JPH11111919A - 半導体装置の拡散障壁層及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置の拡散障壁層及びその製造方法Info
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- JPH11111919A JPH11111919A JP10160154A JP16015498A JPH11111919A JP H11111919 A JPH11111919 A JP H11111919A JP 10160154 A JP10160154 A JP 10160154A JP 16015498 A JP16015498 A JP 16015498A JP H11111919 A JPH11111919 A JP H11111919A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度に対して従来より高い耐酸化性を有し、
物質の相互拡散を防止しうる導電性拡散障壁層を有する
半導体装置を提供する。 【解決手段】 導電層間の拡散を防ぐ拡散障壁層３００
を５Ａ族又は６Ａ族の金属と、Ａｌと、Ｎとを含んで形
成することを特徴とする。５Ａ族又は６Ａ族の金属の含
有比が１〜６０原子％、Ａｌの含有比が１〜６０原子
％、Ｎの含有比が１〜６０原子％である。
物質の相互拡散を防止しうる導電性拡散障壁層を有する
半導体装置を提供する。 【解決手段】 導電層間の拡散を防ぐ拡散障壁層３００
を５Ａ族又は６Ａ族の金属と、Ａｌと、Ｎとを含んで形
成することを特徴とする。５Ａ族又は６Ａ族の金属の含
有比が１〜６０原子％、Ａｌの含有比が１〜６０原子
％、Ｎの含有比が１〜６０原子％である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は導電性拡散障壁層
（conductive diffusion barrier layer）を使用する半
導体装置及びその製造方法に関する。
（conductive diffusion barrier layer）を使用する半
導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路は多様な物質を用いて形
成された層よりなる。各層を形成する物質には、Ａｌ、
Ｐｔ、Ｃｕ及びＷのような導電性物質、Ｓｉ酸化物のよ
うな絶縁性物質、及び不純物のドープされた導電性Ｓｉ
のような半導体物質などがある。このように様々な特性
の物質により形成される半導体装置は、相互接触するこ
とにより電気的に接続されて回路を構成する。このとき
層間には、物質の過剰な拡散を防止するために導電性拡
散障壁層が必要になる。このような拡散障壁層としては
ＴｉＮ層、ＴａＮ層、ＴｉＳｉＮ層またはＴａＳｉＮ層
などがある。拡散障壁層に必要な特性としては高導電性
維持特性、拡散防止機能維持特性、熱的安全性及び高耐
酸化性などがある。
成された層よりなる。各層を形成する物質には、Ａｌ、
Ｐｔ、Ｃｕ及びＷのような導電性物質、Ｓｉ酸化物のよ
うな絶縁性物質、及び不純物のドープされた導電性Ｓｉ
のような半導体物質などがある。このように様々な特性
の物質により形成される半導体装置は、相互接触するこ
とにより電気的に接続されて回路を構成する。このとき
層間には、物質の過剰な拡散を防止するために導電性拡
散障壁層が必要になる。このような拡散障壁層としては
ＴｉＮ層、ＴａＮ層、ＴｉＳｉＮ層またはＴａＳｉＮ層
などがある。拡散障壁層に必要な特性としては高導電性
維持特性、拡散防止機能維持特性、熱的安全性及び高耐
酸化性などがある。
【０００３】拡散障壁層を使用する例としては、半導体
基板上にキャパシタを形成する場合があり、キャパシタ
の電極と不純物のドープされたＳｉ層の間に拡散障壁層
が入れられる。キャパシタの拡散障壁層は、電極とＳｉ
層を分離し、層物質の相互拡散を防止する。例えば、Ｎ
Ｏ（Nitride/Oxide）層やＴａ2Ｏ5層のような誘電層を
用いるキャパシタの場合には、拡散障壁層としてＴｉＮ
層またはＴａＮ層などを用いる。
基板上にキャパシタを形成する場合があり、キャパシタ
の電極と不純物のドープされたＳｉ層の間に拡散障壁層
が入れられる。キャパシタの拡散障壁層は、電極とＳｉ
層を分離し、層物質の相互拡散を防止する。例えば、Ｎ
Ｏ（Nitride/Oxide）層やＴａ2Ｏ5層のような誘電層を
用いるキャパシタの場合には、拡散障壁層としてＴｉＮ
層またはＴａＮ層などを用いる。
【０００４】半導体装置の高集積化に伴い、キャパシタ
の占有面積の減少が要求され、また大容量のキャパシタ
が要求されている。このようなキャパシタを作るため
に、ＢＳＴ（Ｂａ（Ｓｒ、Ｔｉ）Ｏ3）層またはＰＺＴ
（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）層のような、従来のＮＯ層
よりも１００倍以上の高誘電率をもつ物質よりなる誘電
層を用いる方法がある。また、キャパシタの形成工程の
単純化及び段差の減少も実現できる。
の占有面積の減少が要求され、また大容量のキャパシタ
が要求されている。このようなキャパシタを作るため
に、ＢＳＴ（Ｂａ（Ｓｒ、Ｔｉ）Ｏ3）層またはＰＺＴ
（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）層のような、従来のＮＯ層
よりも１００倍以上の高誘電率をもつ物質よりなる誘電
層を用いる方法がある。また、キャパシタの形成工程の
単純化及び段差の減少も実現できる。
【０００５】ＢＳＴ層やＰＺＴ層のような誘電層は酸素
原子を含んでおり、その形成において酸化性雰囲気での
熱処理工程が要求される。従って、キャパシタ電極とし
てＰｔのような高耐酸化性を有し、高温でも安定した導
電物質を使う必要がある。しかしこのような高耐酸化性
の電極は、電極と接触するＳｉ層のＳｉと反応しやすい
ために、拡散障壁層を電極とＳｉ層の間に入れる必要が
ある。
原子を含んでおり、その形成において酸化性雰囲気での
熱処理工程が要求される。従って、キャパシタ電極とし
てＰｔのような高耐酸化性を有し、高温でも安定した導
電物質を使う必要がある。しかしこのような高耐酸化性
の電極は、電極と接触するＳｉ層のＳｉと反応しやすい
ために、拡散障壁層を電極とＳｉ層の間に入れる必要が
ある。
【０００６】しかし、ＢＳＴ層やＰＺＴ層のような誘電
層の形成には、酸化性雰囲気における熱処理工程がある
ために、キャパシタ電極と接触する拡散障壁層及びＳｉ
層などが酸化される。即ち、酸化性雰囲気により、拡散
障壁層とＳｉ層の間に酸化層を形成することがある。ま
た、拡散障壁層やＳｉ層が酸化されると、酸化された部
分の抵抗が増加し、そのためにキャパシタンスが低くな
る。
層の形成には、酸化性雰囲気における熱処理工程がある
ために、キャパシタ電極と接触する拡散障壁層及びＳｉ
層などが酸化される。即ち、酸化性雰囲気により、拡散
障壁層とＳｉ層の間に酸化層を形成することがある。ま
た、拡散障壁層やＳｉ層が酸化されると、酸化された部
分の抵抗が増加し、そのためにキャパシタンスが低くな
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】Ｓｉ層の酸化は、誘電
層を形成するための酸化性雰囲気により拡散される酸素
により誘発される。従って、酸素の拡散を防止するため
には、拡散障壁層のさらに安定な酸素拡散防止特性及び
耐酸化性が要求される。また、拡散障壁層自体の酸化を
防止するためには、拡散障壁層として用いられる物質層
の温度に対する高耐酸化特性及び安定した導電性特性の
維持が要求される。
層を形成するための酸化性雰囲気により拡散される酸素
により誘発される。従って、酸素の拡散を防止するため
には、拡散障壁層のさらに安定な酸素拡散防止特性及び
耐酸化性が要求される。また、拡散障壁層自体の酸化を
防止するためには、拡散障壁層として用いられる物質層
の温度に対する高耐酸化特性及び安定した導電性特性の
維持が要求される。
【０００８】しかし、従来のＴｉＮよりなる拡散障壁層
は、酸化性雰囲気に露出されるとＴｉＯ2層のような酸
化層を形成する。ＴｉＯ2層は不導体の特性を示すため
Ｓｉ層と電極との間の抵抗を大きくする。従って、温度
に対してさらに高い耐酸化性及び導電性を有し、金属原
子、Ｓｉ原子の拡散及び酸素原子の拡散を防止しうる拡
散障壁層が求められている。
は、酸化性雰囲気に露出されるとＴｉＯ2層のような酸
化層を形成する。ＴｉＯ2層は不導体の特性を示すため
Ｓｉ層と電極との間の抵抗を大きくする。従って、温度
に対してさらに高い耐酸化性及び導電性を有し、金属原
子、Ｓｉ原子の拡散及び酸素原子の拡散を防止しうる拡
散障壁層が求められている。
【０００９】本発明の目的は、このような温度に対して
さらに高い耐酸化性を有し、物質の相互拡散を防止しう
る導電性拡散障壁層を有する半導体装置を提供すること
にある。
さらに高い耐酸化性を有し、物質の相互拡散を防止しう
る導電性拡散障壁層を有する半導体装置を提供すること
にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
る本発明の拡散障壁層を有する半導体装置は、導電層間
の拡散を防ぐ拡散障壁層を５Ａ族又は６Ａ族の金属と、
Ａｌと、Ｎとを含んで形成することを特徴とする。拡散
障壁層に含まれる５Ａ族又は６Ａ族の金属の含有比は１
〜６０原子％であるとよい。特に、５Ａ族又は６Ａ族の
金属はＴａであるとよい。拡散障壁層に含まれるＡｌの
含有比は１〜６０原子％であるとよい。拡散障壁層に含
まれるＮの含有比は１〜６０原子％であるとよい。ま
た、拡散障壁層は酸素をさらに含んでもよく、その場合
の含有比は１〜５０原子％であるとよい。導電層はＰ
ｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、ＰｔＯx、Ｒｈ
Ｏx、ＩｒＯx、ＲｕＯx、ＯｓＯx、ＰｄＯx、ＣａＲｕ
Ｏ3、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＩｒＯ3、ＳｒＩｒＯ3、Ｃｕ、
Ａｌ、Ｔａ、ＷＳｉx、Ｍｏ、ＭｏＳｉx、Ｗ、Ａｕ、Ｔ
ｉＮ又はＴａＮ、あるいはこれらを組み合わせた導電物
質からなる。
る本発明の拡散障壁層を有する半導体装置は、導電層間
の拡散を防ぐ拡散障壁層を５Ａ族又は６Ａ族の金属と、
Ａｌと、Ｎとを含んで形成することを特徴とする。拡散
障壁層に含まれる５Ａ族又は６Ａ族の金属の含有比は１
〜６０原子％であるとよい。特に、５Ａ族又は６Ａ族の
金属はＴａであるとよい。拡散障壁層に含まれるＡｌの
含有比は１〜６０原子％であるとよい。拡散障壁層に含
まれるＮの含有比は１〜６０原子％であるとよい。ま
た、拡散障壁層は酸素をさらに含んでもよく、その場合
の含有比は１〜５０原子％であるとよい。導電層はＰ
ｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、ＰｔＯx、Ｒｈ
Ｏx、ＩｒＯx、ＲｕＯx、ＯｓＯx、ＰｄＯx、ＣａＲｕ
Ｏ3、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＩｒＯ3、ＳｒＩｒＯ3、Ｃｕ、
Ａｌ、Ｔａ、ＷＳｉx、Ｍｏ、ＭｏＳｉx、Ｗ、Ａｕ、Ｔ
ｉＮ又はＴａＮ、あるいはこれらを組み合わせた導電物
質からなる。
【００１１】このような半導体装置を用いて製造するキ
ャパシタは、半導体基板上に形成されるコンタクトホー
ルを有する絶縁膜パターンと、コンタクトホールを埋め
る導電性プラグと、導電性プラグを介して半導体基板と
電気的に接続され、５Ａ族又は６Ａ族の金属とＡｌ及び
Ｎとを含む拡散障壁層パターンと、拡散障壁層パターン
上に形成された下部電極と、下部電極上に形成された誘
電層と、誘電層上に形成された上部電極と、を含んで構
成されることを特徴とする。導電性プラグは不純物をド
ープしたＳｉ、Ｗ又はこれらの組合せからなる物質の何
れか一つからなる。下部電極及び上部電極はＰｔ、Ｒ
ｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、ＰｔＯx、ＲｈＯx、Ｉｒ
Ｏx、ＲｕＯx、ＯｓＯx、ＰｄＯx、ＣａＲｕＯ3、Ｓｒ
ＲｕＯ3、ＣａＩｒＯ3、ＳｒＩｒＯ3、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔ
ａ、ＷＳｉx、Ｍｏ、ＭｏＳｉx、Ｗ、Ａｕ、ＴｉＮ又は
ＴａＮの何れか一つからなる。拡散障壁層パターンに含
まれる５Ａ族又は６Ａ族の金属の含有比が１〜６０原子
％であるとよい。拡散障壁層パターンに含まれるＡｌの
含有比が１〜６０原子％であるとよい。拡散障壁層パタ
ーンに含まれるＮの含有比が１〜６０原子％であるとよ
い。また拡散障壁層パターンは酸素をさらに含んでもよ
く、その場合の含有比は１〜５０原子％であるとよい。
誘電層はＴａ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、Ｂａ（Ｓｒ、Ｔｉ）
Ｏ3、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、
（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3又はＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12
の何れか一つの誘電物質からなる。
ャパシタは、半導体基板上に形成されるコンタクトホー
ルを有する絶縁膜パターンと、コンタクトホールを埋め
る導電性プラグと、導電性プラグを介して半導体基板と
電気的に接続され、５Ａ族又は６Ａ族の金属とＡｌ及び
Ｎとを含む拡散障壁層パターンと、拡散障壁層パターン
上に形成された下部電極と、下部電極上に形成された誘
電層と、誘電層上に形成された上部電極と、を含んで構
成されることを特徴とする。導電性プラグは不純物をド
ープしたＳｉ、Ｗ又はこれらの組合せからなる物質の何
れか一つからなる。下部電極及び上部電極はＰｔ、Ｒ
ｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、ＰｔＯx、ＲｈＯx、Ｉｒ
Ｏx、ＲｕＯx、ＯｓＯx、ＰｄＯx、ＣａＲｕＯ3、Ｓｒ
ＲｕＯ3、ＣａＩｒＯ3、ＳｒＩｒＯ3、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔ
ａ、ＷＳｉx、Ｍｏ、ＭｏＳｉx、Ｗ、Ａｕ、ＴｉＮ又は
ＴａＮの何れか一つからなる。拡散障壁層パターンに含
まれる５Ａ族又は６Ａ族の金属の含有比が１〜６０原子
％であるとよい。拡散障壁層パターンに含まれるＡｌの
含有比が１〜６０原子％であるとよい。拡散障壁層パタ
ーンに含まれるＮの含有比が１〜６０原子％であるとよ
い。また拡散障壁層パターンは酸素をさらに含んでもよ
く、その場合の含有比は１〜５０原子％であるとよい。
誘電層はＴａ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、Ｂａ（Ｓｒ、Ｔｉ）
Ｏ3、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、
（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3又はＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12
の何れか一つの誘電物質からなる。
【００１２】そのキャパシタの製造方法は、半導体基板
上にコンタクトホールを有する絶縁膜パターンを形成す
る段階と、コンタクトホールに導電性プラグを埋める段
階と、導電性プラグを介して半導体基板に電気的に接続
され、５Ａ族又は６Ａ族の金属とＡｌとＮとを含む拡散
障壁層を形成する段階と、拡散障壁層上に下部電極層を
形成する段階と、下部電極層及び拡散障壁層をパタニン
グして下部電極及び拡散障壁層パターンを形成する段階
と、下部電極を覆う誘電層を形成する段階と、誘電層上
に上部電極を形成する段階と、からなることを特徴とす
る。導電性プラグは不純物をドープしたＳｉ、Ｗ又はこ
れらの組合せからなる物質の何れか一つからなる。下部
電極及び上部電極はＰｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐ
ｄ、ＰｔＯx、ＲｈＯx、ＩｒＯx、ＲｕＯx、ＯｓＯx、
ＰｄＯx、ＣａＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＩｒＯ3、Ｓ
ｒＩｒＯ3、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、ＷＳｉx、Ｍｏ、ＭｏＳ
ｉ x、Ｗ、Ａｕ、ＴｉＮ又はＴａＮの何れか一つからな
る。拡散障壁層パターンに含まれる５Ａ族又は６Ａ族の
金属の含有比が１〜６０原子％であるとよい。拡散障壁
層パターンに含まれるＡｌの含有比が１〜６０原子％で
あるとよい。拡散障壁層パターンに含まれるＮの含有比
が１〜６０原子％であるとよい。また拡散障壁層パター
ンは酸素をさらに含んでもよく、その場合の含有比は１
〜５０原子％であるとよい。誘電層はＴａ2Ｏ5、ＳｒＴ
ｉＯ3、Ｂａ（Ｓｒ、Ｔｉ）Ｏ3、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ
3、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）
Ｏ3又はＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12の何れか一つの誘電物質からな
る。
上にコンタクトホールを有する絶縁膜パターンを形成す
る段階と、コンタクトホールに導電性プラグを埋める段
階と、導電性プラグを介して半導体基板に電気的に接続
され、５Ａ族又は６Ａ族の金属とＡｌとＮとを含む拡散
障壁層を形成する段階と、拡散障壁層上に下部電極層を
形成する段階と、下部電極層及び拡散障壁層をパタニン
グして下部電極及び拡散障壁層パターンを形成する段階
と、下部電極を覆う誘電層を形成する段階と、誘電層上
に上部電極を形成する段階と、からなることを特徴とす
る。導電性プラグは不純物をドープしたＳｉ、Ｗ又はこ
れらの組合せからなる物質の何れか一つからなる。下部
電極及び上部電極はＰｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐ
ｄ、ＰｔＯx、ＲｈＯx、ＩｒＯx、ＲｕＯx、ＯｓＯx、
ＰｄＯx、ＣａＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＩｒＯ3、Ｓ
ｒＩｒＯ3、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、ＷＳｉx、Ｍｏ、ＭｏＳ
ｉ x、Ｗ、Ａｕ、ＴｉＮ又はＴａＮの何れか一つからな
る。拡散障壁層パターンに含まれる５Ａ族又は６Ａ族の
金属の含有比が１〜６０原子％であるとよい。拡散障壁
層パターンに含まれるＡｌの含有比が１〜６０原子％で
あるとよい。拡散障壁層パターンに含まれるＮの含有比
が１〜６０原子％であるとよい。また拡散障壁層パター
ンは酸素をさらに含んでもよく、その場合の含有比は１
〜５０原子％であるとよい。誘電層はＴａ2Ｏ5、ＳｒＴ
ｉＯ3、Ｂａ（Ｓｒ、Ｔｉ）Ｏ3、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ
3、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）
Ｏ3又はＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12の何れか一つの誘電物質からな
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付し
た図面に基づき詳しく説明する。
た図面に基づき詳しく説明する。
【００１４】図１を参照すれば、第１導電層２００と第
２導電層４００の間に拡散障壁層３００が形成される。
以下、半導体装置のキャパシタの電極構造に、拡散障壁
層３００を使用する場合を例として説明する。
２導電層４００の間に拡散障壁層３００が形成される。
以下、半導体装置のキャパシタの電極構造に、拡散障壁
層３００を使用する場合を例として説明する。
【００１５】第１導電層２００は、不純物のドープされ
たＳｉ層やＷ層のような金属層などの導電物質層よりな
る。第１導電層２００は、キャパシタの電極構造におけ
るプラグを示す。第２導電層４００は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒ
ｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、ＰｔＯx、ＲｈＯx、ＩｒＯx、
ＲｕＯx、ＯｓＯx、ＰｄＯx、ＣａＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ
3、ＣａＩｒＯ3、ＳｒＩｒＯ3、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ
Ｓｉx、Ｍｏ、ＭｏＳｉ x、Ｗ、Ａｕ、ＴｉＮまたはＴａ
Ｎ、あるいはこれらを組合せた導電物質よりなる。第２
導電層４００はキャパシタの電極となる。
たＳｉ層やＷ層のような金属層などの導電物質層よりな
る。第１導電層２００は、キャパシタの電極構造におけ
るプラグを示す。第２導電層４００は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒ
ｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、ＰｔＯx、ＲｈＯx、ＩｒＯx、
ＲｕＯx、ＯｓＯx、ＰｄＯx、ＣａＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ
3、ＣａＩｒＯ3、ＳｒＩｒＯ3、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ
Ｓｉx、Ｍｏ、ＭｏＳｉ x、Ｗ、Ａｕ、ＴｉＮまたはＴａ
Ｎ、あるいはこれらを組合せた導電物質よりなる。第２
導電層４００はキャパシタの電極となる。
【００１６】拡散障壁層３００は、第１及び第２導電層
２００、４００の間に生成されて第１及び第２導電層２
００、４００を分離し、相互拡散を抑制する。拡散障壁
層３００には、Ｔａ、Ａｌ及びＮを含む化合物層を用い
る。具体的には、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ層のような化合物層を
用いる。この際、拡散障壁層３００は、原子百分率（at
omic percentage）で約１〜６０原子％の原子濃度（ato
mic concentration）のＴａを含む。また、Ｔａを５Ａ
族または６Ａ族金属、例えばＭｏ、ＮｂまたはＷのよう
な金属に置き換えても良い。この際、Ｍｏ、Ｎｂ又はＷ
は、Ｔａと同じく原子百分率で約１〜６０原子％の濃度
で含まれる。Ａｌ及びＮの濃度も原子百分率で約１〜６
０％である。
２００、４００の間に生成されて第１及び第２導電層２
００、４００を分離し、相互拡散を抑制する。拡散障壁
層３００には、Ｔａ、Ａｌ及びＮを含む化合物層を用い
る。具体的には、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ層のような化合物層を
用いる。この際、拡散障壁層３００は、原子百分率（at
omic percentage）で約１〜６０原子％の原子濃度（ato
mic concentration）のＴａを含む。また、Ｔａを５Ａ
族または６Ａ族金属、例えばＭｏ、ＮｂまたはＷのよう
な金属に置き換えても良い。この際、Ｍｏ、Ｎｂ又はＷ
は、Ｔａと同じく原子百分率で約１〜６０原子％の濃度
で含まれる。Ａｌ及びＮの濃度も原子百分率で約１〜６
０％である。
【００１７】また拡散障壁層３００には、Ｔａ−Ａｌ−
Ｎ層に酸素を含めたＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層のような化合
物層を用いてもよい。この際、拡散障壁層３００は原子
百分率で約１〜６０原子％の原子濃度のＴａと１〜６０
原子％のＡｌ及びＮからなり、さらに原子百分率で約１
〜５０原子％の濃度で酸素が含まれる。ＴａをＭｏ、Ｎ
ｂ又はＷなどの５Ａ族または６Ａ族の金属とＴａと同じ
濃度で置き換えても良い。
Ｎ層に酸素を含めたＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層のような化合
物層を用いてもよい。この際、拡散障壁層３００は原子
百分率で約１〜６０原子％の原子濃度のＴａと１〜６０
原子％のＡｌ及びＮからなり、さらに原子百分率で約１
〜５０原子％の濃度で酸素が含まれる。ＴａをＭｏ、Ｎ
ｂ又はＷなどの５Ａ族または６Ａ族の金属とＴａと同じ
濃度で置き換えても良い。
【００１８】このような拡散障壁層３００は、従来のＴ
ｉＮ層やＴａＮ層に比べて高熱処理時にも高い耐酸化性
及び高いコンタクト抵抗安定性を示す。そのために、第
１導電層２００、即ちプラグと、第２導電層４００、即
ち電極間のコンタクト抵抗値が、高熱処理後にも変化量
が少ない。このような拡散障壁層３００の実験例を図
２、図３に基づき詳しく説明する。
ｉＮ層やＴａＮ層に比べて高熱処理時にも高い耐酸化性
及び高いコンタクト抵抗安定性を示す。そのために、第
１導電層２００、即ちプラグと、第２導電層４００、即
ち電極間のコンタクト抵抗値が、高熱処理後にも変化量
が少ない。このような拡散障壁層３００の実験例を図
２、図３に基づき詳しく説明する。
【００１９】実験例１：酸化性雰囲気で熱処理されたＴ
ａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層及びＴａＮ層の抵抗値測定
ａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層及びＴａＮ層の抵抗値測定
【００２０】本発明の拡散障壁層にＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ
層、従来の拡散障壁層にＴａＮ層を用いて以下のような
条件で測定した。Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層及びＴａＮ層を
約５０ｎｍの厚さで形成した後、酸化性雰囲気の中で熱
処理を行なう。この際、酸化性雰囲気は窒素ガスに１％
の酸素ガスを混ぜた混合ガスを使用する。熱処理は、室
温から約８００℃までの温度条件で行われる。熱処理後
に４点測定法（4-point probe measurement）で抵抗値
を測定した結果を図２に示す。
層、従来の拡散障壁層にＴａＮ層を用いて以下のような
条件で測定した。Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層及びＴａＮ層を
約５０ｎｍの厚さで形成した後、酸化性雰囲気の中で熱
処理を行なう。この際、酸化性雰囲気は窒素ガスに１％
の酸素ガスを混ぜた混合ガスを使用する。熱処理は、室
温から約８００℃までの温度条件で行われる。熱処理後
に４点測定法（4-point probe measurement）で抵抗値
を測定した結果を図２に示す。
【００２１】図２の結果から、ＴａＮ層は約５００℃か
ら抵抗値が急激に増加し、約６００℃の熱処理を行なっ
た場合には、ほとんど絶縁体と見なされる程の高抵抗値
になる。この結果から、ＴａＮ層が約５００℃〜５５０
℃から酸化が急激に始まることがわかる。また、酸化は
急激に進行し６００℃以上の温度では、ＴａＮ層が、ほ
とんど酸化層に変わっていることを示す。ＴａＮ層はＴ
ｉＮ層に比べて高い耐酸化性を有する。従って、ＴｉＮ
層も５００℃以上の温度では酸化されて高抵抗値を示す
ことになる。
ら抵抗値が急激に増加し、約６００℃の熱処理を行なっ
た場合には、ほとんど絶縁体と見なされる程の高抵抗値
になる。この結果から、ＴａＮ層が約５００℃〜５５０
℃から酸化が急激に始まることがわかる。また、酸化は
急激に進行し６００℃以上の温度では、ＴａＮ層が、ほ
とんど酸化層に変わっていることを示す。ＴａＮ層はＴ
ｉＮ層に比べて高い耐酸化性を有する。従って、ＴｉＮ
層も５００℃以上の温度では酸化されて高抵抗値を示す
ことになる。
【００２２】一方Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層は、約８００℃
の高い熱処理温度でも抵抗の急激な増加を示さない。即
ち、高温で熱処理を行っても安定した導電性を示し、約
８００℃の高温でもほとんど酸化されないことを意味す
る。これは、酸化性雰囲気に接するＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ
層の表面に緻密な（Ｔａ、Ａｌ）Ｏx層が形成され、酸
化性雰囲気の酸素原子がＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層の内部に
拡散することが抑制されるためである。（Ｔａ、Ａｌ）
ＯxはＴａとＡｌとの固溶体を示し、ＴａとＡｌの含有
比は調節できる。また、Ａｌの酸化物Ａｌ2Ｏ3層は不導
体である反面、ＡｌにＴａが固溶されて形成される酸化
物の（Ｔａ、Ａｌ）Ｏx層は導電性である。従って、酸
化性雰囲気によってＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層の表面に形成
される（Ｔａ、Ａｌ）Ｏx層は導電性を有する。従っ
て、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層はその表面の（Ｔａ、Ａｌ）
Ｏx層によって抵抗が増加せず、高熱処理後にも安定し
た導電特性を保つ。
の高い熱処理温度でも抵抗の急激な増加を示さない。即
ち、高温で熱処理を行っても安定した導電性を示し、約
８００℃の高温でもほとんど酸化されないことを意味す
る。これは、酸化性雰囲気に接するＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ
層の表面に緻密な（Ｔａ、Ａｌ）Ｏx層が形成され、酸
化性雰囲気の酸素原子がＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層の内部に
拡散することが抑制されるためである。（Ｔａ、Ａｌ）
ＯxはＴａとＡｌとの固溶体を示し、ＴａとＡｌの含有
比は調節できる。また、Ａｌの酸化物Ａｌ2Ｏ3層は不導
体である反面、ＡｌにＴａが固溶されて形成される酸化
物の（Ｔａ、Ａｌ）Ｏx層は導電性である。従って、酸
化性雰囲気によってＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層の表面に形成
される（Ｔａ、Ａｌ）Ｏx層は導電性を有する。従っ
て、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層はその表面の（Ｔａ、Ａｌ）
Ｏx層によって抵抗が増加せず、高熱処理後にも安定し
た導電特性を保つ。
【００２３】このようにＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層は、従来
のＴｉＮ層またはＴａＮ層に比べて高温でも高い耐酸化
性を保ち、安定した導電性を示す。Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ
層はＴａ−Ａｌ−Ｎ層にＯがドープされて形成される。
従って、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ層は酸化性雰囲気ではＴａ−Ａ
ｌ−Ｎ−Ｏ層のような効果を持つ。また、Ｔａを５Ａ族
または６Ａ族元素と置き換えた拡散障壁層、例えばＮｂ
−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層、Ｎｂ−Ａｌ−Ｎ層、Ｍｏ−Ａｌ−Ｎ
−Ｏ層、Ｍｏ−Ａｌ−Ｎ層、Ｗ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層又はＷ
−Ａｌ−Ｎ層でも同様の効果がえられる。
のＴｉＮ層またはＴａＮ層に比べて高温でも高い耐酸化
性を保ち、安定した導電性を示す。Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ
層はＴａ−Ａｌ−Ｎ層にＯがドープされて形成される。
従って、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ層は酸化性雰囲気ではＴａ−Ａ
ｌ−Ｎ−Ｏ層のような効果を持つ。また、Ｔａを５Ａ族
または６Ａ族元素と置き換えた拡散障壁層、例えばＮｂ
−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層、Ｎｂ−Ａｌ−Ｎ層、Ｍｏ−Ａｌ−Ｎ
−Ｏ層、Ｍｏ−Ａｌ−Ｎ層、Ｗ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層又はＷ
−Ａｌ−Ｎ層でも同様の効果がえられる。
【００２４】実験例２：酸化性雰囲気で熱処理されたｐ
ｏｌｙ−Ｓｉ層／Ｔｉ層／Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層構造の
ケルビンパターン（kelvin pattern）によるコンタクト
抵抗値測定
ｏｌｙ−Ｓｉ層／Ｔｉ層／Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層構造の
ケルビンパターン（kelvin pattern）によるコンタクト
抵抗値測定
【００２５】ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）層、即ち
不純物がドープされた多結晶Ｓｉ層上にＴｉ層を約１０
ｎｍの厚さで形成する。そして、Ｔｉ層上にＴａ−Ａｌ
−Ｎ−Ｏ層を約１００ｎｍの厚さで形成し、Ｔｉ層及び
ｐｏｌｙ−Ｓｉ層を覆う。Ｔｉ層は界面特性を改質する
役割を果たす。このように形成されたｐｏｌｙ−Ｓｉ層
／Ｔｉ層／Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層の構造を酸化雰囲気、
例えば窒素に１％の酸素を混ぜたガスを用いた酸化雰囲
気で、多様な温度条件で熱処理する。熱処理されたｐｏ
ｌｙ−Ｓｉ層／Ｔｉ層／Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層の単位コ
ンタクトの大きさ、この場合１μｍ2のコンタクト面積
におけるコンタクト抵抗を、ケルビンパターンを用いて
測定する。このように測定した結果を図３に示す。
不純物がドープされた多結晶Ｓｉ層上にＴｉ層を約１０
ｎｍの厚さで形成する。そして、Ｔｉ層上にＴａ−Ａｌ
−Ｎ−Ｏ層を約１００ｎｍの厚さで形成し、Ｔｉ層及び
ｐｏｌｙ−Ｓｉ層を覆う。Ｔｉ層は界面特性を改質する
役割を果たす。このように形成されたｐｏｌｙ−Ｓｉ層
／Ｔｉ層／Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層の構造を酸化雰囲気、
例えば窒素に１％の酸素を混ぜたガスを用いた酸化雰囲
気で、多様な温度条件で熱処理する。熱処理されたｐｏ
ｌｙ−Ｓｉ層／Ｔｉ層／Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層の単位コ
ンタクトの大きさ、この場合１μｍ2のコンタクト面積
におけるコンタクト抵抗を、ケルビンパターンを用いて
測定する。このように測定した結果を図３に示す。
【００２６】図３によると熱処理温度によるコンタクト
抵抗の変化は少なく、約８００℃の高熱処理条件下でも
コンタクト抵抗が増加しない。このような結果は、約８
００℃の高温でもＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層が、酸素原子の
Ｔｉ層及びｐｏｌｙ−Ｓｉ層への拡散を防止することを
示す。また、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層の酸化による抵抗の
増加も防止できる。
抵抗の変化は少なく、約８００℃の高熱処理条件下でも
コンタクト抵抗が増加しない。このような結果は、約８
００℃の高温でもＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層が、酸素原子の
Ｔｉ層及びｐｏｌｙ−Ｓｉ層への拡散を防止することを
示す。また、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層の酸化による抵抗の
増加も防止できる。
【００２７】以上のようにＴａ−Ａｌ−Ｎ層またはＴａ
−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層を用いた拡散障壁層は、従来のＴｉＮ
層、ＴａＮ層、ＴｉＳｉＮ層又はＴａＳｉＮ層の拡散障
壁層に比べて高温及び酸化性雰囲気の条件下で、酸素原
子の拡散を防止できる。また、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ層又はＴ
ａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層は、従来の拡散障壁層に比べて高温
の条件でも高い耐酸化性を持ち、例えば約８００℃の温
度条件の酸化性雰囲気下でもほとんど酸化されず、安定
した導電性を保つ。従って、従来のＴｉＮ層、ＴａＮ
層、ＴｉＳｉＮ層又はＴａＳｉＮ層の拡散障壁層に比べ
て安定した導電特性を保てる。このような効果はＴａを
５Ａ族または６Ａ族金属、例えばＮｂ、Ｍｏ又はＷのよ
うな金属に置き換ても得られる。具体的には、Ｎｂ−Ａ
ｌ−Ｎ−Ｏ層、Ｎｂ−Ａｌ−Ｎ層、Ｍｏ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ
層、Ｍｏ−Ａｌ−Ｎ層、Ｗ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層及びＷ−Ａ
ｌ−Ｎ層等である。
−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層を用いた拡散障壁層は、従来のＴｉＮ
層、ＴａＮ層、ＴｉＳｉＮ層又はＴａＳｉＮ層の拡散障
壁層に比べて高温及び酸化性雰囲気の条件下で、酸素原
子の拡散を防止できる。また、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ層又はＴ
ａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層は、従来の拡散障壁層に比べて高温
の条件でも高い耐酸化性を持ち、例えば約８００℃の温
度条件の酸化性雰囲気下でもほとんど酸化されず、安定
した導電性を保つ。従って、従来のＴｉＮ層、ＴａＮ
層、ＴｉＳｉＮ層又はＴａＳｉＮ層の拡散障壁層に比べ
て安定した導電特性を保てる。このような効果はＴａを
５Ａ族または６Ａ族金属、例えばＮｂ、Ｍｏ又はＷのよ
うな金属に置き換ても得られる。具体的には、Ｎｂ−Ａ
ｌ−Ｎ−Ｏ層、Ｎｂ−Ａｌ−Ｎ層、Ｍｏ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ
層、Ｍｏ−Ａｌ−Ｎ層、Ｗ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層及びＷ−Ａ
ｌ−Ｎ層等である。
【００２８】図４は半導体基板１００上に形成されるキ
ャパシタ構造を示しており、コンタクトホール１７０を
有する絶縁膜パターン１５０と、コンタクトホール１７
０を介して半導体基板１００と電気的に接続され、Ｔ
ａ、Ｍｏ、ＮｂまたはＷなどの金属とＡｌ及びＮを含ん
で形成された拡散障壁層パターン３５０と、拡散障壁層
パターン３５０上に形成された下部電極４５０と、下部
電極４５０上に形成された誘電層５００と、誘電層５０
０上に形成された上部電極６００と、コンタクトホール
２５０を埋める導電性プラグ２５０と、からなる。
ャパシタ構造を示しており、コンタクトホール１７０を
有する絶縁膜パターン１５０と、コンタクトホール１７
０を介して半導体基板１００と電気的に接続され、Ｔ
ａ、Ｍｏ、ＮｂまたはＷなどの金属とＡｌ及びＮを含ん
で形成された拡散障壁層パターン３５０と、拡散障壁層
パターン３５０上に形成された下部電極４５０と、下部
電極４５０上に形成された誘電層５００と、誘電層５０
０上に形成された上部電極６００と、コンタクトホール
２５０を埋める導電性プラグ２５０と、からなる。
【００２９】導電性プラグ２５０は不純物のドープされ
たＳｉ、Ｗまたはこれらの組合せの導電物質で形成さ
れ、ブランケットＣＶＤ（blanket Chemical Vapour De
position）または選択的ＣＶＤ法で形成する。導電性プ
ラグ２５０は、拡散障壁層パターン３５０と半導体基板
１００を電気的に接続する役目を持つ。
たＳｉ、Ｗまたはこれらの組合せの導電物質で形成さ
れ、ブランケットＣＶＤ（blanket Chemical Vapour De
position）または選択的ＣＶＤ法で形成する。導電性プ
ラグ２５０は、拡散障壁層パターン３５０と半導体基板
１００を電気的に接続する役目を持つ。
【００３０】下部電極４５０及び上部電極６００は、Ｐ
ｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、ＰｄのようなＰｔ族金属
や、ＰｔＯx、ＲｈＯx、ＩｒＯx、ＲｕＯx、ＯｓＯx、
ＰｄＯxのようなＰｔ族金属の酸化物、あるいはＣａＲ
ｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＩｒＯ3、ＳｒＩｒＯ3、Ｃ
ｕ、Ａｌ、Ｔａ、ＷＳｉx、Ｍｏ、ＭｏＳｉx、Ｗ、Ａ
ｕ、ＴｉＮ、ＴａＮのような導電物質、またはこれらの
物質の組合せよりなる物質で作られる。
ｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、ＰｄのようなＰｔ族金属
や、ＰｔＯx、ＲｈＯx、ＩｒＯx、ＲｕＯx、ＯｓＯx、
ＰｄＯxのようなＰｔ族金属の酸化物、あるいはＣａＲ
ｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＩｒＯ3、ＳｒＩｒＯ3、Ｃ
ｕ、Ａｌ、Ｔａ、ＷＳｉx、Ｍｏ、ＭｏＳｉx、Ｗ、Ａ
ｕ、ＴｉＮ、ＴａＮのような導電物質、またはこれらの
物質の組合せよりなる物質で作られる。
【００３１】誘電層５００は、高誘電率を有する誘電物
質で形成される。例えば、Ｔａ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、Ｂ
ａ（Ｓｒ、Ｔｉ）Ｏ3、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3、ＳｒＢ
ｉ2Ｔａ2Ｏ9、（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3又はＢ
ｉ4Ｔｉ3Ｏ12などである。誘電層５００を形成する際、
高温の熱処理工程と酸化雰囲気が要求される。従って、
下部電極４５０及び上部電極６００は、前述したような
耐酸化性を有する導電物質で形成することが望ましい。
質で形成される。例えば、Ｔａ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、Ｂ
ａ（Ｓｒ、Ｔｉ）Ｏ3、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3、ＳｒＢ
ｉ2Ｔａ2Ｏ9、（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3又はＢ
ｉ4Ｔｉ3Ｏ12などである。誘電層５００を形成する際、
高温の熱処理工程と酸化雰囲気が要求される。従って、
下部電極４５０及び上部電極６００は、前述したような
耐酸化性を有する導電物質で形成することが望ましい。
【００３２】拡散障壁層３５０は、プラグ２５０と下部
電極４５０の間の反応を防止する。また、誘電層５００
の形成時に用いられる酸化性雰囲気によりプラグ２５０
が酸化して抵抗が増加することを防止する。従って、拡
散障壁層３５０は高温での高耐酸化性及び導電性が要求
される。
電極４５０の間の反応を防止する。また、誘電層５００
の形成時に用いられる酸化性雰囲気によりプラグ２５０
が酸化して抵抗が増加することを防止する。従って、拡
散障壁層３５０は高温での高耐酸化性及び導電性が要求
される。
【００３３】本発明のキャパシタで用いられる拡散障壁
層３５０、例えばＴａ−Ａｌ−Ｎ層またはＴａ−Ａｌ−
Ｎ−Ｏ層等は、図２及び図３に示すように優れた耐酸化
性及び安定した導電性を示す。従って、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ
層またはＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層を拡散障壁層３５０に用
いた本発明のキャパシタは、拡散障壁層３５０及びプラ
グ２５０の酸化による抵抗増加に起因するキャパシタン
スの減少などを防止する。
層３５０、例えばＴａ−Ａｌ−Ｎ層またはＴａ−Ａｌ−
Ｎ−Ｏ層等は、図２及び図３に示すように優れた耐酸化
性及び安定した導電性を示す。従って、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ
層またはＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層を拡散障壁層３５０に用
いた本発明のキャパシタは、拡散障壁層３５０及びプラ
グ２５０の酸化による抵抗増加に起因するキャパシタン
スの減少などを防止する。
【００３４】図５〜図７は本発明によるキャパシタ形成
方法を説明する断面図である。
方法を説明する断面図である。
【００３５】図５は半導体基板１００上に絶縁膜パター
ン１５０を形成する段階を示す。
ン１５０を形成する段階を示す。
【００３６】トランジスタのような下部構造（図示せ
ず）の形成された半導体基板１００上に、ＨＴＯ（High
Temperature Oxide）層、ＵＳＧ（Undoped Silicate G
lass）層、ＳＯＧ（Spin On Glass）層またはＢＰＳＧ
（BoroPhosphoSili cate Glass）層のような絶縁層を形
成する。その後、絶縁層をパタニングして半導体基板１
００または下部構造を露出させるコンタクトホール１７
０を有する絶縁膜パターン１５０を形成する。次に、コ
ンタクトホール１７０を介して半導体基板１００に接触
する導電物質層を形成する。この導電物質層をパタニン
グし、コンタクトホール１７０を埋める導電性プラグ２
５０を形成する。この際、プラグ２５０は不純物のドー
プされたＳｉ、Ｗまたはこれらの組合せの導電物質で選
択的ＣＶＤ法等により形成する。
ず）の形成された半導体基板１００上に、ＨＴＯ（High
Temperature Oxide）層、ＵＳＧ（Undoped Silicate G
lass）層、ＳＯＧ（Spin On Glass）層またはＢＰＳＧ
（BoroPhosphoSili cate Glass）層のような絶縁層を形
成する。その後、絶縁層をパタニングして半導体基板１
００または下部構造を露出させるコンタクトホール１７
０を有する絶縁膜パターン１５０を形成する。次に、コ
ンタクトホール１７０を介して半導体基板１００に接触
する導電物質層を形成する。この導電物質層をパタニン
グし、コンタクトホール１７０を埋める導電性プラグ２
５０を形成する。この際、プラグ２５０は不純物のドー
プされたＳｉ、Ｗまたはこれらの組合せの導電物質で選
択的ＣＶＤ法等により形成する。
【００３７】図６は拡散障壁層３００及び下部電極層４
１０を形成する段階を示す。
１０を形成する段階を示す。
【００３８】プラグ２５０介して半導体基板１００と電
気的に接続される拡散障壁層３００を、絶縁膜パターン
１５０上に形成する。拡散障壁層３００は、図１で説明
したようなＴａ、Ｍｏ、Ｎｂ又はＷのような金属とＡｌ
及びＮが含まれる化合物を用いて形成する。またこれら
の化合物に、さらに酸素が含まれていても良い。
気的に接続される拡散障壁層３００を、絶縁膜パターン
１５０上に形成する。拡散障壁層３００は、図１で説明
したようなＴａ、Ｍｏ、Ｎｂ又はＷのような金属とＡｌ
及びＮが含まれる化合物を用いて形成する。またこれら
の化合物に、さらに酸素が含まれていても良い。
【００３９】拡散障壁層３００の一例としてＴａ−Ａｌ
−Ｎ−Ｏ層の形成方法を説明する。プラグ２５０の形成
された半導体基板１００をスパッタリング装置、例えば
ＤＣ反応性スパッタリング装置に引き込む。スパッタリ
ング装置のターゲットにはＴａ−Ａｌターゲットを準備
する。次に、約３００ＷのＤＣ電力をかけて約１２ｓｃ
ｃｍの流量でＡｒガスを供給し、同時に５ｓｃｃｍの流
量で窒素ガス及び１ｓｃｃｍの流量で酸素ガスを供給し
てプラグ２５０上に拡散障壁層３００のＴａ−Ａｌ−Ｎ
−Ｏ層を形成する。この際、半導体基板１００は約２０
０℃に保たれる。こうしてＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層を約８
０ｎｍの厚さに形成する。このような方法以外でも化学
気相蒸着法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxial）
法のような薄膜を形成する方法を用いても形成できる。
−Ｎ−Ｏ層の形成方法を説明する。プラグ２５０の形成
された半導体基板１００をスパッタリング装置、例えば
ＤＣ反応性スパッタリング装置に引き込む。スパッタリ
ング装置のターゲットにはＴａ−Ａｌターゲットを準備
する。次に、約３００ＷのＤＣ電力をかけて約１２ｓｃ
ｃｍの流量でＡｒガスを供給し、同時に５ｓｃｃｍの流
量で窒素ガス及び１ｓｃｃｍの流量で酸素ガスを供給し
てプラグ２５０上に拡散障壁層３００のＴａ−Ａｌ−Ｎ
−Ｏ層を形成する。この際、半導体基板１００は約２０
０℃に保たれる。こうしてＴａ−Ａｌ−Ｎ−Ｏ層を約８
０ｎｍの厚さに形成する。このような方法以外でも化学
気相蒸着法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxial）
法のような薄膜を形成する方法を用いても形成できる。
【００４０】拡散障壁層３００を形成後に、その上部に
下部電極層４１０を図４で説明したような耐酸化性の導
電物質層で形成する。例えば、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉ
ｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、ＰｔＯx、ＲｈＯx、ＩｒＯx、Ｒｕ
Ｏx、ＯｓＯx、ＰｄＯx、ＣａＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3、
ＣａＩｒＯ3、ＳｒＩｒＯ3、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、ＷＳｉ
x、Ｍｏ、ＭｏＳｉx、Ｗ、Ａｕ、ＴｉＮ、ＴａＮまたは
これらの組合せによる導電物質である。
下部電極層４１０を図４で説明したような耐酸化性の導
電物質層で形成する。例えば、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉ
ｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、ＰｔＯx、ＲｈＯx、ＩｒＯx、Ｒｕ
Ｏx、ＯｓＯx、ＰｄＯx、ＣａＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3、
ＣａＩｒＯ3、ＳｒＩｒＯ3、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、ＷＳｉ
x、Ｍｏ、ＭｏＳｉx、Ｗ、Ａｕ、ＴｉＮ、ＴａＮまたは
これらの組合せによる導電物質である。
【００４１】下部電極層４１０は次のような方法で形成
される。拡散障壁層３００を形成した後、ＤＣ反応性ス
パッタリング装置を用いて、拡散障壁層３００上に導電
物質層を形成する。導電物質層は、約１０００ＷのＤＣ
電力と約２０ｓｃｃｍの流量で供給されるＡｒガスで約
１００ｎｍの厚さに形成される。このとき、半導体基板
１００は約２００℃の温度で保たれる。このように形成
された導電物質層を下部電極層４１０として用いる。
される。拡散障壁層３００を形成した後、ＤＣ反応性ス
パッタリング装置を用いて、拡散障壁層３００上に導電
物質層を形成する。導電物質層は、約１０００ＷのＤＣ
電力と約２０ｓｃｃｍの流量で供給されるＡｒガスで約
１００ｎｍの厚さに形成される。このとき、半導体基板
１００は約２００℃の温度で保たれる。このように形成
された導電物質層を下部電極層４１０として用いる。
【００４２】図７は下部電極層４１０及び拡散障壁層３
００をパタニングする段階を示す。
００をパタニングする段階を示す。
【００４３】下部電極層４１０上に蝕刻阻止層パターン
（図示せず）を形成する。次いで、蝕刻阻止層パターン
をマスクとして下部電極層４１０を蝕刻して下部電極４
５０を形成する。この際、蝕刻工程は反応性イオン蝕刻
（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法のような乾式蝕刻
法を用いる。引き続き蝕刻工程を続け、下部電極４５０
の下部の拡散障壁層３００をパタニングし、拡散障壁層
パターン３５０を形成する。
（図示せず）を形成する。次いで、蝕刻阻止層パターン
をマスクとして下部電極層４１０を蝕刻して下部電極４
５０を形成する。この際、蝕刻工程は反応性イオン蝕刻
（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法のような乾式蝕刻
法を用いる。引き続き蝕刻工程を続け、下部電極４５０
の下部の拡散障壁層３００をパタニングし、拡散障壁層
パターン３５０を形成する。
【００４４】次いで、図４に示したように下部電極４５
０を覆う誘電層５００及び上部電極６００を形成する。
誘電層５００は高誘電率を有する誘電物質層を用いて約
４０ｎｍの厚さで形成する。この誘電物質は酸素を含ん
でいるため、その形成に当って酸化性雰囲気における熱
処理工程が伴う。
０を覆う誘電層５００及び上部電極６００を形成する。
誘電層５００は高誘電率を有する誘電物質層を用いて約
４０ｎｍの厚さで形成する。この誘電物質は酸素を含ん
でいるため、その形成に当って酸化性雰囲気における熱
処理工程が伴う。
【００４５】このような酸化性雰囲気における熱処理工
程によりプラグ２５０及び拡散障壁層パターン３５０内
に酸素が拡散されることがある。しかし、図２及び図３
で説明したように、本発明で形成される拡散障壁層３５
０は高温で高い耐酸化性を有している。また、安定した
導電性を保つので酸化性雰囲気または酸素により、プラ
グ２５０などが酸化することを防止できる。従って、拡
散障壁層３５０、プラグ２５０及び下部電極４５０の抵
抗の増加を防止でき、キャパシタのキャパシタンスを改
善しうる。
程によりプラグ２５０及び拡散障壁層パターン３５０内
に酸素が拡散されることがある。しかし、図２及び図３
で説明したように、本発明で形成される拡散障壁層３５
０は高温で高い耐酸化性を有している。また、安定した
導電性を保つので酸化性雰囲気または酸素により、プラ
グ２５０などが酸化することを防止できる。従って、拡
散障壁層３５０、プラグ２５０及び下部電極４５０の抵
抗の増加を防止でき、キャパシタのキャパシタンスを改
善しうる。
【００４６】次いで、誘電層５００上に上部電極層６０
０を形成する。上部電極層６００は下部電極層４１０を
形成する方法で形成される。こうしてキャパシタを形成
する。
０を形成する。上部電極層６００は下部電極層４１０を
形成する方法で形成される。こうしてキャパシタを形成
する。
【００４７】
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法により、
拡散障壁層を高耐酸化性の物質で形成するために、高温
での製造工程を経ても拡散障壁層が酸化されず導電性を
保つことができる。そのために、安定した特性を示す半
導体素子が製造可能となる。
拡散障壁層を高耐酸化性の物質で形成するために、高温
での製造工程を経ても拡散障壁層が酸化されず導電性を
保つことができる。そのために、安定した特性を示す半
導体素子が製造可能となる。
【図１】本発明による拡散障壁層を示す半導体装置の断
面図。
面図。
【図２】Ta-Al-N-O層及びTaN層の酸化性雰囲気における
熱処理後の抵抗値のグラフ。
熱処理後の抵抗値のグラフ。
【図３】poly-Si層／Ti層／Ta-Al-N-O層の構造を酸化性
雰囲気で熱処理後のコンタクト抵抗値のグラフ。
雰囲気で熱処理後のコンタクト抵抗値のグラフ。
【図４】本発明によるキャパシタ構造の断面図。
【図５】キャパシタ形成方法を示す断面図。
【図６】キャパシタ形成方法を示す断面図。
【図７】キャパシタ形成方法を示す断面図。
１００ 半導体基板 １５０ 絶縁膜パターン １７０ コンタクトホール ２００ 第１導電層 ２５０ 導電性プラグ ３００ 拡散障壁層 ３５０ 拡散障壁層パターン ４００ 第２導電層 ４１０ 下部電極層 ４５０ 下部電極 ５００ 誘電層 ６００ 上部電極
Claims (28)
- 【請求項１】 導電層間の拡散を防ぐ拡散障壁層を５Ａ
族又は６Ａ族の金属と、Ａｌと、Ｎとを含んで形成する
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 拡散障壁層に含まれる５Ａ族又は６Ａ族
の金属の含有比が１〜６０原子％である請求項１記載の
半導体装置。 - 【請求項３】 ５Ａ族又は６Ａ族の金属はＴａである請
求項１又は請求項２に記載の半導体装置。 - 【請求項４】 拡散障壁層に含まれるＡｌの含有比が１
〜６０原子％である請求項１〜３のいずれか１項に記載
の半導体装置。 - 【請求項５】 拡散障壁層に含まれるＮの含有比が１〜
６０原子％である請求項１〜４のいずれか１項に記載の
半導体装置。 - 【請求項６】 拡散障壁層が酸素をさらに含む請求項１
〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。 - 【請求項７】 拡散障壁層に含まれる酸素の含有比が１
〜５０原子％である請求項６に記載の半導体装置。 - 【請求項８】 導電層はＰｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏ
ｓ、Ｐｄ、ＰｔＯx、ＲｈＯx、ＩｒＯx、ＲｕＯx、Ｏｓ
Ｏx、ＰｄＯx、ＣａＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＩｒＯ
3、ＳｒＩｒＯ3、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、ＷＳｉx、Ｍｏ、
ＭｏＳｉx、Ｗ、Ａｕ、ＴｉＮ又はＴａＮ、あるいはこ
れらを組み合わせた導電物質からなる請求項１〜８のい
ずれか１項に記載の半導体装置。 - 【請求項９】 １〜６０原子％の５Ａ族又は６Ａ族の金
属と、１〜６０原子％のＡｌと、１〜６０原子％のＮ
と、から構成されることを特徴とする半導体装置の拡散
障壁層。 - 【請求項１０】 １〜５０原子％の酸素をさらに含む請
求項９記載の半導体装置の拡散障壁層。 - 【請求項１１】 半導体基板上に形成されるコンタクト
ホールを有する絶縁膜パターンと、コンタクトホールを
埋める導電性プラグと、導電性プラグを介して半導体基
板と電気的に接続され、５Ａ族又は６Ａ族の金属とＡｌ
及びＮとを含む拡散障壁層パターンと、拡散障壁層パタ
ーン上に形成された下部電極と、下部電極上に形成され
た誘電層と、誘電層上に形成された上部電極と、を含ん
で構成されることを特徴とする半導体装置のキャパシ
タ。 - 【請求項１２】 導電性プラグは不純物をドープしたＳ
ｉ、Ｗ又はこれらの組合せからなる物質の何れか一つか
らなる請求項１１に記載の半導体装置のキャパシタ。 - 【請求項１３】 下部電極及び上部電極はＰｔ、Ｒｈ、
Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、ＰｔＯx、ＲｈＯx、Ｉｒ
Ｏx、ＲｕＯx、ＯｓＯx、ＰｄＯx、ＣａＲｕＯ3、Ｓｒ
ＲｕＯ3、ＣａＩｒＯ3、ＳｒＩｒＯ3、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔ
ａ、ＷＳｉx、Ｍｏ、ＭｏＳｉx、Ｗ、Ａｕ、ＴｉＮ又は
ＴａＮの何れか一つからなる請求項１１又は請求項１２
に記載の半導体装置のキャパシタ。 - 【請求項１４】 拡散障壁層パターンに含まれる５Ａ族
又は６Ａ族の金属の含有比が１〜６０原子％である請求
項１１〜１３のいずれか１項に記載の半導体装置のキャ
パシタ。 - 【請求項１５】 拡散障壁層パターンに含まれるＡｌの
含有比が１〜６０原子％である請求項１１〜１４のいず
れか１項に記載の半導体装置のキャパシタ。 - 【請求項１６】 拡散障壁層パターンに含まれるＮの含
有比が１〜６０原子％である請求項１１〜１５のいずれ
か１項に記載の半導体装置装置のキャパシタ。 - 【請求項１７】 拡散障壁層パターンが酸素をさらに含
む請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の半導体装置
のキャパシタ。 - 【請求項１８】 拡散障壁層パターンに含まれる酸素の
含有比が１〜５０原子％である請求項１７記載の半導体
装置のキャパシタ。 - 【請求項１９】 誘電層はＴａ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、Ｂ
ａ（Ｓｒ、Ｔｉ）Ｏ3、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3、ＳｒＢ
ｉ2Ｔａ2Ｏ9、（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3又はＢ
ｉ4Ｔｉ3Ｏ12の何れか一つの誘電物質からなる請求項１
１〜１９のいずれか１項に記載の半導体装置のキャパシ
タ。 - 【請求項２０】 半導体基板上にコンタクトホールを有
する絶縁膜パターンを形成する段階と、コンタクトホー
ルに導電性プラグを埋める段階と、導電性プラグを介し
て半導体基板に電気的に接続され、５Ａ族又は６Ａ族の
金属とＡｌとＮとを含む拡散障壁層を形成する段階と、
拡散障壁層上に下部電極層を形成する段階と、下部電極
層及び拡散障壁層をパタニングして下部電極及び拡散障
壁層パターンを形成する段階と、下部電極を覆う誘電層
を形成する段階と、誘電層上に上部電極を形成する段階
と、からなることを特徴とする半導体装置のキャパシタ
の製造方法。 - 【請求項２１】 導電性プラグは不純物をドープしたＳ
ｉ、Ｗ又はこれらの組合せからなる物質の何れか一つか
らなる請求項２０に記載の半導体装置のキャパシタの製
造方法。 - 【請求項２２】 下部電極及び上部電極はＰｔ、Ｒｈ、
Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、ＰｔＯx、ＲｈＯx、Ｉｒ
Ｏx、ＲｕＯx、ＯｓＯx、ＰｄＯx、ＣａＲｕＯ3、Ｓｒ
ＲｕＯ3、ＣａＩｒＯ3、ＳｒＩｒＯ3、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔ
ａ、ＷＳｉx、Ｍｏ、ＭｏＳｉx、Ｗ、Ａｕ、ＴｉＮ又は
ＴａＮの何れか一つからなる請求項２０又は請求項２１
に記載の半導体装置のキャパシタの製造方法。 - 【請求項２３】 拡散障壁層パターンに含まれる５Ａ族
又は６Ａ族の金属の含有比が１〜６０原子％である請求
項２０〜２２のいずれか１項に記載の半導体装置のキャ
パシタの製造方法。 - 【請求項２４】 拡散障壁層パターンに含まれるＡｌの
含有比が１〜６０原子％である請求項２０〜２３のいず
れか１項に記載の半導体装置のキャパシタの製造方法。 - 【請求項２５】 拡散障壁層パターンに含まれるＮの含
有比が１〜６０原子％である請求項２０〜２４のいずれ
か１項に記載の半導体装置のキャパシタの製造方法。 - 【請求項２６】 拡散障壁層パターンが酸素をさらに含
む請求項２０〜２５のいずれか一項に記載の半導体装置
のキャパシタの製造方法。 - 【請求項２７】 拡散障壁層パターンに含まれる酸素の
含有比が１〜５０原子％である請求項２６記載の半導体
装置のキャパシタの製造方法。 - 【請求項２８】 誘電層はＴａ2Ｏ5、ＳｒＴｉＯ3、Ｂ
ａ（Ｓｒ、Ｔｉ）Ｏ3、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3、ＳｒＢ
ｉ2Ｔａ2Ｏ9、（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3又はＢ
ｉ4Ｔｉ3Ｏ12の何れか一つの誘電物質からなる請求項２
０〜２７のいずれか一項に記載の半導体装置のキャパシ
タの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970049759A KR100269310B1 (ko) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 도전성확산장벽층을사용하는반도체장치제조방법 |
| KR1997P49759 | 1997-09-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11111919A true JPH11111919A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=19521911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10160154A Pending JPH11111919A (ja) | 1997-09-29 | 1998-06-09 | 半導体装置の拡散障壁層及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6177284B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11111919A (ja) |
| KR (1) | KR100269310B1 (ja) |
| TW (1) | TW451389B (ja) |
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| EP1054440A2 (en) * | 1999-05-21 | 2000-11-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Composite iridium barrier structure with oxidized refractory metal companion barrier and method for its fabrication |
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| KR100361205B1 (ko) * | 1999-12-24 | 2002-11-18 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법 |
| US6794753B2 (en) | 2002-12-27 | 2004-09-21 | Lexmark International, Inc. | Diffusion barrier and method therefor |
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| US7897283B2 (en) | 2005-06-27 | 2011-03-01 | Mitsubishi Chemical Corporation | Non-aqueous secondary battery-use graphite composite particle, cathode active substance material containing IT, cathode and non-aqueous secondary battery |
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|---|---|---|---|---|
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| KR100451501B1 (ko) * | 1998-12-30 | 2004-12-31 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체메모리소자의캐패시터형성방법 |
| JP4011813B2 (ja) * | 2000-01-14 | 2007-11-21 | 株式会社ルネサステクノロジ | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
| KR100387262B1 (ko) * | 2000-12-29 | 2003-06-12 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법 |
| US6518610B2 (en) | 2001-02-20 | 2003-02-11 | Micron Technology, Inc. | Rhodium-rich oxygen barriers |
| KR100415538B1 (ko) | 2001-09-14 | 2004-01-24 | 주식회사 하이닉스반도체 | 이중 유전막을 구비한 캐패시터 및 그 제조 방법 |
| EP1349099A3 (de) * | 2002-03-25 | 2007-01-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur automatisierten Erfassung von Patienten-Aktionen |
| JP2003289134A (ja) | 2002-03-28 | 2003-10-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| US6818500B2 (en) * | 2002-05-03 | 2004-11-16 | Micron Technology, Inc. | Method of making a memory cell capacitor with Ta2O5 dielectric |
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