JPH0590494A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0590494A
JPH0590494A JP3252357A JP25235791A JPH0590494A JP H0590494 A JPH0590494 A JP H0590494A JP 3252357 A JP3252357 A JP 3252357A JP 25235791 A JP25235791 A JP 25235791A JP H0590494 A JPH0590494 A JP H0590494A
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JP
Japan
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film
capacitor
electrode
silicon
insulating film
Prior art date
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Pending
Application number
JP3252357A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keitarou Imai
馨太郎 今井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH0590494A publication Critical patent/JPH0590494A/en
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Abstract

PURPOSE:To secure the enough capacity of a capacitor regardless of the reduction of occupied area by constituting at least one side of a first electrode and a second electrode out of p-type silicon. CONSTITUTION:A capacitor is constituted by stacking a p+-polycrystalline silicon film 108 as a lower electrode (storage node) directly on the source and drain region 105 consisting of the p-diffusion layer of a p-channel MOSFET, and stacking a tantalum film 109 as a capacitor insulating film, and a tantalum film 110 as an upper electrode in order, thus a stacked memory cell structure of DRAM is made. P-type silicon can take the height of the energy barrier to an insulating film larger than n-type silicon, so it becomes possible to suppress the lead current. Accordingly, a capacitor, which has high capacitor capacity and high charge tenacity, can bed obtained.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係り、特
にDRAM等におけるキャパシタ構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a capacitor structure in a DRAM or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の1つに、キャパシタとトラ
ンジスタとを組み合わせて情報の記憶動作を行うDRA
M(Dynamic Random Access read write Memory )があ
る。
2. Description of the Related Art One of semiconductor devices is a DRA which combines a capacitor and a transistor to store information.
There is M (Dynamic Random Access read write Memory).

【0003】このような装置では、半導体基板とキャパ
シタ電極との間にキャパシタ絶縁膜を挟みキャパシタを
構成している。従来は、このキャパシタ絶縁膜として酸
化シリコン膜を用いているが、近年、高集積化、大容量
化が急速に進むに伴い、微細化によるキャパシタ容量の
低下を補うべく、酸化シリコン膜よりも誘電率の大きい
材料が検討され、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との
積層膜を用いる等の改良が試みられている。
In such a device, a capacitor is formed by sandwiching a capacitor insulating film between a semiconductor substrate and a capacitor electrode. Conventionally, a silicon oxide film is used as this capacitor insulating film, but in order to compensate for the decrease in capacitor capacitance due to miniaturization with the rapid progress of high integration and large capacity in recent years, a dielectric oxide film is used. A material having a high rate has been studied, and improvements such as using a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film have been attempted.

【0004】しかしながら、今後のより一層のキャパシ
タ占有面積の微細化に伴うキャパシタの大容量化に対応
するにはさらに誘電率の大きい材料を用いる必要があ
る。このような要請から、誘電率が酸化シリコン膜に比
べて約7倍程度も大きい材料である酸化タンタル膜を絶
縁膜として用いることが検討されている。
However, it is necessary to use a material having a larger dielectric constant in order to cope with the future increase in the capacity of the capacitor due to the further miniaturization of the area occupied by the capacitor. From these requirements, it has been considered to use a tantalum oxide film, which is a material having a dielectric constant about 7 times larger than that of a silicon oxide film, as an insulating film.

【0005】特に、酸化タンタルの誘電率は酸化シリコ
ンに比べて約7倍程度も大きいため、期待されている材
料である。
In particular, the dielectric constant of tantalum oxide is about 7 times as large as that of silicon oxide, so that it is an expected material.

【0006】しかし、酸化タンタルのバンドギャップは
約4.7eVと小さいため、リーク電流が大きいことが
問題となっている。このようなリーク電流を抑制するた
めに、例えば下地シリコンと酸化タンタルとの界面に、
よりバンドギャップの大きい酸化シリコン膜や窒化シリ
コン膜を設ける方法が提案されている。
However, since the band gap of tantalum oxide is as small as about 4.7 eV, there is a problem that the leak current is large. In order to suppress such leakage current, for example, at the interface between the underlying silicon and tantalum oxide,
A method of providing a silicon oxide film or a silicon nitride film having a larger band gap has been proposed.

【0007】しかしながら、膜厚の制限があるなかで、
誘電率の小さい酸化シリコンや窒化シリコンを介在させ
るということは、その分、キャパシタ容量の低下を招く
ことになってしまう。
However, in the limit of film thickness,
The interposition of silicon oxide or silicon nitride having a small dielectric constant leads to a reduction in the capacitance of the capacitor.

【0008】このように、一般に、このような高誘電体
材料は、金属を含む化合物であるため、高い誘電率を有
する代わりに禁制帯幅が小さく、本質的にリーク電流が
大きくなるという問題がある。従って、本来の絶縁膜と
しての性能が著しく劣化し、キャパシタの電荷保持能力
を低下させることになってしまい、DRAMなどの信頼
性を損なうことになる。
As described above, in general, since such a high dielectric material is a compound containing a metal, there is a problem that the forbidden band width is small in spite of having a high dielectric constant and the leak current is essentially large. is there. Therefore, the performance as an original insulating film is remarkably deteriorated, the charge holding ability of the capacitor is lowered, and the reliability of the DRAM or the like is impaired.

【0009】このように、従来のキャパシタ構造では、
十分なキャパシタ容量を確保しつつリーク電流の抑制を
はかることは極めて困難であった。
As described above, in the conventional capacitor structure,
It was extremely difficult to suppress the leak current while securing a sufficient capacitor capacity.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のキ
ャパシタにおいては、十分なキャパシタ容量を確保しつ
つリーク電流の抑制をはかることは極めて困難であっ
た。
As described above, in the conventional capacitor, it is extremely difficult to suppress the leak current while securing a sufficient capacitor capacity.

【0011】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、占有面積の縮小化にもかかわらず、十分なキャパシ
タ容量を確保することができ、信頼性の高いキャパシタ
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a highly reliable capacitor that can secure a sufficient capacitor capacity in spite of a reduction in occupied area. To do.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】そこで本発明の第1で
は、第1の電極と、2の電極と、これらの電極間に形成
された金属酸化膜からなるキャパシタ絶縁膜とを備えた
キャパシタを具備した半導体装置において、前記第1の
電極および第2の電極の内少なくとも一方がp型シリコ
ンにより構成されることを特徴とする。
Therefore, in the first aspect of the present invention, there is provided a capacitor having a first electrode, a second electrode, and a capacitor insulating film made of a metal oxide film formed between these electrodes. In the semiconductor device provided, at least one of the first electrode and the second electrode is made of p-type silicon.

【0013】本発明の第2では、n型シリコン基板に形
成されたp型領域をソース・ドレイン領域とするpチャ
ネル型のMOSFETからなるスイッチングトランジス
タと、このソースドレイン領域の一方に接続されたp型
シリコン層からなる第1の電極と、第2の電極と、これ
らの電極間に形成された金属酸化膜とからなるキャパシ
タ絶縁膜とを備えたキャパシタとを具備したことを特徴
とする。
According to a second aspect of the present invention, a switching transistor formed of a p-channel type MOSFET having a p-type region formed on an n-type silicon substrate as a source / drain region, and a p-type transistor connected to one of the source / drain regions. A capacitor having a first electrode made of a silicon layer, a second electrode, and a capacitor insulating film made of a metal oxide film formed between these electrodes is provided.

【0014】[0014]

【作用】上記構成によれば、金属酸化膜をキャパシタ絶
縁膜として用いたキャパシタにおいて、リーク電流を抑
制することが可能となる。
According to the above structure, the leak current can be suppressed in the capacitor using the metal oxide film as the capacitor insulating film.

【0015】従って、十分なキャパシタ容量と少ないリ
ーク電流とによって優れた電荷保持能力を有するキャパ
シタを提供することができる。
Therefore, it is possible to provide a capacitor having an excellent charge retention ability with a sufficient capacitance and a small leak current.

【0016】これは、以下に示すような作用による。This is due to the following action.

【0017】一般に、高い誘電率を有する物質ほど禁制
帯幅は小さくなる。そして禁制帯幅が小さくなるほど、
電圧印加時に大きなリーク電流が流れ、絶縁体としての
性能が低下することになる。
In general, a material having a higher dielectric constant has a smaller band gap. And the smaller the forbidden band,
A large leak current flows when a voltage is applied, and the performance as an insulator deteriorates.

【0018】これは、電極すなわち導電体と絶縁膜との
間のエネルギ−障壁高さが小さくなることによる。
This is because the height of the energy barrier between the electrode, that is, the conductor and the insulating film becomes small.

【0019】そこで、高い誘電率を有しかつ電極と絶縁
膜との間のエネルギー障壁高さを大きくとるためには、
電極材料として仕事関数の大きい材料を用いることが必
要である。
Therefore, in order to have a high dielectric constant and a large energy barrier height between the electrode and the insulating film,
It is necessary to use a material having a high work function as the electrode material.

【0020】そこで、シリコンを少なくとも1方の電極
として用いる場合、nタイプよりもpタイプの方がフェ
ルミレベルが深いため、実質的に仕事関数が大きいこと
になる。
Therefore, when silicon is used as at least one electrode, the p-type has a deeper Fermi level than the n-type, so that the work function is substantially large.

【0021】言い換えるとnタイプよりもpタイプの方
が、絶縁膜との間のエネルギー障壁高さを大きくとるこ
とができる。
In other words, the p-type can have a larger energy barrier height with the insulating film than the n-type.

【0022】これをタンタル酸化膜を絶縁膜として用い
た場合について図4(a) および(b)に示す。ここで、上
部電極としてはタングステンを用いた。
This is shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) for the case where a tantalum oxide film is used as an insulating film. Here, tungsten is used as the upper electrode.

【0023】ただし、タンタルをはじめ、シリコンより
も酸素親和性が小さい金属の酸化膜ではシリコンと直接
接した場合、高温工程を経るとシリコンが酸化され、逆
に金属酸化膜が還元されるという問題が生じるため、こ
の場合金属酸化膜/シリコン界面には反応防止のための
バリア層として薄い窒化シリコン膜等を配置するのが効
果的である。
However, when a metal oxide film such as tantalum, which has an oxygen affinity lower than that of silicon, is in direct contact with silicon, the silicon is oxidized after a high temperature process and, on the contrary, the metal oxide film is reduced. In this case, it is effective to dispose a thin silicon nitride film or the like at the metal oxide film / silicon interface as a barrier layer for preventing the reaction.

【0024】本発明の第2によれば、キャパシタのスト
レージノード電極に接続するトランジスタをpチャネル
MOSFETで構成しているため、簡単な構造でリーク
電流の少ないDRAMを得ることができる。
According to the second aspect of the present invention, since the transistor connected to the storage node electrode of the capacitor is composed of a p-channel MOSFET, it is possible to obtain a DRAM having a simple structure and a small leak current.

【0025】すなわちこのように、DRAMにおける記
憶のための電荷を蓄積するストレージノードにはpタイ
プのシリコンあるいは多結晶シリコンを用いるのが有利
であるが、このときトランジスタとしてはシリコン表面
に形成されたp型領域を通して電荷の授受を行うpチャ
ネル型トランジスタを用いる方が、構造的に複雑になら
ずに形成することができるという利点がある。すなわ
ち、シリコン表面に形成されたソースドレイン領域とし
てのp型層をストレージノードとして直接キャパシタを
形成することも可能であり、またこのp型層上に直接p
型の多結晶シリコンを形成し、これをストレージノード
として用いるようにしてもよい。これに対し、nチャネ
ル型トランジスタを用いると、ストレージノードにp型
シリコンを用いるためにはn/p界面にコンタクト用の
金属層を設ける必要があり、製造プロセスが大幅に複雑
化してしまうという問題もある。
That is, as described above, it is advantageous to use p-type silicon or polycrystalline silicon for the storage node for storing charges in the DRAM, but at this time, the transistor formed on the silicon surface is used. The use of a p-channel transistor that transfers and receives charges through a p-type region has an advantage that it can be formed without being structurally complicated. That is, it is possible to directly form a capacitor on the p-type layer by using the p-type layer as a source / drain region formed on the silicon surface as a storage node.
A type of polycrystalline silicon may be formed and used as a storage node. On the other hand, when an n-channel transistor is used, a metal layer for contact needs to be provided at the n / p interface in order to use p-type silicon for the storage node, which significantly complicates the manufacturing process. There is also.

【0026】このようにして、高いキャパシタ容量を有
しかつ、電荷保持能力の高いキャパシタを得ることがで
き、構造が簡単で信頼性の高いDRAMを得ることがで
きる。
In this way, it is possible to obtain a capacitor having a high capacitance and a high charge retention capability, and a DRAM having a simple structure and high reliability can be obtained.

【0027】[0027]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0028】本発明の第1の実施例では、pチャネルM
OSFETのp- 拡散層からなるソースドレイン領域1
05上に直接、下部電極(ストレージノード)としての
p+多結晶シリコン膜108、キャパシタ絶縁膜として
酸化タンタル膜109、上部電極としてタングステン膜
110を順次積層してキャパシタを構成し、積層形メモ
リセル構造のDRAMを形成したことを特徴とするもの
である。図1(a) 乃至図1(e) は、その製造工程図であ
る。
In the first embodiment of the present invention, the p channel M
Source / drain region 1 consisting of p- diffusion layer of OSFET
05, a p + polycrystalline silicon film 108 as a lower electrode (storage node), a tantalum oxide film 109 as a capacitor insulating film, and a tungsten film 110 as an upper electrode are sequentially laminated directly on top of each other to form a capacitor. The feature is that a DRAM having a structure is formed. 1 (a) to 1 (e) are manufacturing process diagrams thereof.

【0029】まず、図1(a) に示すように、比抵抗10
Ω・cm程度の(100)n型のシリコン基板101内
に、通常のLOCOS法により素子分離絶縁膜102を
形成する。そして、熱酸化法によりゲート絶縁膜となる
膜厚15nmの酸化シリコン層103およびゲート電極と
なる300nmの第1のp+ 多結晶シリコン層104を堆
積し、フォトリソ法および反応性イオンエッチング法に
よってこれらをパタ−ニングし、ゲ−ト絶縁膜103お
よびゲ−ト電極104を形成する。さらに、このゲ−ト
電極104をマスクとして、ボロンイオンをイオン注入
し、自己整合的にp- 形拡散層105からなるソ−ス・
ドレイン領域を形成し、スィッチングトランジスタとし
てのMOSFETを形成する。
First, as shown in FIG. 1 (a), the specific resistance 10
An element isolation insulating film 102 is formed in a (100) n-type silicon substrate 101 of about Ω · cm by a normal LOCOS method. Then, a silicon oxide layer 103 having a film thickness of 15 nm to be a gate insulating film and a first p + polycrystalline silicon layer 104 having a thickness of 300 nm to be a gate electrode are deposited by a thermal oxidation method, and these are deposited by a photolithography method and a reactive ion etching method. Is patterned to form a gate insulating film 103 and a gate electrode 104. Further, by using this gate electrode 104 as a mask, boron ions are ion-implanted to form a source / drain of a p- type diffusion layer 105 in a self-aligned manner.
A drain region is formed to form a MOSFET as a switching transistor.

【0030】さらに、図1(b) に示すように、この上層
に、CVD法により、膜厚150nm程度の酸化シリコン
膜106を全面に堆積したのち、フォトリソ法および反
応性イオンエッチングにより、ストレ−ジ・ノ−ド・コ
ンタクト107を形成する。こののち、図1 (c)に示す
ように、全面に膜厚80nmの第2のp+ 多結晶シリコン
膜108を堆積した後、フォトリソ法および化学的ドラ
イエッチング法(等方性エッチング)により、パターニ
ングする。
Further, as shown in FIG. 1 (b), a silicon oxide film 106 having a film thickness of about 150 nm is deposited on the entire surface by a CVD method, and then a photolithography method and a reactive ion etching are performed to store the silicon oxide film 106. A di-node contact 107 is formed. After that, as shown in FIG. 1C, after depositing a second p + polycrystalline silicon film 108 having a film thickness of 80 nm on the entire surface, by photolithography and chemical dry etching (isotropic etching), Pattern.

【0031】そしてさらに図1(d) に示すように、この
上層に反応性スパッタリング法またはCVD法により、
酸化タンタル膜109を例えば20〜30nm形成する。
Further, as shown in FIG. 1 (d), the upper layer is formed by reactive sputtering or CVD.
The tantalum oxide film 109 is formed to have a thickness of 20 to 30 nm, for example.

【0032】そして最後に、図1(e) に示すように、キ
ャパシタ上部電極として膜厚100nmのタングステン膜
110を全面に形成した後、通常の写真食刻法を用いて
パターニングし、メモリセルを形成する。この後、パッ
シベーション膜の形成、Al配線等の工程が続くが、こ
こでは省略する。
Finally, as shown in FIG. 1 (e), a 100 nm-thickness tungsten film 110 is formed on the entire surface as a capacitor upper electrode, and patterning is performed using a normal photolithography method to form a memory cell. Form. After this, steps of forming a passivation film, Al wiring, etc. are continued, but are omitted here.

【0033】このようにして形成されたDRAMのリー
ク電流特性を第2図に曲線aで示す。比較のために、従
来例としてnチャネルMOSFETを用いこのソースド
レイン領域に接続するようにn+ 多結晶シリコン膜をス
トレージノード電極として形成し、キャパシタ絶縁膜と
して酸化タンタル膜を単層構造で用いた場合のリーク電
流特性を曲線bに示す。これらの比較からも、本発明実
施例のDRAMはリークが大幅に低減されていることが
わかる。
The leakage current characteristic of the DRAM thus formed is shown by a curve a in FIG. For comparison, an n-channel MOSFET was used as a conventional example, an n + polycrystalline silicon film was formed as a storage node electrode so as to be connected to the source / drain region, and a tantalum oxide film was used as a capacitor insulating film in a single-layer structure. The leakage current characteristic in this case is shown by the curve b. From these comparisons as well, it can be seen that the DRAM of the embodiment of the present invention has significantly reduced leakage.

【0034】なお、前記実施例では、p+ 多結晶シリコ
ン膜108上に直接酸化タンタルからなるキャパシタ絶
縁膜109を形成したが、高温下では酸化タンタルはシ
リコンによって還元されるため膜質の劣化を招いてしま
う。
Although the capacitor insulating film 109 made of tantalum oxide is formed directly on the p + polycrystalline silicon film 108 in the above-mentioned embodiment, the film quality is deteriorated because tantalum oxide is reduced by silicon at high temperature. I will leave.

【0035】キャパシタの形成に先立ち、ビット線の形
成を行うようにすることにより、キャパシタ形成後に高
温工程を経るのを防止することができる。
By forming the bit line prior to forming the capacitor, it is possible to prevent a high temperature process from being performed after forming the capacitor.

【0036】しかしながら、高温工程を経なければなら
ないことも多いため、酸化タンタルがシリコンによって
還元されるのを防止する必要がある。
However, since it is often necessary to go through a high temperature process, it is necessary to prevent the tantalum oxide from being reduced by silicon.

【0037】この酸化タンタルの還元防止方法として、
酸化タンタルとシリコンとの間に極めて薄い窒化シリコ
ン膜を介在させるようにしても良い。
As a method of preventing reduction of this tantalum oxide,
An extremely thin silicon nitride film may be interposed between tantalum oxide and silicon.

【0038】実施例2 本発明の第2の実施例として、酸化タンタルとシリコン
との間に極めて薄い窒化シリコン膜を介在させるように
した例について説明する。
Example 2 As a second example of the present invention, an example in which an extremely thin silicon nitride film is interposed between tantalum oxide and silicon will be described.

【0039】図3(a) 乃至図3(e) は、その製造工程図
である。
3 (a) to 3 (e) are manufacturing process diagrams thereof.

【0040】この例では、ストレージノード電極として
のp+ 多結晶シリコン層208とキャパシタ絶縁膜とし
ての酸化タンタル膜210との間に膜厚1nm程度の極め
て薄い窒化シリコン膜209を介在させ、酸化タンタル
のシリコンによる還元を防止するようにしている。この
窒化シリコン膜209は、p+ 多結晶シリコン層208
の表面を窒化することによって形成する。
In this example, an extremely thin silicon nitride film 209 having a film thickness of about 1 nm is interposed between the p + polycrystalline silicon layer 208 serving as a storage node electrode and the tantalum oxide film 210 serving as a capacitor insulating film. The silicon is prevented from being reduced. This silicon nitride film 209 is a p + polycrystalline silicon layer 208.
Is formed by nitriding the surface of.

【0041】他については実施例1と全く同様に形成す
る。
The rest is formed exactly as in the first embodiment.

【0042】まず、図3(a) に示すように、比抵抗10
Ω・cm程度の(100)n型のシリコン基板201内
に、通常のLOCOS法により素子分離絶縁膜202を
形成する。そして、熱酸化法によりゲート絶縁膜となる
膜厚200nmの酸化シリコン層203およびゲート電極
となる300nmの第1のp+ 多結晶シリコン層204を
堆積し、フォトリソ法および反応性イオンエッチング法
によってこれらをパタ−ニングし、ゲ−ト絶縁膜203
およびゲ−ト電極204を形成する。さらに、このゲ−
ト電極204をマスクとしてボロンイオンをイオン注入
し、自己整合的にp- 形拡散層205からなるソ−ス・
ドレイン領域を形成し、スィッチングトランジスタとし
てのMOSFETを形成する。
First, as shown in FIG. 3A, the specific resistance 10
An element isolation insulating film 202 is formed by a normal LOCOS method in a (100) n-type silicon substrate 201 of about Ω · cm. Then, a silicon oxide layer 203 having a film thickness of 200 nm to be a gate insulating film and a first p + polycrystalline silicon layer 204 having a thickness of 300 nm to be a gate electrode are deposited by a thermal oxidation method, and these are deposited by a photolithography method and a reactive ion etching method. The gate insulating film 203.
And the gate electrode 204 is formed. Furthermore, this game
The boron ion is ion-implanted using the transparent electrode 204 as a mask, and the source / drain is composed of the p- type diffusion layer 205 in a self-aligned manner.
A drain region is formed to form a MOSFET as a switching transistor.

【0043】さらに、図3(b) に示すように、この上層
に、CVD法により、膜厚150nm程度の酸化シリコン
膜206を全面に堆積したのち、フォトリソ法および反
応性イオンエッチングにより、ストレ−ジ・ノ−ド・コ
ンタクト207を形成する。そして、図3 (c)に示すよ
うに、全面に膜厚80nmの第2のp+ 多結晶シリコン膜
208を堆積した後、フォトリソ法および化学的ドライ
エッチング法(等方性エッチング)により、パターニン
グする。
Further, as shown in FIG. 3 (b), a silicon oxide film 206 having a film thickness of about 150 nm is deposited on the entire surface by a CVD method, and then a storage is performed by a photolithography method and reactive ion etching. A di-node contact 207 is formed. Then, as shown in FIG. 3C, a second p + polycrystalline silicon film 208 having a film thickness of 80 nm is deposited on the entire surface, and then patterned by photolithography and chemical dry etching (isotropic etching). To do.

【0044】この後、図3(d) に示すように、アンモニ
ア雰囲気中で例えば、600℃60分の熱処理を行うこ
とにより、p+ 多結晶シリコン層208の表面を窒化し
て膜厚1nm程度の窒化シリコン膜209を形成する。そ
してさらにこの上層に反応性スパッタリング法またはC
VD法により、酸化タンタル膜210を例えば20〜3
0nm形成する。なお、上記したアンモニア雰囲気中での
熱処理は、温度、時間を適宜変更して行っても良い。例
えば、温度を950℃程度まで上げて熱処理を行おうと
する場合、30秒乃至60秒の時間だけRTA(Rapid T
hermal Annealing) を行えば良い。
Thereafter, as shown in FIG. 3 (d), the surface of the p + polycrystal silicon layer 208 is nitrided by performing a heat treatment at 600 ° C. for 60 minutes, for example, in an ammonia atmosphere to have a film thickness of about 1 nm. A silicon nitride film 209 is formed. Further, on this upper layer, reactive sputtering method or C
The tantalum oxide film 210 is, for example, 20 to 3 by the VD method.
Form 0 nm. The heat treatment in the ammonia atmosphere described above may be performed by appropriately changing the temperature and the time. For example, when the temperature is raised to about 950 ° C. to perform heat treatment, RTA (Rapid T
hermal annealing).

【0045】そして最後に、図3(e) に示すように、キ
ャパシタ上部電極として膜厚200nmのタングステン膜
211を全面に形成した後、通常の写真食刻法を用いて
パターニングし、メモリセルを形成する。この後、パッ
シベーション膜の形成、Al配線等の工程が続くが、こ
こでは省略する。
Finally, as shown in FIG. 3 (e), a tungsten film 211 having a film thickness of 200 nm is formed on the entire surface as a capacitor upper electrode, and then patterned by a normal photolithography method to form a memory cell. Form. After this, steps of forming a passivation film, Al wiring, etc. are continued, but are omitted here.

【0046】この場合も、リーク電流の小さいDRAM
を得ることができる。
Also in this case, a DRAM having a small leak current
Can be obtained.

【0047】なお上記実施例ではいずれもキャパシタ絶
縁膜として酸化タンタルを用いた例について説明した
が、他の金属酸化膜を用いることも可能である。
In each of the above-described embodiments, an example in which tantalum oxide is used as the capacitor insulating film has been described, but other metal oxide films can be used.

【0048】例えばキャパシタ絶縁膜としては単層膜に
限らず、酸化タンタル膜/酸化チタン膜/酸化タンタル
膜の3層膜、2層膜あるいは4層以上の積層膜を用いて
もよい。さらに、酸化タンタルと酸化チタンとの組み合
わせに限定されることなくキャパシタ絶縁膜の材料とし
ても、酸化ハフニウム膜、イットリウム酸化膜、酸化ジ
ルコニウム(ZrO2 )膜などの他の単層膜、酸化タン
タル膜(TaO2 )とチタン酸ストロンチウム膜(Sr
TiO3),イットリウム酸化膜(Y2 3 )とチタン
酸鉛膜(PbTiO3 )などの組み合わせ等、適宜選択
可能である。例えば前記実施例における多結晶シリコン
膜208の上に直接、キャパシタ絶縁膜として酸化ジル
コニウム(ZrO2 )膜−酸化チタン膜−酸化ジルコニ
ウム膜の3層構造膜を形成し、上部電極としてp+ 多結
晶シリコン膜を用いるようにしてもよい。また、下部電
極としてはp+ 多結晶シリコンを用い、上部電極として
はタングステン膜等の金属膜を用いても良い。さらに酸
化ジルコニウム膜−酸化チタン膜−酸化ハフニウム膜の
3層構造膜、酸化ハフニウム膜−酸化チタン膜−酸化ハ
フニウム膜の3層構造膜、酸化ハフニウム膜−酸化チタ
ン膜−酸化ジルコニウム膜の3層構造膜等も有効であ
る。また、キャパシタの上部電極としては、タングステ
ン膜を用いたが、必ずしもこれらに限定されるものでは
なく、金属あるいは金属合金等、本発明の条件を満たす
範囲内で適宜変更可能である。
For example, the capacitor insulating film is not limited to a single-layer film, but may be a three-layer film of tantalum oxide film / titanium oxide film / tantalum oxide film, a two-layer film, or a laminated film of four or more layers. Further, the material for the capacitor insulating film is not limited to the combination of tantalum oxide and titanium oxide, and other single layer films such as hafnium oxide film, yttrium oxide film, zirconium oxide (ZrO 2 ) film, tantalum oxide film, etc. (TaO 2 ) and strontium titanate film (Sr
TiO 3 ), a yttrium oxide film (Y 2 O 3 ) and a lead titanate film (PbTiO 3 ), and the like can be appropriately selected. For example, a three-layer structure film of zirconium oxide (ZrO 2 ) film-titanium oxide film-zirconium oxide film is formed as a capacitor insulating film directly on the polycrystalline silicon film 208 in the above embodiment, and p + polycrystal is used as an upper electrode. A silicon film may be used. Further, p + polycrystalline silicon may be used as the lower electrode, and a metal film such as a tungsten film may be used as the upper electrode. Further, three-layer structure film of zirconium oxide film-titanium oxide film-hafnium oxide film, three-layer structure film of hafnium oxide film-titanium oxide film-hafnium oxide film, three-layer structure of hafnium oxide film-titanium oxide film-zirconium oxide film Membranes are also effective. Further, although the tungsten film is used as the upper electrode of the capacitor, it is not necessarily limited to these, and it can be appropriately changed within the range of satisfying the conditions of the present invention such as metal or metal alloy.

【0049】さらにまた、前記実施例2における窒化シ
リコン膜は高温処理によるp+ 多結晶シリコンとキャパ
シタ絶縁膜との間の反応を防止するためのものであっ
て、高温工程を回避することができる場合、あるいはま
た酸化ハフニウム膜、イットリウム酸化膜、酸化ジルコ
ニウム膜などの反応性の低い物質をキャパシタ絶縁膜に
用いた場合には窒化シリコン形成のための窒化工程は不
要である。
Furthermore, the silicon nitride film in the second embodiment is for preventing the reaction between the p + polycrystalline silicon and the capacitor insulating film due to the high temperature treatment, and the high temperature process can be avoided. In this case, or when a low-reactivity substance such as a hafnium oxide film, a yttrium oxide film, or a zirconium oxide film is used for the capacitor insulating film, the nitriding step for forming silicon nitride is unnecessary.

【0050】加えてこれらの実施例では、積層キャパシ
タ構造のDRAMについて説明したが、平面構造あるい
はトレンチ構造のDRAMに対しても適用可能であるこ
とはいうまでもない。
In addition, in these embodiments, the DRAM having the laminated capacitor structure has been described, but it goes without saying that the present invention can also be applied to a DRAM having a planar structure or a trench structure.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のキャ
パシタによれば、金属酸化膜をキャパシタ絶縁膜として
用いた場合に、多結晶シリコン電極としてnタイプより
もpタイプの方が、絶縁膜との間のエネルギー障壁高さ
を大きくとることができ、高集積化に際しても、リーク
電流を低減し、十分なキャパシタ容量を維持しつつ、電
荷保持能力を高めることができる。
As described above, according to the capacitor of the present invention, when the metal oxide film is used as the capacitor insulating film, the p-type insulating film is more preferable as the polycrystalline silicon electrode than the n-type. The height of the energy barrier between and can be made large, and even at the time of high integration, the leakage current can be reduced, and the charge retention ability can be improved while maintaining a sufficient capacitor capacitance.

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

【図1】本発明の第1の実施例の積層形メモリセル構造
のDRAMの製造工程図
FIG. 1 is a manufacturing process diagram of a DRAM having a stacked memory cell structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明実施例のDRAMのキャパシタと従来例
のDRAMのキャパシタのリーク電流を示す比較図
FIG. 2 is a comparative diagram showing leakage currents of a DRAM capacitor according to an embodiment of the present invention and a conventional DRAM capacitor.

【図3】本発明の第2の実施例の積層形メモリセル構造
のDRAMの製造工程図
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of a DRAM having a stacked memory cell structure according to a second embodiment of the present invention.

【図4】p+ 多結晶シリコン/酸化タンタル/タングス
テンおよびn+多結晶シリコン/酸化タンタル/タング
ステンのバンド図
FIG. 4 is a band diagram of p + polycrystalline silicon / tantalum oxide / tungsten and n + polycrystalline silicon / tantalum oxide / tungsten.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 n型のシリコン基板 102 素子分離絶縁膜 103 ゲ−ト絶縁膜 104 ゲ−ト電極 105 p型拡散層 106 層間絶縁膜 107 ストレージノードコンタクト 108 p+ 型多結晶シリコン層(下部電極) 109 酸化タンタル膜 110 タングステン膜(上部電極) 201 n型のシリコン基板 202 素子分離絶縁膜 203 ゲ−ト絶縁膜 204 ゲ−ト電極 205 p型拡散層 206 層間絶縁膜 207 ストレージノードコンタクト 208 p+ 型多結晶シリコン層(下部電極) 209 窒化シリコン膜 210 酸化タンタル膜 211 タングステン膜(上部電極) 101 n-type silicon substrate 102 element isolation insulating film 103 gate insulating film 104 gate electrode 105 p-type diffusion layer 106 interlayer insulating film 107 storage node contact 108 p + type polycrystalline silicon layer (lower electrode) 109 tantalum oxide Film 110 Tungsten film (upper electrode) 201 n-type silicon substrate 202 element isolation insulating film 203 gate insulating film 204 gate electrode 205 p-type diffusion layer 206 interlayer insulating film 207 storage node contact 208 p + type polycrystalline silicon Layer (lower electrode) 209 Silicon nitride film 210 Tantalum oxide film 211 Tungsten film (upper electrode)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の電極と、第2の電極と、これらの
電極間に形成された金属酸化膜からなるキャパシタ絶縁
膜とを備えたキャパシタを具備した半導体装置におい
て、 前記第1の電極および第2の電極のうちの少なくとも一
方がp型シリコンにより構成されることを特徴とする半
導体装置。
1. A semiconductor device comprising a capacitor having a first electrode, a second electrode, and a capacitor insulating film made of a metal oxide film formed between these electrodes, wherein the first electrode At least one of the second electrode and the second electrode is made of p-type silicon.
【請求項2】 n型シリコン基板に形成されたp型領域
をソース・ドレイン領域とするpチャネル型のMOSF
ETからなるスイッチングトランジスタと、 前記ソースドレイン領域の一方に電気的に接続されたp
型シリコン層からなる第1の電極と、第2の電極と、こ
れらの電極間に形成された金属酸化膜とからなるキャパ
シタ絶縁膜とを備えたキャパシタとを具備したことを特
徴とする半導体装置。
2. A p-channel type MOSF having a p-type region formed on an n-type silicon substrate as a source / drain region.
A switching transistor made of ET and p electrically connected to one of the source / drain regions.
A semiconductor device comprising: a capacitor having a first electrode made of a silicon layer, a second electrode, and a capacitor insulating film made of a metal oxide film formed between these electrodes. ..
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0778886A (en) * 1993-09-07 1995-03-20 Nec Corp Capacitance element of dynamic random access memory

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0778886A (en) * 1993-09-07 1995-03-20 Nec Corp Capacitance element of dynamic random access memory

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