JPH0513708A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0513708A
JPH0513708A JP3165552A JP16555291A JPH0513708A JP H0513708 A JPH0513708 A JP H0513708A JP 3165552 A JP3165552 A JP 3165552A JP 16555291 A JP16555291 A JP 16555291A JP H0513708 A JPH0513708 A JP H0513708A
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JP
Japan
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film
semiconductor device
capacitor
semiconductor substrate
oxygen
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JP3165552A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Kato
晃次 加藤
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 強誘電体を用いたキャパシタが、能動素子が
形成された同一半導体基板上に集積された半導体メモリ
において、酸素を含む雰囲気中での熱処理による、素子
特性の劣化を防ぐ。 【構成】 図1において、強誘電体を用いたキャパシタ
の下部電極109と、半導体基板102との間の層に、
応力を緩和するための膜としてほう素りんガラスの層1
06を設ける。その膜と前記キャパシタとの間の層に、
前記ほう素りんガラスに開けられた接続孔107の側壁
を覆うように、酸素非透過性の膜として窒化珪素の層1
08を設ける。
(57) [Summary] [Objective] In a semiconductor memory in which a capacitor using a ferroelectric material is integrated on the same semiconductor substrate on which an active element is formed, deterioration of element characteristics due to heat treatment in an atmosphere containing oxygen. prevent. [Structure] In FIG. 1, in a layer between a lower electrode 109 of a capacitor using a ferroelectric substance and a semiconductor substrate 102,
Boron-phosphorus glass layer 1 as a film for relieving stress
06 is provided. On the layer between the film and the capacitor,
A silicon nitride layer 1 as an oxygen impermeable film so as to cover the side wall of the connection hole 107 formed in the boron phosphorus glass.
08 is provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電体を用いた、半
導体装置の構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a semiconductor device using a ferroelectric material.

【0002】[0002]

【発明の概要】本発明は、強誘電体を用いた半導体記憶
装置において、半導体基板と強誘電体キャパシタとの間
に、絶縁性の酸素非透過膜を形成することによって、以
後の酸化雰囲気中での熱処理工程における酸素の拡散を
阻止し、さらに配線電極と半導体基板との接続孔部側壁
の内、前記絶縁性の酸素非透過膜より下部を前記絶縁性
の酸素非透過膜で被覆することによって、前記接続後部
側壁からの酸素の拡散をも阻止し、前記絶縁性の酸素非
透過膜より下層に位置する素子の、酸素による特性劣化
を防ぐことができる。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, in a semiconductor memory device using a ferroelectric substance, an insulating oxygen non-permeable film is formed between a semiconductor substrate and a ferroelectric capacitor, so that it can be used in an oxidizing atmosphere thereafter. Of oxygen diffusion in the heat treatment step in step (4), and further covering the insulating oxygen non-permeable film below the insulating oxygen non-permeable film in the side wall of the connection hole between the wiring electrode and the semiconductor substrate. Thus, it is possible to prevent oxygen from diffusing from the side wall of the rear portion of the connection, and to prevent deterioration of characteristics of the element located below the insulating oxygen impermeable film due to oxygen.

【0003】[0003]

【従来の技術】従来の半導体不揮発性メモリとしては、
絶縁ゲート中のトラップまたは浮遊ゲートにシリコン基
板からの電荷を注入することによりシリコン基板の表面
ポテンシャルが変調される現象を用いた、MIS型トラ
ンジスタが一般的に使用されており、EPROM(紫外
線消去型不揮発性メモリ)やEEPROM(電気的書換
え可能型不揮発性メモリ)などとして実用化されてい
る。
2. Description of the Related Art As a conventional semiconductor nonvolatile memory,
A MIS transistor, which uses a phenomenon in which a surface potential of a silicon substrate is modulated by injecting charges from the silicon substrate into a trap or a floating gate in an insulated gate, is generally used, and an EPROM (UV erasing type) is used. Non-volatile memory), EEPROM (electrically rewritable non-volatile memory) and the like have been put to practical use.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしこれらの不揮発
性メモリは、情報の書換え電圧が、通常20V前後と高
いことや、書換え時間が非常に長い(例えばEEPRO
Mの場合数十msec)等の欠点を有する。また、情報
の書換え回数が、約102回程度であり、非常に少な
く、繰り返し使用する場合には問題が多い。
However, in these nonvolatile memories, the rewriting voltage of information is usually as high as about 20V, and the rewriting time is very long (for example, EEPRO).
In the case of M, it has a defect such as several tens of msec). In addition, the number of times of rewriting information is about 10 2 times, which is very small, and there are many problems when repeatedly used.

【0005】電気的に分極が反転可能である強誘電体を
用いた、不揮発性メモリについては、書き込み時間と、
読みだし時間が原理的にほぼ同じであり、また電源を切
っても分極は保持されるため、理想的な不揮発性メモリ
となる可能性を有する。この様な強誘電体を用いた不揮
発性メモリについては、例えば米国特許4149302
のように、シリコン基板上に強誘電体からなるキャパシ
タを集積した構造や、米国特許3832700のように
MIS型トランジスタのゲート部分に強誘電体膜を配置
した不揮発性メモリなどの提案がなされている。また、
最近では図2のようなMOS型半導体装置に積層した構
造の不揮発性メモリがIEDM’87pp.850−8
51に提案されている。
For a non-volatile memory using a ferroelectric material whose polarization is electrically reversible, write time and
In principle, the read times are almost the same, and the polarization is retained even when the power is turned off, so there is a possibility that it will be an ideal non-volatile memory. A nonvolatile memory using such a ferroelectric substance is disclosed in, for example, US Pat. No. 4,149,302.
As described above, a structure in which a capacitor made of a ferroelectric material is integrated on a silicon substrate, and a non-volatile memory in which a ferroelectric film is arranged in the gate portion of a MIS transistor as in US Pat. No. 3,832,700 have been proposed. . Also,
Recently, a nonvolatile memory having a structure stacked on a MOS type semiconductor device as shown in FIG. 850-8
51 have been proposed.

【0006】図2において、201はP型Si基板であ
り、202は素子分離用のLOCOS酸化膜、203は
ソースとなるN型拡散層であり、204はドレインとな
るN型拡散層である。205ゲート電極であり、206
は層間絶縁膜である。207が強誘電体膜であり、電極
208と209により挟まれ、キャパシタを構成してい
る。210は第2層間絶縁膜であり、211が配線電極
となるAlである。
In FIG. 2, 201 is a P-type Si substrate, 202 is a LOCOS oxide film for element isolation, 203 is an N-type diffusion layer serving as a source, and 204 is an N-type diffusion layer serving as a drain. 205 is a gate electrode, and 206
Is an interlayer insulating film. A ferroelectric film 207 is sandwiched between electrodes 208 and 209 to form a capacitor. 210 is a second interlayer insulating film, and 211 is Al that serves as a wiring electrode.

【0007】この様にMOS型半導体装置の上部に強誘
電体膜を積層した構造では、酸化雰囲気中での熱処理の
際に、半導体素子中に酸素が拡散し、素子特性を劣化さ
せるという課題を有する。
As described above, in the structure in which the ferroelectric film is laminated on the upper part of the MOS type semiconductor device, oxygen is diffused into the semiconductor element during the heat treatment in the oxidizing atmosphere, which deteriorates the element characteristics. Have.

【0008】そこで本発明はこのような課題を解決する
もので、その目的とするところは、半導体素子中への酸
素の拡散を阻止し、それによる素子特性の劣化を防止す
ることによって、優れた半導体装置を提供することにあ
る。
Therefore, the present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to prevent oxygen from diffusing into a semiconductor element and prevent deterioration of element characteristics due to the oxygen diffusion. It is to provide a semiconductor device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
強誘電体を用いたキャパシタが、能動素子が形成された
同一半導体基板上に集積された半導体装置において、前
記半導体基板と前記キャパシタとの間の層に、絶縁性の
酸素非透過膜を有し、前記絶縁性の酸素非透過膜と、前
記半導体基板との間の層に、応力緩和膜を有し、前記絶
縁性の酸素非透過膜が、前記絶縁性の酸素非透過膜より
上部にある配線電極と、前記半導体基板とを接続するべ
き、接続孔部側壁において、前記絶縁性の酸素非透過膜
より下部を被覆し、前記絶縁性の酸素非透過膜が、窒化
珪素を主成分とし、前記応力緩和膜が、二酸化珪素を主
成分とすることを特徴とする。
The semiconductor device of the present invention comprises:
In a semiconductor device in which a capacitor using a ferroelectric material is integrated on the same semiconductor substrate on which an active element is formed, an insulating oxygen-impermeable film is provided in a layer between the semiconductor substrate and the capacitor. A stress relaxation film is provided in a layer between the insulating oxygen-impermeable film and the semiconductor substrate, and the insulating oxygen-impermeable film is located above the insulating oxygen-impermeable film. In order to connect the wiring electrode and the semiconductor substrate, in the side wall of the connection hole portion, the lower part of the insulating oxygen non-permeable film is covered, and the insulating oxygen non-permeable film contains silicon nitride as a main component, The stress relaxation film is characterized by containing silicon dioxide as a main component.

【0010】[0010]

【実施例】図1(a)は、本発明の半導体装置の一実施
例における主要断面図であり、図1(b)は前記実施例
における主要平面図である。以下、図1にしたがい、本
発明の半導体装置を説明する。ここでは説明の都合上S
i基板を用い、Nチャンネルトランジスタを用いた例に
つき説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1A is a main sectional view of an embodiment of a semiconductor device of the present invention, and FIG. 1B is a main plan view of the embodiment. The semiconductor device of the present invention will be described below with reference to FIG. Here, for convenience of explanation, S
An example using an i substrate and an N channel transistor will be described.

【0011】101はP型Si基板であり、例えば20
Ω・cmの比抵抗のウェハを用いる。102は素子分離
用の絶縁膜であり、例えば、従来技術であるLOCOS
法により酸化膜を6000Å形成する。103はソース
となるN型拡散層であり、例えばリンを80keV5×
1015cmー2イオン注入することによって形成する。1
04はドレインとなるN型拡散層であり、103と同時
に形成する。105はゲート電極であり、例えばリンで
ドープされたポリシリコンを用いる。106は請求項2
の主旨による応力緩和膜であり、例えば化学的気相成長
法によりリン及び、ホウ素を含む二酸化珪素を4000
Å形成する。その後、103、104などの高濃度拡散
層、及び、105などのゲート電極と、それより上層に
位置する配線電極とが接続されるべき部位の応力緩和膜
106に、フォト・リソグラフィ技術を用いて、接続孔
107を形成する。
Reference numeral 101 is a P-type Si substrate, for example, 20
A wafer having a specific resistance of Ω · cm is used. 102 is an insulating film for element isolation, for example, LOCOS which is a conventional technique.
An oxide film of 6000Å is formed by the method. Reference numeral 103 is an N-type diffusion layer which serves as a source, and is made of, for example, phosphorus of 80 keV5 ×
It is formed by implanting 10 15 cm −2 ions. 1
Reference numeral 04 denotes an N-type diffusion layer which will be a drain and is formed simultaneously with 103. Reference numeral 105 denotes a gate electrode, which uses, for example, polysilicon doped with phosphorus. 106 is claim 2
Is a stress relaxation film according to the gist of, for example, by chemical vapor deposition, silicon dioxide containing phosphorus and boron is added to 4000
Å Form. After that, a photolithography technique is used for the stress relaxation film 106 at the site where the high-concentration diffusion layers such as 103 and 104, and the gate electrodes such as 105, and the wiring electrodes located thereabove are to be connected. , The connection hole 107 is formed.

【0012】108は請求項1の主旨による絶縁性の酸
素非透過膜であり、窒化珪素をスパッタ法により、10
00Å形成する。
Reference numeral 108 denotes an insulating oxygen-impermeable film according to the subject matter of claim 1, which is formed by sputtering silicon nitride by sputtering.
00Å Form.

【0013】109は強誘電体膜を挟む一方の電極であ
り、例えばPtをスパッタ法により、1000Å形成す
る。110は強誘電体膜であり、例えばチタン酸鉛をゾ
ル・ゲル法により、2000Å形成した後、500℃の
酸素雰囲気中で焼結する。111は強誘電体膜を挟む、
もう一方の電極であり、109と同様にして形成する。
112は層間絶縁膜であり、例えば化学的気相成長法に
より二酸化珪素を4000Å形成した後、従来からの技
術である、フォト・リソグラフィによって、接続孔11
3を形成する。この時、図1(b)に示すように、接続
孔113を接続孔107より小さくすることによって、
酸素非透過膜108より下層に位置する応力緩和膜10
6の接続孔側壁が、酸素非透過膜108で被覆されるこ
とになり、請求項3の主旨による構造を得ることができ
る。
Numeral 109 is one of the electrodes sandwiching the ferroelectric film, and for example, Pt is formed to a thickness of 1000 by sputtering. Reference numeral 110 denotes a ferroelectric film, for example, lead titanate is formed to 2000 Å by a sol-gel method and then sintered in an oxygen atmosphere at 500 ° C. 111 sandwiches the ferroelectric film,
The other electrode, which is formed in the same manner as 109.
Reference numeral 112 denotes an interlayer insulating film, which is formed by forming chemical vapor deposition method such as 4000 Å of silicon dioxide and then forming the connection hole 11 by photolithography which is a conventional technique.
3 is formed. At this time, by making the connection hole 113 smaller than the connection hole 107, as shown in FIG.
The stress relaxation film 10 located below the oxygen impermeable film 108.
The side wall of the connection hole 6 is covered with the oxygen impermeable film 108, and the structure according to the gist of claim 3 can be obtained.

【0014】114は配線電極であり、例えば、アルミ
ニウムをスパッタ法により、5000Å形成し、所定の
パターンを形成する。
Reference numeral 114 is a wiring electrode, for example, aluminum is formed by sputtering to a thickness of 5000 Å to form a predetermined pattern.

【0015】以上をもって、本実施例の構造を得る。The structure of this embodiment is obtained as described above.

【0016】このような構造にすることによって、酸素
非透過膜108形成以後の酸素雰囲気中での熱処理によ
る、酸素の基板への拡散は阻止され、また、接続孔側壁
からの酸素の拡散をも阻止することができる。
With such a structure, diffusion of oxygen into the substrate due to heat treatment in the oxygen atmosphere after formation of the oxygen impermeable film 108 is prevented, and diffusion of oxygen from the side wall of the contact hole is also prevented. Can be stopped.

【0017】さて、図1(a)において、酸素非透過膜
108がない場合、チタン酸鉛の焼結時に、700℃の
酸素中での熱処理を行うと、Nチャンネル型のMOSト
ランジスタのドレイン漏れ電流は、ドレイン電圧5V時
において、約10-7Aであったが、本実施例の構造とし
た場合、同様な熱処理を加えても、ドレイン漏れ電流は
約10-11Aであった。
Now, in FIG. 1A, in the case where the oxygen impermeable film 108 is not provided, if a heat treatment in oxygen at 700 ° C. is performed during the sintering of lead titanate, the drain leakage of the N-channel type MOS transistor is caused. The current was about 10 −7 A when the drain voltage was 5 V, but in the case of the structure of this example, the drain leakage current was about 10 −11 A even when the similar heat treatment was applied.

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明によれば、能動素子が形成された
半導体基板上に導電性の酸素非透過膜を形成したことに
より、それ以後の工程における酸化雰囲気中での熱処理
の際の、半導体基板中への酸素の拡散が阻止され、それ
による素子特性の劣化を防止できるという効果を有す
る。
According to the present invention, a conductive oxygen-impermeable film is formed on a semiconductor substrate on which an active element is formed, so that the semiconductor during heat treatment in an oxidizing atmosphere in the subsequent steps is formed. Oxygen is prevented from diffusing into the substrate, and the device characteristics can be prevented from deteriorating.

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

【図1】本発明の実施例による、半導体装置の主要断面
図、及び主要平面図。
FIG. 1 is a main sectional view and a main plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来の技術による、半導体記憶装置の主要断面
図。
FIG. 2 is a main cross-sectional view of a semiconductor memory device according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 シリコン基板 102 素子分離膜 103 ソース領域 104 ドレイン領域 105 ゲート電極 106 応力緩和膜 107 接続孔 108 絶縁性の酸素非透過膜 109 下部電極 110 強誘電体膜 111 上部電極 112 層間絶縁膜 113 接続孔 114 配線電極 201 シリコン基板 202 素子分離膜 203 ソース領域 204 ドレイン領域 205 ゲート電極 206 第1層間絶縁膜 207 強誘電体膜 208 下部電極 209 上部電極 210 第2層間絶縁膜 211 配線電極 101 Silicon substrate 102 element isolation film 103 source area 104 drain region 105 gate electrode 106 stress relaxation film 107 connection hole 108 Insulating oxygen impermeable membrane 109 Lower electrode 110 Ferroelectric film 111 upper electrode 112 Interlayer insulation film 113 connection hole 114 wiring electrode 201 Silicon substrate 202 element isolation film 203 Source area 204 drain region 205 gate electrode 206 First interlayer insulating film 207 Ferroelectric film 208 Lower electrode 209 upper electrode 210 second interlayer insulating film 211 wiring electrode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 強誘電体を用いたキャパシタが、能動素
子が形成された同一半導体基板上に集積された半導体装
置において、前記半導体基板と前記キャパシタとの間の
層に、少なくとも絶縁性の酸素非透過膜の層を含むこと
を特徴とする半導体装置。
1. In a semiconductor device in which a capacitor using a ferroelectric material is integrated on the same semiconductor substrate on which an active element is formed, at least insulating oxygen is provided in a layer between the semiconductor substrate and the capacitor. A semiconductor device comprising a layer of a non-transmissive film.
【請求項2】 強誘電体を用いたキャパシタが、能動素
子が形成された同一半導体基板上に集積された半導体装
置において、前記絶縁性の酸素非透過膜と、前記半導体
基板との間の層に、応力緩和膜を有することを特徴とす
る、請求項1記載の半導体装置。
2. A semiconductor device in which a capacitor using a ferroelectric is integrated on the same semiconductor substrate on which an active element is formed, and a layer between the insulating oxygen-impermeable film and the semiconductor substrate. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a stress relaxation film.
【請求項3】 強誘電体を用いたキャパシタが、能動素
子が形成された同一半導体基板上に集積された半導体装
置において、前記絶縁性の酸素非透過膜が、前記絶縁性
の酸素非透過膜より上部にある配線電極と、前記半導体
基板とを接続するべき、接続孔部側壁において、前記絶
縁性の酸素非透過膜より下部を被覆することを特徴とす
る、請求項1及び2記載の半導体装置。
3. A semiconductor device in which a capacitor using a ferroelectric material is integrated on the same semiconductor substrate on which an active element is formed, wherein the insulating oxygen non-permeable film is the insulating oxygen non-permeable film. 3. The semiconductor according to claim 1, wherein the side wall of the connection hole, which should connect the wiring electrode on the upper side to the semiconductor substrate, covers the lower side of the insulating oxygen-impermeable film. apparatus.
【請求項4】 強誘電体を用いたキャパシタが、能動素
子が形成された同一半導体基板上に集積された半導体装
置において、前記絶縁性の酸素非透過膜が、窒化珪素を
主成分とすることを特徴とする、請求項1、2及び3記
載の半導体装置。
4. A semiconductor device in which a capacitor using a ferroelectric material is integrated on the same semiconductor substrate on which an active element is formed, and the insulating oxygen-impermeable film contains silicon nitride as a main component. The semiconductor device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that.
【請求項5】 強誘電体を用いたキャパシタが、能動素
子が形成された同一半導体基板上に集積された半導体装
置において、前記応力緩和膜が、二酸化珪素を主成分と
することを特徴とする、請求項2記載の半導体装置。
5. A semiconductor device in which a capacitor using a ferroelectric material is integrated on the same semiconductor substrate on which active elements are formed, and the stress relaxation film contains silicon dioxide as a main component. The semiconductor device according to claim 2.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5953619A (en) * 1997-08-06 1999-09-14 Fujitsu Limited Semiconductor device with perovskite capacitor and its manufacture method

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