JPH0260157A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPH0260157A JPH0260157A JP63211862A JP21186288A JPH0260157A JP H0260157 A JPH0260157 A JP H0260157A JP 63211862 A JP63211862 A JP 63211862A JP 21186288 A JP21186288 A JP 21186288A JP H0260157 A JPH0260157 A JP H0260157A
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Classifications
-
- 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
- H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置に関し、特に容量部の構造が下地電
極として、シリコン基板もしくはポリシリコン電極やシ
リサイド電極を用い、誘電体材料として金属酸化膜を用
いて構成されている半導体装置に関する。
極として、シリコン基板もしくはポリシリコン電極やシ
リサイド電極を用い、誘電体材料として金属酸化膜を用
いて構成されている半導体装置に関する。
ＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ
）の如く、構成要素として容量を備えた半導体装置に於
いては、容量部の面積を極力小さくすることが上記半導
体装置の高密度化を進める上で重要である。
）の如く、構成要素として容量を備えた半導体装置に於
いては、容量部の面積を極力小さくすることが上記半導
体装置の高密度化を進める上で重要である。
容量部の占める面積を小さくするためには、従来の５ｉ
ｆ２やＳ ｉ３Ｎ４よりも大きな誘電率を持つ誘電体材
料を用いるのが有利であり、このためＴａ酸化物、Ｔｉ
酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｈｆ酸化物などからなる金属酸化
膜、さらにはＢａＴｉ０゜の如き強誘電体材料からなる
膜を用いることが試みられている。これら誘電体膜を形
成する方法としては、■Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなどの
金属材料をターゲットとしてスパッタ蒸着法により基板
表面に金属膜を形成した後にこれを酸化する方法、■ス
パッタ蒸着を酸素雰囲気中で行い基板上に金属酸化物と
して堆積する手法、あるいは■ＣＶＤ法により基板上に
金属酸化膜を堆積する方法などが用いられる。
ｆ２やＳ ｉ３Ｎ４よりも大きな誘電率を持つ誘電体材
料を用いるのが有利であり、このためＴａ酸化物、Ｔｉ
酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｈｆ酸化物などからなる金属酸化
膜、さらにはＢａＴｉ０゜の如き強誘電体材料からなる
膜を用いることが試みられている。これら誘電体膜を形
成する方法としては、■Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなどの
金属材料をターゲットとしてスパッタ蒸着法により基板
表面に金属膜を形成した後にこれを酸化する方法、■ス
パッタ蒸着を酸素雰囲気中で行い基板上に金属酸化物と
して堆積する手法、あるいは■ＣＶＤ法により基板上に
金属酸化膜を堆積する方法などが用いられる。
Ｔａ酸化物、Ｔｉ酸化物などの絶縁性を有する金属酸化
物からなる膜を単結晶シリコン上あるいは多結晶シリコ
ン（ポリシリコン）電極上に形成すると、本来得られる
べき高い容量値が低下してしまうという欠点がある。こ
の現象は特に金属酸化膜の膜厚が薄いほど顕著となる。
物からなる膜を単結晶シリコン上あるいは多結晶シリコ
ン（ポリシリコン）電極上に形成すると、本来得られる
べき高い容量値が低下してしまうという欠点がある。こ
の現象は特に金属酸化膜の膜厚が薄いほど顕著となる。
この原因は金ＦｉＪ化膜とシリコン又はポリシリコン電
極との間にＳｉＯｘの如き誘電率の低い遷移層（比誘電
率４程度）が形成されることによる。即ち、観察される
容量値は金属酸化膜の容量と遷移層の容量との直列接続
された値になり、金属酸化膜の膜厚が薄く当該膜の容量
が大きい場合には、観察される容量値は 容量の小さな
遷移層の容量に大きく支配されるからである。
極との間にＳｉＯｘの如き誘電率の低い遷移層（比誘電
率４程度）が形成されることによる。即ち、観察される
容量値は金属酸化膜の容量と遷移層の容量との直列接続
された値になり、金属酸化膜の膜厚が薄く当該膜の容量
が大きい場合には、観察される容量値は 容量の小さな
遷移層の容量に大きく支配されるからである。
シリコンと金属酸化膜との界面に遷移層が形成される理
由は、金属酸化膜が酸素を放出し易い（還元され易い）
性質を持ち、シリコンの如き酸化され易い活性な物質に
接すると酸素を放出する結果、界面にＳｉＯｘ層が形成
されるものである。
由は、金属酸化膜が酸素を放出し易い（還元され易い）
性質を持ち、シリコンの如き酸化され易い活性な物質に
接すると酸素を放出する結果、界面にＳｉＯｘ層が形成
されるものである。
この遷移層の膜厚は、透過型電子顕微鏡による高解像度
の断面観察によれば、２０〜３５人と極めて薄い。しか
し、例えば比誘電率２５．膜厚１００人の金属酸化膜を
形成した場合には、観察される容量値は遷移層の無い場
合に比べ４５％以下になってしまう。従って、シリコン
上に金属酸化膜を形成した場合には、金属酸化膜が本来
布する誘電率の高い膜としての性質を生かすことは出来
ない。
の断面観察によれば、２０〜３５人と極めて薄い。しか
し、例えば比誘電率２５．膜厚１００人の金属酸化膜を
形成した場合には、観察される容量値は遷移層の無い場
合に比べ４５％以下になってしまう。従って、シリコン
上に金属酸化膜を形成した場合には、金属酸化膜が本来
布する誘電率の高い膜としての性質を生かすことは出来
ない。
上記した遷移層の問題を改善する１つの手段として、酸
化され易いシリコンの代わりに活性度のより低い電極拐
料膜の上に絶縁性を有する金属酸化膜を設けることが行
われている。即ち、シリコン基板上にいったんＷＳｉ２
．ＭｏＳｉ２．ＴｉＳｉ２の如き金属シリサイド膜を設
けたのちに絶縁性を有する金属酸化膜を形成するもので
ある。しかし、金属シリサイドは組成としてシリコンが
含まれるため、金属酸化膜との反応を防止するためには
膜形成後のプロセスを３５０℃以下の温度におさえる必
要がある。このような限定された条件では、半導体装置
を作る上で制約が大きく、応用が限定されてしまう欠点
を持っていた。
化され易いシリコンの代わりに活性度のより低い電極拐
料膜の上に絶縁性を有する金属酸化膜を設けることが行
われている。即ち、シリコン基板上にいったんＷＳｉ２
．ＭｏＳｉ２．ＴｉＳｉ２の如き金属シリサイド膜を設
けたのちに絶縁性を有する金属酸化膜を形成するもので
ある。しかし、金属シリサイドは組成としてシリコンが
含まれるため、金属酸化膜との反応を防止するためには
膜形成後のプロセスを３５０℃以下の温度におさえる必
要がある。このような限定された条件では、半導体装置
を作る上で制約が大きく、応用が限定されてしまう欠点
を持っていた。
本発明の半導体装置は、シリコン基板上にもしくはポリ
シリコン電極や金属シリサイド電極上に、導電性を有す
る窒素化合物もしくは金属化合物からなる膜を設け、続
いて誘電体どしての絶縁性を有する金属酸化膜を設け、
次に電極を設けて構成される容量を有している。
シリコン電極や金属シリサイド電極上に、導電性を有す
る窒素化合物もしくは金属化合物からなる膜を設け、続
いて誘電体どしての絶縁性を有する金属酸化膜を設け、
次に電極を設けて構成される容量を有している。
絶縁性を有する金属酸化膜は導電性を有する窒素化合物
もしくは金属化合物からなる膜と接しシリコンとの接触
がないため、ＳｉＯｘの如き遷移層は形成されない。従
って絶縁性を有する金属酸化膜が本来布する大きな容量
窒素を実現することができる。
もしくは金属化合物からなる膜と接しシリコンとの接触
がないため、ＳｉＯｘの如き遷移層は形成されない。従
って絶縁性を有する金属酸化膜が本来布する大きな容量
窒素を実現することができる。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の第１の実施例の容量の断面構造を説明
する図である。図において、１はシリコン基板、２は絶
縁膜、３はシリコン基板１の表面に設けられた該基板と
逆型の高濃度不純物領域、４は導電性を有する窒素化合
物もしくは金属化合物の膜、５は絶縁性を有する金属酸
化膜、６は電極をそれぞれ示す。当該容量は、導電性を
有する窒素化合物もしくは金属化合物の膜４を下地電極
とし、絶縁性を有する金属酸化膜５を誘電体に用い、電
極６を上部電極として容量が構成される。
する図である。図において、１はシリコン基板、２は絶
縁膜、３はシリコン基板１の表面に設けられた該基板と
逆型の高濃度不純物領域、４は導電性を有する窒素化合
物もしくは金属化合物の膜、５は絶縁性を有する金属酸
化膜、６は電極をそれぞれ示す。当該容量は、導電性を
有する窒素化合物もしくは金属化合物の膜４を下地電極
とし、絶縁性を有する金属酸化膜５を誘電体に用い、電
極６を上部電極として容量が構成される。
本実施例では、導電性を有する窒素化合物もしくは金属
化合物の膜４はシリコン基板１の表面に設けられた高濃
度不純物領域３に接続されており、従って不純物領域３
と前記電極６との間に電圧を加えることにより当該容量
は機能する。
化合物の膜４はシリコン基板１の表面に設けられた高濃
度不純物領域３に接続されており、従って不純物領域３
と前記電極６との間に電圧を加えることにより当該容量
は機能する。
当該容量の形成方法としては、シリコン基板１の表面に
周知の技術を用いて選択的に前記膜２を設け、次に熱拡
散もしくはイオン打ち込みの技術を用いて高濃度不純物
領域３を形成する。次に、ＴｉＮｘ、ＷＮｘなどの導電
性を有する窒素化合物膜もしくはＴｉＷ、ＡｕＳｎ、Ａ
ｕ５ｎＡｊ７などの金属化合物膜４を、スパッタ蒸着法
あるいは化学気相成長法などの手法を用いて形成する。
周知の技術を用いて選択的に前記膜２を設け、次に熱拡
散もしくはイオン打ち込みの技術を用いて高濃度不純物
領域３を形成する。次に、ＴｉＮｘ、ＷＮｘなどの導電
性を有する窒素化合物膜もしくはＴｉＷ、ＡｕＳｎ、Ａ
ｕ５ｎＡｊ７などの金属化合物膜４を、スパッタ蒸着法
あるいは化学気相成長法などの手法を用いて形成する。
当該導電性を有する金属酸化膜の好ましい膜厚は２００
〜１０００人である。次に、周知の技術を用いて当該膜
４を選択的にエツチングし所望の領域に膜を残す。次に
、Ｔ ａ ｇｏｓ、 Ｚ ｒ ０２＃Ｈｆ ０２あるい
はＢ ａ Ｔ ｉ Ｏ３の如き絶縁性を有する金属酸化
膜５を、スパッタ蒸着法あるいは化学気相成長法などの
手法を用いて形成する。次に、電極６を所望の領域に形
成し、本実施例になる容量が形成される。なお、上記し
た構造の容量において、高濃度不純物領域３の導電型は
シリコン基板１と逆型であっても、あるいは同型であっ
ても良く、その選択は自由である。さらに、当該高濃度
不純物領域３を設けずに、直接シリコン基板１に接触せ
しめても良い。
〜１０００人である。次に、周知の技術を用いて当該膜
４を選択的にエツチングし所望の領域に膜を残す。次に
、Ｔ ａ ｇｏｓ、 Ｚ ｒ ０２＃Ｈｆ ０２あるい
はＢ ａ Ｔ ｉ Ｏ３の如き絶縁性を有する金属酸化
膜５を、スパッタ蒸着法あるいは化学気相成長法などの
手法を用いて形成する。次に、電極６を所望の領域に形
成し、本実施例になる容量が形成される。なお、上記し
た構造の容量において、高濃度不純物領域３の導電型は
シリコン基板１と逆型であっても、あるいは同型であっ
ても良く、その選択は自由である。さらに、当該高濃度
不純物領域３を設けずに、直接シリコン基板１に接触せ
しめても良い。
なお、第１図に示す容器部の構造では、導電性を有する
窒素化合物もしくは金属化合物の膜４が高濃度不純物領
域３０表面および絶縁膜２の表面の一部に設けられたが
、本発明の目的であるシリコン基板との間に・遷移層を
形成しないという点で第２図に示すように高濃度不純物
領域３０表面にのみ導電性を有する窒素化合物もしくは
金属化合物の膜４を設けても良いことは言うまでもない
。
窒素化合物もしくは金属化合物の膜４が高濃度不純物領
域３０表面および絶縁膜２の表面の一部に設けられたが
、本発明の目的であるシリコン基板との間に・遷移層を
形成しないという点で第２図に示すように高濃度不純物
領域３０表面にのみ導電性を有する窒素化合物もしくは
金属化合物の膜４を設けても良いことは言うまでもない
。
第３図は、本発明の第２の実施例の容量の断面構造を説
明する図である。図において、第１図と同記号は同一物
質もしくは同一の機能を有する物質であり、７はポリシ
リコン電極を示す。
明する図である。図において、第１図と同記号は同一物
質もしくは同一の機能を有する物質であり、７はポリシ
リコン電極を示す。
当該構造の容量は、ポリシリコン電極７の表面に設けら
れた導電性を有する窒素化合物もしくは金属化合物の膜
４と、絶縁性を有する金属酸化膜５と、電極６とから容
量が構成される。導電性を有する金属酸化膜４はポリシ
リコン電極７に接触しているため、ポリシリコン電極に
加えられた電圧が導電性を有する金属酸化膜４にそのま
ま加わる。
れた導電性を有する窒素化合物もしくは金属化合物の膜
４と、絶縁性を有する金属酸化膜５と、電極６とから容
量が構成される。導電性を有する金属酸化膜４はポリシ
リコン電極７に接触しているため、ポリシリコン電極に
加えられた電圧が導電性を有する金属酸化膜４にそのま
ま加わる。
第４図は、本発明の第３の実施例を説明するための断面
図であり、容量をＤＲＡＭ （ダイナミック・ランダム
・アクセス・メモリー）に適用した場合の断面構造を示
す。図において、第１図と同記号は同一物質もしくは同
一機能を有する物質であり、２１および２２は絶縁膜、
３１および３２は高濃度不純物領域、６１は電極、６２
はビット電極、７２はワード電極をそれぞれ示す。
図であり、容量をＤＲＡＭ （ダイナミック・ランダム
・アクセス・メモリー）に適用した場合の断面構造を示
す。図において、第１図と同記号は同一物質もしくは同
一機能を有する物質であり、２１および２２は絶縁膜、
３１および３２は高濃度不純物領域、６１は電極、６２
はビット電極、７２はワード電極をそれぞれ示す。
当該構造の容量は、導電性を有する窒素化合物もしくは
金属化合物の膜４と、絶縁性を有する金属酸化膜５と電
極６１とで構成される。導電性を有する窒素化合物もし
くは金属化合物の膜４は高濃度不純物領域３２に接して
おり、当該高濃度不純物領域３２に加えられた電圧が導
電性を有する金属酸化膜４に加わる。
金属化合物の膜４と、絶縁性を有する金属酸化膜５と電
極６１とで構成される。導電性を有する窒素化合物もし
くは金属化合物の膜４は高濃度不純物領域３２に接して
おり、当該高濃度不純物領域３２に加えられた電圧が導
電性を有する金属酸化膜４に加わる。
第５図は本発明の第４の実施例を示す断面図であり、容
量を他の構造のＤＲＡＭに適用した場合の断面構造を示
す。図において、第３図および第４図と同記号は、同一
物質もしくは同一機能を有する物質である。
量を他の構造のＤＲＡＭに適用した場合の断面構造を示
す。図において、第３図および第４図と同記号は、同一
物質もしくは同一機能を有する物質である。
当該構造容量では、導電性を有する窒素化合物もしくは
金属化合物の膜４はポリシリコン電極７に、また当該ポ
リシリコン電極７は高濃度不純物領域３２に接している
ため、高濃度不純物領域３２に加えられた電圧はポリシ
リコン電極７および導電性を有する窒素化合物もしくは
金属化合物の膜４にそのまま印加される。
金属化合物の膜４はポリシリコン電極７に、また当該ポ
リシリコン電極７は高濃度不純物領域３２に接している
ため、高濃度不純物領域３２に加えられた電圧はポリシ
リコン電極７および導電性を有する窒素化合物もしくは
金属化合物の膜４にそのまま印加される。
第６図は本発明の第５の実施例を示す断面図であり、他
の構造のＤＲＡＭに適用した場合の断面構造を示す。図
において、第１図および第４図と同記号は同一物質もし
くは同一機能を有する物質であり、３３はシリコン基板
１と同型の高濃度不純物領域、７５は埋込電極である。
の構造のＤＲＡＭに適用した場合の断面構造を示す。図
において、第１図および第４図と同記号は同一物質もし
くは同一機能を有する物質であり、３３はシリコン基板
１と同型の高濃度不純物領域、７５は埋込電極である。
当該構造容量は、シリコン基板ｌの表面に溝を形成し、
当該溝の側壁および底部壁に容量を形成するものである
。溝内壁部の構造は、高濃度不純物領域３３が形成され
たシリコン基板の表面に導電性を有する窒素化合物もし
くは金属化合物の膜４が設けられ、次に絶縁性を有する
金属酸化膜５が設けられ、次に溝内をうめこむ埋込電極
７５が設けられ、容量を構成している。
当該溝の側壁および底部壁に容量を形成するものである
。溝内壁部の構造は、高濃度不純物領域３３が形成され
たシリコン基板の表面に導電性を有する窒素化合物もし
くは金属化合物の膜４が設けられ、次に絶縁性を有する
金属酸化膜５が設けられ、次に溝内をうめこむ埋込電極
７５が設けられ、容量を構成している。
以上説明したように本発明は、酸素に対して活性なシリ
コン基板やポリシリコン電極やシリサイド電極の表面に
いったん導電性を有する窒素化合物もしくは金属化合物
の膜を設けた後に絶縁性を有する金属酸化膜を設けるた
め、ＳｉＯｘの如き遷移層の形成による容量の低下が防
止できる効果がある。また、本発明になる容量は、誘電
体としての金属酸化膜および導電性を有する窒素化合物
もしくは金属化合物とも耐熱性にも優れており。
コン基板やポリシリコン電極やシリサイド電極の表面に
いったん導電性を有する窒素化合物もしくは金属化合物
の膜を設けた後に絶縁性を有する金属酸化膜を設けるた
め、ＳｉＯｘの如き遷移層の形成による容量の低下が防
止できる効果がある。また、本発明になる容量は、誘電
体としての金属酸化膜および導電性を有する窒素化合物
もしくは金属化合物とも耐熱性にも優れており。
６００℃でも電気特性に変化は見られなかった。
第１図および第２図は本発明の第１の実施例を説明する
ための断面図、第３図は本発明の第２の実施例を説明す
るための断面図、第４図は本発明の第３の実施例を説明
するための断面図、第５図は本発明の第４の実施例を説
明するたやの断面図、第６図は本発明の第５の実施例を
説明するための断面図である。 １・・・・・・シリコン基板、２・・・・・・絶縁膜、
３・・・・・・高濃度不純物領域、４・・・・・・導電
性を有する窒素化合物もしくは金属化合物膜、５・・・
・・・絶縁性を有する金属酸化膜、６・・・・・・電極
、７・・・・・・ポリシリコン電極、７５・・・・・・
埋込電極。 代理人 弁理士 内 原 音 生 図 手 図
ための断面図、第３図は本発明の第２の実施例を説明す
るための断面図、第４図は本発明の第３の実施例を説明
するための断面図、第５図は本発明の第４の実施例を説
明するたやの断面図、第６図は本発明の第５の実施例を
説明するための断面図である。 １・・・・・・シリコン基板、２・・・・・・絶縁膜、
３・・・・・・高濃度不純物領域、４・・・・・・導電
性を有する窒素化合物もしくは金属化合物膜、５・・・
・・・絶縁性を有する金属酸化膜、６・・・・・・電極
、７・・・・・・ポリシリコン電極、７５・・・・・・
埋込電極。 代理人 弁理士 内 原 音 生 図 手 図
Claims (1)
- シリコン又は金属シリサイド層上に、導電性を有する窒
素化合物もしくは金属化合物からなる膜と、絶縁性を有
する金属酸化膜と、電極とを順次積層して構成した容量
を含むことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63211862A JPH0736438B2 (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63211862A JPH0736438B2 (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0260157A true JPH0260157A (ja) | 1990-02-28 |
| JPH0736438B2 JPH0736438B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=16612839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63211862A Expired - Lifetime JPH0736438B2 (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0736438B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5192871A (en) * | 1991-10-15 | 1993-03-09 | Motorola, Inc. | Voltage variable capacitor having amorphous dielectric film |
| JPH0682599A (ja) * | 1992-02-13 | 1994-03-22 | Elf Atochem Sa | 各種濃度の液体・固体物質を（メタ）アクリル樹脂中に封入する方法 |
| WO2002037567A1 (fr) * | 2000-11-01 | 2002-05-10 | Sony Corporation | Element de condensateur et procede de production associe |
| US7335570B1 (en) | 1990-07-24 | 2008-02-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of forming insulating films, capacitances, and semiconductor devices |
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-
1988
- 1988-08-25 JP JP63211862A patent/JPH0736438B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US7157738B2 (en) | 2000-11-01 | 2007-01-02 | Sony Corporation | Capacitor element and its manufacturing method |
| EP1331668A4 (en) * | 2000-11-01 | 2007-03-21 | Sony Corp | CAPACITOR ELEMENT AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| KR100830356B1 (ko) * | 2000-11-01 | 2008-05-20 | 소니 가부시끼 가이샤 | 캐패시터 소자 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0736438B2 (ja) | 1995-04-19 |
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