JPH03157965A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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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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JP
Japan
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nitride
film
metal
titanium
titanium nitride
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JP1298017A
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English (en)
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Masanobu Yoshiie
善家 昌伸
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40Capacitors
    • H01L28/60Electrodes

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  • Power Engineering (AREA)
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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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。

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。
〔従来の技術〕
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。
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。
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))。
〔発明が解決しようとする課題〕
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。
〔課題を解決するための手段〕
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。
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。
〔実施例〕
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〔発明の効果〕
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。
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。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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. (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. (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
JP1298017A 1989-11-15 1989-11-15 半導体装置 Pending JPH03157965A (ja)

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