JPH01196154A - Manufacture of capacitor - Google Patents

Manufacture of capacitor

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JPH01196154A
JPH01196154A JP1956888A JP1956888A JPH01196154A JP H01196154 A JPH01196154 A JP H01196154A JP 1956888 A JP1956888 A JP 1956888A JP 1956888 A JP1956888 A JP 1956888A JP H01196154 A JPH01196154 A JP H01196154A
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JP
Japan
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insulating film
film
capacitor
oxide film
semiconductor
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JP1956888A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhisa Omura
泰久 大村
Katsutoshi Izumi
泉 勝俊
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To realize a high electrostatic capacity value with a small size and to enhance accuracy, stability and yield by a method wherein an ion of a specific metal is implanted into an oxide film on the main surface of a semiconductor film and a metal oxide film is generated by heat-treating it. CONSTITUTION:A first insulating film 2 and a semiconductor layer 12 are formed on a silicon semiconductor substrate 1; after that, a second insulating film 15 composed of a silicon oxide film using a dielectric of a capacitor as a base material is formed on this semiconductor layer 12; after that, Ti ions 13 whose number is sufficient to transform at least the second insulating film 15, i.e. the silicon oxide film, into a titanium oxide layer are implanted into the insulating film 15 by an ion implantation method. Then, the second insulating film 15 composed of the silicon oxide film is transformed into the titanium oxide layer by a heat treatment; the second insulating film composed of this titanium oxide layer is constituted. In addition to Ti, an element such as Pb, Ta or the like may be used; two kinds of elements of Ti and Ba or Ti and Si may be used.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路に使用されるコンデンサの製造
方法に関し、特に小型にして高精度で静電容量値の高い
コンデンサを製造する技術に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing a capacitor used in a semiconductor integrated circuit, and particularly relates to a technology for manufacturing a small capacitor with high precision and high capacitance value. It is.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ICやLSI等の半導体装置において用いられている従
来のコンデンサの製造方法の一例を第7図を参照して説
明する。第7図において、1は第1の導電形のシリコン
(Si)単結晶半導体基板、2は第1の絶縁膜、3は下
部金属電極、4はコンデンサの相互干渉を防止するため
の第2の絶縁膜、5はコンデンサの誘電体として使用す
る第3の絶縁膜、6は上部金属電極である。
An example of a method for manufacturing a conventional capacitor used in semiconductor devices such as ICs and LSIs will be explained with reference to FIG. In FIG. 7, 1 is a silicon (Si) single crystal semiconductor substrate of the first conductivity type, 2 is a first insulating film, 3 is a lower metal electrode, and 4 is a second silicon (Si) semiconductor substrate for preventing mutual interference between capacitors. An insulating film, 5 is a third insulating film used as a dielectric of the capacitor, and 6 is an upper metal electrode.

まず、第7図(a)に示すように、第1の導電形のSf
単結晶半導体基板1の主表面上にシリコン酸化膜からな
る第1の絶縁膜2を形成した後、コンデンサ用下部電極
として便用する金属膜3を絶縁膜2の上に堆積する。次
に、第7図(b)に示すように、前記金属膜3を所定の
寸法に加工した後、シリコン窒化膜からなる第2の絶縁
膜4を半導体基板1の主表面側に形成し、下部電極3上
の表面の少なくとも一部を露出させるべく絶縁膜4をエ
ツチング加工する。その後、第7図(C)に示すように
、少なくとも露出した下部電極30表面上にコンデンサ
の誘電体として使用する第3の絶縁膜5を形成し、しか
る後に少なくともこの絶縁膜5の上の一部に上部電極用
の金属膜6を堆積し、かつ所定の寸法に加工することに
より、第7図(C)に示す構造のコンデンサが製造され
ている。
First, as shown in FIG. 7(a), the first conductivity type Sf
After forming a first insulating film 2 made of a silicon oxide film on the main surface of a single crystal semiconductor substrate 1, a metal film 3, which is conveniently used as a lower electrode for a capacitor, is deposited on the insulating film 2. Next, as shown in FIG. 7(b), after processing the metal film 3 to a predetermined size, a second insulating film 4 made of a silicon nitride film is formed on the main surface side of the semiconductor substrate 1, The insulating film 4 is etched to expose at least a portion of the surface on the lower electrode 3. Thereafter, as shown in FIG. 7(C), a third insulating film 5 to be used as a dielectric of the capacitor is formed on at least the exposed surface of the lower electrode 30, and then at least a portion on this insulating film 5 is formed. A capacitor having the structure shown in FIG. 7(C) is manufactured by depositing a metal film 6 for an upper electrode on the portion and processing it to a predetermined size.

この場合、かかる構造のコンデンサにおいては、第3の
絶縁膜5として、コンデンサの大容量化と小型化のため
、通常比誘電率εの大きい五酸化タンタル膜(ε;約5
000)、酸化チタン膜(ε;14〜110)、  シ
リコン窒化膜(ε:5〜7)或はシリコン酸化膜(ε;
約4)が使用されてきた。これは従来の技術の範囲で製
造が比較的容易であることがその主要な理由であった。
In this case, in a capacitor having such a structure, the third insulating film 5 is usually a tantalum pentoxide film (ε: about 5
000), titanium oxide film (ε; 14-110), silicon nitride film (ε: 5-7), or silicon oxide film (ε;
Approximately 4) have been used. The main reason for this was that it was relatively easy to manufacture using conventional techniques.

一方、従来の別の製造方法として第8図に示すものもあ
り、その概要を説明する。この製造方法では、まず、第
8図(a)に示すように、第1の導電形のSt単結晶半
導体基板1上にコンデンサを横方向に電気的に分離する
絶縁膜10と該半導体基板の主面の一部に薄い酸化膜8
aを形成する。次に、第8図(1))に示すように、前
記絶縁膜8aを通して、基板1内に第1或は第2の導電
形の高不純物濃度領域7を形成するべく所定の不純物を
イオン注入法によシ導入した後、熱処理することによっ
て高不純物濃度領域7の不純物を活性化する。
On the other hand, there is another conventional manufacturing method shown in FIG. 8, and its outline will be explained below. In this manufacturing method, first, as shown in FIG. 8(a), an insulating film 10 for electrically isolating a capacitor in the lateral direction is placed on a first conductivity type St single crystal semiconductor substrate 1, and an insulating film 10 is formed on the semiconductor substrate. Thin oxide film 8 on part of main surface
form a. Next, as shown in FIG. 8(1), a predetermined impurity is ion-implanted to form a high impurity concentration region 7 of the first or second conductivity type in the substrate 1 through the insulating film 8a. After the impurities are introduced by the method, the impurities in the high impurity concentration region 7 are activated by heat treatment.

しかる後に、薄い絶縁膜8aを除去し、再び少なくとも
基板1の主表面の一部を酸化することによってコンデン
サの誘電体として使用するシリコン酸化膜から彦る絶縁
膜8を形成する。次に、第8図(c)に示すように、こ
の絶縁膜8の上に上部電極9を形成した後、絶縁膜11
を半導体基板1の主面上に形成することによυ、第8図
(c)に示す構造のコンデンサが製造されている。この
とき、上部電極9は半導体或は金属が使用され、絶縁膜
11は土部電極9と他の電極或は配線材料との電気的絶
縁を保証するためのものである。
Thereafter, the thin insulating film 8a is removed and at least a portion of the main surface of the substrate 1 is oxidized again to form an insulating film 8 made from a silicon oxide film to be used as a dielectric of the capacitor. Next, as shown in FIG. 8(c), after forming an upper electrode 9 on this insulating film 8, the insulating film 11
By forming υ on the main surface of the semiconductor substrate 1, a capacitor having the structure shown in FIG. 8(c) is manufactured. At this time, a semiconductor or metal is used for the upper electrode 9, and the insulating film 11 is for ensuring electrical insulation between the base electrode 9 and other electrodes or wiring materials.

かかる構造のコンデンサが利用された理由は、コンデン
サの誘電体として膜質がよく、均一性。
The reason why capacitors with this structure were used is because the film quality and uniformity of the dielectric of the capacitor is good.

再現性にすぐれたシリコン酸化膜を使用できるので、コ
ンデンサの歩留まりを向上できる点にあった。
Since a silicon oxide film with excellent reproducibility can be used, the yield of capacitors can be improved.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところで、上記した第7図の従来方法においては、第3
の絶縁膜5としては誘電率の高い五酸化タンタル膜、酸
化チタン膜或はシリコン窒化膜等が使用されておパこれ
らの絶縁膜を形成する手法として、通常スパッタ法とC
VD法が採用されてきた。しかし、スパッタ法では、こ
れらの絶縁膜を形成するための低不純物濃度で良質なタ
ーゲットがなく、膜質の再現性が無かった。またCVD
法では、下部電極を保護するため300℃程度の低温で
堆積するほかなく、ピンホールのない良質な薄い膜を作
れないという問題があった。それ故、このような製法上
の限界のため、絶縁膜5の厚さを厚くせざるをえず、こ
れによシコンデンサの面積が極めて大きくなバアナログ
集積回路の高集積化が阻まれるという問題があった。
By the way, in the conventional method shown in FIG. 7 described above, the third
As the insulating film 5, a tantalum pentoxide film, a titanium oxide film, a silicon nitride film, etc. having a high dielectric constant are used.The methods for forming these insulating films are usually sputtering and carbon dioxide.
The VD method has been adopted. However, the sputtering method lacks a high-quality target with a low impurity concentration to form these insulating films, and the film quality is not reproducible. Also CVD
With this method, the deposition must be carried out at a low temperature of around 300 degrees Celsius to protect the lower electrode, which poses the problem of not being able to produce a high-quality thin film without pinholes. Therefore, due to the limitations of the manufacturing method, the thickness of the insulating film 5 has to be increased, which poses the problem of hindering the high integration of analog integrated circuits in which the area of the capacitor is extremely large. was there.

また、第8図の従来方法では、誘電体がシリコン酸化膜
であるために比誘電率が小さく、容量を増大するにはシ
リコン酸化膜厚を薄くするか、または電極面積を拡大す
るしかない。そのため、電極面積の増大は集積回路の集
積度の低下を招き、シリコン酸化膜の薄膜化は歩留まシ
の低下を招くという問題点があった。
Further, in the conventional method shown in FIG. 8, since the dielectric is a silicon oxide film, the dielectric constant is small, and the only way to increase the capacitance is to reduce the thickness of the silicon oxide film or expand the electrode area. Therefore, an increase in the electrode area causes a decrease in the degree of integration of the integrated circuit, and a reduction in the thickness of the silicon oxide film causes a decrease in yield.

しかるに、このような問題点のため、これまでこの種の
コンデンサを使用した半導体装置の小型化はできなかっ
た。
However, due to these problems, it has not been possible to miniaturize semiconductor devices using this type of capacitor.

本発明は以上の点に鑑み、このような問題を解決すべく
なされたものであり、その目的は、半導体集積回路中で
使用されるコンデンサにおいて小型にして高い静電容量
値を実現すると共に、その精度と安定性ならびに歩留ま
りを向上することができるコンデンサの製造方法を提供
することにある。
In view of the above points, the present invention has been made to solve such problems, and its purpose is to achieve a high capacitance value with a small size in a capacitor used in a semiconductor integrated circuit, and to An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a capacitor that can improve its accuracy, stability, and yield.

〔課題を解決するだめの手段〕[Failure to solve the problem]

上記の目的を達成するため、本発明に係るコンデンサの
製造方法は、母材料としてシリコン半導体基板或は半導
体薄膜を用い、この半導体膜の主表面に酸化膜を形成し
て、この酸化膜中に半導体と安定な合金層を形成しうる
少なくともチタン(TI)lタンタル(Ta)または鉛
(Pb)のいずれか1つの金属をイオン注入によυ導入
することにより、その熱処理によって金属酸化膜を生成
することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the method for manufacturing a capacitor according to the present invention uses a silicon semiconductor substrate or a semiconductor thin film as a base material, forms an oxide film on the main surface of the semiconductor film, and injects into the oxide film. A metal oxide film is generated by heat treatment by introducing at least one metal, titanium (TI), tantalum (Ta), or lead (Pb), which can form a stable alloy layer with the semiconductor, by ion implantation. It is characterized by:

〔作用〕[Effect]

したがって、本発明においては、新に生成した比誘電率
の高い金属酸化膜を誘電体膜として用いることによりコ
ンデンサの単位面積当シの容量が飛躍的に増大するだけ
でなく、母材料がシリコン酸化膜であるため、コンデン
サの動作特性の安定化と歩留まシの向上を図ることがで
きる。
Therefore, in the present invention, by using a newly generated metal oxide film with a high dielectric constant as a dielectric film, not only the capacitance per unit area of the capacitor is dramatically increased, but also the base material is made of silicon oxide. Since it is a film, it is possible to stabilize the operating characteristics of the capacitor and improve yield.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

第1図は本発明によるコンデンサの製造方法の一実施例
を示す工程断面図である。第1図において、1は第1の
導電形のシリコン単結晶半導体基板、2はシリコン酸化
膜からなる第1の絶縁膜、12は下部電極の母材となる
単結晶、多結晶或は非晶質のシリコン膜から彦る半導体
層、12aは下部電極の一部として機能する半導体層、
12bは下部電極の一部として機能する合金層、13は
イオン注入するTiイオン、14はチタン酸化物から構
成される誘電体膜として機能する第2の絶縁膜、16は
コンデンサの上部電極、17はコンデンサの相互干渉を
防止するだめの第3の絶縁膜で、シリコン窒化膜等から
なっている。
FIG. 1 is a process sectional view showing an embodiment of a method for manufacturing a capacitor according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a silicon single crystal semiconductor substrate of the first conductivity type, 2 is a first insulating film made of a silicon oxide film, and 12 is a single crystal, polycrystal, or amorphous base material for the lower electrode. 12a is a semiconductor layer formed from a high-quality silicon film, and 12a is a semiconductor layer that functions as a part of the lower electrode;
12b is an alloy layer that functions as a part of the lower electrode; 13 is Ti ion implantation; 14 is a second insulating film that functions as a dielectric film made of titanium oxide; 16 is the upper electrode of the capacitor; 17 is a third insulating film for preventing mutual interference between the capacitors, and is made of a silicon nitride film or the like.

この実施例の方法では、まず、第1図(a)に示すよう
に、シリコン半導体基板1上に第1の絶縁膜2と半導体
層12を形成した後、この半導体層12の上にコンデン
サの誘電体の母材料として使用するシリコン酸化膜から
なる第2の絶縁膜15を形成し、その後、少なくとも第
2の絶縁膜15つまりシリコン酸化膜をチタン酸化物層
に変えるに足る数ノT i イオン13をイオン注入法
により該絶縁膜15中に注入する。このとき、打ち込ま
れたTiイオン13が半導体層12内に入っても問題は
ない。次に、第1図(b)に示すように、熱処理により
、シリコン酸化膜からなる第2の絶縁膜15をチタン酸
化物層に変え、このチタン酸化物層からなる第2の絶縁
膜14を構成する。ここで、符号12bは半導体層12
のうちでTiのイオン注入によυ形成された合金層であ
L 12aは合金層にならないで残存した半導体層であ
る。その後、前記半導体層12a  及び合金層12b
 をコンデンサの下部電極として構成するため、これら
半導体層12a、12b  と第2の絶縁膜14を所定
の寸法に加工形成する。最後に、第1図(C)に示すよ
うに、コンデンサを保護する第3の絶縁膜17を堆積し
た後、この絶縁膜17のうち下部電極の上面の一部をエ
ツチングによ)除去し、チタン酸化物層からなる絶縁膜
14上に上部電極16を形成することによυ、第1図(
C)に示す構造のコンデンサを製造することができる。
In the method of this embodiment, first, as shown in FIG. A second insulating film 15 made of a silicon oxide film to be used as a base material of the dielectric is formed, and then a few Ti ions are added at least enough to convert the second insulating film 15, that is, the silicon oxide film, into a titanium oxide layer. 13 is implanted into the insulating film 15 by ion implantation. At this time, there is no problem even if the implanted Ti ions 13 enter the semiconductor layer 12. Next, as shown in FIG. 1(b), the second insulating film 15 made of a silicon oxide film is changed into a titanium oxide layer by heat treatment, and the second insulating film 14 made of this titanium oxide layer is Configure. Here, the symbol 12b is the semiconductor layer 12
Of these, L12a is an alloy layer formed by Ti ion implantation, and L12a is a remaining semiconductor layer that did not become an alloy layer. After that, the semiconductor layer 12a and the alloy layer 12b
In order to constitute the lower electrode of a capacitor, these semiconductor layers 12a, 12b and the second insulating film 14 are processed and formed into predetermined dimensions. Finally, as shown in FIG. 1(C), after depositing a third insulating film 17 for protecting the capacitor, a part of the upper surface of the lower electrode of this insulating film 17 is removed by etching. By forming the upper electrode 16 on the insulating film 14 made of a titanium oxide layer, υ, as shown in FIG.
A capacitor having the structure shown in C) can be manufactured.

このようにして製造されたコンデンサは、その誘電体母
材として膜質のすぐれたシリコン酸化膜を使用すること
によシ、コンデンサの動作特性を安定化できると共に、
歩留ま9の向上が図れる。
By using a silicon oxide film with excellent film quality as the dielectric base material of the capacitor manufactured in this way, the operating characteristics of the capacitor can be stabilized, and
Yield 9 can be improved.

しかも、比誘電率の大き々チタン酸化物を誘電体として
用いることによって、コンデンサの単位面積当りの静電
容量を増大させることができる等の利点を有する。
Furthermore, by using titanium oxide, which has a large relative dielectric constant, as a dielectric material, there are advantages such as the ability to increase the capacitance per unit area of the capacitor.

第2図は本発明による製造方法の他の実施例を示す第1
図相当の工程断面図である。この実施例が第1図に示す
ものと異なる点は、第1の絶縁膜2上の半導体層12を
所定の寸法に加工形成し、次いでこの半導体層12の表
面にコンデンサの誘電体の母材料として使用するシリコ
ン酸化膜から々る絶縁膜15を形成した後、この絶縁膜
15中にTiイオン13をイオン注入して熱処理によシ
リコン酸化膜を生成することによシ、このチタン酸化膜
を第2の絶縁膜14として構成したことである。
FIG. 2 is a first embodiment showing another embodiment of the manufacturing method according to the present invention.
It is a process sectional view corresponding to the figure. This embodiment differs from the one shown in FIG. 1 in that the semiconductor layer 12 on the first insulating film 2 is processed and formed to a predetermined size, and then the surface of this semiconductor layer 12 is coated with the base material of the dielectric of the capacitor. After forming an insulating film 15 made of a silicon oxide film to be used as a silicon oxide film, Ti ions 13 are ion-implanted into this insulating film 15 and a silicon oxide film is generated by heat treatment. This is because it is configured as the second insulating film 14.

す々わち、この方法では、第2図(a)に示すように、
半導体基板1上に第1の絶縁膜2と半導体層12を形成
する。次に、第2図(b)に示すように、半導体層12
を下部電極と1〜で所定の寸法に加工形成し、その後、
この半導体層12の表面にコンデンサの誘電体の母材料
として使用するシリコン酸化膜からなる絶縁膜15を形
成し7、少なくともこの絶縁膜15をチタン酸化膜に変
えるに必要な分量のTiイオン13を該絶縁膜15の内
部にイオン注入する。このとき、半導体層12の内部に
Tiがイオン注入されても構わない。次いで、第2図(
c)に示すように、前記の半導体基板1を熱処理して絶
縁膜15の一部をチタン酸化膜からなる絶縁膜14に改
質する。この際、下部電極として使用する半導体層12
の一部がTi との合金膜に変化しても構わない。し7
かる後、コンデンサを保護する絶縁膜17を半導体基板
1の主表面側に形成し2、下部電極上の絶縁膜14を露
出させるべく絶縁膜17の一部をエツチングにより除去
して、との露出した絶縁膜14の表面に上部電極16を
形成することによシ、第2図(c)に示す構造のコンデ
ンサを製造することができる。したがって、この実施例
のコンデンサにおいても第1図のものと同様の効果が得
られる。彦お、図中、同一符号は同一または相当部分を
示している。
In other words, in this method, as shown in Figure 2(a),
A first insulating film 2 and a semiconductor layer 12 are formed on a semiconductor substrate 1. Next, as shown in FIG. 2(b), the semiconductor layer 12
is processed and formed into a predetermined size with the lower electrode and 1~, and then,
On the surface of this semiconductor layer 12, an insulating film 15 made of a silicon oxide film to be used as a base material for the dielectric of the capacitor is formed 7, and at least an amount of Ti ions 13 necessary to convert this insulating film 15 into a titanium oxide film is applied. Ions are implanted into the insulating film 15. At this time, Ti ions may be implanted into the semiconductor layer 12. Next, Figure 2 (
As shown in c), the semiconductor substrate 1 is heat-treated to modify a portion of the insulating film 15 into an insulating film 14 made of a titanium oxide film. At this time, the semiconductor layer 12 used as the lower electrode
It does not matter if a part of it changes into an alloy film with Ti. 7
After that, an insulating film 17 for protecting the capacitor is formed on the main surface side of the semiconductor substrate 1, and a part of the insulating film 17 is removed by etching to expose the insulating film 14 on the lower electrode. By forming the upper electrode 16 on the surface of the insulating film 14, a capacitor having the structure shown in FIG. 2(c) can be manufactured. Therefore, the same effect as that in FIG. 1 can be obtained in the capacitor of this embodiment. Hiko, in the figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

第3図は本発明の別の実施例を示す第1図相自の工程断
面図である。この実施例が第1図のものと異ガる点は、
第1の絶縁膜2上の半導体層12を所定の寸法に加工形
成し、次いでコンデンサを保護するための絶縁膜17を
堆積し2てエツチング加工後、その半導体層12の露出
し、た領域上にコンデンサの誘電体の母材料とし、て使
用するシリコン酸化膜からなる絶縁膜15を形成したの
ち、この絶縁膜15中に、上記実施例と同様の方法にて
、Tj イオン13を注入することによシリコン酸化膜
を生成するようにしたことである。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the process shown in FIG. 1 showing another embodiment of the present invention. The difference between this embodiment and the one in Fig. 1 is that
The semiconductor layer 12 on the first insulating film 2 is processed and formed to a predetermined size, and then an insulating film 17 for protecting the capacitor is deposited 2 and etched on the exposed area of the semiconductor layer 12. After forming an insulating film 15 made of a silicon oxide film to be used as the base material of the dielectric of the capacitor, Tj ions 13 are implanted into this insulating film 15 in the same manner as in the above embodiment. In this way, a silicon oxide film is generated.

すなわち、この方法では、第3図(a)に示すように、
半導体基板1上に第1の絶縁膜2と半導体層12を形成
する。次に、第3図(b)に示すように、半導体層12
を下部電極として所定の寸法に加工形成する。その後、
第3図(C)に示すように、半導体基板1の主表面側に
コンデンサを保護する絶縁膜17を堆積し、半導体層1
2の表面の一部を露出させるべく絶縁膜17の一部をエ
ツチングによシ除去する。しかる後、この半導体層12
の露出した領域上にコンデンサの誘電体の母材料とし、
て使用するシリコン酸化膜からなる絶縁膜15を形成し
、少なくともこの絶縁膜15をチタン酸化膜に変えるに
必要な分量のTiイオンを15内部にイオン注入する。
That is, in this method, as shown in FIG. 3(a),
A first insulating film 2 and a semiconductor layer 12 are formed on a semiconductor substrate 1. Next, as shown in FIG. 3(b), the semiconductor layer 12
is processed and formed into a predetermined size as a lower electrode. after that,
As shown in FIG. 3(C), an insulating film 17 for protecting the capacitor is deposited on the main surface side of the semiconductor substrate 1, and the semiconductor layer 1
A part of the insulating film 17 is removed by etching to expose a part of the surface of the insulating film 17. After that, this semiconductor layer 12
on the exposed area of the capacitor dielectric matrix,
An insulating film 15 made of a silicon oxide film to be used as a titanium oxide film is formed, and at least an amount of Ti ions necessary to change the insulating film 15 to a titanium oxide film is implanted into the inside of the insulating film 15.

このとき、半導体層12内部にTiがイオン注入されて
も構わない。次いで、第3図(d)に示すように、前記
の半導体基板1を熱処理して絶縁膜15の一部をチタン
酸化膜からなる絶縁膜14に改質する。この際、下部電
極として使用する半導体層12の一部がTi  との合
金膜に変化しても構わ々い。この後、露出した絶縁膜1
4の上表面に上部電極16を形成するととによし、第3
図(d)に示す構造のコンデンサを製造することができ
る。この実施例においても第1図のものと同様の効果が
得られる。
At this time, Ti ions may be implanted into the semiconductor layer 12. Next, as shown in FIG. 3(d), the semiconductor substrate 1 is heat-treated to modify a portion of the insulating film 15 into an insulating film 14 made of titanium oxide. At this time, a part of the semiconductor layer 12 used as the lower electrode may be changed into an alloy film with Ti. After this, the exposed insulating film 1
It is preferable to form an upper electrode 16 on the upper surface of the third electrode 4.
A capacitor having the structure shown in Figure (d) can be manufactured. In this embodiment as well, effects similar to those in FIG. 1 can be obtained.

第4図は本発明のさらに別の実施例を示す工程断面図で
ある。第4図において、1は第1の導電形のシリコン単
結晶半導体基板、7はコンデンサの下部電極として便用
する第1或は第2の導電形の高不純物濃度の半導体領域
、7aはこの半導体領域7の一部にイオン注入されるT
i  と反応して生成された合金層、7b  は合金層
にならないで残存した高不純物濃度の半導体領域層、8
はコンデンサの誘電体の母材料として使用するシリコン
酸化膜からなる絶縁膜、9はコンデンサの上部電極、1
0は隣接する他のコンデンサ或は半導体装置との電気的
分離のための絶縁膜、11は上部電極9と他の電極或は
配線材料との電気的絶縁を保証するための絶縁膜である
。また、13はイオン注入するTi イオンであり、1
8は誘電体膜としてのチタン酸化膜である。
FIG. 4 is a process sectional view showing still another embodiment of the present invention. In FIG. 4, 1 is a silicon single crystal semiconductor substrate of the first conductivity type, 7 is a highly impurity-concentrated semiconductor region of the first or second conductivity type which is conveniently used as a lower electrode of a capacitor, and 7a is this semiconductor. T ion implanted into a part of region 7
7b is a semiconductor region layer with a high impurity concentration that remains without becoming an alloy layer; 8
9 is an insulating film made of silicon oxide film used as the base material of the dielectric of the capacitor; 9 is the upper electrode of the capacitor; 1
0 is an insulating film for electrical isolation from other adjacent capacitors or semiconductor devices, and 11 is an insulating film for ensuring electrical insulation between the upper electrode 9 and other electrodes or wiring materials. Further, 13 is Ti ion to be ion-implanted, and 1
8 is a titanium oxide film as a dielectric film.

この実施例の製造方法では、まず、第4図(a)に示す
ように、第1導電形のシリコン単結晶半導体基板1上に
隣接する他のコンデンサ或は半導体装置を横方向に分離
する絶縁膜10と薄い絶縁膜8aを形成する。次に、第
4図(b)に示すように、半導体基板1の主表面側のう
ち薄い絶縁膜8aが霧出した領域に所定の不純物を所定
の量だけイオン注入し、この半導体基板を熱処理して不
純物を活性化して高不純物濃度の半導体領域7を形成す
る。
In the manufacturing method of this embodiment, first, as shown in FIG. A film 10 and a thin insulating film 8a are formed. Next, as shown in FIG. 4(b), ions of a predetermined amount of a predetermined impurity are implanted into a region of the main surface side of the semiconductor substrate 1 where the thin insulating film 8a is atomized, and the semiconductor substrate is heat-treated. The impurities are activated to form a semiconductor region 7 with a high impurity concentration.

その後、薄い絶縁膜8aをエツチングして除去し、高不
純物濃度の半導体領域7上にコンデンサの誘電体の母材
料として使用するシリコン酸化膜からなる絶縁m8を形
成し、少なくともこの絶縁膜8をチタン酸化膜に変える
に必要な分量のTiイオン13を絶縁膜8の内部にイオ
ン注入する。このとき半導体領域7の内部にTiがイオ
ン注入されても構わない。次いで、第4図(C)に示す
ように、前記の半導体基板を熱処理して絶縁膜8の一部
をチタン酸化膜からなる絶縁膜18に改質する。この際
、下部電極として使用する半導体領域Tの一部がTiと
の合金膜に変化しても構わがい。しかる後、絶縁膜18
上に上部電極9を形成したのち、コンデンサを保護する
絶縁膜11を該半導体基板の主表面側に形成することに
より、第4図(C)に示す構造のコンデンサを製造する
ことができる。
Thereafter, the thin insulating film 8a is etched and removed, and an insulating film m8 made of a silicon oxide film used as a base material for the dielectric of the capacitor is formed on the semiconductor region 7 with a high impurity concentration, and at least this insulating film 8 is made of titanium. Ti ions 13 in an amount necessary to convert it into an oxide film are implanted into the inside of the insulating film 8. At this time, Ti ions may be implanted inside the semiconductor region 7. Next, as shown in FIG. 4(C), the semiconductor substrate is heat-treated to modify a portion of the insulating film 8 into an insulating film 18 made of a titanium oxide film. At this time, there is no problem even if a part of the semiconductor region T used as the lower electrode changes into an alloy film with Ti. After that, the insulating film 18
After forming the upper electrode 9 thereon, an insulating film 11 for protecting the capacitor is formed on the main surface side of the semiconductor substrate, thereby manufacturing a capacitor having the structure shown in FIG. 4(C).

このようにして製造されたコンデンサにおいても、上述
した実施例と同様の効果が得られる。
In the capacitor manufactured in this way, the same effects as in the above-mentioned embodiments can be obtained.

第5図は一例として、実際にSt 酸化膜中にイオン注
入法によりTi を導入した試料を熱処理したときのシ
リコン酸化膜のシート抵抗値と熱処理温度との関係を示
したものである。Tiは加速電圧50 kVで1×10
  個/cIn  打ち込んだ。シート抵抗値は、熱処
理温度が600℃のとき急増し、Tiが導入されて低抵
抗化したシリコン酸化膜は再び絶縁膜となる。なお、第
5図中、Xlはイオン注入直後を示す。
FIG. 5 shows, as an example, the relationship between the sheet resistance value of a silicon oxide film and the heat treatment temperature when a sample in which Ti 2 was actually introduced into the St 2 oxide film by ion implantation was heat treated. Ti is 1×10 at an accelerating voltage of 50 kV
Piece/cIn typed. The sheet resistance value increases rapidly when the heat treatment temperature is 600° C., and the silicon oxide film whose resistance has been reduced by introducing Ti becomes an insulating film again. Note that in FIG. 5, Xl indicates the state immediately after ion implantation.

また、第6図は同試料内のTi の深さ方向分布の熱処
理温度依存性をオージェ電子分光分析法によシしらべた
結果である。ここで、600℃の熱処理を施すと、シリ
コン酸化膜中のシリコンSlが減少する代わりに酸素(
0)が増加しておシ、5i02 + Ti −+ Ti
O2+Siなる反応が起こることによシ、シリコン酸化
膜がチタン酸化膜に変化することがわかる。ただし、第
6図において横軸はスパッタリング時間(分)、縦軸は
原子量(%)がそれぞれとってあり、実線はTi の特
性曲線、−点鎖線は0の特性曲線、点線はStの特性曲
線である。そして、同図(a)はイオン注入直後のグラ
フであり、同図伽)〜(d)はそれぞれ熱処理温度50
0℃、600℃、700℃のグラフである。
Furthermore, FIG. 6 shows the results of examining the dependence of the depth distribution of Ti in the same sample on the heat treatment temperature using Auger electron spectroscopy. Here, when heat treatment is performed at 600°C, silicon Sl in the silicon oxide film decreases, but oxygen (
0) increases, 5i02 + Ti − + Ti
It can be seen that the silicon oxide film changes to a titanium oxide film due to the O2+Si reaction. However, in Fig. 6, the horizontal axis is the sputtering time (minutes), and the vertical axis is the atomic weight (%), where the solid line is the characteristic curve of Ti, the -dotted line is the characteristic curve of 0, and the dotted line is the characteristic curve of St. It is. Figure (a) is a graph immediately after ion implantation, and Figure (a) to (d) are graphs at a heat treatment temperature of 50%, respectively.
It is a graph of 0°C, 600°C, and 700°C.

なお、上述の実施例では、シリコン酸化膜中ヘイオン注
入する金属元集とし、てTiを用いる場合について示し
たが、本発明は、これに限定されるものではなく、Tl
の他にpbまたはTa等の元素を用いたり、TiとBa
(バリウム)やTiとSr(ストロンチウム)の2種の
元素を用いることもできる。また、シリコン半導体基板
も単結晶以外に多結晶或は非晶質のものを用いたり、さ
らに、単結晶、多結晶或は非晶質のシリコン半導体薄膜
の下地となる物質も絶縁膜に限らず、シリコン半導体基
板等であってもよく、幾多の変更が可能である。
In the above-mentioned embodiment, the case where Ti is used as the metal source for implanting hay ions into the silicon oxide film is shown, but the present invention is not limited to this.
In addition, elements such as pb or Ta may be used, or Ti and Ba may be used.
(barium) or two types of elements, Ti and Sr (strontium), can also be used. In addition, polycrystalline or amorphous silicon semiconductor substrates are used in addition to single crystal, and the underlying material for single-crystal, polycrystalline, or amorphous silicon semiconductor thin films is not limited to insulating films. , a silicon semiconductor substrate, etc., and many modifications are possible.

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、コンデンサの誘
電体母材として膜質の優れたシリコン酸化膜を使用する
ことによシ、コンデンサの電気的特性の安定化と歩留ま
りの改善が図れる。また、誘電率の大きいチタン酸化物
等の金属酸化膜を誘電体として用いるだけでなく、その
母材の厚さを予め極めて薄くして形成するととができる
ので、コンデンサの単位面積あたりの静電容量を増大さ
せることができる。従って、集積回路内でのコンデンサ
の占める面積を大幅に削減することができ、アナログ集
積回路の高集積化が図れる効果がある。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, by using a silicon oxide film with excellent film quality as the dielectric base material of the capacitor, the electrical characteristics of the capacitor can be stabilized and the yield can be improved. Improvements can be made. Furthermore, in addition to using a metal oxide film such as titanium oxide, which has a high dielectric constant, as a dielectric, it is also possible to make the base material extremely thin beforehand, so that the electrostatic charge per unit area of the capacitor can be reduced. Capacity can be increased. Therefore, the area occupied by the capacitor within the integrated circuit can be significantly reduced, which has the effect of increasing the degree of integration of the analog integrated circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明によるコンデンサの製造方法の一実施例
を示す工程断面図、第2図ないし第4図はそれぞれ本発
明の他の実施例を示す工程断面図、第5図は本発明の実
施例に供する実際に81酸化膜中にイオン注入法により
Tiを導入した試料を熱処理したときのシリコン酸化膜
のシート抵抗値と熱処理温度との関係を示した図、第6
図は同試料内のTiの深さ方向分布をオージェ電子分光
分析法によりしらべた結果を示す図、第7図及び第8図
はそれぞれ従来のコンデンサの製造力□法の一例を示す
工程断面図である0 1・・・・シリコン単結晶半導体基板、2・・・・第1
の絶縁膜、7・・・・第1或は第2の導電形の高不純物
濃度の半導体領域、7a ・・・・合金層、7b・・・
・半導体領域層、8・・・・第2の絶縁膜(シリコン酸
化膜〕、9・・・・上部電極、10.11・・・・絶縁
膜、12・・・拳下部電極の母材となる半導体層、12
a ・・・・半導体層、12b  ・・・・合金層、1
3・・・・Tiイオン、14・・・・チタン酸化物から
なる絶縁膜(誘電体膜)、15・・・・第2の絶縁膜(
シリコン酸化膜〕、16・・・・上部電極、1T・・・
・絶縁膜、18・・・・チタン酸化膜。 特許出願人  日本電信電話株式会社
FIG. 1 is a process cross-sectional view showing one embodiment of the capacitor manufacturing method according to the present invention, FIGS. 2 to 4 are process cross-sectional views showing other embodiments of the present invention, and FIG. Fig. 6 is a diagram showing the relationship between the sheet resistance value of the silicon oxide film and the heat treatment temperature when a sample in which Ti was actually introduced into the 81 oxide film by ion implantation was heat-treated to be used in the example.
The figure shows the results of examining the depth distribution of Ti in the same sample using Auger electron spectroscopy. Figures 7 and 8 are process cross-sectional views showing an example of the conventional capacitor manufacturing force □ method, respectively. 0 1...Silicon single crystal semiconductor substrate, 2...First
insulating film, 7...first or second conductivity type semiconductor region with high impurity concentration, 7a...alloy layer, 7b...
- Semiconductor region layer, 8... second insulating film (silicon oxide film), 9... upper electrode, 10.11... insulating film, 12... base material of lower fist electrode a semiconductor layer, 12
a: Semiconductor layer, 12b: Alloy layer, 1
3... Ti ions, 14... Insulating film (dielectric film) made of titanium oxide, 15... Second insulating film (
silicon oxide film], 16...upper electrode, 1T...
・Insulating film, 18...Titanium oxide film. Patent applicant Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)下地の表面に単結晶、多結晶或は非晶質のシリコ
ン半導体薄膜を形成する工程と、前記半導体薄膜の主表
面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜中に少なくと
もチタン、タンタルまたは鉛のいずれか1つの金属をイ
オン注入した後、熱処理により金属酸化膜を生成する工
程とを少なくとも含むことを特徴とするコンデンサの製
造方法。
(1) A step of forming a monocrystalline, polycrystalline, or amorphous silicon semiconductor thin film on the surface of a base, a step of forming an oxide film on the main surface of the semiconductor thin film, and a step of forming at least titanium, 1. A method of manufacturing a capacitor, the method comprising at least the step of ion-implanting either tantalum or lead, and then generating a metal oxide film by heat treatment.
(2)単結晶、多結晶或は非晶質のシリコン半導体基板
の主表面に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜中に少
なくともチタン、タンタルまたは鉛のいずれか1つの金
属をイオン注入した後、熱処理により金属酸化膜を生成
する工程とを少なくとも含むことを特徴とするコンデン
サの製造方法。
(2) Forming an oxide film on the main surface of a single-crystal, polycrystalline, or amorphous silicon semiconductor substrate, and ion-implanting at least one metal of titanium, tantalum, or lead into the oxide film. A method for manufacturing a capacitor, comprising at least the step of: generating a metal oxide film by heat treatment.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002063668A1 (en) * 2001-02-06 2002-08-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of forming insulating film and method of producing semiconductor device

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