JP2001267535A - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor deviceInfo
- Publication number
- JP2001267535A JP2001267535A JP2000077779A JP2000077779A JP2001267535A JP 2001267535 A JP2001267535 A JP 2001267535A JP 2000077779 A JP2000077779 A JP 2000077779A JP 2000077779 A JP2000077779 A JP 2000077779A JP 2001267535 A JP2001267535 A JP 2001267535A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- contact
- constituent material
- electrode
- ruthenium
- 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.)
- Granted
Links
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に関する。The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体装置の微細化にともない、
情報蓄積用容量素子の面積が減少し、容量の絶対値も減
少する傾向にある。容量Ｃは、例えば平行平板電極構造
の場合は、 Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ で決定される。ここで、εは誘電体の誘電率、Ｓは容量
電極（以下、電極とも言う）の面積、ｄは誘電体の膜厚
（電極間の距離）である。情報蓄積用容量素子に使用さ
れる電極の面積Ｓを増大することなく、容量を確保する
ためには、誘電率εの高い誘電体を使用するか、誘電体
の膜厚ｄを薄くすることが必要である。現在、その膜厚
は10nm程度まで薄膜化されており、64Mビット以上の高
集積メモリにおいては、容量絶縁膜の薄膜化は限界に達
しつつあるため、より誘電率εの高い容量絶縁膜材料の
開発が進められ、64M〜256Mビットでは酸化タンタル（T
a2O5）、1GビットのDRAMにおいては、例えば特開平9−1
86299号公報に記載されているようなチタン酸バリウム
ストロンチウム（BaxSryTisOt：BST）等の使用が検討さ
れている。また、不揮発性メモリとしては、同様に特開
平10−189881号公報に記載されているようなチタン酸ジ
ルコン酸鉛(PbxZryTisOt：PZT)等の使用が検討されてい
る。2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices,
The area of the information storage capacitance element tends to decrease, and the absolute value of the capacitance tends to decrease. For example, in the case of a parallel plate electrode structure, the capacitance C is determined by C = ε · S / d. Here, ε is the dielectric constant of the dielectric, S is the area of the capacitor electrode (hereinafter also referred to as the electrode), and d is the thickness of the dielectric (the distance between the electrodes). In order to secure the capacitance without increasing the area S of the electrode used for the information storage capacitor, it is necessary to use a dielectric having a high dielectric constant ε or to reduce the thickness d of the dielectric. is necessary. At present, the film thickness is reduced to about 10 nm, and in a highly integrated memory of 64 Mbits or more, since the thinning of the capacitor insulating film is reaching its limit, the material of the capacitor insulating film having a higher dielectric constant ε is used. Development is proceeding, and tantalum oxide (T
a 2 O 5 ), for a 1 Gbit DRAM, for example,
Barium strontium titanate as described in 86299 JP (Ba x Sr y Ti s O t: BST) Using the like have been studied. As the non-volatile memory, as well as lead zirconate titanate, as described in JP-A-10-189881 (Pb x Zr y Ti s O t: PZT) Using the like have been studied.
【０００３】BSTやPZT等の酸化物は、高温処理を受けな
いと良好な特性を発揮しないことが知られているため、
製造工程において約600℃以上の高温処理が必要とな
る。そこで、BSTやPZT等の酸化物に接触する容量電極材
料としては、高温においても酸化されにくい材料を用い
る必要がある。これは、容量電極が酸化されやすい材料
である場合には、高温において電極と酸化物との接触界
面で酸化還元反応が起こり、酸化物の特性が劣化してし
まうためである。[0003] It is known that oxides such as BST and PZT do not exhibit good properties unless subjected to high-temperature treatment.
High temperature processing of about 600 ° C. or more is required in the manufacturing process. Therefore, it is necessary to use a material that is hardly oxidized even at high temperature as a capacitor electrode material such as BST or PZT that comes into contact with an oxide. This is because, when the capacitor electrode is made of a material that is easily oxidized, an oxidation-reduction reaction occurs at a contact interface between the electrode and the oxide at a high temperature, and the characteristics of the oxide are deteriorated.
【０００４】このような背景から、酸化されにくい容量
電極材料として、例えばルテニウム(Ru)、や白金(Pt)等
の貴金属材料やと酸化ルテニウム(RuxOy)等の導電性酸
化物が検討されている。しかし、これらの容量電極材料
がシリコン(Si)と直接接触すると、シリコン(Si)が容量
電極の内部に拡散してしまうため、容量下部電極の下地
には拡散を防止するためのバリア膜が必要となる。この
バリア膜としては、例えば特開平９−186299号公報に記
載されているように窒化チタン(TixNy)等からなる導電
性膜が用いられている。[0004] From such a background, noble metal materials such as ruthenium (Ru) and platinum (Pt) and conductive oxides such as ruthenium oxide (Ru x O y ) have been studied as the capacitor electrode materials which are hardly oxidized. Have been. However, when these capacitor electrode materials come into direct contact with silicon (Si), silicon (Si) diffuses into the capacitor electrode.Therefore, a barrier film is required under the lower electrode of the capacitor to prevent diffusion. Becomes As the barrier film, for example, a conductive film made of titanium nitride (Ti x N y ) or the like is used as described in JP-A-9-186299.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、BSTやP
ZT等の酸化物は、高温処理を受けないと良好な特性を発
揮しないことが知られているが、1Gビット以上のDRAMに
用いるためには、高温処理を酸素雰囲気中で受けないと
十分な特性を発揮しないことがわかってきた。そこで、
製造工程において、酸素雰囲気中での約600℃以上の高
温処理が新たに必要となってきた。しかし、前記のよう
に窒化チタン(TixNy)等からなる導電性膜をバリア膜と
して用いた構造では、例えば特開平10−189881号公報や
マテリアルズ・リサーチ・ソサイエティ会誌(Materials
Research Society Bulletin)第２１巻第６号(１９９６
年６月発行)の５５ページから５８ページに記載されて
いる内容からわかるように、BSTやPZT等の中の酸素原子
と酸素雰囲気中の酸素原子が、約600℃以上の高温処理
の際に容量下部電極を透過してバリア膜に到達し、バリ
ア膜を酸化して導通不良を引き起こすという問題があ
る。As described above, BST and P
It is known that oxides such as ZT do not exhibit good characteristics unless subjected to high-temperature processing.However, in order to use them for DRAMs of 1 Gbit or more, it is not sufficient to receive high-temperature processing in an oxygen atmosphere. It has been found that it does not exhibit properties. Therefore,
In the manufacturing process, a new high-temperature treatment of about 600 ° C. or more in an oxygen atmosphere has been required. However, as described above, in a structure using a conductive film made of titanium nitride (Ti x N y ) or the like as a barrier film, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-189881, and Journal of Materials Research Society (Materials
Research Society Bulletin) Vol. 21 No. 6 (1996)
As is clear from the contents described on pages 55 to 58, issued in June, 2000), oxygen atoms in BST, PZT, etc. and oxygen atoms in the oxygen atmosphere were treated at a high temperature of about 600 ° C or higher. There is a problem that the light passes through the lower electrode of the capacitor, reaches the barrier film, and oxidizes the barrier film to cause conduction failure.
【０００６】また、これに近い問題として、ゲート電極
が、多結晶シリコンと金属膜の間にバリア膜がはさまれ
た構造(低抵抗化を実現させるための、いわゆるポリメ
タルゲート構造)となっている場合、ゲート絶縁膜の特
性を向上させるための熱処理の際に、バリア膜が酸化さ
れてしまうという問題がある。As a problem close to this, the gate electrode has a structure in which a barrier film is sandwiched between polycrystalline silicon and a metal film (a so-called polymetal gate structure for realizing low resistance). In such a case, there is a problem that the barrier film is oxidized during the heat treatment for improving the characteristics of the gate insulating film.
【０００７】本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置
を提供すること、歩留りの高い半導体装置を提供するこ
と、導通不良を起こしにくい容量素子構造を有する半導
体装置を提供すること、酸化を起こしにくいゲート構造
を有する半導体装置を提供すること、等の課題のうち少
なくとも一つを解決することにある。It is an object of the present invention to provide a semiconductor device with high reliability, to provide a semiconductor device with a high yield, to provide a semiconductor device having a capacitive element structure that is unlikely to cause conduction failure, and to cause oxidation. It is to solve at least one of the problems such as providing a semiconductor device having a difficult gate structure.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記課題を
解決するため鋭意研究を行い、導通不良の原因となるバ
リア膜の酸化は、バリア膜の結晶粒界および結晶粒内を
酸素原子が拡散することによって進行することを見出し
た。したがって、導通不良を防止するためには、バリア
膜における酸素原子の粒界拡散および粒内拡散を抑制す
れば良いことを見出した。そして、発明者らは、バリア
膜中の酸素の拡散通路を狭める添加元素をバリア膜に添
加することによって、バリア膜における酸素原子の粒界
拡散および粒内拡散を抑制できることを見出した。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made intensive studies to solve the above-mentioned problems. Oxidation of a barrier film that causes conduction failure is caused by oxygen atoms in the crystal grain boundaries of the barrier film and in the crystal grains. Progress by spreading. Therefore, it has been found that in order to prevent the conduction failure, it is only necessary to suppress the grain boundary diffusion and intragranular diffusion of oxygen atoms in the barrier film. The inventors have found that by adding an additional element that narrows the diffusion path of oxygen in the barrier film to the barrier film, it is possible to suppress grain boundary diffusion and intragranular diffusion of oxygen atoms in the barrier film.
【０００９】本願発明の課題は、例えば、半導体基板
と、半導体基板の一主面側に形成された主構成材料が窒
化チタンであり、少なくともシリコン、コバルト、ニッ
ケル、ルテニウムからなる群から選ばれる一種類の添加
元素を含有する導電性膜（以下、バリア層ともいう）
と、導電性膜に接するように形成された第一電極（以
下、容量下部電極ともいう）と、第一電極に接するよう
に形成された高誘電率または強誘電性の酸化物膜と、酸
化膜に接するように形成された第二電極（以下、容量上
部電極ともいう）とを備えた半導体装置により解決され
る。[0009] An object of the present invention is, for example, a semiconductor substrate and a main constituent material formed on one main surface side of the semiconductor substrate is titanium nitride, which is at least one selected from the group consisting of silicon, cobalt, nickel and ruthenium. Conductive film containing various types of additive elements (hereinafter also referred to as barrier layer)
A first electrode formed in contact with the conductive film (hereinafter, also referred to as a capacitor lower electrode); a high dielectric constant or ferroelectric oxide film formed in contact with the first electrode; The problem is solved by a semiconductor device including a second electrode (hereinafter, also referred to as a capacitor upper electrode) formed to be in contact with the film.
【００１０】このように構成すれば、バリア層における
酸素原子の拡散係数を低くすることができるためバリア
膜の酸化防止ができ、半導体装置の導通不良が防止でき
る。With this configuration, the diffusion coefficient of oxygen atoms in the barrier layer can be reduced, so that oxidation of the barrier film can be prevented, and conduction failure of the semiconductor device can be prevented.
【００１１】なお、主構成材料に対する添加元素の含有
率は０.０５at.％ 以上１８at.％以下であることが望ま
しい。It is desirable that the content of the additional element with respect to the main constituent material is not less than 0.05 at.% And not more than 18 at.%.
【００１２】また、本願発明の課題は、例えば、半導体
基板と、前記半導体基板の一主面側に形成されたゲート
絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上部に形成されたゲート
電極と、を備え、前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜に
接するように形成された多結晶シリコン膜と、前記多結
晶シリコン膜に接するように形成された主構成材料が窒
化チタンであり、少なくともシリコン、コバルト、ニッ
ケル、ルテニウムからなる群から選ばれる一種類の添加
元素を含有したバリア膜と、前記バリア膜に接するよう
に形成された金属膜とを備えた半導体装置により解決さ
れる。Further, an object of the present invention includes, for example, a semiconductor substrate, a gate insulating film formed on one main surface side of the semiconductor substrate, and a gate electrode formed on the gate insulating film. The gate electrode is a polycrystalline silicon film formed in contact with the gate insulating film, and the main constituent material formed in contact with the polycrystalline silicon film is titanium nitride, and at least silicon, cobalt, nickel, The problem is solved by a semiconductor device including a barrier film containing one kind of additive element selected from the group consisting of ruthenium, and a metal film formed to be in contact with the barrier film.
【００１３】この構成によれば、酸化を起こしにくいゲ
ート構造を有する半導体装置を提供することができる。According to this structure, it is possible to provide a semiconductor device having a gate structure that is unlikely to cause oxidation.
【００１４】また、本願発明の課題は、例えば、シリコ
ン基板の一主面側に、導電性膜と、該導電性膜に接触す
る第一電極と、該第一電極に接触する高誘電率あるいは
強誘電性の酸化物膜と、該酸化物膜に接触する第二電極
を、この順に積層して形成する工程を含む半導体装置の
製造方法であって、前記導電性膜の製造工程が、窒化チ
タンを成膜する工程と、シリコン、コバルト、ニッケ
ル、ルテニウムからなる群から選ばれる一種類の膜を成
膜する工程と、基板温度を200℃以上に上げる熱処理工
程とがこの順に行われる工程を備えた半導体装置の製造
方法により解決される。Another object of the present invention is to provide, for example, a conductive film, a first electrode in contact with the conductive film, and a high dielectric constant or A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: stacking a ferroelectric oxide film and a second electrode in contact with the oxide film in this order, wherein the conductive film is formed by nitriding. A step of forming a titanium film, a step of forming one kind of film selected from the group consisting of silicon, cobalt, nickel, and ruthenium, and a heat treatment step of raising the substrate temperature to 200 ° C. or higher are performed in this order. The problem is solved by a method for manufacturing a semiconductor device having the same.
【００１５】なお、ここで導電性膜の主構成金属元素と
は、導電性膜に最も多く含まれる金属元素を意味する。
また、主構成材料とは、最も多く含まれる材料を意味す
る。Here, the main constituent metal element of the conductive film means a metal element most contained in the conductive film.
Further, the main constituent material means a material contained most.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
示した実施例により詳細に説明する。まず、本発明にお
ける第一の実施例であるDRAM(Dynamic Random Access M
emory)メモリセルの断面構造を図１に示す。これは、図
２に示した平面レイアウトの一例において、A-Bあるい
はC-Dで切断した断面図である。本実施例の半導体装置
は、図１に示すように、シリコン基板１の主面のアクテ
ィブ領域に形成されたＭＯＳ（Metal Oxide Semiconduc
tor）型のトランジスタ２と、その上部に配置された情
報蓄積用容量素子３とを備えている。絶縁膜４は、素子
間分離のための膜である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First, a DRAM (Dynamic Random Access M
emory) The cross-sectional structure of the memory cell is shown in FIG. This is a cross-sectional view cut along AB or CD in the example of the planar layout shown in FIG. As shown in FIG. 1, the semiconductor device of the present embodiment has a MOS (Metal Oxide Semiconducduc) formed in an active region on a main surface of a silicon substrate 1.
It has a tor) type transistor 2 and an information storage capacitor 3 disposed on the transistor 2. The insulating film 4 is a film for separating elements.
【００１７】メモリセルのＭＯＳトランジスタ２は、ゲ
−ト電極５、ゲ−ト絶縁膜６および拡散層７で構成され
ている。ゲ−ト絶縁膜６は、例えばシリコン酸化膜、窒
化珪素膜あるいは強誘電体膜あるいはこれらの積層構造
からなる。また、ゲ−ト電極５は、例えば多結晶シリコ
ン膜や金属薄膜、あるいは金属シリサイド膜あるいはこ
れらの積層構造からなる。前記ゲ−ト電極５の上部およ
び側壁には例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜９が形
成されている。メモリセル選択用ＭＯＳトランジスタの
一方の拡散層７には、プラグ１０を介してビット線１１
が接続されている。ＭＯＳトランジスタの上部全面に
は、例えばBPSG〔Boron-doped Phospho Silicate Glas
s〕膜やSOG（Spin On Glass）膜、あるいは化学気相蒸
着法やスパッタ法で形成したシリコン酸化膜や窒化膜等
からなる絶縁膜１２が形成されている。The MOS transistor 2 of the memory cell includes a gate electrode 5, a gate insulating film 6, and a diffusion layer 7. The gate insulating film 6 has, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a ferroelectric film, or a laminated structure thereof. The gate electrode 5 is made of, for example, a polycrystalline silicon film, a metal thin film, a metal silicide film, or a laminated structure thereof. An insulating film 9 made of, for example, a silicon oxide film is formed on an upper portion and a side wall of the gate electrode 5. A bit line 11 is connected to one diffusion layer 7 of the memory cell selecting MOS transistor through a plug 10.
Is connected. For example, BPSG (Boron-doped Phospho Silicate Glas Glas
s] film, an SOG (Spin On Glass) film, or an insulating film 12 made of a silicon oxide film or a nitride film formed by a chemical vapor deposition method or a sputtering method.
【００１８】ＭＯＳトランジスタを覆う絶縁膜１２の上
部には情報蓄積用容量素子３が形成されている、情報蓄
積用容量素子３は、メモリセル選択用ＭＯＳトランジス
タの他方の拡散層８に、例えば多結晶シリコンからなる
プラグ１３を介して接続されている。情報蓄積用容量素
子３は、下層から順に、導電性のバリア膜１４、容量下
部電極１５、高誘電率あるいは強誘電性を有する酸化物
膜１６、容量上部電極１７を積層した構造で構成されて
いる。この情報蓄積用容量素子２３は絶縁膜１５１８で
覆われている。An information storage capacitance element 3 is formed on an insulating film 12 covering the MOS transistor. The information storage capacitance element 3 is formed in the other diffusion layer 8 of the memory cell selection MOS transistor, for example, in a multi-layer structure. They are connected via plugs 13 made of crystalline silicon. The information storage capacitor 3 has a structure in which a conductive barrier film 14, a capacitor lower electrode 15, an oxide film 16 having a high dielectric constant or ferroelectricity, and a capacitor upper electrode 17 are stacked in this order from the lower layer. I have. This information storage capacitor 23 is covered with an insulating film 1518.
【００１９】ここで、バリア膜１４は、少なくとも一種
類の添加元素を含有し、該添加元素のうちの少なくとも
一種が、バリア膜１４における酸素原子の拡散通路を狭
める作用を持つ。具体的には、バリア膜１４の主構成材
料が窒化チタン(TixNy)である場合、このバリア膜１４
には、シリコン(Si)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ル
テニウム(Ru)からなる群から選ばれる一種類の添加元素
を含有させる。また、バリア膜１４の主構成材料が窒化
タングステン(WxNy)である場合、このバリア膜１４に
は、モリブデン(Mo)を添加元素として含有させる。ま
た、バリア膜１４の主構成材料がルテニウム(Ru)である
場合、このバリア膜１４には、シリコン(Si)、コバルト
(Co)、ニッケル(Ni)からなる群から選ばれる一種類の添
加元素を含有させる。Here, the barrier film 14 contains at least one kind of additive element, and at least one of the additive elements has a function of narrowing a diffusion path of oxygen atoms in the barrier film 14. Specifically, when the main constituent material of the barrier film 14 is titanium nitride (Ti x N y ),
Contains one kind of additive element selected from the group consisting of silicon (Si), cobalt (Co), nickel (Ni), and ruthenium (Ru). The main constituent material of the barrier film 14 be a tungsten nitride (W x N y), the barrier film 14, is contained as an additive element molybdenum (Mo). When the main constituent material of the barrier film 14 is ruthenium (Ru), silicon (Si), cobalt
(Co) and one type of additive element selected from the group consisting of nickel (Ni).
【００２０】以下、本実施例の効果について説明する。
従来の半導体装置においては、高誘電率あるいは強誘電
性を有する酸化物膜１６を形成する際あるいはこの後の
熱処理の際に、酸素雰囲気中で約600℃以上の高温にさ
らされると、バリア膜１４の酸化が進行し、導通不良を
生じることが実験的に明らかになった。発明者らは、バ
リア膜１４の酸化は、バリア膜１４の結晶粒界および結
晶粒内を酸素原子が拡散することによって進行すること
を見出した。そこで、発明者らは、酸素の粒界拡散およ
び粒内拡散を抑制することによって酸化による導通不良
は防止されることを見出した。また、発明者らは、バリ
ア膜中の酸素原子の拡散通路を狭める添加元素をバリア
膜に添加することによって、バリア膜における酸素原子
の粒界拡散および粒内拡散を抑制できることを見出し
た。本実施例では、バリア膜１４は、少なくとも一種類
の添加元素を含有し、該添加元素のうちの少なくとも一
種が、バリア膜１４は、酸素原子の拡散通路を狭める添
加元素を含有していることを特徴としているため、バリ
ア膜１４における酸素原子の粒界拡散および粒内拡散が
抑制され、導通不良が防止される。これを詳しく説明す
るために、分子動力学シミュレーションにより、結晶粒
界における酸素原子の拡散係数を計算した結果を以下に
示す。分子動力学シミュレーションとは、例えばジャー
ナルオブアプライドフィジックス(Journal of Applied
Physics)の第５４巻(１９８３年発行)の４８６４ページ
から４８７８ページまでに記述されているように、原子
間ポテンシャルを通して各原子に働く力を計算し、この
力を基にニュートンの運動方程式を解くことによって各
時刻における各原子の位置を算出する方法である。分子
動力学シミュレーションにより拡散係数を計算する方法
については、例えばフィジカルレビューＢ(Physical Re
view B)の第２９巻(１９８４年発行)の５３６３ページ
から５３７１ページまでに記述されている。ここでは、
温度を1000 Kに設定して結晶粒界および結晶粒内におけ
る酸素原子の拡散係数を計算した例を用いて説明する。
なお、ここで説明する効果は、シミュレーション条件を
変えても同様に説明することができる。Hereinafter, the effects of this embodiment will be described.
In the conventional semiconductor device, when the oxide film 16 having a high dielectric constant or ferroelectricity is formed or a heat treatment thereafter is performed, the barrier film is formed when exposed to a high temperature of about 600 ° C. or more in an oxygen atmosphere. It has been experimentally found that oxidation of No. 14 proceeds to cause poor conduction. The inventors have found that the oxidation of the barrier film 14 proceeds by diffusion of oxygen atoms in the crystal grain boundaries and in the crystal grains of the barrier film 14. Thus, the inventors have found that conduction failure due to oxidation is prevented by suppressing the grain boundary diffusion and intragranular diffusion of oxygen. In addition, the present inventors have found that by adding an additive element that narrows the diffusion path of oxygen atoms in the barrier film to the barrier film, it is possible to suppress grain boundary diffusion and intragranular diffusion of oxygen atoms in the barrier film. In the present embodiment, the barrier film 14 contains at least one kind of additive element, and at least one of the additive elements, the barrier film 14 contains an additive element that narrows a diffusion path of oxygen atoms. Therefore, diffusion of oxygen atoms in the barrier film 14 at the grain boundaries and intragranular diffusion are suppressed, and poor conduction is prevented. In order to explain this in detail, the result of calculating the diffusion coefficient of oxygen atoms at crystal grain boundaries by molecular dynamics simulation is shown below. Molecular dynamics simulation refers to, for example, the Journal of Applied Physics.
Physics), vol. 54 (issued in 1983), pages 4864 to 4878, calculates the force acting on each atom through the interatomic potential, and solves Newton's equation of motion based on this force. This is a method of calculating the position of each atom at each time. Regarding a method of calculating a diffusion coefficient by molecular dynamics simulation, for example, Physical Review B (Physical Review B)
view B), Vol. 29 (issued in 1984), pages 5363 to 5371. here,
A description will be given using an example in which the temperature is set to 1000 K and the diffusion coefficient of oxygen atoms in crystal grain boundaries and in crystal grains is calculated.
Note that the effects described here can be similarly described even when the simulation conditions are changed.
【００２１】本実施例では、上記の分子動力学法に電荷
移動を取り入れて異種元素間の相互作用を計算すること
により、以下の効果を明らかにすることができた。はじ
めに、バリア膜の主構成材料が窒化チタン(TixNy)であ
る場合について、結晶粒界における酸素原子の拡散係数
に対する添加元素の影響を解析した結果について述べ
る。図３、図４は、添加元素として、シリコン(Si)、コ
バルト(Co)、ニッケル(Ni)、ルテニウム(Ru)を含有させ
た場合の、拡散係数の濃度依存性を解析した結果であ
る。ここで、DGB0は添加元素を含有しない場合の粒界拡
散係数を示す。DIN0は添加元素を含有しない場合の粒内
拡散係数を示す。図３からわかるように、シリコン(S
i)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ルテニウム(Ru)の添
加濃度が0.05at.%以上になると拡散を抑制する効果が顕
著となる。また、図４からわかるように、添加濃度が約
18at.%以上になると拡散を抑制する効果が弱くなる。こ
れは、添加元素があまり多くなると、主構成材料である
窒化チタン(TixNy)の結晶構造が乱されるので、酸素が
拡散しやすくなるためである。In the present embodiment, the following effects could be clarified by incorporating the charge transfer into the above molecular dynamics method and calculating the interaction between different elements. First, the results of analyzing the effect of the added element on the diffusion coefficient of oxygen atoms at the crystal grain boundaries when the main constituent material of the barrier film is titanium nitride (Ti x N y ) will be described. FIGS. 3 and 4 show the results of analyzing the concentration dependence of the diffusion coefficient when silicon (Si), cobalt (Co), nickel (Ni), and ruthenium (Ru) are contained as additional elements. Here, D GB0 indicates the grain boundary diffusion coefficient when no additional element is contained. D IN0 indicates the intragranular diffusion coefficient when no additional element is contained. As can be seen from FIG. 3, silicon (S
When the concentration of i), cobalt (Co), nickel (Ni), or ruthenium (Ru) is 0.05 at.% or more, the effect of suppressing diffusion becomes significant. Further, as can be seen from FIG.
When the content is 18 at.% Or more, the effect of suppressing diffusion becomes weak. This is because if the amount of the added element is too large, the crystal structure of titanium nitride (Ti x N y ), which is the main constituent material, is disturbed, so that oxygen is easily diffused.
【００２２】次に、バリア膜の主構成材料が窒化タング
ステン(WxNy)である場合について、結晶粒界における酸
素原子の拡散係数に対する添加元素の影響を解析した結
果について述べる。図５、図６は、添加元素として、モ
リブデン(Mo)を含有させた場合の、拡散係数の濃度依存
性を解析した結果である。ここで、DGB0は添加元素を含
有しない場合の粒界拡散係数を示す。DIN0は添加元素を
含有しない場合の粒内拡散係数を示す。図５からわかる
ように、モリブデン(Mo)の添加濃度が0.05at.%以上にな
ると拡散を抑制する効果が顕著となる。また、図６から
わかるように、添加濃度が約18at.％以上になると拡散
を抑制する効果が弱くなる。これは、添加元素があまり
多くなると、主構成材料である窒化タングステン(WxNy)
の結晶構造が乱されるので、酸素が拡散しやすくなるた
めである。Next, the results of analyzing the effect of the added element on the diffusion coefficient of oxygen atoms at the crystal grain boundaries when the main constituent material of the barrier film is tungsten nitride (W x N y ) will be described. FIGS. 5 and 6 show the results of analyzing the concentration dependence of the diffusion coefficient when molybdenum (Mo) is contained as an additional element. Here, D GB0 indicates the grain boundary diffusion coefficient when no additional element is contained. D IN0 indicates the intragranular diffusion coefficient when no additional element is contained. As can be seen from FIG. 5, when the concentration of molybdenum (Mo) added is 0.05 at.% Or more, the effect of suppressing diffusion becomes significant. As can be seen from FIG. 6, when the additive concentration is about 18 at.% Or more, the effect of suppressing diffusion becomes weak. This is because if the amount of added elements is too large, the main constituent material is tungsten nitride (W x N y )
Is disturbed, so that oxygen is easily diffused.
【００２３】次に、バリア膜の主構成材料がルテニウム
(Ru)である場合について、結晶粒界における酸素原子の
拡散係数に対する添加元素の影響を解析した結果につい
て述べる。図７、図８は、添加元素として、シリコン(S
i)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)を含有させた場合の、
拡散係数の濃度依存性を解析した結果である。ここで、
DGB0は添加元素を含有しない場合の粒界拡散係数を示
す。DIN0は添加元素を含有しない場合の粒内拡散係数を
示す。図７からわかるように、シリコン(Si)、コバルト
(Co)、ニッケル(Ni)の添加濃度が0.05at.％以上になる
と拡散を抑制する効果が顕著となる。また、図８からわ
かるように、添加濃度が約18at.％以上になると拡散を
抑制する効果が弱くなる。これは、添加元素があまり多
くなると、主構成材料であるルテニウム(Ru)の結晶構造
が乱されるので、酸素が拡散しやすくなるためである。
したがって、添加濃度は0.05at.％以上18at.％以下が好
ましい。Next, the main constituent material of the barrier film is ruthenium.
In the case of (Ru), the result of analyzing the effect of the added element on the diffusion coefficient of oxygen atoms at the crystal grain boundaries will be described. FIGS. 7 and 8 show that silicon (S
i), when containing cobalt (Co), nickel (Ni),
It is the result of analyzing the concentration dependence of the diffusion coefficient. here,
D GB0 indicates the grain boundary diffusion coefficient when no additional element is contained. D IN0 indicates the intragranular diffusion coefficient when no additional element is contained. As can be seen from FIG. 7, silicon (Si), cobalt
When the additive concentration of (Co) and nickel (Ni) is 0.05 at.% Or more, the effect of suppressing diffusion becomes remarkable. As can be seen from FIG. 8, when the additive concentration is about 18 at.% Or more, the effect of suppressing diffusion becomes weak. This is because if the amount of the added element is too large, the crystal structure of ruthenium (Ru), which is the main constituent material, is disturbed, so that oxygen is easily diffused.
Therefore, the addition concentration is preferably 0.05 at.% Or more and 18 at.% Or less.
【００２４】次に、本発明における第二の実施例である
DRAM(Dynamic Random Access Memory)メモリセルの断面
構造を図９に示す。これも、図２に示した平面レイアウ
トの一例において、A-BあるいはC-Dで切断した断面図で
ある。第二の実施例の第一の実施例との違いは、バリア
膜１４の下部にさらに別の導電性膜１９が形成されてい
る点である。特に、容量下部電極１５の主構成材料がル
テニウム(Ru)であり、バリア膜１４の主構成材料が窒化
チタン(TixNy)である場合には、ルテニウム(Ru)と窒化
チタン(TixNy)の結晶構造を安定なものとするために、
導電性膜１９としてチタン(Ti)を用いることが好まし
い。ルテニウム(Ru)と窒化チタン(TixNy)の結晶構造を
安定なものとすることによって、容量絶縁膜１６の結晶
構造が安定なものとなり、デバイス特性が向上する。ま
た、導電性膜１４aとプラグ１３の間にはさらに一層以
上の別の膜が存在していてもよい。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 shows a sectional structure of a DRAM (Dynamic Random Access Memory) memory cell. This is also a cross-sectional view cut along AB or CD in the example of the planar layout shown in FIG. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that another conductive film 19 is formed below the barrier film 14. In particular, when the main constituent material of the capacitor lower electrode 15 is ruthenium (Ru) and the main constituent material of the barrier film 14 is titanium nitride (Ti x N y ), ruthenium (Ru) and titanium nitride (Ti x In order to make the crystal structure of (N y ) stable,
It is preferable to use titanium (Ti) as the conductive film 19. By stabilizing the crystal structure of ruthenium (Ru) and titanium nitride (Ti x N y ), the crystal structure of the capacitance insulating film 16 becomes stable, and the device characteristics are improved. Further, between the conductive film 14a and the plug 13, there may be further one or more other films.
【００２５】次に、本発明における第三の実施例である
DRAM(Dynamic Random Access Memory)メモリセルの断面
構造を図１６に示す。これも、図２に示した平面レイア
ウトの一例において、A-BあるいはC-Dで切断した断面図
である。第三の実施例の第一の実施例との違いは、プラ
グ１３に接触して導電性膜２０が形成されている点であ
る。特に、プラグ１３の主構成材料が窒化タングステン
(WxNy)である場合には、絶縁膜１２との密着性を向上さ
せるために、例えば窒化チタン(TixNy)を主構成材料と
する導電性膜２０を形成することが好ましい。この場
合、導電性膜２０と絶縁膜１２の間にはさらに一層以上
の別の膜が存在していてもよい。Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 16 shows a sectional structure of a DRAM (Dynamic Random Access Memory) memory cell. This is also a cross-sectional view cut along AB or CD in the example of the planar layout shown in FIG. The difference between the third embodiment and the first embodiment is that the conductive film 20 is formed in contact with the plug 13. Particularly, the main constituent material of the plug 13 is tungsten nitride.
In the case of (W x N y ), it is preferable to form a conductive film 20 mainly composed of, for example, titanium nitride (Ti x N y ) in order to improve the adhesion with the insulating film 12. . In this case, one or more other films may be present between the conductive film 20 and the insulating film 12.
【００２６】次に、本発明における第四の実施例である
DRAM(Dynamic Random Access Memory)メモリセルの断面
構造を図１７に示す。これも、図２に示した平面レイア
ウトの一例において、A-BあるいはC-Dで切断した断面図
である。第四の実施例の第一の実施例との主な違いは、
ゲート電極５が、金属膜１５a、バリア膜１５b、多結晶
シリコン膜１５cの3層構造(すなわち、ポリメタルゲー
ト構造)となっていることである。ここで、バリア膜１
５bの主構成材料が窒化チタン(TixNy)である場合、この
バリア膜１５bには、シリコン(Si)、コバルト(Co)、ニ
ッケル(Ni)、ルテニウム(Ru)からなる群から選ばれる一
種類の添加元素を含有させる。また、バリア膜１５bの
主構成材料が窒化タングステン(WxNy)である場合、この
バリア膜１４には、モリブデン(Mo)を添加元素として含
有させる。また、バリア膜１５bの主構成材料がルテニ
ウム(Ru)である場合、このバリア膜１５bには、シリコ
ン(Si)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)からなる群から選
ばれる一種類の添加元素を含有させる。これによって、
バリア膜１５bが酸化されにくくなるという効果が得ら
れる。金属膜１５aには、融点が高く、抵抗の低いタン
グステン(W)やモリブデン(Mo)が使用されることが多い
ので、この場合には、同種の元素からなる材料、すなわ
ちモリブデン(Mo)を添加元素として含有した窒化タング
ステン(WxNy)をバリア膜１５bとして用いることが好ま
しい。酸化に強いルテニウム(Ru)が金属膜１５aとして
用いられる場合には、同種の元素からなる材料、すなわ
ちルテニウム(Ru)にシリコン(Si)、コバルト(Co)、ニッ
ケル(Ni)からなる群から選ばれる一種類の添加元素を含
有させたものをバリア膜１５bとして用いることが好ま
しい。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 17 shows a cross-sectional structure of a DRAM (Dynamic Random Access Memory) memory cell. This is also a cross-sectional view cut along AB or CD in the example of the planar layout shown in FIG. The main difference between the fourth embodiment and the first embodiment is that
The gate electrode 5 has a three-layer structure of a metal film 15a, a barrier film 15b, and a polycrystalline silicon film 15c (that is, a polymetal gate structure). Here, the barrier film 1
When the main constituent material of 5b is titanium nitride (Ti x N y ), the barrier film 15b is selected from the group consisting of silicon (Si), cobalt (Co), nickel (Ni), and ruthenium (Ru). One type of additive element is contained. The main constituent material of the barrier film 15b be a tungsten nitride (W x N y), the barrier film 14, it is contained as an additive element molybdenum (Mo). When the main constituent material of the barrier film 15b is ruthenium (Ru), the barrier film 15b has one type of additive element selected from the group consisting of silicon (Si), cobalt (Co), and nickel (Ni). Is contained. by this,
The effect that the barrier film 15b is hardly oxidized is obtained. In many cases, tungsten (W) or molybdenum (Mo) having a high melting point and low resistance is used for the metal film 15a. In this case, a material made of the same kind of element, that is, molybdenum (Mo) is added. it is preferable to use tungsten nitride containing as elements the (W x N y) as a barrier film 15b. When ruthenium (Ru), which is resistant to oxidation, is used as the metal film 15a, a material made of the same kind of element, that is, ruthenium (Ru) is selected from the group consisting of silicon (Si), cobalt (Co), and nickel (Ni). It is preferable to use one containing one type of additive element as the barrier film 15b.
【００２７】これらの実施例においては、情報蓄積用容
量素子３とシリコン基板１とがプラグ１３を介して接続
されている場合について示したが、情報蓄積用容量素子
３とシリコン基板１とがとが直接接していてもよい。In these embodiments, the case where the information storage capacitor 3 and the silicon substrate 1 are connected via the plug 13 has been described, but the information storage capacitor 3 and the silicon substrate 1 are connected to each other. May be in direct contact.
【００２８】また、以上の実施例において、容量下部電
極１５の主構成材料がルテニウム(Ru)である場合、この
容量下部電極１５にシリコン(Si)、コバルト(Co)、ニッ
ケル(Ni)からなる群から選ばれる一種類の添加元素を含
有させると、容量下部電極１５を酸素が透過しにくくな
り、結果としてバリア膜１４の酸化がより抑制しやすく
なるという効果が得られる。また、以上の実施例におい
て、容量下部電極１５や容量上部電極１６は、複数の膜
から構成されていてもよい。In the above embodiment, when the main constituent material of the lower capacitor electrode 15 is ruthenium (Ru), the lower capacitor electrode 15 is made of silicon (Si), cobalt (Co), and nickel (Ni). When one kind of additive element selected from the group is contained, it becomes difficult for oxygen to pass through the lower capacitor electrode 15, and as a result, an effect is obtained that the oxidation of the barrier film 14 is more easily suppressed. Further, in the above embodiment, the capacitance lower electrode 15 and the capacitance upper electrode 16 may be composed of a plurality of films.
【００２９】また、以上の実施例において、添加元素を
含有したバリア膜は、例えば２元スパッタ法、１元スパ
ッタ法、化学気相蒸着法等で成膜できる。なお、例えば
２元スパッタ法を用いて成膜すれば、単元素のターゲッ
トを使用でるのでターゲットの入手が容易であり、また
添加元素の比率を変化させることも容易である。また、
添加元素を含有したターゲットを用いて１元スパッタ法
で成膜すれば、スパッタ時間が短縮でき、また、添加元
素の比率を一定に保つことができる。さらに、混合ガス
を用いた化学気相蒸着法で成膜すれば、絶縁膜に溝を形
成してから溝を埋め込んでバリア膜を成膜する場合に、
溝幅が狭くても埋め込み性が良い。In the above embodiments, the barrier film containing the additional element can be formed by, for example, a binary sputtering method, a single sputtering method, a chemical vapor deposition method, or the like. Note that, for example, if a film is formed by a binary sputtering method, a target of a single element can be used, so that it is easy to obtain the target, and it is also easy to change the ratio of the additional element. Also,
If a film is formed by a single sputtering method using a target containing an additional element, the sputtering time can be reduced and the ratio of the additional element can be kept constant. Furthermore, if a film is formed by a chemical vapor deposition method using a mixed gas, when forming a groove in an insulating film and then filling the groove to form a barrier film,
Even if the groove width is narrow, the embedding property is good.
【００３０】また、より簡単に添加元素を含有させるに
は、主構成材料の膜を成膜した後、添加元素の膜を成膜
し、基板温度を200℃以上に上げる熱処理を行うとよ
い。この場合、添加元素の膜は、熱処理後にエッチング
等によって取り除くことが好ましい。In order to more easily contain the additional element, it is preferable to form a film of the main constituent material, then form a film of the additional element, and perform a heat treatment for raising the substrate temperature to 200 ° C. or higher. In this case, it is preferable to remove the film of the additional element by etching or the like after the heat treatment.
【００３１】また、以上の実施例において、バリア膜１
４の主構成材料が窒化チタン(TixNy)である場合には、
シリコン(Si)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ルテニウ
ム(Ru)からなる群から選ばれる一種類の添加元素を含有
させることが、バリア膜１４の酸化を防止する上で有効
であることを説明したが、バリア膜１４とプラグ１３の
密着性を向上させるという付加的な効果を得るには添加
元素としてシリコン(Si)を選択することが好ましい。こ
れは、プラグ１３はシリコンを主構成材料とする場合が
多く、同種のシリコン元素をバリア膜１４に添加すると
プラグ１３との結合が強くなるためである。また、バリ
ア膜１４の電気抵抗を劣化させないためには、添加元素
として電気抵抗の低いコバルト(Co)またはニッケル(Ni)
を選択することが好ましい。また、容量下部電極１５と
の密着性を向上させるという付加的な効果を得るには添
加元素としてルテニウム(Ru)を選択することが好まし
い。これは、容量下部電極１５はルテニウムを主構成材
料とする場合が多く、同種のルテニウム元素をバリア膜
１４に添加すると容量下部電極１５との結合が強くなる
ためである。In the above embodiment, the barrier film 1
When the main constituent material of No. 4 is titanium nitride (Ti x N y ),
It is effective to contain one kind of additional element selected from the group consisting of silicon (Si), cobalt (Co), nickel (Ni), and ruthenium (Ru) in preventing the barrier film 14 from being oxidized. However, in order to obtain an additional effect of improving the adhesion between the barrier film 14 and the plug 13, it is preferable to select silicon (Si) as an additional element. This is because the plug 13 often uses silicon as a main constituent material, and when the same type of silicon element is added to the barrier film 14, the bonding with the plug 13 becomes stronger. In order to prevent the electrical resistance of the barrier film 14 from deteriorating, cobalt (Co) or nickel (Ni) having a low electrical resistance is used as an additional element.
It is preferable to select It is preferable to select ruthenium (Ru) as an additional element in order to obtain an additional effect of improving the adhesion to the capacitance lower electrode 15. This is because ruthenium is often used as the main constituent material of the capacitor lower electrode 15, and when the same kind of ruthenium element is added to the barrier film 14, the bond with the capacitor lower electrode 15 becomes stronger.
【００３２】また、以上の実施例において、バリア膜１
４の主構成材料がルテニウム(Ru)である場合には、シリ
コン(Si)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)からなる群から
選ばれる一種類の添加元素を含有させることが、バリア
膜１４の酸化を防止する上で有効であることを説明した
が、バリア膜１４とプラグ１３の密着性を向上させると
いう付加的な効果を得るには添加元素としてシリコン(S
i)を選択することが好ましい。また、バリア膜１４の電
気抵抗を劣化させないためには、添加元素としてコバル
ト(Co)またはニッケル(Ni)を選択することが好ましい。In the above embodiment, the barrier film 1
When the main constituent material of No. 4 is ruthenium (Ru), the barrier film 14 may contain one kind of additional element selected from the group consisting of silicon (Si), cobalt (Co), and nickel (Ni). Has been described as being effective in preventing the oxidation of silicon (S) as an additional element in order to obtain an additional effect of improving the adhesion between the barrier film 14 and the plug 13.
Preferably, i) is selected. Further, in order not to deteriorate the electric resistance of the barrier film 14, it is preferable to select cobalt (Co) or nickel (Ni) as the additional element.
【００３３】[0033]
【発明の効果】本発明によれば、信頼性の高い半導体装
置を提供すること、歩留りの高い半導体装置を提供する
こと、導通不良を起こしにくい容量素子構造を有する半
導体装置を提供すること、酸化を起こしにくいゲート構
造を有する半導体装置を提供すること、等のうち少なく
とも一つを実現することができる。According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device having high reliability, to provide a semiconductor device having a high yield, to provide a semiconductor device having a capacitive element structure which is unlikely to cause conduction failure, and to provide an oxide. At least one of providing a semiconductor device having a gate structure that is unlikely to cause a problem can be realized.
【図１】本発明の第一の実施例に係る半導体装置の主要
部の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a main part of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第一の実施例に係る半導体装置の平面
レイアウトの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a planar layout of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第一の実施例に係る窒化チタンをバリ
ア膜の主構成材料として用いた場合の、拡散係数の添加
濃度依存性を低濃度領域について示した図である。FIG. 3 is a graph showing the dependence of the diffusion coefficient on the added concentration in a low concentration region when titanium nitride according to the first embodiment of the present invention is used as a main constituent material of a barrier film.
【図４】本発明の第一の実施例に係る窒化チタンをバリ
ア膜の主構成材料として用いた場合の、拡散係数の添加
濃度依存性を高濃度領域について示した図である。FIG. 4 is a graph showing the dependence of the diffusion coefficient on the added concentration in a high concentration region when titanium nitride according to the first embodiment of the present invention is used as a main constituent material of a barrier film.
【図５】本発明の第一の実施例に係る窒化タングステン
をバリア膜の主構成材料として用いた場合の、拡散係数
の添加濃度依存性を低濃度領域について示した図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing the dependence of the diffusion coefficient on the added concentration in a low concentration region when tungsten nitride according to the first embodiment of the present invention is used as a main constituent material of a barrier film.
【図６】本発明の第一の実施例に係る窒化タングステン
をバリア膜の主構成材料として用いた場合の、拡散係数
の添加濃度依存性を高濃度領域について示した図であ
る。FIG. 6 is a graph showing the dependency of the diffusion coefficient on the added concentration in a high concentration region when tungsten nitride according to the first embodiment of the present invention is used as a main constituent material of a barrier film.
【図７】本発明の第一の実施例に係るルテニウムをバリ
ア膜の主構成材料として用いた場合の、拡散係数の添加
濃度依存性を低濃度領域について示した図である。FIG. 7 is a graph showing the dependence of the diffusion coefficient on the concentration of addition in a low concentration region when ruthenium according to the first embodiment of the present invention is used as a main constituent material of the barrier film.
【図８】本発明の第一の実施例に係るルテニウムをバリ
ア膜の主構成材料として用いた場合の、拡散係数の添加
濃度依存性を高濃度領域について示した図である。FIG. 8 is a graph showing the dependence of the diffusion coefficient on the added concentration in a high concentration region when ruthenium according to the first embodiment of the present invention is used as a main constituent material of the barrier film.
【図９】本発明の第二の実施例に係る半導体装置の主要
部の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a main part of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の第三の実施例に係る半導体装置の主
要部の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a main part of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の第四の実施例に係る半導体装置の主
要部の断面図である。FIG. 11 is a sectional view of a main part of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
１…シリコン基板、２…トランジスタ、３…情報蓄積用
容量素子、４…素子分離膜、５…ゲート電極、６…ゲー
ト絶縁膜、７、８…拡散層、９…絶縁膜、１０…プラ
グ、１１…ビット線、１２…絶縁膜、１３…プラグ、１
４…導電性膜、１５…容量下部電極、１６…容量絶縁
膜、１７…容量上部電極、１８…絶縁膜、１９…導電性
膜、２０…導電性膜。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Transistor, 3 ... Information storage capacity element, 4 ... Element isolation film, 5 ... Gate electrode, 6 ... Gate insulating film, 7, 8 ... Diffusion layer, 9 ... Insulating film, 10 ... Plug, 11 bit line, 12 insulating film, 13 plug, 1
4 conductive film, 15 lower capacitor electrode, 16 capacitor insulating film, 17 upper capacitor electrode, 18 insulating film, 19 conductive film, 20 conductive film.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 勇 東京都青梅市新町六丁目16番地の３ 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 大路 譲 東京都青梅市新町六丁目16番地の３ 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 中村 吉孝 東京都青梅市新町六丁目16番地の３ 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 Ｆターム(参考） 5F083 AD31 AD48 GA25 JA14 JA15 JA38 JA39 JA40 JA43 MA06 MA17 MA20 PR33 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Isamu 6-16-16 Shinmachi, Ome-shi, Tokyo 3 Inside the Device Development Center, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Joe Yuji 6-16, Shinmachi, Ome-shi, Tokyo 3 Hitachi, Ltd. Device Development Center (72) Inventor Yoshitaka Nakamura 3-16, Shinmachi, Ome-shi, Tokyo 3 Hitachi, Ltd. Device Development Center F-term (reference) 5F083 AD31 AD48 GA25 JA14 JA15 JA38 JA39 JA40 JA43 MA06 MA17 MA20 PR33
Claims (12)
に形成された主構成材料が窒化チタンであり、少なくと
もシリコン、コバルト、ニッケル、ルテニウムからなる
群から選ばれる一種類の添加元素を含有する導電性膜
と、前記導電性膜に接するように形成された第一電極
と、前記第一電極に接するように形成された高誘電率ま
たは強誘電性の酸化物膜と、前記酸化膜に接するように
形成された第二電極とを備えた半導体装置。A semiconductor substrate and a main constituent material formed on one main surface side of the semiconductor substrate are titanium nitride, and at least one kind of additive element selected from the group consisting of silicon, cobalt, nickel and ruthenium. A conductive film, a first electrode formed to be in contact with the conductive film, a high dielectric constant or ferroelectric oxide film formed to be in contact with the first electrode, and the oxide film And a second electrode formed to be in contact with the semiconductor device.
材料がルテニウムまたは酸化ルテニウムである半導体装
置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a main constituent material of said first electrode is ruthenium or ruthenium oxide.
料に対する前記添加元素の含有率が０.０５at.％ 以上
１８at.％以下である半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the content of the additional element with respect to the main constituent material is 0.05 at.% Or more and 18 at.% Or less.
面側に形成された主構成材料が窒化チタンであり、少な
くともシリコン、コバルト、ニッケル、ルテニウムから
なる群から選ばれる一種類の添加元素を含有し、その含
有量が前記主構成材料に対して０.０５at.％ 以上１８a
t.％以下である導電性膜と、前記導電性膜に接するよう
に形成された主構成材料がルテニウムまたは酸化ルテニ
ウムである第一電極と、前記第一電極に接するように形
成された主構成材料がチタン酸バリウムストロンチウム
または酸化ルテニウムである酸化物膜と、前記酸化膜に
接するように形成された第二電極とを備えた半導体装
置。4. A silicon substrate and a main constituent material formed on one main surface side of the silicon substrate are titanium nitride, and at least one kind of additive element selected from the group consisting of silicon, cobalt, nickel and ruthenium. Content of at least 0.05 at.
% or less, a first electrode made of ruthenium or ruthenium oxide, the main constituent material formed in contact with the conductive film, and a main structure formed in contact with the first electrode A semiconductor device comprising: an oxide film made of barium strontium titanate or ruthenium oxide; and a second electrode formed to be in contact with the oxide film.
面側に形成された主構成材料が窒化タングステンであ
り、モリブデンを添加元素として含有し、その含有量が
前記主構成材料に対して０.０５at.％ 以上１８at.％以
下である導電性膜と、前記導電性膜に接するように形成
された主構成材料がルテニウムまたは酸化ルテニウムで
ある第一電極と、前記第一電極に接するように形成され
た主構成材料がチタン酸バリウムストロンチウムまたは
酸化ルテニウムである酸化物膜と、前記酸化膜に接する
ように形成された第二電極とを備えた半導体装置。5. A silicon substrate and a main constituent material formed on one main surface side of the silicon substrate are tungsten nitride, which contains molybdenum as an additional element, and whose content is 0% with respect to the main constituent material. .05 at.% Or more and 18 at.% Or less, a first electrode formed so as to be in contact with the conductive film, the main constituent material being ruthenium or ruthenium oxide, and a first electrode being in contact with the first electrode. A semiconductor device comprising: an oxide film whose main constituent material is barium strontium titanate or ruthenium oxide; and a second electrode formed to be in contact with the oxide film.
面側に形成された主構成材料がルテニウムであり、少な
くともシリコン、コバルト、ニッケル、からなる群から
選ばれる一種類の添加元素を含有し、その含有量が前記
主構成材料に対して０.０５at.％ 以上１８at.％以下で
ある導電性膜と、前記導電性膜に接するように形成され
た主構成材料がルテニウムまたは酸化ルテニウムである
第一電極と、前記第一電極に接するように形成された主
構成材料がチタン酸バリウムストロンチウムまたは酸化
ルテニウムである酸化物膜と、前記酸化膜に接するよう
に形成された第二電極とを備えた半導体装置。6. A silicon substrate and a main constituent material formed on one main surface side of the silicon substrate are ruthenium, and contain at least one kind of additive element selected from the group consisting of silicon, cobalt and nickel. And a conductive film having a content of 0.05 at.% Or more and 18 at.% Or less with respect to the main constituent material, and a main constituent material formed so as to be in contact with the conductive film is ruthenium or ruthenium oxide. A first electrode, an oxide film whose main constituent material formed to contact the first electrode is barium strontium titanate or ruthenium oxide, and a second electrode formed to contact the oxide film. Semiconductor device.
面側に形成された主構成材料が窒化チタンであり、少な
くともシリコン、コバルト、ニッケル、ルテニウムから
なる群から選ばれる一種類の添加元素を含有し、その含
有量が前記主構成材料に対して０.０５at.％ 以上１８a
t.％以下である導電性膜と、前記導電性膜に接するよう
に形成された主構成材料がルテニウムであり、少なくと
もシリコン、コバルト、ニッケルからなる群から選ばれ
る一種類の添加元素を含有し、その含有量が前記主構成
材料に対して０.０５at.％ 以上１８at.％以下である第
一電極と、前記第一電極に接するように形成された主構
成材料がチタン酸バリウムストロンチウムまたは酸化ル
テニウムである酸化物膜と、前記酸化膜に接するように
形成された第二電極とを備えた半導体装置。7. A silicon substrate and a main constituent material formed on one main surface side of the silicon substrate are titanium nitride, and at least one kind of additive element selected from the group consisting of silicon, cobalt, nickel and ruthenium. Content of at least 0.05 at.
% or less, and the main constituent material formed in contact with the conductive film is ruthenium, and contains at least one kind of additive element selected from the group consisting of silicon, cobalt, and nickel. A first electrode having a content of 0.05 at.% Or more and 18 at.% Or less with respect to the main constituent material, and a main constituent material formed in contact with the first electrode is formed of barium strontium titanate or oxide. A semiconductor device comprising: an oxide film of ruthenium; and a second electrode formed to be in contact with the oxide film.
に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上部
に形成されたゲート電極と、を備え、前記ゲート電極は
前記ゲート絶縁膜に接するように形成された多結晶シリ
コン膜と、前記多結晶シリコン膜に接するように形成さ
れた主構成材料が窒化チタンであり、少なくともシリコ
ン、コバルト、ニッケル、ルテニウムからなる群から選
ばれる一種類の添加元素を含有したバリア膜と、前記バ
リア膜に接するように形成された金属膜とを備えた半導
体装置。8. A semiconductor device comprising: a semiconductor substrate; a gate insulating film formed on one main surface side of the semiconductor substrate; and a gate electrode formed on the gate insulating film. A polycrystalline silicon film formed in contact with the film; and a main constituent material formed in contact with the polycrystalline silicon film is titanium nitride, and at least one selected from the group consisting of silicon, cobalt, nickel, and ruthenium. A semiconductor device comprising: a barrier film containing various types of additive elements; and a metal film formed to be in contact with the barrier film.
に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上部
に形成されたゲート電極と、を備え、前記ゲート電極は
前記ゲート絶縁膜に接するように形成された多結晶シリ
コン膜と、前記多結晶シリコン膜に接するように形成さ
れた主構成材料が窒化タングステンであり、添加元素と
してモリブデンを含有したバリア膜と、前記バリア膜に
接するように形成された主構成材料がタングステンまた
はモリブデンである金属膜とを備えた半導体装置。9. A semiconductor device comprising: a semiconductor substrate; a gate insulating film formed on one main surface side of the semiconductor substrate; and a gate electrode formed on the gate insulating film. A polycrystalline silicon film formed in contact with the film, a main constituent material formed in contact with the polycrystalline silicon film is tungsten nitride, and a barrier film containing molybdenum as an additional element; And a metal film whose main constituent material is tungsten or molybdenum.
側に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上
部に形成されたゲート電極とを備え、前記ゲート電極は
前記ゲート絶縁膜に接するように形成された多結晶シリ
コン膜と、前記多結晶シリコン膜に接するように形成さ
れた主構成材料がルテニウムであり、少なくともシリコ
ン、コバルト、ニッケルからなる群から選ばれる一種類
の添加元素を含有したバリア膜と、前記バリア膜に接す
るように形成された主構成材料がルテニウムである金属
膜とを備えた半導体装置。10. A semiconductor substrate, comprising: a gate insulating film formed on one main surface side of the semiconductor substrate; and a gate electrode formed on the gate insulating film, wherein the gate electrode is formed of the gate insulating film. A polycrystalline silicon film formed so as to be in contact with, and a main constituent material formed so as to be in contact with the polycrystalline silicon film is ruthenium, and at least one kind of additive element selected from the group consisting of silicon, cobalt, and nickel And a metal film formed so as to be in contact with the barrier film and whose main constituent material is ruthenium.
記主構成材料に対する前記添加元素の含有率が０.０５a
t.％ 以上１８at.％以下である半導体装置。11. The method according to claim 9, wherein the content of the additional element with respect to the main constituent material is 0.05a.
A semiconductor device having a ratio of t.% to 18 at.%.
と、該導電性膜に接触する第一電極と、該第一電極に接
触する高誘電率あるいは強誘電性の酸化物膜と、該酸化
物膜に接触する第二電極を、この順に積層して形成する
工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記導電性
膜の製造工程が、窒化チタンを成膜する工程と、シリコ
ン、コバルト、ニッケル、ルテニウムからなる群から選
ばれる一種類の膜を成膜する工程と、基板温度を200℃
以上に上げる熱処理工程とがこの順に行われる工程を備
えた半導体装置の製造方法。12. A conductive film, a first electrode in contact with the conductive film, and a high dielectric constant or ferroelectric oxide film in contact with the first electrode on one principal surface side of the silicon substrate. A method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a second electrode in contact with the oxide film by stacking in this order, wherein the step of manufacturing the conductive film includes a step of forming titanium nitride; Step of forming one kind of film selected from the group consisting of silicon, cobalt, nickel, ruthenium, and a substrate temperature of 200 ° C.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step in which the heat treatment steps described above are performed in this order.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000077779A JP3468200B2 (en) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000077779A JP3468200B2 (en) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | Semiconductor device |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003191583A Division JP4622213B2 (en) | 2003-07-04 | 2003-07-04 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001267535A true JP2001267535A (en) | 2001-09-28 |
| JP3468200B2 JP3468200B2 (en) | 2003-11-17 |
Family
ID=18595278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000077779A Expired - Fee Related JP3468200B2 (en) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3468200B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6831323B2 (en) | 2002-03-28 | 2004-12-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method for fabricating the same |
-
2000
- 2000-03-15 JP JP2000077779A patent/JP3468200B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6831323B2 (en) | 2002-03-28 | 2004-12-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method for fabricating the same |
| US7268036B2 (en) | 2002-03-28 | 2007-09-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method for fabricating the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3468200B2 (en) | 2003-11-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6682969B1 (en) | Top electrode in a strongly oxidizing environment | |
| JP3207110B2 (en) | Capacitor and method of forming the same | |
| US8421140B2 (en) | Dielectric structures | |
| US8741712B2 (en) | Leakage reduction in DRAM MIM capacitors | |
| US6908802B2 (en) | Ferroelectric circuit element that can be fabricated at low temperatures and method for making the same | |
| US8766346B1 (en) | Methods to improve leakage of high K materials | |
| JP2005217407A (en) | Capacitor of semiconductor device, memory element including same, and method of fabricating same | |
| JPH0567792A (en) | Semiconductor device with ferrodielectric | |
| US5742472A (en) | Stacked capacitors for integrated circuit devices and related methods | |
| JP2005064522A (en) | Capacitor of semiconductor device, and memory device equipped therewith | |
| JP4011813B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
| JP3732098B2 (en) | Semiconductor device | |
| TWI228798B (en) | Barrier for capacitor over plug structures | |
| JP3914681B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US6833605B2 (en) | Method of making a memory cell capacitor with Ta2O5 dielectric | |
| JPH0982915A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JP3468200B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP4622213B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP3756422B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP2007311610A (en) | Semiconductor device, and its manufacturing method | |
| JPH0513706A (en) | Semiconductor device | |
| JP3752449B2 (en) | Semiconductor device | |
| JPH07273220A (en) | Forming method of capacitor | |
| JP2002151659A (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
| JP2002368130A (en) | Semiconductor device and thin-film capacitor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080905 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080905 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090905 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090905 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100905 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100905 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110905 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |