JPS62128167A

JPS62128167A - キャパシタの製造方法

Info

Publication number: JPS62128167A
Application number: JP26711485A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Jinriki; 博神力; Taijo Nishioka; 西岡　泰城; Noriyuki Sakuma; 憲之佐久間; Kiichiro Mukai; 向　喜一郎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-11-29
Filing date: 1985-11-29
Publication date: 1987-06-10
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: JPH0754846B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はキャパシタに係り、特にメモリデバイスに好適
な高容量蓄積電荷用キャパシタに関する。

〔従来の技術〕

特開昭５７−１６７６６９号に記載のように非晶質酸化
タンタル膜は、６００℃以上の高温熱処理によって、結
晶化が進行し、かつ、リーク電流が急増して、メモリー
用コンデンサーとしての電荷の保持特性が著しく劣化す
る。そこで、上記特開昭５７−１６７６６９号では、結
晶化の際に、１ｏｏｏ℃程度の高温で熱処理することで
、結晶粒界に下地電極のシリコン層よりシリコンが拡散
して、結晶粒界を二酸化シリコンで充填してリーク電流
の伝導路を遮断している。しかし、このようにすると、
リーク電流は減少するものの、酸化タンタル膜中へのシ
リコンの拡散に伴う誘電率の減少について何ら記載され
ていなかった。」〔発明が解決しようとする問題点〕上記従来技術は、酸化タンタルを１０００℃程度の高温
熱処理を行うことで、結晶化に伴うリーク電流の増大を
妨げることを意図しているが、このようにすると、比誘
電率の減少が著しく、高誘電率絶縁膜を用いることによ
って期待される高容斌特性が得られないという問題があ
った。

本発明の目的は、■、ＳＩの製造に不可欠である。

６００″Ｃ以上の高温熱処理によっても非晶質状態を維
持し、かつ、比誘電率の減少することのない、遷移金属
酸化物を誘電体とするキャパシタを提供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

一ヒ記目的を達成するため、本発明は、シリコン基板上
に、あらかじめたとえば５ｉＯｚなど、非晶質の誘電体
膜を形成しておき、この誘電体膜上に厚さ４０ｎｍ以下
の遷移金属酸化物膜を形成するものである。

〔作用〕シリコン基板、もしくは、シリコン層上に形成された、
二酸化シリコンなどの非晶質構造の誘電体上に、酸化タ
ンタルを形成する場合、酸化タンタル膜厚が４０ｎｍよ
りも薄い場合には、６００℃以上の高温熱処理によって
も酸化タンタルは非晶質状態を維持する。界面の二酸化
シリコンは、酸化タンタルと強く接着して、酸化タルタ
ルの結晶化を妨げる。また、シリコン基板、もしくは、
シリコン層上からのシリコンの酸化タンタル膜中への拡
散を妨げる。しかし、酸化タンタル膜厚が４０ｎｍ以上
となると、二階シリコンとの接着力では酸化タンタルの
結晶化を妨げられなくなる。

二酸化シリコンのかわりに窒化シリコン、酸窒化シリコ
ンを用いても同様な効果が得られる。

また、酸化タンタル以外の遷移金属酸化物を用いても同
様な効果があることが確認された。

〔実施例〕

以下の実施例では、遷移金属酸化物として酸化タンタル
を用いた例について説明する。

（実施例１）以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
１１　（ａ）　、　　（ａ　’）では、シリコン基板１
上に、熱酸化により約３０人の二酸化シリコン２を形成
している。次に、（ａ）では、反応性スパッタ法により
酸化タンタル膜３を２０ｎｍ被着する。一方、（ａ′）
では、４０ｎｍ被着している。次ニ第ｉｆｉ　（ｂ）　
、　（ｂ　’）ニオイテ、８００℃の乾燥酸化性雰囲気
において、３０分の熱処理を行う。この際、第２図を用
いて後に説明するが、熱処理によって、厚さ２０ｎｍの
酸化タンタル膜（０）は非晶質状態のままであるが、４
０ｎｍの酸化タンタル（・）は結晶化して、しがも粒界
が生じてしまう。第１図（ｂ′）では、記号４は結晶化
して粒界のあられれた酸化タンタルを示している。第１
図（ｃ）、（ｃ’）は、（ｂ）、（ｂ　Ｉで示した酸化
タンタル３，４上に、タングステン電極５を形成した状
態を示している。第２図は、第１図（ｃ）　、　（ｃ　
’）で示すキャパシタの絶縁耐圧のアニール温度依存性
を示している。第１図で示した様に８００℃の熱処理で
は、４０ｎｍの酸化タンタルを用いたキャパシタの絶縁
耐圧はアニール前と比べて著しく低下している。一方、
２゜ｎｍの酸化タンタルを用いた場合には、アニール前
と比較して、Ｍ縁耐圧は劣化しない。また、それぞれの
酸化タンタル膜の電子線回折写真より、４０ｎｍの酸化
タンタルは少なくとも６００℃以上の熱処理では結晶化
している。一方、２０ｎｍの酸化タンタル膜は少なくと
も１０００℃まで、非晶質状態を維持している。従って
、本発明の構造のキャパシタは耐熱性があり、高温熱処
理工程の不可欠なＬＳＩ製造プロセスへ容易に組み込む
ことができる。酸化タンタル膜の膜厚さ、それぞれ３５
．３０，２５，１５，１０および５ｎｍとに同様の検討
を行ったところ、いずれの場合も酸化タンタル膜は非晶
質となり、良好な絶縁耐圧が得られた。本実施例で述べ
た効果は、酸化タンタル以外の遷移金属酸化物を用いた
場合についても同様である。

（実施例２）第３図（ａ）、（ａｌでは、シリコン基板１上に、ＣＶ
Ｄ法により窒化シリコン膜６が５０人形成されている。

次に、この窒化シリコン膜６上に、（ａ）では、２０ｎ
ｍ、（ａ′）では、４０ｎｍの酸化タンタル３が積層さ
れている。次に、（ｂ）、（ｂ’）では８００℃、３０
分の熱処理を行う。この結果、（ｂ）に示す、２０ｎｍ
の酸化タンタルは非晶質状態を保つが、（ｂ′）に示す
４０ｎｍの酸化タンタルは結晶化して粒界が生じる。次
に第３図（ｃ）、（ｃ’）では、第３図（ｂ）　、　（
ｂ　’）で示す酸化タンタル３，４上にタングステン電
極５を形成する。実施例１で示したと同様に、酸化タン
タルが結晶化して粒界が発生すると第３図（Ｃ′）で示
すキャパシタにおいてリーク電流が急増して、コンデン
サーとしての電荷保持ができない。しかし、第３図（ｃ
）に示す構造であれば、リーク電流が増加せずに、ＬＳ
Ｉ用のキャパシタ誘電体として用いることができる。

また、実施例１で示した二酸化シリコンよりも窒化シリ
コンは誘電率が大きいので、より高容量のキャパシタを
得ることができる。窒化シリコン６は、シリコン基板を
直接窒化して形成しても同様な効果がある。また、窒化
シリコンのかおりに、酸窒化シリコンを用いても同様な
効果がある。また、酸化タンタル以外の遷移金属酸化物
を用いた場合についても同様な効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高誘電率の遷移金属酸化物を誘電体と
して用いたキャパシタにおいて、６００℃以上の高温熱
処理プロセスを経ても、リーク電流も増加せず、誘電率
も減少しない、耐熱性のあるキャパシタを作ることがで
きるので、従来の高密度メモリデバイス製造プロセスに
本発明を極めて容易に適用することができ、メモリデバ
イスの高集積化に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は、それぞれ本発明の異なる実施例
を示す工程図、第２図は本発明の効果を示す曲線図であ
る。１・・・シリコン基板、２・・・二酸化シリコン、３・
・・非晶質酸化タンタル、４・・・結晶酸化タンタル、
５・・・タングステン電極、６・・・窒化シリコン。゛く≧之ｘ」、ン茅　　１　　回

Claims

【特許請求の範囲】１、第１の電極となる半導体層上に非晶質構造である第
１の誘電体層と３５ｎｍ以下膜厚の非晶質構造の遷移金
属酸化物層を積層し、該遷移金属酸化物層上にキャパシ
タの第２の電極を形成したことを特徴とするキャパシタ
。２、上記第１の誘電体層は、二酸化シリコン、窒化シリ
コンおよび酸窒化シリコンからなる群から選ばれること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のキャパシタ。３、上記第２の電極は、高融点金属、高融点金属シリサ
イドおよびポリサイドからなる群からなることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載のキャパシタ。４、上記遷移金属酸化物として酸化タンタルを用いたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のキャパシタ
。