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JP2002110910A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

Info

Publication number
JP2002110910A
JP2002110910A JP2000297702A JP2000297702A JP2002110910A JP 2002110910 A JP2002110910 A JP 2002110910A JP 2000297702 A JP2000297702 A JP 2000297702A JP 2000297702 A JP2000297702 A JP 2000297702A JP 2002110910 A JP2002110910 A JP 2002110910A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
oxide film
metal oxide
semiconductor device
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000297702A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hironobu Shibata
浩延 柴田
Yasuo Ebuchi
康男 江渕
Yasuharu Sugawara
保晴 菅原
Tomoyuki Iguchi
知之 井口
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2000297702A priority Critical patent/JP2002110910A/en
Publication of JP2002110910A publication Critical patent/JP2002110910A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To fully reduce the leakage current of a capacitor and to enhance the breakdown voltage of the capacitor. SOLUTION: A semiconductor device comprises a capacitor constituted by inserting a high dielectric film between a lower electrode 13 and an upper electrode 16. In this case, a dielectric film and the electrode 13, a silicon oxide film 14 and an amorphous Ta2O5 film 15 of high quality of a thickness of 6 to 10 nm are laminated on a cobalt silicide (CoSi2) film.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、キャパシタ絶縁膜
にTa2 5 等の金属酸化膜を用いたキャパシタを有す
る半導体装置及びその製造方法に関する。
The present invention relates to relates to a semiconductor device having a capacitor using a metal oxide film such as Ta 2 O 5 capacitor insulating film.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体製造技術の進歩はめざまし
く、素子の寸法は益々微細化されている。このような状
況で、TV用IC等のBip/BiCMOSデバイスに
おいては、スケーリング則に乗らない受動素子(キャパ
シタ,抵抗)の占有面積比が相対的に増大しつつある。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor manufacturing technology has made remarkable progress, and the dimensions of devices have been increasingly miniaturized. Under such circumstances, in Bip / BiCMOS devices such as TV ICs, the occupied area ratio of passive elements (capacitors, resistors) that do not follow the scaling law is relatively increasing.

【0003】現状では、キャパシタの絶縁体膜(誘電体
膜)として、シリコン酸化膜単層又はシリコン酸化膜/
窒化膜/シリコン酸化膜の3層構造が使用されている。
これらの誘電体を使用した場合の単位面積当たりの容量
は各々2.0,1.2fF/μm2 程度であり、さほど
大きくない。従って、今後デバイスの縮小を行う上で高
誘電体膜の使用が必須となるが、高誘電体膜ではリーク
特性,耐圧,信頼性等に問題があり、キャパシタ絶縁膜
に適用することは難しかった。
At present, as an insulator film (dielectric film) of a capacitor, a single silicon oxide film or a silicon oxide film / dielectric film is used.
A three-layer structure of a nitride film / silicon oxide film is used.
The capacitance per unit area when these dielectrics are used is about 2.0 and 1.2 fF / μm 2, respectively, which is not so large. Therefore, the use of a high-dielectric film is indispensable for reducing the size of devices in the future, but the high-dielectric film has problems in leak characteristics, withstand voltage, reliability, and the like, and has been difficult to apply to a capacitor insulating film. .

【0004】例えば、高誘電体膜としてTa2 5 を用
いたキャパシタが提案されている(特開平8−2796
01号公報)。しかし、この種のこのキャパシタにおい
ては、リーク電流特性が満足できるものではなく、また
その耐圧も低いため、高耐圧を要求されるデバイスには
適用できなかった。
For example, a capacitor using Ta 2 O 5 as a high dielectric film has been proposed (JP-A-8-2796).
No. 01). However, this type of capacitor does not have satisfactory leakage current characteristics and has a low withstand voltage, so that it cannot be applied to a device that requires a high withstand voltage.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、Ta
2 5 等の高誘電体をキャパシタ絶縁体膜に用いたキャ
パシタが提案されているが、この種のキャパシタはリー
ク電流特性が悪く、十分な耐圧を得ることは困難であっ
た。
As described above, the conventional Ta
Although a capacitor using a high dielectric material such as 2 O 5 as a capacitor insulator film has been proposed, this type of capacitor has poor leak current characteristics, and it has been difficult to obtain a sufficient withstand voltage.

【0006】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、キャパシタにおけるリ
ーク電流を十分低減でき、且つキャパシタの高耐圧化を
はかり得る半導体装置及びその製造方法を提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a semiconductor device capable of sufficiently reducing leakage current in a capacitor and increasing the breakdown voltage of the capacitor, and a method of manufacturing the same. Is to provide.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】(構成)上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。
(Structure) In order to solve the above problem, the present invention employs the following structure.

【0008】即ち本発明は、下部電極と上部電極との間
に誘電体膜を挿入してキャパシタを構成した半導体装置
であって、前記誘電体膜は、シリコン酸化膜と非晶質の
金属酸化膜との積層体であることを特徴とする。
That is, the present invention is a semiconductor device in which a dielectric film is inserted between a lower electrode and an upper electrode to constitute a capacitor, wherein the dielectric film is formed of a silicon oxide film and an amorphous metal oxide. It is characterized by being a laminate with a film.

【0009】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものが挙げられる。
Here, preferred embodiments of the present invention include the following.

【0010】(1) 金属酸化膜は、Ta2 5 であるこ
と。
(1) The metal oxide film is Ta 2 O 5 .

【0011】(2) 下部電極は、シリコン基板又は金属シ
リサイドであること。
(2) The lower electrode is a silicon substrate or metal silicide.

【0012】(3) 金属シリサイドを生成させる金属に、
シリコンよりも酸化物生成エネルギーの絶対値が小さな
物質を用いること。
(3) The metal that forms the metal silicide is
Use a substance whose absolute value of oxide formation energy is smaller than that of silicon.

【0013】(4) 下部電極として用いる金属シリサイド
は、コバルトシリサイド(CoSi 2 )又はニッケルシ
リサイド(NiSi)であること。
(4) Metal silicide used as lower electrode
Is cobalt silicide (CoSi Two) Or nickel
Reside (NiSi).

【0014】(5) 下部電極として用いる金属シリサイド
膜の表面凹凸が大きく、且つその上に均一な膜厚の金属
酸化膜を有すること。
(5) A metal silicide film used as a lower electrode has large surface irregularities, and has a metal oxide film having a uniform film thickness thereon.

【0015】(6) シリコン酸化膜の膜厚は、6〜10n
mであること。
(6) The thickness of the silicon oxide film is 6 to 10 n
m.

【0016】また本発明は、下部電極と上部電極との間
に誘電体膜を挿入してキャパシタを構成した半導体装置
であって、前記誘電体膜は、シリコン酸化膜と単結晶の
金属酸化膜との積層体であることを特徴とする。
Further, the present invention is a semiconductor device in which a capacitor is formed by inserting a dielectric film between a lower electrode and an upper electrode, wherein the dielectric film is a silicon oxide film and a single crystal metal oxide film. And a laminate of the above.

【0017】また本発明は、上記構造の半導体装置の製
造方法において、シリコン基板又は金属シリサイドから
なる下部電極上に、酸化性雰囲気でスパッタすることに
より非晶質の金属酸化膜を堆積する工程と、前記金属酸
化膜を結晶化する温度よりも低い温度で熱処理すること
により、該金属酸化膜と下部電極との間にシリコン酸化
膜を形成する工程と、前記金属酸化膜上に上部電極を形
成する工程とを含むことを特徴とする。
Further, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having the above structure, wherein a step of depositing an amorphous metal oxide film by sputtering in an oxidizing atmosphere on a silicon substrate or a lower electrode made of metal silicide. Forming a silicon oxide film between the metal oxide film and the lower electrode by performing a heat treatment at a temperature lower than a temperature at which the metal oxide film is crystallized; and forming an upper electrode on the metal oxide film. And a step of performing

【0018】また本発明は、上記構造の半導体装置の製
造方法において、シリコン基板又は金属シリサイドから
なる下部電極上に、所定温度の酸化性雰囲気でスパッタ
することにより非晶質の金属酸化膜を堆積すると共に、
該金属酸化膜と下部電極との間にシリコン酸化膜を形成
する工程と、前記金属酸化膜上に上部電極を形成する工
程とを含むことを特徴とする。
According to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device having the above structure, an amorphous metal oxide film is deposited on a silicon substrate or a lower electrode made of metal silicide by sputtering in an oxidizing atmosphere at a predetermined temperature. Along with
Forming a silicon oxide film between the metal oxide film and the lower electrode; and forming an upper electrode on the metal oxide film.

【0019】また本発明は、上記構造の半導体装置の製
造方法において、シリコン基板又は金属シリサイドから
なる下部電極上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前
記シリコン酸化膜上に酸化性雰囲気でスパッタすること
により非晶質の金属酸化膜を堆積する工程と、前記金属
酸化膜上に上部電極を形成する工程とを含むことを特徴
とする。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having the above structure, wherein a silicon oxide film is formed on a silicon substrate or a lower electrode made of metal silicide, and sputtering is performed on the silicon oxide film in an oxidizing atmosphere. A step of depositing an amorphous metal oxide film and a step of forming an upper electrode on the metal oxide film.

【0020】(作用)本発明によれば、下部電極上に高
誘電体膜を形成する際に非晶質の金属酸化膜を形成して
いるので、キャパシタにおけるリーク電流を十分低減で
き、キャパシタの高耐圧化をはかることができる。ここ
で、金属酸化膜が従来のように多結晶であると、結晶粒
界がシリコン酸化膜が成長し、リークの原因を作ると共
に安定性を悪くする。これに対し金属酸化膜が非晶質で
あると、結晶粒界が存在しないため、このような現象は
生じない。
(Operation) According to the present invention, since the amorphous metal oxide film is formed when the high dielectric film is formed on the lower electrode, the leakage current in the capacitor can be reduced sufficiently, High breakdown voltage can be achieved. Here, if the metal oxide film is polycrystalline as in the prior art, the silicon oxide film grows at the crystal grain boundaries, causing a leak and deteriorating the stability. On the other hand, when the metal oxide film is amorphous, such a phenomenon does not occur because there is no crystal grain boundary.

【0021】また、金属酸化膜が多結晶の場合は結晶粒
界にシリコン酸化膜がはみ出すため均一なシリコン酸化
膜を形成することは難しいが、非晶質の場合はこのよう
な現象も生じないため高品質のシリコン酸化膜を形成す
ることができる。なお、金属酸化膜が非晶質の場合、多
結晶よりは誘電率が低いのでキャパシタ容量の点では不
利であるが、高耐圧の観点からは格段に優れている。
When the metal oxide film is polycrystalline, it is difficult to form a uniform silicon oxide film because the silicon oxide film protrudes at the crystal grain boundaries. However, such a phenomenon does not occur when the metal oxide film is amorphous. Therefore, a high quality silicon oxide film can be formed. When the metal oxide film is amorphous, the dielectric constant is lower than that of polycrystal, which is disadvantageous in terms of the capacitance of the capacitor. However, from the viewpoint of high withstand voltage, it is much better.

【0022】このように本発明では、シリコン基板や金
属シリサイド上に極めて薄い良質のシリコン酸化膜を成
膜し、この上にタンタルオキサイド等の高誘電体膜を堆
積し積層構造とすることで、高耐圧を実現し従来以上の
容量密度の向上を行うことが可能となる。
As described above, in the present invention, an extremely thin high quality silicon oxide film is formed on a silicon substrate or metal silicide, and a high dielectric film such as tantalum oxide is deposited thereon to form a laminated structure. A high withstand voltage can be realized, and the capacity density can be improved more than before.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0024】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係わる半導体装置を示す素子構造断面図で
ある。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of an element structure showing a semiconductor device according to an embodiment.

【0025】図中の10はSi基板であり、この基板1
0の表面の素子分離領域には素子分離用絶縁膜11が埋
め込み形成されている。素子分離用絶縁膜11で囲まれ
た素子領域には金属シリコンサイドとしてのCoSi層
13が形成され、その上に極めて薄いシリコン酸化膜
(SiO2 )14が形成されている。薄いSiO2 膜1
4上にはキャパシタ絶縁膜としての非晶質のTa2 5
膜(金属酸化膜)15が形成され、その上に上部電極と
してのTiN膜16が形成されている。Ta2 5 膜1
5,TiN膜16等を形成した基板上には層間絶縁膜1
7が形成され、この絶縁膜17の一部にコンタクトホー
ルが形成されている。そして、絶縁膜17上及びコンタ
クトホール内にTiN/Ti等のバリアメタル18を介
してAl等の金属配線19が形成されている。
In the figure, reference numeral 10 denotes a Si substrate.
The element isolation insulating film 11 is buried in the element isolation region
It is embedded. Surrounded by the isolation insulating film 11
CoSi layer as metal silicon side
13 is formed thereon, and an extremely thin silicon oxide film is formed thereon.
(SiOTwo) 14 are formed. Thin SiOTwoMembrane 1
4 is formed of amorphous Ta as a capacitor insulating film.TwoOFive
A film (metal oxide film) 15 is formed, and an upper electrode and
TiN film 16 is formed. TaTwoO FiveMembrane 1
5, an interlayer insulating film 1 is formed on the substrate on which the TiN film 16 and the like are formed.
7 is formed, and a contact hole is formed on a part of the insulating film 17.
Is formed. Then, the insulating film 17 and the contour
Via a barrier metal 18 such as TiN / Ti
Thus, a metal wiring 19 of Al or the like is formed.

【0026】次に、本実施形態の半導体装置の製造方法
を、図2を参照して説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0027】まず、図2(a)に示すように、Si基板
10上の素子分離すべき部分に溝を掘り、この溝内に素
子分離用絶縁膜11を埋め込み形成する。続いて、基板
10の表面にシリコン酸化膜を形成し、キャパシタを形
成する部分の酸化膜を除去する。なお、図面上では、シ
ャロートレンチアイソレーション(STI)を作成しそ
の間にキャパシタを作るように描いている。このとき、
ソース,ドレイン,ゲート等の低抵抗化を行いたい部分
に関しても同時にシリコン酸化膜の除去を行ってもよ
い。
First, as shown in FIG. 2A, a groove is dug in a portion of the Si substrate 10 where an element is to be isolated, and an insulating film 11 for element isolation is buried in the groove. Subsequently, a silicon oxide film is formed on the surface of the substrate 10, and the portion of the oxide film where a capacitor is to be formed is removed. In the drawings, a shallow trench isolation (STI) is formed and a capacitor is formed therebetween. At this time,
The silicon oxide film may be removed at the same time from the source, the drain, the gate, and the like where the resistance is to be reduced.

【0028】次いで、図2(b)に示すように、基板1
0上の全面にコバルト(Co)/チタンナイトライド
(TiN)又はチタン(Ti)/TiN積層膜21を連
続堆積する。ここで、Coの代わりにニッケル(Ni)
等の金属を用いる方がよい場合もある。
Next, as shown in FIG.
Cobalt (Co) / titanium nitride (TiN) or a titanium (Ti) / TiN laminated film 21 is continuously deposited on the entire surface on the substrate 0. Here, nickel (Ni) instead of Co
In some cases, it is better to use a metal such as

【0029】次いで、図2(c)に示すように、600
℃程度の熱処理を施して、基板11の露出表面にCoS
i等のシリサイド膜13を形成した後、硫酸と過酸化水
素水の混合溶液にて未反応の余分な金属21を除去す
る。この熱処理時にCo上部にTiNをかぶせることで
CoSi膜13の表面平坦度が向上する。TiはCoと
Siとの反応をより促進したい場合に用いる。この後、
750℃程度の熱処理によりCoSi膜13を安定化さ
せる。
Next, as shown in FIG.
A heat treatment of about 10 ° C. is performed to expose CoS to the exposed surface of the substrate 11.
After forming the silicide film 13 such as i, the unreacted excess metal 21 is removed with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution. By coating TiN on Co at the time of this heat treatment, the surface flatness of the CoSi film 13 is improved. Ti is used when it is desired to further promote the reaction between Co and Si. After this,
The CoSi film 13 is stabilized by a heat treatment at about 750 ° C.

【0030】次いで、図2(d)に示すように、キャパ
シタ絶縁膜としてのタンタルオキサイド(Ta2 5
膜15を、Ar及びO2 混合ガスを用いた反応性スパッ
タ法にて15nmの厚さに堆積する。このTa2 5
15の堆積後、酸化性雰囲気で500〜700℃で加熱
することで、図2(e)に示すように、Ta2 5 膜1
5自体を綴密化すると同時に下地シリサイド電極13と
の間に極めて薄い、例えば8nmのシリコンの薄い酸化
膜(SiO2 )14を生成する。
Next, as shown in FIG. 2D, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) is used as a capacitor insulating film.
The film 15 is deposited to a thickness of 15 nm by a reactive sputtering method using a mixed gas of Ar and O 2 . After the Ta 2 O 5 film 15 is deposited, the Ta 2 O 5 film 1 is heated at 500 to 700 ° C. in an oxidizing atmosphere, as shown in FIG.
At the same time, a very thin, for example, 8 nm silicon oxide film (SiO 2 ) 14 of 8 nm is formed between the underlayer 5 and the underlying silicide electrode 13.

【0031】ここで、図2(b)に示す積層膜21の形
成の際にTiNのキャップ層を用いないことで表面凹凸
の大きなCoSi膜を生成することもできる。この場合
は、Ta2 5 膜の成膜方法として、ペンダエトキシタ
ンタル(Ta(OC2 5 5 )とO2 を原料ガスとし
たCVD法にて堆積する。このように、表面凹凸を大き
くし均一な成膜方法を用いることで、耐圧を損なうこと
なくキャパシタ面積を増してより大きな容量密度を得る
こともできる。
Here, the shape of the laminated film 21 shown in FIG.
By using no TiN cap layer at the time of formation,
It is also possible to produce a CoSi film having a large value. in this case
Is TaTwoOFivePendaethoxyta
(Ta (OCTwoHFive) Five) And OTwoAs the source gas
It is deposited by a CVD method. Thus, the surface irregularities are large.
By using a uniform film forming method, the breakdown voltage is impaired.
And increase capacitance area by increasing capacitor area
You can also.

【0032】次いで、図2(f)に示すように、Ta,
Ti,W及びこれらの窒化物等を上部電極16として形
成する。続いて、RIE等により、上部電極16とTa
2 5 膜15をキャパシタ形状に加工する。このときの
寸法は、酸化膜を開口したときよりも大きくとる。図で
は、素子分離絶縁膜11で囲まれた素子領域よりも大き
くする。
Next, as shown in FIG.
Ti, W and nitrides thereof are formed as the upper electrode 16.
To achieve. Subsequently, the upper electrode 16 and the Ta
TwoO FiveThe film 15 is processed into a capacitor shape. At this time
The dimensions are larger than when the oxide film is opened. In the figure
Is larger than the element region surrounded by the element isolation insulating film 11.
Make

【0033】これ以降は、全面に層間絶縁膜17を形成
した後、コンタクト開口のためにキャパシタ上部の絶縁
膜を除去する。このとき、同時にソース/ドレイン/ゲ
ート等のコンタクトを開口してもよい。この後、金属配
線19を形成することによって、前記図1に示す構造が
得られる。なお、Ta2 5 膜15の形成以降は700
℃以上の工程を避けアモルファス状態を保持するような
工程を行っている。
Thereafter, after the interlayer insulating film 17 is formed on the entire surface, the insulating film on the capacitor is removed for the contact opening. At this time, contacts such as source / drain / gate may be opened at the same time. Thereafter, the structure shown in FIG. 1 is obtained by forming the metal wiring 19. Note that after the formation of the Ta 2 O 5 film 15, 700
A process for maintaining an amorphous state is performed by avoiding a process at a temperature higher than or equal to ° C.

【0034】このようにして製造された本装置において
は、高誘電体膜としてのTa2 5膜15が非晶質であ
り、更にこの膜15と下地電極13との間に極めて薄い
良質のSiO2 膜14が形成されるため、リーク電流が
少なく、耐圧の向上をはかることができた。また、下部
電極13に金属シリサイドを用いることで、サリサイド
プロセスと整合のとれたプロセスが可能となる。
In the device thus manufactured, the Ta 2 O 5 film 15 as a high dielectric film is amorphous, and furthermore, a very thin high quality Ta 2 O 5 film is provided between the film 15 and the base electrode 13. Since the SiO 2 film 14 was formed, the leakage current was small, and the withstand voltage could be improved. In addition, by using metal silicide for the lower electrode 13, a process compatible with the salicide process can be performed.

【0035】本発明者らの実験によれば、図1のような
構成において、SiO2 膜14の膜厚を変えてキャパシ
タ密度を測定したところ、図3(a)に示すような結果
が得られた。即ち、SiO2 の膜厚が厚くなるほどキャ
パシタ密度が低下する傾向にあり、10nmを越えると
キャパシタ密度が大幅に低下する。つまり、SiO2
膜厚が10nm以下であれば十分大きなキャパシタ密度
が得られる。また、SiO2 膜の膜厚を変えてリーク電
流を測定したところ、図3(b)に示すような結果が得
られた。即ち、SiO2 の膜厚が厚くなるほどリーク電
流を減少する傾向にあり、特に膜厚が6nm以上になる
とリーク電流が十分小さくなっている。従って、SiO
2 の膜厚を6〜10nmに設定すれば良好な素子特性が
得られると考えられる。
According to the experiment by the present inventors, when the capacitor density was measured while changing the thickness of the SiO 2 film 14 in the configuration shown in FIG. 1, the result shown in FIG. 3A was obtained. Was done. That is, as the thickness of SiO 2 increases, the capacitor density tends to decrease. When the thickness exceeds 10 nm, the capacitor density significantly decreases. That is, if the film thickness of SiO 2 is 10 nm or less, a sufficiently large capacitor density can be obtained. When the leak current was measured while changing the thickness of the SiO 2 film, the result as shown in FIG. 3B was obtained. That is, as the thickness of SiO 2 increases, the leak current tends to decrease. In particular, when the thickness is 6 nm or more, the leak current decreases sufficiently. Therefore, SiO
It is considered that good device characteristics can be obtained by setting the film thickness of 2 to 6 to 10 nm.

【0036】(第2の実施形態)図4は、本発明の第2
の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図
である。なお、図2と同一部分には同一符号を付して、
その詳しい説明は省略する。
(Second Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the embodiment. The same parts as those in FIG.
Detailed description is omitted.

【0037】本実施形態が先に説明した第1の実施形態
と異なる点は、キャパシタ絶縁膜となるTa2 5 膜及
びSiO2 膜の形成方法にある。
This embodiment is different from the first embodiment described above in the method of forming the Ta 2 O 5 film and the SiO 2 film which will be the capacitor insulating films.

【0038】図4(a)に示すように、素子分離絶縁膜
11で囲まれた素子領域の表面にCoSi等のシリサイ
ド膜13を形成するまでは第1の実施形態と同様であ
る。この後、本実施形態では、図4(b)に示すよう
に、Ta2 5 膜15をAr及びO2 混合ガスを用いた
反応性スパッタ法にて堆積するが、この際に基板を30
0℃に加熱することにより、Ta2 5 膜15の形成と
同時にSiO2 膜14を形成する。
As shown in FIG. 4A, the process is the same as that of the first embodiment until a silicide film 13 of CoSi or the like is formed on the surface of the device region surrounded by the device isolation insulating film 11. Thereafter, in this embodiment, as shown in FIG. 4B, a Ta 2 O 5 film 15 is deposited by a reactive sputtering method using a mixed gas of Ar and O 2.
By heating to 0 ° C., the SiO 2 film 14 is formed simultaneously with the formation of the Ta 2 O 5 film 15.

【0039】これ以降は第1の実施形態と同様に、上部
電極16の形成、キャパシタ形状への加工、層間絶縁膜
17の形成、コンタクトの開口、金属配線19の形成等
を行うことによって、前記図1に示す構造が得られる。
Thereafter, as in the first embodiment, the upper electrode 16 is formed, processed into a capacitor shape, an interlayer insulating film 17 is formed, a contact opening is formed, and a metal wiring 19 is formed. The structure shown in FIG. 1 is obtained.

【0040】このように本実施形態によれば、高誘電体
膜としてのTa2 5 膜15の堆積時に基板温度を30
0℃程度に保つことにより、Ta2 5 膜15と下地の
シリサイド電極13との間に良質のSiO2 膜14を形
成することができる。従って、第1の実施形態と同様の
効果が得られる。
As described above, according to the present embodiment, when the Ta 2 O 5 film 15 as the high dielectric film is deposited, the substrate temperature is set at 30.
By maintaining the temperature at about 0 ° C., a high-quality SiO 2 film 14 can be formed between the Ta 2 O 5 film 15 and the underlying silicide electrode 13. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0041】(第3の実施形態)図5は、本発明の第3
の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図
である。なお、図2と同一部分には同一符号を付して、
その詳しい説明は省略する。
(Third Embodiment) FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the embodiment. The same parts as those in FIG.
Detailed description is omitted.

【0042】本実施形態が先に説明した第1の実施形態
と異なる点は、キャパシタ絶縁膜となるTa2 5 膜及
びSiO2 膜の形成方法にある。
This embodiment is different from the first embodiment described above in a method of forming a Ta 2 O 5 film and a SiO 2 film which are to be a capacitor insulating film.

【0043】図5(a)に示すように、素子分離絶縁膜
11で囲まれた素子領域の表面にCoSi等のシリサイ
ド膜13を形成するまでは第1の実施形態と同様であ
る。この後、本実施形態では、図5(b)に示すよう
に、ドライO2 雰囲気、900℃でアニールを行い、8
nm程度の膜厚のSiO2 膜14を形成した。
As shown in FIG. 5A, the process is the same as that of the first embodiment until a silicide film 13 of CoSi or the like is formed on the surface of the device region surrounded by the device isolation insulating film 11. Thereafter, in this embodiment, as shown in FIG. 5B, annealing is performed in a dry O 2 atmosphere at 900 ° C.
An SiO 2 film 14 having a thickness of about nm was formed.

【0044】次いで、図5(c)に示すように、Ar及
びO2 混合ガスを用いた反応性スパッタ法にてTa2
5 膜15を15nmの厚さに堆積した。
Next, as shown in FIG. 5C, Ta 2 O is formed by a reactive sputtering method using a mixed gas of Ar and O 2.
5 Film 15 was deposited to a thickness of 15 nm.

【0045】これ以降は第1の実施形態と同様に、上部
電極16の形成、キャパシタ形状への加工、層間絶縁膜
17の形成、コンタクトの開口、金属配線19の形成等
を行うことによって、前記図1に示す構造が得られる。
Thereafter, as in the first embodiment, the upper electrode 16 is formed, processed into a capacitor shape, an interlayer insulating film 17 is formed, a contact opening is formed, and a metal wiring 19 is formed. The structure shown in FIG. 1 is obtained.

【0046】このように本実施形態によれば、高誘電体
膜としてのTa2 5 の堆積前に、ドライO2 雰囲気で
900℃のアニール処理を施すことにより、下地のシリ
サイド電極13上に良質のSiO2 膜14を形成するこ
とができる。従って、第1の実施形態と同様の効果が得
られる。
As described above, according to the present embodiment, annealing of 900 ° C. in a dry O 2 atmosphere is performed on the underlying silicide electrode 13 before Ta 2 O 5 is deposited as a high dielectric film. A high quality SiO 2 film 14 can be formed. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0047】(変形例)なお、本発明は上述した各実施
形態に限定されるものではない。キャパシタ絶縁膜とし
て用いる金属酸化膜の金属はTaに限るものではなく、
Tiを用いることもできる。さらに、酸化膜となった状
態で絶縁性を有し、十分に高い誘電率を有する金属であ
れば用いることが可能である。
(Modification) The present invention is not limited to the above embodiments. The metal of the metal oxide film used as the capacitor insulating film is not limited to Ta,
Ti can also be used. Further, any metal having an insulating property in an oxide film state and having a sufficiently high dielectric constant can be used.

【0048】また、実施形態では金属酸化膜を非晶質に
形成したが、これは多結晶のように結晶粒界が存在する
と均一で良質のシリコン酸化膜が得られないためであ
る。この観点からすると、金属酸化膜が単結晶であって
も同様の効果が期待できる。つまり、本発明のキャパシ
タ絶縁膜はシリコン酸化膜と単結晶の金属酸化膜の積層
であってもよい。
In the embodiment, the metal oxide film is formed to be amorphous because a uniform and high-quality silicon oxide film cannot be obtained if there is a crystal grain boundary such as polycrystal. From this viewpoint, the same effect can be expected even if the metal oxide film is a single crystal. That is, the capacitor insulating film of the present invention may be a laminate of a silicon oxide film and a single crystal metal oxide film.

【0049】また、下地電極としての金属シリサイドは
酸素と反応してシリコン酸化膜を形成する必要があるた
め、シリコンよりも酸化物生成エネルギーの絶対値が小
さな物質であるのが望ましい。また、下地電極は必ずし
も金属シリコンサイドに限るものではなく、シリコン層
であってもよい。図6にその一例を示しておく。図中の
30はp型シリコン基板、31はn型シリコン層、32
はn+ 型シリコン層である。このように下地電極13が
シリコン層32であっても、金属酸化膜15と下地電極
13との間に良質のシリコン酸化膜14を形成できるの
で、本発明と同様の効果が期待できる。
Since the metal silicide as the base electrode needs to react with oxygen to form a silicon oxide film, it is desirable that the metal silicide be a substance having a smaller absolute value of oxide generation energy than silicon. Further, the underlying electrode is not necessarily limited to the metal silicon side, but may be a silicon layer. FIG. 6 shows an example thereof. In the figure, 30 is a p-type silicon substrate, 31 is an n-type silicon layer, 32
Is an n + type silicon layer. As described above, even when the underlying electrode 13 is the silicon layer 32, a high-quality silicon oxide film 14 can be formed between the metal oxide film 15 and the underlying electrode 13, so that the same effect as the present invention can be expected.

【0050】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、高
誘電体であることが要求されるキャパシタ絶縁膜とし
て、シリコン酸化膜とTa2 5 等の非晶質の金属酸化
膜との積層体を用いることにより、キャパシタにおける
リーク電流を十分低減でき、且つキャパシタの高耐圧化
をはかることができる。そして、積層膜の各々単独で
は、高耐圧を要求されるデバイスに対応できないが、上
記の積層構造とすることで、高耐圧かつ従来より高容量
密度のデバイスに対応できる。
According to the present invention as described in detail above, as a capacitor insulating film to be a high dielectric is required, and the amorphous metal oxide film such as a silicon oxide film and a Ta 2 O 5 By using the laminated body of the above, the leakage current in the capacitor can be sufficiently reduced and the withstand voltage of the capacitor can be increased. Although each of the laminated films alone cannot cope with a device that requires a high withstand voltage, the above-described laminated structure can cope with a device with a high withstand voltage and a higher capacity density than the conventional device.

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

【図1】第1の実施形態に係わる半導体装置を示す素子
構造断面図。
FIG. 1 is an element structure sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment.

【図2】第1の実施形態における半導体装置の製造工程
を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment;

【図3】シリコン酸化膜の膜厚とキャパシタ密度及びリ
ーク電流との関係を示す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a film thickness of a silicon oxide film, a capacitor density, and a leak current.

【図4】第2の実施形態における半導体装置の製造工程
を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment;

【図5】第3の実施形態における半導体装置の製造工程
を示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the third embodiment;

【図6】本発明の変形例を示す素子構造断面図。FIG. 6 is a sectional view of an element structure showing a modification of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…Si基板 11…素子分離絶縁膜 13…CoSi膜(下地電極) 14…SiO2 膜 15…Ta2 5 膜(金属酸化膜) 16…TiN膜(上部電極) 17…層間絶縁膜 18…バリアメタル 19…Al膜(金属配線) 30…p型シリコン基板 31…n型シリコン層 32…n+ 型シリコン層10 ... Si substrate 11 ... the element isolation insulating film 13 ... CoSi film (underlying electrode) 14 ... SiO 2 film 15 ... Ta 2 O 5 film (metal oxide film) 16 ... TiN film (upper electrode) 17 ... interlayer insulation film 18 ... Barrier metal 19 ... Al film (metal wiring) 30 ... p-type silicon substrate 31 ... n-type silicon layer 32 ... n + type silicon layer

フロントページの続き (72)発明者 菅原 保晴 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 井口 知之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Fターム(参考) 5F038 AC05 AC16 AC17 AC18 EZ17 EZ20 Continuing from the front page (72) Inventor: Hoharu Sugawara 1st, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Microelectronics Center Co., Ltd. Address F-term in Toshiba Microelectronics Center (reference) 5F038 AC05 AC16 AC17 AC18 EZ17 EZ20

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】下部電極と上部電極との間に誘電体膜を挿
入してキャパシタを構成した半導体装置であって、 前記誘電体膜は、シリコン酸化膜と非晶質の金属酸化膜
との積層体であることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device comprising a capacitor formed by inserting a dielectric film between a lower electrode and an upper electrode, wherein the dielectric film is formed of a silicon oxide film and an amorphous metal oxide film. A semiconductor device, which is a laminate.
【請求項2】前記金属酸化膜は、Ta2 5 であること
を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said metal oxide film is made of Ta 2 O 5 .
【請求項3】前記下部電極は、シリコン基板又は金属シ
リサイドであることを特徴とする請求項1記載の半導体
装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said lower electrode is a silicon substrate or a metal silicide.
【請求項4】前記金属シリサイドを生成させる金属に、
シリコンよりも酸化物生成エネルギーの絶対値が小さな
物質を用いることを特徴とする請求項3記載の半導体装
置。
4. A metal for producing the metal silicide,
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein a substance having an absolute value of an oxide generation energy smaller than that of silicon is used.
【請求項5】前記シリコン酸化膜の膜厚は、6〜10n
mであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
5. The silicon oxide film has a thickness of 6 to 10 n.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein m is m.
【請求項6】シリコン基板又は金属シリサイドからなる
下部電極上に、酸化性雰囲気でスパッタすることにより
非晶質の金属酸化膜を堆積する工程と、前記金属酸化膜
を結晶化する温度よりも低い温度で熱処理することによ
り、該金属酸化膜と下部電極との間にシリコン酸化膜を
形成する工程と、前記金属酸化膜上に上部電極を形成す
る工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
6. A step of depositing an amorphous metal oxide film by sputtering in an oxidizing atmosphere on a silicon substrate or a lower electrode made of a metal silicide, and lowering the temperature than the temperature at which the metal oxide film is crystallized. A heat treatment at a temperature to form a silicon oxide film between the metal oxide film and the lower electrode; and a step of forming an upper electrode on the metal oxide film. Production method.
【請求項7】シリコン基板又は金属シリサイドからなる
下部電極上に、所定温度の酸化性雰囲気でスパッタする
ことにより非晶質の金属酸化膜を堆積すると共に、該金
属酸化膜と下部電極との間にシリコン酸化膜を形成する
工程と、前記金属酸化膜上に上部電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. An amorphous metal oxide film is deposited on a silicon substrate or a lower electrode made of metal silicide by sputtering in an oxidizing atmosphere at a predetermined temperature, and an amorphous metal oxide film is deposited between the metal oxide film and the lower electrode. Forming a silicon oxide film on the metal oxide film, and forming an upper electrode on the metal oxide film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010515278A (en) * 2007-01-01 2010-05-06 サンディスク コーポレイション Integrated circuit and method with two types of decoupling capacitors

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