JPH0236559A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は半導体装置に関し、特に金属酸化膜を用いた容
量部の構造及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、高い誘電率をもつ金属酸化膜を容量絶縁膜に用い
た容量部には、シリコン基板やポリシリコン等の下部電
極（第１電極）とＴａｘｅｓ、Ｈｆ　０２等の金属酸化
膜を用いた容量絶縁膜とポリシリフン、シリサイド等の
上部電極（第２電極）からなっている構造のものと、金
属酸化膜と上部電極す との間に、バ椿ヤー膜を設けている構造のものがある。

このバ（ヤー膜として、窒化チタン等の金属窒化物やＳ
　１　ｏ、、　Ｓ　ｉ　３Ｎ４等の絶縁膜が用いられて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の容量構造では、金属酸化膜上に直接上部
電極を設ける場合、後熱処理工程で金属酸化膜と上部電
極との反応が起こり、容量絶縁膜のリーク電流が大幅に
増加するという問題点かあ１ノ る。次に、バ啼ヤー膜を設ける場合、５ｉｆ２やＳｉ３
Ｎ４等の絶縁膜を用いると、金属酸化膜とバリヤー膜と
の２層絶縁膜になるので、バリヤー膜を用いることで容
量値が減少するという問題点がある。またバリヤー膜と
して窒化チタン等の窒化金属を用いると、窒化金属が導
電体であるためこのような容量値減少の問題点はないが
、窒化金属を反応性スパッタ等で形成するので、溝容量
、スタック容量等の凸凹のあるパターン上では窒化金属
の段差被覆性が悪く、リーク電流が流れやすくなったり
、ピンホール等の欠陥が発生しやすいという問題点があ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の容量構造は、第１電極と金属酸化膜を含む誘電
体層と該金属酸化膜上に形成された窒素を含む金属酸化
膜と第２電極とを含んで構成されている。このような容
量構造の製造は第１電極を形成する工程と、金属酸化膜
を形成する工程と、窒素を含む金属酸化膜を形成する工
程と、第２電極を形成する工程とを少なくとも備えた製
造方法によって形成される。また、このうち、窒素を含
む金属酸化膜を形成する工程は、金属酸化膜をＮＨ３雰
囲気、Ｎ２雰囲気、あるいはＮ　ＨｚとＮ２の混合雰囲
気中でのランプアニー麿で熱処理を行うことによって、
絶縁膜のピンホール等を防ぎながら、リーク電流を効果
的に防げる。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例の模式的断面図である。本
実施例の容量部構造は第１電極のポリシリコン電極３１
と容量絶縁膜のＴａ２ｅｓ膜５１と窒素を含む酸化タン
タル５２及び第２電極のポリシリコン電極６１からなる
。

窒素を含む酸化タンタル５２をＴ　ａ　２０　ｓ膜５１
とポリシリコン電極６１との間に入れることにより、ポ
リシリコン電極６１　（第２電極）形成後の後工程熱処
理によるＴ　ＥＬ　２０　ｓ膜５１とポリシリコン電極
６１との反応を防ぎ、電気特性の劣化を防止できる。酸
化タンタル５２中に含まれる窒素の濃度は、原子数で１
０〜７０％程度でよい。

極）／Ｔａ２ｅｓ／ポリシリコン電極（第２電極）容量
構造に関して、第２電極形成後に窒素雰囲気中で９００
℃熱処理１時間行った場合のリーク電流特性を第２図に
示す。第２電極形成後に熱処理を行う場合は、本実施例
も従来例もリーク電流特性はほぼ同じで、第２図中の破
線に示す。本実施例の場合は、熱処理によるリーク電流
の増加はないが、従来例では熱処理を行うと大幅にリー
ク電流が増加する。

を これは窒素８含む酸化タンタル５２がポリシリコン電極
６１とＴａ２０ｓ５１との間に起こる。

１３Ｓ　ｉ＋２Ｔａｚｏｓ−ｅ４Ｔａｓ　ｉｚ＋５ｓ　
ｉｏｚのような反応を効果的に防止しているためである
。

これにより、容量膜に生ずるピンホールやウィークスポ
ットの発生を抑制し、容量膜のリーク電流の増加や絶縁
耐圧劣化や信頼性の低下を抑制できる。

次に第１実施例の容量部構造の製造方法について、第３
図（ａ）〜（ｈ）を参照して説明する。

まず、シリコン基板１上に形成した５ｉＯ２２上に、ポ
リシリコンを１０００〜１００００人気相成長法（略し
てＣＶＤ）等により形成する（第３　図（ａ））。次に
フォト・レジスト４１を用いて、第１電極のバターニン
グを行う（第３図（ｂ）。

（Ｃ））。そして、ポリシリコン電極３上にＣＶＤ。

あるいは反応性スパッタ等でＴ　ａ　２０　ｓ膜５１を
５０〜５００人形成する（第３図（ｄ））。さらにＴａ
２０５膜５１を、Ｎ　Ｈｚ雰囲気中でランブアニ−Ｖで
９００〜１１５０℃の範囲で熱処理を数秒〜数百秒間行
って、表面から３０〜１００人程度、窒素を含む酸化タ
ンタル５２を形成する（第３図（ｅ））。そして、窒素
を含む酸化タンタル５２上にポリシリコンロを２０００
〜４０００人形成し、フォト・レジスト４２を用いて、
バターニングを行い、第２電極のポリシリコン電極を形
成する（第３図（ｆ）〜（ｈ））。

第４図は本発明の他の実施例の模式的断面図である。本
実施例の容量は、第１電極のポリシリコン電極３１と、
容量絶縁膜のＳｉ、Ｎ４膜５３及びＨｆＯ２膜５４と、
窒素を含む酸化チタン５６と、第２電極のポリシリコン
電極６１とから構成される。

本実施例では容量絶縁膜をＳ　ｉ３Ｎ４／ＨｆＯ２の２
層膜にすることにより、Ｈｆ　Ｏ２膜単層より容量値は
小さくなるが、リーク電流の少ない容量を得ることがで
きる。また、第１〜３図の実施例と同様に、窒素を含む
酸化チタン５６をＨｆ　Ｏ２膜５４と第２電極のポリシ
リコン電極６１との間にいれることにより、第２電極形
成後の後工程による容量膜の電気特性の劣化を防止でき
る。

なお、酸化チタン５６中に含まれる窒素濃度は、第１実
施例と同様に原子数で１０〜７０％程度がよい。

次にこの実施例の容量部構造の製造方法について、第５
図（ａ）〜（ｊ）を参照して説明する。

まず、シリコン基板１上に形成したＳｉＯ□２上に、ポ
リシリコン３を１０００〜１００００人ＣＶＤ等により
形成する（第５図（ａ））。次にフォト・レジスト４１
を用いて、第１電極のパターニングを行う（第５図（ｂ
）　、　（ｃ））。そして、ポリシリコン電極３１上に
、ＣＶＤ、直接熱窒化等で５ｉｓＮ４５３を２０〜１０
０人形成しく第５図（ｄ））、さらにＣＶＤ、反応性ス
パッタ等でＨｆ　Ｏ２膜５４を５０〜５００人形成する
。（第５図（ｅ））。

次に、ＣＶＤ、反応性スパッタ等でＴｉＯ２膜５５を３
０〜１００人形成しく第５図（ｒ））、ＮＨ３雰」し 囲気中でランプアニー慶で熱処理を９００〜１１５０℃
の範囲で数秒〜数百秒間行って、ＴｉＯ２膜５５を窒素
を含む酸化チタン５６にする（第５図（ｇ））。次に、
窒素を含む酸化チタン５６上にＣｖＤ等によりポリシリ
コンロを２０００〜４０００人形成し、フォト・レジス
ト４２を用いて、第２電極のパターニングを行い、ポリ
シリコン電極６１を形成する（第５図（ｈ）〜（ｊ））
。

本発明の各実施例では、金属酸化膜としてＴａｚＯｓ及
びＴｉＯ２について説明したが、Ｙ　２０３．　Ｎ　ｂ
　２０　ｓ等の他の金属酸化膜、また金属酸化膜中に他
の金属が入っている膜にも適用できる。また、窒素を含
む金属酸化膜として、窒素を含む酸化タンタル、窒素を
含む酸化チタンを説明したが、他の窒素を含む金属酸化
膜でもよく、金属酸化膜と窒素を含む金属酸化物との組
み合せは自由である。

また第４〜５図の実施例ではＳｉ３Ｎ４上にＨｆＯ２を
形成した２層膜構造であったが、Ｓｉｇｈ等の他の絶縁
膜上に金属酸化膜を形成した場合にも本発明は適用でき
る。

また実施例では第１電極がポリシリコンの場合について
説明したが、シリコン基板、シリサイド、高融点金属等
の第１電極の場合、また第２電極がシリサイド、ポリサ
イド等の場合にも本発明を適用してもその効果は変わら
ない。

また、金属酸化膜形成後に熱処理を行うのも自由である
。さらに窒素を含む金属酸化膜を形成する方法も、金属
を酸素を含む窒素雰囲気中でスパッタで形成したり、金
属酸化膜を拡散炉を用いて熱窒化したり、その方法は自
由である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、金属酸化膜とポリシリ
コン、シリサイド等の電極との間に、窒素を含む金属酸
化膜をはさむことで、電極形成後の後工程の熱処理によ
る容量膜と電極との反応を抑制し、容量膜のリーク電流
の増加や絶縁耐圧の劣化がなく、容量値の大きい優れた
容量を得ることができ°るという効果がある。

また、窒素を含む金属酸化膜をランプアニー慶で形成す
ることにより、本発明の半導体装置を量産性よく製造で
きる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の模式的断面図、第２図は本
発明の一実施例及び従来技術例のリーク電流特性を示す
グラフで、縦軸がリーク電流の電流密度、横軸が容量膜
に印加されている電界強度である。第３図（ａ）〜（ｈ
）は本発明の一実施例の製造方法を工程順に説明する断
面図である。第４図は本発明の他の実施例の模式的断面
図、第５図（ａ）〜（ｊ）は本発明の他の実施例の製造
方法を工程順に説明する断面図である。 １・・・・・・シリコン基板、２・・・・・・Ｓ　ｉＯ
ｚ、３・・・・・・ポリシリコン、３１・・・・・・第
り電極用のポリシリコン電極、４１．４２・・・・・・
フォトレジスト、５１・・・・・・Ｔａ２０５．５２・
・・・・・窒素を含む酸化タンタル、５３・・・・・・
Ｓｉ３Ｎ４．５４・・・・・・ＨｆＯ２，５５・・・・
・・ＴｉＯ□、５６・・・・・・窒素を含む酸化チタン
、６・・・・・・ポリシリコン、６１・・・・・・第２
電極用のポリシリコン電極。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 電昇ｇ度ζＭ厳蟇２） ＄　２　回 茅 腑 （Ｃ） ｃｄ） 革３ 茅 回 （Ｚ’Ｊ （ｄ＋ ＄５ 弗 茅 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板もしくは導電体膜の第１電極と、金属酸
   化物を含む誘電体層及び該金属酸化膜を被覆する窒素を
   含む金属酸化膜と該窒素を含む金属酸化膜上にシリサイ
   ド、ポリサイド、もしくは多結晶シリコンのいずれかの
   導電体層で形成される第２電極とを含んで構成される容
   量部を備えていることを特徴とする半導体装置。 ２、第１電極を形成する工程と、金属酸化膜を形成する
   工程と、窒素を含む金属酸化膜を形成する工程と第２電
   極を形成する工程とを少なくとも備えて容量部を形成す
   る半導体装置の製造方法に於いて、前記窒素を含む金属
   酸化膜を形成する工程は、金属酸化膜をＮＨ＿３雰囲気
   、Ｎ＿２雰囲気、あるいはＮＨ＿３とＮ＿２の混合雰囲
   気中でランプアニールで熱処理を行う工程を含んでいる
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。