JPS61150368A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS61150368A
JPS61150368A JP59278024A JP27802484A JPS61150368A JP S61150368 A JPS61150368 A JP S61150368A JP 59278024 A JP59278024 A JP 59278024A JP 27802484 A JP27802484 A JP 27802484A JP S61150368 A JPS61150368 A JP S61150368A
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JP
Japan
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layer
semiconductor device
capacitor
tantalum
metal silicide
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JP59278024A
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English (en)
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Yasuaki Hokari
穂苅 泰明
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/51Insulating materials associated therewith
    • H01L29/517Insulating materials associated therewith the insulating material comprising a metallic compound, e.g. metal oxide, metal silicate
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    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体基板又は多結晶シリコン電極の表面に
容量が形成されて々る半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
ダイナミックRAM(几andom Access M
emory )のごとく、構成要素として容量を有する
半導体装置においては、チップ中に占める容量の面積を
極力小さくすることが上記半導体装置の高密度化を計る
上で重要である。
容量の占める面積を小さく、かつ大きな容量値を得るた
めに、従来、誘電材料としての誘電率の大きなタンタル
の酸化物を用いた構造が試みられている。第7図及び第
8図はかかる従来例の要部を示す断面図である。第7図
は単結晶シリコン基板1上に、タンタルの酸化物層とし
てTazOs層2を介して、電極層としての多結晶シリ
コン層3を形成して容量を構成するものである。又、第
8図は、単結晶シリコン基板1の表面にタンタル層4゜
Ta 205層2.多結晶シリコン層3を積層した容量
である。
上記した2つの従来例に用いたタンタル酸化物(Ta2
es )は、誘電体材料として従来広く用いられている
5iQzに比べて比誘電率が約7倍であるため、上記構
造によれば容量の占める面積を著しく小さくすることが
可能である。
しかし、上記構造では引き続く高温熱処理工程により、
第7図の構造においては、TazOs層2と単結晶シリ
コン基板1及び多結晶シリコン層3との間で、又、第8
図の構造においては、 Ta205層2と多結晶シリコ
ン層3との間で、反応が生じてTazQs層2の絶縁性
が損われるために洩れ電流が増加する。
第9図は、これを改善した従来例の要部を示す断面図で
ある、単結晶シリコン基板1の表面に金属シリサイド層
5.  TagOs層2.多結晶シリコン層3を積層し
て容量を形成する。すなわち、 Ta2es層2と単結
晶シリコン基板1との間に金属シリサイド層5を挾みこ
むことによりTa205層2の熱反応による劣化を防止
するものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、本従来例の構造においては、金属シリサイド層
50表面には、Ta2O3層2を形成する際に金属シリ
サイド層5との間に反応が生じるため、形成されたTa
2011層2に洩れ電流が生ずるという問題点があり、
なおTa205層2と多結晶シリコン層3との反応につ
いては対策が施されていない。
従って、本発明の目的は、上記した従来法の問題点を解
決することにより、誘電体材料としてタンタルを含む組
成の材料を用いながらも、洩れ電流の極めて少ない容量
を有する半導体装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本第1の発明の半導体装置は、半導体基板又は多結晶シ
リコン電極の表面に容量が形成されてなる半導体装置に
おいて、第1の金属シリサイド層とタンタルを含む組成
の誘電体層と第2の金属シリサイド層又は金属層とが順
次積層されてなる容量を有している。又、本第2Q発明
の半導体装置は、半導体基板又は多結晶シリコン電極の
表面に容量が形成されてなる半導体装置において、第1
の金属シリサイド層と絶縁体層とタンタルを含む組成の
誘電体層と第2の金属シリサイド層又は金属層とが順次
積層されてなる容量を有している。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
第1図は本第1の発明の第1の実施例の要部を示す断面
図で容量部分を示す。本実施例は、単結晶シリコン基板
11の表面に、第1の金属シリサイド層15とTagO
s層12と電極層としての第2の金属シリサイド層13
とが順次積層されてなる容量を有している。
すなわち、本実施例は、Ta2es層12と単結晶シリ
コン基板11との間に金属シリサイド層15を挾むこと
によシ、又、 Ta205層12の上の電極層として金
属シリサイド層13を用いることにより、 Tazes
層12の熱処理による劣化を防止するものである。
かかる構造の容量は、例えば次の工程で形成できる。ま
ず、単結晶シリコン基板110表面に、MO,Ti、 
W、 PL、 Ta  など高融点金属のうちのいずれ
かの金属層を真空蒸着あるいは気相成長にどの手法を用
いて被着させた後、400〜550℃の熱処理によりこ
れら金属層とシリコン基板11とを反応させることによ
り、又は、気相成長法。
プラズマCVD法、スパッタ法などの手法を用い直接シ
リサイドを被着させることにより、金属シリサイド層1
5が形成される。次に、気相成長法。
プラズマCVD法、スパッタ法あるいはイオンビームデ
ポジション法などの手法を用いて、 Tazes層12
が全12れた後、金属シリサイド層13がスパッタ法、
気相成長法あるいはプラズマCVD法などの手法を用い
て形成され、容量が形成される。
本実施例では、Tazes層12が全12リサイド層1
3.15によシ挾まれているため、高温熱処理によるT
agOs層12の層線2の劣化が抑制され、1000℃
まで加熱しても洩れ電流のけん著な増加はみられず、従
来のものの約1OAに対して約I Q−10Aという小
さな値となった。
しかしながら、半導体装置の用途によっては、例えば超
LSIメモリなどの場合においては、この洩れ電流の値
が1O−12A以下であることが要求されるので、なお
改善が要求される。
第2図は本第2の発明の第1の実施例の要部を示す断面
図で容量部分を示す。
本実施例は、単結晶シリコン基板11の表面に、金属シ
リサイド層15.8102層16.  Ta2es層1
2及び金属シリサイド層13を順次積層してなる容量を
有している。すなわち、本実施例は第1図の本第1の発
明の第1の実施例に対して、さらに金属シリサイド層1
5とTazes層12間に絶縁体層として5iOz層1
6を挾んだものである。
これは、第1図の構造においては、 TagOs層12
の層線2による単結晶シリコン基板11との反応による
劣化を完全に防止することが必ずしも出来ない結果に鑑
みて、5iOz層16を挿入したものである。
かかる構造の容量は、例えば次の工程で形成できる。ま
ず、単結晶シリコン基板11の表面に、Mo、 Ti、
 W、 Pt、 Ta  など高、融点金属のうちのい
ずれかの金属層を真空蒸着あるいは気相成長などの手法
を用いて被着させた後、400〜550℃の熱処理によ
シこれら金属層とシリコンとを反応させることによシ、
又は、気相成長法、プラズマCVD法、スパッタ法など
の手法を用い直接シリサイドを被着させることにより、
金属シリサイド層15が形成される。
次に、金属シリサイド層15の表面を熱酸化法又は気相
成長法によシ、あるいは次の工程でTa20st−CV
D法を用いて形成する場合には膜形成の最初に酸素を入
れるなどの手法により、5iOz層16が形成される。
次に、気相成長法、プラズマCVD法、スパッタ法ある
いはイオンビームデポジション法などの手法を用いて、
Ta膜が形成された後に当該膜を酸化することにより、
もしくは気相成長法、プラズマCVD法、スパッタ法あ
るいはイオンビームデポジション法などの手法を用いて
直接Ta205を被着させることKより、Ta2O5層
1・2が形成され、続いて、金属シリサイド層13がス
パッタ法、気相成長法あるいはプラズマCVD法などの
手法を用いて形成され、容量が形成される。
本実施例では、金属シリサイド層15とTa205層1
2との間にS iQ2層16が介在するため、TazO
s層12を層成2る際のTazQs層12の層線2の劣
化が抑制され、1000″Cまで加熱しても洩れ電流が
1012A以下と極めて少ない容量が実現できた。
第3図は本第1の発明の第2の実施例の要部を示す断面
図であり、本発明に係る容量を用いて作成したダイナミ
ックRAMのメモリセルを示す。
第3図において、17は素子領域を分離するフィールド
酸化膜、18はゲート巽様膜、19はゲート電極、20
及び21はソース又はドレイン領域となる高濃度不純物
領域、22は絶縁膜である。
そして、同図に見られる如く、このメモリセルは容量が
高濃度不純物領域20上に、第1の金属シリサイド層1
5.  Taxes層12.第12金属クリサイド層1
3とから構成されている。
第4図は、本第1の発明の第3の実施例の要部を示す断
面図であり、本発明に係る容量を用いて作成した他のダ
イナミック几AMのメモリセルを示す。本実施例では、
容量部がシリコン基板11表面に設けられた四部に形成
されており、容量部の面積を実効的に広くすることによ
りよシ大きな容量値を得るものである。
第5図及び第6図は、それぞれ本第2の発明の第2及び
第3の実施例の要部を示す断面図で、本第2の発明に係
る容量を用いて作成したダイナミックRAMのメモリセ
ルを示す。これらの実施例はそれぞれ第3図及び第4図
に示した本第1の発明の第2及び第3の実施例に対応す
る。すなわち、これら実施例においては、容量は、高不
純物領域20上に積層された、第1の金属シリサイド層
15.5iOz層16.  Taxes層12.第12
金属シリサイド層13から構成されている。
このように形成された第3図〜第6図に示すこれら実施
例のダイナミック几AMは、Ta21s層12の誘電率
が非常に大きいため、通常の如く3i0z層を誘電体層
に用いた場合に比べて容量の占める面積を極めて小さく
することが出来、従って装置を高密度化することができ
る。かつ第1図〜第2図で説明したように、これら実施
例に用いられた容量は、従来のようにTazes層の熱
処理による劣化がほとんどなく、その洩れ電流の極めて
小さいものが得られる。
なお、上記説明においては、容量が単結晶シリコン基板
の表面上に形成される場合について説明したが、これは
容量が多結晶シリコン電極の表面上に形成される場合に
ついても同様である。
又、容量の上部電極層としては、金属シリサイド層を用
いたけれども、これは金属であっても同様である。そし
て金属としてはAeの様な金属であっても良いが、W、
Moの様な高融点の金属を用いるのが好ましい。
さらに1容量を形成するタンタルを含む組成の誘電体層
としては、タンタル酸化物(Ta2es ) 。
タンタルとシリコンと酸素とからなる化合物、タンタル
とアルミニウムと酸素とからなる化合物又はタンタルと
シリコンと酸素と窒素とからなる化合物を用いても同様
である。
なお又、金属シリサイド層としては、チタンシリティド
、モリブデンシリティド、タングステンシリサイド若し
くはタンタルシリサイドのいずれか1つ又はこれらのシ
リサイドの組合せからなるものを用いることができる。
なおさらに、第1の金属シリティド層上の絶縁体層とし
ては、シリコン酸化物(5in2)を用いたが、シリコ
ン窒化物を用いても同様である。
〔発明の効果〕
以上、詳細説明したとおり、本発明によれば、上記の手
段を有しているので、誘電体材料としてタンタルを含む
組成の誘電率の大きい誘電体層を用いかつ洩れ電流の極
めて小さい容量を有する半導体装置が得られる。従って
本発明を用いることによシ、特性【で優れ、高密度化さ
れた例えば、ダイナミックRAMの如き半導体装置が得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図はそれぞれ本第1及び第2の発明の第1
の実施例の要部を示す断面図、第3図。 第4図及び第5図、第6図はそれぞれ本第1及び第2の
発明の第2.第3の実施例の要部を示す断面図、第7図
、第8図、第9図はそれぞれ従来例の要部を示す断面図
である。 11・・・・・・単結晶シリコン基板、12・・・・・
・Ta206層、13.15・・・・・・金属シリサイ
ド層、16・・・・・・3iQg層、17・・・・・・
フィールド酸化膜、18・・・・・・ゲート絶縁膜、1
9・・・・・・ゲート電極、20.21・・・・・・高
濃度不純物領域、22・・・・・・絶縁膜。 第 1鴇 第2″′rfiJ 早3”[/2ニア々2θよ層     /幻ケ°=ト電
トレ/3.に:鵬  2θ、zt:Pl:峡セモ埒碑或
シリザイドΔt )−一 4−fd N 弘   −

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板又は多結晶シリコン電極の表面に容量
    が形成されてなる半導体装置において、前記容量が第1
    の金属シリサイド層とタンタルを含む組成の誘電体層と
    第2の金属シリサイド層又は金属層とが順次積層されて
    なることを特徴とする半導体装置。
  2. (2)半導体基板又は多結晶シリコン電極の表面に容量
    が形成されてなる半導体装置において、前記容量が第1
    の金属シリサイド層と絶縁体層とタンタルを含む組成の
    誘電体層と第2の金属シリサイド層又は金属層とが順次
    積層されてなることを特徴とする半導体装置。
  3. (3)タンタルを含む組成の誘電体層が、タンタル酸化
    物、タンタルとシリコンと酸素とからなる化合物、タン
    タルとアルミニウムと酸素とからなる化合物又はタンタ
    ルとシリコンと酸素と窒素とからなる化合物のいずれか
    の組成からなる特許請求の範囲第(1)項又は第(2)
    項記載の半導体装置。
  4. (4)金属シリサイド層が、チタンシリサイド、モリブ
    デンシリサイド、タングステンシリサイド若しくはタン
    タルシリサイドのいずれか1つ又はこれらのシリサイド
    の組合せからなる特許請求の範囲第(1)項又は第(2
    )項記載の半導体装置。(5)絶縁体層がシリコン酸化
    物又はシリコン窒化物からなる特許請求の範囲第(2)
    項記載の半導体装置。
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