JPS632363A - 容量膜 - Google Patents

容量膜

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JPS632363A
JPS632363A JP61145398A JP14539886A JPS632363A JP S632363 A JPS632363 A JP S632363A JP 61145398 A JP61145398 A JP 61145398A JP 14539886 A JP14539886 A JP 14539886A JP S632363 A JPS632363 A JP S632363A
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JP
Japan
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film
mixed
region
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substrate
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JP61145398A
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JPH0553069B2 (ja
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Masanobu Yoshiie
善家 昌伸
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells

Landscapes

  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

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〕 本発明は容量膜に関し、特に半導体ダイナミックRAM
等の情報蓄積容量部の容量膜の構造に関する。
〔従来の技術〕
ダイナミックRA M (Random Access
Memory)のごとく、構成要素として容Ik金具備
した半導体装置においては、チップ中に占める容量の面
積を極力小さくすることが上記半導体装置の高密度化を
計る上で、!要である。容量の占める面積を小さくかつ
大きな容量値を得るために、従来、誘電材料としての比
訪電率の大きなTa酸化物、Ti酸化物、zr酸化物、
Hf酸化物などを用いることが試みられている。ところ
が、これら酸化物からなる絶縁膜はリーク電流が極めて
大きく、半導体装置の高密度化を計る目的から有望視さ
れながらも実用化に至っていない。この原因としては、
これら絶縁膜が形成された時点で多結晶の膜であったシ
、あるいは膜形成後時には非晶質であってもその後の低
温熱処理(600’Ca度)で多結晶の膜に変質するこ
とから、結晶粒界にそって電流カニ流れ易いためである
と推定される。従ってこれら膜のリーク電流を低減する
ためには、多結晶の膜になることを防止すればよいと言
える。
膜が多結晶になる原因としては、絶R膜形成時にあるい
はその後の熱処理の際に、絶縁膜とSi基板とが反応し
絶縁膜中にSiが人、り界面が乱れるためと推定される
。かかる反応を防止するために、従来例えばTaxes
膜とSi基板との間に非晶質のS iOzやSiNx膜
をはさんで2層構造にした1)、Taxes膜中にSi
等を混入することが検討されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した従来のTaxes膜の多結晶化を防止する方法
は、以下のような欠点がある。Taxes膜とSi基板
との間に非晶質の5iOzやSiNx  膜をはさんで
2層構造する方法は、容量値が低減するという欠点があ
る。また、Taxes膜中にSt等を混入させる方法は
、Si基板との反応を防止するために混入量を10%程
度にある必要があシ、この場合リーク電流は低減できる
が、容量値も大きく低減してしまう欠点がある。
上述したように、容量値を低減させず、リーク;亀 電算を低減できる方法は開発されておらず、Taxes
膜未だ実用化されていない。
本発明の目的は、リーク電流が小さくかつ容量値の大き
い容量膜を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の容量膜は、例えばTIL205膜中のSi濃度
のプロファイルを変え、Si基板との界面付近ではSi
濃度を高くして膜の多結晶化を防いでリーク電流を低減
し、膜の内部ではSi濃度を微量に抑えることで容量値
の低下を防ぎ、結果的にTazQs膜全体としてリーク
電流が小さく容量値の大きい膜としたものである。
本発明の容量膜は、Ta2es、TiO2,NbzOs
Hf0z、Zr0z、BTiOsOうちいずれかにSt
A6.Ga、P、Bのうちいずれかひとつの元素が含ま
れ、かつ、この元素濃度が膜の表面および裏面付近で高
く膜の内部で低く形成されていることを特徴とする。
〔実施例〕
次に本発明る図面を参照して説明する。
第1図は本発明を平面容量に適用したもので、容量の縦
断面構造を示す図である。基板101にシリコンを、容
量[102にSt t−微量含むTaxes膜を、電極
103にポリシリコンを用いて説明する。シリコン基板
はp型、n型いずれの導電性を有する基板であってもよ
い。Taxes gの容量膜102の膜中には、Siが
微量含まれておシ、その濃度は第3図に示すようにシリ
コン基板101と容量膜102との界面(領域■)及び
容量膜102とポリシリコン電極103との界面付近(
領域1)で高くなり、膜内部(領域ff)で低濃度にな
りている。混入するStの好ましい濃度は領域Iおよび
1では3〜30%、領域■では0〜3%である。上述構
造のTa2es膜の場合、シリコン基板101及びポリ
シリコン電極103から容量膜102へのSiの混入が
防止でき、界面に乱れが生じることを防ぎ、膜形成時や
後の熱処理によるTaxes膜の多結晶化を防止でき、
リーク電流を従来の1mA/C11レベルからIQ−”
AΔレベルと小さくできる。また、Si混入によるTJ
L20S膜の容量値の低下も少ない。なお、Taxes
 M以外のいっそう多結晶化しやすい膜の場合、多結晶
化を防げなくても混入Siによシ結晶粒界を埋め、リー
ク電流を低減できる効果も期待できる。なお、Si濃度
の高い領域は約20〜50X程度設ければ充分である。
本発明の構造のTa2es膜は、金属TaとSiとをス
パッタリング法等の手法で組成を変化させて形成した後
熱酸化するか、もしくは高周波スパッタ法あるいは化学
気相成長法(CVD法)によシ混入するSifをコント
ロールして形成できるが、いずれの手法を選択するかは
自由である。また、Taxes代わりにTi0z、Nb
zOs、Zr0z。
Hf0g、BaTi0a等の他の酸化物を用いても良く
、混入Siの代わシにAJ、Ge、P、B等の他の物質
を混入させてもSiと同等の効果を得る。
なお、ポリシリコンz杯toaはシリコン基板の内極と
なる電極であるが、その形成方法は目出である。この電
&はポリシリコン層およびシリササイド層と順次積層し
たいわゆるポリサイド構造としても良い。
第2図は本発明を溝構造に適用したものであシ、縦断面
構造を示す図である。膜形成法は第1図で説明した方法
とほぼ同様であるが、溝内壁に均一な厚さを形成する必
要があることから、Siを混入したTaxes膜からな
る容:1JIlil102はCVD法によ多形成するの
が好ましい。この場合、例えばTa2’sの原料として
Taの有機化合物等、また混入Stの原料としてStの
有機化合物等を用いて、互いのキャリヤーガス流量を調
節することで容易に混入5t−iを制御する手法が簡便
である。
また電極103は、ポリシリコンをCVD法で形成すれ
ば、溝内部に極めて容易に電極を埋めこむことができる
。本実施例によれば第1図の実施例と同様にリーク電流
を大幅に低減でき、容量値の大きい容量が得られる。
なお、上記実施例では、Si基板上に容量を形成したが
、電極基板上に形成してもなんらかまわない。
また、上部電極にポリシリコンを用いたが、これに限定
されるものでな(、Ad、W、No  等の金属を用い
てもよい。
また、上記実施例において、TazOsiとSt基板と
の界面及びTag’s膜とポリシリコン電極との界面の
2つの界面付近でSi濃度が高くなってbるが、必要に
応じてどちらか一方のみSi濃度を高くするのも自由で
あシ、また2つの界面付近のSi濃度を異なったTaz
O5Mにするのも自由である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、Taxes膜等の金属酸
化膜にSi 、Ad 、Ge 、P、B等のうちいずれ
かひとつの原素が含まれ、かつ画数物質の濃度が膜内部
では低く、膜の両端部では高くなるように形成すること
によシ、基板St等からのTa2es膜等の金属酸化膜
への81の混入を防止でき、金属酸化膜と基板Si と
の界面及び金属酸化膜と電極との界面の乱れを防ぎ、そ
の結果、熱処理による金属酸化膜の多結晶化を防止する
効果がある。
また、膜内部の混入原素の濃度が低いため、混入原素に
よる容量膜の容量値の低下が小さくできるという効果も
ある。
以上のように本発明の構造を用いれば、リーク電流を低
減でき、かつ、容量値の低減が小さく、高誘電率材料の
性質をいかした容量膜を形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の縦断面図、第2図は本
発明の第2の実施例の縦断面図、第3図は本発明による
Stを含むTaxes膜中のSi濃度の深さプロファイ
ル図である。 101・・・・・・基板、102・・・・・・容量膜、
103・・・・・・電極。 旦L      ′島 代理人 弁理士  内 原   a(・。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  Ta_2O_5、TiO_2、Nb_2O_5、Hf
    O_2、ZrO_2、BTiO_3のうちのいずれかに
    、Si、Ae、Ge、P、Bのうちいずれかひとつの元
    素が含まれ、かつ、当該元素濃度が膜の表面および裏面
    付近で高く膜の内部で低く形成されていることを特徴と
    する容量膜。
JP61145398A 1986-06-20 1986-06-20 容量膜 Granted JPS632363A (ja)

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JPS632363A true JPS632363A (ja) 1988-01-07
JPH0553069B2 JPH0553069B2 (ja) 1993-08-09

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ID=15384335

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