the plane layout shown in FIG. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that another conductive film 19 is formed below the barrier film 14. Particularly, when the main constituent material of the capacitor lower electrode 15 is ruthenium (Ru) and the main constituent material of the barrier film 14 is titanium nitride (Ti x N y ), ruthenium (Ru) and titanium nitride (Ti x Ny) are used. In order to make the crystal structure of N y ) stable,
It is preferable to use titanium (Ti) as the conductive film 19. By making the crystal structure of ruthenium (Ru) and titanium nitride (Ti x N y ) stable, the crystal structure of the capacitive insulating film 16 becomes stable and the device characteristics are improved. Further, another layer or more may be present between the conductive film 14a and the plug 13.

【0025】次に、本発明における第三の実施例である
DRAM(Dynamic Random Access Memory)メモリセルの断面
構造を図16に示す。これも、図2に示した平面レイア
ウトの一例において、A-BあるいはC-Dで切断した断面図
である。第三の実施例の第一の実施例との違いは、プラ
グ13に接触して導電性膜20が形成されている点であ
る。特に、プラグ13の主構成材料が窒化タングステン
(WxNy)である場合には、絶縁膜12との密着性を向上さ
せるために、例えば窒化チタン(TixNy)を主構成材料と
する導電性膜20を形成することが好ましい。この場
合、導電性膜20と絶縁膜12の間にはさらに一層以上
の別の膜が存在していてもよい。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 16 shows a sectional structure of a DRAM (Dynamic Random Access Memory) memory cell. This is also a cross-sectional view cut along AB or CD in the example of the plane layout shown in FIG. The difference between the third embodiment and the first embodiment is that the conductive film 20 is formed in contact with the plug 13. In particular, the main constituent material of the plug 13 is tungsten nitride
In the case of (W x N y ), in order to improve the adhesiveness with the insulating film 12, it is preferable to form the conductive film 20 containing, for example, titanium nitride (Ti x N y ) as a main constituent material. . In this case, one or more additional films may exist between the conductive film 20 and the insulating film 12.

【0026】次に、本発明における第四の実施例である
DRAM(Dynamic Random Access Memory)メモリセルの断面
構造を図17に示す。これも、図2に示した平面レイア
ウトの一例において、A-BあるいはC-Dで切断した断面図
である。第四の実施例の第一の実施例との主な違いは、
ゲート電極5が、金属膜15a、バリア膜15b、多結晶
シリコン膜15cの3層構造(すなわち、ポリメタルゲー
ト構造)となっていることである。ここで、バリア膜1
5bの主構成材料が窒化チタン(TixNy)である場合、この
バリア膜15bには、シリコン(Si)、コバルト(Co)、ニ
ッケル(Ni)、ルテニウム(Ru)からなる群から選ばれる一
種類の添加元素を含有させる。また、バリア膜15bの
主構成材料が窒化タングステン(WxNy)である場合、この
バリア膜14には、モリブデン(Mo)を添加元素として含
有させる。また、バリア膜15bの主構成材料がルテニ
ウム(Ru)である場合、このバリア膜15bには、シリコ
ン(Si)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)からなる群から選
ばれる一種類の添加元素を含有させる。これによって、
バリア膜15bが酸化されにくくなるという効果が得ら
れる。金属膜15aには、融点が高く、抵抗の低いタン
グステン(W)やモリブデン(Mo)が使用されることが多い
ので、この場合には、同種の元素からなる材料、すなわ
ちモリブデン(Mo)を添加元素として含有した窒化タング
ステン(WxNy)をバリア膜15bとして用いることが好ま
しい。酸化に強いルテニウム(Ru)が金属膜15aとして
用いられる場合には、同種の元素からなる材料、すなわ
ちルテニウム(Ru)にシリコン(Si)、コバルト(Co)、ニッ
ケル(Ni)からなる群から選ばれる一種類の添加元素を含
有させたものをバリア膜15bとして用いることが好ま
しい。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 17 shows a cross-sectional structure of a DRAM (Dynamic Random Access Memory) memory cell. This is also a cross-sectional view cut along AB or CD in the example of the plane layout shown in FIG. The main difference between the fourth embodiment and the first embodiment is that
That is, the gate electrode 5 has a three-layer structure of a metal film 15a, a barrier film 15b, and a polycrystalline silicon film 15c (that is, a polymetal gate structure). Here, the barrier film 1
When the main constituent material of 5b is titanium nitride (Ti x N y ), the barrier film 15b is selected from the group consisting of silicon (Si), cobalt (Co), nickel (Ni), and ruthenium (Ru). Contains one type of additive element. When the main constituent material of the barrier film 15b is tungsten nitride (W x N y ), the barrier film 14 contains molybdenum (Mo) as an additional element. When the main constituent material of the barrier film 15b is ruthenium (Ru), the barrier film 15b contains one kind of additive element selected from the group consisting of silicon (Si), cobalt (Co), and nickel (Ni). Is included. by this,
The effect that the barrier film 15b is less likely to be oxidized is obtained. Since tungsten (W) or molybdenum (Mo) having a high melting point and low resistance is often used for the metal film 15a, in this case, a material made of the same kind of element, that is, molybdenum (Mo) is added. It is preferable to use tungsten nitride (W x N y ) contained as an element as the barrier film 15b. When ruthenium (Ru), which is resistant to oxidation, is used as the metal film 15a, it is selected from the group consisting of the same kind of element, that is, ruthenium (Ru) and silicon (Si), cobalt (Co), and nickel (Ni). It is preferable to use a material containing one kind of additional element as the barrier film 15b.

【0027】これらの実施例においては、情報蓄積用容
量素子3とシリコン基板1とがプラグ13を介して接続
されている場合について示したが、情報蓄積用容量素子
3とシリコン基板1とがとが直接接していてもよい。
In these embodiments, the case where the information storage capacitive element 3 and the silicon substrate 1 are connected via the plug 13 is shown. However, the information storage capacitive element 3 and the silicon substrate 1 are connected to each other. May be in direct contact with.

【0028】また、以上の実施例において、容量下部電
極15の主構成材料がルテニウム(Ru)である場合、この
容量下部電極15にシリコン(Si)、コバルト(Co)、ニッ
ケル(Ni)からなる群から選ばれる一種類の添加元素を含
有させると、容量下部電極15を酸素が透過しにくくな
り、結果としてバリア膜14の酸化がより抑制しやすく
なるという効果が得られる。また、以上の実施例におい
て、容量下部電極15や容量上部電極16は、複数の膜
から構成されていてもよい。
Further, in the above embodiments, when the main constituent material of the capacitor lower electrode 15 is ruthenium (Ru), the capacitor lower electrode 15 is made of silicon (Si), cobalt (Co), nickel (Ni). When one kind of additional element selected from the group is contained, oxygen is less likely to permeate the lower capacitor electrode 15, and as a result, the effect of more easily suppressing the oxidation of the barrier film 14 is obtained. Further, in the above embodiments, the capacitor lower electrode 15 and the capacitor upper electrode 16 may be composed of a plurality of films.

【0029】また、以上の実施例において、添加元素を
含有したバリア膜は、例えば2元スパッタ法、1元スパ
ッタ法、化学気相蒸着法等で成膜できる。なお、例えば
2元スパッタ法を用いて成膜すれば、単元素のターゲッ
トを使用でるのでターゲットの入手が容易であり、また
添加元素の比率を変化させることも容易である。また、
添加元素を含有したターゲットを用いて1元スパッタ法
で成膜すれば、スパッタ時間が短縮でき、また、添加元
素の比率を一定に保つことができる。さらに、混合ガス
を用いた化学気相蒸着法で成膜すれば、絶縁膜に溝を形
成してから溝を埋め込んでバリア膜を成膜する場合に、
溝幅が狭くても埋め込み性が良い。
Further, in the above embodiments, the barrier film containing the additional element can be formed by, for example, a two-source sputtering method, a one-source sputtering method, a chemical vapor deposition method or the like. If the film is formed by using, for example, the two-source sputtering method, the target of a single element can be used, so that the target can be easily obtained, and the ratio of the additional element can be easily changed. Also,
When the film is formed by the one-source sputtering method using the target containing the additive element, the sputtering time can be shortened and the ratio of the additive element can be kept constant. Furthermore, when a film is formed by a chemical vapor deposition method using a mixed gas, when a groove is formed in the insulating film and then the barrier film is formed by filling the groove,
Even if the groove width is narrow, the filling property is good.

【0030】また、より簡単に添加元素を含有させるに
は、主構成材料の膜を成膜した後、添加元素の膜を成膜
し、基板温度を200℃以上に上げる熱処理を行うとよ
い。この場合、添加元素の膜は、熱処理後にエッチング
等によって取り除くことが好ましい。
Further, in order to contain the additional element more easily, it is preferable to form a film of the main constituent material, then form a film of the additional element, and perform heat treatment to raise the substrate temperature to 200 ° C. or higher. In this case, the film of the additional element is preferably removed by etching or the like after the heat treatment.

【0031】また、以上の実施例において、バリア膜1
4の主構成材料が窒化チタン(TixNy)である場合には、
シリコン(Si)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ルテニウ
ム(Ru)からなる群から選ばれる一種類の添加元素を含有
させることが、バリア膜14の酸化を防止する上で有効
であることを説明したが、バリア膜14とプラグ13の
密着性を向上させるという付加的な効果を得るには添加
元素としてシリコン(Si)を選択することが好ましい。こ
れは、プラグ13はシリコンを主構成材料とする場合が
多く、同種のシリコン元素をバリア膜14に添加すると
プラグ13との結合が強くなるためである。また、バリ
ア膜14の電気抵抗を劣化させないためには、添加元素
として電気抵抗の低いコバルト(Co)またはニッケル(Ni)
を選択することが好ましい。また、容量下部電極15と
の密着性を向上させるという付加的な効果を得るには添
加元素としてルテニウム(Ru)を選択することが好まし
い。これは、容量下部電極15はルテニウムを主構成材
料とする場合が多く、同種のルテニウム元素をバリア膜
14に添加すると容量下部電極15との結合が強くなる
ためである。
Further, in the above embodiments, the barrier film 1
When the main constituent material of 4 is titanium nitride (Ti x N y ),
It is effective to prevent the barrier film 14 from being oxidized by containing one kind of additional element selected from the group consisting of silicon (Si), cobalt (Co), nickel (Ni), and ruthenium (Ru). However, it is preferable to select silicon (Si) as the additive element in order to obtain the additional effect of improving the adhesion between the barrier film 14 and the plug 13. This is because the plug 13 often has silicon as a main constituent material, and when the same kind of silicon element is added to the barrier film 14, the bond with the plug 13 becomes strong. In order to prevent the electric resistance of the barrier film 14 from deteriorating, cobalt (Co) or nickel (Ni) having a low electric resistance is added as an additional element.
Is preferably selected. Further, in order to obtain the additional effect of improving the adhesion with the capacitor lower electrode 15, it is preferable to select ruthenium (Ru) as an additive element. This is because the capacitive lower electrode 15 often has ruthenium as a main constituent material, and when the same kind of ruthenium element is added to the barrier film 14, the coupling with the capacitive lower electrode 15 becomes strong.

【0032】また、以上の実施例において、バリア膜1
4の主構成材料がルテニウム(Ru)である場合には、シリ
コン(Si)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)からなる群から
選ばれる一種類の添加元素を含有させることが、バリア
膜14の酸化を防止する上で有効であることを説明した
が、バリア膜14とプラグ13の密着性を向上させると
いう付加的な効果を得るには添加元素としてシリコン(S
i)を選択することが好ましい。また、バリア膜14の電
気抵抗を劣化させないためには、添加元素としてコバル
ト(Co)またはニッケル(Ni)を選択することが好ましい。
Further, in the above embodiments, the barrier film 1
When the main constituent material of No. 4 is ruthenium (Ru), it is necessary to include one kind of additive element selected from the group consisting of silicon (Si), cobalt (Co), and nickel (Ni) in the barrier film 14 It has been described that it is effective in preventing the oxidation of silicon, but in order to obtain the additional effect of improving the adhesion between the barrier film 14 and the plug 13, silicon (S
It is preferable to select i). Further, in order to prevent the electric resistance of the barrier film 14 from deteriorating, it is preferable to select cobalt (Co) or nickel (Ni) as an additional element.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明によれば、信頼性の高い半導体装
置を提供すること、歩留りの高い半導体装置を提供する
こと、導通不良を起こしにくい容量素子構造を有する半
導体装置を提供すること、酸化を起こしにくいゲート構
造を有する半導体装置を提供すること、等のうち少なく
とも一つを実現することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device, a semiconductor device having a high yield, a semiconductor device having a capacitive element structure which is unlikely to cause conduction failure, and an oxidation method. It is possible to realize at least one of the following: providing a semiconductor device having a gate structure that does not easily occur.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一の実施例に係る半導体装置の主要
部の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第一の実施例に係る半導体装置の平面
レイアウトの一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a planar layout of a semiconductor device according to a first example of the present invention.

【図3】本発明の第一の実施例に係る窒化チタンをバリ
ア膜の主構成材料として用いた場合の、拡散係数の添加
濃度依存性を低濃度領域について示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing the addition concentration dependence of the diffusion coefficient in the low concentration region when titanium nitride according to the first embodiment of the present invention is used as the main constituent material of the barrier film.

【図4】本発明の第一の実施例に係る窒化チタンをバリ
ア膜の主構成材料として用いた場合の、拡散係数の添加
濃度依存性を高濃度領域について示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing the addition concentration dependence of the diffusion coefficient in the high concentration region when titanium nitride according to the first embodiment of the present invention is used as a main constituent material of a barrier film.

【図5】本発明の第一の実施例に係る窒化タングステン
をバリア膜の主構成材料として用いた場合の、拡散係数
の添加濃度依存性を低濃度領域について示した図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing the addition concentration dependence of the diffusion coefficient in the low concentration region when tungsten nitride according to the first embodiment of the present invention is used as the main constituent material of the barrier film.

【図6】本発明の第一の実施例に係る窒化タングステン
をバリア膜の主構成材料として用いた場合の、拡散係数
の添加濃度依存性を高濃度領域について示した図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing the addition concentration dependence of the diffusion coefficient in the high concentration region when using tungsten nitride according to the first embodiment of the present invention as the main constituent material of the barrier film.

【図7】本発明の第一の実施例に係るルテニウムをバリ
ア膜の主構成材料として用いた場合の、拡散係数の添加
濃度依存性を低濃度領域について示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing the addition concentration dependence of the diffusion coefficient in the low concentration region when ruthenium according to the first embodiment of the present invention is used as the main constituent material of the barrier film.

【図8】本発明の第一の実施例に係るルテニウムをバリ
ア膜の主構成材料として用いた場合の、拡散係数の添加
濃度依存性を高濃度領域について示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing the addition concentration dependence of the diffusion coefficient in the high concentration region when ruthenium according to the first embodiment of the present invention is used as the main constituent material of the barrier film.

【図9】本発明の第二の実施例に係る半導体装置の主要
部の断面図である。
FIG. 9 is a sectional view of a main portion of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第三の実施例に係る半導体装置の主
要部の断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of a main portion of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第四の実施例に係る半導体装置の主
要部の断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of a main portion of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…トランジスタ、3…情報蓄積用
容量素子、4…素子分離膜、5…ゲート電極、6…ゲー
ト絶縁膜、7、8…拡散層、9…絶縁膜、10…プラ
グ、11…ビット線、12…絶縁膜、13…プラグ、1
4…導電性膜、15…容量下部電極、16…容量絶縁
膜、17…容量上部電極、18…絶縁膜、19…導電性
膜、20…導電性膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Transistor, 3 ... Information storage capacitor element, 4 ... Element isolation film, 5 ... Gate electrode, 6 ... Gate insulating film, 7, 8 ... Diffusion layer, 9 ... Insulating film, 10 ... Plug, 11 ... Bit line, 12 ... Insulating film, 13 ... Plug, 1
4 ... Conductive film, 15 ... Capacitance lower electrode, 16 ... Capacitance insulating film, 17 ... Capacitance upper electrode, 18 ... Insulating film, 19 ... Conductive film, 20 ... Conductive film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大路 譲 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株 式会社 日立製作所 デバイス開発セン タ内 (72)発明者 中村 吉孝 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株 式会社 日立製作所 デバイス開発セン タ内 (56)参考文献 特開2000−40800(JP,A) 特開 平11−354732(JP,A) 特開 平10−289885(JP,A) 特開 平11−186192(JP,A) 特開 平10−223855(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/105 H01L 27/108 H01L 21/8242 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor, Yuzuru Oji, 3 company, 6-16 Shinmachi, Ome-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Device Development Center (72) Inventor Yoshitaka Nakamura, 6-16 Shinmachi, Ome-shi, Tokyo 3 share companies in the address Hitachi Device Development Center (56) Reference JP 2000-40800 (JP, A) JP 11-354732 (JP, A) JP 10-289885 (JP, A) JP-A-11-186192 (JP, A) JP-A-10-223855 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 27/105 H01L 27/108 H01L 21/8242

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板と、 前記半導体基板の一主面側に形成された主構成材料が窒
化チタンであり、少なくともシリコン、コバルト、ニッ
ケル、ルテニウムからなる群から選ばれる一種類の添加
元素を含有する導電性膜と、 前記導電性膜に接するように形成された第一電極と、 前記第一電極に接するように形成された高誘電率または
強誘電性の酸化膜と、 前記酸化膜に接するように形成された第二電極とを備
え、前記主構成材料に対する前記添加元素の含有率が0.0
5at.% 以上18at.%以下である 半導体装置。
1. A semiconductor substrate and titanium nitride as a main constituent material formed on one main surface side of the semiconductor substrate, and at least one additive element selected from the group consisting of silicon, cobalt, nickel and ruthenium. A conductive film containing, a first electrode formed in contact with the conductive film, a high dielectric constant or ferroelectric oxide film formed in contact with the first electrode, the oxide film A second electrode formed so as to be in contact with the main constituent material, and the content of the additive element with respect to the main constituent material is 0.0.
A semiconductor device that is 5 at.% Or more and 18 at.% Or less .
【請求項2】請求項1において、前記第一電極の主構成
材料がルテニウムまたは酸化ルテニウムである半導体装
置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the main constituent material of the first electrode is ruthenium or ruthenium oxide.
【請求項3】シリコン基板と、 前記シリコン基板の一主面側に形成された主構成材料が
窒化チタンであり、少なくともシリコン、コバルト、ニ
ッケル、ルテニウムからなる群から選ばれる一種類の添
加元素を含有し、その含有量が前記主構成材料に対して
0.05at.% 以上18at.%以下である導電性膜と、 前記導電性膜に接するように形成された主構成材料がル
テニウムまたは酸化ルテニウムである第一電極と、 前記第一電極の前記導電性膜の位置する側の反対側に
成された酸化膜と、 前記酸化膜の前記第一電極の位置する側の反対側に形成
された第二電極とを備えた半導体装置。
3. A silicon substrate and titanium nitride as a main constituent material formed on the one main surface side of the silicon substrate, and at least one additive element selected from the group consisting of silicon, cobalt, nickel and ruthenium. And a conductive film having a content of 0.05 at.% To 18 at.% With respect to the main constituent material, and ruthenium or ruthenium oxide as a main constituent material formed in contact with the conductive film. A first electrode, an oxide film formed on the side of the first electrode opposite to the side where the conductive film is located, and a side of the oxide film opposite to the side where the first electrode is located. A semiconductor device having a second electrode formed on the side .
【請求項4】シリコン基板と、 前記シリコン基板の一主面側に形成された主構成材料が
窒化タングステンであり、モリブデンを添加元素として
含有し、その含有量が前記主構成材料に対して0.05a
t.% 以上18at.%以下である導電性膜と、 前記導電性膜に接するように形成された主構成材料がル
テニウムまたは酸化ルテニウムである第一電極と、 前記第一電極に接するように形成された主構成材料がチ
タン酸バリウムストロンチウムまたはチタン酸ジルコン
酸鉛である酸化膜と、 前記酸化膜に接するように形成された第二電極とを備え
た半導体装置。
4. A silicon substrate, and a main constituent material formed on one main surface side of the silicon substrate is tungsten nitride, containing molybdenum as an additive element, and the content thereof is 0 with respect to the main constituent material. .05a
t.% or more and 18 at.% or less, a first electrode whose main constituent material is ruthenium or ruthenium oxide, which is formed so as to be in contact with the conductive film, and which is formed so as to be in contact with the first electrode The main constituent material is barium strontium titanate or zirconate titanate.
A semiconductor device comprising: an oxide film of lead oxide; and a second electrode formed in contact with the oxide film.
【請求項5】シリコン基板と、 前記シリコン基板の一主面側に形成された主構成材料が
ルテニウムであり、少なくともシリコン、コバルト、ニ
ッケル、からなる群から選ばれる一種類の添加元素を含
有し、その含有量が前記主構成材料に対して0.05at.
% 以上18at.%以下である導電性膜と、 前記導電性膜に接するように形成された主構成材料がル
テニウムまたは酸化ルテニウムである第一電極と、 前記第一電極に接するように形成された主構成材料がチ
タン酸バリウムストロンチウムまたはチタン酸ジルコン
酸鉛である酸化膜と、 前記酸化膜に接するように形成された第二電極とを備え
た半導体装置。
5. A silicon substrate, and a main constituent material formed on one main surface side of the silicon substrate is ruthenium, which contains at least one additive element selected from the group consisting of silicon, cobalt, and nickel. , Its content is 0.05 at. With respect to the main constituent material.
% Or more and 18 at.% Or less, a first electrode whose main constituent material is ruthenium or ruthenium oxide, which is formed in contact with the conductive film, and a first electrode which is formed in contact with the first electrode Main constituent materials are barium strontium titanate or zirconate titanate
A semiconductor device comprising: an oxide film of lead oxide; and a second electrode formed in contact with the oxide film.
【請求項6】シリコン基板と、 前記シリコン基板の一主面側に形成された主構成材料が
窒化チタンであり、少なくともシリコン、コバルト、ニ
ッケル、ルテニウムからなる群から選ばれる一種類の添
加元素を含有し、その含有量が前記主構成材料に対して
0.05at.% 以上18at.%以下である導電性膜と、 前記導電性膜に接するように形成された主構成材料がル
テニウムであり、少なくともシリコン、コバルト、ニッ
ケルからなる群から選ばれる一種類の添加元素を含有
し、その含有量が前記主構成材料に対して0.05at.%
以上18at.%以下である第一電極と、 前記第一電極に接するように形成された主構成材料がチ
タン酸バリウムストロンチウムまたはチタン酸ジルコン
酸鉛である酸化膜と、 前記酸化膜に接するように形成された第二電極とを備え
た半導体装置。
6. A silicon substrate, and a main constituent material formed on one main surface side of the silicon substrate is titanium nitride, and at least one additive element selected from the group consisting of silicon, cobalt, nickel, and ruthenium is added. And a conductive film having a content of 0.05 at.% Or more and 18 at.% Or less with respect to the main constituent material, and a main constituent material formed in contact with the conductive film is ruthenium, It contains at least one additive element selected from the group consisting of silicon, cobalt, and nickel, and its content is 0.05 at.% With respect to the main constituent material.
The first electrode is 18 at.% Or more and the main constituent material formed in contact with the first electrode is barium strontium titanate or zircon titanate.
A semiconductor device comprising: an oxide film of lead oxide; and a second electrode formed in contact with the oxide film.
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