JPH09252085A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH09252085A
JPH09252085A JP5940996A JP5940996A JPH09252085A JP H09252085 A JPH09252085 A JP H09252085A JP 5940996 A JP5940996 A JP 5940996A JP 5940996 A JP5940996 A JP 5940996A JP H09252085 A JPH09252085 A JP H09252085A
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JP
Japan
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film
layer
semiconductor device
lower electrode
oxide layer
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Application number
JP5940996A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiichi Tanabe
邊 芳 一 田
Ikuo Fujiwara
原 郁 夫 藤
Kazuya Nishibori
堀 一 弥 西
Yoshiaki Kitaura
浦 義 昭 北
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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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a capacitance element having as high capacitance as possible, by forming an oxide layer of tungsten on the surface of a lower electrode on a semiconductor substrate, forming a dielectric layer on the oxide layer, and forming an upper electrode on the dielectric layer. SOLUTION: A tungsten film 5 to become a lower electrode is formed on a silicon substrate 1 forming an insulating film thereon, and coated with resist to form a resist pattern. With the pattern used as a mask the film 5 is patterned. The pattern is removed, annealed, an oxide layer 7 is formed on the film 5, and a Pt 11 for an upper electrode is formed on an STO film 9 as a dielectric layer on the layer 7. Thus, a capacitance element having as high capacitance as possible can be obtained.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は容量素子を有する半
導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a capacitive element.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体記憶素子に関しては、素子
の微細化による容量素子(キャパシタ)面積の縮小に伴
い蓄積容量の減少が問題となってきている。そこで、S
rTiO3 (以下STOと云う)などの高誘電体膜をキ
ャパシタ絶縁膜に用い、面積の縮小による蓄積容量の減
少を誘電率を高めることにより補償することが必須とな
ってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, with regard to semiconductor memory devices, a reduction in storage capacity has become a problem as the area of a capacitive element (capacitor) is reduced by miniaturization of the element. Then, S
It has become indispensable to use a high dielectric film such as rTiO 3 (hereinafter referred to as STO) as a capacitor insulating film and compensate for a decrease in storage capacitance due to a reduction in area by increasing a dielectric constant.

【0003】高誘電体膜としては、STOのような酸化
物系の絶縁膜が用いられることが多い。また、リーク特
性の向上、高誘電率の維持を行なうためには高誘電体膜
の良好な結晶性が不可欠であり、そのために酸素雰囲気
中での高温アニールが必須である。
An oxide insulating film such as STO is often used as the high dielectric film. Further, good crystallinity of the high dielectric film is indispensable for improving leak characteristics and maintaining a high dielectric constant, and therefore high temperature annealing in an oxygen atmosphere is indispensable.

【0004】これによりキャパシタ下部の電極表面は酸
化される。この酸化により形成された金属酸化物が低誘
電率を有する誘電体として働く場合には、低誘電率のキ
ャパシタが高誘電体膜によるキャパシタと直列に形成さ
れ、キャパシタ全体として誘電率の低下をきたしてしま
う。このため、特にキャパシタの下部電極に関しては、
耐酸化性の高いもの、あるいは、酸化されても導電性を
示すもの或いは、形成された酸化物自体が高い誘電性を
示すものが必要とされてきた。
As a result, the electrode surface under the capacitor is oxidized. When the metal oxide formed by this oxidation acts as a dielectric having a low dielectric constant, a low dielectric constant capacitor is formed in series with a capacitor made of a high dielectric film, resulting in a decrease in the dielectric constant of the entire capacitor. Will end up. Therefore, especially regarding the lower electrode of the capacitor,
There has been required a material having high oxidation resistance, a material exhibiting conductivity even when oxidized, or a material having a high dielectric property in the formed oxide itself.

【0005】下部電極に酸化されても導電性を示す材料
としてRuを用いた例(「高・強誘電体の電極材料(R
u、Ir)」、中村正明他、1995、電子通信情報学
会エレクトロニクスソサエティ大会(C−448)参
照)が知られている。この例を図4を参照して説明す
る。
An example in which Ru is used as a material exhibiting conductivity even if it is oxidized to the lower electrode (“high / ferroelectric electrode material (R
u, Ir) ”, Masaaki Nakamura et al., 1995, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Electronics Society Conference (C-448)). This example will be described with reference to FIG.

【0006】図4において、シリコン基板50上にTi
層、TiN層、Ru層の3層構造からなるキャパシタ下
部電極52が形成されている。そしてこの下部電極52
の所定領域上にはSTOからなるキャパシタ絶縁膜56
が形成され、この絶縁膜56上にはPtからなるキャパ
シタ上部電極58が形成される。このキャパシタ絶縁膜
56の形成の際に、酸素雰囲気中でSTOのスパッタ、
あるいはその後の高温アニールによって下部電極52の
表面が酸化されて、RuO2 からなる酸化物層54が形
成される。
In FIG. 4, Ti is formed on the silicon substrate 50.
A capacitor lower electrode 52 having a three-layer structure of a layer, a TiN layer, and a Ru layer is formed. And this lower electrode 52
Of the capacitor insulating film 56 made of STO on a predetermined area of
And a capacitor upper electrode 58 made of Pt is formed on the insulating film 56. When forming the capacitor insulating film 56, sputtering of STO in an oxygen atmosphere,
Alternatively, the surface of the lower electrode 52 is oxidized by the subsequent high temperature annealing, and the oxide layer 54 made of RuO 2 is formed.

【0007】この酸化物層54は比抵抗ρが90μΩ・
cmの導電性酸化物である。このため低誘電率の誘電体
とならずSTOを有するキャパシタの高誘電性が保たれ
る。なお、上記キャパシタにおいて、下部電極52中の
TiN層はシリコンのバリア膜として、Ti層はシリコ
ン基板50との密着性の向上のために用いられている。
同じ理由で、下部電極52としてTi/TiN/Irか
らなる3層構造のものが用いられた例もある。なお酸化
物IrO2 の比抵抗値ρは45μΩ・cm程度である。
The oxide layer 54 has a specific resistance ρ of 90 μΩ.
cm conductive oxide. Therefore, the high dielectric property of the capacitor having STO is maintained without becoming a low dielectric constant dielectric. In the above capacitor, the TiN layer in the lower electrode 52 is used as a silicon barrier film, and the Ti layer is used for improving the adhesion to the silicon substrate 50.
For the same reason, there is an example in which the lower electrode 52 has a three-layer structure of Ti / TiN / Ir. The specific resistance value ρ of the oxide IrO 2 is about 45 μΩ · cm.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、RuやIrな
どの金属は比較的高価でありコスト高となる上に、半導
体材料としてあまり用いられず、他の半導体製造プロセ
スとの整合性に問題がある。特にRuの場合は、1)シ
リコンやGaAsとの密着性が悪く、2)汚染されたと
きの影響について未知であり、3)用いるガス等エッチ
ングの条件が確立されていないという問題がある。
However, metals such as Ru and Ir are relatively expensive and costly, and are not often used as semiconductor materials, which causes a problem in compatibility with other semiconductor manufacturing processes. is there. Particularly in the case of Ru, there is a problem that 1) the adhesion to silicon or GaAs is poor, 2) the influence of contamination is unknown, and 3) the etching conditions such as the gas used are not established.

【0009】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であって、安価で容量が可及的に高い容量素子を有する
半導体装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a capacitive element which is inexpensive and has a capacitance as high as possible.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

[概要]本発明による半導体装置の第1の態様は、半導
体基板上に形成された下部電極と、この下部電極上に形
成されたタングステンの酸化物層と、この酸化物層上に
形成された誘電体層と、この誘電体層上に形成された上
部電極と、を備えていることを特徴とする。
[Outline] A first aspect of a semiconductor device according to the present invention is a lower electrode formed on a semiconductor substrate, a tungsten oxide layer formed on the lower electrode, and a tungsten oxide layer formed on the oxide layer. It is characterized by comprising a dielectric layer and an upper electrode formed on the dielectric layer.

【0011】また、本発明による半導体装置の第2の態
様は第1の態様の半導体装置において、前記タングステ
ンの酸化物層は二酸化タングステンを含むことを特徴と
する。
A second aspect of the semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the semiconductor device according to the first aspect, the tungsten oxide layer contains tungsten dioxide.

【0012】また本発明による半導体装置の第3の態様
は、第1の態様の半導体装置において、前記タングステ
ンの酸化物層は単斜晶構造の三酸化タングステンを含む
ことを特徴とする。
A third aspect of the semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the semiconductor device according to the first aspect, the oxide layer of tungsten contains tungsten trioxide having a monoclinic structure.

【0013】[作用]上述のように構成された本発明の
半導体装置によれば、下部電極と誘電体層との間に、導
電体となるタングステンの酸化物層が設けられているた
め、高い誘電率特性を有する誘電体の特性を損うことが
なく、高い容量を得ることができる。また、タングステ
ンはRuやIr等に比べて安価である。
[Operation] According to the semiconductor device of the present invention configured as described above, since the tungsten oxide layer serving as a conductor is provided between the lower electrode and the dielectric layer, it is high. A high capacitance can be obtained without impairing the characteristics of the dielectric having the dielectric constant characteristics. Further, tungsten is cheaper than Ru, Ir, or the like.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明による半導体装置の第1の
実施の形態を図面を参照して説明する。この実施の形態
の半導体装置の製造工程を図1に示す。まず例えばSi
2 からなる絶縁膜3が形成されたシリコン基板1上に
直流マグネトロンスパッタにより下部電極となる例えば
膜厚が2000オングストロームのW(タングステン)
膜5を形成する(図1(a)参照)。続いてW膜5上に
レジストを塗布し、露光現像することによりW膜5の所
定領域上にのみ残存するレジストパターン(図示せず)
を形成し、このレジストパターンをマスクにしてRIE
(Reactive Ion Etching)等の異方性エッチングを用い
てW膜5をパターニングする(図1(a)参照)。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. The manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment is shown in FIG. First, for example, Si
On the silicon substrate 1 on which the insulating film 3 made of O 2 is formed, a lower electrode is formed by DC magnetron sputtering, for example, W (tungsten) having a film thickness of 2000 angstrom.
The film 5 is formed (see FIG. 1A). Subsequently, a resist pattern (not shown) which remains only on a predetermined region of the W film 5 by applying a resist on the W film 5 and exposing and developing it
Is formed, and RIE is performed using this resist pattern as a mask.
The W film 5 is patterned using anisotropic etching such as (Reactive Ion Etching) (see FIG. 1A).

【0015】そして上記レジストパターニングを除去し
た後、ランプアニール装置によりO2 分圧が5atm
%、温度800℃の条件下において、1分間のアニール
を行い、W膜5の表面に導電性の酸化物層7を形成する
(図1(a)参照)。このとき形成される酸化物層7は
後述するように二酸化タングステンWOx (x=1.9
4〜2.02)であり、以下WO2 と表記する。
After the resist patterning is removed, the O 2 partial pressure is 5 atm by a lamp annealing device.
%, And annealing at a temperature of 800 ° C. for 1 minute to form a conductive oxide layer 7 on the surface of the W film 5 (see FIG. 1A). The oxide layer 7 formed at this time is made of tungsten dioxide WO x (x = 1.9) as described later.
4 to 2.02), and hereinafter referred to as WO 2 .

【0016】次に高周波マグネトロンスパッタを用いて
酸素雰囲気中において、キャパシタ絶縁膜となる厚さが
1000オングストロームのSTO膜9を基板1の全面
に形成する(図1(b)参照)。続いてランプアニール
装置を用いてN2 雰囲気中で温度が600℃の条件の下
で1分間のSTOの結晶化アニールを行う。その後、上
部電極となるPt膜11を基板1の全面のスパッタによ
り形成する。そしてこのPt膜11上にレジストを塗布
し、酸化物層7上の所定領域に残存するようにパターニ
ングすることにより、レジストパターンを形成する。こ
のレジストパターンをマスクにしてイオンミリングによ
ってPt膜11及びSTO膜9をエッチングし、上部電
極11及びキャパシタ絶縁膜9を形成する(図1(b)
参照)。
Next, the STO film 9 having a thickness of 1000 Å serving as a capacitor insulating film is formed on the entire surface of the substrate 1 in an oxygen atmosphere by using high frequency magnetron sputtering (see FIG. 1B). Then, crystallization annealing of STO is performed for 1 minute in a N 2 atmosphere at a temperature of 600 ° C. using a lamp annealing device. After that, the Pt film 11 to be the upper electrode is formed by sputtering the entire surface of the substrate 1. Then, a resist pattern is formed by applying a resist on the Pt film 11 and patterning it so that it remains in a predetermined region on the oxide layer 7. Using the resist pattern as a mask, the Pt film 11 and the STO film 9 are etched by ion milling to form the upper electrode 11 and the capacitor insulating film 9 (FIG. 1B).
reference).

【0017】次に上記レジストパターンを除去した後、
例えばSiO2 からなる層間絶縁膜13をCVD(Chem
ical Vapour Deposition)法を用いて基板1の全面に堆
積し、この層間絶縁膜13に、上部電極11、下部電極
5との接続孔を開口する。そして例えばAl等からなる
金属膜を堆積した後、この金属膜をパターニングし、上
部電極11及び下部電極5の読み出し電極15a及び1
5bを形成する(図1(b)参照)。
Next, after removing the resist pattern,
For example, the interlayer insulating film 13 made of SiO 2 is formed by CVD (Chem
The interlayer insulating film 13 is formed with a connection hole for the upper electrode 11 and the lower electrode 5 by forming a connection hole on the entire surface of the substrate 1 by using the ical vapor deposition method. Then, after depositing a metal film made of, for example, Al, the metal film is patterned, and the read electrodes 15a and 1 of the upper electrode 11 and the lower electrode 5 are formed.
5b is formed (see FIG. 1B).

【0018】このようにして形成したキャパシタの誘電
率をDC測定により求めたところ、ε=140と良好な
値が得られた。この値は従来の技術で述べたRu層、R
uO2 層、STO層、及びPt層からなる高誘電体キャ
パシタに比べて遜色ない結果である。これは、本実施の
形態の半導体装置においては、下部電極となるW層5と
STO層9との間にWO2 からなる金属酸化物層7が存
在するためと考えられる。このWO2 自体は酸化物であ
るが、比抵抗ρが2900μΩ・cmの導電体であるた
め、このWO2 層7が誘電率の低い絶縁層となることは
ない。したがって高誘電体膜9に直列に入る低誘電率の
酸化膜層が存在しないため、高誘電体膜(例えばSTO
膜)の持つ高い誘電率特性を損ねることなくキャパシタ
を形成することができる。WO2 の比抵抗はRuO2
IrO2 に比べて高いが、WO2膜7の膜厚をW膜5の
膜厚に比べて極力薄く形成すれば電極としての抵抗値を
小さくすることができる。また、WはRuやIrに比べ
安価であるとともに、他の半導体製造プロセスとの整合
性も良い。
When the dielectric constant of the capacitor thus formed was measured by DC measurement, a good value of ε = 140 was obtained. This value is the Ru layer and R described in the prior art.
This result is comparable to that of the high dielectric capacitor including the uO 2 layer, the STO layer, and the Pt layer. It is considered that this is because in the semiconductor device of the present embodiment, the metal oxide layer 7 made of WO 2 exists between the W layer 5 serving as the lower electrode and the STO layer 9. The WO 2 itself is an oxide, but since the WO 2 layer 7 is a conductor having a specific resistance ρ of 2900 μΩ · cm, the WO 2 layer 7 does not become an insulating layer having a low dielectric constant. Therefore, since there is no oxide film layer having a low dielectric constant which is serially connected to the high dielectric film 9, the high dielectric film (for example, STO
The capacitor can be formed without impairing the high dielectric constant characteristics of the film. The specific resistance of WO 2 is higher than that of RuO 2 or IrO 2 , but if the WO 2 film 7 is formed as thin as possible compared to the W film 5, the resistance value as an electrode can be reduced. . Further, W is less expensive than Ru and Ir, and has good compatibility with other semiconductor manufacturing processes.

【0019】次にWの酸化物に関するフェーズダイアグ
ラムを図2に示す。このフェーズダイヤグラムはRieck,
G.D. 著、「Tungsten and its Conpounds」p95 (Fig
8), 1967, Pergamon Pressに開示されているものであ
る。
Next, a phase diagram for the oxide of W is shown in FIG. This phase diagram is Rieck,
GD, "Tungsten and its Compounds" p95 (Fig.
8), 1967, Pergamon Press.

【0020】上記第1の実施の形態の半導体装置におい
ては、WO2 層7はO2 分圧が5atm%で温度が80
0℃の条件下に形成されるから、この実施の形態の半導
体装置のWO2 層7は図2に示すO2 分圧が0%〜6
6.5%で温度が725℃以上(図示はしていないが1
530℃まで)の領域に入っている。この領域はW+W
2 が形成される領域、実際にはW+WOx (x=1.
94〜2.02)が形成される領域である。本発明の容
量素子の如く、SiやGaAs等の半導体基板上に形成
する場合は、RTA(Rapid Thermal Anneal)により、
1000℃以下の熱処理が好ましい。
In the semiconductor device of the first embodiment, the WO 2 layer 7 has an O 2 partial pressure of 5 atm% and a temperature of 80.
Since it is formed under the condition of 0 ° C., the WO 2 layer 7 of the semiconductor device of this embodiment has an O 2 partial pressure of 0% to 6 shown in FIG.
At 6.5%, the temperature is 725 ° C or higher (not shown, but 1
(Up to 530 ° C). This area is W + W
The region where O 2 is formed, actually W + WO x (x = 1.
94 to 2.02) are formed. When it is formed on a semiconductor substrate such as Si or GaAs like the capacitive element of the present invention, by RTA (Rapid Thermal Anneal),
A heat treatment at 1000 ° C. or lower is preferable.

【0021】次に本発明による半導体装置の第2の実施
の形態を図3を参照して説明する。この実施の形態の半
導体装置はGaAs基板を用いたものである。
Next, a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. The semiconductor device of this embodiment uses a GaAs substrate.

【0022】まずGaAs基板31上に直流マグネトロ
ンスパッタによりWNx 層、W層を各々1000オング
ストローム、2000オングストローム堆積し、ランプ
アニール装置を用いてO2 分圧が40atm%、温度が
200℃の条件下で1分間のアニールを行い、下部電極
32の表面にWO2 膜33を形成する。次に異方性エッ
チングによりパターニングすることにより下部電極32
を形成する。
First, a WN x layer and a W layer are deposited on a GaAs substrate 31 by DC magnetron sputtering to 1000 Å and 2000 Å, respectively, and a lamp annealing apparatus is used to obtain an O 2 partial pressure of 40 atm% and a temperature of 200 ° C. Is annealed for 1 minute to form a WO 2 film 33 on the surface of the lower electrode 32. Then, the lower electrode 32 is patterned by anisotropic etching.
To form

【0023】次に高周波マグネトロンスパッタを用いて
酸素雰囲気中において、基板31を400℃以下の温度
で加熱しながらSTO膜34を1000オングストロー
ム堆積する。この基板加熱によりスパッタと同時にST
Oの結晶化を行えるためスパッタ後の高温でのSTO結
晶化アニールの必要はなくなる。続いて直流マグネトロ
ンスパッタを用いてWNx 層、W層を各々1000オン
グストローム、2000オングストローム堆積し、CF
4 +O2 系の反応性イオンエッチングを用いてパターニ
ングすることにより上部電極35を形成する。
Next, the STO film 34 is deposited to 1000 angstroms while heating the substrate 31 at a temperature of 400 ° C. or lower in an oxygen atmosphere by using high frequency magnetron sputtering. By this substrate heating, ST is performed at the same time as sputtering.
Since O can be crystallized, the need for STO crystallization annealing at high temperature after sputtering is eliminated. Subsequently, a WN x layer and a W layer are deposited to 1000 angstroms and 2000 angstroms, respectively, by using DC magnetron sputtering, and CF
The upper electrode 35 is formed by patterning using 4 + O 2 -based reactive ion etching.

【0024】次にこの上部電極35をマスクにして希釈
されたNH4 F液を用いてSTO膜34をエッチングす
ることによりキャパシタ絶縁膜34を形成する。これに
よりWNx 層、W層32、WO2 層33、STO層3
4、WNx ,W層35からなるキャパシタが形成され
る。この後、第1の実施の形態と同様に、接続孔を有す
る層間絶縁膜36を形成し、続いて読み出し電極37
a,37bを形成し、半導体装置を完成する。
Next, using the upper electrode 35 as a mask, the STO film 34 is etched with a diluted NH 4 F solution to form a capacitor insulating film 34. Thereby, the WN x layer, the W layer 32, the WO 2 layer 33, and the STO layer 3
4, a capacitor composed of the WN x and W layers 35 is formed. Thereafter, as in the first embodiment, the interlayer insulating film 36 having the connection hole is formed, and then the read electrode 37 is formed.
Then, a and 37b are formed to complete the semiconductor device.

【0025】この半導体装置をDC測定により誘電率を
求めたところε=120と良好な値が得られた。
When the dielectric constant of this semiconductor device was measured by DC measurement, a good value of ε = 120 was obtained.

【0026】この第2の実施の形態において形成される
WO2 膜33はO2 分圧が40atm%、温度が200
℃の条件で形成されるから、図2に示すO2 分圧が35
〜66.5atm%で温度が725℃以下の領域で形成
されたものと同一となる。この領域はW3 O+WO
2 が、実際にはW3 O+WOx (x=1.94〜2.0
2)が形成される。
The WO 2 film 33 formed in the second embodiment has an O 2 partial pressure of 40 atm% and a temperature of 200.
The O 2 partial pressure shown in FIG.
It is the same as that formed in the region where the temperature is 725 ° C. or lower at ˜66.5 atm%. This area is W 3 O + WO
2 is actually W 3 O + WO x (x = 1.94 to 2.0
2) is formed.

【0027】この第2の実施の形態においては、下部電
極となるW層32の表面に形成されるW3 O+WO2
らなる金属酸化物層33は第1の実施の形態の下部電極
5の表面に形成されるW+WO2 からなる金属酸化物層
7に比べて高抵抗となるが、GaAs基板などの低温プ
ロセスには有用である。
In the second embodiment, the metal oxide layer 33 made of W 3 O + WO 2 formed on the surface of the W layer 32 serving as the lower electrode is the surface of the lower electrode 5 of the first embodiment. Although it has a higher resistance than the metal oxide layer 7 made of W + WO 2 formed in the above, it is useful for a low temperature process such as a GaAs substrate.

【0028】また下部電極32としてWNx 層、W層か
らなる2層構造とすることによりGaAsMESFET
に用いられる耐熱ゲート電極と同一にでき、GaAsM
ESFETに用いた場合は工程の短縮が可能となる。
Further, the lower electrode 32 has a two-layer structure composed of a WN x layer and a W layer so that a GaAs MESFET is formed.
Can be made the same as the heat-resistant gate electrode used for
When used for an ESFET, the process can be shortened.

【0029】次に本発明による半導体装置の第3の実施
の形態を説明する。この第3の実施の形態の半導体装置
は下部電極と誘電体層との間に単斜晶構造の三酸化タン
グステンを用いるものである。この第3の実施の形態の
半導体装置の一製造方法を図1を参照して説明する。
Next, a third embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described. The semiconductor device of the third embodiment uses tungsten trioxide having a monoclinic structure between the lower electrode and the dielectric layer. A method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIG.

【0030】まずSiO2 膜3が形成された半導体基板
1上に下部電極となる厚さが2000オングストローム
のW膜5を反応性スパッタ法を用いて形成した後、フォ
トレジストパターン(図示せず)を形成し、このフォト
レジストパターンをマスクにしてRIE法により選択的
にW膜5を除去し、下部電極を形成する(図1(a)参
照)。そして酸素ガス雰囲気(600℃、02 分圧 8
0atm%)中で、高温熱処理し、W膜5の表面にWO
3 膜7を形成する(図1(a)参照)。この酸素ガス雰
囲気中での高温熱処理によって、下部電極表面に低誘電
率の酸化物が形成されるのを抑制することができ、容量
値の低下を防止することができる。
First, a W film 5 having a thickness of 2000 Å serving as a lower electrode is formed on the semiconductor substrate 1 having the SiO 2 film 3 formed thereon by a reactive sputtering method, and then a photoresist pattern (not shown) is formed. Is formed, and the W film 5 is selectively removed by RIE using this photoresist pattern as a mask to form a lower electrode (see FIG. 1A). And oxygen gas atmosphere (600 ℃, 0 2 partial pressure 8
(0 atm%), high-temperature heat treatment is performed to form WO on the surface of the W film 5.
3 The film 7 is formed (see FIG. 1A). By the high temperature heat treatment in the oxygen gas atmosphere, it is possible to suppress the formation of an oxide having a low dielectric constant on the surface of the lower electrode, and it is possible to prevent the capacitance value from decreasing.

【0031】その後、誘電体膜として膜厚が1000オ
ングストロームのSTO膜9、上部電極となる膜厚が1
000オングストロームのWN膜11を積層し、RIE
法により選択的にエッチングすることにより容量素子を
形成する(図1(b)参照)。
After that, the STO film 9 having a film thickness of 1000 angstrom as the dielectric film and the film thickness of 1 as the upper electrode are 1
000 angstrom WN film 11 is laminated, and RIE is performed.
A capacitive element is formed by selective etching by the method (see FIG. 1B).

【0032】更にこの後に、層間絶縁膜13を堆積し、
上部電極11及び下部電極5との接続孔を開孔し、例え
ばAuからなる金属膜を堆積し、パターニングすること
により配線15a、15bを形成し、半導体装置を完成
する(図1(a)参照)。
After that, an interlayer insulating film 13 is deposited,
A connection hole for the upper electrode 11 and the lower electrode 5 is opened, and a metal film made of, for example, Au is deposited and patterned to form wirings 15a and 15b, thereby completing the semiconductor device (see FIG. 1A). ).

【0033】上述の製造方法によって製造された半導体
装置をDC測定したら、誘電率εが240であった。
When the semiconductor device manufactured by the above manufacturing method was measured by DC, the dielectric constant ε was 240.

【0034】なお、上述の製造方法によって形成される
単斜晶構造の三酸化タングステン膜はO2 分圧が80a
tm%の条件で製造されたが、これは図2に示すフェー
ズダイアグラムにおいてO2 分圧が75〜100%の領
域に入っている。そしてこの領域で形成される三酸化タ
ングステンはWO(x=2.95〜3)となる。
The monoclinic structure tungsten trioxide film formed by the above manufacturing method has an O 2 partial pressure of 80a.
Although it was manufactured under the condition of tm%, this falls within the region where the O 2 partial pressure is 75 to 100% in the phase diagram shown in FIG. The tungsten trioxide formed in this region becomes WO x (x = 2.95-3).

【0035】なお、第1乃至第3の実施の形態において
はタングステンの酸化物(WO3 またはWO2 )からな
る膜の形成は、下部電極の表面を酸化させることにより
形成したが、酸素雰囲気中での反応性スパッタにより形
成しても良いなお上記第1乃至第3の実施の形態におい
てはキャパシタ絶縁膜の材質としてSTO(チタン酸ス
トロンチウム)を用いたが、BST(チタン酸バリウム
ストロンチウム)やPZT(PbZrx Ti1-x 3
等を用いることも可能である。
In the first to third embodiments, the film made of tungsten oxide (WO 3 or WO 2 ) is formed by oxidizing the surface of the lower electrode. In the first to third embodiments, STO (strontium titanate) is used as the material of the capacitor insulating film, but BST (barium strontium titanate) or PZT is used. (PbZr x Ti 1-x O 3 )
Etc. can also be used.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、安
価で容量が可及的に高いキャパシタを有する半導体装置
を得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device having a capacitor which is inexpensive and has a capacitance as high as possible.

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

【図1】本発明による半導体装置の第1の実施の形態の
製造工程を示す工程断面図。
FIG. 1 is a process sectional view showing a manufacturing process of a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】Wの酸化物に関するフェーズダイアグラム。FIG. 2 is a phase diagram of an oxide of W.

【図3】本発明による半導体装置の第2の実施の形態の
構成を示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of a second embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図4】従来の半導体装置の構成を示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 3 絶縁層 5 下部電極(W層) 7 金属酸化物層(WO2 層) 9 キャパシタ絶縁膜 11 上部電極 13 層間絶縁膜 15a,15b 読み出し電極 31 GaAs基板 32 下部電極 33 金属酸化物層(WO2 層) 34 キャパシタ絶縁膜 35 上部電極 36 層間絶縁膜 37a,37b 読み出し電極 50 シリコン基板 52 下部電極(Ru層) 54 金属酸化物層(RuO2 層) 56 キャパシタ絶縁膜 58 上部電極1 Silicon Substrate 3 Insulating Layer 5 Lower Electrode (W Layer) 7 Metal Oxide Layer (WO 2 Layer) 9 Capacitor Insulating Film 11 Upper Electrode 13 Interlayer Insulating Film 15a, 15b Readout Electrode 31 GaAs Substrate 32 Lower Electrode 33 Metal Oxide Layer (WO 2 layer) 34 capacitor insulating film 35 upper electrode 36 interlayer insulating films 37a, 37b readout electrode 50 silicon substrate 52 lower electrode (Ru layer) 54 metal oxide layer (RuO 2 layer) 56 capacitor insulating film 58 upper electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北 浦 義 昭 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshiaki Kitaura 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Research & Development Center

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に形成された下部電極と、こ
の下部電極上に形成されたタングステンの酸化物層と、
この酸化物層上に形成された誘電体層と、この誘電体層
上に形成された上部電極と、を備えていることを特徴と
する半導体装置。
1. A lower electrode formed on a semiconductor substrate, and a tungsten oxide layer formed on the lower electrode,
A semiconductor device comprising: a dielectric layer formed on the oxide layer; and an upper electrode formed on the dielectric layer.
【請求項2】前記タングステンの酸化物層は二酸化タン
グステンを含むことを特徴とする請求項1記載の半導体
装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the tungsten oxide layer contains tungsten dioxide.
【請求項3】前記タングステンの酸化物層は単斜晶構造
の三酸化タングステンを含むことを特徴とする請求項1
記載の半導体装置。
3. The tungsten oxide layer comprises tungsten trioxide having a monoclinic structure.
13. The semiconductor device according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6352889B1 (en) 1998-01-08 2002-03-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating capacitor and method for fabricating semiconductor device
JP2013131749A (en) * 2011-12-20 2013-07-04 Imec Metal-insulator-metal stack and method for manufacturing the same

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