JPH04192556A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
Manufacture of semiconductor deviceInfo
- Publication number
- JPH04192556A JPH04192556A JP2321309A JP32130990A JPH04192556A JP H04192556 A JPH04192556 A JP H04192556A JP 2321309 A JP2321309 A JP 2321309A JP 32130990 A JP32130990 A JP 32130990A JP H04192556 A JPH04192556 A JP H04192556A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- capacitor
- dielectric film
- metal
- dielectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリなどキャパ
シタを必要とする半導体装置を製造するのに好適な方法
に関し、
金属酸化物からなる膜が多結晶化することを抑止できる
ようにし、リーク電流が少なく、且つ、比誘電率が大き
い誘電体膜をもったキャパシタを作り込んだ半導体装置
を得ることを目的とし、基板上にキャパシタを構成する
為のシリコン蓄積電極を形成し、次いで、前記シリコン
蓄積電極に他の物質が侵入することを抑止するバリヤ膜
を形成し、次いで、前記バリヤ膜上にキャパシタの誘電
体膜を構成する為の金属薄膜を形成し、次いで、レーザ
或いは電子ビームなどの高エネルギ・ビームを照射して
前記金属薄膜を溶融してから固化させ、次いで、前記緻
密化された金属薄膜に酸化性雰囲気中でレーザ或いは電
子ビームなどの高エネルギ・ビームを照射し金属酸化物
膜に変換してキャパシタの誘電体膜を生成させ、次いで
、前記誘電体膜上にキャパシタの対向電極を形成する工
程が含まれてなるよう構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] A method suitable for manufacturing a semiconductor device requiring a capacitor such as a dynamic random access memory, which can prevent a film made of a metal oxide from becoming polycrystalline. With the aim of obtaining a semiconductor device incorporating a capacitor with a dielectric film having a low leakage current and a high dielectric constant, we formed a silicon storage electrode on a substrate to form a capacitor. Next, a barrier film is formed to prevent other substances from entering the silicon storage electrode, and then a metal thin film is formed on the barrier film to form a dielectric film of a capacitor. Alternatively, the metal thin film is irradiated with a high-energy beam such as an electron beam to melt and solidify, and then the densified metal thin film is irradiated with a high-energy beam such as a laser or an electron beam in an oxidizing atmosphere. The method includes the steps of: irradiating the method to convert the metal oxide film into a dielectric film of the capacitor; and then forming a counter electrode of the capacitor on the dielectric film.
本発明は、ダイナミック・ランダム・アクセス°メモリ
(dynamic random access
memory:DRAM)などキャパシタを必要とす
る半導体装置を製造するのに好適な方法に関する。The present invention is a dynamic random access memory (dynamic random access memory).
The present invention relates to a method suitable for manufacturing semiconductor devices that require capacitors, such as memory (DRAM).
近年、DRAMなどキャパシタをもつ半導体装置に於い
ては、微細化に伴って、そのキャパシタの平面占有面積
の縮小化が図られ、充分なキャパシタ容量を確保するの
が困難になりつつある。In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices having capacitors such as DRAMs, the planar area occupied by the capacitors has been reduced, making it difficult to ensure sufficient capacitor capacity.
そこで、これまでの斯かるキャパシタに関する研究・開
発は、専らキャパシタ容量を増加させることを目的とし
た誘電体膜の薄膜化及びキャパシタの三次元化に的を絞
ってきた。Therefore, research and development on such capacitors to date have focused exclusively on making the dielectric film thinner and making the capacitor three-dimensional in order to increase the capacitance of the capacitor.
このような対応策は、64MDRAMを製造するのに必
要とされる微細化に対しては効を奏し得 。Such countermeasures may be effective for the miniaturization required to manufacture 64MDRAM.
るであろうが、それも限界状態になるものと考えられて
いる。However, it is thought that this will reach its limit.
従って、それ以後の微細化には新たな手段が必要になる
筈である。Therefore, new means will be required for subsequent miniaturization.
現在、64MDRAM以後の微細化に対応するに当たり
、従来からキャパシタの誘電体膜として用いられてきた
5iOz膜、或いは、SiO□/S i :I N a
/ S i O□の三層構造膜、即ち、0NOl!に
代わるものとして、周期律表のma、IVa。Currently, in response to miniaturization after 64M DRAM, 5iOz film or SiO□/S i :IN a that has been conventionally used as a dielectric film for capacitors is used.
/ S i O□ three-layer structure film, that is, 0NOl! As an alternative to ma, IVa of the periodic table.
Va各属の金属酸化物が注目されている。これら金属酸
化物は高誘電率酸化物として知られ、その比誘電率は平
均的なもので約25前後であって、S 10 zが3.
8であるのに比較すれば6倍以上にもなり、64MDR
AM以後の微細化についても充分に対応できると考えら
れている。Metal oxides of various groups of Va are attracting attention. These metal oxides are known as high dielectric constant oxides, and their relative permittivity is approximately 25 on average, and S 10 z is 3.
8, it is more than 6 times more than 64MDR.
It is thought that it will be able to fully cope with the miniaturization after AM.
この金属酸化物膜を形成するには、プラズマCVD(p
lasma chemical vapour
deposition)法、熱酸化法、熱CVD法など
が通用される。To form this metal oxide film, plasma CVD (p
lasma chemical vapor
A thermal oxidation method, a thermal CVD method, etc. are commonly used.
前記したプラズマCVD法などで形成された前記金属酸
化物膜は実用の域に達していない。その理由はリーク電
流が大きい旨の欠点があることに依る。The metal oxide film formed by the plasma CVD method described above has not reached the level of practical use. The reason for this is that it has the disadvantage of a large leakage current.
このリーク電流は、金属酸化物膜の形成過程に於いて金
属酸化物が多結晶化することに由来している。即ち、リ
ーク電流は、結晶の粒界を介して発生するので、多結晶
の場合に増加するのは当然である。This leakage current originates from polycrystallization of the metal oxide during the process of forming the metal oxide film. That is, since leakage current is generated through grain boundaries of crystals, it is natural that it increases in the case of polycrystals.
本発明は、金属酸化物からなる膜が多結晶化することを
抑止できるようにし、リーク電流が少な(、且つ、比誘
電率が大きい誘電体膜をもったキャパシタを作り込んだ
半導体装1が得られるようにする。The present invention makes it possible to prevent a film made of a metal oxide from becoming polycrystalline, and to provide a semiconductor device 1 incorporating a capacitor with a dielectric film having a small leakage current (and a high relative dielectric constant). make sure you get it.
本発明に依る半導体装置の製造方法に於いては、(1)
基板(例えばSi半導体基板l)上にキャパシタを構成
する為のシリコン蓄積電極(例えば蓄積電”極3)を形
成し、
次いで、前記シリコン蓄積電極に他の物質が侵入するこ
とを抑止するバリヤ膜(例えばバリヤ・メタル膜4)を
形成し、
次いで、前記バリヤ膜上にキャパシタの誘電体膜を構成
する為の金属薄膜(例えば金属薄膜5)を形成し、
次いで、レーザ或いは電子ビームなどの高エネルギ・ビ
ームを照射して前記金属薄膜を溶融してから固化させ、
次いで、前記緻密化された金属薄膜に酸化性雰囲気中で
レーザ或いは電子ビームなどの高エネルギ・ビームを照
射し金属酸化物膜に変換してキャパシタの誘電体膜(例
えば金属酸化物薄膜5“)を生成させ、
次いで、前記誘電体膜上にキャパシタの対向電極(例え
ば対向電極(セル・プレート)6)を形成する工程
が含まれてなるか、或いは、
(2)前記(1)に於いて、シリコン蓄積電極に他の物
質が侵入することを抑止するバリヤ膜がTiNを材料と
するものであること
を特徴とするか、或いは、
(3)前記(1)に於いて、シリコン蓄積電極に他の物
質が侵入することを抑止するバリヤ膜がTiWを材料と
するものであること
を特徴とするか、或いは、
(4)前記(1)或いは(2)或いは(3)に於いて、
キャパシタの誘電体膜を構成する為の金属薄膜がma族
或いはIVa族或いはVa族の金属を材料とするもので
あること
を特徴とする。In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, (1)
A silicon storage electrode (for example, storage electrode electrode 3) for forming a capacitor is formed on a substrate (for example, a Si semiconductor substrate 1), and then a barrier film is formed to prevent other substances from entering the silicon storage electrode. A thin metal film (for example, a metal thin film 5) for forming a dielectric film of a capacitor is then formed on the barrier film, and then a high-intensity beam such as a laser or an electron beam is formed. The metal thin film is melted and solidified by irradiation with an energy beam, and then the densified metal thin film is irradiated with a high-energy beam such as a laser or an electron beam in an oxidizing atmosphere to form a metal oxide film. to form a dielectric film (for example, metal oxide thin film 5'') of the capacitor, and then forming a counter electrode of the capacitor (for example, counter electrode (cell plate) 6) on the dielectric film. (2) In (1) above, the barrier film that prevents other substances from entering the silicon storage electrode is made of TiN. (3) In (1) above, the barrier film that prevents other substances from entering the silicon storage electrode is made of TiW, or (4) ) In the above (1) or (2) or (3),
The thin metal film constituting the dielectric film of the capacitor is characterized by being made of a metal of the Ma group, IVa group, or Va group.
[作用]
前記手段を採ることに依り、酸化されてキャパシタの誘
電体膜となるma族或いはIVa族或いはVa族の金属
薄膜は結晶欠陥やピンホールが殆どなく、均−且つ良質
なものとすることができ、しかも、それを瞬間的に雰囲
気ガスと反応させて金属酸化物膜としているので、反応
過程の物質移動に起因する金属酸化物の多結晶化が起こ
らず、従って、結晶粒界に沿ってリークする電流は著し
く少なくなり、また、その金属酸化物膜の絶縁耐圧も充
分に高い。[Operation] By adopting the above-mentioned measures, the metal thin film of the MA group, IVa group, or Va group, which is oxidized and becomes the dielectric film of the capacitor, has almost no crystal defects or pinholes, and is made uniform and of good quality. Moreover, since it is instantaneously reacted with atmospheric gas to form a metal oxide film, polycrystallization of the metal oxide due to mass transfer during the reaction process does not occur, and therefore, there is no formation of polycrystallization at grain boundaries. The current leaking along the line is significantly reduced, and the dielectric strength of the metal oxide film is also sufficiently high.
(実施例〕
第1図乃至第5図は本発明一実施例を説明する為の工程
要所に於ける半導体装置の要部切断側面図を表し、以下
、これ等の図を参照しつつ解説する。(Embodiment) FIGS. 1 to 5 are cross-sectional side views of essential parts of a semiconductor device at key points in the process for explaining an embodiment of the present invention, and the explanation will be given below with reference to these figures. do.
第1図参照
例えば、Si、N4膜を耐酸化性マスクとする選択的熱
酸化法、例えば、LOCO3(l 。See FIG. 1. For example, a selective thermal oxidation method using a Si or N4 film as an oxidation-resistant mask, such as LOCO3(l).
cat oxidation of 5ilic
on)法を適用することに依り、Si半導体基板1の表
面に素子間分離の為の厚さが例えば500(nm)であ
るフィールド絶縁膜2を形成する。cat oxidation of 5ilic
On) method is applied to form a field insulating film 2 having a thickness of, for example, 500 (nm) on the surface of the Si semiconductor substrate 1 for isolation between elements.
選択的熱酸化を行った際の耐酸化性マスクを除去し、S
i半導体基板1の一部を表出させてから、LPCVD(
low pressurechemical va
pour deposition)法を適用すること
に依り、厚さ例えば200 (nm)のP含有多結晶S
i膜を形成する。The oxidation-resistant mask used during selective thermal oxidation is removed, and S
i After exposing a part of the semiconductor substrate 1, LPCVD (
low pressure chemical va
By applying the Pour deposition method, P-containing polycrystalline S with a thickness of, for example, 200 (nm) is deposited.
Form an i-film.
このP含有多結晶Si膜の形成は、前記したように、成
長時にPを添加する手段のほか、多結晶Si膜を成長さ
せた後にイオン注入に依って導入するようにしても良く
、また、Pの濃度、 は、ドーズ量にして例えば5
x 10 ” (ell−2)程度とする。This P-containing polycrystalline Si film can be formed by adding P during growth as described above, or by ion implantation after growing the polycrystalline Si film. The concentration of P is, for example, 5 in terms of dose.
x 10'' (ell-2).
通常のフォト・リソグラフィ技術を適用することに依り
、P含有多結晶Si膜をパターニングし、キャパシタの
蓄積電極3とする。By applying ordinary photolithography technology, the P-containing polycrystalline Si film is patterned to form the storage electrode 3 of the capacitor.
第2図参照
例えば、スパッタリング法を適用することに依って、厚
さが例えば50(nm)程度であるTiN或いはTiW
などからなるバリヤ・メタル膜4を形成する。Refer to Figure 2. For example, by applying a sputtering method, TiN or TiW having a thickness of about 50 (nm) can be formed.
A barrier metal film 4 consisting of, etc. is formed.
バリヤ・メタル膜4を形成する技術として、スパッタリ
ング法の他に熱CVD法などを適用することもできる。As a technique for forming the barrier metal film 4, a thermal CVD method or the like can be applied in addition to the sputtering method.
スパッタリング法を適用することに依り、平均的厚さが
5 (nm)である周期率表のma族、IVa族、Va
族から選択した金属からなる薄膜5を形成する。By applying the sputtering method, it is possible to deposit materials such as the Ma group, IVa group, and Va group of the periodic table with an average thickness of 5 (nm).
A thin film 5 made of a metal selected from the group consisting of:
尚、金属薄膜5を形成する技法としては、スパッタリン
グ法の他に電子ビーム蒸着法などを適用することもでき
る。また、何れの技法を適用した場合に於いても、得ら
れた金属In!5をSEM(scanning el
ectronmicroscope)で観察すると、表
面には多くの凹凸が生成され、且つ、不均一にピンホー
ル様のものが存在していることを看取することができ、
また、TEM(transmission elec
tron m1croscope)で観察すると、多
くの結晶欠陥が散在しているのを視認することができる
。Note that as a technique for forming the metal thin film 5, an electron beam evaporation method or the like can be applied in addition to the sputtering method. Moreover, regardless of which technique is applied, the obtained metal In! 5 by SEM (scanning el)
When observed with an electron microscope, it can be seen that many irregularities are generated on the surface, and that pinhole-like things are unevenly present.
In addition, TEM (transmission elect
When observed with a tron m1 microscope, it can be seen that many crystal defects are scattered.
第3図参照
レーザ或いは電子ビームなど高エネルギ・ビームを照射
して金属薄膜5を溶融してから固化を行う。尚、このレ
ーザ照射、或いは、電子ビーム照射を前レーザ照射、或
いは、前電子ビーム照射と呼ぶこととし、後の工程で実
施される酸素雰囲気での高エネルギ・ビームの照射と区
別するものとする。Referring to FIG. 3, the metal thin film 5 is melted by irradiation with a high-energy beam such as a laser beam or an electron beam, and then solidified. This laser irradiation or electron beam irradiation will be referred to as pre-laser irradiation or pre-electron beam irradiation to distinguish it from high-energy beam irradiation in an oxygen atmosphere that will be performed in a later process. .
この金属薄膜5の溶融及び固化は一度だけでなく、必要
に応じて複数回に亙って実施して良く、これに依って金
属薄膜5は平坦化され、且つ、均一となって、ピンホー
ルや結晶欠陥を低減させることができる。This melting and solidification of the metal thin film 5 may be performed not only once, but multiple times as necessary, so that the metal thin film 5 is flattened and uniform, and pinholes are removed. and crystal defects can be reduced.
このような処理をした後の金属薄膜5を、便宜上、記号
5′で指示する。For convenience, the metal thin film 5 after such treatment is indicated by the symbol 5'.
第4図参照
酸素雰囲気中で金属薄膜5′にレーザ或いは電子ビーム
など高エネルギ・ビームを照射して金属酸化物薄膜5″
に変換する。Refer to Fig. 4. The metal thin film 5' is irradiated with a high-energy beam such as a laser or an electron beam in an oxygen atmosphere to form a metal oxide thin film 5''.
Convert to
このようにして得られた金属酸化物薄膜5″の膜質をS
EMで観察すると、前記溶融及び固化の処理を施した金
属薄膜5′に於ける良好な状態を維持していて、従来の
技術で生成させた金属酸化物薄膜のような多結晶化は起
こらないことが確認できる。多結晶化が進行しない理由
としては、高エネルギ・ビーム照射に依って、金属薄膜
5′が2〜3 (m秒〕オーダの時間で瞬間的に酸化し
てしまう為、物質移動が起こらないことに依るものと考
えられる。The film quality of the metal oxide thin film 5″ thus obtained was determined by S
Observation with EM shows that the metal thin film 5' that has been subjected to the melting and solidification treatment maintains a good condition, and does not undergo polycrystallization unlike metal oxide thin films produced by conventional techniques. This can be confirmed. The reason why polycrystalization does not progress is that the metal thin film 5' is instantaneously oxidized in a time on the order of 2 to 3 (msec) due to high-energy beam irradiation, so no mass transfer occurs. It is thought that it depends on the
第5図参照
LPCVD法を適用することに依り、金属酸化物薄膜5
#上に厚さ例えば200 (nml程度のP含有多結晶
Si膜を形成する。By applying the LPCVD method (see FIG. 5), the metal oxide thin film 5
A P-containing polycrystalline Si film having a thickness of, for example, about 200 nm is formed on #.
このP含有多結晶Si膜の形成は、前記したように、成
長時にPを添加する手段のほか、多結晶Si膜を成長さ
せた後にイオン注入に依って導入するようにして良く、
また、Pの濃度は、ドーズ量にして例えば5 X 10
” (ci−”)程度とする。This P-containing polycrystalline Si film can be formed by adding P during growth as described above, or by introducing it by ion implantation after growing the polycrystalline Si film.
In addition, the concentration of P is, for example, 5 x 10 in terms of dose.
” (ci-”).
通常のフォト・リソグラフィ技術を適用することに依り
、工程5−(1)で形成したP含有多結晶Si膜をパタ
ーニングし、キャパシタの対向電極(セル・プレート)
6とし、これで、キャパシタが完成する。By applying ordinary photolithography technology, the P-containing polycrystalline Si film formed in step 5-(1) is patterned to form the counter electrode (cell plate) of the capacitor.
6, and the capacitor is now completed.
第6図は本発明に依って作成したキャパシタ及び比較の
為に種々の技術を適用して作成したキャパシタの印加電
圧とリーク電流密度との関係を説明する為の線図を表し
、横軸には印加電圧(V)を、また、縦軸にはリーク電
流密度CA/C1l”)をそれぞれ採っである。FIG. 6 shows a diagram for explaining the relationship between applied voltage and leakage current density for capacitors made according to the present invention and capacitors made by applying various techniques for comparison. is the applied voltage (V), and the vertical axis is the leakage current density CA/C11'').
このデータを得た際のキャパシタの誘電体膜はTazO
s膜であり、第1図及び第2図について説明した工程、
即ち、金属薄膜5、ここではTa薄膜を形成するまでの
工程は、各試料について全て同じである。The dielectric film of the capacitor when this data was obtained was TazO.
s film, and the steps described in FIGS. 1 and 2,
That is, the steps up to forming the metal thin film 5, here a Ta thin film, are all the same for each sample.
スパッタリング法で形成したTa膜の膜厚は5(nm)
であり、従来の技術に於ける熱酸化、或いは、本発明に
於けるレーザ照射酸化で生成されたTa、O,膜の膜厚
は10[nml程度になっている。厚さが10(nm)
のTazOs膜で得られる誘電体膜としての性能をSi
n、膜に膜厚換算すると3 (nm)になる。The thickness of the Ta film formed by sputtering method is 5 (nm).
The thickness of the Ta, O, film produced by thermal oxidation in the conventional technique or laser irradiation oxidation in the present invention is about 10 nm. Thickness is 10 (nm)
The performance as a dielectric film obtained with the TazOs film of Si
n, the film thickness is 3 (nm).
バリヤ・メタル膜4とじては、厚さが50″、nm]の
TiN膜を用いた。As the barrier metal film 4, a TiN film with a thickness of 50'', nm was used.
レーザ照射酸化に用いたレーザはエキシマ・レーザであ
る。The laser used for laser irradiation oxidation was an excimer laser.
第6図に於いて、
■:前レーザ照射することなくTa薄膜を熱酸化した場
合であって、熱酸化は9501°C:の酸素雰囲気で1
0口分]行い、T’a、O,薄膜に変換したものである
。In Figure 6,
0 portion] and converted to T'a, O, and thin film.
■;■と同様、前レーザ照射することなく、酸素雰囲気
でTal膜にレーザ照射して酸化を行い、T a z
Os Fi膜に変換したものである。■; Similarly to ■, the Tal film is oxidized by laser irradiation in an oxygen atmosphere without prior laser irradiation, and T a z
This was converted into an Os Fi film.
この場合のレーザ照射の条件は、レーザ強度密度が1.
5 (J/am” 〕、また、パルス幅が30〔n秒
〕である。The conditions for laser irradiation in this case are that the laser intensity density is 1.
5 (J/am"), and the pulse width is 30 [n seconds].
■:Ta薄膜に前レーザ照射を行ってから、■と同じ条
件で熱酸化してTazOs薄膜に変換したものである。(2): A Ta thin film was pre-irradiated with laser and then thermally oxidized under the same conditions as (2) to convert it into a TazOs thin film.
この場合の前レーザ照射の条件は、レーザ強度密度が3
. 5 〔J 7cm2〕、また、パルス幅が30〔n
秒]である。In this case, the pre-laser irradiation conditions are such that the laser intensity density is 3
.. 5 [J 7cm2], and the pulse width is 30[n
seconds].
■二本発明実施例であり、■と同じ条件の前レーザ照射
、及び、■と同じ条件のレーザ照射酸化を行ってTaz
Os薄膜にしたものである。(2) This is the second embodiment of the present invention, and Taz
This is a thin film of Os.
図の■及び■から明らかなように、前レーザ照射なしで
はリーク電流が多く、熱酸化もレーザ照射酸化も異なる
ところが殆どなかった。図の■に見られるように、前レ
ーザ照射+熱酸化では、リーク電流が若干少なくなって
はいるが、実用上からは不充分である。図の■に見られ
るように、前レーザ照射+レーザ照射酸化では、リーク
電流が充分に低減されている。As is clear from ■ and ■ in the figure, the leakage current was large without prior laser irradiation, and there was almost no difference between thermal oxidation and laser irradiation oxidation. As shown in ■ in the figure, the leakage current is slightly reduced by pre-laser irradiation + thermal oxidation, but it is insufficient from a practical point of view. As seen in ■ in the figure, the leakage current is sufficiently reduced in the pre-laser irradiation + laser irradiation oxidation.
このように、本発明に依る、前レーザ照射十レーザ照射
酸化の組み合わせで、初めてリーク電流が少ない誘電体
膜を得ることができる。As described above, a dielectric film with low leakage current can be obtained for the first time by combining pre-laser irradiation and laser irradiation oxidation according to the present invention.
前記■の条件で作成したキャパシタについて、1O−b
C人〕を基準としたときの絶縁耐圧は14(M V /
cva )であり、TDDB (t ime de
pendence dielectric bre
akdown)測定の結果、素子の寿命は10年であっ
て、実用的には充分であり、信頼性が高い誘電体膜であ
ることが判明した。Regarding the capacitor made under the conditions of (■) above, 1O-b
The dielectric strength voltage is 14 (M V /
cva) and TDDB (time de
pendence dielectric bre
As a result of measurement, it was found that the device had a lifespan of 10 years, which was sufficient for practical use, and that the dielectric film was highly reliable.
ところで、前レーザ照射は、さきに記述したように、形
成した金属薄膜を溶融及び固化して表面を平坦化すると
共に膜中のピンホールや結晶欠陥を低減させる働きをし
ている。By the way, as described above, the pre-laser irradiation serves to melt and solidify the formed metal thin film to flatten the surface and to reduce pinholes and crystal defects in the film.
然しながら、前レーザ照射を行っても、その後から熱酸
化を行ったのでは、その酸化過程で例えばTazOsの
物質移動が発生して多結晶化が進行し、結果的にリーク
電流が増大するものと考えられる。レーザ照射酸化では
、前記の如く、瞬間的にTaの酸化が行われることから
、TazOsの物質移動は抑制されるものと考えられ、
多結晶化は起こらず、前レーザ照射を行った直後の良好
な膜質が保存されたまま誘電体膜が生成されるのである
。However, even if pre-laser irradiation is performed, if thermal oxidation is performed afterwards, mass transfer of, for example, TazOs will occur during the oxidation process and polycrystallization will progress, resulting in an increase in leakage current. Conceivable. In laser irradiation oxidation, Ta is oxidized instantaneously as described above, so it is thought that the mass transfer of TazOs is suppressed.
Polycrystallization does not occur, and the dielectric film is produced while preserving the good film quality immediately after the previous laser irradiation.
第7図は本発明に依って作成したキャパシタ及び比較の
為に従来の技術を適用して作成したキャパシタの印加電
圧とリーク電流密度との関係を説明する為の線図を表し
、横軸には印加電圧r y Eを、また、縦軸にはリー
ク電流密度CA / C1+ 2’)をそれぞれ採っで
ある。FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between applied voltage and leakage current density for a capacitor made according to the present invention and a capacitor made by applying the conventional technology for comparison. is the applied voltage ryE, and the vertical axis is the leakage current density CA/C1+2').
図に於いて、■は第6図と同様に本発明一実施例に依る
キャパシタの特性線であり、■並びに■は従来の技術に
依るキャパシタの特性線(要すれば、「月刊 Sem1
conductor W。In the figure, ■ is the characteristic line of the capacitor according to one embodiment of the present invention, as in FIG.
conductor W.
rld 1990 5 P、113J、の押力らに
依る実験報告を参照)であって、■は、LPCVD法で
Taz os膜を形成し、オゾン雰囲気中でIJV(u
ltraviolet rays)照射しつつアニー
ルする、所謂、Uvオゾン・アニール及び乾性酸化アニ
ールの二段階アニールを行った場合であり、そして、■
は、スパッタリング法でTazOs膜を形成し、乾性酸
化アニールを行った場合である。この■及び■に於ける
Taz05膜の膜厚は共に10[nm)であって、本発
明をなすについて行った実験と同じである。rld 1990 5 P, 113J), in which a Tazo s film was formed by the LPCVD method and IJV (u
This is a case where two-step annealing is performed, which is so-called Uv ozone annealing and dry oxidation annealing, in which annealing is performed while irradiating (ltraviolet rays), and
This is the case where a TazOs film was formed by sputtering and dry oxidation annealing was performed. The thickness of the Taz05 film in both (1) and (2) was 10 [nm], which is the same as in the experiment conducted for making the present invention.
図から判るように、本発明の一実施例に依る特性線であ
る■に依れば、従来例の特性線である■及び■に比較す
ると、リーク電流は蟲に少ないことが明瞭である。As can be seen from the figure, it is clear that according to the characteristic line (2) according to the embodiment of the present invention, the leakage current is extremely small compared to the characteristic lines (2) and (2) of the conventional example.
第8図は本発明に依って作成したキャパシタ及び比較の
為に種々の技術を適用して作成したキャパシタの印加電
圧とリーク電流密度との関係を説明する為の線図を表し
、横軸には印加電圧(y Eを、また、縦軸にはリーク
電流密度[A/cTIi2]をそれぞれ採っである。尚
、このデータは、第6−図のデータを得た実験と概略同
様なそれを行って得られたと考えて良い。FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between applied voltage and leakage current density for capacitors made according to the present invention and capacitors made by applying various techniques for comparison. is the applied voltage (yE), and the vertical axis is the leakage current density [A/cTIi2].This data is based on an experiment roughly similar to that in which the data in Figure 6 was obtained. You can think of it as something you got by going there.
このデータを得た際のキャパシタの誘電体膜はTiO2
膜であり、ここで、Tifji膜を形成するまでの工程
は、各試料について全て同じである。The dielectric film of the capacitor when this data was obtained was TiO2
Here, the steps to form the Tifji film are all the same for each sample.
スパッタリング法で形成したTi膜の膜厚は5(nm)
であり、従来の技術に於ける熱酸化、或いは、本発明に
於けるレーザ照射酸化で生成されたTie、膜の膜厚は
15[nm)程度になっている。厚さが15(nm)の
TiO2膜で得られる誘電体膜としての性能をSiO□
膜に膜厚換算すると2.5 (nm]になる。The thickness of the Ti film formed by sputtering method is 5 (nm).
The thickness of the Tie film produced by thermal oxidation in the conventional technique or laser irradiation oxidation in the present invention is about 15 [nm]. The performance as a dielectric film obtained with a TiO2 film with a thickness of 15 (nm) is
The film thickness is 2.5 (nm).
バリヤ・メタル膜には、厚さが50 〔nm)のTiN
膜を用いた。The barrier metal film is made of TiN with a thickness of 50 [nm].
A membrane was used.
レーザ照射酸化Sこ用いたレーザはXeClエキシマ・
レーザである。Laser irradiation oxidation The laser used is XeCl excimer.
It's a laser.
第8図に於いて、
■:前レーザ照射することなくTi’l膜を熱酸化した
場合であって、熱酸化は950(’C3のの酸素雰囲気
で10(分〕行い、Tie2薄膜に変換したものである
。In Fig. 8, ■: The case where the Ti'l film was thermally oxidized without prior laser irradiation, and the thermal oxidation was carried out for 10 (minutes) in an oxygen atmosphere of 950 ('C3) and converted to a Tie2 thin film. This is what I did.
■:■と同様、前レーザ照射することなく、酸素雰囲気
でTi薄膜にレーザ照射して酸化を行 −い、T
i0zFf膜に変換したものである。■: Similar to ■, the Ti thin film is oxidized by laser irradiation in an oxygen atmosphere without prior laser irradiation.
It was converted into an i0zFf film.
この場合のレーザ照射の条件は、レーザ強度密度が1.
3 (J/cm2〕、また、パルス幅が30〔n秒]
である。The conditions for laser irradiation in this case are that the laser intensity density is 1.
3 (J/cm2), and the pulse width is 30 [n seconds]
It is.
■:Til膜に前レーザ照射を行ってから、■と同じ条
件で熱酸化してTie2薄膜に変換したちのである。(2): The Til film was pre-irradiated with laser, and then thermally oxidized under the same conditions as (2) to convert it into a Tie2 thin film.
この場合の前レーザ照射の条件は、レーザ強度密度が2
. OCl/CWI” E 、また、パルス幅が30C
n秒〕である。In this case, the pre-laser irradiation conditions are such that the laser intensity density is 2
.. OCl/CWI” E, and pulse width is 30C
n seconds].
[相]:本発明実施例であり、■と同し条件の前レーザ
照射、及び、■と同し条件のレーザ照射酸化を行ってT
iO□薄膜にしたものである。[Phase]: This is an example of the present invention, and T
It is made into an iO□ thin film.
図の■及び■から明らかなように、前レーザ照射なしで
はリーク電流が多く、熱酸化もレーザ照射酸化も異なる
ところが殆どなかった。図の■に見られるように、前レ
ーザ照射+熱酸化では、リーク電流が若干少なくなって
はいるが、実用上がらは不充分である。図の[相]に見
られるようδこ、前レーザ照射+レーザ照射酸化では、
リーク電流が充分に低減されている。As is clear from ■ and ■ in the figure, the leakage current was large without prior laser irradiation, and there was almost no difference between thermal oxidation and laser irradiation oxidation. As shown in ■ in the figure, although the leakage current is slightly reduced by pre-laser irradiation + thermal oxidation, it is still insufficient for practical use. As seen in the [phase] in the figure, δ, pre-laser irradiation + laser irradiation oxidation,
Leakage current is sufficiently reduced.
この場合も、本発明に依る、前レーザ照射+レーザ照射
酸化の組み合わせで、初めてリーク電流が少ない誘電体
膜を得ることができる。Also in this case, a dielectric film with low leakage current can be obtained for the first time by combining pre-laser irradiation + laser irradiation oxidation according to the present invention.
前記[相]の条件で作成したキャパシタについて、10
−” C人〕を基準としたときの絶縁耐圧は13[MV
/C11) テアリ、TDDB測定ノ結果、素子の寿命
は9年であって、この実施例も、実用的には充分であり
、信頼性が高い誘電体膜である。Regarding the capacitor created under the above [phase] conditions, 10
The dielectric strength voltage is 13 [MV
/C11) The lifespan of the element was 9 years as a result of Tearly and TDDB measurements, and this example is also a dielectric film that is sufficient for practical use and has high reliability.
本発明に依る半導体装置の製造方法シこ於いては、キャ
パシタを構成する為のシリコン蓄積電極を形成し、その
シリコン蓄積電極に他の物質が侵入することを抑止する
バリヤ膜を形成し、そのバリヤ膜上にキャパシタの誘電
体膜を構成する為の金属薄膜を形成し、高エネルギ・ビ
ームを照射して前記金属薄膜を溶融・固化し、その金属
薄膜に酸化性雰囲気中で高エネルギ・ビームを照射し金
属酸化物膜に変換してキャパシタの誘電体膜を生成させ
、その誘電体膜上にキャパシタの対向電極を形成するよ
うにしている。In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a silicon storage electrode for forming a capacitor is formed, a barrier film is formed to prevent other substances from entering the silicon storage electrode, and a barrier film is formed to prevent other substances from entering the silicon storage electrode. A thin metal film to constitute the dielectric film of the capacitor is formed on the barrier film, the metal thin film is melted and solidified by irradiation with a high-energy beam, and the metal thin film is irradiated with a high-energy beam in an oxidizing atmosphere. is irradiated and converted into a metal oxide film to generate a dielectric film of a capacitor, and a counter electrode of the capacitor is formed on the dielectric film.
前記構成を採ることに依り、酸化されてキャパシタの誘
電体膜となるma族或いはTVa族或いは〜°a族の金
属薄膜は結晶欠陥やピンホールが殆どなく、均−且つ良
質なものとすることができ、しかも、それを瞬間的に雰
囲気ガスと反応させて金属酸化物膜としているので、反
応過程の物質移動に起因する金属酸化物の多結晶化が起
こらず、従って、結晶粒界に沿ってリークする電流は著
しく少なくなり、また、その金属酸化物膜の絶縁耐圧も
充分に高い。By adopting the above structure, the metal thin film of the Ma group, TVa group, or ~°a group, which is oxidized to become the dielectric film of the capacitor, has almost no crystal defects or pinholes, and is uniform and of good quality. Moreover, since it is instantaneously reacted with atmospheric gas to form a metal oxide film, polycrystallization of the metal oxide due to mass transfer during the reaction process does not occur, and therefore, polycrystallization of the metal oxide does not occur along grain boundaries. The leakage current is significantly reduced, and the dielectric strength of the metal oxide film is also sufficiently high.
第1図乃至第5図は本発明一実施例を説明する為の工程
要所に於ける半導体装置の要部切断側面図、第6図は本
発明に依って作成したキャパシタ及び比較の為に種々の
技術を適用して作成したキャパシタの印加電圧とリーク
電流密度との関係を説明する為の線図、第7図は本発明
に依って作成したキャパシタ及び比較の為に従来の技術
を適用して作成したキャパシタの印加電圧とリーク電流
密度との関係を説明する為の線図、第8図は本発明に依
って作成したキャパシタ及び比較の為に種々の技術を適
用して作成したキャパシタの印加電圧とリーク電流密度
との関係を説明する為の線図をそれぞれ表している。
図に於いて、1はSi半導体基板、2はフィールド絶縁
膜、3はキャパシタの蓄積電極、4はバリヤ・メタル膜
、5は金属薄膜、5′は溶融・固化した金属薄膜、5″
は金属酸化物薄膜、6はキーバンタの対向電極(セル・
プレート)をそれぞれ示している。
特許出願人 富士通株式会社
代理人弁理士 相 谷 昭 司
代理人弁理士 渡 邊 弘 −
1(Si半導体基板)
実施例を説明するための工程要所に於ける半導体装置の
要部切断側面図第1図
実施例を説明するための工@要所に於ける半導体装置の
要部切断eI面図第2図
5(溶融・固化した金属薄膜) 高エネルギ・ビー
ム実施例を説明すうための工程要所に於ける半導体装置
の要部切断側面図第3図
5(金属Wヒ物薄膜) 高エネルギ・
ビーム実施例を説明するための工@要所に於ける半導体
装置の要部切断側面図6(対向電極)
へ
実施例を説明するための工程要所に於ける半導体の要部
切断側面図印加電圧()
キャパシタの印加電圧とリーク電流
密度との関係を説明するための線図
第6図
印加電圧(V)
キャパシタの印加電圧とり一971tL密度との関係を
説明するための線図
第7図1 to 5 are cross-sectional side views of essential parts of a semiconductor device at key points in the process for explaining one embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a side view of a capacitor manufactured according to the present invention and for comparison. Diagrams for explaining the relationship between applied voltage and leakage current density of capacitors created by applying various techniques, FIG. 7 shows capacitors created according to the present invention and conventional technology applied for comparison. Fig. 8 is a diagram for explaining the relationship between applied voltage and leakage current density of a capacitor made according to the present invention and capacitors made by applying various techniques for comparison. Each of the diagrams shows a diagram for explaining the relationship between the applied voltage and the leakage current density. In the figure, 1 is a Si semiconductor substrate, 2 is a field insulating film, 3 is a storage electrode of a capacitor, 4 is a barrier metal film, 5 is a metal thin film, 5' is a melted and solidified metal thin film, 5''
6 is the metal oxide thin film, and 6 is the counter electrode of the key vanta (cell).
plate) are shown respectively. Patent Applicant: Fujitsu Ltd. Representative Patent Attorney: Akira Aitani Representative Patent Attorney: Hiroshi Watanabe - 1 (Si semiconductor substrate) Cutaway side view of essential parts of a semiconductor device at important process points to explain embodiments Figure 1: Process for explaining the embodiment @ cut-away eI side view of essential parts of the semiconductor device at important points Figure 2: 5 (melted and solidified metal thin film) Process outline for explaining the high-energy beam embodiment Figure 3: Cutaway side view of essential parts of a semiconductor device at a location (metal W arsenal thin film)
Adding a cutaway side view of the main part of a semiconductor device at a key point in the process to explain the beam example 6 (Counter electrode) Voltage () Diagram for explaining the relationship between the applied voltage of the capacitor and leakage current density Figure 6 Applied voltage (V) Diagram for explaining the relationship between the applied voltage of the capacitor and the leakage current density Figure 7
Claims (4)
電極を形成し、 次いで、前記シリコン蓄積電極に他の物質が侵入するこ
とを抑止するバリヤ膜を形成し、次いで、前記バリヤ膜
上にキャパシタの誘電体膜を構成する為の金属薄膜を形
成し、 次いで、レーザ或いは電子ビームなどの高エネルギ・ビ
ームを照射して前記金属薄膜を溶融してから固化させ、 次いで、前記緻密化された金属薄膜に酸化性雰囲気中で
レーザ或いは電子ビームなどの高エネルギ・ビームを照
射し金属酸化物膜に変換してキャパシタの誘電体膜を生
成させ、 次いで、前記誘電体膜上にキャパシタの対向電極を形成
する工程 が含まれてなることを特徴とする半導体装置の製造方法
。(1) Form a silicon storage electrode to form a capacitor on a substrate, then form a barrier film to prevent other substances from entering the silicon storage electrode, and then form a capacitor on the barrier film. A thin metal film is formed to constitute a dielectric film, and then a high-energy beam such as a laser or an electron beam is irradiated to melt and solidify the metal thin film, and then the densified metal The thin film is irradiated with a high-energy beam such as a laser or an electron beam in an oxidizing atmosphere to convert it into a metal oxide film to form a dielectric film of the capacitor, and then a counter electrode of the capacitor is placed on the dielectric film. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a semiconductor device.
止するバリヤ膜がTiNを材料とするものであること を特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。(2) The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the barrier film that prevents other substances from entering the silicon storage electrode is made of TiN.
止するバリヤ膜がTiWを材料とするものであること を特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。(3) The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the barrier film that prevents other substances from entering the silicon storage electrode is made of TiW.
IIIa族或いはIVa族或いはVa族の金属を材料とする
ものであること を特徴とする請求項1或いは2或いは3記載の半導体装
置の製造方法。(4) Metal thin film to constitute the dielectric film of the capacitor
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is made of a metal of group IIIa, group IVa, or group Va.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2321309A JPH04192556A (en) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2321309A JPH04192556A (en) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04192556A true JPH04192556A (en) | 1992-07-10 |
Family
ID=18131144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2321309A Pending JPH04192556A (en) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04192556A (en) |
-
1990
- 1990-11-27 JP JP2321309A patent/JPH04192556A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5837593A (en) | Methods of fabricating microelectronic capacitors having tantalum pentoxide dielectrics | |
| KR100419683B1 (en) | Dc sputtering process for making smooth electrodes and thin film ferroelectric capacitors having improved memory retention | |
| US6248640B1 (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device using high temperature oxidation | |
| US4959745A (en) | Capacitor and method for producing the same | |
| KR100276844B1 (en) | High dielectric tio2-sin composite films for memory applications | |
| US6953722B2 (en) | Method for patterning ceramic layers | |
| US5432732A (en) | Dynamic semiconductor memory | |
| US5444006A (en) | Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor memory device | |
| KR920007106A (en) | Solid state electronic device and manufacturing method thereof | |
| US5569619A (en) | Method for forming a capacitor of a semiconductor memory cell | |
| JP2679433B2 (en) | Method for forming polycrystalline silicon film | |
| JPH10229080A (en) | Method of treating oxide, method of forming amorphous oxide film, and amorphous tantalum oxide film | |
| US5858853A (en) | Method for forming capacitor electrode having jagged surface | |
| JP2703206B2 (en) | Ferroelectric capacitor and method of manufacturing the same | |
| Rausch et al. | Thin Ta2O5 films prepared by low pressure metal organic CVD | |
| US6504228B1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| JPH04192556A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JPH10135420A (en) | FRAM device provided with MgTiO3 thin film, FFRAM device, and method of manufacturing the same | |
| TW474000B (en) | Method of manufacturing capacitor for semiconductor device | |
| JPH0656877B2 (en) | Method for producing tantalum oxide thin film | |
| JP3226329B2 (en) | Capacity device and method of manufacturing the same | |
| JPH04252018A (en) | Formation of polycrystalline silicon film | |
| Kim et al. | Electrical properties of crystalline Ta2O5 with Ru electrode | |
| JPS6364895B2 (en) | ||
| KR100312996B1 (en) | Insulation film manufacturing method of semiconductor device |