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JPH0456160A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JPH0456160A
JPH0456160A JP2163738A JP16373890A JPH0456160A JP H0456160 A JPH0456160 A JP H0456160A JP 2163738 A JP2163738 A JP 2163738A JP 16373890 A JP16373890 A JP 16373890A JP H0456160 A JPH0456160 A JP H0456160A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
capacitor
insulating film
film
capacitor insulating
tantalum oxide
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
JP2163738A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyotarou Imai
馨太郎 今井
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 JP2163738A priority Critical patent/JPH0456160A/en
Publication of JPH0456160A publication Critical patent/JPH0456160A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PURPOSE:To ensure a sufficient capacitor capacitance and to enhance reliability by a method wherein a tantalum oxide film is used as a capacitor insulating film and regions, as an upper-part electrode and a lower-part electrode, which come into contact with at least the capacitor insulating film are constituted of a material by which the arithmetic mean of work function values becomes a specific value. CONSTITUTION:When a DRAM of a laminated memory cell structure is manufactured, a tungsten film 109 is formed and patterned and a capacitor lower-part electrode 109 is formed. After that, a tantalum oxide film to be used as a capacitor insulating film 110 is formed by a CVD method. Lastly, a platinum film as a capacitor upper-part electrode 111 is formed on the whole surface; after that, it is patterned by using a photoetching method; a memory cell is formed. The tantalum oxide film 110 is used as the capacitor insulating film; a material whose arithmetic means of work function values is 4.7eV+ or -0.2eV is used for the upper-part and lower-part electrodes. Thereby, even when this semiconductor device is integrated highly, a leakage current is reduced, a sufficient capacitor capacitance is maintained and a charge-holding ability can be increased.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体装置に係り、特にDRAM等における
キャパシタ構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a capacitor structure in a DRAM or the like.

(従来の技術) 半導体装置の1つに、キャパシタとトランジスタとを組
み合わせて情報の記憶動作を行うDRAM  (Dyn
naa+ic  RandolW Access  r
ead  write  Memory)かある。
(Prior Art) One of the semiconductor devices is a DRAM (Dyn
naa+ic RandolW Access r
ead write Memory).

近年、半導体技術の進歩、特に微細加工技術の進歩によ
り、いわゆるMO5型DRAMの高集積化、大容量化か
急速に進められている。
In recent years, due to advances in semiconductor technology, particularly advances in microfabrication technology, so-called MO5 type DRAMs are rapidly becoming more highly integrated and have larger capacities.

この高集積化に伴い、情報(電荷)を蓄積するキャパシ
タの面積は減少し、この結果メモリ内容が誤って読み出
されたり、あるいはα線等によりメモリ内容が破壊され
るソフトエラーなどが問題になっている。
With this increase in integration, the area of capacitors that store information (charge) has decreased, resulting in problems such as erroneous reading of memory contents or soft errors in which memory contents are destroyed by alpha rays, etc. It has become.

さらに、キャパシタ面積の減少のみならず、素子パター
ンの高精度化への要求から厚さ方向の寸法も薄くする必
要性が高まってきている。このようななかにあって、キ
ャパシタ絶縁膜も薄くなる一方であり、側面でのキャパ
シタ容量がほとんど得られなくなって6きている。
Furthermore, there is an increasing need not only to reduce the capacitor area, but also to reduce the dimension in the thickness direction due to the demand for higher precision of element patterns. Under these circumstances, capacitor insulating films are becoming thinner and thinner, and it has become almost impossible to obtain capacitor capacitance on the side surfaces.

従来キャパシタ絶縁膜としては、酸化シリコン膜が用い
られているが、微細化によるキャパシタ容量の低下を補
うべく、酸化シリコン膜よりも誘電率の大きい窒化シリ
コン膜や酸化タンタル膜を絶縁膜として用いることが検
討されている。
Conventionally, silicon oxide films have been used as capacitor insulating films, but in order to compensate for the decrease in capacitor capacity due to miniaturization, silicon nitride films or tantalum oxide films, which have a higher dielectric constant than silicon oxide films, are used as insulating films. is being considered.

特に、酸化タンタルの誘電率は酸化シリコンに比べて約
7倍程度も大きいため、期待されている材料である。
In particular, tantalum oxide is a promising material because its dielectric constant is about seven times higher than that of silicon oxide.

しかし、酸化タンタルのバンドギャップは約4゜7eV
と小さいため、リーク電流が大きいことが問題となって
いる。このようなリーク電流を抑制するために、例えば
下地シリコンと酸化タンタルとの界面に、よりバンドギ
ャップの大きい酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を設け
る方法が提案されている。
However, the band gap of tantalum oxide is about 4°7 eV.
Since the current is small, the problem is that the leakage current is large. In order to suppress such leakage current, a method has been proposed in which, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film with a larger band gap is provided at the interface between the underlying silicon and tantalum oxide.

しかしなから、膜厚の制限があるなかで、誘電率の小さ
い酸化シリコンや窒化シリコンを介在させるということ
は、その分、キャパシタ容量の低下を招くことになって
しまう。
However, given the limitations on film thickness, interposing silicon oxide or silicon nitride, which have a low dielectric constant, leads to a corresponding decrease in capacitance.

このように、十分なキャパシタ容量を確保しつつリーク
電流の抑制をはかることは極めて困難な問題となってい
る。
As described above, it is extremely difficult to suppress leakage current while ensuring sufficient capacitor capacity.

(発明か解決しようとする課題) このように、従来のキャパシタにおいては、十分なキャ
パシタ容量を確保しつつリーク電流の抑制をはかること
は極めて困難であった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in conventional capacitors, it is extremely difficult to suppress leakage current while ensuring sufficient capacitance.

本発明は、前記実情に鑑みてなされたものて、メモリセ
ル占有面積の縮小化にもがかわらず、十分なキャパシタ
容量を確保することができ、信頼性の高いキャパシタを
提供することを目的とする。
The present invention was made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a highly reliable capacitor that can secure sufficient capacitor capacity despite the reduction in the area occupied by memory cells. do.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) そこで本発明では、酸化タンタル膜をキャパシタ絶縁膜
として用いると共に、上下電極としては少なくともキャ
パシタ絶縁膜と接する領域を仕事関数の値の相加平均が
4.5eV以上4.9eV以下となるような材料で構成
している。
(Means for Solving the Problems) Therefore, in the present invention, a tantalum oxide film is used as a capacitor insulating film, and the arithmetic average of the work function values of at least the regions in contact with the capacitor insulating film as the upper and lower electrodes is 4.5 eV or more. It is made of a material that provides a voltage of 4.9 eV or less.

望ましくは、上部電極の少なくともキャパシタ絶縁膜と
接する領域はタングステンから構成され、下部電極の少
なくともキャパシタ絶縁膜と接する領域はタングステン
との仕事関数の相加平均が4゜5eV以上4.9eV以
下となるように選択された材料で構成されている。
Preferably, at least a region of the upper electrode in contact with the capacitor insulating film is made of tungsten, and at least a region of the lower electrode in contact with the capacitor insulating film has an arithmetic average work function with tungsten of 4°5 eV or more and 4.9 eV or less. It is made of materials selected as such.

望ましくは、下部電極としてn十型多結晶シリコンまた
はタングステンを用いると共に、上部電極、とじては、
ニッケルあるいはパラジウムを用いるようにしている。
Preferably, the lower electrode is made of n0 type polycrystalline silicon or tungsten, and the upper electrode is made of:
I try to use nickel or palladium.

(作用) まず、酸化タンタル膜と上下電極のバンド図を考えてみ
よう。
(Function) First, let's consider the band diagram of the tantalum oxide film and the upper and lower electrodes.

上部電極および下部電極の仕事関数を、φφ2とすると
それぞれの障壁高さV、、V2および膜に生じる電位差
ΔVは図に示すように表される。
Letting the work functions of the upper electrode and the lower electrode be φφ2, the respective barrier heights V, , V2 and the potential difference ΔV generated in the membrane are expressed as shown in the figure.

酸化タンタル膜中の伝導は、Pool−Frencke
 l型であるとされ、電流は障壁高さと膜に印加される
電圧によって決まる。このため、流れる電流量を見積も
るための近似的な目安として、絶縁膜における禁制帯の
広さをとることができる。
Conduction in tantalum oxide films is based on the Pool-Frencke
It is said to be type l, and the current is determined by the barrier height and the voltage applied to the membrane. Therefore, the width of the forbidden band in the insulating film can be used as an approximate guide for estimating the amount of current flowing.

そして障壁高さV、、V2のいずれもが小さい場合は、
フェルミレベルよりも上に位置する禁制帯の広さが小さ
くなるため、電子電流が流れやすくなる。
And if both barrier heights V, V2 are small,
The forbidden band above the Fermi level becomes smaller, making it easier for electron current to flow.

一方、障壁高さV、、V2のいずれもが大きい場合は、
フェルミレベルよりも下に位置する禁制帯の広さが小さ
くなるため、正孔電流が流れやすくなる。これらの電流
は禁制帯の広さが小さくなるにつれて、指数関数的に増
大するため、フェルミレベルの上下に位置する禁制帯の
広さが等しいときにも最もリーク電流が小さくなること
がわかる。このような条件は、図からあきらかなように
、φ7.φ2の平均値が4.7eVである場合である。
On the other hand, if both barrier heights V, V2 are large,
Since the width of the forbidden band below the Fermi level becomes smaller, hole current flows more easily. Since these currents increase exponentially as the width of the forbidden band becomes smaller, it can be seen that the leakage current is the smallest even when the width of the forbidden bands located above and below the Fermi level is equal. As is clear from the figure, such conditions apply to φ7. This is a case where the average value of φ2 is 4.7 eV.

さらに、一方の電極をタングステンとし、他方の電極材
料を種々選択して、リーク電流を測定した。その結果を
仕事関数の平均を横軸とし、そのときの電界強度6MV
におけるリーク電流の値を縦軸としてプロットした図を
第5図に示す。
Furthermore, leakage current was measured using tungsten as one electrode and variously selected materials for the other electrode. The horizontal axis is the average of the work function, and the electric field strength at that time is 6 MV.
FIG. 5 shows a diagram in which the value of leakage current is plotted on the vertical axis.

この結果から、上下の電極をその仕事関数の平均値が4
.7eV±0.2eV以内に収まるようにと選ぶことに
よって、リーク電流を1オ一ダー以内に抑制することが
できることがわかる。この程度のリーク電流に抑えるこ
とにより、LSI用に適した高信頼性の上ヤパシタを提
供することができる。
From this result, the average value of the work function of the upper and lower electrodes is 4.
.. It can be seen that by selecting a value within 7 eV±0.2 eV, the leakage current can be suppressed to within one order of magnitude. By suppressing the leakage current to this level, a highly reliable upper capacitor suitable for LSI can be provided.

電極材料として用いられるものの仕事関数を次表に示す
The work functions of materials used as electrode materials are shown in the table below.

表 この表から、例えば、下部電極にn生型多結晶シリコン
またはタングステンの場合、上部電極としてはニッケル
、パラジウムまたはp生長結晶シリコンを選択するよう
にすればよい。
From this table, for example, when the lower electrode is made of n-grown polycrystalline silicon or tungsten, the upper electrode may be selected from nickel, palladium, or p-grown crystalline silicon.

このように、本発明によれば、リーク電流が少なく十分
なキャパシタ容量を有し、優れた電荷保持能力を有する
キャパシタを提供することが可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a capacitor that has low leakage current, sufficient capacitance, and excellent charge retention ability.

なお、上下の電極をその仕事関数の平均値か4゜7eV
となるように選択するのが理想的であるが、±0.2e
V程度以内に収まればよい。
Note that the upper and lower electrodes are set at the average value of their work functions, or 4°7 eV.
Ideally, it should be selected so that ±0.2e
It suffices if it falls within about V.

(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図(a)乃至第1図(d)は、下部電極としてタン
グステン、キャパシタ絶縁膜として酸化タンタル、上部
電極としてパラジウムを用いた、本発明実施例の積層形
メモリセル構造のDRAMの製造工程図である。
1(a) to 1(d) show the manufacturing process of a DRAM with a stacked memory cell structure according to an embodiment of the present invention, using tungsten as the lower electrode, tantalum oxide as the capacitor insulating film, and palladium as the upper electrode. It is a diagram.

まず、第1図(a)に示すように、不純物濃度1015
〜1016c−程度のp型のシリコン基板1゜1内に、
通常のLOCOS法により素子分離絶縁膜102を形成
する。そして、熱酸化法により膜厚200n■の酸化シ
リコン層103および300nI11の多結晶シリコン
層104を堆積し、フォトリソ法および反応性イオンエ
ツチング法によってこれらをパターニングし、ゲート絶
縁膜103およびゲート電極104を形成する。さらに
、このケート電極104をマスクとしてAsイオンをイ
オン注入し、n−形波散層105からなるソース・ドレ
イン領域を形成し、スイッチングトランジスタとしての
MOSFETを形成する。
First, as shown in FIG. 1(a), the impurity concentration is 1015.
Within 1°1 of a p-type silicon substrate of ~1016c-,
An element isolation insulating film 102 is formed by a normal LOCOS method. Then, a silicon oxide layer 103 with a thickness of 200nI and a polycrystalline silicon layer 104 with a thickness of 300nI are deposited by a thermal oxidation method, and patterned by a photolithography method and a reactive ion etching method to form a gate insulating film 103 and a gate electrode 104. Form. Furthermore, using this gate electrode 104 as a mask, As ions are implanted to form source/drain regions consisting of an n-type wave dispersion layer 105, thereby forming a MOSFET as a switching transistor.

さらに、第1図(b)に示すように、この上層に、CV
D法により、膜厚1500A程度の酸化シリコン膜10
6を堆積したのち、フォトリソ法および反応性、イオン
エツチングにより、ストレージ・ノード・コンタクト1
07を形成する。
Furthermore, as shown in FIG. 1(b), in this upper layer, CV
A silicon oxide film 10 with a thickness of about 1500A is formed by the D method.
6, the storage node contact 1 is formed by photolithography, reactive etching, and ion etching.
07 is formed.

こののち、第1図(C)に示すように、全面に膜厚80
0Aの多結晶シリコン膜108を堆積しドーピングを行
った後、フォトリソ法および化学的ドライエツチング法
(等方性エツチング)により、パターニングし、さらに
この上層にスパッタリング法によりタングステン膜10
9を形成してパタニングし、キャパシタ下部電極109
を形成する。この後、CVD法によりキャパシタ絶縁膜
110となる酸化タンタル膜を形成する。
After this, as shown in FIG. 1(C), a film thickness of 80 mm is applied to the entire surface.
After depositing and doping a 0A polycrystalline silicon film 108, it is patterned by photolithography and chemical dry etching (isotropic etching), and then a tungsten film 10 is formed on top of this by sputtering.
9 is formed and patterned to form a capacitor lower electrode 109.
form. Thereafter, a tantalum oxide film that will become the capacitor insulating film 110 is formed by CVD.

そして最後に、第1図(d)に示すように、キャパシタ
上部電極11]としてプラチナ膜を全面に形成した後、
通常の写真食刻法を用いてパターニングし、メモリセル
を形成する。
Finally, as shown in FIG. 1(d), after forming a platinum film on the entire surface as the capacitor upper electrode 11,
Patterning is performed using conventional photolithography to form memory cells.

このようにして形成されたDRAMのリーク電流特性を
第3図に曲線Cおよび曲線dに示す。ここで曲線Cは、
下部電極を負、上部電極を正としたとき、曲線dは、下
部電極を正、上部電極を負としたときのリーク特性を示
す。比較のために、Alとn生長結晶シリコンとをそれ
ぞれ上下電極としたときのリーク特性を同様に曲線aお
よび曲線すに示す。
The leakage current characteristics of the DRAM thus formed are shown in curves C and d in FIG. Here, the curve C is
When the lower electrode is negative and the upper electrode is positive, curve d shows the leakage characteristics when the lower electrode is positive and the upper electrode is negative. For comparison, leakage characteristics when Al and n-grown crystalline silicon are used as upper and lower electrodes are similarly shown in curves a and 2.

これらの比較からも、本発明実施例のDRAMはリーク
か大幅に低減されていることがわかる。
From these comparisons, it can be seen that the DRAM of the embodiment of the present invention has significantly reduced leakage.

このようにして形成されたDRAMによれば、キャパシ
タかタングステン膜からなる下部電極10つとニッケル
からなる上部電極とによってキャパシタ絶縁膜としての
酸化タンタル膜をはさんているため、リーク電流か少な
く、キャパシタ容量か大きく、電荷保持量の大きいもの
で構成されているため、誤動作か少なく信頼性の高いD
 RA hiを得ることができる。
According to the DRAM formed in this manner, since the tantalum oxide film serving as the capacitor insulating film is sandwiched between the 10 lower electrodes made of the capacitor or tungsten film and the upper electrode made of nickel, leakage current is small and the capacitor is Since it is constructed with a large capacitor and a large charge retention capacity, it is highly reliable with fewer malfunctions.
RA hi can be obtained.

実施例2 次に、本発明の第2の実施例について図面を参照しつつ
詳細に説明する。
Example 2 Next, a second example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第2図(a)乃至第2図(d)は、下部電極としてn生
長結晶シリコン、キャパシタ絶縁膜として酸化タンタル
、上部電極としてp生長結晶シリコンを用いた、本発明
実施例の積層形メモリセル構造のDRAMの製造工程図
である。
FIGS. 2(a) to 2(d) show a stacked memory cell according to an embodiment of the present invention using n-grown crystalline silicon as the lower electrode, tantalum oxide as the capacitor insulating film, and p-grown crystalline silicon as the upper electrode. 3 is a manufacturing process diagram of a DRAM of this structure.

まず、実施例1と同様に、第2図(a)に示すように、
不純物濃度1015〜1016C11−3程度のp型の
シリコン基板201内に、通常のLOCO3法により素
子分離絶縁膜202を形成する。そして、熱酸化法によ
り膜厚20 Or+s+の酸化シリコン層203および
300 nImの多結晶シリコン層204を堆積し、フ
ォトリソ法および反応性イオンエッチンク法によってこ
れらをパターニングし、ゲート絶縁膜203およびゲー
ト電極204を形成する。
First, as in Example 1, as shown in FIG. 2(a),
An element isolation insulating film 202 is formed in a p-type silicon substrate 201 with an impurity concentration of about 1015 to 1016C11-3 by the usual LOCO3 method. Then, a silicon oxide layer 203 with a thickness of 20 Or+s+ and a polycrystalline silicon layer 204 with a thickness of 300 nIm are deposited by a thermal oxidation method, and patterned by a photolithography method and a reactive ion etching method to form a gate insulating film 203 and a gate electrode. 204 is formed.

さらに、このゲート電極204をマスクとしてASイオ
ンをイオン注入し、n−形波散層205からなるソース
・トレイン領域を形成し、スイッチングトランジスタと
してのMOSFETを形成する。
Furthermore, using this gate electrode 204 as a mask, AS ions are implanted to form a source/train region consisting of an n-type wave dispersion layer 205, thereby forming a MOSFET as a switching transistor.

さらに、第2図(b)に示すように、この上層に、CV
D法により、膜厚150OA程度の酸化シリコン膜20
6を堆積したのち、フォトリソ法および反応性イオンエ
ツチングにより、ストレージ・ノード・コンタクト20
7を形成する。
Furthermore, as shown in FIG. 2(b), in this upper layer, CV
A silicon oxide film 20 with a thickness of about 150 OA is formed by the D method.
6, the storage node contact 20 is formed by photolithography and reactive ion etching.
form 7.

こののち、第2図(C)に示すように、全面に膜厚80
0人の多結晶シリコン膜208を堆積しドーピングを行
いn生長結晶シリコンIi!208とした後、フォトリ
ソ法および化学的ドライエツチング法(等方性エツチン
グ)により、パターニングし、さらにこの上層に、CV
D法によりキャパシタ絶縁膜210となる酸化タンタル
膜を形成する。
After this, as shown in FIG. 2(C), a film thickness of 80 mm is applied to the entire surface.
A polycrystalline silicon film 208 is deposited and doped with n-grown crystalline silicon Ii! 208, patterning is performed by photolithography and chemical dry etching (isotropic etching), and furthermore, CV
A tantalum oxide film that will become the capacitor insulating film 210 is formed by method D.

そして最後に、第2図(d)に示すように、キャパシタ
上部電極211として、多結晶シリコン膜を全面に形成
した後、ボロンをイオン注入し800℃の窒素雰囲気中
でアニールを行い、通常の写真食刻法を用いてパターニ
ングし、メモリセルを形成する。
Finally, as shown in FIG. 2(d), after forming a polycrystalline silicon film on the entire surface as the capacitor upper electrode 211, boron ions are implanted and annealing is performed in a nitrogen atmosphere at 800°C. Patterning is performed using photolithography to form memory cells.

このようにして形成されたDRAMのリーク電流特性を
第3図に曲線eおよび曲線fに示す。ここで曲線eは、
下部電極を正、上部電極を負としたとき、曲線fは、下
部電極を負、上部電極を正としたときのリーク特性を示
す。
The leakage current characteristics of the DRAM thus formed are shown in FIG. 3 as curves e and f. Here, the curve e is
When the lower electrode is positive and the upper electrode is negative, the curve f shows the leakage characteristics when the lower electrode is negative and the upper electrode is positive.

このようにして形成されたDRAMによれば、キャパシ
タがn生長結晶シリコン膜からなる下部電極109とp
生長結晶シリコン膜からなる上部電極とによってキャパ
シタ絶縁膜としての酸化タンタル膜をはさんでいるため
、リーク電流が少なく、キャパシタ容量が大きく、電荷
保持量の大きいもので構成されているため、誤動作が少
なく信頼性の高いDRAMを得ることができる。
According to the DRAM thus formed, the capacitor has a lower electrode 109 made of an n-grown crystalline silicon film and a p-type crystal silicon film.
Since the tantalum oxide film as the capacitor insulating film is sandwiched between the upper electrode made of a grown crystalline silicon film, there is little leakage current, the capacitor has a large capacitance, and the capacitor is made of a material with a large charge retention capacity, which prevents malfunctions. Therefore, a highly reliable DRAM can be obtained.

なおさらに、ここで下部電極をニッケルに変え、他は同
様に形成したときのリーク特性を曲線gおよび曲線りに
示す。ここで曲線gは、下部電極を正、上部電極を負と
したとき、曲線りは、下部電極を負、上部電極を正とし
たときのリーク特性を示す。
Furthermore, here, the leak characteristics when the lower electrode is changed to nickel and the other parts are formed in the same manner are shown as curve g and curved line. Here, the curve g shows the leakage characteristics when the lower electrode is set as positive and the upper electrode is set as negative, and the curved line represents the leakage characteristic when the lower electrode is set as negative and the upper electrode is set as positive.

この場合もリーク電流が少なくなっている二とがわかる
It can be seen that the leakage current is reduced in this case as well.

また、キャパシタの上部電極および下部電極としては、
多結晶シリコン膜等を用いたが、必ずしもこれらに限定
されるものではなく、金属あるいは金属合金等、本発明
の条件を満たす範囲内で適宜変更可能である。
In addition, as the upper and lower electrodes of the capacitor,
Although a polycrystalline silicon film or the like is used, it is not necessarily limited to these, and metals, metal alloys, etc. can be suitably changed within the range that satisfies the conditions of the present invention.

さらにまた、上下電極を多層構造とし、キャパシタ絶縁
膜に接する領域の構成材料を、相加平均が4.7eV以
上となるように選択しても同様の効果を得ることができ
る。
Furthermore, the same effect can be obtained even if the upper and lower electrodes have a multilayer structure and the constituent materials of the regions in contact with the capacitor insulating film are selected so that the arithmetic average is 4.7 eV or more.

これらの実施例では、積層キャパシタ構造のDRAMに
ついて説明したが、トレンチ構造のDRAMに対しても
適用可能である。
In these embodiments, a DRAM having a stacked capacitor structure has been described, but the present invention is also applicable to a DRAM having a trench structure.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明してきたように、本発明のキャパシタによれば
、酸化タンタル膜をキャパシタ絶縁膜として用いると共
に、上下電極としては仕事関数の値の相加平均が4.7
eV±0.2’eVとなるような材料を用いるようにし
ているため、高集積化に際しても、リーク電流を低減し
、十分なキャパシタ容量を維持しつつ、電荷保持能力を
高めることができる。
As explained above, according to the capacitor of the present invention, a tantalum oxide film is used as the capacitor insulating film, and the arithmetic average of the work function values of the upper and lower electrodes is 4.7.
Since a material that provides eV±0.2'eV is used, even when increasing integration, leakage current can be reduced, sufficient capacitance can be maintained, and charge retention ability can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)乃至第1図(d)は本発明の第1の実施例
の積層形メモリセル構造のDRAMの製造工程図、第2
図(a)乃至第2図(d)は本発明の第2の実施例の積
層形メモリセル構造のDRAMの製造工程図、第3図は
本発明実施例のDRAMのキャパシタと従来例のDRA
Mのキャパシタのリーク電流を示す比較図、第4図はキ
ャパシタのバンド構造図、第5図は上下電極構成材料の
仕事関数の相加平均とリニ・多電流との関係を示す図で
ある。 101・・・p型のシリコン基板、102・・・素子分
離絶縁膜、103・・・ゲート絶縁膜、104・・・ゲ
ト電極、105・・・n型拡散層、106・・・層間絶
縁膜、107 ・−・ストレージノードコンタクト、]
08・・・n十型多結晶シリコン層、109・・・タン
グステン膜、110・・・酸化タンタル膜(キャパシタ
絶縁膜)、111’・・・n十型多結晶シリコン層、2
゜1・・・p型のシリコン基板、202・・・素子分離
絶縁膜、203・・・ゲート絶縁膜、204・・・ゲー
ト電極、205・・・n型拡散層、206・・・層間絶
縁膜、2゜7・・・ストレージノードコンタクト、20
8・・n+型多結晶シリコン層、210・・・酸化タン
タル膜(キャパシタ絶縁膜)、211・・・p小型多結
晶シリコン層。
1(a) to 1(d) are manufacturing process diagrams of a DRAM having a stacked memory cell structure according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
2(a) to 2(d) are manufacturing process diagrams of a DRAM with a stacked memory cell structure according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing a DRAM capacitor according to the present embodiment and a conventional DRAM
FIG. 4 is a diagram showing the band structure of the capacitor, and FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the arithmetic average of the work functions of the materials forming the upper and lower electrodes and the Lini-multiple current. 101... P-type silicon substrate, 102... Element isolation insulating film, 103... Gate insulating film, 104... Gate electrode, 105... N-type diffusion layer, 106... Interlayer insulating film , 107 --- Storage node contact,]
08... n-type polycrystalline silicon layer, 109... tungsten film, 110... tantalum oxide film (capacitor insulating film), 111'... n-type polycrystalline silicon layer, 2
゜1... P-type silicon substrate, 202... Element isolation insulating film, 203... Gate insulating film, 204... Gate electrode, 205... N-type diffusion layer, 206... Interlayer insulation Membrane, 2゜7...Storage node contact, 20
8...n+ type polycrystalline silicon layer, 210... tantalum oxide film (capacitor insulating film), 211...p small polycrystalline silicon layer.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)酸化タンタル膜をキャパシタ絶縁膜とし、このキ
ャパシタ絶縁膜を上部電極と下部電極とではさんだキャ
パシタにおいて、 前記上部電極および下部電極は、少なくとも前記キャパ
シタ絶縁膜と接する領域を構成する材料が、仕事関数の
値の相加平均が4.5eV以上4.9eV以下となるよ
うに選択されていることを特徴とする半導体装置。
(1) In a capacitor in which a tantalum oxide film is used as a capacitor insulating film, and this capacitor insulating film is sandwiched between an upper electrode and a lower electrode, the material of the upper electrode and the lower electrode that constitutes at least the region in contact with the capacitor insulating film is A semiconductor device characterized in that the arithmetic mean of work function values is selected to be 4.5 eV or more and 4.9 eV or less.
(2)酸化タンタル膜をキャパシタ絶縁膜とし、このキ
ャパシタ絶縁膜を上部電極と下部電極とではさんだキャ
パシタにおいて、 前記両電極の内一方の電極の少なくともキ ャパシタ絶縁膜と接する領域はタングステンから構成さ
れ、 前記他方の電極の少なくともキャパシタ絶 縁膜と接する領域はタングステンとの仕事関数の相加平
均が4.5eV以上4.9eV以下となるように選択さ
れた材料で構成されていることを特徴とする半導体装置
(2) In a capacitor in which a tantalum oxide film is used as a capacitor insulating film, and this capacitor insulating film is sandwiched between an upper electrode and a lower electrode, at least a region of one of the two electrodes in contact with the capacitor insulating film is made of tungsten, A semiconductor characterized in that at least the region of the other electrode in contact with the capacitor insulating film is made of a material selected so that the arithmetic mean of the work function with tungsten is 4.5 eV or more and 4.9 eV or less. Device.
(3)酸化タンタル膜をキャパシタ絶縁膜とし、このキ
ャパシタ絶縁膜を上部電極と下部電極とではさんだキャ
パシタにおいて、 前記上部電極および下部電極の、少なくともキャパシタ
絶縁膜と接する上下2つの領域のうち一方がn^+多結
晶シリコンであり、他方がニッケルまたはパラジウムで
構成されている事を特徴とする半導体装置。
(3) In a capacitor in which a tantalum oxide film is used as a capacitor insulating film and this capacitor insulating film is sandwiched between an upper electrode and a lower electrode, at least one of the upper and lower two regions of the upper electrode and the lower electrode that is in contact with the capacitor insulating film is A semiconductor device characterized in that the other layer is made of n^+ polycrystalline silicon and the other layer is made of nickel or palladium.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5440157A (en) * 1992-07-17 1995-08-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor integrated-circuit capacitor having a carbon film electrode
US5923062A (en) * 1994-10-11 1999-07-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device incorporating capacitors
KR100253270B1 (en) * 1995-12-30 2000-04-15 김영환 Method for fabricating a self-aligned stacked capacitor of semiconductor device

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