JPH1093043A - Semiconductor device having a capacitor - Google Patents
Semiconductor device having a capacitorInfo
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- JPH1093043A JPH1093043A JP8243745A JP24374596A JPH1093043A JP H1093043 A JPH1093043 A JP H1093043A JP 8243745 A JP8243745 A JP 8243745A JP 24374596 A JP24374596 A JP 24374596A JP H1093043 A JPH1093043 A JP H1093043A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温度に加熱されても白金とシリコン、白金
とチタンの相互拡散を起こさせないバリア層を備えたキ
ャパシタを有する半導体装置を提供する。
【解決手段】 この発明のキャパシタ30は、プラグ1
1と、バリア層14a、14bと、下部電極層15とを
備える。プラグ11は、不純物領域8の上に形成され、
シリコンを含む。バリア層14aは、プラグ11の上に
形成され、窒化チタンを含む。バリア層14bは、バリ
ア層14aの上に形成され、二酸化チタン(TiO2 )
を含む。下部電極層15は、バリア層13bの上に形成
され、白金を含む。
(57) Abstract: Provided is a semiconductor device having a capacitor provided with a barrier layer that does not cause interdiffusion of platinum and silicon or platinum and titanium even when heated to a high temperature. SOLUTION: The capacitor 30 of the present invention includes a plug 1
1, barrier layers 14 a and 14 b, and a lower electrode layer 15. The plug 11 is formed on the impurity region 8,
Contains silicon. Barrier layer 14a is formed on plug 11 and includes titanium nitride. The barrier layer 14b is formed on the barrier layer 14a and is made of titanium dioxide (TiO 2 ).
including. The lower electrode layer 15 is formed on the barrier layer 13b and contains platinum.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に関
し、特に、高誘電率材料を誘電体膜として用いるキャパ
シタを有する半導体装置に関するものである。The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device having a capacitor using a high dielectric constant material as a dielectric film.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、コンピュータなどの情報機器の目
ざましい普及によって、半導体記憶装置の需要が急速に
拡大している。また、機能的には、大規模な記憶容量を
有し、かつ高速動作が可能なものが求められている。こ
れに伴って、半導体記憶装置の高集積化および高応答性
あるいは高信頼性に関する技術開発が進められている。2. Description of the Related Art In recent years, with the remarkable spread of information devices such as computers, demand for semiconductor memory devices has been rapidly expanding. Functionally, a device having a large-scale storage capacity and capable of high-speed operation is required. Along with this, technology development related to high integration and high responsiveness or high reliability of semiconductor memory devices is being promoted.
【0003】半導体記憶装置の中で、記憶情報のランダ
ムな入出力が可能なものとして、DRAM(Dynamic Ra
ndom Access Memory)が一般的に知られている。このD
RAMの高集積化を押し進めた場合、メモリセルの縮小
が余儀なくされる。このメモリセルの縮小に伴って、キ
ャパシタの平面的な占有面積も同時に縮小される。その
ため、キャパシタに蓄えられる電荷量(1ビットのメモ
リセルに蓄えられる電荷量)が低下することになる。こ
の1ビットのメモリセルに蓄えられる電荷量が一定値よ
り低下した場合、記憶領域としてのDRAMの動作が不
安定なものとなり、信頼性が低下する。In a semiconductor memory device, a DRAM (Dynamic Radar) is known as a device capable of randomly inputting and outputting storage information.
ndom Access Memory) is generally known. This D
When the integration of the RAM is promoted, the memory cells must be reduced. As the memory cells are reduced, the planar occupation area of the capacitors is also reduced at the same time. Therefore, the amount of charge stored in the capacitor (the amount of charge stored in the 1-bit memory cell) decreases. If the amount of charge stored in the one-bit memory cell falls below a certain value, the operation of the DRAM as a storage area becomes unstable, and reliability decreases.
【0004】かかるDRAMの動作の不安定化を防止す
るため、限られた平面占有面積内において、キャパシタ
の容量を増加させる必要がある。キャパシタの容量を増
加させる手段として、これまでに、キャパシタ誘電体
膜の薄膜化、キャパシタ誘電体膜の誘電率の増加、な
どが検討されてきた。In order to prevent the operation of the DRAM from becoming unstable, it is necessary to increase the capacitance of the capacitor within a limited plane occupation area. As means for increasing the capacity of the capacitor, thinning of the capacitor dielectric film, increase of the dielectric constant of the capacitor dielectric film, and the like have been studied.
【0005】に示したキャパシタ誘電体膜の薄膜化
は、通常キャパシタ誘電体膜として用いられるシリコン
酸化膜を使用するかぎり限界に達している。このため、
シリコン酸化膜よりなるキャパシタ誘電体膜を用いてキ
ャパシタ容量を増加させるためには、キャパシタ形状を
筒型、フィン型などの複雑形状にする必要がある。しか
しながら、このような複雑形状を有するキャパシタを製
造する場合、その製造方法が極めて煩雑になるという問
題がある。[0005] The thinning of the capacitor dielectric film shown in the above has reached the limit as long as a silicon oxide film usually used as a capacitor dielectric film is used. For this reason,
In order to increase the capacitance of a capacitor using a capacitor dielectric film made of a silicon oxide film, it is necessary to form the capacitor into a complicated shape such as a cylindrical shape or a fin shape. However, when manufacturing a capacitor having such a complicated shape, there is a problem that the manufacturing method becomes extremely complicated.
【0006】そこで、最近では、特にに示したキャパ
シタ誘電率の増加に関する技術が盛んに進められてい
る。キャパシタ誘電体膜の誘電率を増加させるために
は、高い誘電率を有する材料、いわゆる高誘電率材料と
呼ばれる材料をキャパシタ誘電体膜に採用する方法があ
る。この高誘電率材料は、一般にシリコン酸化膜の数倍
から数百倍の誘電率を有する。このため、この高誘電率
材料をキャパシタ誘電体膜に用いることにより、キャパ
シタの形状を単純形状に維持したまま、容量の増加を図
ることが可能となる。Accordingly, recently, techniques related to the increase in the dielectric constant of the capacitor described above have been actively pursued. In order to increase the dielectric constant of the capacitor dielectric film, there is a method in which a material having a high dielectric constant, that is, a material called a high dielectric constant material is used for the capacitor dielectric film. This high dielectric constant material generally has a dielectric constant several times to several hundred times that of a silicon oxide film. Therefore, by using this high dielectric constant material for the capacitor dielectric film, it is possible to increase the capacitance while maintaining the simple shape of the capacitor.
【0007】なお、この高誘電率材料と呼ばれる材料の
一種としては、酸化タンタル(Ta2 O5 )、チタン酸
ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ジルコン酸ランタン
酸鉛(PLZT)、チタン酸ストロンチウム(ST
O)、チタン酸バリウム(BTO)などが挙げられる。
このような高誘電率材料は結晶性であるため、高誘電率
材料と接する部分は高誘電率材料と格子定数が近い白金
族元素が用いられる。そのため、従来のDRAMのキャ
パシタは、白金族元素とシリコン基板が電気的に接続さ
れたものとなる。[0007] As one kind of a material called this high dielectric constant material, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), lead zirconate titanate (PZT), lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), strontium titanate (ST
O) and barium titanate (BTO).
Since such a high dielectric constant material is crystalline, a platinum group element having a lattice constant close to that of the high dielectric constant material is used for a portion in contact with the high dielectric constant material. Therefore, a conventional DRAM capacitor is one in which a platinum group element and a silicon substrate are electrically connected.
【0008】ところが、これらの白金族元素は、シリコ
ンなどの元素と反応性が高く、両者が接触した構造では
温度400℃の熱処理で容易に固相反応を起こし、たと
えば白金とシリコンの間では白金シリサイドが形成され
る。その結果、白金の結晶構造が変化し、白金の表面に
高誘電率材料がエピタキシャル成長しなくなる。また、
高誘電率材料を形成する際には、酸化性雰囲気にする必
要があり、この雰囲気中では、白金シリサイドが酸化さ
れ、白金シリサイドの表面にシリコン酸化膜が形成され
る。このシリコン酸化膜は、高誘電率材料に比べて誘電
率が低いため、誘電体膜の誘電率を減少させる原因とな
る。However, these platinum group elements have high reactivity with elements such as silicon, and in a structure in which they are in contact with each other, a solid phase reaction easily occurs by heat treatment at a temperature of 400 ° C. A silicide is formed. As a result, the crystal structure of platinum changes, and the high-permittivity material does not grow epitaxially on the surface of platinum. Also,
When forming a high dielectric constant material, an oxidizing atmosphere must be used. In this atmosphere, platinum silicide is oxidized and a silicon oxide film is formed on the surface of the platinum silicide. Since this silicon oxide film has a lower dielectric constant than a high dielectric constant material, it causes a decrease in the dielectric constant of the dielectric film.
【0009】そのため、高誘電率材料をキャパシタの誘
電体膜として用いる際には、白金からなる下部電極層
と、ポリシリコンからなる導電層の間に何らかの拡散防
止層が必要である。一般的には、拡散防止層として、ア
ルミニウム配線層用バリアメタルに広く使用されている
窒化チタンを流用することが多い。この場合、温度50
0℃程度まで拡散防止層として機能することが知られて
いる。Therefore, when a high dielectric constant material is used as a dielectric film of a capacitor, some kind of diffusion prevention layer is required between a lower electrode layer made of platinum and a conductive layer made of polysilicon. Generally, titanium nitride, which is widely used as a barrier metal for an aluminum wiring layer, is often used as a diffusion prevention layer. In this case, the temperature 50
It is known that it functions as a diffusion preventing layer up to about 0 ° C.
【0010】ここで、窒化チタン層を拡散防止層として
用いた従来のDRAMについて、図面を参照して説明す
る。Here, a conventional DRAM using a titanium nitride layer as a diffusion preventing layer will be described with reference to the drawings.
【0011】図9は、従来のDRAMの構造を示す断面
図である。図9を参照して、シリコン基板101の表面
に分離酸化膜102が形成されている。分離酸化膜10
2により電気的に分離されるシリコン基板101の表面
には複数個のトランスファゲートトランジスタ103が
形成されている。また、メモリセル領域104にはメモ
リセル用のトランスファゲートトランジスタ103が形
成されている。周辺回路領域105には、周辺回路用の
トランスファゲートトランジスタ103が形成されてい
る。FIG. 9 is a sectional view showing the structure of a conventional DRAM. Referring to FIG. 9, an isolation oxide film 102 is formed on a surface of a silicon substrate 101. Isolation oxide film 10
A plurality of transfer gate transistors 103 are formed on the surface of a silicon substrate 101 which is electrically separated by 2. In the memory cell region 104, a transfer gate transistor 103 for a memory cell is formed. In the peripheral circuit region 105, a transfer gate transistor 103 for the peripheral circuit is formed.
【0012】トランスファゲートトランジスタ103
は、ゲート酸化膜106と、ゲート電極107と、不純
物領域108とを有している。不純物領域108に挟ま
れる領域上にゲート酸化膜106を介在してドープドポ
リシリコンからなるゲート電極107が形成されてい
る。Transfer gate transistor 103
Has a gate oxide film 106, a gate electrode 107, and an impurity region 108. A gate electrode 107 made of doped polysilicon is formed on a region sandwiched between impurity regions 108 with a gate oxide film 106 interposed therebetween.
【0013】不純物領域108に接するようにドープド
ポリシリコンからなるビット線109が形成されてい
る。ビット線109およびトランスファゲートトランジ
スタ103を被覆するようにシリコン酸化膜112が形
成されている。A bit line 109 made of doped polysilicon is formed so as to be in contact with impurity region 108. A silicon oxide film 112 is formed to cover bit line 109 and transfer gate transistor 103.
【0014】シリコン酸化膜112に、不純物領域10
8に達するコンタクトホール110が形成されている。
コンタクトホール110を充填するようにかつ不純物領
域108と接するようにドープドポリシリコンからなる
プラグ111が形成されている。プラグ111を通じて
不純物領域108と電気的に接続するようにキャパシタ
130が形成されている。The impurity region 10 is formed on the silicon oxide film 112.
A contact hole 110 reaching 8 is formed.
A plug 111 made of doped polysilicon is formed so as to fill contact hole 110 and contact impurity region 108. Capacitor 130 is formed to be electrically connected to impurity region 108 through plug 111.
【0015】キャパシタ130は、白金からなる下部電
極層115と、PZTからなるキャパシタ誘電体膜11
7と、白金からなる上部電極層118とを有している。The capacitor 130 includes a lower electrode layer 115 made of platinum and a capacitor dielectric film 11 made of PZT.
7 and an upper electrode layer 118 made of platinum.
【0016】下部電極層115は、窒化チタンからなる
バリア層114とチタンシリサイドからなる密着層11
3とを介してプラグ111に接するように形成されてい
る。キャパシタ130の間に二酸化ケイ素からなる枠付
酸化膜116が形成されている。キャパシタ130は、
メモリセル領域104にのみ形成されている。上部電極
層118とキャパシタ誘電体膜117と枠付酸化膜11
6とシリコン酸化膜112とを覆うようにシリコン酸化
膜120が形成されている。The lower electrode layer 115 includes a barrier layer 114 made of titanium nitride and an adhesion layer 11 made of titanium silicide.
3 is formed so as to be in contact with the plug 111 via the first and third plugs. A framed oxide film 116 made of silicon dioxide is formed between capacitors 130. The capacitor 130 is
It is formed only in the memory cell region 104. Upper electrode layer 118, capacitor dielectric film 117, and framed oxide film 11
A silicon oxide film 120 is formed so as to cover 6 and silicon oxide film 112.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】ここで、上述した従来
のDRAMにおいて生じる問題について説明する。Here, the problem that occurs in the above-mentioned conventional DRAM will be described.
【0018】図9を参照して、一般に、メモリセルが形
成されるメモリセル領域104は、周辺回路領域105
に比べて高くなっている。そのため、メモリセル領域1
04と周辺回路領域105とをシリコン酸化膜120が
覆った場合には、メモリセル領域104と周辺回路領域
105との境界付近でシリコン酸化膜120に段差が生
じる。Referring to FIG. 9, generally, a memory cell region 104 in which a memory cell is formed is a peripheral circuit region 105.
It is higher than. Therefore, the memory cell area 1
When the silicon oxide film 120 covers the area 04 and the peripheral circuit region 105, a step occurs in the silicon oxide film 120 near the boundary between the memory cell region 104 and the peripheral circuit region 105.
【0019】このような段差は写真製版工程で問題を発
生させるため、好ましくない。したがって、このような
段差を減らすため、シリコン酸化膜120を加熱して平
坦化する層間リフローが一般的に行なわれている。層間
リフローにより、シリコン酸化膜120が平坦化され、
段差が緩和される。Such a step is not preferable because it causes a problem in the photomechanical process. Therefore, in order to reduce such a level difference, interlayer reflow for heating and planarizing the silicon oxide film 120 is generally performed. The silicon oxide film 120 is planarized by interlayer reflow,
The step is reduced.
【0020】ここで、層間リフローを行なうためには、
シリコン酸化膜120を温度700〜800℃まで加熱
する必要がある。このような高温度に加熱されると、一
般に、バリア層114中に含まれる窒化チタンは、拡散
バリアとして機能しなくなる。そのため、高温度に加熱
されると、プラグ111中のシリコンと下部電極層11
5中の白金とが相互拡散を起こし、白金とシリコンとが
反応して下部電極層115の表面に白金シリサイドが析
出する。また、この白金シリサイド中のシリコンが酸化
され、シリコン酸化膜が形成される。このシリコン酸化
膜は、PZTなどの高誘電率材料に比べて著しく誘電率
が低いため、シリコン酸化膜が生成すれば、キャパシタ
の容量が一気に低下するという問題がある。Here, in order to perform interlayer reflow,
It is necessary to heat the silicon oxide film 120 to a temperature of 700 to 800C. When heated to such a high temperature, the titanium nitride contained in the barrier layer 114 generally does not function as a diffusion barrier. Therefore, when heated to a high temperature, the silicon in the plug 111 and the lower electrode layer 11
The platinum in 5 causes interdiffusion, and the platinum reacts with silicon to deposit platinum silicide on the surface of the lower electrode layer 115. Further, silicon in the platinum silicide is oxidized to form a silicon oxide film. Since this silicon oxide film has a significantly lower dielectric constant than a high dielectric constant material such as PZT, there is a problem that the capacity of the capacitor is reduced at once if the silicon oxide film is formed.
【0021】また、高温度に加熱されると、下部電極層
115中の白金とバリア層114中のチタンが反応し、
下部電極層115とキャパシタ誘電体膜117との間に
チタンが析出する。この析出したチタンが酸化され、酸
化チタンを形成することにより、キャパシタ誘電体膜1
17の誘電率を低下させるという問題もある。When heated to a high temperature, platinum in the lower electrode layer 115 reacts with titanium in the barrier layer 114,
Titanium is deposited between the lower electrode layer 115 and the capacitor dielectric film 117. The deposited titanium is oxidized to form titanium oxide, whereby the capacitor dielectric film 1 is formed.
There is also a problem that the dielectric constant of No. 17 is lowered.
【0022】また、下部電極層115中の白金の触媒作
用により、バリア層114中の窒化チタンが酸化され、
酸化チタンを形成する。酸化チタンを形成する際には、
窒化チタンの結晶構造が変化するため、バリア層114
と下部電極層115との密着性が悪くなり、リーク電流
が発生するという問題もある。The titanium nitride in the barrier layer 114 is oxidized by the catalytic action of platinum in the lower electrode layer 115,
Form titanium oxide. When forming titanium oxide,
Since the crystal structure of titanium nitride changes, the barrier layer 114
And the lower electrode layer 115 has poor adhesion, which causes a problem that a leak current occurs.
【0023】さらに、バリア層114としてルテニウム
酸化物、密着層113としてルテニウムを用いた場合、
バリア層114中の酸素が密着層113中のルテニウム
を酸化し、その際の体積膨張により密着層113の形状
が変化する。この形状の変化により、密着層113とバ
リア層114の密着性が低下し、リーク電流が発生する
という問題がある。Further, when ruthenium oxide is used for the barrier layer 114 and ruthenium is used for the adhesion layer 113,
Oxygen in the barrier layer 114 oxidizes ruthenium in the adhesion layer 113, and the shape of the adhesion layer 113 changes due to volume expansion at that time. Due to this change in shape, the adhesion between the adhesion layer 113 and the barrier layer 114 is reduced, and there is a problem that a leak current is generated.
【0024】また、ルテニウム酸化物からなるバリア層
114中の酸素が密着層113の下のプラグ111まで
酸化し、キャパシタ特性を劣化させるという問題もあ
る。Also, there is a problem that oxygen in the barrier layer 114 made of ruthenium oxide is oxidized to the plug 111 below the adhesion layer 113, thereby deteriorating the capacitor characteristics.
【0025】そこで、この発明は上述のような問題を解
決するためになされたものであり、高温度に加熱されて
も、白金とシリコンの相互拡散を起こさず、さらに白金
と反応しないバリア層を用いたキャパシタを有する半導
体装置を提供することを目的とする。Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and a barrier layer which does not cause interdiffusion of platinum and silicon and does not react with platinum even when heated to a high temperature. It is an object to provide a semiconductor device having a used capacitor.
【0026】[0026]
【課題を解決するための手段】この発明の1つの局面に
従ったキャパシタを有する半導体装置は、不純物領域
と、第1の導電層と、第2の導電層と、第3の導電層
と、下部電極層と、誘電体層と、上部電極層とを備えて
いる。A semiconductor device having a capacitor according to one aspect of the present invention includes an impurity region, a first conductive layer, a second conductive layer, a third conductive layer, It has a lower electrode layer, a dielectric layer, and an upper electrode layer.
【0027】不純物領域は、半導体基板の主表面に形成
されている。第1の導電層は、シリコンを含み、不純物
領域上に形成されている。第2の導電層は、窒化物を含
み、第1の導電層の上に形成されている。第3の導電層
は、金属酸化物を含み、第2の導電層の上に形成されて
いる。下部電極層は、白金族元素を含み、第3の導電層
の上に形成されている。誘電体層は、下部電極層の上に
形成されている。上部電極層は、白金族元素を含み、誘
電体層の上に形成されている。ここで、白金族元素と
は、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、イリジウム
(Ir)、レニウム(Re)、ロジウム(Rh)、オス
ミウム(Os)、パラジウム(Pd)を言う。The impurity region is formed on the main surface of the semiconductor substrate. The first conductive layer contains silicon and is formed over the impurity region. The second conductive layer includes a nitride and is formed on the first conductive layer. The third conductive layer includes a metal oxide and is formed over the second conductive layer. The lower electrode layer contains a platinum group element and is formed on the third conductive layer. The dielectric layer is formed on the lower electrode layer. The upper electrode layer contains a platinum group element and is formed on the dielectric layer. Here, the platinum group element refers to platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir), rhenium (Re), rhodium (Rh), osmium (Os), and palladium (Pd).
【0028】このように構成されたこの発明のキャパシ
タを有する半導体装置においては、シリコンを含む第1
の導電層と白金族元素を含む下部電極層との間に金属酸
化物を含む第3の導電層が形成される。そのため、この
第3の導電層が高温度に加熱されても白金族元素とシリ
コンとの相互拡散を防ぐことができる。したがって、下
部電極層の表面にシリコンや二酸化ケイ素が析出せず、
誘電体膜の誘電率を低下させることがない。その結果、
キャパシタの容量を低下させることがない。さらに、第
3の導電層中の金属酸化物は、化学的に安定であるた
め、高温度に加熱されても下部電極層中の白金と反応し
ない。そのため、第3の導電層が膨張せず、第3の導電
層と下部電極層との密着性が低下しない。したがって、
リーク電流が発生しない。また、金属酸化物を含む第3
の導電層とシリコンを含む第1の導電層との間に窒化物
を含む第2の導電層が形成される。そのため、この第2
の導電層が高温度に加熱されても金属酸化物中の酸素の
拡散を防ぐことができ、シリコンと酸素とが反応するこ
とがない。したがって、第1の導電層が膨張せず、第1
と第2の導電層の密着性が低下しない。その結果、リー
ク電流が発生しない。In the semiconductor device having the capacitor of the present invention thus configured, the first device including silicon
A third conductive layer containing a metal oxide is formed between the conductive layer and the lower electrode layer containing a platinum group element. Therefore, even if the third conductive layer is heated to a high temperature, interdiffusion between the platinum group element and silicon can be prevented. Therefore, silicon and silicon dioxide do not precipitate on the surface of the lower electrode layer,
The dielectric constant of the dielectric film does not decrease. as a result,
The capacity of the capacitor is not reduced. Further, since the metal oxide in the third conductive layer is chemically stable, it does not react with platinum in the lower electrode layer even when heated to a high temperature. Therefore, the third conductive layer does not expand, and the adhesion between the third conductive layer and the lower electrode layer does not decrease. Therefore,
No leak current occurs. In addition, the third containing a metal oxide
A second conductive layer containing nitride is formed between the first conductive layer containing silicon and the first conductive layer containing silicon. Therefore, this second
Even if the conductive layer is heated to a high temperature, diffusion of oxygen in the metal oxide can be prevented, and silicon does not react with oxygen. Therefore, the first conductive layer does not expand, and the first conductive layer does not expand.
And the second conductive layer do not have reduced adhesion. As a result, no leak current occurs.
【0029】また、第1の導電層と第2の導電層との間
にチタンシリサイド層が形成されていることが好まし
い。この場合、第1の導電層中のシリコンと第2の導電
層中の窒化物の双方にチタンシリサイドは密着性がよ
い。そのため、第1の導電層と第2の導電層とを確実に
接続することができる。Preferably, a titanium silicide layer is formed between the first conductive layer and the second conductive layer. In this case, titanium silicide has good adhesion to both silicon in the first conductive layer and nitride in the second conductive layer. Therefore, the first conductive layer and the second conductive layer can be reliably connected.
【0030】また、金属酸化物には金属酸化物の導電率
を向上させるための不純物が添加されていることが好ま
しい。この場合、電気抵抗が低減し、キャパシタの電気
特性を向上させることができる。Further, it is preferable that an impurity for improving the conductivity of the metal oxide is added to the metal oxide. In this case, the electric resistance is reduced, and the electric characteristics of the capacitor can be improved.
【0031】この発明の別の局面に従ったキャパシタを
有する半導体装置は、不純物領域と、第1の導電層と、
第2の導電層と、第3の導電層と、下部電極層と、誘電
体層と、上部電極層とを備えている。不純物領域は、半
導体基板の主表面に形成されている。第1の導電層は、
シリコンを含み、不純物領域上に形成されている。第2
の導電層は、酸素拡散防止材を含み、第1の導電層の上
に形成されている。第3の導電層は、金属酸化物を含
み、第2の導電層の上に形成されている。下部電極層
は、白金族元素を含み、第3の導電層の上に形成されて
いる。誘電体層は、下部電極層の上に形成されている。
上部電極層は、白金族元素を含み、誘電体層の上に形成
されている。A semiconductor device having a capacitor according to another aspect of the present invention includes an impurity region, a first conductive layer,
It has a second conductive layer, a third conductive layer, a lower electrode layer, a dielectric layer, and an upper electrode layer. The impurity region is formed on the main surface of the semiconductor substrate. The first conductive layer is
It contains silicon and is formed over the impurity region. Second
The conductive layer includes an oxygen diffusion preventing material and is formed on the first conductive layer. The third conductive layer includes a metal oxide and is formed over the second conductive layer. The lower electrode layer contains a platinum group element and is formed on the third conductive layer. The dielectric layer is formed on the lower electrode layer.
The upper electrode layer contains a platinum group element and is formed on the dielectric layer.
【0032】このように構成されたこの発明のキャパシ
タを有する半導体装置においては、シリコンを含む第1
の導電層と白金族元素を含む下部電極層との間に金属酸
化物を含む第3の導電層を形成する。そのため、この第
3の導電層が、高温度に加熱されても白金族元素とシリ
コンとの相互拡散を防ぐことができる。そのため、下部
電極層の表面にシリコンや二酸化ケイ素が析出すること
がない。したがって、誘電体層の誘電率を低下させるこ
とがない。その結果、キャパシタの容量を低下させるこ
とがない。さらに、第3の導電層中の金属酸化物は、化
学的に安定であるため、高温度に加熱されても下部電極
層中の白金と反応しない。そのため、第3の導電層が膨
張せず、第3の導電層と下部電極層との密着性が低下し
ない。したがって、リーク電流が発生しない。また、金
属酸化物を含む第3の導電層とシリコンを含む第1の導
電層との間に酸素拡散防止材を含む第2の導電層が形成
される。この第2の導電層が金属酸化物中の酸素の拡散
を防止する。そのため、シリコンと酸素とが反応するこ
とがない。したがって、第1の導電層が膨張せず、第1
と第2の導電層の密着性が低下しない。その結果、リー
ク電流が発生しない。In the semiconductor device having the capacitor of the present invention thus configured, the first device including silicon
A third conductive layer containing a metal oxide is formed between the conductive layer and the lower electrode layer containing a platinum group element. Therefore, even if the third conductive layer is heated to a high temperature, interdiffusion between the platinum group element and silicon can be prevented. Therefore, silicon and silicon dioxide do not deposit on the surface of the lower electrode layer. Therefore, the dielectric constant of the dielectric layer does not decrease. As a result, the capacity of the capacitor does not decrease. Further, since the metal oxide in the third conductive layer is chemically stable, it does not react with platinum in the lower electrode layer even when heated to a high temperature. Therefore, the third conductive layer does not expand, and the adhesion between the third conductive layer and the lower electrode layer does not decrease. Therefore, no leak current occurs. Further, a second conductive layer containing an oxygen diffusion preventing material is formed between the third conductive layer containing a metal oxide and the first conductive layer containing silicon. This second conductive layer prevents diffusion of oxygen in the metal oxide. Therefore, silicon does not react with oxygen. Therefore, the first conductive layer does not expand, and the first conductive layer does not expand.
And the second conductive layer do not have reduced adhesion. As a result, no leak current occurs.
【0033】[0033]
(実施の形態1)図1は、この発明の実施の形態1のキ
ャパシタを有する半導体装置を示す断面図である。図1
を参照して、シリコン基板1の表面には厚さ200〜5
00nmの分離酸化膜2が形成されている。分離酸化膜
2により電気的に分離されるシリコン基板1の表面には
複数個のトランスファゲートトランジスタ3が形成され
ている。また、メモリセル領域4には、メモリセル用の
トランスファゲートトランジスタ3が形成されている。
周辺回路領域5には、周辺回路用のトランスファゲート
トランジスタ3が形成されている。(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device having a capacitor according to a first embodiment of the present invention. FIG.
As shown in FIG.
A 00 nm isolation oxide film 2 is formed. A plurality of transfer gate transistors 3 are formed on the surface of the silicon substrate 1 electrically separated by the isolation oxide film 2. In the memory cell region 4, a transfer gate transistor 3 for a memory cell is formed.
In the peripheral circuit region 5, the transfer gate transistor 3 for the peripheral circuit is formed.
【0034】トランスファゲートトランジスタ3は、ゲ
ート酸化膜6と、ゲート電極7と、不純物領域8とを有
している。不純物領域8に囲まれる領域上にゲート酸化
膜6を介在してドープドポリシリコンからなるゲート電
極7が形成されている。The transfer gate transistor 3 has a gate oxide film 6, a gate electrode 7, and an impurity region 8. A gate electrode 7 made of doped polysilicon is formed on a region surrounded by impurity region 8 with gate oxide film 6 interposed.
【0035】不純物領域8に接するようにドープドポリ
シリコンからなるビット線9が形成されている。ビット
線9およびトランスファゲートトランジスタ3を被覆す
るようにBPSG(Poro Phospho Silicate Glass )か
らなる厚さ500〜800nmのシリコン酸化膜12が
形成されている。A bit line 9 made of doped polysilicon is formed in contact with impurity region 8. A silicon oxide film 12 of BPSG (Poro Phospho Silicate Glass) with a thickness of 500 to 800 nm is formed so as to cover the bit line 9 and the transfer gate transistor 3.
【0036】シリコン酸化膜12に、不純物領域8に達
するコンタクトホール10が形成されている。コンタク
トホール10を充填するようにかつ不純物領域8と接す
るようにドープドポリシリコンからなるプラグ11が形
成されている。プラグ11を通じて不純物領域8と電気
的に接続するようにキャパシタ30が形成されている。A contact hole 10 reaching impurity region 8 is formed in silicon oxide film 12. A plug 11 made of doped polysilicon is formed so as to fill contact hole 10 and contact impurity region 8. Capacitor 30 is formed to be electrically connected to impurity region 8 through plug 11.
【0037】キャパシタ30は、白金からなる下部電極
層15と、PZTからなるキャパシタ誘電体膜17と、
白金からなる上部電極層18とを備えている。下部電極
層15の厚さは、30〜100nmである。キャパシタ
誘電体膜17の厚さは、30〜80nmである。上部電
極層18の厚さは、30〜100nmである。The capacitor 30 includes a lower electrode layer 15 made of platinum, a capacitor dielectric film 17 made of PZT,
And an upper electrode layer 18 made of platinum. The thickness of the lower electrode layer 15 is 30 to 100 nm. The thickness of the capacitor dielectric film 17 is 30 to 80 nm. The thickness of the upper electrode layer 18 is 30 to 100 nm.
【0038】下部電極層15は、金属酸化物層としての
バリア層14bと、酸素拡散抑制層としての窒化物層か
らなるバリア層14aと、チタンシリサイドからなる密
着層13とを介してプラグ11に接するように形成され
ている。バリア層14aの厚さは30〜70nmであ
る。バリア層14bの厚さは30〜70nmである。密
着層13の厚さは約10nmである。バリア層14aは
TiNからなる。バリア層14bはTa2 O5 が添加さ
れたTiO2 からなる。キャパシタ30の間に二酸化ケ
イ素からなる枠付酸化膜16が形成されている。キャパ
シタ30は、メモリセル領域4にのみ形成される。上部
電極層18とキャパシタ誘電体膜17と枠付酸化膜16
とシリコン酸化膜12とを覆うようにBPSGからなる
シリコン酸化膜20が形成されている。The lower electrode layer 15 is connected to the plug 11 via a barrier layer 14b as a metal oxide layer, a barrier layer 14a as a nitride layer as an oxygen diffusion suppressing layer, and an adhesion layer 13 as titanium silicide. It is formed so that it may contact. The thickness of the barrier layer 14a is 30 to 70 nm. The thickness of the barrier layer 14b is 30 to 70 nm. The thickness of the adhesion layer 13 is about 10 nm. The barrier layer 14a is made of TiN. The barrier layer 14b is made of TiO 2 to which Ta 2 O 5 is added. A framed oxide film 16 made of silicon dioxide is formed between the capacitors 30. Capacitor 30 is formed only in memory cell region 4. Upper electrode layer 18, capacitor dielectric film 17, framed oxide film 16
A silicon oxide film 20 made of BPSG is formed to cover silicon oxide film 12 and silicon oxide film 12.
【0039】次に、図1で示すキャパシタを有する半導
体装置の製造方法について説明する。Next, a method of manufacturing a semiconductor device having the capacitor shown in FIG. 1 will be described.
【0040】図2〜図9は、図1で示すキャパシタを有
する半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIGS. 2 to 9 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device having the capacitor shown in FIG.
【0041】図2を参照して、シリコン基板1の分離酸
化膜2により分離される領域にゲート酸化膜6とゲート
電極7と不純物領域8とを有するトランスファゲートト
ランジスタ3が形成される。また、不純物領域8と接す
るようにビット線9が形成される。ビット線9とトラン
スファゲートトランジスタ3とを覆うようにシリコン基
板1の表面全体に減圧CVD法を用いてシリコン酸化膜
12が形成される。Referring to FIG. 2, transfer gate transistor 3 having gate oxide film 6, gate electrode 7 and impurity region 8 is formed in a region of silicon substrate 1 separated by isolation oxide film 2. Bit line 9 is formed so as to be in contact with impurity region 8. A silicon oxide film 12 is formed on the entire surface of silicon substrate 1 using low pressure CVD so as to cover bit line 9 and transfer gate transistor 3.
【0042】図3を参照して、シリコン酸化膜12の表
面全体にホールパターンを有するフォトレジスト(図示
せず)が形成される。このフォトレジストをマスクとし
てシリコン酸化膜12を異方性エッチングすることによ
り、コンタクトホール10が形成される。コンタクトホ
ール10を充填し、かつシリコン酸化膜12の表面全体
を覆うようにCVD法によりドープドポリシリコンを堆
積する。このドープドポリシリコンの厚さは、コンタク
トホール10の内径の1.5倍以上が必要である。ドー
プドポリシリコンを全面エッチバックして、プラグ11
を形成する。Referring to FIG. 3, a photoresist (not shown) having a hole pattern is formed on the entire surface of silicon oxide film 12. The contact hole 10 is formed by anisotropically etching the silicon oxide film 12 using this photoresist as a mask. Doped polysilicon is deposited by a CVD method so as to fill the contact hole 10 and cover the entire surface of the silicon oxide film 12. The thickness of the doped polysilicon needs to be 1.5 times or more the inner diameter of the contact hole 10. The entire surface of the doped polysilicon is etched back to form a plug 11
To form
【0043】図4を参照して、シリコン酸化膜12およ
びプラグ11の上に、チタンシリサイド層31をアルゴ
ン雰囲気中でスパッタリング法により形成する。チタン
シリサイド層31の厚さは約10nmである。次に、チ
タンからなるターゲットを用い、温度200〜500
℃、全圧1Pa、アルゴンと窒素の混合ガスの雰囲気中
で反応性スパッタ法によりTiNからなるバリア層32
aを形成する。バリア層32aの厚さは30〜70nm
である。また、混合ガス中のアルゴンと窒素の体積比
(Ar/N2 )は1である。次に、TiO2 に、Ta2
O5 を1mol%添加して焼結したターゲットを用い、
温度200〜500℃、全圧1Pa、アルゴンと酸素の
混合ガスの雰囲気中で、RFマグネトロンスパッタ法に
よりバリア層32bを形成する。バリア層32bの厚さ
は50nmである。混合ガス中のアルゴンと酸素の体積
比(Ar/O2 )は4である。バリア層32bは、不純
物としてのTa2 O5 が添加されたTiO2 からなる。
次に、白金をターゲットとして、アルゴン雰囲気中、全
圧0.2〜1.2Paで、スパッタ法により白金層33
を形成する。白金層33の厚さは30〜100nmであ
る。Referring to FIG. 4, a titanium silicide layer 31 is formed on silicon oxide film 12 and plug 11 by a sputtering method in an argon atmosphere. The thickness of the titanium silicide layer 31 is about 10 nm. Next, using a target made of titanium, a temperature of 200 to 500
Barrier layer 32 made of TiN by a reactive sputtering method in an atmosphere of a mixed gas of argon and nitrogen at a temperature of 1 ° C. and a total pressure of 1 Pa.
a is formed. The thickness of the barrier layer 32a is 30 to 70 nm
It is. The volume ratio between argon and nitrogen (Ar / N 2 ) in the mixed gas is 1. Next, TiO 2, Ta 2
Using a target sintered by adding 1 mol% of O 5 ,
The barrier layer 32b is formed by RF magnetron sputtering in an atmosphere of a temperature of 200 to 500 ° C., a total pressure of 1 Pa, and a mixed gas of argon and oxygen. The thickness of the barrier layer 32b is 50 nm. The volume ratio of argon to oxygen (Ar / O 2 ) in the mixed gas is 4. The barrier layer 32b is made of TiO 2 to which Ta 2 O 5 as an impurity is added.
Next, the platinum layer 33 is formed by sputtering using platinum as a target in an argon atmosphere at a total pressure of 0.2 to 1.2 Pa.
To form The thickness of the platinum layer 33 is 30 to 100 nm.
【0044】図5を参照して、アルゴン雰囲気中、全圧
1〜3Paで、チタンシリサイド層31、バリア層32
a、32b、白金層33をスパッタエッチすることによ
り、密着層13、バリア層14a、14bおよび下部電
極層15を形成する。シリコン酸化膜12を覆うシリコ
ン酸化膜を200〜800nmの厚さで堆積し、エッチ
バックすることにより枠付酸化膜16を形成する。この
とき、周辺回路領域5では、シリコン酸化膜はすべてエ
ッチングされる。Referring to FIG. 5, a titanium silicide layer 31 and a barrier layer 32 are formed in an argon atmosphere at a total pressure of 1 to 3 Pa.
The adhesion layer 13, the barrier layers 14a and 14b, and the lower electrode layer 15 are formed by sputter-etching the a, 32b and the platinum layer 33. A silicon oxide film covering the silicon oxide film 12 is deposited to a thickness of 200 to 800 nm, and is etched back to form the framed oxide film 16. At this time, in the peripheral circuit region 5, the silicon oxide film is entirely etched.
【0045】図6を参照して、温度300〜700℃、
アルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中、全圧0.5〜2P
aでスパッタ法によりPZTからなる高誘電率層36を
形成する。高誘電率層36の厚さは30〜80nmであ
る。次に、白金をターゲットとして、温度400〜60
0℃、アルゴン雰囲気中、圧力0.5〜2Paで、スパ
ッタ法により白金層37を形成する。白金層37の厚さ
は30〜100nmである。Referring to FIG. 6, a temperature of 300 to 700 ° C.
In a mixed gas atmosphere of argon and oxygen, total pressure 0.5-2P
In step a, a high dielectric constant layer 36 made of PZT is formed by a sputtering method. The thickness of the high dielectric constant layer 36 is 30 to 80 nm. Next, using platinum as a target, a temperature of 400 to 60
A platinum layer 37 is formed by a sputtering method at 0 ° C. in an argon atmosphere at a pressure of 0.5 to 2 Pa. The thickness of the platinum layer 37 is 30 to 100 nm.
【0046】図7を参照して、所定のパターンを施した
フォトレジスト(図示せず)を白金層37の上に形成
し、このフォトレジストに従って白金層37、高誘電率
層36をエッチングする。これにより、上部電極層18
とキャパシタ誘電体膜17が形成される。このようにし
て、キャパシタ30が形成される。Referring to FIG. 7, a photoresist (not shown) having a predetermined pattern is formed on platinum layer 37, and platinum layer 37 and high dielectric constant layer 36 are etched according to the photoresist. Thereby, the upper electrode layer 18
And a capacitor dielectric film 17 are formed. Thus, the capacitor 30 is formed.
【0047】図8を参照して、CVD法により、キャパ
シタ30とシリコン酸化膜12とを覆うようにBPSG
からなるシリコン酸化膜26を形成する。次にシリコン
酸化膜26を温度700〜800℃に保ち、シリコン酸
化膜26を平坦化する。このように、シリコン酸化膜を
加熱により平坦化することを層間リフローという。これ
により、シリコン酸化膜20を形成する。Referring to FIG. 8, BPSG is formed so as to cover capacitor 30 and silicon oxide film 12 by CVD.
A silicon oxide film 26 is formed. Next, the temperature of the silicon oxide film 26 is maintained at 700 to 800 ° C., and the silicon oxide film 26 is planarized. Such flattening of the silicon oxide film by heating is called interlayer reflow. Thus, a silicon oxide film 20 is formed.
【0048】以上のようにして、この発明のキャパシタ
を有する半導体装置が完成する。このように構成された
この発明のキャパシタを有する半導体装置においては、
図1で示すように、ドープドポリシリコンからなるプラ
グ11と、白金からなる下部電極層15との間にTiO
2 からなるバリア層14bが形成されている。そのた
め、このバリア層14bが高温度に加熱されてもTiO
2 により、シリコンと白金との相互拡散を防ぐことがで
きる。そのため、下部電極層15とキャパシタ誘電体膜
17とが接する部分にシリコンまたは二酸化ケイ素が析
出しない。したがって、PZTからなるキャパシタ誘電
体膜17の誘電率が低下しない。その結果、キャパシタ
の容量を低下させることがない。As described above, the semiconductor device having the capacitor of the present invention is completed. In the semiconductor device having the capacitor of the present invention thus configured,
As shown in FIG. 1, TiO is formed between a plug 11 made of doped polysilicon and a lower electrode layer 15 made of platinum.
A barrier layer 14b of 2 is formed. Therefore, even if the barrier layer 14b is heated to a high temperature, the TiO
According to 2 , interdiffusion between silicon and platinum can be prevented. Therefore, silicon or silicon dioxide does not precipitate at a portion where the lower electrode layer 15 and the capacitor dielectric film 17 are in contact. Therefore, the dielectric constant of the capacitor dielectric film 17 made of PZT does not decrease. As a result, the capacity of the capacitor does not decrease.
【0049】また、下部電極層15と接するバリア層1
4bは、TiO2 から構成される。このTiO2 は、高
温度に加熱されても、下部電極層15を構成する白金と
反応しない。したがって、高温度に加熱されてもバリア
層14bの結晶構造は変化しない。その結果、バリア層
14bと下部電極層15との密着性は低下せず、リーク
電流が発生しない。The barrier layer 1 in contact with the lower electrode layer 15
4b is composed of TiO 2. This TiO 2 does not react with platinum constituting the lower electrode layer 15 even when heated to a high temperature. Therefore, the crystal structure of the barrier layer 14b does not change even when heated to a high temperature. As a result, the adhesion between the barrier layer 14b and the lower electrode layer 15 does not decrease, and no leak current occurs.
【0050】さらに、TiO2 からなるバリア層14b
とドープドポリシリコンからなるプラグ11との間にT
iNからなるバリア層14aが形成されている。このバ
リア層14aが、バリア層14b中の酸素の拡散を防ぐ
ことができる。そのため、プラグ11が酸化されない。
したがって、プラグ11の体積膨張を防ぐことができ、
リーク電流の発生を防止することができる。Further, a barrier layer 14b made of TiO 2
Between the plug 11 and the plug 11 made of doped polysilicon.
A barrier layer 14a made of iN is formed. The barrier layer 14a can prevent diffusion of oxygen in the barrier layer 14b. Therefore, the plug 11 is not oxidized.
Therefore, volume expansion of the plug 11 can be prevented,
Generation of a leak current can be prevented.
【0051】また、プラグ11とバリア層14aとの間
にチタンシリサイドからなる密着層13が形成されてい
る。この密着層13は、バリア層14aとプラグ11の
双方に密着性がよいので、プラグ11とバリア層14a
を確実に接続することができる。An adhesion layer 13 made of titanium silicide is formed between the plug 11 and the barrier layer 14a. The adhesion layer 13 has good adhesion to both the barrier layer 14a and the plug 11, so that the plug 11 and the barrier layer 14a
Can be reliably connected.
【0052】また、バリア層14bを構成するTiO2
中に不純物としてTa2 O5 が添加されているため、バ
リア層14bの導電率が向上する。そのため、キャパシ
タ全体の電気特性を向上させることができる。The TiO 2 constituting the barrier layer 14b is
Since Ta 2 O 5 is added as an impurity therein, the conductivity of the barrier layer 14b is improved. Therefore, the electrical characteristics of the entire capacitor can be improved.
【0053】さらに、バリア層14bを構成する材料と
して、金属酸化物としてのTiO2に、不純物としての
Ta2 O5 を添加したものを用いたが、ここで、金属酸
化物および不純物は、表1に示すものとしてもよい。Further, as a material constituting the barrier layer 14b, a material obtained by adding Ta 2 O 5 as an impurity to TiO 2 as a metal oxide was used. 1 may be used.
【0054】[0054]
【表1】 [Table 1]
【0055】また、バリア層14bを構成する金属酸化
物としては、「金属電導性酸化物」津田、那須、藤森、
白鳥著、裳華房1983、26〜33頁、2−2表に記
載されたものを用いてもよい。As the metal oxide constituting the barrier layer 14b, “metal conductive oxide” such as Tsuda, Nasu, Fujimori,
Those described in Shiratori, Shokabo 1983, pp. 26-33, Table 2-2 may be used.
【0056】(実施の形態2)実施の形態2に従ったキ
ャパシタを有する半導体装置は、実施の形態1の図1で
示すキャパシタ誘電体膜17にチタン酸バリウムストロ
ンチウム(Ba−Sr)TiO3 を用い、さらに、バリ
ア層14bは、金属酸化物としてのチタン酸バリウムス
トロンチウムに不純物としてランタン(La)を0.1
mol%添加したものである。また、キャパシタ誘電体
膜17をチタン酸ランタン(LaTiO3 )とし、バリ
ア層14bを、金属酸化物としてのチタン酸ランタンに
不純物としてランタン(La)を添加したものを用いて
もよい。(Embodiment 2) In a semiconductor device having a capacitor according to Embodiment 2, barium strontium titanate (Ba-Sr) TiO 3 is used for the capacitor dielectric film 17 of Embodiment 1 shown in FIG. Further, the barrier layer 14b is made of barium strontium titanate as a metal oxide containing lanthanum (La) as an impurity in an amount of 0.1%.
mol% is added. Alternatively, the capacitor dielectric film 17 may be made of lanthanum titanate (LaTiO 3 ), and the barrier layer 14b may be made of lanthanum titanate as a metal oxide to which lanthanum (La) is added as an impurity.
【0057】次に、実施の形態2に従ったキャパシタを
有する半導体装置の製造方法について説明する。図2〜
図4を参照して、分離酸化膜2、トランスファゲートト
ランジスタ3、メモリセル領域4、周辺回路領域5、ゲ
ート酸化膜6、ゲート電極7、不純物領域8、ビット線
9、シリコン酸化膜12、コンタクトホール10、プラ
グ11、チタンシリサイド層31、バリア層32aを形
成する。次に、(Ba−Sr)TiO3 ターゲットを用
い、RFマグネトロンスパッタ法によりアルゴンと酸素
の混合ガス雰囲気中、全圧1Paで、厚さ30〜70n
mのバリア層32bを形成する。混合ガス中のアルゴン
と酸素との体積比(Ar/O2 )は4である。バリア層
32bをチタン酸ランタンとするときは、ターゲットと
してLaTiO3 を用いればよい。プラズマドーピング
法により、不純物としてのランタン(La)をバリア層
32bに0.1mol%添加する。Next, a method of manufacturing a semiconductor device having a capacitor according to the second embodiment will be described. Figure 2
Referring to FIG. 4, isolation oxide film 2, transfer gate transistor 3, memory cell region 4, peripheral circuit region 5, gate oxide film 6, gate electrode 7, impurity region 8, bit line 9, silicon oxide film 12, contact The hole 10, the plug 11, the titanium silicide layer 31, and the barrier layer 32a are formed. Next, using a (Ba—Sr) TiO 3 target, by RF magnetron sputtering, in a mixed gas atmosphere of argon and oxygen at a total pressure of 1 Pa and a thickness of 30 to 70 n
The m barrier layers 32b are formed. The volume ratio of argon to oxygen (Ar / O 2 ) in the mixed gas is 4. When lanthanum titanate is used for the barrier layer 32b, LaTiO 3 may be used as a target. Lanthanum (La) as an impurity is added to the barrier layer 32b by 0.1 mol% by a plasma doping method.
【0058】図5および6を参照して、実施の形態1と
同様に、バリア層14a、14b、下部電極層15、枠
付酸化膜16を形成する。次に、ターゲットとして(B
a−Sr)TiO3 を用い、RFマグネトロンスパッタ
法により全圧1Paでアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気
中で厚さ50nmの高誘電体層36を形成する。混合ガ
ス中のアルゴンと酸素との体積比(Ar/O2 )は4で
ある。高誘電体層36は、チタン酸バリウムストロンチ
ウム(Ba−Sr)TiO3 からなる。高誘電率層36
上に実施の形態1と同様に白金層37を形成する。Referring to FIGS. 5 and 6, similarly to the first embodiment, barrier layers 14a and 14b, lower electrode layer 15, and framed oxide film 16 are formed. Next, as a target (B
a-Sr) Using TiO 3 , a high dielectric layer 36 having a thickness of 50 nm is formed by RF magnetron sputtering at a total pressure of 1 Pa in a mixed gas atmosphere of argon and oxygen. The volume ratio of argon to oxygen (Ar / O 2 ) in the mixed gas is 4. The high dielectric layer 36 is made of barium strontium titanate (Ba—Sr) TiO 3 . High dielectric constant layer 36
A platinum layer 37 is formed thereon in the same manner as in the first embodiment.
【0059】図7および図8を参照して、実施の形態1
と同様に、キャパシタ誘電体膜17、上部電極層18を
形成し、キャパシタ30を形成する。シリコン酸化膜2
0を形成する。Referring to FIGS. 7 and 8, Embodiment 1
Similarly, the capacitor dielectric film 17 and the upper electrode layer 18 are formed, and the capacitor 30 is formed. Silicon oxide film 2
0 is formed.
【0060】このように構成されたこの発明の実施の形
態2に従ったキャパシタを有する半導体装置においては
実施の形態1と同様の効果がある。また、図4および図
6で示す工程において、バリア層32bおよび高誘電率
層36を同一装置内で作ることができる。そのため、製
造工程を簡略化することができる。The semiconductor device having the capacitor according to the second embodiment of the present invention configured as described above has the same effects as the first embodiment. In the steps shown in FIGS. 4 and 6, the barrier layer 32b and the high dielectric constant layer 36 can be formed in the same device. Therefore, the manufacturing process can be simplified.
【0061】また、バリア層14bをチタン酸ランタン
で構成すれば、このチタン酸ランタンは白金と近い格子
定数を持ち、格子構造が白金と類似するため、下部電極
層15とバリア層14bとの密着性が向上し、リーク電
流の発生をより少なくすることできる。When the barrier layer 14b is made of lanthanum titanate, the lanthanum titanate has a lattice constant close to that of platinum and has a lattice structure similar to that of platinum, so that the lower electrode layer 15 and the barrier layer 14b are in close contact with each other. And the generation of leakage current can be further reduced.
【0062】(実施の形態3)実施の形態3に従ったキ
ャパシタを有する半導体装置は、実施の形態1の図1で
示すバリア層14aが厚さ2nmの窒化シリコン(Si
3 N4 )からなるものである。(Embodiment 3) In a semiconductor device having a capacitor according to Embodiment 3, a barrier layer 14a shown in FIG.
3 N 4 ).
【0063】次に、この発明の実施の形態3に従ったキ
ャパシタを有する半導体装置の製造方法について説明す
る。図1〜図4を参照して、実施の形態1と同様に、分
離酸化膜2、トランスファゲートトランジスタ3、メモ
リセル領域4、周辺回路領域5、ゲート酸化膜6、ゲー
ト電極7、不純物領域8、ビット線9、シリコン酸化膜
12、コンタクトホール10、プラグ11、密着層31
を形成する。次に、ソースガスとしてジクロロシランと
アンモニアの混合ガス(体積比:ジクロロシラン/アン
モニア=3/4)を用い、全圧100Pa、温度700
℃で熱CVD法により窒化シリコンからなるバリア層3
2aを形成する。バリア層32aの厚さは2nmであ
る。実施の形態1と同様にバリア層32b、白金層33
を形成する。Next, a method of manufacturing a semiconductor device having a capacitor according to the third embodiment of the present invention will be described. Referring to FIGS. 1-4, similarly to the first embodiment, isolation oxide film 2, transfer gate transistor 3, memory cell region 4, peripheral circuit region 5, gate oxide film 6, gate electrode 7, impurity region 8 , Bit line 9, silicon oxide film 12, contact hole 10, plug 11, adhesion layer 31
To form Next, a mixed gas of dichlorosilane and ammonia (volume ratio: dichlorosilane / ammonia = 3/4) was used as a source gas, the total pressure was 100 Pa, and the temperature was 700.
Barrier layer 3 made of silicon nitride by thermal CVD
2a is formed. The thickness of the barrier layer 32a is 2 nm. As in the first embodiment, the barrier layer 32b and the platinum layer 33
To form
【0064】図5〜図8を参照して、バリア層14a、
14b、下部電極層15、枠付酸化膜16、高誘電率層
36、白金層37、キャパシタ誘電体膜17、上部電極
層18、シリコン酸化膜20を実施の形態1と同様に形
成する。Referring to FIGS. 5 to 8, barrier layer 14a,
14b, the lower electrode layer 15, the framed oxide film 16, the high dielectric constant layer 36, the platinum layer 37, the capacitor dielectric film 17, the upper electrode layer 18, and the silicon oxide film 20 are formed in the same manner as in the first embodiment.
【0065】このように構成されたこの発明の実施の形
態3に従ったキャパシタを有する半導体装置において
は、導電性の低い窒化シリコンを薄くしてバリア層14
aとして用いることにより、バリア層14aの導電率を
低下させることがない。また、窒化シリコンはバリア層
14b中の酸素の拡散を一層防ぐことができ、より高温
度に加熱されてもプラグ11が酸素と反応しなくなる。In the semiconductor device having the capacitor according to the third embodiment of the present invention, silicon nitride having low conductivity is thinned and barrier layer 14 is formed.
By using as a, the conductivity of the barrier layer 14a does not decrease. Further, silicon nitride can further prevent diffusion of oxygen in the barrier layer 14b, and the plug 11 does not react with oxygen even when heated to a higher temperature.
【0066】以上、この発明の実施の形態について述べ
たが、ここで示した実施の形態はほんの一例であって、
さまざまに変形可能である。たとえば、図1中の密着層
13は、実施の形態1〜3では、チタンシリサイドとし
たが、他の金属シリサイドを用いてもよい。金属シリサ
イドの例としては、タングステンシリサイド、タンタル
シリサイド、コバルトシリサイド、プラチナシリサイド
などが挙げられる。Although the embodiment of the present invention has been described above, the embodiment shown here is only an example,
Various deformations are possible. For example, although the adhesion layer 13 in FIG. 1 is made of titanium silicide in the first to third embodiments, another metal silicide may be used. Examples of the metal silicide include tungsten silicide, tantalum silicide, cobalt silicide, platinum silicide, and the like.
【0067】さらに、バリア層14aを構成する材料と
しては、窒化チタンだけでなく、窒化タンタル、窒化タ
ングステン、窒化モリブデンなどの他の窒化物を用いる
ことができる。Further, as a material constituting the barrier layer 14a, not only titanium nitride but also other nitrides such as tantalum nitride, tungsten nitride, and molybdenum nitride can be used.
【0068】さらに、バリア層14aとして、金属珪化
窒化物を用いることができる。ここで、金属珪化窒化物
としては、チタン珪化窒化物(TiSiN)、タンタル
珪化窒化物(TaSiN)、タングステン珪化窒化物
(WSiN)、モリブデン珪化窒化物(MoSiN)を
用いることができる。また、上部電極層18および下部
電極層15として、白金だけでなく、ルテニウム、イリ
ジウム、レニウム、ロジウム、オスミウム、パラジウム
およびこれらの合金を用いることができる。Further, metal silicide nitride can be used as the barrier layer 14a. Here, titanium silicide nitride (TiSiN), tantalum silicide nitride (TaSiN), tungsten silicide nitride (WSiN), and molybdenum silicide nitride (MoSiN) can be used as the metal silicide nitride. Further, as the upper electrode layer 18 and the lower electrode layer 15, not only platinum but also ruthenium, iridium, rhenium, rhodium, osmium, palladium, and alloys thereof can be used.
【0069】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の
範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およ
び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
【0070】[0070]
【発明の効果】この発明の1つの局面に従ったキャパシ
タを有する半導体装置においては、シリコンを含む第1
の導電層と白金族元素を含む下部電極層との間に金属酸
化物を含む第3の導電層が形成される。そのため、この
第3の導電層が高温度に加熱されても白金族元素とシリ
コンとの相互拡散を防ぐことができる。そのため、白金
族元素の表面にシリコンや二酸化ケイ素が析出しない。
したがって、誘電体層の誘電率を低下させることがな
く、キャパシタの容量が低下しない。According to a semiconductor device having a capacitor according to one aspect of the present invention, a first device including silicon is provided.
A third conductive layer containing a metal oxide is formed between the conductive layer and the lower electrode layer containing a platinum group element. Therefore, even if the third conductive layer is heated to a high temperature, interdiffusion between the platinum group element and silicon can be prevented. Therefore, silicon and silicon dioxide do not precipitate on the surface of the platinum group element.
Therefore, the dielectric constant of the dielectric layer does not decrease, and the capacitance of the capacitor does not decrease.
【0071】また、第1の導電層と第2の導電層との間
にチタンシリサイドを含む密着層が形成されていれば、
第1の導電層と第2の導電層とを確実に接続することが
できる。If an adhesion layer containing titanium silicide is formed between the first conductive layer and the second conductive layer,
The first conductive layer and the second conductive layer can be reliably connected.
【0072】さらに、金属酸化物に不純物が添加されて
いれば、金属酸化物の導電率を向上させることができ
る。Further, if impurities are added to the metal oxide, the conductivity of the metal oxide can be improved.
【図1】 この発明の実施の形態1に従ったキャパシタ
を有する半導体装置を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device having a capacitor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 図1で示すキャパシタを有する半導体装置の
製造方法の第1工程を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first step of a method for manufacturing a semiconductor device having the capacitor shown in FIG.
【図3】 図1で示すキャパシタを有する半導体装置の
製造方法の第2工程を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a second step of the method for manufacturing a semiconductor device having the capacitor shown in FIG. 1;
【図4】 図1で示すキャパシタを有する半導体装置の
製造方法の第3工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing a semiconductor device having the capacitor shown in FIG. 1;
【図5】 図1で示すキャパシタを有する半導体装置の
製造方法の第4工程を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing a semiconductor device having the capacitor shown in FIG. 1;
【図6】 図1で示すキャパシタを有する半導体装置の
製造方法の第5工程を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing a semiconductor device having the capacitor shown in FIG. 1;
【図7】 図1で示すキャパシタを有する半導体装置の
製造方法の第6工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing a semiconductor device having the capacitor shown in FIG.
【図8】 図1で示すキャパシタを有する半導体装置の
製造方法の第7工程を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a seventh step of the method for manufacturing a semiconductor device having the capacitor shown in FIG. 1;
【図9】 従来のDRAMの構造を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional DRAM.
1 シリコン基板、8 不純物領域、11 プラグ、1
3 密着層、14a,14b バリア層、15 下部電
極層、17 キャパシタ誘電体膜、18 上部電極層。1 silicon substrate, 8 impurity regions, 11 plugs, 1
3 adhesion layer, 14a, 14b barrier layer, 15 lower electrode layer, 17 capacitor dielectric film, 18 upper electrode layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏原 慶一朗 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 庄 靖史 兵庫県伊丹市瑞原四丁目1番地 菱電セミ コンダクタシステムエンジニアリング株式 会社内 (72)発明者 松下 誠 兵庫県伊丹市瑞原四丁目1番地 菱電セミ コンダクタシステムエンジニアリング株式 会社内 (72)発明者 歌津 貴繁 兵庫県伊丹市瑞原四丁目1番地 菱電セミ コンダクタシステムエンジニアリング株式 会社内 (72)発明者 花房 潔 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Keiichiro Kashiwara 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsui Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yasushi Sho 4-1-1 Mizuhara, Itami-shi, Hyogo Ryoden Semi Conductor System Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Makoto Matsushita 4-1-1 Mizuhara, Itami-shi, Hyogo Ryoden Semiconductor Conductor System Engineering Co., Ltd. (72) Takashi Utatsu 4-1-1, Mizuhara, Itami-shi, Hyogo Ryoden (72) Inventor Kiyoshi Hanafusa 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Mitsubishi Electric Corporation
Claims (4)
領域と、 その不純物領域の上に形成された、シリコンを含む第1
の導電層と、 その第1の導電層の上に形成された、窒化物を含む第2
の導電層と、 その第2の導電層の上に形成された、金属酸化物を含む
第3の導電層と、 その第3の導電層の上に形成された、白金族元素を含む
下部電極層と、 その下部電極層の上に形成された誘電体層と、 その誘電体層の上に形成された、白金族元素を含む上部
電極層とを備えた、キャパシタを有する半導体装置。An impurity region formed on a main surface of a semiconductor substrate and a first region including silicon formed on the impurity region.
And a second layer containing nitride formed on the first conductive layer.
A third conductive layer including a metal oxide formed on the second conductive layer, and a lower electrode including a platinum group element formed on the third conductive layer A semiconductor device having a capacitor, comprising: a layer; a dielectric layer formed on the lower electrode layer; and an upper electrode layer containing a platinum group element formed on the dielectric layer.
の間にチタンシリサイド層が形成されている、請求項1
に記載のキャパシタを有する半導体装置。2. A titanium silicide layer is formed between the first conductive layer and the second conductive layer.
A semiconductor device having the capacitor according to item 1.
導電率を向上させるための不純物が添加されている、請
求項1または2に記載のキャパシタを有する半導体装
置。3. The semiconductor device having a capacitor according to claim 1, wherein said metal oxide is doped with an impurity for improving conductivity of said metal oxide.
領域と、 その不純物領域の上に形成された、シリコンを含む第1
の導電層と、 その第1の導電層の上に形成された、酸素拡散防止材を
含む第2の導電層と、 その第2の導電層の上に形成された、金属酸化物を含む
第3の導電層と、 その第3の導電層の上に形成された、白金族元素を含む
下部電極層と、 その下部電極層の上に形成された誘電体層と、 その誘電体層の上に形成された、白金族元素を含む上部
電極層とを備えた、キャパシタを有する半導体装置。4. An impurity region formed on a main surface of a semiconductor substrate, and a first region including silicon formed on the impurity region.
A second conductive layer formed on the first conductive layer and including an oxygen diffusion preventing material; and a second conductive layer formed on the second conductive layer and including a metal oxide. A third conductive layer, a lower electrode layer containing a platinum group element formed on the third conductive layer, a dielectric layer formed on the lower electrode layer, and a And a top electrode layer containing a platinum group element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8243745A JPH1093043A (en) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | Semiconductor device having a capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8243745A JPH1093043A (en) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | Semiconductor device having a capacitor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1093043A true JPH1093043A (en) | 1998-04-10 |
Family
ID=17108362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8243745A Pending JPH1093043A (en) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | Semiconductor device having a capacitor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1093043A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6162649A (en) * | 1998-12-22 | 2000-12-19 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Method of manufacturing ferroelectric memory device |
| JP2001320032A (en) * | 2000-03-02 | 2001-11-16 | Tokyo Electron Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP2002033461A (en) * | 2000-07-14 | 2002-01-31 | Tokyo Electron Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| US6720096B1 (en) | 1999-11-17 | 2004-04-13 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Dielectric element |
| US6762476B2 (en) | 2001-02-06 | 2004-07-13 | Sanyo Electric Co., Ltd | Dielectric element including oxide dielectric film and method of manufacturing the same |
| US6888189B2 (en) | 2000-11-08 | 2005-05-03 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Dielectric element including oxide-based dielectric film and method of fabricating the same |
| JP2006060234A (en) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Samsung Electronics Co Ltd | Capacitor having a dielectric layer with reduced leakage current and method of manufacturing the same |
-
1996
- 1996-09-13 JP JP8243745A patent/JPH1093043A/en active Pending
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| JP2006060234A (en) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Samsung Electronics Co Ltd | Capacitor having a dielectric layer with reduced leakage current and method of manufacturing the same |
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