JPS63312664A - Manufacture of capacitor for semiconductor device - Google Patents

Manufacture of capacitor for semiconductor device

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JPS63312664A
JPS63312664A JP14809287A JP14809287A JPS63312664A JP S63312664 A JPS63312664 A JP S63312664A JP 14809287 A JP14809287 A JP 14809287A JP 14809287 A JP14809287 A JP 14809287A JP S63312664 A JPS63312664 A JP S63312664A
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JP
Japan
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film
capacitor
lower electrode
leakage current
intermediate layer
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Application number
JP14809287A
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Japanese (ja)
Inventor
Ushimatsu Moriyama
森山 丑松
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To reduce a leakage current by forming an intermediate layer made of metal to become by oxidizing high dielectric or high dielectric, then oxidizing it in an oxidative atmosphere to convert part of a lower electrode into an insulator, and then forming an upper electrode on the intermediate layer. CONSTITUTION:A tantalum nitride film (TaN) is formed as a lower electrode 11 by RF sputtering on an Si substrate 10. Then, a tantalum oxide film (Ta2O5) is deposited as an intermediate layer on the electrode 11. This sample is heat treated at 750 deg.C for 1 hour in an Ar atmosphere, and then oxidized at 750 deg.C for 10min in an oxidative atmosphere. This is further heat treated at 950 deg.C for 30min in a nonoxidative atmosphere. An aluminum film is deposited as an upper electrode 13 on the layer 12. Thus, the layer 12 made of the Ta2O5 film is interposed between electrodes 11 and 13 to complete a capacitor. The capacitor is connected, for example, to the source of a MOS transistor to be used as a memory capacitor.

Description

【発明の詳細な説明】 [Tl明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、半導体装置用キャパシタの製造方法に係わり
、特にタンタルやチタン等の酸化物からなる高誘電体膜
を用いた半導体装置用キャパシタの製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Purpose of the invention] (Field of industrial application) The present invention relates to a method of manufacturing a capacitor for a semiconductor device, and particularly relates to a method of manufacturing a capacitor for a semiconductor device, and in particular, the present invention relates to a method of manufacturing a capacitor for a semiconductor device. The present invention relates to a method of manufacturing a capacitor for a semiconductor device.

(従来の技術) 近年、半導体製造技術の発展に伴い、半導体装置の高集
積化・高密度化が進んでおり、MO8型DRAM等の半
導体メモリにあっては、メモリ言分の増大のためにメモ
リセルの縮小化が強く要望されている。このメモリセル
の縮小化はストレージキャパシタの面積縮小化につなが
り、必然的にキャパシタ各市の減少を招来している。
(Prior art) In recent years, with the development of semiconductor manufacturing technology, semiconductor devices have become more highly integrated and densely packed. There is a strong demand for downsizing of memory cells. This miniaturization of memory cells leads to a reduction in the area of storage capacitors, which inevitably leads to a decrease in the number of capacitors.

一方、α遊子によるソフトエラーに対処し、読出し信号
を確保するためには、ストレージキャパシタの容色をそ
れ程減少させることはできない。
On the other hand, in order to deal with the soft error caused by α playback and to secure the read signal, the appearance of the storage capacitor cannot be reduced to a large extent.

現在技術では、当該キャパシタへのN積電荷量は150
〜200 rcが要求されている。この種のキャパシタ
の誘電体膜としてはシリコン酸化膜(SiO2)が広く
使用されているが、高11M化をさらに進めようとする
と、シリコン酸化膜では蓄積電荷量が不足すると言う問
題が生じてきた。
With current technology, the N product charge amount to the capacitor is 150
~200 rc is required. Silicon oxide film (SiO2) is widely used as the dielectric film for this type of capacitor, but as attempts are made to further increase the capacitance to 11M, a problem has arisen in that silicon oxide film lacks the amount of stored charge. .

即ち、容量を大きくするには誘電体膜を薄くする必要が
あるが、誘電体膜が薄くなると絶縁破壊等の信頼性問題
をクリアできない。
That is, in order to increase the capacitance, it is necessary to make the dielectric film thinner, but if the dielectric film becomes thinner, reliability problems such as dielectric breakdown cannot be overcome.

そこで最近、キャパシタの蓄積電荷ωを確保するために
、高誘電体の探索や溝形成による実効的な面積拡大法が
提唱されている。現在採用されているシリコン酸化膜よ
りも大きな誘′R率を有する絶縁膜としては、アルミナ
、酸化チタン、酸化ハフニウム、l!2化ジルコニウム
、窒化シリコン、i%!化タレタンタル候補に挙げられ
ている。中でも、高誘電体膜として、従来より実績のあ
るタンクル酸化It! (Ta20S )に期待が奇せ
られている。
Therefore, recently, in order to secure the accumulated charge ω of a capacitor, an effective method of expanding the area by searching for a high dielectric material or forming grooves has been proposed. Insulating films that have a higher permittivity than the currently used silicon oxide film include alumina, titanium oxide, hafnium oxide, l! Zirconium dioxide, silicon nitride, i%! It is listed as a candidate for tantalum. Among them, tank oxidation It! has a proven track record as a high dielectric film. (Ta20S) has high expectations.

タンタル酸化膜の誘電率は20以上で、シリコン酸化膜
の5〜6倍であり、4MビットのDRAMへの対応に期
待が寄せられている。
The dielectric constant of tantalum oxide film is 20 or more, which is 5 to 6 times that of silicon oxide film, and is expected to be compatible with 4M bit DRAM.

このように、高い誘電率を有するタンタル酸化膜に熱い
期待が寄せられているが、現在、耐圧。
As described above, there are high hopes for tantalum oxide films that have a high dielectric constant, but currently the breakdown voltage is low.

リーク電流を満足するものが見出されていない。No one has been found that satisfies the leakage current.

即ら、高誘電体膜であっても、耐圧、リーク電流特性の
低下は蓄積電荷量の減少をもたらす。このため、誘電率
はシリコン酸化膜の5〜6倍であっても、蓄積電荷量は
現在の技術レベルでは高々2倍に過ぎない。これでは、
長期的展望からは、高誘電体膜の出番はないと言わざる
を得ない。なお、タンタル酸化膜は、電子ビーム蒸着法
、DCスパッタffi、RFスパッタ法等によりタンタ
ル膜を形成したのち、熱酸化、プラズマ酸化、アノード
酸化等により得られる。また、酸化物ターゲットを用い
たRFスパッタ法により直接タンタル酸化膜をシリコン
基板上に形成することも行われる。さらにまた、有機金
属化合物によるCVD法も知られている。−しかしなが
ら、いずれの方法によっても600℃以上の熱処理を経
ると、急激に耐圧・リーク電流の増大を招き、これが実
用化のための大きな障害となっていた。
That is, even if the film has a high dielectric constant, a decrease in breakdown voltage and leakage current characteristics results in a decrease in the amount of accumulated charge. Therefore, even though the dielectric constant is 5 to 6 times that of a silicon oxide film, the amount of accumulated charge is at most twice that of the silicon oxide film at the current technological level. In this case,
From a long-term perspective, it must be said that there is no place for high dielectric constant films. Note that the tantalum oxide film is obtained by forming a tantalum film by electron beam evaporation, DC sputtering ffi, RF sputtering, or the like, and then performing thermal oxidation, plasma oxidation, anode oxidation, or the like. Furthermore, a tantalum oxide film is also formed directly on a silicon substrate by RF sputtering using an oxide target. Furthermore, CVD methods using organometallic compounds are also known. - However, in either method, heat treatment at 600° C. or higher causes a sudden increase in breakdown voltage and leakage current, which has been a major obstacle to practical application.

また、耐圧、リーク電流の改善には、タンタル酸化膜と
シリコン雄板との間に、シリコン酸化膜やシリコン窒化
膜を介在させるのが効果的である。
Further, in order to improve breakdown voltage and leakage current, it is effective to interpose a silicon oxide film or a silicon nitride film between the tantalum oxide film and the silicon male plate.

しかしながら、これらのシリコン酸化膜、窒化膜は、い
ずれもタンタル酸化膜に比べると誘電率は1/6〜1/
3と小さく、これらの低誘電率の膜が直列的に介在する
ことは、全体としてのlff1率の低下を非常に大きな
ものとする。さらに、この合成誘電率に対する低誘電率
物質の膜厚の影響は大きいので、一定容@鎖を有するキ
ャパシタを得るためには、膜厚を厳しく制御する必要が
生じる。
However, both silicon oxide films and nitride films have dielectric constants of 1/6 to 1/1 compared to tantalum oxide films.
3, and the presence of these films with low dielectric constants in series causes a very large decrease in the lff1 factor as a whole. Furthermore, since the film thickness of the low dielectric constant material has a large influence on the composite dielectric constant, it is necessary to strictly control the film thickness in order to obtain a capacitor having a constant volume @ chain.

このため、実用的圃値は殆ど期待できないものであった
For this reason, practical field values could hardly be expected.

(発明が解決しようとする問題点) このように従来、タンタル醇化膜等の高誘電体膜は、高
温熱処理を経ることによりそのリーク電流が増大すると
言う欠点を持つ。このため、タンタル酸化膜等の高1?
!?体膜を用いてキャパシタを形成しても、高誘電体膜
のリーク電流特性の低下から十分大きな蓄積電荷量を得
ることは困難であった。
(Problems to be Solved by the Invention) Conventionally, high dielectric constant films such as tantalum fused films have the drawback that their leakage current increases when subjected to high-temperature heat treatment. For this reason, the height of tantalum oxide film etc. is 1?
! ? Even if a capacitor is formed using a body film, it is difficult to obtain a sufficiently large amount of accumulated charge due to the deterioration of leakage current characteristics of a high dielectric film.

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、高誘電体膜におけるリーク電流を低減
することができ、蓄積電荷量が大きく信頼性の^い半導
体装置用キャパシタの製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a reliable capacitor for semiconductor devices that can reduce leakage current in a high dielectric film and has a large amount of accumulated charge. The purpose is to provide a manufacturing method.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明の骨子は、高誘電体膜におけるリーク電流の原因
となる欠陥箇所を、下部電極の一部を酸化することによ
り修復することにある。高R1体躾におけるリーク電流
は該膜中における欠陥によるものであり、特に欠陥は高
温熱処理(熱酸化を含む)において著しく増大すること
が知られている。欠陥の全くない誘電体膜を形成するこ
とは実質的に困難であり、むしろ欠陥箇所を[1するよ
うな工程を導入することによってリーク電流を低減化す
べきである。この考え方に基づき、本発明者等が酸化膜
形成過程を検討した結果、欠陥箇所を通して下部電極の
一部を絶縁物化する方法がリーク電流の低減化に極めて
有効であることを見出した。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is to repair defective parts that cause leakage current in a high dielectric film by oxidizing a part of the lower electrode. be. Leakage current in high R1 systems is due to defects in the film, and it is known that defects in particular increase significantly during high-temperature heat treatment (including thermal oxidation). It is substantially difficult to form a dielectric film with no defects; rather, leakage current should be reduced by introducing a process that reduces defective locations to [1]. Based on this idea, the inventors investigated the process of forming an oxide film and found that a method of converting a portion of the lower electrode into an insulator through the defect location is extremely effective in reducing leakage current.

本発明はこのような点に着目してなされたもので、高誘
電体膜を用いた半導体装置用キャパシタの製造方法にお
いて、酸化性雰囲気中で酸化される金属、金属窒化物又
は金属硅化物からなる下部電極上に酸化されて高誘電体
となる金属又は高誘電体からなる中間層を形成したのち
、酸化性雰囲気中で酸化処理を行うことにより下部電極
の一部を絶縁物に変換し、次いで中間層上に上部電極を
形成するようにした方法である。
The present invention has been made with attention to such points, and in a method for manufacturing a capacitor for a semiconductor device using a high dielectric constant film, a method for manufacturing a capacitor for a semiconductor device using a high dielectric constant film is provided. After forming an intermediate layer made of a metal or a high dielectric material that is oxidized to become a high dielectric material on the lower electrode, a part of the lower electrode is converted into an insulator by performing oxidation treatment in an oxidizing atmosphere, In this method, an upper electrode is then formed on the intermediate layer.

(作用) 本発明によれば、高誘電体膜におけるリーク電流は次の
ようにして低減されることになる。即ち、下部電極には
タンタル、ニオブ、チタン、へフニウム、ジルコニウム
、アルミニウム、希土類元素又はこれらの窒化物若しく
は硅化物を用い、この上に中間層としてタンタルやチタ
ン等の酸化膜からなる高誘電体膜を堆積する。この状態
で、高温熱処理等により高誘電体膜中に欠陥をさらに発
生させるのが効果的である。既に、高誘電体膜中に欠陥
を十分含むときはこの限りではない。ここで、リーク電
流の原因となる欠陥には、膜中に存在する不純物元素、
結晶粒界、Fi9躾化1表面の凹凸、ストレス等がある
。いずれにしても、膜の不均一性に基づくものである。
(Function) According to the present invention, leakage current in a high dielectric film is reduced in the following manner. That is, tantalum, niobium, titanium, hefnium, zirconium, aluminum, rare earth elements, or their nitrides or silicides are used for the lower electrode, and on top of this, a high dielectric material made of an oxide film of tantalum, titanium, etc. is used as an intermediate layer. Deposit the film. In this state, it is effective to further generate defects in the high dielectric constant film by high temperature heat treatment or the like. This does not apply when the high dielectric constant film already contains enough defects. Here, defects that cause leakage current include impurity elements present in the film,
There are grain boundaries, irregularities on the surface of Fi9, stress, etc. In any case, it is based on the non-uniformity of the film.

次に、酸化性雰囲気中で中間層の欠陥を通して下i電極
の一部を酸化する。リーク電流の原因となる欠陥と酸化
材或いは下部電極の金属イオン種とは完全に1対1に対
応するとは限らないが、主に欠陥箇所を介してこれらの
イオン種が連光的に拡散・移動する。これにより、欠陥
箇所近傍の下部電極が酸化されて絶縁物となる。その結
果、欠陥箇所が修復され、リーク電流の低減化が可能と
なる。
Next, a portion of the lower i-electrode is oxidized through the defects in the intermediate layer in an oxidizing atmosphere. Although there is not always a perfect one-to-one correspondence between defects that cause leakage current and metal ion species in the oxidizing material or lower electrode, these ion species are mainly diffused and diffused through the defect location. Moving. As a result, the lower electrode near the defective location is oxidized and becomes an insulator. As a result, the defective portion is repaired and leakage current can be reduced.

(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。(Example) Hereinafter, details of the present invention will be explained with reference to illustrated embodiments.

− 第1図は本発明の第1の実施例方法を説明するための工
程断面図である。まず、第1図(a>に示す如く、スト
レージキャパシタを形成すべきSiM板1板上0上RF
スパッタリングにより下部電極11としての窒化タンタ
ルII (TaN)を1000人の厚さに形成した。続
いて、下部電漫11上に、中間層12としてのタンタル
酸化膜(T820s )を200人の厚さに堆積した。
- FIG. 1 is a process sectional view for explaining the first embodiment method of the present invention. First, as shown in FIG. 1 (a), an RF
Tantalum II nitride (TaN) was formed as the lower electrode 11 to a thickness of 1000 nm by sputtering. Subsequently, a tantalum oxide film (T820s) as an intermediate layer 12 was deposited on the lower electrode 11 to a thickness of 200 mm.

この試料をArガス雰囲気中で750℃、1時間の加熱
処理を行い、Ta205膜に欠陥を発生させた。次いで
、このTa205 !iの欠陥を修復するために、酸化
性雰囲気中で750℃、 10分間の酸化処理を行った
。これを、さらに非酸化性雰囲気中で950℃、30分
間加熱処理を行い、後述する如くリーク電流特性を調べ
た。
This sample was heat-treated at 750° C. for 1 hour in an Ar gas atmosphere to generate defects in the Ta205 film. Next, this Ta205! In order to repair the defects in i, oxidation treatment was performed at 750° C. for 10 minutes in an oxidizing atmosphere. This was further heat-treated at 950° C. for 30 minutes in a non-oxidizing atmosphere, and the leakage current characteristics were examined as described below.

次いで、第1図(b)に示す如く、中間層12上に、上
部電極13としてのAff膜を窯着形成した。これによ
り、Ta205膜からなる中間層12を電極11.13
で挾んだキャパシタが完成することになる。また、この
キャパシタは、例えば第2図に示す如くMoSトランジ
スタのソースに接続されてメモリキャパシタとして使用
される。
Next, as shown in FIG. 1(b), an Aff film as an upper electrode 13 was formed on the intermediate layer 12 by kiln deposition. As a result, the intermediate layer 12 made of the Ta205 film is connected to the electrodes 11.13.
The capacitor sandwiched between the two is now completed. Further, this capacitor is used as a memory capacitor by being connected to the source of a MoS transistor, for example, as shown in FIG.

なお、第2図において、21はゲート絶縁膜、22はゲ
ートN極、23a、23bは’/−スートレイン領域で
ある。
In FIG. 2, 21 is a gate insulating film, 22 is a gate N pole, and 23a and 23b are '/- soustrain regions.

さて、上記試料におけるリーク電流特性を調べたところ
、第3図のような結果が得られた。即ち、前記Arガス
雰囲気中で加熱処理したのみの試料では、図中aのよう
に非常に大きなリーク電流であった。また、酸化性雰囲
気中で酸化を行った試料は図中b、これを更に非酸化性
雰囲気中で加熱処理した試料は図中Cとなり、aに比べ
てリーク電流が著しく低減されていた。なお、比較のた
めに、前記Arガス雰囲気中での加熱処理もしないもの
a′、これを更に950℃、30分の加熱処理したもの
C′について示した。これらの結果から、誘電体膜の修
復処理を行ったものは、950℃の高温熱処理に対して
も低いリーク電流のままであることが判る。
Now, when the leakage current characteristics of the above sample were investigated, the results shown in FIG. 3 were obtained. That is, the sample that was only heat-treated in the Ar gas atmosphere had a very large leakage current as shown in a in the figure. Further, the sample oxidized in an oxidizing atmosphere is labeled b in the figure, and the sample further heat-treated in a non-oxidizing atmosphere is labeled C in the figure, and the leakage current was significantly reduced compared to sample a. For comparison, a sample a' which was not heat-treated in the Ar gas atmosphere and a sample C' which was further heat-treated at 950° C. for 30 minutes are shown. From these results, it can be seen that the dielectric film subjected to the repair treatment maintains a low leakage current even after high-temperature heat treatment at 950°C.

かくして一本実施例方法によれば、Ta20sl!1等
の高誘電体を用いてキャパシタを形成することができ、
且つ高誘電体膜のリーク電流を著しく低減することがで
きる。このため、中位面積当りの蓄積電荷分は高誘電体
膜の従来例の約2〜8倍に高められることになった。従
って、本実施例方法をメモリキャパシタ等に適用した場
合、小さい面積で大きな蓄積電ωを持つものを実現する
ことができ、DRAMの製造に絶大なる効果を発揮する
Thus, according to one embodiment method, Ta20sl! A capacitor can be formed using a high dielectric material of 1st class,
In addition, leakage current of the high dielectric film can be significantly reduced. For this reason, the amount of accumulated charge per medium area is increased to about 2 to 8 times that of the conventional high dielectric film. Therefore, when the method of this embodiment is applied to a memory capacitor or the like, it is possible to realize a capacitor having a large storage current ω in a small area, which is extremely effective in manufacturing a DRAM.

また、Arガス雰囲気中での加熱処理を行うことにより
、酸化の前に積(ル的に欠陥を発生させているので、後
続する酸化処理において欠陥の修復をより有効に行うこ
とができる。さらに、下部電極11として、誘電率の大
きい酸化物を形成するTaNi1を用いているので、こ
の酸化物形成に伴う容(至)の低下は極僅かである。ま
た、TaN膜はSi基板10と中間層13である誘電体
膜との高温反応を阻止するバリヤ性を有するので、基板
保護の観点からも有効である。
In addition, by performing heat treatment in an Ar gas atmosphere, defects are generated in a cumulative manner before oxidation, so defects can be repaired more effectively in the subsequent oxidation treatment. Since TaNi1, which forms an oxide with a high dielectric constant, is used as the lower electrode 11, the decrease in capacitance due to the formation of this oxide is extremely small. Since it has a barrier property that prevents high-temperature reactions with the dielectric film that is the layer 13, it is also effective from the viewpoint of protecting the substrate.

次に、本発明の第2の実施例方法について説明する。こ
の実施例では、下部電極11としてTaの窒化物を用い
、この下部電極11上に中間層12としてのチタン酸化
l1l(TiO2)を300人の厚さに堆f^した。次
いで、800℃、30分間の加熱処理を行い、TlO2
膜に欠陥を発生させた。
Next, a second embodiment method of the present invention will be described. In this example, Ta nitride was used as the lower electrode 11, and titanium oxide l1l (TiO2) was deposited on the lower electrode 11 to a thickness of 300 nm as the intermediate layer 12. Next, heat treatment was performed at 800°C for 30 minutes to remove TlO2.
This caused defects in the film.

その後、酸素雰囲気中でTi0zl19の欠陥を通して
下部電極11の一部を酸化し、これによりTiO2膜の
欠陥の修復を行った。
Thereafter, a portion of the lower electrode 11 was oxidized through the defects in Ti0zl19 in an oxygen atmosphere, thereby repairing the defects in the TiO2 film.

その結果、誘電体膜のリーク電流が減少し、高温処理後
もリーク電流の増加は極僅かであった。
As a result, the leakage current of the dielectric film was reduced, and even after high-temperature treatment, the increase in leakage current was extremely small.

かくして本実施例方法によれば、従来は低温で容易に結
晶化するため、著しくリーク電流の大きかったTiO2
に対しても著しいリーク電流低減の効果が得られる。ま
た、下部型1柩11として、Taの代りに、Nb、Ti
、Hf、Zr、Affi等の窒化物を用いても同様の効
果が得られた。さらに、下部電極11としてシリサイド
膜を用いても同様の効果が得られた。
Thus, according to the method of this embodiment, TiO2, which conventionally had a significantly large leakage current because it was easily crystallized at low temperatures,
The effect of significantly reducing leakage current can also be obtained. In addition, as the lower mold 1 coffin 11, Nb, Ti is used instead of Ta.
Similar effects were obtained using nitrides such as , Hf, Zr, and Affi. Furthermore, similar effects were obtained even when a silicide film was used as the lower electrode 11.

次に、本発明の第3の実施例方法について説明する。こ
の実tIfi例は、複合化誘電体膜の形成により、リー
ク−電流のより−Hの低減をはかったものである。
Next, a third embodiment method of the present invention will be described. This practical example aims to further reduce -H in leakage current by forming a composite dielectric film.

まず、前記第1図に示す如くストレージキャパシタを形
成すべき3i基板10上に、下部電極11として窒化チ
タンflu(TiN)を2000人の厚さに形成した。
First, as shown in FIG. 1, titanium nitride flu (TiN) was formed to a thickness of 2000 nm as a lower electrode 11 on a 3i substrate 10 on which a storage capacitor was to be formed.

続いて、下部電極11上に、中間層12としてのタンタ
ル酸化II! (Ta20s )を0〜200人の厚さ
に堆積した。これを、酸化性雰囲気中で700℃。30
分間酸化処理を行った。この酸化処理により、下部電極
11の一部が酸化されると共に、この酸化膜とTa20
sNQとがΦなり、復合化誘電体膜が形成されることに
なる。
Subsequently, tantalum oxide II! is deposited on the lower electrode 11 as the intermediate layer 12! (Ta20s) was deposited to a thickness of 0 to 200 nm. This was heated to 700°C in an oxidizing atmosphere. 30
Oxidation treatment was performed for 1 minute. Through this oxidation treatment, a part of the lower electrode 11 is oxidized, and this oxide film and Ta20
sNQ becomes Φ, and a decomposed dielectric film is formed.

次いで、前記第1図(b)に示す如く、中間層12上に
上部電極13としてA2躾を蒸着形成してキャパシタを
完成した。この試料のリーク電流特性及び誘電率に対す
るTa205膜の膜厚依存性を調べたところ、第4図及
び第5図に示す結果が得られた。第4図の結果から、T
a205膜の膜厚が厚い程リーク電流が少ないことが判
る。さらに、膜厚100〜200人では、先の第1の実
議例における第3図のす、cに近いリーク電流特性であ
ることが判る。また、第5図の結束から、Ta205 
II!の膜厚が薄い程複合化誘電体膜の誘電率が高くな
っていることが判る。これは、まさに複合化酸化膜の形
成により、Ta205膜よりも高い17ff率が1qら
れることを示している。
Next, as shown in FIG. 1(b), an A2 layer was deposited on the intermediate layer 12 as an upper electrode 13 to complete a capacitor. When the leakage current characteristics and the dependence of the dielectric constant on the film thickness of the Ta205 film of this sample were investigated, the results shown in FIGS. 4 and 5 were obtained. From the results in Figure 4, T
It can be seen that the thicker the a205 film is, the smaller the leakage current is. Furthermore, it can be seen that when the film thickness is 100 to 200, the leakage current characteristics are close to those shown in FIG. 3 in the first practical example. Also, from the binding in Figure 5, Ta205
II! It can be seen that the thinner the film thickness, the higher the dielectric constant of the composite dielectric film. This shows that the 17ff rate, which is higher than that of the Ta205 film, can be increased by 1q due to the formation of the composite oxide film.

かくして本実施例方法によれば、Ta205膜よりも大
きな誘電率を有する高誘電体膜の形成が可能となる。こ
のため、単位面積当りの蓄V4電荷邑は高誘電体膜の従
来例の約4〜8倍に^められることになった。従って、
先の第1の実施例と同様の効果が得られる。
Thus, according to the method of this embodiment, it is possible to form a high dielectric constant film having a larger dielectric constant than the Ta205 film. For this reason, the V4 charge capacity per unit area is about 4 to 8 times that of the conventional high dielectric film. Therefore,
The same effects as in the first embodiment can be obtained.

次に、本発明の第4の実施例方法について説明する。こ
の実施例では、下部電極11としてTaの窒化物を用い
、この下部電極11上に中間位12としてのチタン酸化
flu(TiO2)を0〜300人の厚さに堆積した。
Next, a fourth embodiment method of the present invention will be described. In this example, Ta nitride is used as the lower electrode 11, and titanium oxide flu (TiO2) as the intermediate layer 12 is deposited on the lower electrode 11 to a thickness of 0 to 300 nm.

次いで、酸化性雰囲気中で700℃、30分間の加熱処
理を行い、複合化誘電体膜を形成した。
Next, heat treatment was performed at 700° C. for 30 minutes in an oxidizing atmosphere to form a composite dielectric film.

その結果、誘電体膜のリーク′Wi流が減少し、高濡処
理(1もリーク電流の増加は極部がであった。
As a result, the leakage 'Wi current of the dielectric film decreased, and even in the case of high wetting treatment (1), the leakage current increased only at the extreme parts.

また、下部電極11として、Taの代りに、Nb。Further, as the lower electrode 11, Nb is used instead of Ta.

Ti、Hf、Zr、Aλ等の窒化物を用いても同様の効
果が得られた。さらに、下部電極11としてシリサイド
膜を用いても同様の効果が得られた。
Similar effects were obtained using nitrides such as Ti, Hf, Zr, and Aλ. Furthermore, similar effects were obtained even when a silicide film was used as the lower electrode 11.

なお、本発明は一ト述した各実施例方法に限定されるも
のではない。例えば、館配下部電極は実施例で示したち
の以外に、酸化性雰囲気で醇化されて絶縁物を形成する
導71体であればよい。また、中間層としては、Taや
Ti等の酸化膜に限るものではなく、後続の酸化処理に
より高誘電体膜となる金属を用いることも可能である。
Note that the present invention is not limited to the methods of each of the embodiments described above. For example, in addition to the electrode shown in the embodiment, the lower electrode may be a conductor 71 that is liquefied in an oxidizing atmosphere to form an insulator. Further, the intermediate layer is not limited to an oxide film such as Ta or Ti, but it is also possible to use a metal that becomes a high dielectric constant film through subsequent oxidation treatment.

ざらに、酸化処理としては、熱酸化に限るものではなく
、プラズマ酸化、陽1[化等を用いることも可能である
。また、酸化処理における加熱温度1時間等の条件は、
仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することがで
きる。
In general, the oxidation treatment is not limited to thermal oxidation, but it is also possible to use plasma oxidation, anodic oxidation, and the like. In addition, conditions such as heating temperature for 1 hour in oxidation treatment are as follows:
It can be changed as appropriate depending on the specifications. In addition, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

[fl明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、高誘電体ら9にお
けるリーク電流の原因となる欠陥箇所を、下部電逢の一
部を酸化することによりfft?uすることができ、高
踏を体膜におけるリーク電流を著しく低減することがで
きる。従って、蓄積電荷量が十分大きく信頼性の高い半
導体装置用キャパシタを製造することができ、その有用
性は絶大である。
[Effect of Fl Light] As described in detail above, according to the present invention, defective parts that cause leakage current in the high dielectric material 9 are fixed by oxidizing a part of the lower electrical connection. It is possible to significantly reduce leakage current in body membranes during high stepping. Therefore, a highly reliable capacitor for a semiconductor device with a sufficiently large amount of stored charge can be manufactured, and its usefulness is extremely high.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図乃至第3図は本発明の第1の実施例方法を説明す
るためのもので第1図は工程断面図、第2図はDRAM
セルに適用した例を示す断面図、第3図はリーク電流特
性を示す特性図、第4図及び第5図はそれぞれ第3の実
施例方法を説明するためのもので第4図はタンタル酸化
膜をパラメータとしたときのリーク電流特性を示す特性
図、第5図はタンタル酸化膜の膜厚に対する誘電率の変
化を示す特性図である。 10・・・3i基板、11・・・下部電極、12・・・
中間層、13・・・上部電極、21・・・ゲート絶縁膜
、22・・・ゲート電極、23a、23b・・・ソース
・ドレイン領域。 (a) (b) 第1図 第2図 第3図
1 to 3 are for explaining the method of the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a process sectional view, and FIG. 2 is a DRAM.
A cross-sectional view showing an example applied to a cell, Fig. 3 is a characteristic diagram showing leakage current characteristics, Figs. 4 and 5 are for explaining the method of the third embodiment, and Fig. 4 is a tantalum oxidation method. FIG. 5 is a characteristic diagram showing leakage current characteristics when the film is used as a parameter, and FIG. 5 is a characteristic diagram showing changes in dielectric constant with respect to film thickness of a tantalum oxide film. 10...3i substrate, 11...lower electrode, 12...
Intermediate layer, 13... Upper electrode, 21... Gate insulating film, 22... Gate electrode, 23a, 23b... Source/drain region. (a) (b) Figure 1 Figure 2 Figure 3

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)酸化性雰囲気中で酸化される金属、金属窒化物又
は金属硅化物からなる下部電極上に酸化されて高誘電体
となる金属又は高誘電体からなる中間層を形成する工程
と、次いで酸化性雰囲気中で酸化処理を行うことにより
前記下部電極の一部を絶縁物に変換する工程と、前記中
間層上に上部電極を形成する工程とを含むことを特徴と
する半導体装置用キャパシタの製造方法。
(1) Forming an intermediate layer made of a metal or a high dielectric material that becomes a high dielectric material when oxidized on a lower electrode made of a metal, a metal nitride, or a metal silicide that is oxidized in an oxidizing atmosphere; A capacitor for a semiconductor device, comprising the steps of: converting a part of the lower electrode into an insulator by performing oxidation treatment in an oxidizing atmosphere; and forming an upper electrode on the intermediate layer. Production method.
(2)前記下部電極として、タンタル、ニオブ、チタン
、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウムの中から選
択された1種の窒化物を用いたことを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の半導体装置用キャパシタの製造方
法。
(2) The semiconductor device according to claim 1, wherein one type of nitride selected from tantalum, niobium, titanium, hafnium, zirconium, and aluminum is used as the lower electrode. Method of manufacturing capacitors.
(3)前記中間層として、タンタル若しくはチタンの酸
化膜を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の半導体装置用キャパシタの製造方法。
(3) The method for manufacturing a capacitor for a semiconductor device according to claim 1, wherein a tantalum or titanium oxide film is used as the intermediate layer.
(4)前記酸化処理する工程の前に、非酸化性雰囲気中
で熱処理することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の半導体装置用キャパシタの製造方法。
(4) The method for manufacturing a capacitor for a semiconductor device according to claim 1, wherein heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere before the oxidation treatment step.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5336638A (en) * 1991-03-06 1994-08-09 Hitachi, Ltd. Process for manufacturing semiconductor devices
KR100611386B1 (en) * 1999-08-31 2006-08-11 주식회사 하이닉스반도체 Method For Treating The High Temperature Of Tantalium Oxide Capacitor

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