发明名称 半导体装置及其制造方法
摘要 本发明系有关于一种半导体电容记忆装置之构造及其形成方法,特别系关于五氧化钽铌电介质膜之构造及其形成方法。纯五氧化钽之介质常数虽可能因形成条件之差异两增大至数倍之范围,但其重现性与稳定性却有问题。在层间绝缘膜上所开之深孔内侧形成Ru或Pt膜,以作为下部电极,使元件间隔离后,形成五氧化钽与五氧化铌之固溶体所形成厚10nm以下之电介质膜(图1)。该电介质膜之结晶构造为六方晶,介质常数会随五氧化铌量之增大而增大,最大可超过100,而经过550℃至700℃之热处理后,可稳定地变成结晶。高介质常数可简化大电容量高积体之半导体电容记忆装置之电容器构造,提高可靠性,同时降低制造成本。
申请公布号 TW515036 申请公布日期 2002.12.21
申请号 TW090118660 申请日期 2001.07.31
申请人 日立制作所股份有限公司 发明人 平谷 正彦;木村绅一郎
分类号 H01L21/76;H01L27/108 主分类号 H01L21/76
代理机构 代理人 陈长文 台北巿敦化北路二○一号七楼
主权项 1.一种半导体装置,其系具有电容器 上述电容器具有下部电极、上部电极及设在该各 电极间之电介质膜, 其特征在于上述电介质膜由五氧化钽与五氧化铌 之固溶体所形成者。2.如申请专利范围第1项之半 导体装置,其中上述电介质膜系介质常数50以上而 厚10nm以下之薄膜者。3.如申请专利范围第2项之半 导体装置,其上述电介质膜系具有六方晶结晶构造 者。4.如申请专利范围第3项之半导体装置,其中上 述六方晶结晶构造系在基底面内具有0.36nm或其整 数倍周期者。5.如申请专利范围第3项之半导体装 置,其中上述六方晶结晶构造系在基底内面具有0. 63nm或其整数倍周期者。6.如申请专利范围第1项之 半导体装置,其中上述下部电极系由选自铂及钌中 至少一种所构成者。7.一种半导体装置,其特征在 于 具有:半导体基板、 形成于该半导体基板之主表面之MOS电晶体、 与该MOS电晶体之源极区域或汲极区域保持电性连 接之插接头、 设于该插接头上之层间绝缘膜、 设于上述层间绝缘膜内之凹型孔、 及形成于该凹型孔内之电容器; 该电容器包含:形成于上述凹型孔之至少内侧侧面 及底面上且与上述插接头保持电性连接之下部电 极、 由设于该下部电极之五氧化钽与五氧化铌之固溶 体所形成之电介质膜、 及设于该电介质膜上之上部电极。8.如申请专利 范围第7项之半导体装置,其中上述电介质膜系介 质常数50以上而厚10nm以下之膜者。9.如申请专利 范围第8项之半导体装置,其上述电介质膜系具有 六方晶结晶构造者。10.如申请专利范围第9项之半 导体装置,其中上述六方晶结晶构造系在基底面内 具有0.36nm或其整数倍周期者。11.如申请专利范围 第9项之半导体装置,其中上述六方晶结晶构造系 在基底面内具有0.63nm或其整数倍周期者。12.如申 请专利范围第7项之半导体装置,其中上述下部电 极系由选自铂及钌中至少一种所构成者。13.一种 半导体装置,其系具有电容器 上述电容器具有下部电极、上部电极及设在该各 电极间之电介质膜, 其特征系在于上述电介质膜由五氧化钽铌所形成 者。14.如申请专利范围第13项之半导体装置,其中 上述电介质膜系介质常数50以上而厚10nm以下之膜 者。15.如申请专利范围第14项之半导体装置,其中 上述电介质膜系具有六方晶结晶构造者。16.如申 请专利范围第15项之半导体装置,其中上述六方晶 结晶构造系在基底面内具有0.36nm或其整数倍周期 者。17.如申请专利范围第15项之半导体装置,其中 上述六方晶结晶构造系在基底面内具有0.63nm或其 整数倍周期者。18.如申请专利范围第13项之半导 体装置,其中上述下部电极系由选自铂及钌中至少 一种所构成者。19.一种半导体装置,其特征系在于 具有:半导体基板、 形成于该半导体基板之主表面之MOS电晶体、 与该MOS电晶体之源极区域或汲极区域保持电性连 接之插接头、 设于该插接头上之层间绝缘膜、 设于上述层间绝缘膜内之凹型孔、 及形成于该凹型孔内之电容器; 该电容器包含:形成于上述凹型孔之至少内侧侧面 及底面上且与上述插接头保持电性连接之下部电 极、 由设于该下部电极之五氧化钽铌所形成之电介质 膜、 及设于该电介质膜上之上部电极。20.如申请专利 范围第19项之半导体装置,其中上述电介质膜系介 质常数50以上而厚10nm以下之膜者。21.如申请专利 范围第20项之半导体装置,其中上述电介质膜系具 有六方晶结晶构造者。22.如申请专利范围第21项 之半导体装置,其中上述六方晶结晶构造系在基底 面内具有0.36nm或其整数倍周期者。23.如申请专利 范围第21项之半导体装置,其中上述六方晶结晶构 造系在基底面内具有0.63nm或其整数倍周期者。24. 如申请专利范围第19项之半导体装置,其中上述下 部电极系由选自铂及钌中至少一种所构成者。25. 一种半导体装置之制造方法,其特征在于具有将凹 型孔设于层间绝缘膜内之步骤、 将下部电极形成于该凹型孔之至少内侧侧面及底 面上之步骤、 在该下部电极上,藉使用五乙氧基钽与五乙氧基铌 之混合原料,以化学气相沉积(CVD)法形成厚10nm以下 之五氧化钽与五氧化铌之固溶体所形成之电介质 膜之步骤、 及将上部电极形成在该电介质膜之步骤; 利用上述下部电极、上述电介质膜及上述上部电 极构成电容器者。26.如申请专利范围第25项之半 导体装置之制造方法,其特征在于利用以0.1 mo1/1之 浓度将双(乙基环戊二烯基)钌(bis ( ethylcyclopentadienyl) ruthenium)溶解于四氢喃( tetrohydrofuran)中所得之溶液施行液体输送之化学气 相沉积法,来施行形成上述下部电极之步骤者。27. 如申请专利范围第25项之半导体装置之制造方法, 其特征在于利用以0.1 mo1/1之浓度将(甲基环戊二烯 基)三甲基铂((methy1cyclopentadienyl)trimethyl platinum)溶 解于四氢喃(tetrohydrofuran)中所得之溶液施行液 体输送之化学气相沉积法,来施行形成上述下部电 极之步骤者。图式简单说明: 图1系表示说明本发明第一实施例1之步骤之纵剖 面图。 图2系表示说明本发明第二实施例2之步骤之纵剖 面图。 图3系表示说明本发明第三实施例3之步骤之纵剖 面图。 图4系表示本发明第一实施例1之(Ta、Nb)2O5固溶体 电介质膜之高介质常数化之说明图。 图5系表示使用本发明第三实施例3之(Ta、Nb)2O5固 溶体电介质膜作为电容器绝缘膜之半导体记忆装 置之高容量化之说明图。 图6系表示使用Ta-O配位多面体来比较有关多种型 态之Ta2O5中斜方晶L相、六方晶层及相关六方晶 之晶格之相互关系之比较图。 图7系表示说明有关多种型态之Ta2O5中斜方晶L相、 六方晶层之类似性之X线绕射图。 图8系表示膜厚10nm以下之MIS-及MIM-Ta2O5膜之结晶构 造属于六方晶之说明图,(a)系明确显示有关形成于 Ru电极上之MIM-Ta2O5膜之六次对称性毫微区域电子 线绕射图;(b)系表示有关覆盖氮化矽膜之多晶矽电 极上之MIS-Ta2O5膜之结晶构造确属于六方晶之X线绕 射图。
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