JPH04158570A - 半導体装置の構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、強誘電体を用いた、メモリ、特に電気的に書
き換え可能な不揮発性メモリの構造、及び製造方法に関
するものである。

［発明の概要］ 本発明は、強誘電体を用いた半導体記憶装置において、
半導体基板と強誘電体キャパシタとの間に、導電性の酸
素非透過膜を形成し、酸化処理によって非導電性とする
ことによって、以後の酸化雰囲気中での熱処理工程にお
ける酸素の拡散を阻止し、前記酸素非透過膜より下層に
位置する素子の、酸素による特性劣化を防ぐことができ
る。

［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
的に使用されており、ＥＦＲＯＭ　（紫外線消去型不揮
発性メモリ）やＥＥＰＲ，ＯＭ（電気的書換え可能型不
揮発性メモリ）などとして実用化されている。

［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、情報の書換え電圧が
。通常２０Ｖ前後と高いことや、書換え時間が非常に長
い（例えばＥＥＰＲＯＭの場合数十ｍ５ｅｃ）等の欠点
を有する、また、情報の書換え回数が、約１０２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。

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、読みだし時間
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。この様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のように、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ＭＩＳ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２
図のような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２図において、（２０１）はＰ型Ｓ１基板であり、（
２０２）は素子分離用のＬＯＧＯ５酸化膜、（２０３）
はソースとなるＮ型拡散層であり、（２０４）はドレイ
ンとなるＮ型拡散層である。（２０５）はゲート電極で
あり、（２０６）は層間絶縁膜である。（２０７）が強
誘電体膜であり、電極（２０８）と（２０９）により挟
まれ、キャパシタを構成している。（２１０）は第２層
間絶縁膜であり、（２１１）が配線電極となるＡ１であ
る。

この様にＭＯＳ型半導体装置の上部に強誘電体膜を積層
した構造では、酸化雰囲気中での熱処理の際に、半導体
素子中に酸素が拡散し、素子特性を劣化させるという課
題を有する。

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、半導体素子中への酸素の拡散を阻
止し、それによる素子特性の劣化を防止することによっ
て、優れた半導体装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段１ 本発明は１強誘電体を用いたキャパシタが、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、 前記半導体基板と前記キャパシタとの間の層に、金属窒
化物の酸素非透過膜を有することを特徴とし、かつ、 前記半導体装置の製造方法において、 前記金属窒化物の酸素非透過膜を酸化処理することによ
って絶縁性の膜とする工程を含むことを特徴とする。

（実　施　例） 第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の半導体装１の一実施例
における主要工程断面図である。以下、第１図にしたが
い、本発明の半導体装置を説明する。ここでは説明の都
合上、３１基板を用い、Ｎチャンネル型ＭＯＳトランジ
スタを用いた例につき説明する。

（第１図（ａ〕） （１０１）はＰ型Ｓ１基板であり、例えば２０Ω・ｃｍ
の比抵抗のウェハを用いる。（１０２＞は素子分離用の
絶縁膜であり、例えば、従来技術であるＬｏｃｏｓ法に
より酸化膜を６０００人形成する。（１０３）はソース
となるＮ型拡散層であり、例えばリンを８０ＫｅＶ５ｘ
ｌＯ１６ｃｍ−”イオン注入することによって形成する
。（１０４）はドレインとなるＮ型拡散層であり、（１
０３）と同時に形成する。（１０５）はゲート電極であ
り、例えはリンでドープされたポリシリコンを用いる。

（１０６）は第１層間絶縁膜であり、例えば化学的気相
成長法によりリンガラスを４０００人形成する。

（１０７）は本発明の主旨による酸素非透過膜であり、
例えば窒化チタンをスパッタ法により、１０００人形成
する。その後、７００℃の酸素雰囲気中で熱処理をする
ことによって、前記窒化チタンの酸素非透過膜（１０７
）を絶縁膜とする。

（第１図（ｂ）） （１０８）は強誘電体をはさむ一方の電極（下部電極）
であり、例えば白金をスパッタ法により、１０００人形
成する。（１０９）は強誘電体膜であり、例えばＰ　ｂ
　Ｔ　ｉ　Ｏｚをスパッタ法により、２０００人形成し
たのち、５００℃の酸素雰囲気中で焼結する。（１１０
）は強誘電体膜をはさむ、もう一方の電極（上部１ｉ極
）であり、（１０８）と同様にして形成する。（１１１
）は第２層間絶縁膜であり、例えば化学的気相成長法に
よりリンガラスを３０００人形成する。

（第１図（Ｃ）） 次に、従来からの技術である、フォトリングラフィによ
って、接続孔を形成する。

（第１図（ｄ）） （１１２）は配線電極であり、例えば、アルミニウムを
スパッタ法により、５０００人形成し、所定をパターン
を形成する。

以上をもって、本実施例の構造を得る。

このような構造にすることによって、酸素非透過膜（１
０７）の形成、及び酸化工程以後の工程での、Ｍ紫雲囲
気中での熱処理工程による、酸素の基板中への拡散は阻
止され、それによる素子特性の劣化は防止される。

さて、第１図において、酸素非透過膜（１０７）がない
場合、Ｐ　ｂ　Ｔ　ｉ　Ｏｓの焼結時に、５００℃の酸
素中で熱処理を行うと、Ｎチャンネル型のＭＯＳ）ラン
ジスタのオフリーク１ｆ流は、ドレイン電圧５ｖ時にお
いて、約１０−’Ａであったが、本実施例の構造及び製
造方法とした場合、同様な熱処理を加えても、オフリー
ク電流は約１Ｏ−１１Ａに改善された。

［発明の効果１ 本発明によれば、能動素子が形成された半導体基板上に
金属窒化物の酸素非透過膜を形成し、酸化処理を行って
絶縁物としたことにより、それ以後の工程における酸化
雰囲気中での熱処理の際の半導体基板中への酸素の拡散
が阻止され、それによる素子特性の劣化を防止すること
ができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例による半導体装
置の主要工程断面図である。 第２図は従来の技術による、半導体記憶装置の主要断面
図である。 １０１・・・シリコン基板 １０２・・・素子分離膜 １０３・・・ソース領域 １０４・・・ドレイン領域 １０５・・・ゲート電極 １０６・・・第１層間絶縁膜 １０７・・・酸素非透過膜 １０８・・・下部電極 １０９・・・強誘電体膜 １１０・・・上部電極 １１１・・・第２層間絶縁膜 １１２・・・配線層 ２０１・・・シリコン基板 ２０２・・・素子分離膜 ２０３・・・ソース領域 ２０４・・・ドレイン領域 ２０５・・・ゲート電極 ２０６・・・第１層間絶縁膜 ２０７・・・強誘電体膜 ２０８・・・下部電極 ２０９・・・上部電極 ２１０・・・第２層間絶縁膜 １１１・・・配線電極 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴　木　喜三部（他１名）第１図（ｃ
） 第１図（ｄ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）強誘電体を用いたキャパシタが、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、前記半導体基板と前記キャパシタとの間の層に、酸
   素非透過膜を有することを特徴とする半導体装置の構造
   。
2. （２）前記酸素非透過膜の層が、金属窒化物を主成分と
   することを特徴とする、請求項（１）記載の半導体装置
   。
3. （３）前記金属窒化物を主成分とする酸素非透過膜を酸
   化する工程を含むことを特徴とする請求項（１）記載の
   半導体装置の製造方法。