JPH0194645A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0194645A
JPH0194645A JP62252196A JP25219687A JPH0194645A JP H0194645 A JPH0194645 A JP H0194645A JP 62252196 A JP62252196 A JP 62252196A JP 25219687 A JP25219687 A JP 25219687A JP H0194645 A JPH0194645 A JP H0194645A
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semiconductor device
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high dielectric
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Kunihiro Mori
森 邦弘
Katsuya Okumura
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Abstract

PURPOSE:To prevent decrease of dielectric constant and leakage of current in a semiconductor device having a capacitor produced by a high dielectric layer containing an oxide of a transition metal, by interposing barrier films of a high-melting point metallic compound between a silicon electrode and the high dielectric layer. CONSTITUTION:In order to manufacture a semiconductor device in which a high dielectric layer 13 containing an oxide of a transition metal is interposed between two electrodes to produce a character and at least one of the electrodes is formed of silicon, barrier films 11, 12 and 14 of a compound of a highmelting point metal are interposed between the silicon electrode and the high dielectric layer 13. For example, a TiSi2 layer 11 is deposited on the silicon exposed surface of a region of a P-type semiconductor substrate 1 surrounded by an element isolating oxide film 8 to a thickness of 500Angstrom , and then a TiN film 12 is deposited also to a thickness of 500Angstrom . Subsequently, a Ta2O5 film 13 is deposited to a thickness of 100-1000Angstrom and then a polysilicon layer 15 is deposited thereon to a thickness of 4000Angstrom and doped with phosphorus.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は半導体装置の製造方法、特に遷移金属の酸化物
を含む高誘電体層を2枚の電極で挟むことによってキャ
パシタが形成されているような半導体装置−の製造方法
に関する。
Detailed Description of the Invention [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular to a method for manufacturing a capacitor by sandwiching a high dielectric layer containing a transition metal oxide between two electrodes. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor device is formed.

(従来の技術および問題点) DRAMデバイスの微細化、高集積化が進むにつれ、メ
モリセルの面積もスケーリング則に従って縮小されてゆ
く。このメモリセルは、キャパシタによって構成されて
いるが、ソフトエラーの防止やセンスアンプマージンの
確保という要請から、セル面積の縮小にかかわらず、こ
のキャパシタには最低限度の容量が必要とされる。この
最低限度の容量を維持しつつセル面積を縮小するために
、従来次のような手段が講じられている。
(Prior Art and Problems) As DRAM devices become smaller and more highly integrated, the area of memory cells is also reduced in accordance with the scaling law. This memory cell is constituted by a capacitor, and in order to prevent soft errors and secure a sense amplifier margin, the capacitor is required to have a minimum capacitance regardless of the reduction in the cell area. In order to reduce the cell area while maintaining this minimum capacity, the following measures have been conventionally taken.

(1)  プレーナ型キャパシタにおいて、キャパシタ
を構成する誘電体(通常酸化膜)を薄膜化する。
(1) In a planar capacitor, the dielectric (usually an oxide film) forming the capacitor is made thinner.

(2)  半導体基板に溝を掘り、トレンチ型キャパシ
タを形成する。
(2) Dig a trench in the semiconductor substrate to form a trench capacitor.

(3)  ポリ酸化膜を利用して積層型キャパシタを形
成する。
(3) Form a stacked capacitor using a polyoxide film.

しかしながら、上述の各手段には次のような問題点があ
る。
However, each of the above-mentioned means has the following problems.

(1)  酸化膜の薄膜化技術では、現在60〜70人
の厚みが限度であるのに対し、たとえば4Mビットの記
憶容量をもったDRAMでは、1セルあたり40fFの
容量が必要であり、この容量を確保するには、シリコン
酸化膜の真性絶縁破壊限界に相当する20〜30人の厚
みが必要になる。したがって、4Mビット以上の記憶容
量をもったり、RAMの製造には適用できない。
(1) Current oxide film thinning technology is limited to a thickness of 60 to 70 people, whereas a DRAM with a storage capacity of 4 Mbits, for example, requires a capacity of 40 fF per cell; To ensure the capacity, a thickness of 20 to 30 people is required, which corresponds to the intrinsic dielectric breakdown limit of a silicon oxide film. Therefore, it cannot be applied to manufacturing RAMs with a storage capacity of 4 Mbit or more.

(2)トレンチ型キャパシタで、40fFの容量を確保
するには、酸化膜の厚みを100人としても、開口部の
一辺の寸法が0.8〜1.0μ、溝の深さが3μ程度必
要になり、アスペクト比で3〜4が必要になる。このよ
うにアスペクト比が大きくなると、溝内部の洗浄処理が
従来技術では困難になり、洗浄不良から信頼性の低下を
招くことになる。また、溝部周辺の応力も大きくなり、
結晶欠陥の発生により基板にリーク電流が流れることに
なる。この問題は集積度が増すにしたがって深刻になる
(2) In order to secure a capacitance of 40 fF with a trench type capacitor, even if the thickness of the oxide film is 100, the dimension of one side of the opening must be 0.8 to 1.0 μm, and the depth of the groove must be approximately 3 μm. Therefore, an aspect ratio of 3 to 4 is required. When the aspect ratio becomes large in this way, it becomes difficult to clean the inside of the groove using conventional techniques, leading to a decrease in reliability due to poor cleaning. In addition, the stress around the groove increases,
A leakage current flows through the substrate due to the occurrence of crystal defects. This problem becomes more serious as the degree of integration increases.

(3)  第6図に積層型キャパシタの構造を示す。(3) Figure 6 shows the structure of a multilayer capacitor.

半導体基板1の上に不純物拡散層2が形成されており、
この上に酸化膜3が堆積゛され、3つのポリシリコン層
4.5.6が埋設されている。また、一方の不純物拡散
層2には、ビットラインコンタクト電極7が接続される
。ポリシリコン層4は転送ゲートとして用いられ、ポリ
シリコン層5と6とがキャパシタの画電極を構成するこ
とになる。
An impurity diffusion layer 2 is formed on a semiconductor substrate 1,
An oxide film 3 is deposited on this and three polysilicon layers 4, 5, 6 are buried therein. Further, a bit line contact electrode 7 is connected to one impurity diffusion layer 2 . Polysilicon layer 4 is used as a transfer gate, and polysilicon layers 5 and 6 constitute the picture electrode of the capacitor.

ところが、このポリシリコン層5と6との間の酸化膜の
厚みは、現在の技術では200〜300八が限度である
。これは単結晶基板上に酸化膜を形成するよりも、ポリ
シリコン上に酸化膜を形成する方が技術的困難を伴うた
めである。ところが、4Mビットの容量のDRAMでは
、厚み100人程度の酸化膜厚が要求されている。また
、図でポリシリコン層5の厚みhは、1μm程度になる
ため、ビットラインコンタクト電極7のためのコンタク
トホールのアスペクト比は約3にまで達し、高度なコン
タクト配線技術が必要になる。
However, the thickness of the oxide film between the polysilicon layers 5 and 6 is limited to 200 to 300 mm with current technology. This is because forming an oxide film on polysilicon is technically more difficult than forming an oxide film on a single crystal substrate. However, for a DRAM with a capacity of 4 Mbits, an oxide film thickness of approximately 100 mm is required. Furthermore, since the thickness h of the polysilicon layer 5 in the figure is approximately 1 μm, the aspect ratio of the contact hole for the bit line contact electrode 7 reaches approximately 3, which requires sophisticated contact wiring technology.

以上のように、(1)〜(3)のいずれの手段も、4M
ビット以上の容量をもったDRAMの製造には限界があ
る。そこで、第4の方法として、キャパシタを構成する
誘電体の誘電率を高めるという手段が注目を集めている
。これは、Ta  Oのような遷移金属の酸化物からな
る高誘電体層を2枚の電極で挟んでメモリセルとなるキ
ャパシタを構成しようとするものである。
As mentioned above, any of the means (1) to (3) can be applied to 4M
There are limits to the manufacture of DRAMs with a capacity greater than bits. Therefore, as a fourth method, increasing the dielectric constant of the dielectric material constituting the capacitor is attracting attention. This is an attempt to construct a capacitor serving as a memory cell by sandwiching a high dielectric constant layer made of an oxide of a transition metal such as Ta 2 O between two electrodes.

第7図に、Ta205を利用したキャパシタの一例を示
す。半導体基板1の表面には素子分離用酸化膜8が形成
され、この素子分離用酸化膜8に囲まれた部分にキャパ
シタが形成されている。すなわち、高誘電体層としての
Ta205層9が、下部電極となる半導体基板1とポリ
シリコンまたはアルミニウムからなる上部電極10とに
よって挟まれ、キャパシタが形成されている。
FIG. 7 shows an example of a capacitor using Ta205. An element isolation oxide film 8 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1, and a capacitor is formed in a portion surrounded by the element isolation oxide film 8. That is, a Ta205 layer 9 serving as a high dielectric constant layer is sandwiched between a semiconductor substrate 1 serving as a lower electrode and an upper electrode 10 made of polysilicon or aluminum to form a capacitor.

Ta205の誘電率はS 102の誘電率に比べてかな
り大きいので、キャパシタ面積を縮小しても十分な容量
を維持することができる。
Since the dielectric constant of Ta205 is considerably larger than that of S102, sufficient capacitance can be maintained even if the capacitor area is reduced.

しかしながら、このような高誘電体層を用いてキャパシ
タを構成する技術には、次のような問題点があるため、
いまだ実用化に至っていない。まず第1に、Ta205
のような遷移金属酸化物をシリコンからなる半導体基板
1の上に直接堆積させると、基板のシリコンとの間の反
応によって、両者の界面1こシリコン酸化膜が生成され
、実質的な誘電率の低下を来たしてしまうという点であ
る。
However, the technology of configuring a capacitor using such a high dielectric layer has the following problems.
It has not yet been put into practical use. First of all, Ta205
When a transition metal oxide, such as The point is that it causes a decline.

そして第2に、上部電極10としては、加工容易性、耐
熱性、耐酸化性、耐薬品性などの面で優れているポリシ
リコンが一般に用いられるが、このポリシリコンが遷移
金属と反応してしまうという問題力5ある。たとえば、
T a 20 sを高誘電体層として用いた場合、 13Si+2Ta205 →4TaSi2+5SiO2 なる反応が起り、Ta512の生成によってリーク電流
が慰増することが確認されている。
Second, polysilicon is generally used for the upper electrode 10 because it has excellent processability, heat resistance, oxidation resistance, chemical resistance, etc., but this polysilicon reacts with transition metals. I have problem ability 5 of putting it away. for example,
It has been confirmed that when Ta 20 s is used as a high dielectric layer, the reaction 13Si+2Ta205 →4TaSi2+5SiO2 occurs, and the leakage current increases due to the generation of Ta512.

そこで本発明は、遷移金属の酸化物を含む高誘電体層を
用いたキャパシタを有する半導体装置において、誘電率
の低下、リーク電流の発生を招くことのない製造方法を
提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a manufacturing method that does not cause a decrease in dielectric constant or generation of leakage current in a semiconductor device having a capacitor using a high dielectric layer containing an oxide of a transition metal. .

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) 本発明は、遷移金属の酸化物を含む高誘電体層を2枚の
電極で挟むことによってキャパシタが形成されており、
この電極の少なくとも一方はシリコンから成るような半
導体装置を製造する方法において、このシリコンからな
る電極と高誘電体層との間に、高融点金属化合物からな
るバリア膜を介挿するようにしたものである。
(Means for Solving the Problems) According to the present invention, a capacitor is formed by sandwiching a high dielectric layer containing a transition metal oxide between two electrodes,
A method for manufacturing a semiconductor device in which at least one of the electrodes is made of silicon, in which a barrier film made of a high melting point metal compound is interposed between the electrode made of silicon and the high dielectric layer. It is.

(作 用) 本発明に係る方法によれば、高誘電体層とシリコンとの
間に、高融点金属化合物からなるバリア膜が介挿される
ため、不必要な化学反応が生じることがなくなり、誘電
率の低下、リーク電流の発生を防止することができる。
(Function) According to the method of the present invention, since a barrier film made of a high melting point metal compound is inserted between the high dielectric layer and silicon, unnecessary chemical reactions do not occur, and the dielectric It is possible to prevent a decrease in efficiency and the occurrence of leakage current.

(実施例) 第1の実施例 以下本発明を図示する実施例に基づいて説明する。第1
図は本発明に係る方法によって製造したT E G (
Test Element Group)キャパシタの
一例の構造を示す断面図である。まず、シリコンからな
るP型半導体基板1上に、素子分離用酸化膜8が形成さ
れ、この素子分離用酸化膜8で囲まれた部分にキャパシ
タを形成することになる。このキャパシタ形成領域のシ
リコン露出面に、高融点金属化合物としてのTiSi2
合金ターゲットを用いた豪速スパッタ法により、Ti5
12層11を500人の厚みに堆積させる。その後、同
じスパッタ装置を用いて、窒素とアルゴンのプラズマを
利用した化成スパッタ法によってTiN膜12を500
人の厚みで連続的に堆積させる。続いて、酸素とアルゴ
ンのプラズマを利用した化成スパッタ法によって、Ta
205膜13を100〜1000人の厚みで堆積させる
。このとき、ターゲットとしては、たとえば6NのTa
ターゲットを用いればよい。その後、TiN膜14を前
述と同様の方法で500人の厚みで堆積し、更にその上
に、LPCVD法によってポリシリコン層15を400
0人の厚みで堆積する。
(Embodiments) First Embodiment The present invention will be described below based on illustrative embodiments. 1st
The figure shows TEG (
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of an example of a Test Element Group (Test Element Group) capacitor. First, an element isolation oxide film 8 is formed on a P-type semiconductor substrate 1 made of silicon, and a capacitor is formed in a portion surrounded by this element isolation oxide film 8. TiSi2 as a high melting point metal compound is applied to the silicon exposed surface of this capacitor formation region.
By high-speed sputtering method using an alloy target, Ti5
12 layers 11 are deposited to a thickness of 500 people. Thereafter, using the same sputtering equipment, a TiN film 12 with a thickness of 500 nm was formed by chemical sputtering using nitrogen and argon plasma.
Continuously deposit a person's thickness. Next, Ta was deposited by chemical sputtering using oxygen and argon plasma.
205 film 13 is deposited to a thickness of 100 to 1000 layers. At this time, the target is, for example, 6N Ta.
You can use a target. Thereafter, a TiN film 14 is deposited to a thickness of 500 nm using the same method as described above, and a polysilicon layer 15 is further deposited on top of it to a thickness of 400 nm using the LPCVD method.
Deposits to a thickness of 0 people.

この後、POCl3雰囲気中で、900℃、30分の条
件で燐をポリシリコン層15内にドープした後、キャパ
シタ上部電極を形成するためのレジストバターニングを
行い、これをマスクにしてBCl3ガスを用いたRIE
エツチングを行って、層1.1〜15を同時にエツチン
グ除去して、第1図に示すような構造を得る。この実施
例では、1つのキャパシタの実効面積は1−程度である
Thereafter, phosphorus was doped into the polysilicon layer 15 at 900°C for 30 minutes in a POCl3 atmosphere, resist buttering was performed to form the capacitor upper electrode, and BCl3 gas was applied using this as a mask. RIE used
Etching is carried out to simultaneously etch away layers 1.1-15, resulting in a structure as shown in FIG. In this embodiment, the effective area of one capacitor is approximately 1-.

第1の実施例の効果 第2図は、Ta205層の膜厚と誘電率との関係を示す
グラフである。ここで、カーブAは第7図に示す構造を
もった従来の方法で製造されたキャパシタについてのデ
ータであり、カーブBは第1図に示す構造をもった本発
明に係る方法で製造されたキャパシタについてのデータ
である。カーブAに示されているように、従来の装置云
は、膜厚を減少させると誘電率が低下する。これは、前
述のように、シリコンからなる半導体基板とTa  O
層との間の界面に、S t 02膜が生成されるためで
ある。これに対し、本発明に係る装置では、カーブBに
示されているように、膜厚の減少に伴う誘電率の低下は
みられず、終始T a 20 sのバルクとしての誘電
率値〜25が得られた。
Effects of the First Example FIG. 2 is a graph showing the relationship between the film thickness and dielectric constant of the Ta205 layer. Here, curve A is data for a capacitor manufactured by the conventional method having the structure shown in FIG. 7, and curve B is data for a capacitor manufactured by the method according to the present invention having the structure shown in FIG. This is data about capacitors. As shown in curve A, the dielectric constant of the conventional device decreases as the film thickness decreases. As mentioned above, this is a semiconductor substrate made of silicon and a TaO
This is because an S t 02 film is generated at the interface between the layers. On the other hand, in the device according to the present invention, as shown in curve B, there is no decrease in the dielectric constant as the film thickness decreases, and the bulk dielectric constant value of T a 20 s ~ 25 was gotten.

第3図は、厚み200へのTa205層を有するキャパ
シタについて、印加電圧Vとリーク電流■との関係を示
すグラフである。いずれも上部電極側にマイナス電圧を
印加して測定したデータである。ここで、カーブAおよ
びBは第7図に示す構造をもった従来の方法で製造され
′たキャパシタについてのデータであり、カーブAは上
部電極10がアルミニウム、カーブBはポリシリコンの
ものを示す。これに対し、カーブCは第1図に示す(1
“11造をもった本発明に係る方法で製造されたキャパ
シタについてのデータである。本発明に係る方法によれ
ば、リーク電流も抑制されることがわかる。これは、T
a205と上部電極を構成するポリシリコンまたはアル
ミニウムとの間の反応がバリア膜によって阻止されたた
めである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between applied voltage V and leakage current ■ for a capacitor having a Ta205 layer with a thickness of 200 mm. Both data are measured by applying a negative voltage to the upper electrode side. Here, curves A and B are data for a capacitor manufactured by a conventional method having the structure shown in FIG. . On the other hand, curve C is shown in Figure 1 (1
This is data on a capacitor manufactured by the method according to the present invention having a structure of 11. It can be seen that leakage current is also suppressed by the method according to the present invention.
This is because the reaction between a205 and polysilicon or aluminum constituting the upper electrode was blocked by the barrier film.

第2の実施例 続いて、実際のDRAMメモリセルの製造に本発明を適
用した実施例を、第4図の工程図を参照しながら説明す
る。まず、シリコンからなる半導体基板1上に、公知の
プラーナ法を用いて、素子分離用酸化膜8を形成し、続
いて第1の拡散層16、第2の拡散層17、シリコン酸
化膜18、ポリシリコンゲート19をもったLDD構造
のMOSトランジスタを形成する。第1の拡散層16は
、燐のイオン注入によって、第2の拡散層17はAsの
イオン注入によって、それぞれ形成される。ここまでの
状態を第4図(a)に示す。
Second Embodiment Next, an embodiment in which the present invention is applied to the manufacture of an actual DRAM memory cell will be described with reference to the process diagram of FIG. 4. First, an oxide film 8 for element isolation is formed on a semiconductor substrate 1 made of silicon using a known planar method, and then a first diffusion layer 16, a second diffusion layer 17, a silicon oxide film 18, An LDD structure MOS transistor having a polysilicon gate 19 is formed. The first diffusion layer 16 is formed by ion implantation of phosphorus, and the second diffusion layer 17 is formed by ion implantation of As. The state up to this point is shown in FIG. 4(a).

続いて自己整合によって、素子領域にTi膜をスパッタ
法によって800人程度堆積させ、この後650℃で2
0秒間、窒素雰囲気中でアニールを行い、基板のシリコ
ンとTiとを反応させ、TiSi膜20膜形0し、シリ
コン酸化膜18上のTiを、HONHOH,H2Oの混
合22°  4 液を用いたボイルによって除去する。ここまでの状態を
第4図(b)に示す。
Next, a Ti film of about 800 layers was deposited on the element area by sputtering using self-alignment, and then heated at 650°C for 2 hours.
Annealing was performed for 0 seconds in a nitrogen atmosphere to cause the silicon on the substrate to react with Ti to form a TiSi film 20, and the Ti on the silicon oxide film 18 was removed using a mixed 22° solution of HONHOH and H2O. Remove by boiling. The state up to this point is shown in FIG. 4(b).

この後、900℃で20秒間、NH3雰囲気中でのアニ
ールを行い、TiSi膜20膜形0512膜21(下層
)とTiN膜22(上層)との2層構造にする。この実
施例では、各膜厚をRBS法で測定したところ、そろぞ
れ700人と300人であった。こ゛こまでの状態を第
4図(e)に示す。
Thereafter, annealing is performed at 900° C. for 20 seconds in an NH3 atmosphere to form a two-layer structure of a TiSi film 20 film type 0512 film 21 (lower layer) and a TiN film 22 (upper layer). In this example, when the thickness of each film was measured using the RBS method, the thicknesses were 700 and 300, respectively. The state up to this point is shown in FIG. 4(e).

続いて、第1の実施例・と同様に、化成スパッタ法によ
ってTa205膜23を200人の膜厚で堆積させる。
Subsequently, as in the first embodiment, a Ta205 film 23 is deposited to a thickness of 200 nm by chemical sputtering.

こめ状態を第4図(d)に示す。The closed state is shown in FIG. 4(d).

次に、TiN膜24を500人の厚みに化成スパッタ法
によって堆積させ、その上にLPCVD法によってポリ
シリコン層25を4000人の厚みに堆積させる。ここ
までの状態を第4図((1)に示す。
Next, a TiN film 24 is deposited to a thickness of 500 nm by chemical sputtering, and a polysilicon layer 25 is deposited thereon to a thickness of 4000 nm by LPCVD. The state up to this point is shown in FIG. 4 ((1)).

更に、900℃で30分間、POCl3雰囲気中に置き
、燐をポリシリコン中にドープした後、キャパシタの上
部電極を形成するためのレジスタバターニングを行い、
このレジストをマスクとして、BCl3ガスを用いたR
IEエツチングによって、層24.25を除去する。こ
こまでの状態を第4図(f)に示す。
Furthermore, after placing it in a POCl3 atmosphere at 900° C. for 30 minutes and doping phosphorus into the polysilicon, resistor patterning was performed to form the upper electrode of the capacitor.
Using this resist as a mask, R
Remove layer 24.25 by IE etching. The state up to this point is shown in FIG. 4(f).

最後に、Asイオン注入を、イオン加速電圧16keV
、イオン密度I X 10 ”am−’ノ条件で行い、
LDD構造をもったトランジスタの高濃度拡散層26を
形成する。ここまでの状態を第4図(g)に示、す。こ
の後は、公知の工程によって絶縁膜を被覆し、拡散層2
6への配線を行う。
Finally, As ion implantation was performed at an ion acceleration voltage of 16 keV.
, carried out under the conditions of ion density I x 10 "am-',
A heavily doped diffusion layer 26 of a transistor having an LDD structure is formed. The state up to this point is shown in FIG. 4(g). After this, an insulating film is covered by a known process, and the diffusion layer 2 is
Perform wiring to 6.

以上のような工程で製造を行えば、Ta205膜23が
TiN膜22.23によってサンドイッチされた状態と
なり、シリコン基板1あるいはポリシリコン層25との
反応が阻止される。
By performing the manufacturing process as described above, the Ta205 film 23 is sandwiched between the TiN films 22 and 23, and reaction with the silicon substrate 1 or the polysilicon layer 25 is prevented.

第2の実施例の効果 この第2の実施例でも、前述の第1の実施例と同様に、
膜厚にかかわらずほぼ誘電率が25となり、また、第3
図のカーブCのようなリーク電流特性が得られた。
Effects of the second embodiment In this second embodiment, as well as in the first embodiment described above,
The dielectric constant is approximately 25 regardless of the film thickness, and the third
A leakage current characteristic as shown by curve C in the figure was obtained.

この第2の実施例によって製造したDRAMの1メモリ
セルの転送ゲート近傍の位置関係を示す上面寸法図を第
5図(a)に示す。ここで、ポリシリコンゲート19は
、幅L1−1.0μm1長さL2−15μmである。第
5図(b)は、この装置の側断面図であり、保護絶縁層
27に、コンタクトホール28が開口され、ここにアル
ミニウムによる配線2つが施されている。第5図(a)
に示すように、ポリシリコンゲート19とコンタクトホ
ール28との間の距離は、ソース側でL3−20μm1
 ドレイン側でL4−2μm1また、コンタクトホール
28の開口寸法L5−11.2μmであった。
FIG. 5(a) is a top dimensional diagram showing the positional relationship in the vicinity of the transfer gate of one memory cell of the DRAM manufactured according to the second embodiment. Here, the polysilicon gate 19 has a width L1-1.0 μm and a length L2-15 μm. FIG. 5(b) is a side sectional view of this device, in which a contact hole 28 is opened in the protective insulating layer 27, and two wirings made of aluminum are provided therein. Figure 5(a)
As shown in , the distance between the polysilicon gate 19 and the contact hole 28 is L3-20μm1 on the source side.
On the drain side, the opening size of the contact hole 28 was L5-11.2 μm.

この転送ゲートでは、ソース・ドレインQRFdに、第
5図(b)に示されているように、Ti512層21お
よびTiN層22が形成されている。これらの層は、ソ
ース・ドレインを構成する拡散層の層抵抗の低減に寄与
し、また、バリアメタル効果による微細コンタクトにお
ける接触抵抗の低減にも寄与する。実際、この実施例に
係る半導体装置では、ドレインおよびゲート電圧を5V
、基板電圧を一3vとしてドレイン電流値を測定したと
ころ、従来装置に比べて20〜30%の増加が確認され
た。これは主として、ソース側拡散層における寄生抵抗
が軽減された効果による。拡散層の層抵抗を測定したと
ころ、従来装置では50Ωであったのに対し、本実施例
では3〜5Ωに改善されていることが確認できた。また
、配線層29との間の接触抵抗は、従来装置ではlXl
0’〜5×10’Qc−というばらつきがみられたのに
対し、本実施例では3×10〜5X10’Ωcjと、抵
抗値が減少し良好な接触が得られるとともにばらつきも
小さくなった。
In this transfer gate, a Ti512 layer 21 and a TiN layer 22 are formed on the source/drain QRFd, as shown in FIG. 5(b). These layers contribute to reducing the layer resistance of the diffusion layers constituting the source and drain, and also contribute to reducing the contact resistance in fine contacts due to the barrier metal effect. In fact, in the semiconductor device according to this embodiment, the drain and gate voltages are set to 5V.
When the drain current value was measured with the substrate voltage set to -3V, it was confirmed that the drain current value increased by 20 to 30% compared to the conventional device. This is mainly due to the effect of reducing the parasitic resistance in the source side diffusion layer. When the layer resistance of the diffusion layer was measured, it was confirmed that while it was 50Ω in the conventional device, it was improved to 3 to 5Ω in this example. Further, the contact resistance with the wiring layer 29 is 1Xl in the conventional device.
While a variation of 0' to 5 x 10' Qc- was observed, in this example the resistance value decreased to 3 x 10 to 5 x 10' Ωcj, and good contact was obtained and the variation was also reduced.

その他の実施例 (+)  上記実施例では、高誘電体層としてTa20
5を用いた例を説明したが、このほかHf OZ r 
O2など、要するに遷移金属の酸2′ 化物であればどのようなものを用いてもかまわない。ま
た、T a 205T 102などの複合材料を使用し
てもよいし、Ta205にTi、Stなどの不純物を添
加したものでもよい(これらの複合材料や添加不純物は
、リーク電流の低減、誘電率の増大の効果がある)。ま
た、生膜方法として、化成スパッタ法を用いてTa20
5膜を形成したが、この他の方法、たとえばTaスパッ
タ膜の熱酸化法、Ta205ターゲットを使用したRF
スパッタ法、CVD法などを用いてもかまわない。
Other Examples (+) In the above example, Ta20 is used as the high dielectric layer.
Although an example using Hf OZ r
In short, any acid 2' oxide of a transition metal, such as O2, may be used. Further, a composite material such as Ta205T102 may be used, or Ta205 with impurities such as Ti and St may be used (these composite materials and added impurities reduce leakage current and increase the dielectric constant). (has an increasing effect). In addition, as a biofilm method, we used a chemical sputtering method to
5 film was formed, but other methods such as thermal oxidation method of Ta sputtered film, RF using Ta205 target
A sputtering method, a CVD method, or the like may be used.

(2)  上記実施例では、単結晶シリコン基板上にプ
レーナ型キャパシタを形成したが、単結晶シリコン基板
上にトレンチ型キャパシタを形成した場合にも同様に適
用可能である。また、基板としてポリシリコンを用いた
積層型キャパシタを形成した場合も同様である。更に、
上部電極としては、ポリシリコンに限らず、その他の金
属あるいはその珪化物(W、Mo、T t、ws i 
x。
(2) In the above embodiment, a planar capacitor is formed on a single-crystal silicon substrate, but the present invention is similarly applicable to a case where a trench-type capacitor is formed on a single-crystal silicon substrate. The same applies to the case where a multilayer capacitor using polysilicon as a substrate is formed. Furthermore,
The upper electrode may be made of not only polysilicon but also other metals or their silicides (W, Mo, Tt, ws i
x.

MoSix、TiSixなど)を用いてもよい。MoSix, TiSix, etc.) may also be used.

(3)  バリア膜となる高融点金属化合物の生膜方法
は、化成スパッタ法に限らず、たとえば高融点金属窒化
物の膜をつくるのであれば、高融点金属またはその珪化
物膜をN2.NF3.NH3などの雰囲気中で高温熱処
理し、直接窒化する方法と採ってもよい。
(3) The biofilm method for forming a high melting point metal compound to become a barrier film is not limited to the chemical sputtering method. For example, if a film of a high melting point metal nitride is to be made, the high melting point metal or its silicide film is coated with N2. NF3. Alternatively, a method may be adopted in which high-temperature heat treatment is performed in an atmosphere such as NH3 and direct nitridation is performed.

(4)  バリア膜としては、T iN sすなわち金
属窒化膜を用いた例を示したが、TiCなどの炭化膜、
TiBなどの硼化膜を用いてもかまわない。
(4) As the barrier film, we have shown an example using TiNs, that is, a metal nitride film, but a carbide film such as TiC,
A boride film such as TiB may also be used.

(5)  第2の実施例におけるDRAMメモリセルの
製造では、TiN/TiSi2膜の形成をサリサイドプ
ロセスを用いた自己整合法によって行ったが、た、とえ
ば、TiSi2膜およびTiN膜をスパッタ法によって
全面に堆積させた後、PEPおよびドライエツチングに
よって必要な領域のみを残して除去してもよい。この場
合、TiN/T iS i 2の領域が素子分離用酸化
膜あるいは転送ゲート上の酸化膜が形成された領域にま
で伸びてきても問題ない。
(5) In manufacturing the DRAM memory cell in the second embodiment, the TiN/TiSi2 film was formed by a self-alignment method using a salicide process. After being deposited over the entire surface, it may be removed by PEP and dry etching, leaving only the required areas. In this case, there is no problem even if the TiN/T iS i 2 region extends to the region where the element isolation oxide film or the oxide film on the transfer gate is formed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のとおり本発明によれば、遷移金属の酸化物を含む
高誘電体層を2枚の電極で挾むことによってキャパシタ
が形成されており、この電極の少なくとも一方がシリコ
ンから成るような半導体装置を製造する方法において、
このシリコンからなる電極と高誘電体層との間に、高融
点金属化合物からなるバリア層を介挿するようにしたた
め、誘電率の低下、リーク電流の発生を抑えることがで
きる。
As described above, according to the present invention, a capacitor is formed by sandwiching a high dielectric layer containing a transition metal oxide between two electrodes, and a semiconductor device in which at least one of the electrodes is made of silicon. In the method of manufacturing,
Since a barrier layer made of a high melting point metal compound is interposed between the electrode made of silicon and the high dielectric layer, a decrease in dielectric constant and generation of leakage current can be suppressed.

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

第1図は本発明に係る方法によって製造された半導体装
置の断面図、第2図は本発明に係る方法における誘電率
の低下抑制効果を示すグラフ、第3図は本発明に係る方
法におけるリーク電流抑制効果を示すグラフ、第4図は
本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例の工程図
、第5図は第4図に示す方法で製造されたDRAMの転
送ゲート近傍を示す図、第6図は従来の積層型キャパシ
タの構造断面図、第7図は従来の高誘電体層を用いたキ
ャパシタの構造断面図である。 1・・・シリコン半導体基板、2・・・不純物拡散層、
3・・・酸化膜、4.5.6・・・ポリシリコン層、7
・・・ビットラインコンタクト電極、8・・・素子分離
用酸化膜、9・・・T a 206層、10・・・上部
電極、1l−TiSi  層、12−TiN膜、13−
Ta205膜、14・・・TiN膜、15・・・ポリシ
リコン層、16・・・第1の拡散層、17・・・第2の
拡散層、18・・・シリコン酸化膜、19・・・ポリシ
リコンゲート、20・・・TiSi膜、21・・・Ti
Si2膜、22・・・TiN膜、23−Ta205膜、
24−T1.N膜、25・・・ポ、リシリコン層、26
・・・高濃度拡散層、27・・・保護絶縁層、28・・
・コンタクトホール、29・・・アルミニウム配線。 出願人代理人  佐  藤  −雄 □□□□□−−−」 パε m−rSX−ポー々 く 第4図 第5図 第7図
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device manufactured by the method according to the present invention, FIG. 2 is a graph showing the effect of suppressing a decrease in dielectric constant in the method according to the present invention, and FIG. 3 is a graph showing leakage in the method according to the present invention. A graph showing the current suppression effect, FIG. 4 is a process diagram of an embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing the vicinity of the transfer gate of a DRAM manufactured by the method shown in FIG. 4. , FIG. 6 is a structural cross-sectional view of a conventional multilayer capacitor, and FIG. 7 is a structural cross-sectional view of a conventional capacitor using a high dielectric layer. 1... Silicon semiconductor substrate, 2... Impurity diffusion layer,
3... Oxide film, 4.5.6... Polysilicon layer, 7
... Bit line contact electrode, 8... Oxide film for element isolation, 9... Ta 206 layer, 10... Upper electrode, 1l-TiSi layer, 12- TiN film, 13-
Ta205 film, 14... TiN film, 15... polysilicon layer, 16... first diffusion layer, 17... second diffusion layer, 18... silicon oxide film, 19... Polysilicon gate, 20...TiSi film, 21...Ti
Si2 film, 22...TiN film, 23-Ta205 film,
24-T1. N film, 25... Polysilicon layer, 26
...High concentration diffusion layer, 27...Protective insulating layer, 28...
・Contact hole, 29...aluminum wiring. Applicant's agent Sato -Yu

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、遷移金属の酸化物を含む高誘電体層を2枚の電極で
挟むことによってキャパシタが形成されており、前記電
極の少なくとも一方はシリコンから成るような半導体装
置を製造する方法であって、このシリコンからなる電極
と前記高誘電体層との間に、高融点金属化合物からなる
バリア膜を介挿する工程を含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。 2、高誘電体層を、Ta_2O_5、HfO_2、ある
いはZrO_2なる遷移金属酸化物で形成することを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造
方法。 3、高誘電体層を、遷移金属酸化物の化成スパッタ法、
RFスパッタ法、CVD法によって形成するか、あるい
は遷移金属の熱酸化法によって形成することを特徴とす
る特許請求の範囲第1項または第2項記載の半導体装置
の製造方法。 4、バリア膜を、高融点金属の窒化物、珪化物、炭化物
、あるいは硼化物によって形成することを特徴とする特
許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれかに記載の半導
体装置の製造方法。 5、バリア膜を、高融点金属化合物の化成スパッタ法に
よって形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項
乃至第4項のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 6、バリア膜を、高融点金属またはその珪化物を窒素ま
たは窒化物を含む雰囲気下で高温度熱処理することによ
って形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項乃
至第4項のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 7、半導体基板上に高融点金属膜あるいは高融点金属の
珪化物膜を形成し、この上に高融点金属化合物からなる
バリア膜を形成し、さらにその上に遷移金属の酸化物を
含む高誘電体層を形成することを特徴とする特許請求の
範囲第1項乃至第6項のいずれかに記載の半導体装置の
製造方法。
[Claims] 1. Manufacturing a semiconductor device in which a capacitor is formed by sandwiching a high dielectric layer containing a transition metal oxide between two electrodes, and at least one of the electrodes is made of silicon. 1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of interposing a barrier film made of a high melting point metal compound between the electrode made of silicon and the high dielectric layer. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the high dielectric constant layer is formed of a transition metal oxide such as Ta_2O_5, HfO_2, or ZrO_2. 3. The high dielectric constant layer is formed using a transition metal oxide chemical sputtering method;
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed by an RF sputtering method, a CVD method, or a transition metal thermal oxidation method. 4. Manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the barrier film is formed of a high-melting point metal nitride, silicide, carbide, or boride. Method. 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the barrier film is formed by chemical sputtering of a high-melting point metal compound. 6. Any one of claims 1 to 4, characterized in that the barrier film is formed by subjecting a high-melting point metal or its silicide to high-temperature heat treatment in an atmosphere containing nitrogen or nitride. A method for manufacturing a semiconductor device according to . 7. A high melting point metal film or a high melting point metal silicide film is formed on the semiconductor substrate, a barrier film made of a high melting point metal compound is formed on this, and a high dielectric film containing a transition metal oxide is further formed on top of this. 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising forming a body layer.
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