JPH0685193A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0685193A
JPH0685193A JP4237948A JP23794892A JPH0685193A JP H0685193 A JPH0685193 A JP H0685193A JP 4237948 A JP4237948 A JP 4237948A JP 23794892 A JP23794892 A JP 23794892A JP H0685193 A JPH0685193 A JP H0685193A
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JP
Japan
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film
dielectric constant
capacitor
high dielectric
insulating film
Prior art date
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Pending
Application number
JP4237948A
Other languages
English (en)
Inventor
Masato Sakao
眞人 坂尾
Shuichi Oya
秀市 大屋
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • 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

Abstract

(57)【要約】 【目的】高集積DRAMに用いられる高誘電率膜を有す
るキャパシタにおいて、隣接するキャパシタ間のカップ
リング容量を低減する。 【構成】キャパシタはタンタル4aおよび白金5aより
なる蓄積電極6aとこれに積層した高誘電率膜8aと対
向電極9aとにより構成されている。隣接する蓄積電極
6aは、高誘電率膜8aにより誘電率が例えば2桁程度
小さい絶縁膜7aにより隔絶されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
高集積半導体メモリへの応用に適したキャパシタに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】高集積半導体メモリ用メモリセルとして
1つのトランジスタと1つのキャパシタから構成される
メモリセル(以下1Tセルと略す)は、構成要素が少な
く、メモリセル面積の微細化が容易であるため、広く使
われている。
【0003】1Tセルからの出力電圧はメモリセルにあ
るキャパシタ(以下セレキャパシタと呼ぶ)の値に比例
するため、高集積化しても安定な動作を保証するには、
そのセルキャパシタ値を十分に大きくする必要がある。
そのため、1Tセルを高集積するためには小面積で十分
なキャパシタ値をもったセルキャパシタを必要とする。
従来この様なセルキャパシタとして、1991年のアイ
・イー・ディー・エム予稿集,823〜826頁(IE
DM Techsical Digest 1991,
pp.823〜826)に報告された高誘電率膜を用い
たキャパシタが知られている。
【0004】この従来のセルキャパシタの断面図を図5
に示す。シリコン基板1上のシリコン酸化膜2にシリコ
ン基板1とタンタル4cおよび白金5cからなる蓄積電
極6cとをつなぐコンタクト孔が形成されておりコンタ
クト孔には不純物を拡散した多結晶シリコン3が埋め込
まれている。容量膜として用いる高誘電率膜8cは、蓄
積電極6cとシリコン酸化膜2とを含む全面に積層され
ている。さらに高誘電率膜8c上に対向電極9cが積層
されてセルキャパシタが構成されている。
【0005】上記報告では、高誘電率膜8cとして膜厚
70nmのチタン酸ストロンチウムバリウム((Ba
0.5 Sr0.5 )TiO3 )を用いているため誘電率は3
00以上,単位面積あたりのキャパシタ値が40fF/
μm2 となる。このため、256MDRAMセルに適用
した場合36fFのキャパシタ値が得られ、小面積で十
分なキャパシタ値が得られることが確認されている。
【0006】なお、蓄積電極6cを構成する白金5c
は、高誘電率膜8c形成時に耐酸化性が高いためであ
る。また、タンタル4cは、白金5cがシリコン基板1
へ拡散するのを防止するために採用されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記報告の構
造では、高誘電率膜8cが隣接する蓄積電極6cの間に
も存在し、この蓄積電極6cの間のカップリングキャパ
シタ値を平行平板近似で計算すると約2.8×10-15
Fとなり、非常に大きな値である。そのためセルキャパ
シタに情報の書き込み,読み出しの際の蓄積電極6cの
電位の変動がこのカップリングキャパシタを通じて、隣
接する蓄積電極6cの電位に変動を与える。この電位の
変動が雑音となりメモリの安定な動作が得られないとい
う問題が生じる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板の表面に形成された第1絶縁体膜と第1絶縁
体膜の上に配置されかつ半導体基板に接続するように形
成された蓄積電極とに、高誘電率膜と対向電極とが積層
されており、少なくとも隣接する蓄積電極の間が、上記
高誘電率膜の誘電率よりも十分に低い誘電率を有する第
2絶縁膜で隔絶されている。
【0009】
【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0010】キャパシタの断面図である図1を参照する
と、本発明の第1の実施例は、キャパシタがタンタル4
aと白金5aとを積層した高さが0.1μm,上面面積
が0.4×1.0μm2 からなる構造の蓄積電極6aと
これに積層した高誘電率膜8aと対向電極9aとにより
構成される。隣接する蓄積電極6aの間には、絶縁膜7
aが設けられている。シリコン基板1と蓄積電極6aと
の電気的な接続は、シリコン基板1上のシリコン酸化膜
2に形成されたコンタクトに埋め込まれた多結晶シリコ
ン3を介してなされる。
【0011】製造工程を示す断面図である図2を参照す
ると、上記第1の実施例の製造方法は、初めに、シリコ
ン基板1を熱酸化して膜厚300nmのシリコン酸化膜
2を形成する。次に、通常のフォトリソグラフィーとド
ライエッチング技術とを用いて0.25×0.25μm
2 のコンタクト孔を開孔し、CVD法により膜厚400
nmと多結晶シリコンを成長し、燐を熱拡散(850
℃,30分)したのち、ドライエッチング技術を用いて
エッチバックし、コンタクト孔内に、多結晶シリコン3
を埋め込む〔図2(a)〕。
【0012】次に、スパッタ法により膜厚50nmのタ
ンタル膜と膜厚50nmの白金膜を積層するように成膜
し、通常のフォトリソグラフィーもしくはEB露光技術
とHBrガスを使用したドライエッチング技術を用いて
タンタル4a,白金5aに加工し、蓄積電極6aを形成
する〔図2(b)〕。
【0013】その後、CVD法により膜厚300nmの
シリコン酸化膜よりなる絶縁膜7により蓄積電極6aを
完全に埋め込み、その上面が所望な程度平坦になるよう
に堆積する〔図2(c)〕。
【0014】引き続き、この絶縁膜7をCF4 +CHF
3 ガスによるドライエッチング技術を用いて、上面が蓄
積電極6aの上面と同じ高さとなるまでエッチバック
し、絶縁膜7aを形成する〔図2(d)〕。
【0015】その状態で例えば高周波マグネトロン・ス
ッパタ法を用いて、成長温度650℃で膜厚70nmの
チタン酸バリウムストロンチウム((Ba0.5
0.5 )TiO3 )を成膜して高誘電率膜8cを形成す
る(〔図2(e)〕。これに積層するように、スパッタ
法により膜厚100nmの窒化チタン膜を成膜して対向
電極9aを形成すれば、図1に示すキャパシタの構造が
得られる。
【0016】上記第1の実施例は、セルサイズが0.6
×1.2μm2 (=0.72μm2)程度となり、25
6MDRAMのセルとして採用できる。また、隣接する
蓄積電極6aの間には絶縁膜7aが存在するため、平行
平板近似による隣接蓄積電極間のカップリングキャパシ
タの計算値が1.3×10-17 Fとなり、従来構造によ
り大幅に小さくなる。
【0017】キャパシタの断面図である図3を参照する
と、本発明の第3の実施例は、上記第1の実施例と異な
り、高誘電率膜8bがタンタル4bおよび白金5bから
なる蓄積電極6bの直上のみに存在し、隣接する蓄積電
極6bの間のみならず、高誘電率膜8bの間の部分も高
誘電率膜8bよりも誘電率が非常に低い絶縁膜7bで埋
め込まれている点である。
【0018】上記第1の実施例の構造では、隣接する蓄
積電極6aの間は低い誘電率の絶縁膜7aで隔絶されて
いるが、この絶縁膜7aの上部には高誘電率が8aがあ
るため、この部分の高誘電率8aを介するカップリング
キャパシタが存在してしまう(フリンジング効果)。し
かし、上記第2の実施例の構造では、蓄積電極6bのあ
いだの部分の上部にも高誘電率膜8bがないため、前述
のフリンジング効果が非常に対しく抑えられ、上記第1
の実施例の場合よりもカップリングキャパシタ抑制の効
果が大きくなる。例えば、セルサイズおよび蓄積電極6
bのサイグが上記第1の実施例と同じ場合、カップリン
グキャパシタの計算値が4.4×10-18 Fとなる。
【0019】構造工程を示す断面図である図4を参照す
ると、上記第2の実施例の製造方法は図2(a)に示し
た工程までは上記第1の実施例と同様に形成した後、ス
パッタ法により膜厚50nmのタンタル膜と膜厚50n
mの白金膜とを積層するように成膜する。引き続き、例
えば高周波マグネトロン・スッパタ法を用いて、成長温
度650℃で膜厚70nmのチタン酸バリウムストロン
チウム((Ba0.5 Sr0.5 )TiO3 )を成膜し、通
常のフォトリソグラフィーとHBrガスによるドライエ
ッチング技術とを用いてタンタル4b,白金5b,高誘
電率膜8bの形状に加工し、タンタル4bと白金5bと
からなる蓄積電極6bと高誘電率膜8bからなる容量絶
縁膜とする〔図4(a)〕。
【0020】その後、CVD法によりシリコン酸化膜よ
りなる絶縁膜7により高誘電率膜8bを完全に埋め込
み、その上面が所望な程度平坦になるように堆積する
〔図4(b)〕。
【0021】引き続き、この絶縁膜7をドライエッチン
グ技術を用いて、上面が高誘電率膜8bの上面と同じ高
さとなるまでエッチバックし、絶縁膜7bを形成する
〔図4(d)〕。これに積層するように、膜厚100n
mの窒化チタン膜を成膜して対向電極9bを形成すれ
ば、図3に示すキャパシタの構造が得られる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、高誘電率膜を用いるキ
ャパシタにおいて、隣接する蓄積電極の間に高誘電体電
率膜がある場合に問題となるカップリングキャパシタの
発生を抑性できる。このカップリングキャパシタを抑制
することによりキャパシタ間のカップリングノイズが低
減でき、高信頼のメモリ情報の書き込み、読み出しが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための断面図
である。
【図2】上記第1の実施例の製造方法を説明するための
工程順の断面図である。
【図3】本発明の第2の実施例を説明するための断面図
である。
【図4】上記第2の実施例の製造方法を説明するための
工程順の断面図である。
【図5】従来の半導体装置を説明するための断面図であ
る。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3 多結晶シリコン 4a,4b,4c タンタル 5a,5b,5c 白金 6a,6b,6c 蓄積電極 7,7a,7b 絶縁膜 8a,8b,8c 高誘電率膜 9a,9b,9c 対向電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面に形成されていた第1
    の絶縁体膜と該第1絶縁膜の上に配置されてかつ前記半
    導体基板と接続するように形成されていた複数の蓄積電
    極とに、高誘電率膜と対向電極とが積層されており、少
    なくつもり隣接する前記蓄積電極の間が前記高誘電率膜
    の誘電率よりも低い誘電率を有する第2絶縁膜で隔絶さ
    れていることを特徴とする半導体装置。
JP4237948A 1992-09-07 1992-09-07 半導体装置 Pending JPH0685193A (ja)

Priority Applications (3)

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JP4237948A JPH0685193A (ja) 1992-09-07 1992-09-07 半導体装置
US08/116,569 US5466964A (en) 1992-09-07 1993-09-07 Semiconductor device capable of increasing reliability
US08/441,573 US5548157A (en) 1992-09-07 1995-05-15 Semiconductor device capable of increasing reliability

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Effective date: 19990803