TW506129B - Semiconductor device - Google Patents

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TW506129B
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Taiwan
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insulating film
film
capacitor
electrode
semiconductor substrate
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TW090118883A
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Inventor
Tomio Iwasaki
Hiroshi Moriya
Hideo Miura
Shuji Ikeda
Original Assignee
Hitachi Ltd
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506129 A7 ____ B7 _ 五、發明説明（1 ) 發明背景、技術領域、先行技術 本發明係關於半導體裝置，關於使用高介電率材料之 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 半導體裝置。 近年來，伴隨著半導體裝置之構成要素的微細化，電 晶體之閘極長度被要求降至0.1 5 // m，此外閘極絕緣膜的膜 厚’在使用氧化矽的場合，被要求薄至2nm以下。 絕緣膜的厚度薄化至這種程度時，隧道電流增大至無 法忽視的程度。因此藉由使用介電率較氧化矽更高的絕緣 體材料，應該可以保持介電特性，同時增厚物理膜厚。作 爲高介電率材料的候補，例如在日經MicroDevice之 2000 年2月號（93頁〜106頁）所記載的，可以考慮氧化锆或 氧化給。但是氧化銷或氧化鈴，例如在1999 IEEE International Electron Devices Meeting 之演講論文集（99 頁 至133頁之演講序號61以及145頁至148頁之演講序號 64)所記載的，在與砂基板之界面，會形成1.5nm〜2.5nm 程度的膜厚之反應化合物。 而產生此反應化合物的話，有引起特性降低之虞。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 先行技術文獻 日經MicroDevice， 2000年2月號（93頁〜106頁） 1 999 IEEE International Electron Devices Meeting 之演 講論文集（99頁至133頁之演講序號61以及145頁至148 頁之演講序號64) 特開昭53- 1 1 3484號公報 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 506129 A7 B7 五、發明説明（2) 特開2000-24395 1號公報 USP 6060755 公報 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
Journal of Applied Physics 之第 54 卷（1 983 年發行） 之4864頁至4878頁 發明槪要 在此，本發明抑制相關的特性降低而提供可信賴性高 的半導體裝置。 本案發明人，爲了獲得使氧化銷爲主構成元素的絕緣 膜不容易擴散出氧的手段，進行銳意硏究的結果，發現在 氧化銷添加紿或者欽是有效的。 此外，本案發明人爲了獲得使氧化給爲主構成元素的 絕緣膜不容易擴散出氧的手段，進行銳意硏究的結果，發 現在氧化紿添加鈦是有效的。 本案發明人，進而發現與以氧化銷或氧化給爲主構成 元素的絕緣膜界面使氧不容易擴散的電極材料，是鈷之矽 化物與矽。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明的功效將以較佳之實施型態來說明之。 又，發明將以圖面來說明，但本發明並不以圖面所記 載者爲限。 較佳之實施型態 本發明之課題，藉由具備以下構成之半導體裝置來解 決。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5- 506129 A7 _ B7 五、發明説明（3) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (1 )具備：半導體基板、及以被形成於半導體基板之 一主面側之氧化锆爲主構成材料之閘極絕緣膜、及被形成 於閘極絕緣膜之上的閘極電極膜；閘極絕緣膜含有濃度在 0.04at%以上12at%以下的紿。 又，閘極電極膜之主構成材料以係鈷之矽化物或矽者 較佳。 (2 )具備：半導體基板、及以被形成於半導體基板之 一主面側之氧化銷爲主構成材料之閘極絕緣膜、及被形成 於閘極絕緣膜之上的閘極電極膜；閘極絕緣膜含有濃度在 0.02at%以上8at%以下的鈦。 又，閘極電極膜之主構成材料以係鈷之矽化物或矽者 較佳。 (3 )具備：半導體基板、及以被形成於半導體基板之 一主面側之氧化給爲主構成材料之閘極絕緣膜、及被形成 於閘極絕緣膜之上的閘極電極膜；閘極絕緣膜含有濃度在 0.03at%以上10at%以下的鈦。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，閘極電極膜之主構成材料以係銘之政化物或砂者 較佳。 (4)在半導體基板之一主面側，具備：第1電容電 極，及以接於第1電容電極的方式被形成的以氧化锆爲主 構成材料之電容絕緣膜，及以接於該電容絕緣膜的方式被 形成的第2電容電極；電容絕緣膜含有濃度在〇. 〇 4 a t %以上 12at%以下的給，第1電容電極與第2電容電極之中至少一 方以鈷之矽化物或矽爲主構成材料。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 - 506129 A7 B7 五、發明説明（4) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (5)在半導體基板之一主面側，具備：第1電容電 極，及以接於第1電容電極的方式被形成的以氧化鉻爲主 構成材料之電容絕緣膜，及以接於該電容絕緣膜的方式被 形成的第2電容電極；電容絕緣膜含有濃度在〇.〇2at%以上 8at%以下的鈦，第1電容電極與第2電容電極之中至少一 方以鈷之矽化物或矽爲主構成材料。 (6 )在半導體基板之一主面側，具備：第1電容電 極，及以接於第1電容電極的方式被形成的氧化給爲主構 成材料之電容絕緣膜，及以接於電容絕緣膜的方式被形成 的第2電容電極；電容絕緣膜含有濃度在〇.〇3at%以上 1 Oat%以下的鈦，第1電容電極與第2電容電極之中至少一 方以鈷之矽化物或矽爲主構成材料。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，前述矽基板與氧化锆或氧化給界面之反應化合 物，係由氧化锆或氧化給逸出氧元素，往矽基板擴散而形 成者，意味著在氧化锆或氧化給形成氧缺陷。此氧缺陷成 爲使特性降低的原因。此外，亦有以氧化锆或氧化給爲主 構成材料的閘極絕緣膜往閘極電極擴散氧元素而引起氧缺 陷的情形，這也同樣成爲引起特性降低的原因。 進而，不僅電晶體的閘極部分，半導體記憶體的記憶 體電容部之電容絕緣膜，也伴隨著微細化而使用高介電率 材料，這也以氧化鍩或氧化給爲候補考慮。但是與前述相 同，亦有由氧化锆或氧化鉛爲主構成材料之電容絕緣膜往 電容電極擴散氧元素而造成氧缺陷的情形，有引起電容降 低等特性降低（劣化）之虞。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 506129 A7 B7 五、發明説明（5 ) 根據本發明，可以抑制特性降低等，提供可信賴性高 的半導體裝置。此外，藉此，提供生產率高的半導體裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 置。 具體而言，採用本發明的閘極構造之半導體裝置，可 以提供具有在與砂基板之界面處氧元素不易擴散的聞極構 造之半導體裝置。此外，可以提供在閘極絕緣膜與閘極電 極的介面處氧元素不易擴散的閘極構造之半導體裝置◦此 外，採用本發明的記憶體電容構造的半導體裝置，可以提 供具有在電容絕緣膜與電容電極之界面處氧元素不易擴散 的記憶體電容構造之半導體裝置。 又’關於本發明的構造調查習知例的結果，在特開昭 5 3_ 1 1 34 84 號公報、特開 2000-243 95 1 號公報、USP 6060755 公報針對使用於閘極絕緣膜的元素列舉出很多種，但並未 揭示出如本發明之銷與給或者這些與鈦之組合。 以下’藉由圖示之實施例詳細說明本發明的實施型 態。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 首先’第1圖顯示本發明之第1實施例之半導體裝置 的主要部分之剖面構造。本實施例之半導體裝置如第丨圖 所示，在矽基板1上被形成擴散層2、3、4、5，藉由在此 上形成閘極絕緣膜6、7以及閘極電極8、9構成MOS電晶 體。 在閘極絕緣膜6、7爲了滿足微細化、高機能化，採用 氧化銷或氧化紿作爲主構成材料。此閘極絕緣膜6、7，例 如使用化學氣相沈積法、濺鍍法等形成之。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） — -3 ~ 506129 A7 B7 五、發明説明（6) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 進行第1圖所示的半導體裝置的製造過程之熱處理工 程時，對矽基板1或閘極電極8、9容易由閘極絕緣膜6、7 之主構成材料之氧化锆或氧化紿擴散來氧元素。爲了防止 來自閘極絕緣膜6、7的氧元素擴散，在閘極絕緣膜6、7 之主構成材料使用氧化鍩的場合，作爲閘極絕緣膜6、7的 添加元素使其含有給或者鈦。此外，在閘極絕緣膜6、7之 主構成材料使用氧化給的場合’作爲閘極絕緣膜6、7的添 加元素使其含有鈦。 作爲閘極電極8、9的主構成材料，以在熱處理時不容 易由閘極絕緣膜6、7擴散來氧元素之材料，以使用鈷之矽 化物或者矽者更佳。此閘極電極8、9，例如使用化學氣相 沈積法、濺鍍法等形成之。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 這些MOS電晶體，例如藉由氧化矽膜所構成的元件分 離膜1 0而分離。在閘極電極8、9的上部以及側壁，被配 置例如由氧化矽膜所構成的絕緣膜1 1、1 2。在MOS電晶體 的上部全面’被配置由例如BPSG ( Boron-doped phospho silicate glass)膜、S〇G(Spin on Glass)膜、或者藉由化學氣 相沈積法、濺鍍法等形成之氧化矽膜或氮化矽膜等所構成 之絕緣膜1 3。在被形成於絕緣膜1 3的接觸孔，設有由被包 覆於擴散防止用的鄰接導電體膜（第1導電膜）14A、14B 之主導電體膜1 5所構成的插銷，該插銷被接續於擴散層 2、3、4、5。通過此插銷，被接續於由被包覆於擴散防止 用的鄰接導電體膜16A、16B之主導電體膜17所構成的第1 層積配線。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -9 - 506129 A 7 ____B7 五、發明説明（7) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此層積配線，例如藉由濺鍍法形成鄰接導電體膜1 6 A 後，藉由濺鍍法形成主導電體膜1 7，於此上藉由濺鍍法形 成鄰接導電體膜1 6B之後，藉由飩刻做出配線圖案而得。 於第1層積配線上，在被形成於絕緣膜2 1的接觸孔處被形 成由被包覆於鄰接導電體膜1 9的主導電體膜20所構成的 插銷，而被接續於第1層積配線。通過此插銷，被接續由 被包覆於鄰接導電體膜22A、22B之主導電體膜23所構成 的第2層積配線。 此第2層積配線，例如使鄰接導電體膜22A藉由濺鍍 法等成膜之後，藉由濺鍍法形成主導電體膜23，於此上藉 由濺鍍法形成鄰接導電體膜22B之後，藉由蝕刻等做出配 線圖案而得。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以下說明本實施例之抑制氧元素擴散效果。爲詳細說 明本實施例之效果，顯示根據分子動力學模擬之解析例。 所謂分子動力學模擬，例如Journal of Applied Physics之第 54卷（1 983年發行）之4864頁至4878頁所記載的，通過 原子間位能計算施加於各原子的作用力，根據此力檢出牛 頓運動方程式以計算出各時刻之各原子的位置的方法。 又，在本實施例，藉由對上述之分子動力學法加入電 荷移動而計算異種元素間的相互作用，而求取得以下的關 係。 本實施例之主要效果，係可以藉由使含有添加元素， 而抑制由閘極絕緣膜往矽基板之氧元素的擴散。本實施例 之其他效果，係藉由使含有添加元素，使由閘極絕緣膜往 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 506129 A7 B7 _ 五、發明説明（8 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 閘極電極之氧元素擴散被抑制。在此’計算氧的擴散係 數，將此與有無添加元素進行比較可以解析本實施例之效 果。根據分子動力學模擬計算擴散係數的方法’例如
Phusical Review B之第29卷（1 984年發行）之5363頁至 5 37 1頁所記載的。 首先，藉由在表面爲（001 )面之厚度l〇nm的矽基板 上被形成膜厚3nm之閘極絕緣膜的構造作爲解析模型使用 之計算例，顯示本實施例之效果。於300°C，氧化锆膜（閘 極絕緣膜）之氧元素往矽基板擴散時，計算氧的擴散係數 D之比的結果顯示於第2、3圖。D。係不含添加元素的場合 之氧的擴散係數，第2圖顯示D/D〇之添加濃度依存性在低 濃度區域的結果。針對添加濃度低的區域，顯示相關於本 發明的厚度3nm的氧化錐膜之氧往矽基板擴散時之在300°C 的氧的擴散係數。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第2圖顯示D/D。之添加濃度依存性在高濃度區域的結 果。針對添加濃度高的區域，顯示相關於本發明的厚度 3nm的氧化锆膜之氧往矽基板擴散時之在300°C的氧的擴散 係數。由第2圖可知，在氧化銷膜添加〇.〇4at%以上的給 時，可得比無添加的場合之擴散係數減少了約1 3分之一的 顯著效果。在氧化銷膜添加0.02at%以上的鈦時，可得比無 添加的場合之擴散係數減少了約1 1分之一的顯著效果。由 第3圖可知，這些效果在給的添加濃度達12 at%以上時變 弱。此外可知，這些效果在鈦的添加濃度達8 at %以上時變 弱。亦即’對以氧化锆爲主構成元素的膜添加〇.〇4at%以上 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 506129 A7 B7 五、發明説明（9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 12at%以下的給，或者0.02at%以上8at%以下的鈦，可以減 低氧的擴散。以上效果，即使改變膜厚或溫度等計算條件 也可以顯示同樣的結果。又，效果雖然會變低，但添加 0.02at%以上14at%以下的給多少具有些效果。這對添加 0 · 0 1 5 a t %以上1 2 a t %以下的鈦也是相同的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於同樣的解析模型，氧化給膜（閘極絕緣膜）之氧元 素往矽基板擴散時，計算氧的擴散係數D之比的結果顯示 於第4、5圖。D。係不含添加元素的場合之氧的擴散係數， 第4圖顯示D/D。之添加濃度依存性在低濃度區域的結果。 針對添加濃度低的區域，顯示相關於本發明的厚度3nm的 氧化紿膜之氧往矽基板擴散時之在300°C的氧的擴散係數。 第5圖顯示D/D〇之添加濃度依存性在高濃度區域的結果。 .針對添加濃度高的區域，顯示相關於本發明的厚度3nm的 氧化飴膜之氧往矽基板擴散時之在300°C的氧的擴散係數。 由第4圖可知，在氧化鉛膜添加〇.〇3at%以上的鈦時，可得 比無添加的場合之擴散係數減少了約13分之一的顯著效 果。由第5圖可知，這些效果在鈦的添加濃度達10 at%以 上時變弱。亦即，對以氧化給爲主構成元素的膜添加 0.03at%以上10at%以下的鈦，可以減低氧的擴散。以上效 果，即使改變膜厚或溫度等計算條件也可以顯示同樣的結 果。 其次，作爲本實施例之其他效果，根據分子動力學解 析來鼠示藉由添加元素抑制由閘極絕緣膜往閘極電極之氧 的擴散。此處，顯示以在膜厚3nm的閘極絕緣膜上，被形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 12 - 506129 A7 B7 五、發明説明（1〇) 成厚度3nm的電極膜的構造作爲解析模型，計算300°C的氧 的擴散係數之例。閘極絕緣膜使用氧化銷，電極使用鈷之 矽化物膜與矽膜之結果例顯示於第6、7圖。D。係不含添加 元素的場合之氧的擴散係數，第6圖顯示D/D。之添加濃度 依存性在低濃度區域的結果。針對添加濃度低的區域，顯 示使用相關於本發明之在厚度3nm的氧化鍩膜上被形成厚 度3nm的電極膜的構造作爲解析模型使用，在300°C的氧的 擴散係數。第7圖顯示D/D〇之添加濃度依存性在高濃度區 域的結果。針對添加濃度高的區域，顯示使用相關於本發 明之在厚度3nm的氧化锆膜上被形成厚度3nm的電極膜的 構造作爲解析模型使用，在300°C的氧的擴散係數。由第6 圖可知，與第2圖的場合相同，在氧化銷膜添加〇.〇4at%以 上的給時，可得比無添加的場合之擴散係數減少了約1 3分 之一的顯著效果。在氧化銷膜添加0.02at%以上的鈦時，可 得比無添加的場合之擴散係數減少了約1 2分之一的顯著效 果。由第7圖可知，與第3圖的場合相同，這些擴散係數 被降低的效果在給的添加濃度達1 2 at%以上時變弱。此外 可知，這些效果在鈦的添加濃度達8 at%以上時變弱。亦 即，對以氧化鍩爲主構成元素的膜添加0.04at%以上12at% 以下的給，或者0.02at%以上8at%以下的鈦，可以減低氧的 擴散。以上效果，即使改變膜厚或溫度等計算條件也可以 顯示同樣的結果。 於同樣的解析模型，閘極絕緣膜使用氧化給，電極使 用鈷之矽化物膜與矽膜的結果例顯示於第8、9圖。D〇係不 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 i# 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 506129 A7 B7 五、發明説明（11) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 含添加元素的場合之氧的擴散係數，第8圖顯示D/D()之添 加濃度依存性在低濃度區域的結果。針對添加濃度低的區 域，顯示相關於本發明之在厚度3nm的氧化給膜上被形成 厚度3nm的電極膜的構造作爲解析模型使用，在30(rc的氧 的擴散係數。第9圖顯示D/D〇之添加濃度依存性在高濃度 區域的結果。針對添加濃度高的區域，顯示相關於本發明 之在厚度3nm的氧化給膜上被形成厚度3nm的電極膜的構 造作爲解析模型使用，在300°C的氧的擴散係數。由第8圖 可知，與第4圖的場合相同，在氧化給膜添加〇. 〇 3 at %以上 的鈦時，可得比無添加的場合之擴散係數減少了約丨3分之 一的顯著效果。由第9圖可知，與第5圖的場合相同，這 些效果在鈦的添加濃度達1 0 at%以上時變弱。亦即，對以 氧化給爲主構成元素的膜添加0:03at%以上10at%以下的 鈦，可以減低氧的擴散。以上效果，即使改變膜厚或溫度 等計算條件也可以顯示同樣的結果。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在以上的計算例，使用鈷之矽化物膜與矽膜，但使用 其他材料也可以顯示同樣的效果。但是，電極材料以使用 鈷之矽化物與矽較佳的情形，可以由以下計算例來說明。 在膜厚3nm的閘極絕緣膜上被形成厚度3nm的電極膜的構 造作爲解析模型使用，對種種電極材料計算氧的擴散係數 的結果顯示於第1 0、1 1圖。這些，係不含添加元素的場合 之300°C的氧的擴散係數，第10圖係閘極絕緣膜爲氧化鍩 膜的場合之結果。顯示在膜厚3nm的氧化銷上被形成厚度 3nm的電極膜的本發明相關構造作爲解析模型使用，對種 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210'乂297公釐） ~ -14 _ 506129 A 7 ___ B7 五、發明説明（12) 種電極材料計算氧的擴散係數。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第1 1圖係閘極絕緣膜爲氧化給膜的場合之結果。顯示 在膜厚3nm的氧化給上被形成厚度的電極膜的本發明 相關構造作爲解析模型使用，對種種電極材料計算氧的擴 散係數。 由第1 0、11圖可知，電極材料使用鈷之矽化物與矽之 擴散係數，與使用其他電極材料的場合相比顯著地小。亦 即’電極材料使用鈷之矽化物與矽，在減低氧之擴散係數 上較佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其次，在第1 2圖顯示本發明之第2實施例之半導體裝 置的主要部份之剖面構造。第2實施例與第1實施例之主 要不同點，在於閘極絕緣膜係由第1閘極絕緣膜6a、7a與 第2閘極絕緣膜6b、7b所構成之雙層構造。在第2絕緣膜 6b、7b，爲了滿足微細化、高機能化的要求，主構成材料 使用前述的氧化锆或氧化給。在第1絕緣膜6a、7a例如使 用以氧化矽、矽化锆、矽化給爲主構成材料之膜。藉此， 可得提高第2閘極絕緣膜6b、7b的熱安定性的效果。進 而，雖未圖示，閘極絕緣膜也可以具有三層以上的構造。 例如，三層的場合，第1及第2閘極絕緣膜爲前述之構造 而第3閘極絕緣膜爲包含砂之層較佳。例如，使用與前述 第1閘極絕緣膜相同的材料。藉此可以更提高熱安定性。 第13圖顯示本發明之第3實施例之半導體裝置的主要 部份之剖面構造。第3實施例與第2實施例之主要不同， 在於閘極電極膜係由第1閘極電極膜8a、9a與第2閘極電 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 506129 A 7 ______ B7 五、發明説明（13) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 極膜8b、9b所構成之雙層構造。第1閘極電極膜8a、9a之 主構成材料，以不易引起氧的擴散之材料，使用鈷之矽化 物與矽者較佳。第2閘極電極膜8b、9b例如使用以鎢、鉬 之類的金屬爲主構成材料之膜，以減低閘極電極全體的電 阻者更佳。在此場合，雖未圖示，但在第1鬧極電極膜 8a、9a與第2閘極電極膜8b、9b之間有別的導電膜存在亦 可。此導電膜，以使用例如TiN膜或WN膜之類的具有防 止第1閘極電極膜8a、9a與第2閘極電極膜8b、9b相互擴 散的效果之膜更佳。 第14圖顯示本發明之第4實施例之半導體裝置之記憶 體單元之剖面構造。第4實施例與第1、2、3之各實施例 的主要不同，在於具有導電性屏障膜114、電容下部電極 1 15、具有高介電率或者強介電性之氧化物膜116、以層積 電容上部電極117之構造構成的資訊蓄積用電容元件103 之點。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 具有高介電率或者強介電性之氧化物膜11 6如果不接 受熱處理的話無法發揮特性係屬已知，於製造工程必須要 600°C以上之熱處理，更加者爲700°C以上的熱處理。於此 熱處理時，因爲元素容易由閘極電極膜擴散進入閘極絕緣 膜中，所以在使用具有高介電率或者強介電性之氧化物膜 的半導體記憶體的場合，抑制此擴散的必要性更高。 以下說明本實施例之半導體裝置的主要構成。本實施 例之半導體裝置，如第14圖所示，具備：在砂基板101的 主面之主動區域形成的MOS ( Metal Oxide Semiconductor) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 16· 506129 A 7 B7 五、發明説明（14) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 型電晶體1 02、被配置於其上部的資訊蓄積用電容元件3。 絕緣膜1 1 2，係供分離元件間的膜。記憶體單元之MOS電 晶體1 0 2，具備聞極電極膜1 0 5、鬧極絕緣膜1 0 6以及擴散 層1 07。在閘極絕緣膜1 06，爲滿足微細化、高機能化使用 氧化锆或者氧化給作爲主構成材料。此閘極絕緣膜106，例 如使用化學氣相沈積法、濺鍍法等形成之。熱處理時，以 使在矽基板或閘極電極氧氣不易擴散的方式，在使用氧化 錯爲閘極絕緣膜的主構成材料的場合，使含有給或者鈦作 爲閘極絕緣膜的添加元素。此外，在使用氧化給爲閘極絕 緣膜的主構成材料的場合，使含有鈦作爲閘極絕緣膜的添 加元素。閘極絕緣膜，例如第2、3實施例所示，具有2層 以上的構造亦可。閘極絕緣膜1 05的主構成材料，作爲不 .易引起氧的擴散之材料，以使用鈷之矽化物與矽者更佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 閘極電極，如第3實施例所示，具有2層以上的構造 亦可。此閘極電極膜1 0 5，例如使用化學氣相沈積法、濺鍍 法等形成之。在前述閘極電極膜1 05的上部以及側壁被形 成例如由氧化矽膜所構成的絕緣膜9。在記憶體單元選擇用 MOS電晶體之一方的擴散層1〇7，介由插銷1 1〇被接續著位 元線111。在MOS電晶體的上部全面，被配置由例如BPSG (Boron-doped phospho silicate glass)膜、S〇G(Spin on Glass)膜、或者藉由化學氣相沈積法、濺鍍法等形成之氧化 矽膜或氮化矽膜等所構成之絕緣膜1 1 2。在覆蓋M0S電晶 體的絕緣膜11 2的上部被形成資訊蓄積用電容元件1 〇3。資 訊蓄積用電容元件103，在記憶體單元選擇用M0S電晶體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） '~一 -17- 506129 A7 B7 五、發明説明（15) 的另一方擴散層108介由例如多晶矽所構成的插銷U3被 接續著。資訊蓄積用電容元件1 03，係由下層起依序層積導 電性屏障膜Π 4、電容下部電極11 5、具有高介電率之氧化 物膜116、電容上部電極117之構造。於此氧化膜116的主 構成材料，例如使用氧化锆或氧化鉛。熱處理時，以使氧 在電容上部電極或電容下部電極不易擴散的方式，在氧化 物膜11 6之主構成材料使用氧化銷的場合，使含有給或者 鈦作爲氧化物膜1 1 6的添加元素。此外，在使用氧化紿爲 氧化物膜11 6的主構成材料的場合，使含有鈦作爲氧化物 膜Π 6的添加元素。資訊蓄積用電容元件1 〇 3以絕緣膜11 5 覆盍。 此外，做爲其他實施例，也可以是把第4實施例那般 的記憶體LSI與第1、2、3實施例那般的邏輯LSr搭載於同 一基板上之系統LSI。 根據本發明，可以提供可信賴性高的半導體裝置。此 外，可以提供生產率高的半導體裝置。此外可以提供具有 不易引起電流洩漏的閘極構造之半導體裝置。 圖面之簡單說明 第1圖係本發明之第1實施例之半導體裝置的主要部 之剖面圖。 第2圖係相關於本發明之厚度3nm的氧化锆膜之氧往 矽基板擴散時，在300°C之氧的擴散係數針對添加濃度低的 區域顯示之圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
-18- 506129 A7 B7 五、發明説明（16) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第3圖係相關於本發明之厚度3nm的氧化鉻膜之氧往 矽基板擴散時，在300°C之氧的擴散係數針對添加濃度高的 區域顯示之圖。 第4圖係相關於本發明之厚度3nm的氧化給膜之氧往 矽基板擴散時，在300°C之氧的擴散係數針對添加濃度低的 區域顯示之圖。 第5圖係相關於本發明之厚度3nm的氧化給膜之氧往 矽基板擴散時，在300°C之氧的擴散係數針對添加濃度高的 區域顯示之圖。 第6圖係以相關於本發明之厚度3nm的氧化锆膜上， 被形成厚度3nm的電極膜的構造作爲解析模型，在300°C之 氧的擴散係數針對添加濃度低的區域顯示之圖。 第7圖係以相關於本發明之厚度3nm的氧化銷膜上， 被形成厚度3nm的電極膜的構造作爲解析模型，在300°C之 氧的擴散係數針對添加濃度高的區域顯示之圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第8圖係以相關於本發明之厚度3nm的氧化飴膜上， 被形成厚度3nm的電極膜的構造作爲解析模型，在300°C之 氧的擴散係數針對添加濃度低的區域顯示之圖。 第9圖係以相關於本發明之厚度3nm的氧化給膜上， 被形成厚度3nm的電極膜的構造作爲解析模型，在30CTC之 氧的擴散係數針對添加濃度高的區域顯示之圖。 第1 0圖係以相關於本發明之厚度3nm的氧化銷膜上， 被形成厚度3nm的電極膜的構造作爲解析模型，對種種電 極材料之氧的擴散係數之圖。 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -19- 506129 A7 ____ B7 五、發明説明（17) 第11圖係以相關於本發明之厚度3nm的氧化給膜上， 被形成厚度3nm的電極膜的構造作爲解析模型，對種種電 極材料之氧的擴散係數之圖。 第12圖係本發明之第2實施例之半導體裝置的主要部 之剖面圖。 第1 3圖係本發明之第3實施例之半導體裝置的主要部 之剖面圖。 第14圖係本發明之第4實施例之半導體裝置的主要部 之剖面圖。 符號說明 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6,7 閘極絕緣膜 8,9 閘極電極 10 元件分離膜 11,12,13 絕緣膜 15,17 主導電體膜 103 資訊蓄積用電容元件 105 閘極電極膜 107,108 擴散層 110 插銷 111 位元線 112 絕緣膜 113 插銷 114 導電性屏障膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -20- 506129 A7 B7 五、發明説明（18) 115 電容下部電極 116 氧化物膜 117 電容上部電極 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣· 、11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 21

Claims (1)

  1. 506129 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種半導體裝置，其特徵爲具備：半導體基板、及以 被形成於前述半導體基板之一主面側之氧化銷或者氧化飴 爲主構成材料之閘極絕緣膜、及被形成於前述閘極絕緣膜 之上的閘極電極膜，前述閘極絕緣膜含有給或者鈦。 2. —種半導體裝置，其特徵爲具備：半導體基板、及以 被形成於前述半導體基板之一主面側之氧化鍩爲主構成材 料之閫極絕緣膜、及被形成於前述閘極絕緣膜之上的閘極 電極膜，前述閘極絕緣膜含有濃度在0.04at%以上12at%以 下的給。 3. 如申請專利範圍第2項之半導體裝置，其中 前述閘極電極膜之主構成材料爲鈷之矽化物或矽。 4. 一種半導體裝置，其特徵爲具備：半導體基板、及以 被形成於前述半導體基板之一主面側之氧化銷爲主構成材 料之閘極絕緣膜、及被形成於前述閘極絕緣膜之上的閘極 電極膜，前述閘極絕緣膜含有濃度在0.02at%以上8at%以下 的鈦。 5. 如申請專利範圍第4項之半導體裝置，其中 前述閘極電極膜之主構成材料爲鈷之矽化物或矽。 6. —種半導體裝置，其特徵爲具備：半導體基板、及以 被形成於前述半導體基板之一主面側.之氧化給爲主構成材 料之閘極絕緣膜、及被形成於前述閘極絕緣膜之上的閘極 電極膜，前述閘極絕緣膜含有濃度在0.03at%以上10at%以 下的鈦。 7. 如申請專利範圍第6項之半導體裝置，其中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） -22 - : (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 506129 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 前述閘極電極膜之主構成材料爲鈷之矽化物或矽。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 8·—種半導體裝置’其特徵爲具備：半導體基板、及在 前述半導體基板之一主面側，第1電容電極，及以接於前 述第1電容電極的方式被形成的以氧化锆爲主構成材料之 電容絕緣膜，及以接於前述電容絕緣膜的方式被形成的第2 電容電極；前述電容絕緣膜含有濃度在0.04at%以上12at% 以下的鉛，第1電容電極與第2電容電極之中至少一方以 鈷之矽化物或矽爲主構成材料。 9. 一種半導體裝置，其特徵爲具備：半導體基板、及在 前述半導體基板之一主面側，第1電容電極，及以接於前 述第1電容電極的方式被形成的以氧化銷爲主構成材料之 電容絕緣膜，及以接於前述電容絕緣膜的方式被形成的第2 電容電極；前述電容絕緣膜含有濃度在〇.〇2at%以上8at%以 下的鈦，第1電容電極與第2電容電極之中至少一方以鈷 之矽化物或矽爲主構成材料。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10. —種半導體裝置，其特徵爲具備：半導體基板、及 在前述半導體基板之一主面側，第1電容電極，及以接於 前述第1電容電極的方式被形成的氧化給爲主構成材料之 電容絕緣膜，及以接於前述電容絕緣膜的方式被形成的第2 電容電極；前述電容絕緣膜含有濃度，在〇.〇3at%以上l〇at% 以下的鈦，第1電容電極與第2電容電極之中至少一方以 鈷之矽化物或矽爲主構成材料。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -23 -
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