JPH07193138A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH07193138A
JPH07193138A JP5332239A JP33223993A JPH07193138A JP H07193138 A JPH07193138 A JP H07193138A JP 5332239 A JP5332239 A JP 5332239A JP 33223993 A JP33223993 A JP 33223993A JP H07193138 A JPH07193138 A JP H07193138A
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JP
Japan
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film
capacitor
tantalum
oxide film
tantalum oxide
Prior art date
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Pending
Application number
JP5332239A
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English (en)
Inventor
Tatsunori Kaneoka
竜範 金岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 タンタル酸化膜と上部電極膜との間の反応を
阻止することにより、リーク電流の増大を防止できる。 【構成】 キャパシタを、シリコン基板1上に設けられ
た下部電極膜5と、下部電極膜5上にシリコン窒化膜1
4及びタンタル酸化膜15を順次積層して成る誘電体膜
と、タンタル酸化膜15上に設けられタンタル酸化膜1
5側にタンタル窒化膜17が形成された上部電極膜19
とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はダイナミックランダム
アクセスメモリ(以下DRAMと呼ぶ)を有する半導体
装置に係り、特にDRAMのキャパシタの構造に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の4メガビットDRAMのメ
モリセルの断面図の一例である。図において、1はシリ
コン基板、2は素子分離のための第1のシリコン酸化
膜、3はゲート電極などを形成するワード線、4はワー
ド線3を絶縁するための第2のシリコン酸化膜、5は多
結晶シリコンで形成されたキャパシタの下部電極膜であ
る。
【0003】6は多結晶シリコンで形成されたキャパシ
タの上部電極膜、7はシリコン窒化膜で形成されたキャ
パシタの誘電体膜、8はキャパシタの上部電極膜6を絶
縁する第3のシリコン酸化膜、9はビット線、10はビ
ット線9を絶縁するための第4のシリコン酸化膜、11
はアルミニウム配線、12は不純物拡散層、13はトラ
ンジスタのゲート絶縁膜である。
【0004】従来の4メガビットのDRAMは以上のよ
うに構成され、キャパシタの容量を増大させるためにメ
モリセル構造の3次元化が行われていたが、DRAMの
一層の高集積化に伴い単位面積当たりのキャパシタの容
量を増大させるためにはそれだけでは不充分で、誘電体
膜に比誘電率の高い薄膜材料を適用する必要があり、そ
の一例として例えば図5に示すように比誘電率が約27
でシリコン窒化膜の約3.6倍というタンタル酸化膜を
用いたものがある。
【0005】図5はタンタル酸化膜を用いてキャパシタ
を形成する工程を示す図である。図において、図4と同
様の部分は同一符号を付して説明を省略する。14は熱
窒化法により形成されたシリコン窒化膜、15はCVD
法により形成されたタンタル酸化膜である。
【0006】以下、図5にもとづいてキャパシタの製造
工程について説明する。まず、図5(a)に示すように
多結晶シリコンによりキャパシタの下部電極膜5を形成
する。次に、図5(b)に示すように例えば800〜9
00℃のアンモニア(NH3)雰囲気による熱窒化法に
よりシリコン窒化膜14を形成する。
【0007】そして、このシリコン窒化膜14の上に例
えば350〜400℃でペンタエトキシタンタル(Ta
(OC255)と酸素(O2)とを用いた熱CVD法に
よりタンタル酸化膜15を形成する。その後、キャパシ
タのリーク電流を低減するために例えば800〜950
℃の酸素(O2)雰囲気で熱処理を行う。そして、図5
(c)に示すように多結晶シリコンによりキャパシタの
上部電極膜6を形成して、DRAMのキャパシタが構成
される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置のD
RAMのキャパシタはその上部電極膜6に多結晶シリコ
ンを用いているため、タンタル酸化膜15と上部電極膜
6との間に、図6に示すように後工程として例えば第3
のシリコン酸化膜8の形成時の熱処理により、タンタル
酸化膜15のTaと上部電極膜6のSiとが反応し、T
aSi2という導電性の化合物から成る化合物層16が
形成され、さらに、順次このキャパシタの上部に形成さ
れる例えばビット線、絶縁膜、アルミニウム配線などの
形成時における熱処理により、この化合物層16のTa
Si2は増加するので、この化合物層16によりキャパ
シタのリーク電流が増大するという問題点があった。
【0009】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものでタンタル酸化膜と上部電極膜との
間の反応を阻止することにより、リーク電流の増大を防
止できる半導体装置を得ることを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項1
の半導体装置は、半導体基板上に設けられた下部電極膜
と、下部電極膜上にシリコン窒化膜及びタンタル酸化膜
を順次積層して成る誘電体膜と、誘電体膜上に設けられ
誘電体膜側に金属タンタル膜が形成された上部電極膜と
から成るキャパシタを備えたものである。
【0011】又、この発明に係る請求項2の半導体装置
は上部電極膜のタンタル酸化膜にて成る誘電体膜側の金
属タンタル膜をタンタル窒化膜で形成したものである。
【0012】
【作用】この発明における請求項1の半導体装置のキャ
パシタの上部電極膜のタンタル酸化膜側の金属タンタル
膜は、キャパシタの形成工程以降の熱処理段階における
上部電極膜とタンタル酸化膜との反応を阻止する。
【0013】又、この発明における請求項2の半導体装
置のキャパシタの上部電極膜のタンタル酸化膜側のタン
タル窒化膜は、キャパシタの形成工程以降の熱処理段階
における上部電極膜とタンタル酸化膜との反応を阻止す
る。
【0014】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の実施例を図にもとづいて説
明する。図1はこの発明の実施例1のDRAMのメモリ
セルの断面図である。図において、従来の場合と同様の
部分は同一符号を付して説明を省略する。17はタンタ
ル酸化膜15の上面に形成されたタンタル窒化膜、18
はこのタンタル窒化膜17の上面に形成された多結晶シ
リコンで、タンタル窒化膜17とで上部電極膜19を形
成する。
【0015】次に、図2及び図3にもとづいて図1に示
したキャパシタ製造工程を説明する。まず、図1(a)
に示すように従来の場合と同様に、多結晶シリコンによ
りキャパシタの下部電極膜5を形成する。次に、図2
(b)に示すように例えば800〜900℃のアンモニ
ア(NH3)雰囲気による熱窒化法によりシリコン窒化
膜14を形成する。
【0016】そして、このシリコン窒化膜14上に例え
ば350〜400℃でペンタエトキシタンタル(Ta
(OC255)と酸素(O2)とを用いた熱CVD法に
よりタンタル酸化膜15を形成する。その後、キャパシ
タのリーク電流を低減するために例えば800〜950
℃の酸素(O2)雰囲気で熱処理を行う。そして図2
(c)に示すように、タンタル酸化膜15上に例えば8
00〜950℃のアンモニア(NH3)の雰囲気中にて
熱窒化法によりタンタル窒化膜17を形成する。
【0017】そして、図3(a)に示すように多結晶シ
リコン18を形成して、タンタル窒化膜17とで二層の
上部電極膜19を形成してDRAMのキャパシタは構成
される。そして、図3(b)に示すように従来の場合と
同様に後工程として、多結晶シリコン18を絶縁する第
3のシリコン酸化膜8を形成する。
【0018】上記のように構成された実施例1の半導体
装置は上部電極膜19のタンタル酸化膜15の対向する
側に化学的に安定なタンタル窒化膜17を備えたので、
キャパシタ工程以降の熱処理によるタンタル酸化膜15
のTaと多結晶シリコン18のSiとの反応は阻止され
るため、キャパシタのリーク電流の増大を防止すること
ができる。
【0019】実施例2.上記実施例1では上部電極19
のタンタル窒化膜17を熱窒化法にて形成する場合につ
いて説明したがこれに限られることはなく、例えば約2
00℃でペンタジメチルアミノタンタル(Ta[N(C
325)とアンモニア(NH3)とを用いたCVD法
によりタンタル窒化膜を形成しても上記実施例1と同様
の効果を奏する。
【0020】実施例3.上記実施例1では上部電極膜1
9をタンタル窒化膜17及び多結晶シリコン18の2層
構造にした場合について説明したがこれに限られること
はなく、例えば上部電極膜をタンタル窒化膜、スパッタ
法またはCVD法などにて形成されたチタン窒化膜及び
多結晶シリコンの3層構造にて形成しても、上部電極膜
のタンタル酸化膜の対向する側に化学的に安定なタンタ
ル窒化膜が形成されているので、タンタル酸化膜とチタ
ン窒化膜との反応が阻止され上記実施例1と同様の効果
を奏する。
【0021】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項1によ
れば半導体基板上に設けられた下部電極膜と、下部電極
膜上にシリコン窒化膜及びタンタル酸化膜を順次積層し
て成る誘電体膜と、誘電体膜上に設けられ誘電体膜側に
金属タンタル膜が形成された上部電極膜とから成るキャ
パシタを備えるようにしたので、タンタル酸化膜と上部
電極膜との間の反応を阻止することにより、リーク電流
の増大を防止できる半導体装置を得ることが可能とな
る。
【0022】又、この発明の請求項2によれば上部電極
膜のタンタル酸化膜側の金属タンタル膜がタンタル窒化
膜にて成るようにしたので、タンタル酸化膜と上部電極
膜との間の反応を阻止することにより、リーク電流の増
大を防止できる半導体装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1におけるDRAMの構成を
示す断面図である。
【図2】図1におけるキャパシタの製造工程の一部を示
す断面図である。
【図3】図1におけるキャパシタの製造工程の残部を示
す断面図である。
【図4】従来のDRAMの構成を示す断面図である。
【図5】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
【図6】図5における半導体装置の欠点を説明するため
の図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 5 下部電極膜 6、19 上部電極膜 15 タンタル酸化膜 16 化合物層 17 タンタル窒化膜 18 多結晶シリコン
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年4月7日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置のD
RAMのキャパシタはその上部電極膜6に多結晶シリコ
ンを用いているため、タンタル酸化膜15と上部電極膜
6との間に、図6に示すように後工程として例えば第3
のシリコン酸化膜8の形成時の熱処理により、タンタル
酸化膜15と上部電極膜6とが反応し、タンタル酸化膜
15が高リーク電流のSiを含むタンタル酸化膜20、
かつ、その上部にTaSi2という導電性の化合物から
成る化合物層16が形成され、さらに、順次このキャパ
シタの上部に形成される例えばビット線、絶縁膜、アル
ミニウム配線などの形成時における熱処理により、これ
らSiを含むタンタル酸化膜20および化合物層16は
増加するので、Siを含むタンタル酸化膜20によりキ
ャパシタのリーク電流が増大するという問題点があっ
た。
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図6
【補正方法】変更
【補正内容】
【図6】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/822

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に設けられた下部電極膜
    と、上記下部電極膜上にシリコン窒化膜及びタンタル酸
    化膜を順次積層して成る誘電体膜と、上記誘電体膜上に
    設けられ上記誘電体膜側に金属タンタル膜が形成された
    上部電極膜とから成るキャパシタを備えたことを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】 金属タンタル膜がタンタル窒化膜にて成
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
JP5332239A 1993-12-27 1993-12-27 半導体装置 Pending JPH07193138A (ja)

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JP5332239A JPH07193138A (ja) 1993-12-27 1993-12-27 半導体装置

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0869972A (ja) * 1994-08-30 1996-03-12 Sony Corp 誘電体薄膜の成膜方法
WO1998031052A1 (fr) * 1997-01-10 1998-07-16 Hitachi, Ltd. Dispositif a semi-conducteur et procede de fabrication associe
KR100268940B1 (ko) * 1997-06-19 2000-10-16 김영환 반도체 소자의 커패시터 및 그 제조방법
JP2001144272A (ja) * 1999-11-09 2001-05-25 Hyundai Electronics Ind Co Ltd 半導体素子のキャパシタ製造方法

Cited By (5)

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