JPS61214553A - キヤパシタ - Google Patents
キヤパシタInfo
- Publication number
- JPS61214553A JPS61214553A JP60054412A JP5441285A JPS61214553A JP S61214553 A JPS61214553 A JP S61214553A JP 60054412 A JP60054412 A JP 60054412A JP 5441285 A JP5441285 A JP 5441285A JP S61214553 A JPS61214553 A JP S61214553A
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- alloy
- capacitor
- electrode
- film
- wiring
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/10—DRAM devices comprising bipolar components
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は大規模集積回路(LSI)用小面積かつ大容量
のキャパシタに係り、特に誘電体が薄くなっても良好な
耐熱性を有し、かつ、配線材料のはがれによる不良のな
いキャパシタに関する。
のキャパシタに係り、特に誘電体が薄くなっても良好な
耐熱性を有し、かつ、配線材料のはがれによる不良のな
いキャパシタに関する。
LS 1.特にバイポーラメモリにおいては高速動作を
行ったり、α線によるソフトエラーの発生を防止するた
めにフリップフロップ型メモリセルの負荷抵抗に並列に
キャパシタを形成することは特開昭53−43485号
、特開昭53−75829号に記載されているように周
知の事実である。
行ったり、α線によるソフトエラーの発生を防止するた
めにフリップフロップ型メモリセルの負荷抵抗に並列に
キャパシタを形成することは特開昭53−43485号
、特開昭53−75829号に記載されているように周
知の事実である。
上記バイポーラメモリ用キャパシタは現在ショットキバ
リアダイオードの接合容量を利用している。しかし、上
記ショットキバリアダイオードの容量密度は最大3.4
fF/μm2程度である。
リアダイオードの接合容量を利用している。しかし、上
記ショットキバリアダイオードの容量密度は最大3.4
fF/μm2程度である。
また、上記メモリセルが高速かつα線によるソフトエラ
ーを発生させず動作するためには、上記キャパシタは1
個当り0.5 P F 程度の静電容量が必要である。
ーを発生させず動作するためには、上記キャパシタは1
個当り0.5 P F 程度の静電容量が必要である。
したがって、1個のキャパシタの所要面積は約150μ
m3にもなり、メモリセルの面積の大部分を占有してし
まい高集積化の大きな障害となっていた。そこで、ショ
ットキバリアダイオードの面積を縮小し、その際の容量
の減少分をキャパシタによって補うことにした。しかし
、キャパシタを導入する場合、メモリセル設計上の問題
から、メモリセルを縮小するためには、少なくとも容量
密度は7.0 fF/μm2以上あることが望ましい
。
m3にもなり、メモリセルの面積の大部分を占有してし
まい高集積化の大きな障害となっていた。そこで、ショ
ットキバリアダイオードの面積を縮小し、その際の容量
の減少分をキャパシタによって補うことにした。しかし
、キャパシタを導入する場合、メモリセル設計上の問題
から、メモリセルを縮小するためには、少なくとも容量
密度は7.0 fF/μm2以上あることが望ましい
。
上記キャパシタ用誘電体としては、Siの熱酸化膜また
は比誘電率の大きいタンタル酸化膜がリーク電流が小さ
くかつ欠陥密度も低くて良好な材料であるが、7.Of
F/μm2程度の容量密度を得るためには、熱酸化膜で
は膜厚50人、タンタル酸化膜でも150Å以下の膜厚
にすることが必要である。
は比誘電率の大きいタンタル酸化膜がリーク電流が小さ
くかつ欠陥密度も低くて良好な材料であるが、7.Of
F/μm2程度の容量密度を得るためには、熱酸化膜で
は膜厚50人、タンタル酸化膜でも150Å以下の膜厚
にすることが必要である。
発明者らは、上記誘電体を用いてバイポーラメモリセル
用キャパシタを形成した。第1図に該キャパシタの断面
図を示す1図の1はp型シリコン基板、2は素子間分離
絶縁膜、4はn0型高濃度拡散領域、5は反応性スパッ
タ法によって形成した膜厚100人のタンタル酸化膜、
7はバリアメタルのTi−W合金、8はAQ−Si合金
である。
用キャパシタを形成した。第1図に該キャパシタの断面
図を示す1図の1はp型シリコン基板、2は素子間分離
絶縁膜、4はn0型高濃度拡散領域、5は反応性スパッ
タ法によって形成した膜厚100人のタンタル酸化膜、
7はバリアメタルのTi−W合金、8はAQ−Si合金
である。
7のTi−Wは高速バイポーラメモリのトランジスタの
エミッタ、コレクタ、ベースまたはショットキバリアダ
イオードのコンタクト部から8のAQ−Si配線を引き
出す際、8のAQ−Siとコンタクト部の電極材料の間
の反応を防止するために、必要とされている。
エミッタ、コレクタ、ベースまたはショットキバリアダ
イオードのコンタクト部から8のAQ−Si配線を引き
出す際、8のAQ−Siとコンタクト部の電極材料の間
の反応を防止するために、必要とされている。
第1図のキャパシタをバイポーラメモリ形成工程に導入
する際、前記キャパシタを形成したのち。
する際、前記キャパシタを形成したのち。
コンタクトアロイ等の熱処理工程が必要なため、少なく
とも475℃で5時間はどの熱処理で素子の特性が変動
しないことが必要とされている。ところが、第1図に示
したキャパシタを475℃で5時間、窒素雰囲気中で熱
処理した所、キャパシタの歩留りが著しく減少し、LS
I用キャパシタとして十分な信頼性が得られないことが
分った。
とも475℃で5時間はどの熱処理で素子の特性が変動
しないことが必要とされている。ところが、第1図に示
したキャパシタを475℃で5時間、窒素雰囲気中で熱
処理した所、キャパシタの歩留りが著しく減少し、LS
I用キャパシタとして十分な信頼性が得られないことが
分った。
この現象は特に誘電体膜が薄いほど著しいことがわかっ
た。
た。
本発明の目的は大容量かつ小面積のキャパシダ を
形成する際、誘電体が薄くなっても熱処理によって絶縁
耐圧の劣化の起こりにくいキャパシタを提供することに
ある。
形成する際、誘電体が薄くなっても熱処理によって絶縁
耐圧の劣化の起こりにくいキャパシタを提供することに
ある。
上述のごと< A Q −S i/ T iW/ T
a、0゜/ S i型キャパシタが熱処理によって耐圧
の劣化を起こしたのは酸化タンタル(T a * O−
)膜が電極であるTi−Wとの反応によるものと考えた
。
a、0゜/ S i型キャパシタが熱処理によって耐圧
の劣化を起こしたのは酸化タンタル(T a * O−
)膜が電極であるTi−Wとの反応によるものと考えた
。
この反応は電極材料がTa、O,膜を還元して導電体に
するものと考えて、以下に示すように酸化の自由エネル
ギーを各電極材料について比較した。
するものと考えて、以下に示すように酸化の自由エネル
ギーを各電極材料について比較した。
表1に、T、B、リード(Reed)著“フリー・エナ
ジー・オン・フォーメーション・オン・バイナリ−・コ
ンパウンド(Free Energy ofForma
tion of Binary Compounds)
”ザーMIT−プレス社より求めた各種電極材料の酸素
分子1モル当りの酸化の自由エネルギーを絶対値の大き
い順に示した。
ジー・オン・フォーメーション・オン・バイナリ−・コ
ンパウンド(Free Energy ofForma
tion of Binary Compounds)
”ザーMIT−プレス社より求めた各種電極材料の酸素
分子1モル当りの酸化の自由エネルギーを絶対値の大き
い順に示した。
表1 各種電極材料の酸化の自由エネルギーなお、自由
エネルギーの値は450℃での値で示した。
エネルギーの値は450℃での値で示した。
表1より、良好な絶縁材料として知られているSiO,
、Ta、O,の電極材料としてAh Hf。
、Ta、O,の電極材料としてAh Hf。
Zr、Tiを用いるとS i O,、T a、O,膜は
環元されて耐圧不良の原因となるが、Nb、V、W。
環元されて耐圧不良の原因となるが、Nb、V、W。
Mo*Cr等の電極を用いるとS i O2,T a、
O。
O。
膜は酸化される方向に反応が進む傾向があるため耐圧不
良は起こりにくいことが予想される。
良は起こりにくいことが予想される。
そこで、第1図のキャパシタが耐圧不良を起こした原因
は、上部電極7のTi−W合金中のTiがTa2O@膜
を環元したことによるものと考えられる。
は、上部電極7のTi−W合金中のTiがTa2O@膜
を環元したことによるものと考えられる。
したがって、発明者らは、Ta、O,膜またはSin、
膜上の電極材料はNb、v9MO9Crもしくはそれら
のSi合金が良い材料であると考え、それらの電極材料
を用いてキャパシタの耐熱性およびLSIプロセスとの
適合性について検討した。
膜上の電極材料はNb、v9MO9Crもしくはそれら
のSi合金が良い材料であると考え、それらの電極材料
を用いてキャパシタの耐熱性およびLSIプロセスとの
適合性について検討した。
その結果、特に、W、Mo、CrおよびそれらのSi合
金が耐熱性の良いキャパシタを提供しうろことがわかっ
た。
金が耐熱性の良いキャパシタを提供しうろことがわかっ
た。
しかし、LSI素子の配線材料は電気抵抗の低いAQ−
Siが必須であり、上記のキャパシタ用電極は必ずしも
反応性の強いAllと下地の素子との反応を防ぐ良いバ
リアメタルであるとは限らないことがわかった9例えば
、Ta、05膜上のWは接着性も良く、耐熱性も良いが
、フィールド酸化膜上に形成した場合には、フィールド
膜のプロセス上生じる汚染やW膜自身の内部ストレスに
よって微細な配線部ではがれることがあり信頼性上の問
題点があることが分った。
Siが必須であり、上記のキャパシタ用電極は必ずしも
反応性の強いAllと下地の素子との反応を防ぐ良いバ
リアメタルであるとは限らないことがわかった9例えば
、Ta、05膜上のWは接着性も良く、耐熱性も良いが
、フィールド酸化膜上に形成した場合には、フィールド
膜のプロセス上生じる汚染やW膜自身の内部ストレスに
よって微細な配線部ではがれることがあり信頼性上の問
題点があることが分った。
それに対して、従来のバリアメタルTi−W合金、Ti
−3i合金、Ti−N合金ではTiがSin、中のSi
と反応することによってはがれを防止する効果のあるこ
とが表1の結果から考えられる。
−3i合金、Ti−N合金ではTiがSin、中のSi
と反応することによってはがれを防止する効果のあるこ
とが表1の結果から考えられる。
従って、LSI用の配線材料はある程度S i O,。
Siと反応することによって接着性を保つが、バイポー
ラメモリ用キャパシタのaim体として必要なSin、
又はTa、0.膜の膜厚は100人程度以下であり、電
極材料と誘電体との反応はキャパシタ特性の極端な変動
を引きおこしてしまう。
ラメモリ用キャパシタのaim体として必要なSin、
又はTa、0.膜の膜厚は100人程度以下であり、電
極材料と誘電体との反応はキャパシタ特性の極端な変動
を引きおこしてしまう。
そこで、本発明では5キャパシタ部の電極にはW、Mo
、CrおよびそれらのSi合金を用いて、配線部分はA
Ω−Si/Ti W (Ti N。
、CrおよびそれらのSi合金を用いて、配線部分はA
Ω−Si/Ti W (Ti N。
Ti−Si)合金を用いて、耐熱性の良好な薄膜キャパ
シタをバイボーラメモリ工程に導入することに成功した
。
シタをバイボーラメモリ工程に導入することに成功した
。
以下、本発明の詳細な説明する。
第2図に本発明による耐熱性の良好なキャパシタを装備
してα線によるソフトエラーを防止したバイポーラ型メ
モリセルの部分断面図を示す。
してα線によるソフトエラーを防止したバイポーラ型メ
モリセルの部分断面図を示す。
第2図において、1′はp型のSi基板、2は素子間分
離絶縁膜、3はn0型埋込層、4はキャパシタ用下部電
極となるn0工ピタキシヤルSi層。
離絶縁膜、3はn0型埋込層、4はキャパシタ用下部電
極となるn0工ピタキシヤルSi層。
5は誘電体である100人膜厚のTa、、Os膜、6は
上部電極で1000人のW膜、7はバリアメタルのTi
−W合金、8は配線材料のA Q −S i合金、9は
トランジスタのベース領域のp9型Si層、10はエミ
ッタ領域のn9型領域、11はエミッタ取出し電極のn
型にドープされた多結晶Si、12は電極材料であるp
tシリサイド層をそれぞれ示している。
上部電極で1000人のW膜、7はバリアメタルのTi
−W合金、8は配線材料のA Q −S i合金、9は
トランジスタのベース領域のp9型Si層、10はエミ
ッタ領域のn9型領域、11はエミッタ取出し電極のn
型にドープされた多結晶Si、12は電極材料であるp
tシリサイド層をそれぞれ示している。
この実施例のキャパシタ構造において、5のTa、O,
膜の電極は7のWであるため、ポストメタルアニール、
また、第2図の構造の上に層間絶縁膜を形成し多層配線
を形成する際などの熱工程を通っても絶縁耐圧は劣化し
ない。
膜の電極は7のWであるため、ポストメタルアニール、
また、第2図の構造の上に層間絶縁膜を形成し多層配線
を形成する際などの熱工程を通っても絶縁耐圧は劣化し
ない。
またバリアメタル7としてTi−W合金を用いているた
め、配線のはがれなども起こりにくい。
め、配線のはがれなども起こりにくい。
したがって、本発明によって、誘電体の膜厚が100人
程度と薄い材料を用いて小面積かつ大容量のキャパシタ
を形成しても耐熱性の良好なキャパシタをLSI製造工
程に導入することができる。
程度と薄い材料を用いて小面積かつ大容量のキャパシタ
を形成しても耐熱性の良好なキャパシタをLSI製造工
程に導入することができる。
本実施例では、5の誘電体としてTa、O,を用いて本
発明の詳細な説明したが、誘電体はSiOatSi、N
4あルイは、T i O2e Hf O,r VaOa
*Z n O,、N b20.等の金属酸化膜、および
それらの混合物、多層膜を用いても、本発明の概念は適
用できる。また、バリアメタルとしてはT i −W合
金を用いた例を説明したが、Ti−Si。
発明の詳細な説明したが、誘電体はSiOatSi、N
4あルイは、T i O2e Hf O,r VaOa
*Z n O,、N b20.等の金属酸化膜、および
それらの混合物、多層膜を用いても、本発明の概念は適
用できる。また、バリアメタルとしてはT i −W合
金を用いた例を説明したが、Ti−Si。
Ti−N合金も同様な効果を有している。
本発明によれば、電極配線材料のTi系合金の下地に誘
電体を環元しないV/+Mo、Crおよびそれらのシリ
サイドを形成することによって、耐熱性の良好なキャパ
シタを形成することができる。
電体を環元しないV/+Mo、Crおよびそれらのシリ
サイドを形成することによって、耐熱性の良好なキャパ
シタを形成することができる。
第1図は従来型キャパシタの断面図、第2図は本発明の
一実施例になるキャパシタを装備した高速バイポーラメ
モリの部分断面図である。 1・・・p型Si基板、2・・・素子分離絶縁膜、3・
・・n0埋込層、4・・・n0工ピタキシヤル層、5・
・・誘電体(Ta、O,)、6・W電極、7−Ti−W
合金、8・・・AQ−Si合金、9・・・p1エピタキ
シャル層、10・・・n0拡散層、11・・・エミッタ
電極、第 j 口 ≠ 第 2 図
一実施例になるキャパシタを装備した高速バイポーラメ
モリの部分断面図である。 1・・・p型Si基板、2・・・素子分離絶縁膜、3・
・・n0埋込層、4・・・n0工ピタキシヤル層、5・
・・誘電体(Ta、O,)、6・W電極、7−Ti−W
合金、8・・・AQ−Si合金、9・・・p1エピタキ
シャル層、10・・・n0拡散層、11・・・エミッタ
電極、第 j 口 ≠ 第 2 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、第1の金属化合物/第2の金属化物合物/第3の金
属化合物/絶縁膜/導電体がそれぞれ積層されているキ
ャパシタにおいて、該第1の金属化合物はアルミニウム
合金、該第2の金属化合物はTi−W合金、Ti−Si
合金、Ti−N合金の群より選ばれた合金、該第3の金
属化合物はW、Mo、Cr、W−Si合金、Mo−Si
合金、Cr−Si合金の群より選ばれた合金により構成
されていることを特徴とするキャパシタ。 2、前記絶縁膜は酸化タンタルを含有するかもしくは、
酸化タンタルと酸化シリコンまたは窒化シリコンとの積
層膜であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
のキャパシタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60054412A JPH0682782B2 (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | キヤパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60054412A JPH0682782B2 (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | キヤパシタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61214553A true JPS61214553A (ja) | 1986-09-24 |
JPH0682782B2 JPH0682782B2 (ja) | 1994-10-19 |
Family
ID=12969984
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60054412A Expired - Fee Related JPH0682782B2 (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | キヤパシタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0682782B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01304761A (ja) * | 1988-06-02 | 1989-12-08 | Hitachi Ltd | 半導体集積回路装置の製造方法 |
US5625233A (en) * | 1995-01-13 | 1997-04-29 | Ibm Corporation | Thin film multi-layer oxygen diffusion barrier consisting of refractory metal, refractory metal aluminide, and aluminum oxide |
US6514813B2 (en) | 1999-03-01 | 2003-02-04 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Method of fabricating a semiconductor device |
-
1985
- 1985-03-20 JP JP60054412A patent/JPH0682782B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01304761A (ja) * | 1988-06-02 | 1989-12-08 | Hitachi Ltd | 半導体集積回路装置の製造方法 |
US5625233A (en) * | 1995-01-13 | 1997-04-29 | Ibm Corporation | Thin film multi-layer oxygen diffusion barrier consisting of refractory metal, refractory metal aluminide, and aluminum oxide |
US6514813B2 (en) | 1999-03-01 | 2003-02-04 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Method of fabricating a semiconductor device |
US6794240B2 (en) | 1999-03-01 | 2004-09-21 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Method of fabricating a semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0682782B2 (ja) | 1994-10-19 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |