JPH0621334A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
ける相互反応、あるいは製造工程におけるNa等の不純
物の混入や熱処理工程での水素の拡散による誘電体素子
の劣化が生じることなく、素子の信頼性を向上させる。 【構成】誘電体103が上下の電極106,102によ
って挟まれた構造を有する誘電体素子が能動素子の形成
された同一半導体基板上に集積された半導体装置に於
て、前記上下電極の少なくとも一方の電極と前記誘電体
との間に反応防止膜104が挿入された構造を有し、ま
た前記反応防止膜が、二酸化珪素あるいはリンドープ二
酸化珪素であり、上部電極材料の主成分が、アルミニウ
ムであることを特徴とする半導体装置。
Description
詳しくは誘電体素子が能動素子の形成された同一半導体
基板上に集積された半導体装置の構造に関する。
造を有する誘電体素子が能動素子の形成された同一半導
体基板上に集積された半導体装置に於て、前記誘電体素
子の構造は従来は図3に示すように下部電極302を形
成した後、誘電体303を前記下部電極上に直接堆積
し、その後あるいは前記誘電体膜のエッチング後に、上
部電極304を前記誘電体上に直接形成したものであっ
た。
膜306及び金属配線層の形成工程を経て、保護膜を堆
積して半導体基板上に集積されていた(ジャーナル・オ
ブ・アプライド・フィジックス(J.Appl.Phy
s)、1991年、第70巻、第1号、382項〜38
8項に記載)。
電体層は金属の酸化物を主成分とするものであるため
に、電極と誘電体との界面に於て反応が生じて電極が酸
化し、誘電率の低下や蓄積電荷の低下など、誘電素子と
しての特性を劣化させてしまうといった問題があった。
また、製造工程に於けるNa等の不純物の混入や熱処理
工程での水素の拡散は誘電体そのものの特性に悪影響を
及ぼすといった問題を生じさせていた。
もので、前記電極の酸化による誘電素子の特性劣化、及
び不純物の混入や水素の拡散による誘電体の劣化を防ぐ
ような構造を持つ半導体装置を提供するものである。
置の構造は、誘電体が上下の電極によって挟まれた構造
を有する誘電体素子が能動素子の形成された同一半導体
基板上に集積された半導体装置に於て、前記上下電極の
少なくとも一方の電極と前記誘電体との間に反応防止膜
が挿入された構造を有することを特徴とする。
防止膜によって前記電極と前記誘電体の界面における反
応を防止し、電極が酸化するのを防ぐと同時に、ナトリ
ウムイオンなどの不純物あるいは水素の前記誘電体膜中
への拡散を妨げることにより、誘電体あるいは誘電体素
子の劣化を防ぐものである。
明する。
る半導体装置の断面図である。以下にその製造過程を工
程に従って説明する。まず図1(a)に示すように半導
体装置能動素子上に形成されたシリコン酸化膜によって
構成される第1の層間絶縁膜101上に下部電極膜とし
てPt2000オングストロームをDCスパッタ法によ
り成膜する。次に図1(b)のように前記下部電極膜1
02上に誘電体膜として高誘電率膜であるSrTiO3
をRFスパッタ法で3000オングストローム形成した
後、フォト、エッチング工程を繰り返し、誘電体層及び
下部電極を形成する。しかる後に反応防止膜としてPS
G(リンドープ二酸化珪素)をCVD(気相成長)法に
て10オングストローム程度成膜する(図1(c)10
4)。この後、上部電極膜としてPtを2000オング
ストロームDCスパッタ法により成膜しフォト、エッチ
ング工程により上部電極105を形成した後、シリコン
酸化膜によって構成される第2の層間絶縁膜106を形
成し、前記第2の層間絶縁膜にコンタクトホール開孔
後、Al配線層107の形成及びエッチングを施し、水
素を用いた熱処理を行いシリコン酸化膜及びシリコン窒
化膜よりなる保護膜108を形成して、図1(d)に示
すような断面構造を得た。以上の構造により、外部から
混入したナトリウムイオン及び水素は前記反応防止膜中
のリンによってゲッタリングされるため、前記電極の酸
化による誘電体素子の特性劣化が大幅に減少した。ここ
で、前記反応防止膜としてのPSG膜の誘電体素子の蓄
積電荷容量への影響が懸念されるが、本実施例における
膜厚構成によれば、蓄積電荷容量は従来の約80%程度
であり実使用上特に問題はない。また、蓄積電荷容量は
反応防止膜の膜厚を薄くすることによって更に向上でき
る。
子と従来技術における誘電体素子との蓄積電荷容量の経
時変化の比較のグラフを示す。
る半導体装置の断面図である。まず半導体装置能動素子
上に形成されたシリコン酸化膜によって構成される第1
の層間絶縁膜201上に下部電極膜としてPt2000
オングストロームをDCスパッタ法により成膜し、フォ
ト、エッチング工程を経て図2(a)202に示すよう
に下部電極を形成する。
ングストローム気相成長させ、反応防止膜203とする
(図2(b))。ここで前記反応防止膜は気相成長法に
より堆積するため、段差被覆性(ステップカバレジ)に
富んでいるため、前記下部電極であるPt層の表面の凹
凸を緩和する効果がある。
204をRFスパッタ法で3000オングストローム形
成し、フォト工程を経て、高誘電率膜SrTiO3をエ
ッチングする。しかる後に再びCVD法によってPSG
膜を10オングストローム気相成長させ第2の反応防止
膜205とする(図2(c))。その後、第2の層間絶
縁膜206としてTEOS(テトラエチルオルトシリケ
ート)を用いたプラズマCVDによって、二酸化珪素膜
を3000オングストローム成膜し、フォト、エッチン
グにより、コンタクトホールを開孔する。しかる後に、
上部電極と配線層を兼ねたAl膜207をDCスパッタ
法によって5000オングストローム成膜し、フォト、
エッチングを行った後、水素を用いた熱処理を施す。さ
らに、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜よりなる保護
膜208を形成して、図1(d)に示すような断面構造
を得た。本実施例においては上部電極にAlを配線層と
のセルフアラインで用いたため、上部電極にPtを用い
たときに比べ、工程を簡素化することができる。
を用いたが、W等の他の配線材料でもよい。また、本実
施例においては誘電体材料としてSrTiO3を用いて
説明したが、PZT、(BaSr)TiO3、PLZT
等でもよい。
素子においては、誘電体と電極の界面における相互反
応、あるいは製造工程におけるNa等の不純物の混入や
熱処理工程での水素の拡散による誘電体素子の劣化が生
じることなく、素子の信頼性が著しく向上した。さら
に、上部電極と誘電体膜との間に反応防止膜を入れた構
造では、下部電極にPtを使ったときに誘電体膜の配向
性を制御できるため、高誘電率の特性を得、かつ信頼性
に優れ、強誘電体膜を使用した場合には高いスイッチン
グ電荷量を得、かつ信頼性にも優れる。また更に、上部
電極にAl等の配線材料を用いることで、上部電極と配
線を兼ね備えることができ、製造工程が簡略化できると
いった効果も有する。
素子と従来技術における誘電体素子との蓄積電荷容量の
比較のグラフ。
Claims (5)
- 【請求項1】誘電体が上下の電極によって挟まれた構造
を有する誘電体素子が能動素子の形成された同一半導体
基板上に集積された半導体装置に於て、前記上下電極の
少なくとも一方の電極と前記誘電体との間に反応防止膜
が挿入された構造を有することを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項2】請求項1記載の少なくとも一方の電極が上
部電極である事を特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】請求項1記載の半導体装置に於て、前記上
部電極かつ前記下部電極と前記誘電体との間に反応防止
膜が挿入された構造を有することを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項4】前記請求項1及び2及び3記載の反応防止
膜が、二酸化珪素あるいはリンドープ二酸化珪素である
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項5】前記請求項1及び2及び3及び4記載の上
部電極材料の主成分が、アルミニウムであることを特徴
とする半導体装置。
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JP17636792A JP3328957B2 (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 半導体装置 |
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JP11190371A Division JP2000082785A (ja) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | 半導体装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH0621334A true JPH0621334A (ja) | 1994-01-28 |
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ID=16012386
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP17636792A Expired - Lifetime JP3328957B2 (ja) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3328957B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6316127B1 (en) | 1999-04-27 | 2001-11-13 | Kobe Steel, Ltd. | Galvanized steel sheet superior in ductility and process for production thereof |
-
1992
- 1992-07-03 JP JP17636792A patent/JP3328957B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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