JPS62298119A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS62298119A JPS62298119A JP14003386A JP14003386A JPS62298119A JP S62298119 A JPS62298119 A JP S62298119A JP 14003386 A JP14003386 A JP 14003386A JP 14003386 A JP14003386 A JP 14003386A JP S62298119 A JPS62298119 A JP S62298119A
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Landscapes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
３、発明の詳細な説明
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置に係り、とくに高い誘電率と絶縁耐
圧を有する絶縁膜を有する半導体装置に関する。
圧を有する絶縁膜を有する半導体装置に関する。
現在、ＭＯ３型半導体装置をはじめ、多くの半導体装置
の絶縁膜には非晶質のＳｉＣ２，５ｉｓＮ４が幅広く使
用されている。（シリコン新デバイスに関する調査検究
報告書Ｉ （日本電子工業振興協会昭和５７年３月、５
７−Ｍ−１９１）これらの材料は絶縁耐圧が極めて高く
、かつ電界を印加した時に発生する固定電荷密度も低く
、優れた絶縁材料である。しかしながら、ＳｉＣ２の短
所は誘電率が低い（Ｅ＝３．８２） ことである。ち
なみにＳｉ３Ｎｍの誘電率は６．０ である。Ｄ ＲＡ
Ｍに代表されるように、半導体メモリの容量は年々、
増大しており、これは素子の微細化によって達成されて
いる。しかしながら、メモリの電荷を蓄えるキャパシタ
の微細化には限界がある。すなオ）ち、１ビット当りの
電荷量をある水準以下には下げられないためである。そ
のため、半導体メモリの大容量化に伴って、キャパシタ
の占める割合は大きくなり、大容量、高集積化のネック
になっている。
の絶縁膜には非晶質のＳｉＣ２，５ｉｓＮ４が幅広く使
用されている。（シリコン新デバイスに関する調査検究
報告書Ｉ （日本電子工業振興協会昭和５７年３月、５
７−Ｍ−１９１）これらの材料は絶縁耐圧が極めて高く
、かつ電界を印加した時に発生する固定電荷密度も低く
、優れた絶縁材料である。しかしながら、ＳｉＣ２の短
所は誘電率が低い（Ｅ＝３．８２） ことである。ち
なみにＳｉ３Ｎｍの誘電率は６．０ である。Ｄ ＲＡ
Ｍに代表されるように、半導体メモリの容量は年々、
増大しており、これは素子の微細化によって達成されて
いる。しかしながら、メモリの電荷を蓄えるキャパシタ
の微細化には限界がある。すなオ）ち、１ビット当りの
電荷量をある水準以下には下げられないためである。そ
のため、半導体メモリの大容量化に伴って、キャパシタ
の占める割合は大きくなり、大容量、高集積化のネック
になっている。
キャパシタの面積を小さくする方法には、ＳｉＯ２，５
ｉｓＮａに比較して誘電率が大きい絶縁膜の採用がある
９種々の材料に関する検討がなされているが、必ずしも
満足すべきものとは言えない。
ｉｓＮａに比較して誘電率が大きい絶縁膜の採用がある
９種々の材料に関する検討がなされているが、必ずしも
満足すべきものとは言えない。
本発明の目的は誘電率かつ絶縁耐圧が高い絶縁材料を有
する半導体装置を提供することにある。
する半導体装置を提供することにある。
上記目的は希土類金属酸化物の薄膜を絶縁膜に用いるこ
とによって達成される。希土類金属酸化物は立方晶、単
斜晶および立方晶の結晶構造を有し、温度、薄膜作製条
件によって結晶構造は変化する。立方晶のＣ−レアアー
ス型希土類酸化物はＣａＦｚに類似の結晶構造をもち、
Ｓｉ、ＧａＡｓなどのダイヤモンド及び立方晶Ｚｎ５Ｊ
造の半導体基板上にエピタキシャル成長し、優れた絶縁
特性を示すが、エピタキシャル成長しないで多結晶薄膜
になった場合にも優れた絶縁特性を示すことが明らかに
なった。
とによって達成される。希土類金属酸化物は立方晶、単
斜晶および立方晶の結晶構造を有し、温度、薄膜作製条
件によって結晶構造は変化する。立方晶のＣ−レアアー
ス型希土類酸化物はＣａＦｚに類似の結晶構造をもち、
Ｓｉ、ＧａＡｓなどのダイヤモンド及び立方晶Ｚｎ５Ｊ
造の半導体基板上にエピタキシャル成長し、優れた絶縁
特性を示すが、エピタキシャル成長しないで多結晶薄膜
になった場合にも優れた絶縁特性を示すことが明らかに
なった。
すなわち、希土類金属酸化物の絶縁耐圧、誘電率の高さ
は、この材料の本質的性質に基づくものであり、単結晶
薄膜、多結晶ｙ４ｉ！！！におげろ差は小さい。エピタ
キシャル成長した単結晶薄膜の場合、この絶縁膜の上に
さらに半導体材料の薄膜をエピタキシャル成長できる長
所はある。キャパシタとしての作用から考えた場合、多
結晶でも十分である。
は、この材料の本質的性質に基づくものであり、単結晶
薄膜、多結晶ｙ４ｉ！！！におげろ差は小さい。エピタ
キシャル成長した単結晶薄膜の場合、この絶縁膜の上に
さらに半導体材料の薄膜をエピタキシャル成長できる長
所はある。キャパシタとしての作用から考えた場合、多
結晶でも十分である。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
実施例Ｉ
Ｓｉ基板上に第１図の蒸着装置１を用いてＧｄｚＯ３薄
膜を形成した。Ｓｉ基板２の面方位は（１００）でｐ型
、電気比抵抗は１〜１０Ω・■であるｍ Ｓ ｘ基板２
を真空蒸着装置１中に入れ、２Ｘ１０−ＩＩＰａまで排
気したのち、基板温度を３００℃に上げ、これに電子ビ
ーｌ）加熱によって・ハース３中のＧｄｘＯｓ４を蒸発
させた。成膜速度は０ 、４ ｎ ｍ ／ ｓ で膜
厚は１５０膜ｍである。形成シｔ：、 Ｇ ｄ ｘｏ
ｓ：４ＰＩＡの結晶構造は立方晶であった。
膜を形成した。Ｓｉ基板２の面方位は（１００）でｐ型
、電気比抵抗は１〜１０Ω・■であるｍ Ｓ ｘ基板２
を真空蒸着装置１中に入れ、２Ｘ１０−ＩＩＰａまで排
気したのち、基板温度を３００℃に上げ、これに電子ビ
ーｌ）加熱によって・ハース３中のＧｄｘＯｓ４を蒸発
させた。成膜速度は０ 、４ ｎ ｍ ／ ｓ で膜
厚は１５０膜ｍである。形成シｔ：、 Ｇ ｄ ｘｏ
ｓ：４ＰＩＡの結晶構造は立方晶であった。
作製した薄膜上に１１ｆｆ１１直径のＡＱ電極を形成し
、電気特性を測定した。その結果、絶縁耐圧は５．６Ｍ
Ｖ ／ ｃｓ、誘電率は８．６であり、絶縁膜として
十分使用できるものであった。
、電気特性を測定した。その結果、絶縁耐圧は５．６Ｍ
Ｖ ／ ｃｓ、誘電率は８．６であり、絶縁膜として
十分使用できるものであった。
実施例２
実施例１と同じ蒸着袋＠１を用い、Ｓｉ基板上にＴａボ
ート５をヒータに用いて、金属Ｅｕ６を蒸着した。蒸着
に際しての到達真空度は実施例１と同じ２Ｘ１０−’Ｐ
ａである。Ｅｕを０．３ｎｍ／Ｓの成膜速度で１１００
ｎで蒸着した。形成したＥｕ薄膜は体心立方品構造であ
り、金属として蒸着していた。これを空気中、４００℃
で２時間加熱した。膜は立方晶のＥｕｘＯｓに変わり、
膜厚は１４０膜ｍに増した。このようにして形成したＥ
ｕｚＯｓ薄膜に実施例１と同じ形状の電極を形成し、電
気特性を３１１定した。得られた絶縁耐圧は４ 、８
Ｍ Ｖ ／ ｃｙａ、ｖＩｉｔ率は１０．２であった。
ート５をヒータに用いて、金属Ｅｕ６を蒸着した。蒸着
に際しての到達真空度は実施例１と同じ２Ｘ１０−’Ｐ
ａである。Ｅｕを０．３ｎｍ／Ｓの成膜速度で１１００
ｎで蒸着した。形成したＥｕ薄膜は体心立方品構造であ
り、金属として蒸着していた。これを空気中、４００℃
で２時間加熱した。膜は立方晶のＥｕｘＯｓに変わり、
膜厚は１４０膜ｍに増した。このようにして形成したＥ
ｕｚＯｓ薄膜に実施例１と同じ形状の電極を形成し、電
気特性を３１１定した。得られた絶縁耐圧は４ 、８
Ｍ Ｖ ／ ｃｙａ、ｖＩｉｔ率は１０．２であった。
実施例３
実施例１に用いたのと同じＳｉ基板２上にＮｄ２．０８
薄膜を反応性蒸着法により形成した。薄膜形成工程は、
第２図に示すようにＳｉ基板２を真空蒸着装置７中に入
れ、２Ｘ１０−’Ｐａまで排気したのち、酸素をｌＸｌ
０−”Ｐａまで導入し、この雰囲気中で金属Ｎｄを蒸着
させるものである。
薄膜を反応性蒸着法により形成した。薄膜形成工程は、
第２図に示すようにＳｉ基板２を真空蒸着装置７中に入
れ、２Ｘ１０−’Ｐａまで排気したのち、酸素をｌＸｌ
０−”Ｐａまで導入し、この雰囲気中で金属Ｎｄを蒸着
させるものである。
ｌＸｌ０−”Ｐａの酸素分圧は、酸素を一旦１Ｘ１０−
３Ｐａまでリークバルブ８を用いて導入し、この状態で
排気系のバルブ９調整を行って制御した。Ｎｄｘｏ３の
成膜速度は０．２ｎｍ／ｓ 、形成膜膜厚は１４０膜ｍ
である。Ｓｉ基板を加熱しない場合、形成したＮ ｄ
２０３膜は非晶質であった。
３Ｐａまでリークバルブ８を用いて導入し、この状態で
排気系のバルブ９調整を行って制御した。Ｎｄｘｏ３の
成膜速度は０．２ｎｍ／ｓ 、形成膜膜厚は１４０膜ｍ
である。Ｓｉ基板を加熱しない場合、形成したＮ ｄ
２０３膜は非晶質であった。
非晶質膜の絶縁耐圧は４．５ＭＶ／ａｓ 、誘電率は１
２．４であった。
２．４であった。
実施例４
実施例３で作製したＮｃ３ｚＯｓ薄膜を空気中で４００
℃に２時間加熱した。熱処理後の膜の結晶構造は立方晶
に変化し、この膜の絶縁耐圧は７．０Ｍ Ｖ ／ ｃｎ
、誘電率は７．４で絶縁耐圧の著しい向上がみられた。
℃に２時間加熱した。熱処理後の膜の結晶構造は立方晶
に変化し、この膜の絶縁耐圧は７．０Ｍ Ｖ ／ ｃｎ
、誘電率は７．４で絶縁耐圧の著しい向上がみられた。
実施例５
実施例３で作製したＮｄｘ○３薄膜を空気中で７００℃
に、２時間加熱した。熱処理後の膜の絶ａ′耐圧は７．
２ＭＶ／ｃｓ 、誘電率は７．２ であった。
に、２時間加熱した。熱処理後の膜の絶ａ′耐圧は７．
２ＭＶ／ｃｓ 、誘電率は７．２ であった。
実施例６
実施例３で述べた反応性蒸着法によってＮｄ２Ｏ３薄膜
の形成において基板温度を１５０℃に保った。
の形成において基板温度を１５０℃に保った。
その結果、作製したＮｄｚＯｓ薄膜の結晶構造は六方晶
になり、（１１０１）面が配向した。この薄膜の絶縁耐
圧は５．３ＭＶ／ｃｙｉ 、誘電率は９．８であった。
になり、（１１０１）面が配向した。この薄膜の絶縁耐
圧は５．３ＭＶ／ｃｙｉ 、誘電率は９．８であった。
実施例７
実施例６で作製した六方晶構造のＮｄｘＯδ薄膜を４０
０℃および７００℃に空気中で加熱した。
０℃および７００℃に空気中で加熱した。
薄膜の結晶構造はいずれも立方晶に変わり、得られた絶
縁耐圧、誘電率は７．１ＭＶ／ｃ２＋＋ 、７．２ＭＶ
／（至）、７．３ ．７．２ であった。
縁耐圧、誘電率は７．１ＭＶ／ｃ２＋＋ 、７．２ＭＶ
／（至）、７．３ ．７．２ であった。
実施例８
実施例３で採用した反応性蒸着法によろＮｄ２Ｏ３薄膜
の形成において、基板温度を４００℃に高めた。作製し
た膜ｇ １５０ ｎ ｍのＮ ｄ ２Ｏ３薄膜の結晶構
造は立方晶であり、（１１１）に配向していた。このＮ
ｃｌｚＯｓ薄１戻の絶縁耐圧は５ 、７ Ｍ Ｖ ／ｄ
、誘電率は９．３であった。
の形成において、基板温度を４００℃に高めた。作製し
た膜ｇ １５０ ｎ ｍのＮ ｄ ２Ｏ３薄膜の結晶構
造は立方晶であり、（１１１）に配向していた。このＮ
ｃｌｚＯｓ薄１戻の絶縁耐圧は５ 、７ Ｍ Ｖ ／ｄ
、誘電率は９．３であった。
実施例９
実施例３で採用した反応性蒸着法によろＮ ｄ ｘ Ｏ
ｓ薄膜の形成において、基板温度を７００℃にした。
ｓ薄膜の形成において、基板温度を７００℃にした。
作製したＮｄ２Ｏ３薄膜の厚さは１５０ｎｍ、成膜速度
は０ 、１ Ｔｌ ｍ ／ ｓ であった。膜は立方
晶構造で（１１１）に強く配向した。膜の絶縁耐圧は６
．８ＭＶ／個、誘電率は９．０ であった。
は０ 、１ Ｔｌ ｍ ／ ｓ であった。膜は立方
晶構造で（１１１）に強く配向した。膜の絶縁耐圧は６
．８ＭＶ／個、誘電率は９．０ であった。
実施例１０
スパッタ法によりＧ ｄ ２０ ｓ薄膜をＳｉ （１
００）基板上に形成した。装置は第３図に示すような高
周波マグネトロンスパッタ装置１４で、ターゲットは直
径１５０Ｉ＋１！＋のＣ，ｄｘＯｓの焼結体１５である
。
００）基板上に形成した。装置は第３図に示すような高
周波マグネトロンスパッタ装置１４で、ターゲットは直
径１５０Ｉ＋１！＋のＣ，ｄｘＯｓの焼結体１５である
。
スパッタ用ガスはＡｒであり、圧力は５Ｐａであつた。
基板を水冷した条件で高周波電力２００Ｗを印加し、成
膜速度０．１５ｎｍ／’ｓが得られた。
膜速度０．１５ｎｍ／’ｓが得られた。
作製したＧｄｘＯｓ膜は単餅晶で（４０２）面に配向し
た・膜厚１８０ｎｍのＧ ｄ ２Ｏ３膜の絶縁耐圧は５
．９ＭＶ／ａｍ、誘電率は８．５であった。
た・膜厚１８０ｎｍのＧ ｄ ２Ｏ３膜の絶縁耐圧は５
．９ＭＶ／ａｍ、誘電率は８．５であった。
実施例１１
実施例ＩＱのスパッタリングによるＧｄｚＯａ薄膜の形
成において、基板温度を３５０℃に設定した。実施例１
０と同じスパッタ条件下では、成膜速度は０．Ｏ２ｎｍ
／ｓ に低下した。形成した膜厚１１００ｎのＧｄｚ
Ｏｓ膜の絶縁耐圧は６．３ＭＶＺ■、誘電率は８．２で
あった。
成において、基板温度を３５０℃に設定した。実施例１
０と同じスパッタ条件下では、成膜速度は０．Ｏ２ｎｍ
／ｓ に低下した。形成した膜厚１１００ｎのＧｄｚ
Ｏｓ膜の絶縁耐圧は６．３ＭＶＺ■、誘電率は８．２で
あった。
以上、実施例で詳しく述べたように、希土類金ｒＡ酸化
膜は多結晶体、非晶質であっても、高い誘電率と比較的
高い絶縁耐圧を有し、半導体装置用の絶縁膜材料として
優れた材料になりうろものである。＊発明において、熱
処理を行うことによって絶縁耐圧の著しい向上が認めら
れたが、これは酸化物賛嘆中の酸素欠陥の低減に加え、
希土類金属酸化物薄膜とＳｉ基板の間にＳ ｉＯｚの薄
い層ができたことにもよる。したがって、他の方法によ
り、希土類金属酸化物薄膜とＳｘ基板の間に５ｉＯｚ膜
を形成した場合にも同様の効果が期待できる。
膜は多結晶体、非晶質であっても、高い誘電率と比較的
高い絶縁耐圧を有し、半導体装置用の絶縁膜材料として
優れた材料になりうろものである。＊発明において、熱
処理を行うことによって絶縁耐圧の著しい向上が認めら
れたが、これは酸化物賛嘆中の酸素欠陥の低減に加え、
希土類金属酸化物薄膜とＳｉ基板の間にＳ ｉＯｚの薄
い層ができたことにもよる。したがって、他の方法によ
り、希土類金属酸化物薄膜とＳｘ基板の間に５ｉＯｚ膜
を形成した場合にも同様の効果が期待できる。
本発明の実施例ではＥｕ、Ｇｄ、Ｎｄの希土類元素の結
果を示したが、希土類族の化学的性質の類似性から他の
希土麗元素についても同じ効果が期待されると同時にそ
れらの混晶およびＹ、Ｓｃについても同様である。また
、Ｓｉ以外の半導体材料を用いた装置に絶縁膜として用
いられるとは容易に考えられる。
果を示したが、希土類族の化学的性質の類似性から他の
希土麗元素についても同じ効果が期待されると同時にそ
れらの混晶およびＹ、Ｓｃについても同様である。また
、Ｓｉ以外の半導体材料を用いた装置に絶縁膜として用
いられるとは容易に考えられる。
第１図は使用した蒸着装置の概略説明図、第２図は反応
性蒸着に使用した真空蒸着装置の概略説明図、第３図は
高周波マグネトロン型スパッタ装置の説明図である。 １・・−蒸着装置、２・・・Ｓｉ基板、３・・・ハース
、４・・Ｇｄｚ０３．５・・・タンタルボート、６・・
・Ｅｕ、７・・真空熱着装置、８−・リークバルブ、９
・・・バルブ１０・・・基板加熱ヒータ、１１・・・基
板加熱ヒータ、１２・・・蒸着源、１３・・・差動排気
用バルブ、１４・・・高周波マグネトロンスパッタ装置
、１５・・・Ｇ ｄ ２０ ａ焼結体、１６・・・基板
ホルダ。 罵 １ 図 石 Ｚ 図 Ｉ １１厘 −４Ｊ ＯＺ Ｓｉ４＊’ＩＪ ハース ／６ 基８Ｉｌ水ルク゛
性蒸着に使用した真空蒸着装置の概略説明図、第３図は
高周波マグネトロン型スパッタ装置の説明図である。 １・・−蒸着装置、２・・・Ｓｉ基板、３・・・ハース
、４・・Ｇｄｚ０３．５・・・タンタルボート、６・・
・Ｅｕ、７・・真空熱着装置、８−・リークバルブ、９
・・・バルブ１０・・・基板加熱ヒータ、１１・・・基
板加熱ヒータ、１２・・・蒸着源、１３・・・差動排気
用バルブ、１４・・・高周波マグネトロンスパッタ装置
、１５・・・Ｇ ｄ ２０ ａ焼結体、１６・・・基板
ホルダ。 罵 １ 図 石 Ｚ 図 Ｉ １１厘 −４Ｊ ＯＺ Ｓｉ４＊’ＩＪ ハース ／６ 基８Ｉｌ水ルク゛
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、非晶質もしくは多結晶体よりなるＬｎ＿２Ｏ＿３（
ここでＬｎはイットリウム、スカンジウムおよび希土類
金属元素のうちから選ばれた少なくとも一つの金属元素
）なる分子式で表わされた酸化物を絶縁膜として有する
ことを特徴とする半導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の半導体がダイヤモンド
構造もしくはダイヤモンド類似構造を有する半導体材料
であることを特徴とする半導体装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の酸化物が、その結晶構
造が立方晶の場合、（１１１）に、六方晶の場合、（１
＠１＠０１）に、単斜晶の場合、（４０＠２＠）に配向
していることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14003386A JPS62298119A (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14003386A JPS62298119A (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62298119A true JPS62298119A (ja) | 1987-12-25 |
Family
ID=15259392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14003386A Pending JPS62298119A (ja) | 1986-06-18 | 1986-06-18 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62298119A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0480926A (ja) * | 1990-07-24 | 1992-03-13 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 酸化物絶縁膜の作製方法 |
| US6144057A (en) * | 1990-07-24 | 2000-11-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor memory device including a field effect transistor |
| US7280341B2 (en) | 2002-12-27 | 2007-10-09 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Electrostatic chuck |
| US7335570B1 (en) | 1990-07-24 | 2008-02-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of forming insulating films, capacitances, and semiconductor devices |
-
1986
- 1986-06-18 JP JP14003386A patent/JPS62298119A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0480926A (ja) * | 1990-07-24 | 1992-03-13 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 酸化物絶縁膜の作製方法 |
| US6144057A (en) * | 1990-07-24 | 2000-11-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor memory device including a field effect transistor |
| US7335570B1 (en) | 1990-07-24 | 2008-02-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of forming insulating films, capacitances, and semiconductor devices |
| US7280341B2 (en) | 2002-12-27 | 2007-10-09 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Electrostatic chuck |
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