JPH03157965A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPH03157965A JPH03157965A JP1298017A JP29801789A JPH03157965A JP H03157965 A JPH03157965 A JP H03157965A JP 1298017 A JP1298017 A JP 1298017A JP 29801789 A JP29801789 A JP 29801789A JP H03157965 A JPH03157965 A JP H03157965A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置に関し、特に金属酸化膜を用いた容
量部の構造に関する。
量部の構造に関する。
ダイナミックランダム・アクセス・メモリーのような、
構成要素として容量部を備えた半導体装置の集積度は年
々高くなっている。それに従って、容量の占める面積が
小さくなり、比誘電率の高い容量絶縁膜が必要となって
いる。この比誘電率の高い容量絶縁膜をして、’J”
a 2o、、 T s 02 r N b20g、Hf
O,、ZrO□等の誘電体膜を用いることが試みられて
いる。
構成要素として容量部を備えた半導体装置の集積度は年
々高くなっている。それに従って、容量の占める面積が
小さくなり、比誘電率の高い容量絶縁膜が必要となって
いる。この比誘電率の高い容量絶縁膜をして、’J”
a 2o、、 T s 02 r N b20g、Hf
O,、ZrO□等の誘電体膜を用いることが試みられて
いる。
これらの□誘電体膜を用いる構造としては、シリコン基
板、多結晶シリコン等の第1電極上に誘電体膜として例
えばTa2Og膜を形成し、さらに、多結晶シリコン等
の第2電極を形成する構造がある。しかし、この構造で
は、Ta2011膜を形成する場合に、第1電極のシリ
コン基板等が酸化されて、シリコン酸化膜が形成されて
、容量値が減少したり、I−V特性にゲート電圧の極性
依存性がでる問題点がある。また、第2電極形成後の熱
処理で、第2電極の多結晶シリコン&、TazOaとが
反応して、リーク電流が増加する問題点がある。
板、多結晶シリコン等の第1電極上に誘電体膜として例
えばTa2Og膜を形成し、さらに、多結晶シリコン等
の第2電極を形成する構造がある。しかし、この構造で
は、Ta2011膜を形成する場合に、第1電極のシリ
コン基板等が酸化されて、シリコン酸化膜が形成されて
、容量値が減少したり、I−V特性にゲート電圧の極性
依存性がでる問題点がある。また、第2電極形成後の熱
処理で、第2電極の多結晶シリコン&、TazOaとが
反応して、リーク電流が増加する問題点がある。
従来、第1の問題点を解決するためには、シリコン基板
あるいは多結晶シリコン上に薄いシリコン窒化膜を形成
後、T a 20 gを形成する方法が提案されている
(例えば、H,5Hinriki etaljDEMT
ech、Dig、P684,1986)。また、第2の
問題点を解決するためには、TazOaと第2の電極と
り間にシリコン窒化膜あるいは、シリコン酸化膜ヲはさ
んだ構造が提案されている(例えば、押力 博等、電子
情報通信学会技術研究報告、SDM88−44、P25
(1988))。
あるいは多結晶シリコン上に薄いシリコン窒化膜を形成
後、T a 20 gを形成する方法が提案されている
(例えば、H,5Hinriki etaljDEMT
ech、Dig、P684,1986)。また、第2の
問題点を解決するためには、TazOaと第2の電極と
り間にシリコン窒化膜あるいは、シリコン酸化膜ヲはさ
んだ構造が提案されている(例えば、押力 博等、電子
情報通信学会技術研究報告、SDM88−44、P25
(1988))。
しかしながら、上述した従来の容量構造では、T a
20.膜と第1電極との間にシリコン窒化膜あるいは、
Ta205膜と第2電極との間にシリコン窒化膜また、
シリコン酸化膜をはさむ構造であるので、容量値がT
a 20 g膜単層より減少するという問題点が新たに
生じる。
20.膜と第1電極との間にシリコン窒化膜あるいは、
Ta205膜と第2電極との間にシリコン窒化膜また、
シリコン酸化膜をはさむ構造であるので、容量値がT
a 20 g膜単層より減少するという問題点が新たに
生じる。
本発明の半導体装置は、半導体基板、多結晶シリコン等
の第1電極と第1の金属窒化物と金属酸化膜からなる容
量膜と第2の金属窒化物と第2の電極とから構成される
容量部を有している。
の第1電極と第1の金属窒化物と金属酸化膜からなる容
量膜と第2の金属窒化物と第2の電極とから構成される
容量部を有している。
すなわち、上述した従来の容量部は、シリコン基板、多
結晶シリコン、シリサイド、高融点金属などの第1の電
極と金属酸化膜からなる容量膜と第2の電極とからなる
構造を有しているのに対して、本発明の容量は、上記第
1.第2の電極と金属酸化膜からなる容量膜とめ間に、
イ1学的に安定で比抵抗の小さい、金属窒化物をはさむ
構造を採っている。
結晶シリコン、シリサイド、高融点金属などの第1の電
極と金属酸化膜からなる容量膜と第2の電極とからなる
構造を有しているのに対して、本発明の容量は、上記第
1.第2の電極と金属酸化膜からなる容量膜とめ間に、
イ1学的に安定で比抵抗の小さい、金属窒化物をはさむ
構造を採っている。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は、本発明の第1の実施例の模式的断面図である
。図において、■はシリコン基板、2はS i O2,
3は導電体層の多結晶シリコン、31は第1の金属窒化
物の窒化チタン、4は容量膜のTa205膜、5は導電
体層の多結晶シリコン、51は第2の金属窒化物の電化
チタンで、第1電極の下部電極は3の多結晶シリコンと
31の窒化チタンの2層からなり、また第2電極の上部
電極は51の窒化チタンと5の多結晶シリコンの2層か
らなっている。
。図において、■はシリコン基板、2はS i O2,
3は導電体層の多結晶シリコン、31は第1の金属窒化
物の窒化チタン、4は容量膜のTa205膜、5は導電
体層の多結晶シリコン、51は第2の金属窒化物の電化
チタンで、第1電極の下部電極は3の多結晶シリコンと
31の窒化チタンの2層からなり、また第2電極の上部
電極は51の窒化チタンと5の多結晶シリコンの2層か
らなっている。
本発明の第1の実施例の容量は以下のように製作できる
。まず、1のシリコン基板上に酸化等で5iO22を形
成して、次に、導電体層の多結晶シリ□コン3をCVD
あるいはスパッタ等で形成ス5− る。この多結晶シリコン3上に、スパッタ、CVD等で
窒化チタン31をそのまま形成したり、あるいは、スパ
ッタでチタンを形成し、ランプアニール等の熱処理を行
い窒化チタン31を形成する。該窒化チタンの膜厚は3
00〜2000人程度である。以上、窒化チタン31上
に、反応性スパッタやCVD等の方法で4のT a 2
0 sを形成し、あるいはスパッタでTaを形成し熱酸
化して4のTaxO6を形成する。該Ta2es膜の膜
厚は50〜300人程度であ以上さらに、4のTa20
5膜上に窒化チタン51を形成する。窒化チタンの形成
方法及び膜厚は、先はどの31の窒化チタンの場合と同
じでよい。最後に5の導電体層の多結晶シリコンを10
00〜6000人形成する。
。まず、1のシリコン基板上に酸化等で5iO22を形
成して、次に、導電体層の多結晶シリ□コン3をCVD
あるいはスパッタ等で形成ス5− る。この多結晶シリコン3上に、スパッタ、CVD等で
窒化チタン31をそのまま形成したり、あるいは、スパ
ッタでチタンを形成し、ランプアニール等の熱処理を行
い窒化チタン31を形成する。該窒化チタンの膜厚は3
00〜2000人程度である。以上、窒化チタン31上
に、反応性スパッタやCVD等の方法で4のT a 2
0 sを形成し、あるいはスパッタでTaを形成し熱酸
化して4のTaxO6を形成する。該Ta2es膜の膜
厚は50〜300人程度であ以上さらに、4のTa20
5膜上に窒化チタン51を形成する。窒化チタンの形成
方法及び膜厚は、先はどの31の窒化チタンの場合と同
じでよい。最後に5の導電体層の多結晶シリコンを10
00〜6000人形成する。
次に第2図に本発明の第1の実施例の容量に、電極形成
後900℃の熱処理を行った後の容量のリーク電流特性
を示す。また従来の多結晶シリコンとT a 20 a
と多結晶シリコンとからなる容量構造の場合も第2図に
示す。図において、縦軸はリーク電流密度、横軸は容量
膜のTa20g膜に印6− 加される電圧を電界強度で示したものである。本発明の
第1の実施例のように窒化チタン31及び51をT a
20 s 4と多結晶シリコン3及び5との間に入れ
ることで、リーク電流を数桁以上大幅に減らすことがで
きる。
後900℃の熱処理を行った後の容量のリーク電流特性
を示す。また従来の多結晶シリコンとT a 20 a
と多結晶シリコンとからなる容量構造の場合も第2図に
示す。図において、縦軸はリーク電流密度、横軸は容量
膜のTa20g膜に印6− 加される電圧を電界強度で示したものである。本発明の
第1の実施例のように窒化チタン31及び51をT a
20 s 4と多結晶シリコン3及び5との間に入れ
ることで、リーク電流を数桁以上大幅に減らすことがで
きる。
これは化学的に安定な窒化チタンが多結晶シリコン層と
容量膜のTa205との間に起こる1 38 i+2T
a20g−+4TaS i2+5s io2のような反
応を効果的に防止しているためである。
容量膜のTa205との間に起こる1 38 i+2T
a20g−+4TaS i2+5s io2のような反
応を効果的に防止しているためである。
これにより、容量膜に生ずるピンホールやウィークスポ
ットの発生を抑制し、容量膜のリーク電流の増加や絶縁
耐圧劣化や信頼性の低下を抑制できる。
ットの発生を抑制し、容量膜のリーク電流の増加や絶縁
耐圧劣化や信頼性の低下を抑制できる。
また、電極形成後900℃の熱処理を行っても、第1の
実施例の容量の値は、変化なく、容量値の熱処理に対す
る安定性は良い。
実施例の容量の値は、変化なく、容量値の熱処理に対す
る安定性は良い。
以上のように、本発明を用いることにより、T a 2
0 !膜の高誘電率をいかした容量値の高い容量構造で
、かつ第2電極形成後の熱処理に対しても、電気特性の
安定な容量を得ることができる。
0 !膜の高誘電率をいかした容量値の高い容量構造で
、かつ第2電極形成後の熱処理に対しても、電気特性の
安定な容量を得ることができる。
第3図は、本発明の第2の実施例の模式的断面図である
。図において、52は導電体層のチタン、53は52の
チタンの周囲で、51の窒化チタンと接している部分以
外を囲んでいる窒化チタンで、他の部分は第1図の番号
と同Uである。
。図において、52は導電体層のチタン、53は52の
チタンの周囲で、51の窒化チタンと接している部分以
外を囲んでいる窒化チタンで、他の部分は第1図の番号
と同Uである。
本実施例の容量は以下のようにして製作する。
まず、第1の実施例の場合と同様な方法で、1のシリコ
ン基板を熱酸化等で2のSiO2を形成する。次に導電
体層の多結晶シリコン3をCVDあるいはスパッタ等で
形成する。この多結晶シリコン3上に、スパッタ、CV
D等で窒化チタン31をそのまま形成したり、あるいは
スパッタ等でチタンを形成し、ランプアニール等の熱処
理を行い窒化チタン31を形成する。該窒化チタンの膜
厚は300〜2000人程度である。以上窒化チタン3
1上に、反応性スパッタやCVD等の方法で4のTa2
05を形成し、あるいはスパッタ等でTaを形成し熱酸
化を行い4のT a 205を形成する。
ン基板を熱酸化等で2のSiO2を形成する。次に導電
体層の多結晶シリコン3をCVDあるいはスパッタ等で
形成する。この多結晶シリコン3上に、スパッタ、CV
D等で窒化チタン31をそのまま形成したり、あるいは
スパッタ等でチタンを形成し、ランプアニール等の熱処
理を行い窒化チタン31を形成する。該窒化チタンの膜
厚は300〜2000人程度である。以上窒化チタン3
1上に、反応性スパッタやCVD等の方法で4のTa2
05を形成し、あるいはスパッタ等でTaを形成し熱酸
化を行い4のT a 205を形成する。
該Ta205膜の膜厚は50〜300人程度であ以上さ
らに、4のTazos膜上に窒化チタン51を形成する
。窒化チタンの形成方法及び膜厚は、先はどの31の窒
化チタンの場合とほぼ同じでよい。次にスパッタやCV
D等の方法で、チタンを1000〜6000人形成する
。PR(フォト・レジスト)を用いて電極パタンにチタ
ンをエツチングする。PR除去後、52のチタンをラン
プアニール等の熱処理を行い、53の窒化チタン30,
0〜2000人程度を5以上チタンの周囲に形成するあ
るいはスパッタ等で52のチタンの周囲に53の窒化チ
タンを形成してもよい。
らに、4のTazos膜上に窒化チタン51を形成する
。窒化チタンの形成方法及び膜厚は、先はどの31の窒
化チタンの場合とほぼ同じでよい。次にスパッタやCV
D等の方法で、チタンを1000〜6000人形成する
。PR(フォト・レジスト)を用いて電極パタンにチタ
ンをエツチングする。PR除去後、52のチタンをラン
プアニール等の熱処理を行い、53の窒化チタン30,
0〜2000人程度を5以上チタンの周囲に形成するあ
るいはスパッタ等で52のチタンの周囲に53の窒化チ
タンを形成してもよい。
本実施例では、第2の電極は52のチタンと51及び5
3の窒化チタンからなる。52のチタンを51及び53
の窒化チタンで囲むことにより、52のチタンと4の容
量膜のT a 205との反応を防ぎ、かつ52のチタ
ンと層間膜との反応も防止できる。その結果、容量部の
電極形成後の熱処理を行っても容量部の第2電極形成後
の熱処理を行っても、容量膜のリーク電流の増加や絶縁
耐圧の劣化がない容量が形成できる。
3の窒化チタンからなる。52のチタンを51及び53
の窒化チタンで囲むことにより、52のチタンと4の容
量膜のT a 205との反応を防ぎ、かつ52のチタ
ンと層間膜との反応も防止できる。その結果、容量部の
電極形成後の熱処理を行っても容量部の第2電極形成後
の熱処理を行っても、容量膜のリーク電流の増加や絶縁
耐圧の劣化がない容量が形成できる。
本実施例では、52のチタンと4のT a 205と一
の間の金属窒化膜51と、52のチタンの周囲を囲んで
いる金属窒化物53とが同じで、窒化チタンを用いてい
るが、51と53の金属窒化膜が、例えば、窒化チタン
と窒化タングステンのように異なっても、その効果は本
実施例と変わらない。
いる金属窒化物53とが同じで、窒化チタンを用いてい
るが、51と53の金属窒化膜が、例えば、窒化チタン
と窒化タングステンのように異なっても、その効果は本
実施例と変わらない。
金属窒化膜と導電体層33との組み合せは、例えば窒化
タンタルと多結晶シリコンあるいは窒化チタンとタング
ステン等のように自由であり、その効果は変わらない。
タンタルと多結晶シリコンあるいは窒化チタンとタング
ステン等のように自由であり、その効果は変わらない。
また本発明の第1及び第2の実施例では、第1電極は多
結晶シリコンと窒化チタンからなっているが、シリコン
基板あるいは高融点金属と金属窒化膜からなる第1電極
を用いてその効果は同じである。また、第1の実施例で
は、第2電極は、窒化チタンと多結晶シリコンからなっ
ているが、他の金属窒化膜とシリサイドあるいは高融点
金属等とからなる第2電極を用いてもその効果は変わら
ない。容量膜に、Ta205以外の金属酸化物、金属酸
化物中にシリコンや他の金属が混入している膜2あるい
はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜と0− 金属酸化物とからなる多層膜構造の容量膜を用いても、
その効果は同じである。第1電極及び第2電極の金属窒
化物と導電体との組み合せは自由であり、その効果は本
実施例の場合と変わらない。
結晶シリコンと窒化チタンからなっているが、シリコン
基板あるいは高融点金属と金属窒化膜からなる第1電極
を用いてその効果は同じである。また、第1の実施例で
は、第2電極は、窒化チタンと多結晶シリコンからなっ
ているが、他の金属窒化膜とシリサイドあるいは高融点
金属等とからなる第2電極を用いてもその効果は変わら
ない。容量膜に、Ta205以外の金属酸化物、金属酸
化物中にシリコンや他の金属が混入している膜2あるい
はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜と0− 金属酸化物とからなる多層膜構造の容量膜を用いても、
その効果は同じである。第1電極及び第2電極の金属窒
化物と導電体との組み合せは自由であり、その効果は本
実施例の場合と変わらない。
以上説明したように本発明は、容量部の上部及び下部電
極と容量膜との間に、化学的に安定で比抵抗の小さい金
属窒化物をはさむことで、金属酸化膜の高誘電率な特性
をいかした容量値の高い容量が得られ、かつ上部電極形
成後の熱処理による容量膜と電極との反応を抑制し、容
量膜のリーク電流の増加や絶縁耐圧の劣化がない、優れ
た容量を得るこ上かできるという効果がある。
極と容量膜との間に、化学的に安定で比抵抗の小さい金
属窒化物をはさむことで、金属酸化膜の高誘電率な特性
をいかした容量値の高い容量が得られ、かつ上部電極形
成後の熱処理による容量膜と電極との反応を抑制し、容
量膜のリーク電流の増加や絶縁耐圧の劣化がない、優れ
た容量を得るこ上かできるという効果がある。
面図である。
1・・・・・・シリコン基板、2・・・・・・SiO2
,3・・・・・・多結晶シリコン、31・・・・・・窒
化チタン、4・・・・・・Ta205.5・・・・・・
多結晶シリコン、51・・・・・・窒化チタン、52・
・・・・・チタン、53・・・・・・窒化チタン。
,3・・・・・・多結晶シリコン、31・・・・・・窒
化チタン、4・・・・・・Ta205.5・・・・・・
多結晶シリコン、51・・・・・・窒化チタン、52・
・・・・・チタン、53・・・・・・窒化チタン。
Claims (4)
- (1)第1の金属窒化膜を含む第1の電極と、金属酸化
膜を含む誘電体層と、該誘電体層上に形成された第2の
金属窒化膜を含む第2の電極とから構成される容量部を
備えていることを特徴とする半導体装置。 - (2)前記第1の電極が、金属窒化膜単独、あるいは半
導体基板と第1の金属窒化膜、あるいは多結晶シリコン
、シリサイド、高融点金属等のいずれかと第1の金属窒
化膜との複合層で構成されることを特徴とする請求項1
記載の半導体装置 - (3)前記第2の電極が、金属窒化膜単独、あるいは、
第2の金属窒化膜と、多結晶シリコン、シリサイド、高
融点金属等のいずれかとからなる複合層で構成されるこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置 - (4)前記第1及び第2の金属窒化物として、窒化チタ
ン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化モリブデン
、窒化ニオブ、窒化ジルコニウム、窒化パラジウム、窒
化ニッケル、窒化ハフニウム、窒化バナジウム、窒化ク
ロム、窒化白金を用いることを特徴とする請求項1記載
の半導体装置
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1298017A JPH03157965A (ja) | 1989-11-15 | 1989-11-15 | 半導体装置 |
US07/613,070 US5187557A (en) | 1989-11-15 | 1990-11-15 | Semiconductor capacitor with a metal nitride film and metal oxide dielectric |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1298017A JPH03157965A (ja) | 1989-11-15 | 1989-11-15 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03157965A true JPH03157965A (ja) | 1991-07-05 |
Family
ID=17854046
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1298017A Pending JPH03157965A (ja) | 1989-11-15 | 1989-11-15 | 半導体装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5187557A (ja) |
JP (1) | JPH03157965A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH11195711A (ja) | 1997-10-27 | 1999-07-21 | Seiko Epson Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
GB2326524B (en) * | 1997-12-23 | 1999-11-17 | United Microelectronics Corp | Method of fabricating a dynamic random access memory device |
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KR100347547B1 (ko) | 1999-07-30 | 2002-08-07 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법 |
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KR20200145871A (ko) * | 2019-06-11 | 2020-12-31 | 삼성전자주식회사 | 집적회로 소자 및 그 제조 방법 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1989
- 1989-11-15 JP JP1298017A patent/JPH03157965A/ja active Pending
-
1990
- 1990-11-15 US US07/613,070 patent/US5187557A/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
US5187557A (en) | 1993-02-16 |
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