JP3270020B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JP3270020B2 JP3270020B2 JP11147799A JP11147799A JP3270020B2 JP 3270020 B2 JP3270020 B2 JP 3270020B2 JP 11147799 A JP11147799 A JP 11147799A JP 11147799 A JP11147799 A JP 11147799A JP 3270020 B2 JP3270020 B2 JP 3270020B2
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- Japan
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- ferroelectric
- sin
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体を用い
た、メモリ、その中でも特に電気的に書き換え可能な不
揮発性メモリの構造に関するものである。
た、メモリ、その中でも特に電気的に書き換え可能な不
揮発性メモリの構造に関するものである。
【0002】〔発明の概要〕本発明は、強誘電体膜を用
いた、キャパシタを半導体基板上に集積したメモリの構
造において、半導体基板上に形成されたトランジスタな
どの能動素子と、強誘電体からなるキャパシタとの間に
主成分がSiNからなる絶縁膜を形成したことにより、
トランジスタ特性の優れ、かつ強誘電体キャパシタの比
誘電率などの特性の優れたメモリを得るようにしたもの
である。
いた、キャパシタを半導体基板上に集積したメモリの構
造において、半導体基板上に形成されたトランジスタな
どの能動素子と、強誘電体からなるキャパシタとの間に
主成分がSiNからなる絶縁膜を形成したことにより、
トランジスタ特性の優れ、かつ強誘電体キャパシタの比
誘電率などの特性の優れたメモリを得るようにしたもの
である。
【0003】
【従来の技術】従来の半導体不揮発性メモリとしては、
絶縁ゲート中のトラップまたは浮遊ゲートにシリコン基
板からの電荷を注入することによりシリコン基板の表面
ポテンシャルが変調される現象を用いた、MIS型トラ
ンジスタが一般に使用されており、EPROM(紫外線
消去型不揮発性メモリ)やEEPROM(電気的書き換
え可能型不揮発性メモリ)などとして実用化されてい
る。
絶縁ゲート中のトラップまたは浮遊ゲートにシリコン基
板からの電荷を注入することによりシリコン基板の表面
ポテンシャルが変調される現象を用いた、MIS型トラ
ンジスタが一般に使用されており、EPROM(紫外線
消去型不揮発性メモリ)やEEPROM(電気的書き換
え可能型不揮発性メモリ)などとして実用化されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしこれらの不揮発
性メモリは、情報書き換え電圧が、通常約20V前後と
高いことや、書き換え時間が非常に長い(例えばEEP
ROMの場合数十mSEC)などの欠点を有す。また、情
報の書き換え回数が、約105 回程度であり、非常に少
なく、繰り返し使用する場合には問題が多い。
性メモリは、情報書き換え電圧が、通常約20V前後と
高いことや、書き換え時間が非常に長い(例えばEEP
ROMの場合数十mSEC)などの欠点を有す。また、情
報の書き換え回数が、約105 回程度であり、非常に少
なく、繰り返し使用する場合には問題が多い。
【0005】電気的に分極が反転可能である強誘電体を
用いた不揮発性メモリについては、書き込み時間と読み
出し時間が原理的にほぼ同じであり、また電源を切って
も分極は保持されるため、理想的な不揮発性メモリとな
る可能性を有する。このような強誘電体を用いた不揮発
性メモリについては、例えば米国特許4149302の
様に、シリコン基板上に強誘電体からなるキャパシタを
集積した構造や、米国特許3832700のようにMI
S型トランジスタのゲート部分に強誘電体膜を配置した
不揮発性メモリなどの提案がなされている。また、最近
では、第3図において、MOS型半導体装置に積層した
構造の不揮発性メモリがIEDM‘87PP・850−
851に提案されている。第3図において、301はP
型Si基板であり、302は素子分離用のLOCOS酸
化膜、303はソースとなるN型拡散層であり、304
はドレインとなるN型拡散層である。305はゲート電
極であり、306は層間絶縁膜である。308はゲート
絶縁膜である。309が強誘電体膜であり、電極310
と311により挟まれ、キャパシタを構成している。3
07は第2層間絶縁膜であり、312が配線電極となる
Alである。さて、このような構造の強誘電体メモリに
おいて、強誘電体の特性を向上させるため、酸素を含む
雰囲気中でアニールをする必要がある。このような酸素
アニールを行うと、トランジスタのしきい値電圧などの
特性の変動が起こる。そこで、本発明はこのような課題
を解決するもので、その目的とするところは、強誘電体
の特性の向上のために酸素アニールをしてもトランジス
タなどの特性の変動のない強誘電体メモリ、特に不揮発
性メモリを提供するところにある。
用いた不揮発性メモリについては、書き込み時間と読み
出し時間が原理的にほぼ同じであり、また電源を切って
も分極は保持されるため、理想的な不揮発性メモリとな
る可能性を有する。このような強誘電体を用いた不揮発
性メモリについては、例えば米国特許4149302の
様に、シリコン基板上に強誘電体からなるキャパシタを
集積した構造や、米国特許3832700のようにMI
S型トランジスタのゲート部分に強誘電体膜を配置した
不揮発性メモリなどの提案がなされている。また、最近
では、第3図において、MOS型半導体装置に積層した
構造の不揮発性メモリがIEDM‘87PP・850−
851に提案されている。第3図において、301はP
型Si基板であり、302は素子分離用のLOCOS酸
化膜、303はソースとなるN型拡散層であり、304
はドレインとなるN型拡散層である。305はゲート電
極であり、306は層間絶縁膜である。308はゲート
絶縁膜である。309が強誘電体膜であり、電極310
と311により挟まれ、キャパシタを構成している。3
07は第2層間絶縁膜であり、312が配線電極となる
Alである。さて、このような構造の強誘電体メモリに
おいて、強誘電体の特性を向上させるため、酸素を含む
雰囲気中でアニールをする必要がある。このような酸素
アニールを行うと、トランジスタのしきい値電圧などの
特性の変動が起こる。そこで、本発明はこのような課題
を解決するもので、その目的とするところは、強誘電体
の特性の向上のために酸素アニールをしてもトランジス
タなどの特性の変動のない強誘電体メモリ、特に不揮発
性メモリを提供するところにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1にかか
る半導体装置は、上部電極と下部電極の一対の電極に強
誘電体膜が挟まれてなるキャパシタが、能動素子が形成
された同一半導体基板上に集積された半導体装置におい
て、前記能動素子の上方に形成され、主成分がSiNか
らなる第一絶縁膜と、前記第一絶縁膜上に形成され、主
成分がSiO2からなる第二絶縁膜と、前記第二絶縁膜
上に形成された前記下部電極を有することを特徴とす
る。また、本発明の請求項2にかかる半導体装置は、前
記下部電極はPt、Al、MoSi、WSiのいずれか
からなることを特徴とする。また、本発明の請求項3に
かかる半導体装置は、前記主成分がSiNからなる第一
絶縁膜が酸素を含むことを特徴とする。また、本発明の
請求項4にかかる半導体装置は、前記能動素子と前記キ
ャパシタとが厚み方向において積層構造をなすことを特
徴とする。
る半導体装置は、上部電極と下部電極の一対の電極に強
誘電体膜が挟まれてなるキャパシタが、能動素子が形成
された同一半導体基板上に集積された半導体装置におい
て、前記能動素子の上方に形成され、主成分がSiNか
らなる第一絶縁膜と、前記第一絶縁膜上に形成され、主
成分がSiO2からなる第二絶縁膜と、前記第二絶縁膜
上に形成された前記下部電極を有することを特徴とす
る。また、本発明の請求項2にかかる半導体装置は、前
記下部電極はPt、Al、MoSi、WSiのいずれか
からなることを特徴とする。また、本発明の請求項3に
かかる半導体装置は、前記主成分がSiNからなる第一
絶縁膜が酸素を含むことを特徴とする。また、本発明の
請求項4にかかる半導体装置は、前記能動素子と前記キ
ャパシタとが厚み方向において積層構造をなすことを特
徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の半導体装置の一
実施例における主要断面図である。以下、図1におい
て、本発明の半導体装置を説明する。ここでは説明の都
合上Si基板を用い、Nチャンネルトランジスタを用い
た例につき説明する。
実施例における主要断面図である。以下、図1におい
て、本発明の半導体装置を説明する。ここでは説明の都
合上Si基板を用い、Nチャンネルトランジスタを用い
た例につき説明する。
【0008】101はP型Si基板であり、例えば20
0hm・cmの比抵抗のウエハを用いる。102は素子
分離用の絶縁膜であり、例えば、従来技術であるLOC
OS法により酸化膜を6000A形成する。103はソ
ースとなるN型拡散層であり、例えばリンを80Kev
5E15cm−2イオン注入することにより形成する。
104はドレインとなるN型拡散層であり、103と同
時にイオン注入により形成する。105はゲート電極で
あり、例えばリンでドープされたポリSiを用いる。1
08はゲート電極であり、例えば熱酸化法により、Si
O2膜を250A形成する。109が強誘電であるPb
Tio3 、PZT(PbZrO3、PbTiO3、PLZT
(La、PbZrO3、PbTiO3 )であり、例えば
スパッタ法などにより形成する。111は強誘電体膜の
電極うちの一方の電極(以下、下部電極とよぶ)で有
り、例えばPt、Al、MoSi、WSiなどであり、
スパッタ法で形成する。110は強誘電体膜の電極のう
ちもう一方の電極(以下、上部電極という)で有り、例
えばPt、Al、MoSi、WSiなどであり、例えば
スパッタ法で形成する。106と107は層間絶縁膜で
あり、例えば気相成長法によりSiO2膜をそれぞれ3
000A形成する。113が本発明の要旨によるSiN
を主成分とする絶縁膜(第一絶縁膜)であり、図1の場
合には、111の下部電極と106の層間絶縁膜の間
に、気相成長法により形成する。112は103のソー
ス拡散層と110の上部電極を接続する配線電極であ
り、例えばAlで形成する。なお、この112の配線電
極はその他の配線、例えばMOSトランジスタ間の接続
に使っても良い。
0hm・cmの比抵抗のウエハを用いる。102は素子
分離用の絶縁膜であり、例えば、従来技術であるLOC
OS法により酸化膜を6000A形成する。103はソ
ースとなるN型拡散層であり、例えばリンを80Kev
5E15cm−2イオン注入することにより形成する。
104はドレインとなるN型拡散層であり、103と同
時にイオン注入により形成する。105はゲート電極で
あり、例えばリンでドープされたポリSiを用いる。1
08はゲート電極であり、例えば熱酸化法により、Si
O2膜を250A形成する。109が強誘電であるPb
Tio3 、PZT(PbZrO3、PbTiO3、PLZT
(La、PbZrO3、PbTiO3 )であり、例えば
スパッタ法などにより形成する。111は強誘電体膜の
電極うちの一方の電極(以下、下部電極とよぶ)で有
り、例えばPt、Al、MoSi、WSiなどであり、
スパッタ法で形成する。110は強誘電体膜の電極のう
ちもう一方の電極(以下、上部電極という)で有り、例
えばPt、Al、MoSi、WSiなどであり、例えば
スパッタ法で形成する。106と107は層間絶縁膜で
あり、例えば気相成長法によりSiO2膜をそれぞれ3
000A形成する。113が本発明の要旨によるSiN
を主成分とする絶縁膜(第一絶縁膜)であり、図1の場
合には、111の下部電極と106の層間絶縁膜の間
に、気相成長法により形成する。112は103のソー
ス拡散層と110の上部電極を接続する配線電極であ
り、例えばAlで形成する。なお、この112の配線電
極はその他の配線、例えばMOSトランジスタ間の接続
に使っても良い。
【0009】さて、本発明の作用で圧が、図1のような
構造にすることにより、強誘電体のキャパシタを形成
後、酸素を含む雰囲気中でアニールした場合でも、酸素
は113のSiNで阻止され、SiNの下のMOSトラ
ンジスタには影響がでなくなり、例えばMOSトランジ
スタのしきい値電圧もアニール前と変化がない値が得ら
れた。
構造にすることにより、強誘電体のキャパシタを形成
後、酸素を含む雰囲気中でアニールした場合でも、酸素
は113のSiNで阻止され、SiNの下のMOSトラ
ンジスタには影響がでなくなり、例えばMOSトランジ
スタのしきい値電圧もアニール前と変化がない値が得ら
れた。
【0010】図2は本発明の半導体装置の他の実施例に
おける主要断面図である。
おける主要断面図である。
【0011】図2の実施例は図1の実施例を比較した場
合の特徴は、107の層間絶縁膜と、113のSiN膜
を主成分とする絶縁膜(第一絶縁膜)との間にさらに2
01のSiO2を主成分とする絶縁膜(第二絶縁膜)を
形成している点にある。
合の特徴は、107の層間絶縁膜と、113のSiN膜
を主成分とする絶縁膜(第一絶縁膜)との間にさらに2
01のSiO2を主成分とする絶縁膜(第二絶縁膜)を
形成している点にある。
【0012】図1において、111の下部電極は113
のSiNを主成分とする絶縁膜(第一絶縁膜)と直接接
していたため、アニール条件によっては、SiNのスト
レスにより剥がれなどの問題が発生した。図2のように
下部電極とSINの間にSiO2を主成分とする絶縁膜
(第二絶縁膜)を挟むことにより、本発明の効果、即
ち、酸素を含む雰囲気中でアニールしてもMOSトラン
ジスタの特性がかわらず、かつ、剥がれなどの問題は解
決された。
のSiNを主成分とする絶縁膜(第一絶縁膜)と直接接
していたため、アニール条件によっては、SiNのスト
レスにより剥がれなどの問題が発生した。図2のように
下部電極とSINの間にSiO2を主成分とする絶縁膜
(第二絶縁膜)を挟むことにより、本発明の効果、即
ち、酸素を含む雰囲気中でアニールしてもMOSトラン
ジスタの特性がかわらず、かつ、剥がれなどの問題は解
決された。
【0013】
【発明の効果】本発明のように、強誘電体膜からなるキ
ャパシタが、集積された半導体装置において、トランジ
スタなどの能動素子と、強誘電体からなるキャパシタと
の間に、主成分がSiNからなる絶縁膜を形成すること
により、強誘電体膜の特性の向上のために酸素アニール
を行ってもトランジスタなどの特性の変動のない半導体
装置が得られるという効果を有する。
ャパシタが、集積された半導体装置において、トランジ
スタなどの能動素子と、強誘電体からなるキャパシタと
の間に、主成分がSiNからなる絶縁膜を形成すること
により、強誘電体膜の特性の向上のために酸素アニール
を行ってもトランジスタなどの特性の変動のない半導体
装置が得られるという効果を有する。
【図1】本発明の半導体装置の一実施例のおける主要断
面図。
面図。
【図2】本発明の半導体装置のための実施例における主
要断面図。
要断面図。
【図3】従来の半導体装置における主要断面図。
101、301・・・Si基板 102、302・・・素子分離絶縁膜 103、303・・・ソース拡散層 104、304・・・ドレイン拡散層 105、305・・・ゲート電極 106、107、306、307・・・層間絶縁膜 108、308・・・ゲート電極 109、309・・・強誘電体膜 110、310・・・上部電極 111、311・・・下部電極 112、312・・・配線電極 113・・・SiN膜 201・・・SiO2膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/788 29/792
Claims (4)
- 【請求項1】 上部電極と下部電極の一対の電極に強誘
電体膜が挟まれてなるキャパシタが、能動素子が形成さ
れた同一半導体基板上に集積された半導体装置におい
て、 前記能動素子の上方に形成され、主成分がSiNからな
る第一絶縁膜と、 前記第一絶縁膜上に形成され、主成分がSiO2からな
る第二絶縁膜と、 前記第二絶縁膜上に形成された前記下部電極を有するこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記下部電極はPt、Al、MoSi、
WSiのいずれかからなることを特徴とする請求項1に
記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記主成分がSiNからなる第一絶縁膜
が酸素を含むことを特徴とする請求項1乃至2に記載の
半導体装置。 - 【請求項4】 前記能動素子と前記キャパシタとが厚み
方向において積層構造をなすことを特徴とする請求項1
乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11147799A JP3270020B2 (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11147799A JP3270020B2 (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | 半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP02208965A Division JP3111416B2 (ja) | 1990-08-07 | 1990-08-07 | 半導体装置 |
Related Child Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11139219A Division JPH11354730A (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | 半導体装置 |
JP13922099A Division JP3387850B2 (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11330392A JPH11330392A (ja) | 1999-11-30 |
JP3270020B2 true JP3270020B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=14562257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11147799A Expired - Lifetime JP3270020B2 (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3270020B2 (ja) |
-
1999
- 1999-04-19 JP JP11147799A patent/JP3270020B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11330392A (ja) | 1999-11-30 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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