JPH11195758A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH11195758A JPH11195758A JP9360500A JP36050097A JPH11195758A JP H11195758 A JPH11195758 A JP H11195758A JP 9360500 A JP9360500 A JP 9360500A JP 36050097 A JP36050097 A JP 36050097A JP H11195758 A JPH11195758 A JP H11195758A
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- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体装置の製造過程での熱処理を７００℃
以上の高温で行ってもストレージノード電極自身の酸化
による実質的な絶縁膜厚の増大が少ないキャパシタ用電
極材料を提供する。 【解決手段】 少なくとも容量絶縁膜１５としての酸化
タンタル膜と、該酸化タンタル膜に接するストレージノ
ード電極１４とを有するキャパシタ部を備えた半導体装
置において、該ストレージノード電極１４を、０．７〜
４０％の濃度でシリコンを含む窒化高融点金属材料によ
り形成する。
以上の高温で行ってもストレージノード電極自身の酸化
による実質的な絶縁膜厚の増大が少ないキャパシタ用電
極材料を提供する。 【解決手段】 少なくとも容量絶縁膜１５としての酸化
タンタル膜と、該酸化タンタル膜に接するストレージノ
ード電極１４とを有するキャパシタ部を備えた半導体装
置において、該ストレージノード電極１４を、０．７〜
４０％の濃度でシリコンを含む窒化高融点金属材料によ
り形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置及びその
製造方法に関し、特に、キャパシタ部のストレージノー
ド電極の耐酸化性の改良に関する。
製造方法に関し、特に、キャパシタ部のストレージノー
ド電極の耐酸化性の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＤＲＡＭなどのメモリ製品において、そ
の高集積化に伴い、内部に形成されるキャパシタ部も、
必要な容量を確保しつつ、小型化する必要がある。この
ような要求から、キャパシタ部の絶縁膜としては、薄膜
化され、従来の酸化シリコン膜や窒化シリコン膜に代え
て、より誘電率の高い酸化タンタル膜を用いたキャパシ
タが提案されている。
の高集積化に伴い、内部に形成されるキャパシタ部も、
必要な容量を確保しつつ、小型化する必要がある。この
ような要求から、キャパシタ部の絶縁膜としては、薄膜
化され、従来の酸化シリコン膜や窒化シリコン膜に代え
て、より誘電率の高い酸化タンタル膜を用いたキャパシ
タが提案されている。
【０００３】従来、このような酸化タンタル膜は、タン
タルアルコキシドと酸素とを原料として気相成長法によ
り形成されるが、そのままでは膜が疎密であるためにそ
の上下に形成される電極間でリーク電流が発生するとい
う問題がある。そのため、そのような酸化タンタル膜を
用いたキャパシタにおいては、その膜の緻密化及び欠陥
密度低減のために５００℃以上の高温での熱処理が必要
とされる。
タルアルコキシドと酸素とを原料として気相成長法によ
り形成されるが、そのままでは膜が疎密であるためにそ
の上下に形成される電極間でリーク電流が発生するとい
う問題がある。そのため、そのような酸化タンタル膜を
用いたキャパシタにおいては、その膜の緻密化及び欠陥
密度低減のために５００℃以上の高温での熱処理が必要
とされる。
【０００４】一方、キャパシタ部のストレージノード電
極としては、容量の電圧依存性の観点から従来のポリシ
リコンから、タングステンなどの高融点金属材料を用い
ることが提案されている。
極としては、容量の電圧依存性の観点から従来のポリシ
リコンから、タングステンなどの高融点金属材料を用い
ることが提案されている。
【０００５】しかしながら、このような高融点金属材料
は、キャパシタ部のリーク電流特性の改善に必要な熱処
理工程において、それ自身が酸化され、剥がれが生じ、
結果としてリーク電流特性が悪化するという問題があ
る。
は、キャパシタ部のリーク電流特性の改善に必要な熱処
理工程において、それ自身が酸化され、剥がれが生じ、
結果としてリーク電流特性が悪化するという問題があ
る。
【０００６】特開平６−２７５７７６号公報には、タン
グステンなどの高融点金属、或いは窒化チタン膜などで
キャパシタ用電極を構成した場合、熱処理によりリーク
電流特性が悪化することが示されており、これに対処す
るため、該公報では、酸化タンタル膜を容量絶縁膜とし
て有するキャパシタにおいて、酸化タンタル膜に接する
電極、特に上部電極を窒化タングステンで構成したこと
を特徴とするキャパシタが提案されている。
グステンなどの高融点金属、或いは窒化チタン膜などで
キャパシタ用電極を構成した場合、熱処理によりリーク
電流特性が悪化することが示されており、これに対処す
るため、該公報では、酸化タンタル膜を容量絶縁膜とし
て有するキャパシタにおいて、酸化タンタル膜に接する
電極、特に上部電極を窒化タングステンで構成したこと
を特徴とするキャパシタが提案されている。
【０００７】前記キャパシタ用上部電極を窒化タングス
テンで構成した場合、酸化タンタル膜の緻密化後に形成
すれば良く、その後の処理工程においては酸化タンタル
膜との反応はわずかで十分な効果を有するが、ストレー
ジノード電極などの様に容量絶縁膜に接して形成される
電極では酸化タンタル膜の緻密化の際或いは更にその後
の熱処理時に、高温条件下で熱処理された窒化タングス
テンは酸化され、その際の温度が高温になればなるほ
ど、形成される酸化膜厚は増大してしまうという問題が
ある。特に７００℃を越えるような高温条件でその傾向
が顕著である。従って、実質的な絶縁膜厚の増大は避け
難い。
テンで構成した場合、酸化タンタル膜の緻密化後に形成
すれば良く、その後の処理工程においては酸化タンタル
膜との反応はわずかで十分な効果を有するが、ストレー
ジノード電極などの様に容量絶縁膜に接して形成される
電極では酸化タンタル膜の緻密化の際或いは更にその後
の熱処理時に、高温条件下で熱処理された窒化タングス
テンは酸化され、その際の温度が高温になればなるほ
ど、形成される酸化膜厚は増大してしまうという問題が
ある。特に７００℃を越えるような高温条件でその傾向
が顕著である。従って、実質的な絶縁膜厚の増大は避け
難い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
状況に鑑み成されたもので、半導体装置の製造過程での
熱処理を７００℃以上の高温で行ってもストレージノー
ド電極自身の酸化による実質的な絶縁膜厚の増大が少な
いキャパシタ用電極材料を提供することを目的とする。
状況に鑑み成されたもので、半導体装置の製造過程での
熱処理を７００℃以上の高温で行ってもストレージノー
ド電極自身の酸化による実質的な絶縁膜厚の増大が少な
いキャパシタ用電極材料を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、少なくとも容量絶縁膜としての酸化タンタル膜
と、該酸化タンタル膜に接するストレージノード電極と
を有するキャパシタ部を備えた半導体装置において、該
ストレージノード電極が０．７〜４０％の濃度でシリコ
ンを含む窒化高融点金属材料であることを特徴とする。
明は、少なくとも容量絶縁膜としての酸化タンタル膜
と、該酸化タンタル膜に接するストレージノード電極と
を有するキャパシタ部を備えた半導体装置において、該
ストレージノード電極が０．７〜４０％の濃度でシリコ
ンを含む窒化高融点金属材料であることを特徴とする。
【００１０】本発明において、シリコンは、不純物とし
て窒化高融点金属中に含まれていても良いし、高融点金
属とシリコンとの合金の形で存在していても良い。
て窒化高融点金属中に含まれていても良いし、高融点金
属とシリコンとの合金の形で存在していても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】図面を参照して本発明を詳細に説
明する。
明する。
【００１２】図１は本発明の一実施形態になる半導体装
置（ＤＲＡＭセル）の模式的断面図である。セル構造そ
のものは、従来と同じであるが、本発明では酸化タンタ
ルからなる容量絶縁膜１５の下部に形成されるストレー
ジノード電極１４として所定濃度のシリコンを含む窒化
高融点金属を使用している点が異なる。
置（ＤＲＡＭセル）の模式的断面図である。セル構造そ
のものは、従来と同じであるが、本発明では酸化タンタ
ルからなる容量絶縁膜１５の下部に形成されるストレー
ジノード電極１４として所定濃度のシリコンを含む窒化
高融点金属を使用している点が異なる。
【００１３】本発明の半導体装置のキャパシタの製造方
法について、メモリセルアレイを例に説明する。
法について、メモリセルアレイを例に説明する。
【００１４】まず、半導体基板の所定の部位にトランジ
スタを形成した後、上記基板上に酸化シリコンなどの絶
縁膜１３を形成する。なお、図１においては、基板上の
構成のみを示しており、１１はゲート電極、１２はゲー
ト酸化膜、１３は絶縁膜、１６はワード線などの他の配
線電極である。
スタを形成した後、上記基板上に酸化シリコンなどの絶
縁膜１３を形成する。なお、図１においては、基板上の
構成のみを示しており、１１はゲート電極、１２はゲー
ト酸化膜、１３は絶縁膜、１６はワード線などの他の配
線電極である。
【００１５】次に、形成された絶縁膜１３に不図示のソ
ース・ドレイン領域に達する所望のストレージノードコ
ンタクト孔を形成し、これらのストレージノードコンタ
クト孔を通してソース・ドレイン領域に燐のコンタクト
イオン注入を行う。続いて、窒素気流下、所定の濃度の
シリコンを含むタングステンなどの高融点金属のターゲ
ットを用いて、反応性スパッタにより膜厚６０００Å程
度のシリコンを含む窒化高融点金属膜を形成する。これ
をエッチングして所望形状のストレージノード電極１４
を形成する。ここで、ターゲット中のシリコン濃度を調
整しておくことで所望の濃度でシリコンを窒化高融点金
属中に導入することができる。なお、窒化高融点金属中
のシリコン濃度は、例えば蛍光分析など公知の方法によ
り測定することができる。
ース・ドレイン領域に達する所望のストレージノードコ
ンタクト孔を形成し、これらのストレージノードコンタ
クト孔を通してソース・ドレイン領域に燐のコンタクト
イオン注入を行う。続いて、窒素気流下、所定の濃度の
シリコンを含むタングステンなどの高融点金属のターゲ
ットを用いて、反応性スパッタにより膜厚６０００Å程
度のシリコンを含む窒化高融点金属膜を形成する。これ
をエッチングして所望形状のストレージノード電極１４
を形成する。ここで、ターゲット中のシリコン濃度を調
整しておくことで所望の濃度でシリコンを窒化高融点金
属中に導入することができる。なお、窒化高融点金属中
のシリコン濃度は、例えば蛍光分析など公知の方法によ
り測定することができる。
【００１６】次に、エトキシタンタル（Ｔａ（ＯＣ
2Ｈ5）5）とＯ2とを原料として４５０℃での気相成長法
により、膜厚１００Å程度の酸化タンタル膜が全面に形
成される。この酸化タンタル膜の酸化シリコン膜換算膜
厚（ｔｅｑ）は、２５Å程度である。
2Ｈ5）5）とＯ2とを原料として４５０℃での気相成長法
により、膜厚１００Å程度の酸化タンタル膜が全面に形
成される。この酸化タンタル膜の酸化シリコン膜換算膜
厚（ｔｅｑ）は、２５Å程度である。
【００１７】その後、上部電極、層間絶縁膜など、所望
の層形成を行い、本発明の半導体装置を形成する。
の層形成を行い、本発明の半導体装置を形成する。
【００１８】以上のようにして形成された半導体装置に
おける窒化タングステン中のシリコン含有率の違いによ
る容量値のシリコン酸化膜換算膜厚（ｔｅｑ）の変化を
図２に示す。同図から分かるように、シリコンの含有率
が上昇するに従って換算膜厚も大きくなることが分か
る。一方、図３に示すように８００℃、６０分熱処理し
た場合、換算膜厚の図２の値を初期値とした時の変化量
（Δｔｅｑ）は、シリコン含有率の上昇と共に少なくな
ることが分かる。つまり、シリコン含有率が０．７〜４
０％、より好ましくは１〜３０％であると、高温下での
処理によっても形成される酸化膜が少なく容量低下を来
さないことが分かる。４０％を越える場合は、導入され
たシリコン元素により換算膜厚が大きくなりすぎ、また
ストレージノード電極として必要な導電率が得られなく
なる。
おける窒化タングステン中のシリコン含有率の違いによ
る容量値のシリコン酸化膜換算膜厚（ｔｅｑ）の変化を
図２に示す。同図から分かるように、シリコンの含有率
が上昇するに従って換算膜厚も大きくなることが分か
る。一方、図３に示すように８００℃、６０分熱処理し
た場合、換算膜厚の図２の値を初期値とした時の変化量
（Δｔｅｑ）は、シリコン含有率の上昇と共に少なくな
ることが分かる。つまり、シリコン含有率が０．７〜４
０％、より好ましくは１〜３０％であると、高温下での
処理によっても形成される酸化膜が少なく容量低下を来
さないことが分かる。４０％を越える場合は、導入され
たシリコン元素により換算膜厚が大きくなりすぎ、また
ストレージノード電極として必要な導電率が得られなく
なる。
【００１９】シリコンを含まない窒化タングステン電極
では、４００〜６００℃程度の温度では形成される酸化
膜厚は少ないが、６５０℃を越えるあたりから本発明の
シリコンを含む窒化タングステン電極よりも形成酸化膜
厚が大きくなり、温度の上昇に伴ってその差は大きくな
る。これに対して、窒化高融点金属にシリコンを添加す
ることによって、７００〜９００℃という高温下で熱処
理しても従来のシリコンを含まない窒化高融点金属と比
較して形成される酸化膜厚は大きな変動はなくわずかで
あり、実質的な容量絶縁膜厚の増大が抑えられているこ
とがわかる。
では、４００〜６００℃程度の温度では形成される酸化
膜厚は少ないが、６５０℃を越えるあたりから本発明の
シリコンを含む窒化タングステン電極よりも形成酸化膜
厚が大きくなり、温度の上昇に伴ってその差は大きくな
る。これに対して、窒化高融点金属にシリコンを添加す
ることによって、７００〜９００℃という高温下で熱処
理しても従来のシリコンを含まない窒化高融点金属と比
較して形成される酸化膜厚は大きな変動はなくわずかで
あり、実質的な容量絶縁膜厚の増大が抑えられているこ
とがわかる。
【００２０】なお本発明においては、シリコンは電極全
般にわたって一様に含まれている必要は必ずしもなく、
容量絶縁膜との接触界面近傍において前記濃度範囲のシ
リコンを含むような構成としても良い。
般にわたって一様に含まれている必要は必ずしもなく、
容量絶縁膜との接触界面近傍において前記濃度範囲のシ
リコンを含むような構成としても良い。
【００２１】また上記説明では、シリコンを含む窒化高
融点金属を反応性スパッタにより形成しているが、これ
に限定されず、所望の濃度でシリコンを導入できれば如
何なる方法によっても良い。
融点金属を反応性スパッタにより形成しているが、これ
に限定されず、所望の濃度でシリコンを導入できれば如
何なる方法によっても良い。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
キャパシタ部のストレージノード電極として所定の濃度
でシリコンを含む窒化高融点金属を用いたことにより、
リーク電流特性の改善のために容量絶縁膜として酸化タ
ンタル膜を使用した場合でも、７００〜９００℃という
高温下における熱処理の際のストレージノード電極自身
の酸化を抑制でき、実質的な容量絶縁膜の膜厚増大が抑
えられ、容量値の低減を抑制することができる。
キャパシタ部のストレージノード電極として所定の濃度
でシリコンを含む窒化高融点金属を用いたことにより、
リーク電流特性の改善のために容量絶縁膜として酸化タ
ンタル膜を使用した場合でも、７００〜９００℃という
高温下における熱処理の際のストレージノード電極自身
の酸化を抑制でき、実質的な容量絶縁膜の膜厚増大が抑
えられ、容量値の低減を抑制することができる。
【図１】本発明の一実施形態になる半導体装置の模式的
断面図である。
断面図である。
【図２】シリコン含有率の違いによる酸化膜換算膜厚の
変化を示すグラフである。
変化を示すグラフである。
【図３】８００℃、６０分熱処理した場合の酸化膜換算
膜厚の変化量を示すグラフである。
膜厚の変化量を示すグラフである。
１１ ゲート電極 １２ ゲート酸化膜 １３ 絶縁膜 １４ ストレージノード電極 １５ 容量絶縁膜
Claims (4)
- 【請求項１】 少なくとも容量絶縁膜としての酸化タン
タル膜と、該酸化タンタル膜に接するストレージノード
電極とを有するキャパシタ部を備えた半導体装置におい
て、 該ストレージノード電極が、０．７〜４０％の濃度でシ
リコンを含む窒化高融点金属材料により形成されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 前記窒化高融点金属が窒化タングステン
であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項３】 少なくとも容量絶縁膜としての酸化タン
タル膜と、該酸化タンタル膜に接するストレージノード
電極とを有するキャパシタ部を備えた半導体装置の製造
方法において、 ０．７〜４０％で濃度のシリコンを含む窒化高融点金属
膜を成膜し、所望のストレージノード電極形状に成形す
る工程、 該ストレージノード電極上に酸化タンタル膜を形成する
工程、及び酸化タンタル膜の緻密化熱処理をする工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記窒化高融点金属が窒化タングステン
であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9360500A JPH11195758A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9360500A JPH11195758A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11195758A true JPH11195758A (ja) | 1999-07-21 |
Family
ID=18469670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9360500A Pending JPH11195758A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11195758A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6451662B1 (en) | 2001-10-04 | 2002-09-17 | International Business Machines Corporation | Method of forming low-leakage on-chip capacitor |
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1997
- 1997-12-26 JP JP9360500A patent/JPH11195758A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6451662B1 (en) | 2001-10-04 | 2002-09-17 | International Business Machines Corporation | Method of forming low-leakage on-chip capacitor |
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