DE19636054A1 - Semiconductor device, e.g. DRAM - Google Patents

Semiconductor device, e.g. DRAM

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DE19636054A1
DE19636054A1 DE19636054A DE19636054A DE19636054A1 DE 19636054 A1 DE19636054 A1 DE 19636054A1 DE 19636054 A DE19636054 A DE 19636054A DE 19636054 A DE19636054 A DE 19636054A DE 19636054 A1 DE19636054 A1 DE 19636054A1
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dielectric film
film
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Keitaro Imai
Kenro Nakamura
Kazuhiro Eguchi
Masahiro Kiyotoshi
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • H01L28/40Capacitors
    • H01L28/55Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03Making the capacitor or connections thereto
    • H10B12/033Making the capacitor or connections thereto the capacitor extending over the transistor

Abstract

Semiconductor device comprises a semiconductor substrate, and a capacitor provided on the substrate. The capacitor has a lower electrode, a dielectric film on the lower electrode, and an upper electrode on the dielectric film. The novelty is that the dielectric film (117) has a thickness of 100 nm or less, and is made of a metal oxide consisting of a perovskite structure of ABO3 type (where A = Sr, Ba or Ca ion; and B = Ti ion), and contains Fe, Mn or Co. Also claimed is a dynamic storage device. Further claimed is the prodn. of the semiconductor device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, und insbesondere eine Halbleitervorrichtung, die mit einem Kondensator versehen ist, der einen dielektrischen Film aufweist, der aus einem Metalloxid hergestellt wird, welches eine Perowskit-Kristallstruktur aufweist, und betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Halbleitervorrichtung.The present invention relates to a semiconductor device, and, in particular, a semiconductor device having a Capacitor is provided which is a dielectric film which is made of a metal oxide which has a perovskite crystal structure, and relates to a Process for the production of such Semiconductor device.

Bei der Entwicklung einer Halbleiterspeichervorrichtung als Speichervorrichtung für einen Informationsprozessor hat es schnelle Fortschritte gegeben. Ein typisches Beispiel für eine derartige Halbleiterspeichervorrichtung ist ein DRAM (dynamischer Lese/Schreibspeicher mit wahlfreiem Zugriff), der eine Speicherzelle verwendet, die aus einem Transistor und einem Kondensator besteht.When developing a semiconductor memory device as Storage device for an information processor has it given rapid progress. A typical example of one such a semiconductor memory device is a DRAM (dynamic random access memory), the uses a memory cell consisting of a transistor and a capacitor.

Die Verbesserung der Leistungen einer Halbleiterspeichervorrichtung wie beispielsweise eines DRAM kann, wie im Falle anderer Arten von Halbleitervorrichtungen dadurch erzielt werden, daß die Integrationsdichte erhöht wird, also die Speicherzelle verkleinert wird. Allerdings ist es bei einer Halbleiterspeichervorrichtung wie etwa einem DRAM erforderlich, eine Speicherzelle zu verkleinern, während die Kapazität beibehalten wird, um eine Beeinträchtigung der Verläßlichkeit zu verhindern, die durch Löschen gespeicherter Information hervorgerufen werden kann.Improving the performance of one Semiconductor memory device such as a DRAM can, as in the case of other types of semiconductor devices can be achieved by increasing the integration density  is, so the memory cell is reduced. However it in a semiconductor memory device such as a DRAM required to shrink a memory cell while the Capacity is maintained to an impairment of Prevent reliability by deleting saved Information can be caused.

Üblicherweise wurde ein Siliziumoxidfilm oder ein Laminatfilm aus einem Siliziumoxidfilm und einem Siliziumnitridfilm als dielektrischer Film eines Kondensators verwendet. Um jedoch die Kapazität pro Flächeneinheit eines Kondensators entsprechend einer zunehmenden Verkleinerung einer Speicherzelle in der Zukunft zu erhöhen, muß nunmehr ein Material verwendet werden, welches eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweist als Siliziumoxid oder Siliziumnitrid.Usually, a silicon oxide film or a laminate film of a silicon oxide film and a silicon nitride film as dielectric film of a capacitor is used. However, to the capacitance per unit area of a capacitor corresponding to an increasing reduction in size Increasing memory cell in the future must now be done Material used, which is a higher Dielectric constant has as silicon oxide or Silicon nitride.

Angesichts dieser Anforderungen wird momentan untersucht, als Material für das Dielektrikum eines Kondensators ein ferroelektrisches Material einzusetzen, welches eine Perowskit-Kristallstruktur aufweist, beispielsweise Strontiumtitanat, Bariumtitanat oder PZT, deren Dielektrizitätskonstante 50- bis 1000mal höher ist als die von Siliziumoxid.In view of these requirements, is currently being investigated as Material for the dielectric of a capacitor use ferroelectric material, which a Perovskite crystal structure, for example Strontium titanate, barium titanate or PZT, their Dielectric constant is 50 to 1000 times higher than that of Silicon oxide.

Allerdings tritt bei einem dielektrischen Film eines Kondensators, der aus einem derartigen ferroelektrischen Material mit Perowskit-Kristallstruktur hergestellt wird, das Problem auf, daß bei einer dünneren Ausbildung des Films auch die Dielektrizitätskonstante des Films erheblich absinkt. Es wird angenommen, daß die Verringerung der Dielektrizitätskonstante des Films durch Fehlordnungen, Defekte oder Verformungen der Kristallstruktur in dem Film hervorgerufen wird.However, one thing occurs with a dielectric film Capacitor made of such a ferroelectric Material with perovskite crystal structure is made that Problem on that with a thinner film formation too the film's dielectric constant drops significantly. It it is believed that reducing the Dielectric constant of the film due to disorder,  Defects or deformations of the crystal structure in the film is caused.

Aus verschiedenen Gründen wird die Erzeugung eines elektrischen Feldes (eines inneren elektrischen Feldes) in einem dielektrischen Film eines Kondensators hervorgerufen. Wenn allerdings ferroelektrische Materialien wie voranstehend erwähnt eingesetzt werden, und das innere elektrische Feld stark ist, das in einem dielektrischen Film eines Kondensators erzeugt wird, so tritt die Schwierigkeit auf, daß die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Films verringert wird.For various reasons, the creation of a electric field (of an inner electric field) in a dielectric film of a capacitor. However, if ferroelectric materials as above mentioned used, and the inner electric field strong that is in a dielectric film of a capacitor is generated, the difficulty arises that the Dielectric constant of the dielectric film reduced becomes.

Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß das innere elektrische Feld nicht nur durch eine eingefangene elektrische Ladung oder eine feste elektrische Ladung in dem dielektrischen Film eines Kondensators hervorgerufen werden kann, sondern auch durch die Fehlordnungen, Defekte oder Verformungen der Kristallstruktur des Films.It should also be borne in mind that the inner electrical Field not just by a trapped electric charge or a fixed electric charge in the dielectric film Capacitor can be caused, but also by the Disorder, defects or deformation of the crystal structure of the film.

Wenn auf diese Weise die Dielektrizitätskonstante eines dielektrischen Films eines Kondensators verringert wird, so führt dies zu der Schwierigkeit, daß die Verläßlichkeit einer Halbleiterspeichervorrichtung wesentlich beeinträchtigt wird, infolge eines Verlustes angesammelter Ladungen in dem Kondensator.If in this way the dielectric constant of a dielectric film of a capacitor is reduced, so this leads to the difficulty that the reliability of a Semiconductor memory device is significantly impaired due to loss of accumulated charges in the Capacitor.

Wenn das Atomverhältnis von Sauerstoff in einem ferroelektrischen Film dieser Art verringert wird, also unter das stöchiometrische Verhältnis, so wird die Erzeugung eines Kriechstroms wahrscheinlicher. Wenn daher der dielektrische Film immer dünner ausgebildet wird, um dessen Kapazität zu erhöhen, wird die Funktion des Films als dielektrischer Film wesentlich beeinträchtigt, was wiederum die Verläßlichkeit der sich ergebenden Halbleiterspeichervorrichtung beeinträchtigt.If the atomic ratio of oxygen in one ferroelectric film of this type is reduced, i.e. below the stoichiometric ratio, the generation of a Leakage current more likely. Therefore, if the dielectric Film is becoming thinner to increase its capacity will increase the function of the film as a dielectric film  significantly impaired, which in turn affects the reliability of the resulting semiconductor memory device affected.

Da das verbotene Band eines ferroelektrischen Films dieser Art im allgemeinen schmal ist, kann darüber hinaus leicht ein großer Kriechstrom erzeugt werden, wenn eine elektrische Spannung an den Film angelegt wird. Versucht man diesen Effekt zu vermeiden, so wird mit immer dünnerer Ausbildung des dielektrischen Films zur Erhöhung von dessen Kapazität die Funktion des Films als dielektrischer Film wesentlich beeinträchtigt, wodurch wiederum die Verläßlichkeit der sich ergebenden Halbleiterspeichervorrichtung beeinträchtigt wird.Since the prohibited band of a ferroelectric film of this kind is generally narrow, can also be easily large leakage current is generated when an electrical Voltage is applied to the film. If you try this effect to avoid, so with thinner training of the dielectric film to increase its capacitance Function of the film as a dielectric film is essential impaired, which in turn affects the reliability of the resulting semiconductor memory device is impaired.

Wie voranstehend erläutert wird momentan untersucht, zum Zwecke der weiteren Verkleinerung der Speicherzelle eines DRAM in der Zukunft, ein ferroelektrisches Material mit Perowskit- Kristallstruktur als Material für den dielektrischen Film eines Kondensators zu verwenden.As discussed above, is currently under investigation to Purpose of further downsizing the memory cell of a DRAM in the future, a ferroelectric material with perovskite Crystal structure as a material for the dielectric film to use a capacitor.

Da ein dielektrischer Film eines Kondensators, der aus einem derartigen ferroelektrischen Material mit Perowskit- Kristallstruktur hergestellt wird, allerdings zu einer Verringerung der Dielektrizitätskonstante neigt, wenn die Filmdicke verringert wird, ergibt sich eine Verringerung der angesammelten Ladung in dem Kondensator, was zu einer wesentlichen Beeinträchtigung der Verläßlichkeit einer entsprechenden Halbleitervorrichtung führt.Because a dielectric film of a capacitor made up of a such ferroelectric material with perovskite Crystal structure is made, however, to a Dielectric constant tends to decrease when the Film thickness is reduced, there is a reduction in accumulated charge in the capacitor, resulting in a significant impairment of the reliability of a corresponding semiconductor device leads.

Darüber hinaus ist bei dem ferroelektrischen Film dieser Art die Erzeugung eines Kriechstroms wahrscheinlicher, da die Menge an Sauerstoff in dem Film dazu neigt, außerhalb des stöchiometrischen Verhältnisses des dielektrischen Materials zu liegen, und da der dielektrische Film ein relativ schmales verbotenes Band aufweist. Wenn daher der dielektrische Film immer dünner ausgebildet wird, wird die Funktion des Films als dielektrisches Material wesentlich beeinträchtigt, wodurch wiederum die Verläßlichkeit der sich ergebenden Halbleiterspeichervorrichtung beeinträchtigt wird.In addition, the ferroelectric film of this type the generation of a leakage current is more likely since the Amount of oxygen in the film tends to be outside of the stoichiometric ratio of the dielectric material lie, and since the dielectric film is a relatively narrow  has prohibited tape. Therefore, if the dielectric film is becoming thinner, the function of the film is as dielectric material significantly affected, which again the reliability of the resulting Semiconductor memory device is affected.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung, die mit einem Kondensator versehen ist, weicher einen dielektrischen Film eines Kondensators aufweist, der nicht nur das Absinken der Dielektrizitätskonstante unterdrücken kann, sondern auch die Erzeugung eines Kriechstroms, selbst wenn der dielektrische Film extrem dünn ausgebildet wird.An object of the present invention is therefore that of Providing a semiconductor device with a Capacitor is provided, softer a dielectric film of a capacitor which not only reduces the Dielectric constant can suppress, but also the Generation of a leakage current even if the dielectric Film is formed extremely thin.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer derartigen Halbleitervorrichtung, wie sie voranstehend beschrieben wurde.Another object of the present invention is to Providing a method for manufacturing a such semiconductor device as above has been described.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, die ein Halbleitersubstrat und einen auf dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Kondensator aufweist, wobei der Kondensator eine Unterelektrode aufweist, einen auf einer Oberfläche der unteren Elektrode ausgebildeten dielektrischen Film, sowie eine auf dem dielektrischen Film vorgesehene obere Elektrode; hierbei weist der dielektrische Film eine Filmdicke von 100 nm oder weniger auf, besteht hauptsächlich aus einem Metalloxid mit einer Perowskit-Kristallstruktur des ABO₃-Typs (wobei der Platz A von zumindest einem Metallion eingenommen wird, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sr, Ba und Ca besteht, und der Platz B von einem Ti-Ion eingenommen wird), und zumindest ein Element enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe, Mn und Co besteht.According to the present invention, a Semiconductor device provided the one Semiconductor substrate and one on the semiconductor substrate trained capacitor, the capacitor a Has lower electrode, one on a surface of the bottom electrode formed dielectric film, as well an upper electrode provided on the dielectric film; the dielectric film has a film thickness of 100 nm or less, mainly consists of a metal oxide with a perovskite crystal structure of the ABO₃ type (the A is occupied by at least one metal ion, which is selected from the group consisting of Sr, Ba and Ca exists, and place B is occupied by a Ti ion),  and contains at least one element from the group is selected, which consists of Fe, Mn and Co.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein DRAM zur Verfügung gestellt, welcher ein Halbleitersubstrat aufweist; einen auf dem Halbleitersubstrat vorgesehenen MOS-Transistor, und einen auf dem Halbleitersubstrat vorgesehenen Kondensator; wobei eine Speicherzelle-der Speichervorrichtung durch den MOS-Transistor und den Kondensator gebildet wird, der Kondensator eine untere Elektrode aufweist, einen auf einer Oberfläche der unteren Elektrode vorgesehenen dielektrischen Film, und eine auf dem dielektrischen Film vorgesehene obere Elektrode; hierbei weist der dielektrische Film eine Filmdicke von 100 nm oder weniger auf, besteht hauptsächlich aus einem Metalloxid mit einer Perowskit-Kristallstruktur des ABO₃-Typs (wobei der Platz A durch zumindest ein Metallion eingenommen wird, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sr, Ba und Ca besteht, und der Platz B durch ein Ti-Ion eingenommen wird), und enthält zumindest ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe, Mn und Co besteht.According to the present invention, a DRAM is also used Provided, which has a semiconductor substrate; a MOS transistor provided on the semiconductor substrate, and a capacitor provided on the semiconductor substrate; wherein a memory cell-of the memory device by the MOS transistor and the capacitor that is formed Capacitor has a lower electrode, one on a Surface of the lower electrode provided dielectric Film, and an upper one provided on the dielectric film Electrode; the dielectric film has a film thickness of 100 nm or less, consists mainly of one Metal oxide with a perovskite crystal structure of the ABO₃ type (where space A is occupied by at least one metal ion which is selected from the group consisting of Sr, Ba and Ca exists, and place B is occupied by a Ti ion ) and contains at least one element from the group is selected, which consists of Fe, Mn and Co.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit folgenden Schritten zur Verfügung gestellt: Ausbildung einer unteren Elektrode auf einem Halbleitersubstrat; Ausbildung eines dielektrischen Films mit einer Filmdicke von 100 nm oder weniger, der hauptsächlich aus einem Metalloxid mit ABO₃- Perowskit-Kristallstruktur besteht (wobei der Platz A durch zumindest ein Metallion eingenommen wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sr, Ba und Ca besteht, und der Platz B durch ein Ti-Ion eingenommen wird); Beschichten einer Oberfläche des dielektrischen Films mit einer Lösung, die zumindest ein Element enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe, Mn und Co besteht; Wärmebehandlung des dielektrischen Films, der mit dem zumindest einen Element beschichtet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe, Mn und Co besteht, wodurch das zumindest eine Element in den dielektrischen Film eindiffundiert; und Ausbildung einer oberen Elektrode auf einer Oberfläche des dielektrischen Films, wodurch ein Kondensator ausgebildet wird, welcher die untere Elektrode, den dielektrischen Film und die obere Elektrode umfaßt.According to the present invention, there is further a method for manufacturing a semiconductor device having the following Steps Provided: Training a Lower Electrode on a semiconductor substrate; Training a dielectric film with a film thickness of 100 nm or less, consisting mainly of a metal oxide with ABO₃- Perovskite crystal structure exists (where the A through at least one metal ion is taken from the group is selected, which consists of Sr, Ba and Ca, and the place B is ingested by a Ti ion); Coating one Surface of the dielectric film with a solution that contains at least one element from the group  is selected, which consists of Fe, Mn and Co; Heat treatment of the dielectric film with the at least one element which is selected from the group consisting of Fe, Mn and Co, which means that at least one element in diffuses the dielectric film; and training one top electrode on a surface of the dielectric Film, whereby a capacitor is formed, which the lower electrode, the dielectric film and the upper one Includes electrode.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit folgenden Schritten zur Verfügung gestellt: Ausbildung einer unteren Elektrode auf einem Halbleitersubstrat; Herstellung durch ein CVD-Verfahren oder ein Sputterverfahren, eines dielektrischen Films mit einer Filmdicke von 100 nm oder weniger, der hauptsächlich aus einem Metalloxid mit ABO₃-Perowskit- Kristallstruktur besteht (wobei der Platz A durch zumindest ein Metallion eingenommen wird, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Sr, Ba und Ca besteht, und der Platz B durch ein Ti-Ion eingenommen wird), und zumindest ein Element enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Fe, Mn und Co besteht; und Ausbildung einer oberen Elektrode auf einer Oberfläche des dielektrischen Films, wodurch ein Kondensator ausgebildet wird, der die untere Elektrode, den dielektrischen Film und die obere Elektrode umfaßt.According to the present invention, there is further a method for manufacturing a semiconductor device having the following Steps Provided: Training a Lower Electrode on a semiconductor substrate; Manufactured by a CVD process or a sputtering process, a dielectric Film with a film thickness of 100 nm or less, the mainly from a metal oxide with ABO₃ perovskite Crystal structure exists (whereby the place A by at least a metal ion is selected that is selected from the group which consists of Sr, Ba and Ca, and the place B by a Ti ion is taken), and contains at least one element, which is selected from the group consisting of Fe, Mn and Co consists; and forming an upper electrode on a Surface of the dielectric film, creating a capacitor is formed, the lower electrode, the dielectric Film and the upper electrode includes.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung angegeben, ergeben sich unmittelbar aus der Beschreibung, oder lassen sich bei der Umsetzung der Erfindung in die Praxis auffinden. Die Ziele und Vorteile der Erfindung lassen sich auch durch die Einzelheiten und deren Kombinationen erreichen, die insbesondere in den beigefügten Patentansprüchen angegeben sind.Further objects and advantages of the invention are described in the given below description, result immediately from the description, or can be used in the implementation of the Find invention in practice. The goals and benefits of Invention can also be seen in the details and their  Achieve combinations, particularly in the attached Claims are specified.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welche weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:The invention is illustrated below with reference to drawings illustrated embodiments explained in more detail, from which further advantages and features emerge. It shows:

Fig. 1 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung zwischen der Filmdicke eines dielektrischen Perowskit-Films und der Dielektrizitätskonstanten dieses Films; Fig. 1 is a graph showing the relationship between the film thickness of a perovskite dielectric film and the dielectric constant of this film;

Fig. 2 ein Diagramm der Kapazitäts/Feldstärkeeigenschaften eines Kondensators, zur Erläuterung der Auswirkungen der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 is a diagram of the capacitance / field strength characteristics of a capacitor, for explaining the effects of the present invention;

Fig. 3 ein Diagramm, welches ein Profil von Fe in einem (Ba,Sr)TiO₃-Film darstellt, gemessen mittels SIMS; Fig. 3 is a diagram showing a profile of Fe in a (Ba, Sr) TiO₃ film, measured by SIMS;

Fig. 4A bis 4D Querschnittsansichten zur Erläuterung von Herstellungsschritten einer DRAM-Zelle gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views for explaining manufacturing steps of a DRAM cell according to a first embodiment of the invention;

Fig. 5A bis 5D jeweilige Querschnittsansichten zur Erläuterung von Herstellungsschritten einer DRAM-Zelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; FIGS. 5A to 5D respective cross-sectional views for explaining manufacturing steps of a DRAM cell according to a second embodiment of the invention;

Fig. 6A bis 6D jeweils Querschnittsansichten zur Erläuterung von Herstellungsschritten einer DRAM-Zelle gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und Figs. 6A to 6D are cross-sectional views for explaining manufacturing steps of a DRAM cell according to a third embodiment of the invention; and

Fig. 7A bis 7E jeweilige Querschnittsansichten zur Erläuterung von Herstellungsschritten einer DRAM-Zelle gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. FIGS. 7A to 7E respective cross-sectional views for explaining manufacturing steps of a DRAM cell according to a fourth embodiment of the invention.

Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß sie mit einem Kondensator versehen ist, der einen dielektrischen Film aufweist, dessen Filmdicke 100 nm oder weniger beträgt, und der hauptsächlich aus einem Metalloxid mit ABO₃-Perowskit-Kristallstruktur besteht (wobei der Platz A durch zumindest ein Metallion eingenommen wird, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sr, Ba und Ca besteht, und der Platz B durch ein Ti-Ion eingenommen wird), und zumindest ein Element enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe, Mn und Co besteht.A semiconductor device according to the present invention is characterized in that it has a capacitor is provided which has a dielectric film whose Film thickness is 100 nm or less, and mainly from a metal oxide with ABO₃ perovskite crystal structure exists (where the place A by at least one metal ion is taken, which is selected from the group that consists of Sr, Ba and Ca, and place B by a Ti ion is taken), and contains at least one element which is selected from the group consisting of Fe, Mn and Co.

In Bezug auf die Konzentration des Elements oder der Elemente, das bzw. die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche Fe, Mn und Co umfaßt, in dem dielektrischen Film, sollte diese vorzugsweise im Bereich von 0,01 Gew.-% bis weniger als 10 Gew.-% liegen, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, und ganz besonders bevorzugt in dem Bereich von 1,0 Gew.-% bis 5 Gew.-%. Wenn die Konzentration des Elements oder der Elemente in dem dielektrischen Film geringer als 0,01 Gew.-% ist, so kann es schwierig werden, die Dielektrizitätskonstante zu verbessern. Wenn andererseits die Konzentration des Elements oder der Elemente in dem dielektrischen Film 10 Gew.-% oder mehr beträgt, können die Isolationseigenschaften des dielektrischen Films beeinträchtigt werden. In terms of the concentration of the element or elements, that are selected from the group consisting of Fe, Mn and Co in the dielectric film should include this preferably in the range of 0.01% by weight to less than 10% by weight, particularly preferably in the range of 0.1% by weight to 5% by weight, and most preferably in the range of 1.0 wt% to 5 wt%. If the concentration of the element or the elements in the dielectric film less than Is 0.01 wt%, it may become difficult to obtain the Improve dielectric constant. If, on the other hand, the Concentration of the element or elements in the dielectric film is 10% by weight or more, the Insulation properties of the dielectric film be affected.  

Ein bevorzugter Bereich für die Filmdicke des dielektrischen Films beträgt 50 nm oder weniger.A preferred range for the film thickness of the dielectric Film is 50 nm or less.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, daß dann, wenn ein dielektrischer Film hauptsächlich aus einem Metalloxid mit einer ABO₃-Perowskit-Kristallstruktur besteht (wobei der Platz A durch zumindest ein Metallion eingenommen wird, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sr, Ba und Ca besteht, und der Platz B durch ein Ti-Ion eingenommen wird), und zumindest ein Element enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe, Mn und Ca besteht, als dielektrischer Film eines Kondensators eingesetzt wird, es möglich ist, einen Kondensator zu erhalten, welcher die Verringerung der Dielektrizitätskonstanten und die Erzeugung von Kriechströmen unterdrücken kann, selbst wenn der Kondensator immer dünner ausgebildet wird. Der Mechanismus, welcher der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, wird nachstehend erläutert.The inventors of the present invention have found that if a dielectric film consists mainly of one Metal oxide with an ABO₃ perovskite crystal structure (where space A is occupied by at least one metal ion which is selected from the group consisting of Sr, Ba and Ca exists, and place B is occupied by a Ti ion ) and contains at least one element, which consists of the Group is selected, which consists of Fe, Mn and Ca, as dielectric film of a capacitor is used, it is possible to obtain a capacitor that the Reduction in dielectric constant and generation of leakage currents can be suppressed even if the Capacitor is always formed thinner. The mechanism which is the basis of the present invention explained below.

Es ist bekannt, daß ein dielektrischer Film mit Perowskit- Kristallstruktur (nachstehend als dielektrischer Perowskit- Film bezeichnet) es zuläßt, daß die Metallionen, welche das Kristallgitter der Perowskit-Kristallstruktur bilden, durch ein inneres elektrisches Feld wesentlich verschoben werden, was zu der Erzeugung einer intensiven Atompolarisation führt, wodurch sich eine hohe Dielektrizitätskonstante einstellt.It is known that a dielectric film with perovskite Crystal structure (hereinafter referred to as dielectric perovskite Film) it allows the metal ions that the Form crystal lattice of the perovskite crystal structure an internal electric field is significantly shifted, which leads to the generation of intense atomic polarization, which results in a high dielectric constant.

Allerdings tritt im allgemeinen bei einem dielektrischen Perowskit-Film das Problem auf, wie bereits voranstehend erwähnt, daß die Dielektrizitätskonstante des Films desto niedriger wird, je dünner der Film wird, trotz der Tatsache, daß der dielektrische Perowskit-Film eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen kann, wenn er als Volumenkörper oder als Film mit großer Dicke vorliegt.However, a dielectric generally occurs Perovskite film the problem on, as already above mentions that the dielectric constant of the film is the more the thinner the film gets, despite the fact that the dielectric perovskite film has a high  Dielectric constant can have if it as Solid or as a film with a large thickness.

Fig. 1 erläutert die Beziehung zwischen der Dielektrizitätskonstanten und der Filmdicke eines dielektrischen Perowskit-Films des konventionellen Typs und eines dielektrischen Perowskit-Films gemäß der vorliegenden Erfindung. Der konventionelle dielektrische Perowskit-Film, der hier verwendet wurde, bestand aus einer Zusammensetzung Ba0,5, Sr0,5, TiO₃, wogegen der hier verwendete dielektrische Perowskit-Film gemäß der Erfindung aus einer Zusammensetzung Ba0,5, Si0,5, Ti0,99, Fe0,01, O₃ bestand. Fig. 1 explains the relationship between the dielectric constant and the film thickness of a conventional type perovskite dielectric film and a perovskite dielectric film according to the present invention. The conventional dielectric perovskite film used here consisted of a composition Ba 0.5 , Sr 0.5 , TiO₃, whereas the dielectric perovskite film used here according to the invention consisted of a composition Ba 0.5 , Si 0, 5 , Ti 0.99 , Fe 0.01 , O₃ consisted.

Wie aus Fig. 1 deutlich wird, zeigte der konventionelle dielektrische Perowskit-Film eine deutliche Verringerung der Dielektrizitätskonstante, wenn der dielektrische Film dünner wird, insbesondere in einem Bereich, in welchem der dielektrische Film relativ dünn ist. Hieraus läßt sich schließen, daß im Falle des konventionellen dielektrischen Perowskit-Films die Vorteile der Erhöhung der Kapazität des dielektrischen Films kaum bei einer dünneren Ausbildung des dielektrischen Perowskit-Films erwartet werden können, selbst wenn die Filmdicke verringert wird. Im Gegensatz hierzu ist im Falle des dielektrischen Perowskit-Films gemäß der vorliegenden Erfindung die Verringerung der Dielektrizitätskonstanten sehr gering, selbst wenn die Filmdicke wesentlich verringert wird, und daher läßt sich eine wesentliche Verbesserung in Bezug auf die Erhöhung der Kapazität des dielektrischen Films erwarten, wenn der dielektrische Perowskit-Film dünner ausgebildet wird.As is clear from Fig. 1, the conventional dielectric perovskite film showed a marked decrease in dielectric constant as the dielectric film becomes thinner, particularly in an area where the dielectric film is relatively thin. It can be concluded from this that, in the case of the conventional dielectric perovskite film, the advantages of increasing the capacitance of the dielectric film can hardly be expected with a thinning of the dielectric perovskite film even if the film thickness is reduced. In contrast, in the case of the dielectric perovskite film according to the present invention, the reduction in the dielectric constant is very small even if the film thickness is significantly reduced, and therefore a substantial improvement in the capacity increase of the dielectric film can be expected if the dielectric perovskite film is made thinner.

Ein dielektrischer Perowskit-Film ist im allgemeinen so aufgebaut, daß ein vierwertiges Metallion, beispielsweise Ti, im Zentrum (dem Platz B) des Kristallgitters angeordnet ist, ein zweiwertiges Metallion sich an der Spitze (dem Platz A) des Gitters befindet, und ein zweiwertiges, negatives Sauerstoffion im Flächenzentrum des Gitters liegt.A dielectric perovskite film is generally like this constructed that a tetravalent metal ion, for example Ti,  is located in the center (place B) of the crystal lattice, a divalent metal ion at the top (place A) of the grid, and a two-valued, negative Oxygen ion is in the surface center of the lattice.

Wenn irgendwelche Kristallfehler, beispielsweise das Verschwinden dieser Ionen, in dieser Perowskit- Kristallstruktur auftreten, wird das Gleichgewicht ihrer elektrischen Ladungen lokal gestört, und daher tritt die Erzeugung eines elektrischen Feldes an diesem unausgeglichenen Abschnitt auf, was die Ausbildung einer hohen Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Perowskit-Film behindert. Das schwerwiegendste Problem in diesem Fall ist ein Defekt, der durch den Verlust von Sauerstoffionen auftreten kann, da diese Defektstelle ein Donatorplatz werden kann.If there are any crystal defects, for example that Disappearance of these ions in this perovskite Crystal structure will occur, the balance of their electrical charges locally disrupted, and therefore occurs Generation of an electric field on this unbalanced Section on what training a high Dielectric constant of the dielectric perovskite film with special needs. The most serious problem in this case is a Defect that occur due to the loss of oxygen ions can, since this defect can become a donor site.

Die Hinzufügung eines Metallions, dessen Wertigkeit sich von jener der Metalle unterscheidet, welche die Perowskit- Kristallstruktur bilden, kann in der Hinsicht wirksam sein, das genannte Ungleichgewicht der elektrischen Ladungen auszuschalten. Durch diese Hinzufügung eines Metallions kann die Erzeugung eines elektrischen Feldes in dem dielektrischen Film, welches durch eine Abweichung der elektrischen Ladung hervorgerufen wird, wirksam unterdrückt werden, so daß es nunmehr möglich geworden ist, einen dielektrischen Film für einen Kondensator zur Verfügung zu stellen, bei welchem die Verringerung einer Dielektrizitätskonstante verhindert werden kann, selbst wenn der dielektrische Film extrem dünn ausgebildet wird, und der auch eine hohe Kapazität zum Sammeln elektrischer Ladungen aufrechterhalten kann.The addition of a metal ion, the valence of which varies distinguishes that of the metals which the perovskite Forming crystal structure can be effective in terms of the said imbalance of electrical charges turn off. This addition of a metal ion can the creation of an electric field in the dielectric Film caused by a deviation in the electrical charge is evoked, effectively suppressed so that it has now become possible to use a dielectric film for to provide a capacitor in which the Reduction of a dielectric constant can be prevented can, even if the dielectric film is extremely thin is formed, and which also has a high capacity for collecting electrical charges can maintain.

Wie voranstehend geschildert kann die Erzeugung einer hohen Dielektrizitätskonstante in dem dielektrischen Perowskit-Film durch eine starke Verschiebung der Metallionen hervorgerufen werden, welche von einem inneren elektrischen Feld herrührt. Allerdings ist die Größe der Verschiebung des Metallions nicht notwendigerweise proportional zur Stärke des elektrischen Feldes. Wenn nämlich die Stärke des elektrischen Feldes eine bestimmte Grenze überschreitet, wird die Größe der Verschiebung eines Metallions nicht wesentlich erhöht, selbst wenn das elektrische Feld weiter stärker wird. Dies führt dazu, daß der Wert der Dielektrizitätskonstanten schnell absinkt, wenn die angelegte Spannung größer wird.As described above, the generation of a high one Dielectric constant in the dielectric perovskite film  caused by a strong shift in the metal ions which comes from an internal electric field. However, the size of the shift of the metal ion is not necessarily proportional to the strength of the electrical Field. If the strength of the electric field is one exceeds certain limit, the size of the Displacement of a metal ion is not significantly increased, even when the electric field gets stronger. this leads to to make the value of the dielectric constant fast decreases when the applied voltage increases.

Aus diesen Effekten wird deutlich, daß dann, wenn ein elektrisches Feld im Inneren des dielektrischen Films des Kondensators vorhanden ist, die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Films insgesamt wesentlich verringert wird, selbst wenn keine Spannung von außen an den Film angelegt wird. Der Grund für die Erzeugung eines derartigen inneren elektrischen Feldes kann hauptsächlich Gitterfehlern zugeschrieben werden, beispielsweise dem Verlust eines Sauerstoffatoms (oder einer Sauerstoff-Fehlstelle), oder einer eingefangenen elektrischen Ladung.From these effects it is clear that if a electric field inside the dielectric film of the Capacitor is present, the dielectric constant of the dielectric film is significantly reduced overall even if no external voltage is applied to the film becomes. The reason for creating such an interior electrical field can mainly be lattice defects attributed to, for example, the loss of a Oxygen atom (or an oxygen vacancy), or one trapped electric charge.

Wenn eine Trägerladung in dem dielektrischen Film vorhanden ist, wirkt die Trägerladung auf das externe elektrische Feld ein, und verursacht hierdurch die Erzeugung eines inneren elektrischen Feldes über Raumladungseffekte. Die Erzeugung der Trägerladung in dem dielektrischen Film läßt sich auch infolge des Sauerstoffverlustes oder eines Gitterfehlers erwarten.If a carrier charge is present in the dielectric film carrier charge acts on the external electrical field and thereby causes the creation of an inner electric field via space charge effects. The generation of the Carrier charge in the dielectric film can also be caused loss of oxygen or a lattice defect.

Der Grund für die Erzeugung dieses inneren elektrischen Feldes kann einer Verformung an einer Grenzfläche zwischen einer Kondensatorelektrode und einem dielektrischen Film des Kondensators zugeschrieben werden. Eine derartige Verformung kann einfach durch eine Beschädigung erzeugt werden, die zum Zeitpunkt der Ausbildung der Kondensatorelektrode auftritt, und man nimmt an, daß diese Beschädigung einen der Gründe dafür darstellt, daß die Dielektrizitätskonstante immer niedriger wird, wenn der dielektrische Film des Kondensators dünner ausgebildet wird.The reason for the creation of this internal electric field can cause deformation at an interface between a Capacitor electrode and a dielectric film of the Capacitor can be attributed. Such a deformation  can easily be generated by damage that leads to Occurs when the capacitor electrode is formed, and it is believed that this damage is one of the reasons represents that the dielectric constant always becomes lower when the dielectric film of the capacitor is formed thinner.

Wenn ein Gitterfehler vorhanden ist, beispielsweise eine Sauerstoffleerstelle in dem dielektrischen Film, geht die Neutralität der elektrischen Ladung in den meisten Fällen verloren. Wenn jedoch ein Element, welches ein Metallion bildet, dessen Wertigkeit sich von jener der Metalle unterscheidet, welche den dielektrischen Perowskit-Film bilden, in ausreichender Menge dem dielektrischen Film hinzugefügt wird, kann die Neutralität der elektrischen Ladung wirksam aufrechterhalten werden, und daher kann die Erzeugung eines inneren elektrischen Feldes wirksam verhindert werden, und gleichzeitig die Verringerung der Dielektrizitätskonstante wirksam unterdrückt werden.If there is a lattice defect, for example one Oxygen vacancy in the dielectric film goes Electric charge neutrality in most cases lost. However, if an element is a metal ion forms, whose value differs from that of metals which distinguishes the dielectric perovskite film form the dielectric film in sufficient quantity is added, the neutrality of the electrical charge are effectively maintained, and therefore generation an internal electric field can be effectively prevented, while reducing the dielectric constant be effectively suppressed.

Als Element, welches ein Metallion bildet, das insbesondere zum Kompensieren des Sauerstoffverlustes wirksam ist, kann eines unter Metallelementen ausgesucht werden, dessen Ionenradius nahe an dem Ionenradius eines vierwertigen Ions liegt, beispielsweise Ti, das sich an dem Platz B befindet, und dessen Wertigkeit den Wert +3 oder +4 aufweist. Spezifische Beispiele für derartige Metallelemente sind Fe, Mn und Co. Bei diesen werden Fe und Mn besonders bevorzugt.As an element that forms a metal ion, the particular is effective to compensate for the loss of oxygen one can be selected from metal elements, the Ion radius close to the ion radius of a tetravalent ion lies, for example Ti, which is located at the place B, and the value of which is +3 or +4. Specific examples of such metal elements are Fe, Mn and Co. In these, Fe and Mn are particularly preferred.

Der Ionenradius von Ti4+ beträgt 0,605 Å (10 Å gleich 1 nm). Andererseits beträgt im Falle von Fe, Mn und Co deren Radius, gemessen bei einem Ion mit der Koordinationszahl 6: 0,645 Å (ein Zustand mit hohem Spin) oder 0,55 Å (ein Zustand mit niedrigem Spin) im Falle von Fe3+; 0,586 Å im Falle von Fe4+; 0,645 Å (ein Zustand mit hohem Spin) oder 0,58 Å (ein Zustand mit niedrigem Spin) im Falle von Mn3+; 0,53 Å im Falle von Mn4+; 0,61 Å (ein Zustand mit hohem Spin) oder 0,545 Å (ein Zustand mit niedrigem Spin) im Falle von Co3+; und 0,535 Å im Falle von Co4+. Daher liegt der Radius jedes dieser Metallionen nahe an dem Ionenradius von Ti4+. Wenn der Ionenradius dieser Metallionen nahe an dem Wert für Ti⁴ liegt, wie voranstehend erläutert, können diese Metallionen einfach als Ersatz für den Platz von Ti dienen.The ionic radius of Ti 4+ is 0.605 Å (10 Å equal to 1 nm). On the other hand, in the case of Fe, Mn and Co, their radius, measured for an ion with the coordination number 6: 0.645 Å (a state with high spin) or 0.55 Å (a state with low spin) in the case of Fe 3+ ; 0.586 Å in the case of Fe 4+ ; 0.645 Å (a high spin state) or 0.58 Å (a low spin state) in the case of Mn 3+ ; 0.53 Å in the case of Mn 4+ ; 0.61 Å (a high spin state) or 0.545 Å (a low spin state) in the case of Co 3+ ; and 0.535 Å in the case of Co 4+ . Therefore, the radius of each of these metal ions is close to the ion radius of Ti 4+ . If the ion radius of these metal ions is close to the value for Ti⁴, as explained above, these metal ions can simply serve as a replacement for the place of Ti.

Wenn eines dieser Elemente an dem Platz von Ti zu einem dreiwertigen Ion wird, so gibt es eine elektrische Ladung entsprechend der Wertigkeit -1 an dem Platz ab, so daß der Verlust eines Sauerstoffatoms durch zwei Atome dieser Elemente kompensiert werden kann. Falls keine Abweichung der elektrischen Ladung wie im Falle des Verlustes eines Sauerstoffatoms auftritt, kann ein vierwertiges Ion an diesem Platz beibehalten werden, so daß das Gleichgewicht der elektrischen Ladung aufrechterhalten werden kann.If any of these elements in place from Ti to one becomes trivalent ion, so there is an electrical charge according to the value -1 at the place, so that the Loss of an oxygen atom through two atoms of these elements can be compensated. If there is no deviation from the electrical charge as in the event of loss of one Oxygen atom occurs, a tetravalent ion on this Space should be maintained so that the balance of the electrical charge can be maintained.

Fig. 2 zeigt die Kapazitäts/Spannungscharakteristik einer Probe (vorliegende Erfindung), bei welcher Fe einem Dünnfilm aus (Ba,Sr)TiO₃ hinzugefügt wurde, und einer Probe (Stand der Technik), bei welcher einem derartigen Dünnfilm aus (Ba,SR)TiO₃ kein Fe hinzugefügt wurde. Wie aus Fig. 2 deutlich wird, kann dann, wenn Fe einem Dünnfilm von (Ba,Sr)TiO₃ hinzugefügt wird, die Dielektrizitätskonstante des Films extrem stark verbessert werden. Fig. 2 shows the capacitance / voltage characteristic of a sample (present invention) in which Fe a thin film made of (Ba, Sr) TiO₃ was added, and a sample (prior art) in which such a thin film made of (Ba, SR) No Fe was added to TiO₃. As is clear from Fig. 2, when Fe is added to a thin film of (Ba, Sr) TiO₃, the dielectric constant of the film can be extremely improved.

Wie voranstehend erläutert ist die Hinzufügung eines Ions, welches eine unterschiedliche Wertigkeit aufweist als die Metalle, welche die Perowskit-Kristallstruktur bilden, dazu wirksam, die Neutralität der elektrischen Ladungen eines Kristallgitters aufrecht zu erhalten. Weiterhin ergab sich bei den Untersuchungen, die von den vorliegenden Erfindern durchgeführt wurden, daß ein derartiges Ion vorzugsweise in einer mittleren Konzentration von 0,01 Gew.-% oder mehr hinzugefügt werden sollte, besonders bevorzugt 0,1 Gew.-% oder mehr, um Kristallfehler wie beispielsweise den Verlust eines Sauerstoffatoms in dem dielektrischen Film ausreichend zu kompensieren.As explained above, the addition of an ion which has a different value than that Metals that form the perovskite crystal structure  effective, the neutrality of an electrical charge To maintain crystal lattices. It also resulted in the studies carried out by the present inventors were carried out that such an ion preferably in an average concentration of 0.01 wt% or more should be added, particularly preferably 0.1% by weight or more about crystal defects such as the loss of a Oxygen atom in the dielectric film sufficiently compensate.

Da die Zusatzstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung eine Wertigkeit von +3 oder +4 aufweisen, ist es möglich, daß jeder zusätzliche Zusatzstoff an dem Platz B vierwertig wird, was in Hinsicht auf die Aufrechterhaltung des Ausgleichs der elektrischen Ladungen vorteilhaft ist. Weiterhin kann man sich überlegen, daß jeder überschüssige Zusatzstoff zum Ausfallen an der Korngrenze veranlaßt wird, und so zur Stabilisierung einer polykristallinen Struktur beiträgt.Since the additives according to the present invention have a Have a value of +3 or +4, it is possible that everyone additional additive in place B becomes quadrivalent, which in With regard to maintaining the balance of the electrical charges is advantageous. Furthermore you can think about any excess additive to fail is caused at the grain boundary, and so for stabilization contributes to a polycrystalline structure.

Wenn ein dielektrischer Perowskit-Film hergestellt werden soll, bleiben in dem dielektrischen Film eine sogenannte innere Spannung, die von der Filmherstellung herrührt, und eine thermische Spannung übrig, die von einer Differenz des thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem dielektrischen Film und der darunterliegenden Schicht herrührt, wodurch eine Verformung in dem Kristallgitter infolge dieser Spannungen erzeugt wird, und die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Films verringert wird.When a dielectric perovskite film is made a so-called remain in the dielectric film inner tension resulting from film making, and a thermal stress remaining from a difference of thermal expansion coefficient between the dielectric film and the underlying layer resulting in deformation in the crystal lattice is generated as a result of these tensions, and the Dielectric constant of the dielectric film reduced becomes.

Allerdings ist, wie voranstehend erläutert, ein dreiwertiges Ion wie beispielsweise ein Fe-Ion dazu wirksam, Verformungen in dem Gitter zu verringern, und die Dielektrizitätskonstante zu erhöhen.However, as explained above, it is a trivalent one Ion such as an Fe ion is effective in causing deformation  to decrease in the grating, and the dielectric constant to increase.

Wenn diese zusätzliche Stoffe allerdings in zu großer Menge hinzugefügt werden, ergeben sich negative Auswirkungen. Daher haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, daß diese Ionen in einer durchschnittlichen Konzentration von 10 Gew.-% oder weniger hinzugefügt werden sollten, besonders bevorzugt 5 Gew.-% oder weniger. Da bei den meisten Kristallfehlern, beispielsweise einem Sauerstoffverlust, die Erzeugung an einer Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Film und den Elektroden eher wahrscheinlich ist, sollte ein Zusatzstoff wie Fe auf solche Weise hinzugefügt werden, daß die Konzentration der Zusatzstoffe in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Film und den Elektroden größer wird, um diese Zusatzstoffe bestmöglichst auszunutzen.If these additional substances in too large an amount added, there are negative effects. Therefore the present inventors have found that these Ions in an average concentration of 10% by weight or less should be added, particularly preferred 5% by weight or less. Because with most crystal defects, for example an oxygen loss, the generation at a Interface between the dielectric film and the Electrodes are more likely to like an additive Fe can be added in such a way that the concentration of the additives near the interface between the dielectric film and the electrodes gets bigger to this Make the best use of additives.

Andererseits kann das Problem eines Kriechstroms ebenfalls gelöst werden, da die Ursache dieses Problems, nämlich der Verlust von Sauerstoffatomen, durch das dreiwertige Ion kompensiert werden kann.On the other hand, the problem of leakage current can also be solved because the cause of this problem, namely the Loss of oxygen atoms due to the trivalent ion can be compensated.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, welches das Profil von Fe in einem Film aus (Ba,Sr)TiO₃ zeigt, gemessen mittels SIMS (Sekundärionen-Massenspektrometrie), wobei der (Ba,Sr)TiO₃- Film eine Dicke von 70 nm aufweist, und auf einem Pt-Film abgelagert ist. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, konzentriert sich die Dichte von Fe in einem Bereich nahe der Oberfläche des (Ba,Sr)TiO₃-Films, verglichen mit anderen Bereichen. Da sich ein Defekt wie beispielsweise der Verlust eines Sauerstoffatoms eher an einer Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Film und den Elektroden konzentriert, läßt sich das in Fig. 3 dargestellte Profil als wünschenswert ansehen. Fig. 3 shows a diagram showing the profile of Fe in a film of (Ba, Sr) TiO₃, as measured by SIMS (secondary ion mass spectrometry), the (Ba, Sr) TiO₃- film has a thickness of 70 nm, and is deposited on a Pt film. As is apparent from Fig. 3, the density of Fe is concentrated in an area near the surface of the (Ba, Sr) TiO₃ film compared to other areas. Since a defect such as the loss of an oxygen atom is more concentrated at an interface between the dielectric film and the electrodes, the profile shown in FIG. 3 can be considered desirable.

Wie voranstehend erläutert ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Verringerung der Dielektrizitätskonstanten zu unterdrücken, sowie die Erzeugung eines Kriechstroms, und zwar durch Hinzufügen eines Metallelements, welches ein dreiwertiges oder vierwertiges Metallion in einem Metalloxidfilm des Perowskit-Typs zur Verfügung stellen kann, so daß dieses dreiwertige oder vierwertige Metallion das vierwertige Metallion an dem Platz B ersetzt. Daher ist es gemäß der Erfindung nunmehr möglich, eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine hohe Verläßlichkeit aufrechterhält, selbst wenn der dielektrische Film jedes Kondensators extrem dünn ausgebildet wird.As explained above, it is according to the present Invention possible reducing the Suppress dielectric constants, as well as the generation a leakage current by adding one Metal element, which is a trivalent or tetravalent Metal ion in a perovskite-type metal oxide film Can provide so that this trivalent or tetravalent metal ion the tetravalent metal ion at place B replaced. Therefore, according to the invention it is now possible to to provide a semiconductor device which maintains high reliability even if the dielectric film of each capacitor is made extremely thin becomes.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf verschiedene Beispiele weiter erläutert.The invention is described below with reference to various examples explained further.

(Beispiel 1)(Example 1)

Die Fig. 4A bis 4D sind Schnittansichten, welche Schritte zur Herstellung einer DRAM-Zelle gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung erläutern. Die DRAM-Zelle, die bei diesem Herstellungsverfahren erhalten wurde, war so aufgebaut, daß ein Kondensator höher angeordnet war als ein MOS-Transistor (ein Schalttransistor), eine Wortleitung und eine Bitleitung, wobei ein (Ba,Sr)TiO₃-Film mit einem kleinen Anteil an Fe als dielektrischer Film des Kondensators verwendet wurde. FIGS. 4A to 4D are sectional views illustrating steps for fabricating a DRAM cell according to a first embodiment of the invention. The DRAM cell obtained in this manufacturing process was constructed so that a capacitor was placed higher than a MOS transistor (a switching transistor), a word line and a bit line, with a (Ba, Sr) TiO₃ film with a small amount of Fe was used as the dielectric film of the capacitor.

Wie aus Fig. 4A hervorgeht, wurde ein vorbestimmter Oberflächenabschnitt eines monokristallinen Siliziumsubstrats eines p-Typs, welches eine Hauptoberfläche (eine (100)- Kristallfläche) aufwies sowie einen spezifischen Widerstand von 10 Ω x cm, weggeätzt, wodurch eine Nut ausgebildet wurde, in welche ein Elementenisolierfilm 102 daraufhin eingefüllt wurde, um so einen Elementenisolationsbereich auszubilden. Alternativ hierzu kann dieser Elementenisolationsbereich auch unter Einsatz eines LOCOS-Verfahrens hergestellt werden.As shown in Fig. 4A, a predetermined surface portion of a p-type monocrystalline silicon substrate having a main surface (a (100) crystal surface) and a resistivity of 10 Ω x cm was etched away, thereby forming a groove which an element insulation film 102 was then filled in so as to form an element insulation region. As an alternative to this, this element isolation area can also be produced using a LOCOS process.

Dann wurde ein Siliziumoxid mit einer Dicke von 10 nm durch thermische Oxidation hergestellt, und dann darauf ein Wolframsilizidfilm abgelagert. Diese Filme wurde durch Photolithographie und reaktives ionenätzen mit einem Muster versehen, um einen Gateisolierfilm 103 und eine Gatelektrode 104 auszubilden. Daraufhin wurde eine Ionenimplantierung unter Verwendung dieser Gateelektrode 104 als Maske durchgeführt, wodurch unter Selbstausrichtung ein Source/Drainbereich hergestellt wurde, der durch Diffusionsbereiche 105 bzw. 106 des n⁻-Typs gebildet wurde, wodurch ein n-Kanal-MOSFET als Schalttransistor ausgebildet wurde.Then, a silicon oxide with a thickness of 10 nm was produced by thermal oxidation, and then a tungsten silicide film was deposited thereon. These films were patterned by photolithography and reactive ion etching to form a gate insulating film 103 and a gate electrode 104 . Then, ion implantation was performed using this gate electrode 104 as a mask, thereby self-aligning forming a source / drain region formed by n⁻-type diffusion regions 105 and 106, respectively, thereby forming an n-channel MOSFET as a switching transistor.

Dann wurde, wie in Fig. 4B gezeigt, ein Siliziumoxidfilm 107 durch ein CVD-Verfahren in einer Dicke von 100 nm über der gesamten oberen Oberfläche des MOSFET abgelagert, und wurde ein Kontaktloch 108 in dem Siliziumoxidfilm 107 mittels Photolithographie und reaktivem Ionenätzen hergestellt.Then, as shown in FIG. 4B, a silicon oxide film 107 was deposited by a CVD method in a thickness of 100 nm over the entire upper surface of the MOSFET, and a contact hole 108 was formed in the silicon oxide film 107 by means of photolithography and reactive ion etching.

Dann wurde ein Titansilizidfilm 109 selektiv auf den Diffusionsbereichen 105 des n⁻-Typs ausgebildet, die am Boden des Kontaktloches 108 liegen, und wurde ein Wolframsilizidfilm, der als Bitleitung 110 verwendet werden soll, über der gesamten oberen Oberfläche der Vorrichtung abgelagert. Dann wurde der Wolframsilizidfilm mittels Photolithographie und reaktives Ionenätzen mit einem Muster versehen, wodurch eine Bitleitung 110 ausgebildet wurde. Then, a titanium silicide film 109 was selectively formed on the n⁻-type diffusion regions 105 located at the bottom of the contact hole 108 , and a tungsten silicide film to be used as the bit line 110 was deposited over the entire upper surface of the device. Then, the tungsten silicide film was patterned using photolithography and reactive ion etching, thereby forming a bit line 110 .

Nachdem dann ein CVD-Oxidfilm 111 über der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Vorrichtung abgelagert wurde, wie in Fig. 4C gezeigt, wurde die Oberfläche des CVD-Oxidfilms 111 eingeebnet. Dann wurde photolithographisch ein Kontaktloch 112 hergestellt, und ein erstes polykristalliner Siliziumfilm des n⁺-Typs, der als Herausleitungselektrode 113 verwendet werden soll, wurde über der gesamten oberen Oberfläche der sich ergebenden Vorrichtung abgelagert. Dann wurde ein Einebnungsverfahren wie beispielsweise Rückätzen verwendet, so daß nur der Abschnitt des ersten polykristallinen Siliziumfilms des n⁺-Typs, der in dem Kontaktloch 112 angeordnet war, übrigblieb, wodurch die Herausleitungselektrode 113 ausgebildet wurde.Then, after a CVD oxide film 111 was deposited over the entire surface of the resulting device, as shown in FIG. 4C, the surface of the CVD oxide film 111 was flattened. A via 112 was then made photolithographically, and a first n⁺-type polycrystalline silicon film to be used as the lead-out electrode 113 was deposited over the entire upper surface of the resulting device. Then, a flattening method such as etching back was used so that only the portion of the first n⁺-type polycrystalline silicon film disposed in the contact hole 112 remained, thereby forming the lead-out electrode 113 .

Dann wurden nacheinander ein Ti-Film 114 und ein TiN-Film 115 als darunterliegende Schichten für eine untere Kondensatorelektrode 116 und ein Pt-Film als untere Kondensatorelektrode 116 über der gesamten Oberfläche der Vorrichtung abgelagert.Then, a Ti film 114 and a TiN film 115 as underlying layers for a lower capacitor electrode 116 and a Pt film as a lower capacitor electrode 116 were successively deposited over the entire surface of the device.

Daraufhin wurden diese Filme 114, 115 und 116 photolithographisch mit einem Muster versehen, um die untere Kondensatorelektrode 116 zu erhalten.Then, these films 114 , 115 and 116 were patterned photolithographically to obtain the lower capacitor electrode 116 .

Dann wurde ein (Ba,Sr)TiO₃-Film mit einer Dicke von 20 nm, der etwa 1 Gew.-% Fe enthielt, als dielektrischer Film 117 des Kondensators über der gesamten Oberfläche der Vorrichtung abgelagert, mit Hilfe eines Sputterverfahrens bei einer Temperatur von 550 bis 700°C. Der so erhaltene dielektrische Film 117 des Kondensators wies eine Perowskit-Struktur des ABO₃-Typs auf, in welchem sich Ba- und Sr-Ionen an dem Platz A befinden, und ein Ti-Ion an dem Platz B des Kristallgitters angeordnet ist.Then, a (Ba, Sr) TiO₃ film with a thickness of 20 nm, which contained about 1 wt .-% Fe, was deposited as the dielectric film 117 of the capacitor over the entire surface of the device by means of a sputtering process at a temperature of 550 to 700 ° C. The dielectric film 117 of the capacitor thus obtained had a perovskite structure of the ABO₃ type, in which Ba and Sr ions are located at position A, and a Ti ion is arranged at position B of the crystal lattice.

Das Hinzufügen von Fe zu dem (Ba,Sr)TiO₃-Film kann dadurch erfolgen, daß vorher Fe in ein Sputtertarget eingebaut wird, oder durch Einsatz eines Sputterverfahrens mit mehreren Quellen, bei welchem ein Fe-Target oder ein Target, welches Fe in relativ hoher Konzentration enthält, zusammen mit einem Target verwendet wird, welches kein Fe enthält.The addition of Fe to the (Ba, Sr) TiO₃ film can thereby ensure that Fe is built into a sputtering target beforehand, or by using a sputtering process with several Sources in which an Fe target or a target which Fe contains in a relatively high concentration, together with a Target is used, which contains no Fe.

Schließlich wurde, wie in Fig. 4D gezeigt, ein TiN-Film mit einer Dicke von 80 nm über der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Vorrichtung abgelagert, und dann photolithographisch mit einem Muster versehen, um eine obere Kondensatorelektrode (eine Plattenelektrode) 118 auszubilden, wodurch der grundsätzliche Aufbau der DRAM-Zelle fertiggestellt war. Bei der tatsächlichen Herstellung werden zusätzliche Schritte durchgeführt, einschließlich eines Schrittes zur Ausbildung von Al-Verdrahtungen, entsprechend den üblichen Vorgehensweisen zur Fertigstellung eines DRAM, was hier nicht im einzelnen beschrieben wird.Finally, as shown in Fig. 4D, a TiN film of 80 nm in thickness was deposited over the entire surface of the resulting device, and then patterned photolithographically to form an upper capacitor electrode (a plate electrode) 118 , thereby the basic structure of the DRAM cell was completed. In actual manufacturing, additional steps are performed, including a step to form Al wiring according to the usual procedures for completing a DRAM, which is not described in detail here.

Bei diesem Beispiel wurde ein (Ba,Sr)TiO₃-Film als dielektrischer Film des Kondensators verwendet, und wurde Fe als Metallzusatz verwendet. Allerdings lassen sich bei der vorliegenden Erfindung auch andere Materialien einsetzen.In this example, a (Ba, Sr) TiO₃ film was used as dielectric film of the capacitor was used, and became Fe used as a metal additive. However, the present invention also use other materials.

Beispielsweise können andere Materialien wie etwa SrTiO₃, BaTiO₃ oder CaTiO₃ usw. als dielektrischer Film des Kondensators verwendet werden, statt des (Ba,Sr)TiO₃-Films. Weiterhin können statt Fe andere Materialien eingesetzt werden, beispielsweise Mn, Co oder eine Kombination von Fe, Mn und Co. For example, other materials such as SrTiO₃, BaTiO₃ or CaTiO₃ etc. as a dielectric film of Capacitor can be used instead of the (Ba, Sr) TiO₃ film. Furthermore, other materials can be used instead of Fe are, for example Mn, Co or a combination of Fe, Mn and Co.  

Zwar wurde Pt als Material für die untere Kondensatorelektrode verwendet, und TiN als Material für die obere Kondensatorelektrode bei diesem Beispiel, jedoch ist es möglich, andere leitfähige Materialien bei der Kondensatorelektrode einzusetzen. Beispielsweise können als Material für eine untere Kondensatorelektrode ein Edelmetall wie Pd, Ir, Rh, Ru und Au verwendet werden, und ebenso eine Oxidleiter wie ITO, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃ (Ba,Sr)RuO₃ und Nb­ dotiertes SrTiO₃. Andererseits kann ein Metall mit hohem Schmelzpunkt wie etwa W, Mo oder Ta, sowie ein Verbundleiter wie WNx, MoNx oder TaNx als Material für die obere Kondensatorelektrode verwendet werden, zusätzlich zu den voranstehend angegebenen leitfähigen Materialien.While Pt was used as the material for the lower capacitor electrode and TiN as the material for the upper capacitor electrode in this example, it is possible to use other conductive materials in the capacitor electrode. For example, a noble metal such as Pd, Ir, Rh, Ru and Au can be used as a material for a lower capacitor electrode, and also an oxide conductor such as ITO, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃ (Ba, Sr) RuO₃ and Nb-doped SrTiO₃. On the other hand, a metal with a high melting point such as W, Mo or Ta, and a composite conductor such as WN x , MoN x or TaN x can be used as the material for the upper capacitor electrode, in addition to the above-mentioned conductive materials.

(Beispiel 2)(Example 2)

Die Fig. 5A bis 5D sind jeweils Schnittansichten zur Erläuterung von Herstellungsschritten für eine DRAM-Zelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die DRAM- Zelle, die durch dieses Herstellungsverfahren erhalten wurde, war so aufgebaut, daß ein Kondensator auf höherem Niveau angeordnet war als ein MOS-Transistor (ein Schalttransistor), eine Wortleitung und eine Bitleitung, wobei ein (Ba,Sr)TiO₃- Film, der einen kleinen Anteil an Mn enthielt, statt Fe als dielektrischer Film für den Kondensator verwendet wurde. FIGS. 5A to 5D are sectional views for explaining manufacturing steps of a DRAM cell according to a second embodiment of the invention. The DRAM cell obtained by this manufacturing method was constructed so that a capacitor was arranged at a higher level than a MOS transistor (a switching transistor), a word line and a bit line, with a (Ba, Sr) TiO₃ film which contained a small amount of Mn instead of Fe as a dielectric film for the capacitor.

Das wesentliche Merkmal bei diesem Beispiel besteht darin, daß nach der Ausbildung eines dielektrischen Films eines Kondensators mit Perowskit-Kristallstruktur eine sehr kleine Menge an Mn auf der Oberfläche des dielektrischen Films befestigt wurde, und der sich ergebende dielektrische Film einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, so daß das anhaftende Mn in den dielektrischen Film hineindiffundierte. Die Wärmebehandlung in diesem Fall dient auch zur Verbesserung der Kristallstruktur des dielektrischen Films, so daß die Diffusion des Metalls und die Verbesserung der Kristallstruktur zusammen in einem einzigen Schritt durchgeführt werden können, was das Verfahren insgesamt vereinfacht.The essential feature in this example is that after forming a dielectric film one A capacitor with a perovskite crystal structure is a very small one Amount of Mn on the surface of the dielectric film and the resulting dielectric film has been subjected to heat treatment so that the adherent  Mn diffused into the dielectric film. The Heat treatment in this case also serves to improve the Crystal structure of the dielectric film so that the Diffusion of the metal and improvement of the Crystal structure together in a single step what can be done to the procedure overall simplified.

Zuerst wurde, wie in Fig. 5A gezeigt, ein vorbestimmter Oberflächenabschnitt eines monokristallinen Siliziumsubstrats 201 des p-Typs mit einer Hauptoberfläche (einer (100)- Kristallfläche) und einem spezifischen Widerstand von 10 Ω cm weggeätzt, wodurch eine Nut ausgebildet wurde, in welcher daraufhin ein Elementenisolierfilm 202 eingefüllt wurde, um einen Elementenisolierbereich auszubilden. Alternativ hierzu kann dieser Elementenisolierbereich auch unter Verwendung eines LOCOS-Verfahrens hergestellt werden.First, as shown in Fig. 5A, a predetermined surface portion of a p-type monocrystalline silicon substrate 201 having a main surface (a (100) crystal surface) and a resistivity of 10 Ω cm was etched away, thereby forming a groove in which an element insulation film 202 was then filled in to form an element insulation region. Alternatively, this element isolation area can also be produced using a LOCOS process.

Dann wurde ein Siliziumoxidfilm mit einer Dicke von 20 nm durch thermische Oxidation hergestellt, und dann darauf ein Wolframsilizidfilm abgelagert. Diese Filme wurden mit einem Muster versehen, durch Photolithographie und reaktives Ionenätzen, um einen Gateisolierfilm 203 und eine Gateelektrode 204 auszubilden. Daraufhin wurde eine Ionenimplantierung unter Verwendung dieser Gateelektrode 204 als Maske durchgeführt, wodurch unter Selbstausrichtung ein Source/Drainbereich gebildet wurde, der durch Diffusionsbereiche 205 und 206 des n⁻-Typs gebildet wurde, wodurch ein n-Kanal-MOSFET als Schalttransistor hergestellt wurde.Then, a silicon oxide film with a thickness of 20 nm was produced by thermal oxidation, and then a tungsten silicide film was deposited thereon. These films were patterned by photolithography and reactive ion etching to form a gate insulating film 203 and a gate electrode 204 . Then, ion implantation was performed using this gate electrode 204 as a mask, thereby self-aligning a source / drain region formed by n + type diffusion regions 205 and 206 , thereby producing an n-channel MOSFET as a switching transistor.

Dann wurde, wie in Fig. 5B gezeigt, ein Siliziumoxidfilm 207 mit Hilfe eines CVD-Verfahrens in einer Dicke von 100 nm über der gesamten oberen Oberfläche des MOSFET abgelagert, und wurde mittels Photolithographie und reaktives ionenätzen ein Kontaktloch 208 in dem Siliziumoxidfilm 207 ausgebildet.Then, as shown in FIG. 5B, a silicon oxide film 207 was deposited to a thickness of 100 nm over the entire upper surface of the MOSFET using a CVD method, and a contact hole 208 was formed in the silicon oxide film 207 by means of photolithography and reactive ion etching.

Dann wurde ein Titansilizidfilm 109 selektiv auf den Diffusionsbereichen 205 des n⁻-Typs ausgebildet, die sich am Boden des Kontaktloches 208 befinden, und wurde ein Wolframsilizidfilm über der gesamten Oberfläche der Vorrichtung abgelagert. Daraufhin wurde mittels Photolithographie und reaktives Ionenätzen der Wolframsilizidfilm mit einem Muster versehen, wodurch eine Bitleitung 210 hergestellt wurde.Then, a titanium silicide film 109 was selectively formed on the n⁻-type diffusion regions 205 located at the bottom of the contact hole 208 , and a tungsten silicide film was deposited over the entire surface of the device. Then, the tungsten silicide film was patterned using photolithography and reactive ion etching, thereby producing a bit line 210 .

Nachdem dann ein CVD-Oxidfilm 211 auf der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Vorrichtung abgelagert wurde, wie in Fig. 5C gezeigt ist, wurde die Oberfläche des CVD-Oxidfilms 211 eingeebnet. Dann wurde photolithographisch ein Kontaktloch 212 ausgebildet, und ein erster polykristalliner Siliziumfilm des n⁺-Typs über der gesamten oberen Oberfläche der sich ergebenden Vorrichtung abgelagert. Dann wurde ein Einebnungsverfahren wie beispielsweise Rückätzen eingesetzt, so daß nur ein Abschnitt des ersten polykristallinen Siliziumfilms des n⁺-Typs übrigblieb, der in dem Kontaktloch angeordnet war, wodurch eine Auslaßelektrode 213 gebildet wurde.Then, after a CVD oxide film 211 was deposited on the entire surface of the resulting device, as shown in FIG. 5C, the surface of the CVD oxide film 211 was flattened. Then, a contact hole 212 was photolithographically formed, and a first n⁺-type polycrystalline silicon film was deposited over the entire upper surface of the resulting device. Then, a flattening process such as etching back was used, so that only a portion of the first n⁺-type polycrystalline silicon film remained, which was disposed in the contact hole, thereby forming an outlet electrode 213 .

Dann wurden nacheinander auf der gesamten Oberfläche der Vorrichtung ein Ti-Film 214 und ein TiN-Film 215 als Unterlageschichten für eine untere Kondensatorelektrode 216 sowie ein Pt-Film abgelagert, der als untere Kondensatorelektrode 216 dienen sollte. Then, a Ti film 214 and a TiN film 215 were deposited successively on the entire surface of the device as underlayers for a lower capacitor electrode 216 and a Pt film to serve as a lower capacitor electrode 216 .

Daraufhin wurden diese Filme 214, 215 und 216 photolithographisch mit einem Muster versehen, um die untere Kondensatorelektrode 216 zu erhalten.Then, these films 214 , 215 and 216 were patterned photolithographically to obtain the lower capacitor electrode 216 .

Daraufhin wurde, wie in Fig. 5D gezeigt, ein (Ba,Sr)TiO₃-Film 217 mit einer Dicke von 20 nm über der gesamten Oberfläche der Vorrichtung mit Hilfe eines Sputterverfahrens bei einer Temperatur von 500 bis 700°C hergestellt. Darauf wurde die Oberfläche des (Ba,Sr)TiO₃-Films 217 mit einer Lösung 200 beschichtet, welche 0,1 Gew.-% an Mn enthielt, und trocknen gelassen. Die sich ergebende Vorrichtung wurde dann einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 700°C unterzogen, so daß das aufgeschichtete Mn in den (Ba,Sr)TiO₃-Film 217 hineindiffundierte, und gleichzeitig die Kristallstruktur des (Ba,Sr)TiO₃-Films 217 verbessert wurde.Then, as shown in Fig. 5D, a (Ba, Sr) TiO₃ film 217 with a thickness of 20 nm over the entire surface of the device was produced by means of a sputtering process at a temperature of 500 to 700 ° C. Then the surface of the (Ba, Sr) TiO₃ film 217 was coated with a solution 200 which contained 0.1% by weight of Mn, and allowed to dry. The resultant device was then subjected to a heat treatment at a temperature of 700 ° C, so that the piled Mn in the (Ba, Sr) TiO₃ film improved 217 hineindiffundierte, and at the same time the crystal structure of the (Ba, Sr) TiO₃ film 217 has been.

Schließlich wurde ein TiN-Film mit einer Dicke von 80 nm über der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Vorrichtung abgelagert, und dann photolithographisch mit einem Muster versehen, um eine obere Kondensatorelektrode (eine Plattenelektrode) 218 auszubilden, wodurch der grundlegende Aufbau der DRAM-Zelle fertig war. Bei der tatsächlichen Herstellung werden zusätzliche Schritte durchgeführt, einschließlich eines Schritts der Ausbildung von Al- Verdrahtungen, entsprechend der üblichen Vorgehensweise zur Fertigstellung eines DRAM, wobei diese Vorgehensweise hier nicht erneut beschrieben wird.Finally, a 80 nm thick TiN film was deposited over the entire surface of the resulting device, and then patterned photolithographically to form an upper capacitor electrode (plate electrode) 218 , thereby completing the basic construction of the DRAM cell was. Additional steps are included in actual manufacturing, including a step of forming Al wiring according to the usual procedure for completing a DRAM, which procedure is not described again here.

Bei diesem Beispiel wurde ein (Ba,Sr)TiO₃-Film als dielektrischer Film des Kondensator verwendet, und wurde Mn als metallischer Zusatzstoff eingesetzt. Allerdings lassen sich bei der vorliegenden Erfindung auch andere Materialien verwenden. In this example, a (Ba, Sr) TiO₃ film was used as dielectric film of the capacitor was used, and was Mn used as a metallic additive. However, leave other materials in the present invention use.  

Beispielsweise können andere Materialien wie SrTiO₃, BaTiO₃ oder CaTiO₃ und dergleichen als dielektrischer Film für den Kondensator verwendet werden, statt des (Ba,Sr)TiO₃-Films. Weiterhin lassen sich anstelle von Mn andere Materialien einsetzen, beispielsweise Fe, Co oder eine Kombination von Fe, Mn und Co.For example, other materials such as SrTiO₃, BaTiO₃ or CaTiO₃ and the like as a dielectric film for the Capacitor can be used instead of the (Ba, Sr) TiO₃ film. Furthermore, other materials can be used instead of Mn use, for example Fe, Co or a combination of Fe, Mn and Co.

Zwar wurde eine Mn-haltige Lösung auf die Oberfläche des dielektrischen Films für den Kondensator bei dem voranstehend geschilderten Beispiel aufgebracht, damit Mn in den dielektrischen Film des Kondensators eindiffundieren konnte, jedoch kann die Mn-haltige Lösung auch auf die Oberfläche einer unteren Kondensatorelektrode aufgeschichtet werden, um so auf dieser Mn anzubringen, und dann wird ein dielektrischer Film des Kondensators dieser unteren Kondensatorelektrode, die Mn enthält, überlagert, so daß das anhaftende Mn in den dielektrischen Film des Kondensators eindiffundiert werden kann.A solution containing Mn was applied to the surface of the dielectric film for the capacitor in the above described example applied so that Mn in the was able to diffuse in the dielectric film of the capacitor, however, the Mn-containing solution can also be applied to the surface a lower capacitor electrode to be stacked so attach it to this Mn, and then it becomes a dielectric Film of the capacitor of this lower capacitor electrode, the Mn contains, superimposed so that the adhering Mn in the dielectric film of the capacitor are diffused can.

Zwar wurde Pt als untere Kondensatorelektrode verwendet, und TiN als obere Kondensatorelektrode, bei diesem Beispiel, jedoch ist es möglich, andere leitfähige Materialien als Kondensatorelektrode einzusetzen. Beispielsweise können als untere Kondensatorelektrode ein Edelmetall wie Pd, Ir, Rh, Ru und Au eingesetzt werden, und ebenso ein Oxidleiter wie ITO, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃, (Ba,Sr)RuO₃ und Nb-dotiertes SrTiO₃. Andererseits kann zusätzlich zu den voranstehend geschilderten, leitfähigen Materialien als obere Kondensatorelektrode ein Metall mit hohem Schmelzpunkt verwendet werden, beispielsweise W, Mo oder Ta, oder ein Verbundleiter wie etwa WNx, MoNx oder TaNx. Pt was used as the lower capacitor electrode and TiN as the upper capacitor electrode in this example, but it is possible to use other conductive materials as the capacitor electrode. For example, a noble metal such as Pd, Ir, Rh, Ru and Au can be used as the lower capacitor electrode, and also an oxide conductor such as ITO, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃, (Ba, Sr) RuO₃ and Nb-doped SrTiO₃. On the other hand, in addition to the conductive materials described above, a metal having a high melting point, for example W, Mo or Ta, or a composite conductor such as WN x , MoN x or TaN x can be used as the upper capacitor electrode.

(Beispiel 3)(Example 3)

Die Fig. 6A bis 6D zeigen jeweils Schnittansichten zur Erläuterung von Herstellungsschritten zur Herstellung einer DRAM-Zelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die bei diesem Herstellungsverfahren erhaltene DRAM-Zelle war vom Typ mit einem Transistor und einem Kondensator, was zur Erhöhung der Integrationsdichte geeignet ist, und war so aufgebaut, daß ein Kondensator auf höherem Niveau angeordnet wurde als ein MOS-Transistor (ein Schalttransistor), eine Wortleitung und eine Bitleitung, wobei als dielektrischer Film für den Kondensator ein (Ba,Sr)TiO₃- Film verwendet wurde, der einen kleinen Anteil an Fe enthielt. FIGS. 6A to 6D respectively show sectional views for explaining manufacturing steps for manufacturing a DRAM cell according to a third embodiment of the present invention. The DRAM cell obtained in this manufacturing method was of the transistor and capacitor type, which is suitable for increasing the integration density, and was constructed so that a capacitor was arranged at a higher level than a MOS transistor (a switching transistor), one Word line and a bit line, a (Ba, Sr) TiO₃ film containing a small amount of Fe being used as the dielectric film for the capacitor.

Wie in Fig. 6A gezeigt, wurde ein vorbestimmter Oberflächenabschnitt eines monokristallinen Siliziumsubstrats 301 des p-Typs, welches eine Hauptoberfläche (eine Kristallfläche (100)) und einen spezifischen Widerstand von 10 Ω x cm aufwies, weggeätzt, wodurch eine Nut ausgebildet wurde, in welche daraufhin ein Elementenisolierfilm 302 eingefüllt wurde, um so einen Elementenisolierbereich auszubilden. Alternativ hierzu kann dieser Elementenisolierbereich auch unter Einsatz eines LOCOS- Verfahrens hergestellt werden.As shown in Fig. 6A, a predetermined surface portion of a p-type monocrystalline silicon substrate 301 having a main surface (a crystal face ( 100 )) and a resistivity of 10 Ω x cm was etched away, thereby forming a groove in which is then filled with an element insulating film 302 so as to form an element insulating region. As an alternative to this, this element insulation area can also be produced using a LOCOS process.

Dann wurde ein Siliziumoxidfilm mit einer Dicke von 10 nm durch thermische Oxidation erzeugt, und dann darauf ein Wolframsilizidfilm abgelagert, der als Gateelektrode 304 dienen sollte. Diese Filme wurden dann mittels Photographie und reaktivem Ionenätzen mit einem Muster versehen, um einen Gateisolierfilm 303 und eine Gateelektrode 304 auszubilden. Dann wurde Ionenimplantierung unter Verwendung dieser Gateelektrode 304 als Maske durchgeführt, wodurch selbstausrichtend ein Source/Drainbereich gebildet wurde, der aus Diffusionsbereichen 305 und 306 des n⁻-Typs bestand, wodurch ein n-Kanal-MOSFET als Schalttransistor ausgebildet wurde.Then, a silicon oxide film having a thickness of 10 nm was formed by thermal oxidation, and then a tungsten silicide film was deposited thereon to serve as the gate electrode 304 . These films were then patterned using photography and reactive ion etching to form a gate insulating film 303 and a gate electrode 304 . Then, ion implantation was performed using this gate electrode 304 as a mask, thereby self-aligning to form a source / drain region composed of n⁻-type diffusion regions 305 and 306 , thereby forming an n-channel MOSFET as a switching transistor.

Dann wurde, wie in Fig. 6B gezeigt, ein Siliziumoxidfilm 307 mit Hilfe eines CVD-Verfahrens in einer Dicke von 100 nm über der gesamten oberen Oberfläche des MOSFET abgelagert, und wurde ein Kontaktloch 308 in dem Siliziumoxidfilm 307 mittels Photolithographie und reaktivem Ionenätzen hergestellt.Then, as shown in FIG. 6B, a silicon oxide film 307 was deposited to a thickness of 100 nm over the entire upper surface of the MOSFET using a CVD method, and a contact hole 308 was formed in the silicon oxide film 307 by means of photolithography and reactive ion etching.

Dann wurde ein Titansilizidfilm 309 selektiv auf den Diffusionsbereichen 305 des n⁻-Typs ausgebildet, die auf dem Boden des Kontaktloches 308 angeordnet waren, und wurde ein Wolframsilizidfilm, der als Bitleitung 310 verwendet werden sollte, über der gesamten oberen Oberfläche der Vorrichtung abgelagert. Daraufhin wurde der Wolframsilizidfilm unter Verwendung von Photolithographie und reaktivem Ionenätzen mit einem Muster versehen, wodurch eine Bitleitung 310 ausgebildet wurde.Then, a titanium silicide film 309 was selectively formed on the n⁻-type diffusion regions 305 located on the bottom of the contact hole 308 , and a tungsten silicide film to be used as the bit line 310 was deposited over the entire upper surface of the device. The tungsten silicide film was then patterned using photolithography and reactive ion etching, thereby forming a bit line 310 .

Nachdem dann ein CVD-Oxidfilm 311 über der gesamten Oberfläche des sich ergebenden Vorrichtung abgelagert wurde, wie in Fig. 6C gezeigt ist, wurde die Oberfläche des CVD-Oxidfilms 311 eingeebnet. Dann wurde photolithographisch ein Kontaktloch 312 hergestellt, und wurde ein erster polykristalliner Siliziumfilm des n⁺-Typs über der gesamten oberen Oberfläche der sich ergebenden Vorrichtung abgelagert. Unter Verwendung eines Einebnungsverfahrens wie beispielsweise Rückätzen blieb dann nur ein Abschnitt des ersten polykristallinen Siliziumfilms des n⁺-Typs über, der in dem Kontaktloch 312 angeordnet war, wodurch die Auslaßelektrode 313 hergestellt wurde. Then, after a CVD oxide film 311 was deposited over the entire surface of the resulting device, as shown in FIG. 6C, the surface of the CVD oxide film 311 was flattened. Then, a contact hole 312 was photolithographically formed, and a first n⁺-type polycrystalline silicon film was deposited over the entire upper surface of the resulting device. Then, using a flattening method such as etching back, only a portion of the first n⁺-type polycrystalline silicon film remained, which was disposed in the contact hole 312 , thereby producing the outlet electrode 313 .

Dann wurden ein Ti-Film 314 und ein TiN-Film 315 als Unterlageschichten für eine untere Kondensatorelektrode 316 sowie ein RuO₂-Film, der als untere Kondensatorelektrode 316 dienen sollte, nacheinander über der gesamten Oberfläche der Vorrichtung abgelagert.Then, a Ti film 314 and a TiN film 315 as underlayers for a lower capacitor electrode 316 and a RuO₂ film, which was to serve as a lower capacitor electrode 316 , were successively deposited over the entire surface of the device.

Daraufhin wurden diese Filme 314, 315 und 316 photolithographisch mit einem Muster versehen, um so die untere Kondensatorelektrode 316 zu erhalten.Then, these films 314 , 315 and 316 were patterned photolithographically so as to obtain the lower capacitor electrode 316 .

Daraufhin wurde ein (Ba,Sr)TiO₃-Film mit einer Dicke von 20 nm als dielektrischer Film 317 des Kondensators über der gesamten Oberfläche der Vorrichtung mit Hilfe eines CVD-Verfahrens hergestellt. Hierbei wurden ein CVD-Rohmaterial für den (Ba,Sr)TiO₃-Film sowie ein CVD-Rohmaterial für Fe gleichzeitig zugeführt, damit 0,1 bis 1,0 Gew.-% Fe in den (Ba,Sr)TiO₃-Film in diesem Schritt der Filmausbildung eingebracht werden konnten.Then a (Ba, Sr) TiO₃ film with a thickness of 20 nm as the dielectric film 317 of the capacitor was produced over the entire surface of the device by means of a CVD method. Here, a CVD raw material for the (Ba, Sr) TiO₃ film and a CVD raw material for Fe were simultaneously fed, so that 0.1 to 1.0 wt .-% Fe in the (Ba, Sr) TiO₃ film in this step of film education.

Daraufhin kann, falls gewünscht, der sich ergebende dielektrische Film 317 des Kondensators einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Beim vorliegenden Beispiel erfuhr der (Ba,Sr)TiO₃-Film eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 700°C, um hierdurch das Fe in dem (Ba,Sr)TiO₃-Film zu stabilisieren, und gleichzeitig die Kristallstruktur des Films zu verbessern.Then, if desired, the resulting dielectric film 317 of the capacitor may be subjected to a heat treatment. In the present example, the (Ba, Sr) TiO₃ film was subjected to a heat treatment at a temperature of 700 ° C to thereby stabilize the Fe in the (Ba, Sr) TiO₃ film and at the same time to improve the crystal structure of the film.

Schließlich wurde, wie in Fig. 6D gezeigt, ein WNx-Film mit einer Dicke von 80 nm, der später als obere Kondensatorelektrode (eine Plattenelektrode) 318 verwendet werden sollte, über der gesamten Oberfläche der sich resultierenden Vorrichtung abgelagert, und dann photolithographisch mit einem Muster versehen, um die obere Kondensatorelektrode 318 auszubilden, wodurch der grundlegende Aufbau der DRAM-Zelle fertiggestellt war. Bei der tatsächlichen Herstellung werden zusätzliche Schritte durchgeführt, einschließlich des Schrittes der Ausbildung von Al-Verdrahtungen, entsprechend der üblichen Vorgehensweise zur Fertigstellung eines DRAM, was hier nicht erneut beschrieben wird.Finally, as shown in Fig. 6D, a WN x film with a thickness of 80 nm, which was later to be used as the upper capacitor electrode (a plate electrode) 318 , was deposited over the entire surface of the resulting device, and then photolithographically patterned to form the upper capacitor electrode 318 , thereby completing the basic structure of the DRAM cell. In the actual manufacturing, additional steps are performed including the step of forming Al wiring according to the usual procedure for completing a DRAM, which will not be described again here.

Bei diesem Beispiel wurde ein (Ba,Sr)TiO₃-Film als dielektrischer Film des Kondensators eingesetzt, und wurde Fe als Metallzusatzstoff verwendet. Allerdings lassen sich bei der vorliegenden Erfindung auch andere Materialien einsetzen.In this example, a (Ba, Sr) TiO₃ film was used as dielectric film of the capacitor was used, and became Fe used as a metal additive. However, at use other materials of the present invention.

Beispielsweise können andere Materialien wie SrTiO₃, BaTiO₃, CaTiO₃ oder eine Mischung dieser Stoffe als dielektrischer Film des Kondensators verwendet werden, statt des (Ba,Sr)TiO₃- Films. Weiterhin können andere Materialien wie Mn, Co oder irgendeine Kombination aus Fe, Mn und Co statt des Fe eingesetzt werden.For example, other materials such as SrTiO₃, BaTiO₃, CaTiO₃ or a mixture of these substances as a dielectric Film of the capacitor can be used instead of the (Ba, Sr) TiO₃- Films. Furthermore, other materials such as Mn, Co or any combination of Fe, Mn and Co instead of Fe be used.

Zwar wurde RuO₂ als untere Kondensatorelektrode eingesetzt, und WNx als obere Kondensatorelektrode, bei diesem Beispiel, jedoch ist es möglich, andere leitfähige Materialien als Kondensatorelektrode einzusetzen. Beispielsweise kann als untere Kondensatorelektrode ein Edelmetall wie Pt, Pd, Ir, Rh und Au verwendet werden, und ebenso ein Oxidleiter wie ITO, BaRuO₃, SrRuO₃, (Ba,Sr)RuO₃ und Nb-dotiertes SrTiO₃. Andererseits kann ein Metall mit hohem Schmelzpunkt wie etwa W, Mo oder Ta, oder ein Verbundleiter wie TiN, MoNx oder TaNx, als obere Kondensatorelektrode verwendet werden, zusätzlich zu den voranstehend geschilderten, leitfähigen Materialien. RuO₂ was used as the lower capacitor electrode, and WN x as the upper capacitor electrode, in this example, however, it is possible to use other conductive materials as the capacitor electrode. For example, a noble metal such as Pt, Pd, Ir, Rh and Au can be used as the lower capacitor electrode, and also an oxide conductor such as ITO, BaRuO₃, SrRuO₃, (Ba, Sr) RuO₃ and Nb-doped SrTiO₃. On the other hand, a high melting point metal such as W, Mo or Ta, or a composite conductor such as TiN, MoN x or TaN x can be used as the upper capacitor electrode, in addition to the conductive materials described above.

(Beispiel 4)(Example 4)

Die Fig. 7A bis 7E zeigen jeweils Schnittansichten zur Erläuterung von Herstellungsschritten für eine DRAM-Zelle gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieses Beispiel beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer DRAM-Zelle des Typs mit einem Transistor und einem Kondensator, bei welchem ein Transistor und ein Kondensator getrennt auf einem getrennten Halbleitersubstrat hergestellt wurde, dann einander überlagert werden, und miteinander verbunden werden. FIGS. 7A to 7E are sectional views for explaining manufacturing steps of a DRAM cell according to a fourth embodiment of the present invention. This example describes a method of manufacturing a DRAM cell of the transistor and capacitor type, in which a transistor and a capacitor are separately fabricated on a separate semiconductor substrate, then overlaid on each other and connected together.

Dieses Beispiel zeichnet sich dadurch aus, daß ein dielektrischer Perowskit-Film, der als dielektrischer Film eines Kondensators verwendet werden soll, mit Hilfe eines Sputterverfahrens erzeugt wurde, und daß ein Metall, welches ein dreiwertiges oder vierwertiges Metallion zur Verfügung stellen kann, in den dielektrischen Perowskit-Film während des Schrittes der Herstellung des dielektrischen Films durch Sputtern eingebracht wurde. Genauer gesagt wurde ein ((Ba,Sr)TiO₃-Film, dem eine sehr kleine Menge an Fe hinzugefügt wurde, als dielektrischer Film des Kondensators verwendet.This example is characterized in that a dielectric perovskite film called dielectric film a capacitor is to be used, with the help of a Sputtering was generated, and that a metal, which a trivalent or tetravalent metal ion is available can put in the dielectric perovskite film during the Step of manufacturing the dielectric film Sputtering was introduced. More specifically, one was ((Ba, Sr) TiO₃ film containing a very small amount of Fe was added as the dielectric film of the capacitor used.

Dann wurden ein Halbleitersubstrat, auf welchem ein Transistor angeordnet war, sowie ein Halbleitersubstrat, auf welchem ein Kondensator angeordnet war, aufeinandergestapelt, um eine DRAM-Zelle auszubilden.Then there was a semiconductor substrate on which a transistor was arranged, and a semiconductor substrate on which a Capacitor was stacked on top of one another Form DRAM cell.

Zuerst wurde, wie in Fig. 7A gezeigt, ein vorbestimmter Oberflächenabschnitt eines monokristallinen Siliziumsubstrats 401 des p-Typs mit einer Hauptoberfläche (einer (100)- Kristallfläche) und einem spezifischen Widerstand von 10 Ω cm weggeätzt, wodurch eine Nut ausgebildet wurde, in welche daraufhin ein Elementenisolationsbereich eingefüllt wurde, um einen Elementenisolierbereich auszubilden. Alternativ kann dieser Elementenisolierbereich auch durch ein LOCOS-Verfahren hergestellt werden.First, as shown in Fig. 7A, a predetermined surface portion of a p-type monocrystalline silicon substrate 401 having a main surface (a (100) crystal surface) and a resistivity of 10 Ω cm was etched away, thereby forming a groove into which thereupon an element isolation area has been filled in to form an element isolation area. Alternatively, this element isolation area can also be produced by a LOCOS process.

Dann wurde durch thermische Oxidation ein Siliziumoxidfilm mit einer Dicke von 10 nm hergestellt, und darauf ein Wolframsilizidfilm abgelagert. Diese Filme wurden photolithographisch und durch reaktives Ionenätzen mit einem Muster versehen, um einen Gateisolierfilm 403 und eine Gateelektrode 404 auszubilden. Dann wurde mit dieser Gateelektrode 404 als Maske eine Ionenimplantierung durchgeführt, wodurch selbstausrichtend ein Source/Drainbereich gebildet wurde, der aus Diffusionsbereichen 405 und 406 des n⁻-Typs bestand, wodurch ein n-Kanal- als Schalttransistor ausgebildet wurde.Then, a silicon oxide film with a thickness of 10 nm was produced by thermal oxidation, and a tungsten silicide film was deposited thereon. These films were patterned photolithographically and by reactive ion etching to form a gate insulating film 403 and a gate electrode 404 . Then, with this gate electrode 404 as a mask, ion implantation was performed, thereby self-aligning to form a source / drain region composed of diffusion regions 405 and 406 of the n⁻ type, thereby forming an n-channel as a switching transistor.

Wie aus Fig. 7B hervorgeht, wurde dann ein Siliziumoxidfilm 407 mit Hilfe eines CVD-Verfahrens in einer Dicke von 100 nm über der gesamten oberen Oberfläche des MOSFET abgelagert, und wurde ein Kontaktloch 408 in dem Siliziumoxidfilm 407 so ausgebildet, daß es mit dem Diffusionsbereich 404 des n⁻-Typs in Verbindung stand, mit Hilfe von Photolithographie und reaktivem Ionenätzen.Then, as shown in Fig. 7B, a silicon oxide film 407 was deposited by a CVD method in a thickness of 100 nm over the entire upper surface of the MOSFET, and a contact hole 408 was formed in the silicon oxide film 407 so that it was in contact with the diffusion region 404 of the n⁻ type was related, using photolithography and reactive ion etching.

Dann wurde ein Titansilizidfilm 409 selektiv auf den Diffusionsbereichen 405 des n⁻-Typs, die sich auf dem Boden des Kontaktloches 408 befanden, abgelagert, und wurde ein Wolframsilizidfilm über der gesamten oberen Oberfläche der Vorrichtung abgelagert. Dann wurde der Wolframsilizidfilm mit einem Muster versehen, mittels Photolithographie und reaktivem Ionenätzen, wodurch eine Bitleitung 410 ausgebildet wurde. Then, a titanium silicide film 409 was selectively deposited on the n⁻-type diffusion regions 405 located on the bottom of the via 408 , and a tungsten silicide film was deposited over the entire upper surface of the device. Then, the tungsten silicide film was patterned by means of photolithography and reactive ion etching, whereby a bit line 410 was formed.

Dann wurde über der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Vorrichtung ein CVD-Oxidfilm 411 abgelagert.Then, a CVD oxide film 411 was deposited over the entire surface of the resulting device.

Nachdem dann wie in Fig. 7C gezeigt ein Kontaktloch 412 mit Hilfe von Photolithographie ausgebildet wurde, wurde ein polykristalliner Siliziumfilm des n⁺-Typs über der gesamten oberen Oberfläche der sich ergebenden Vorrichtung mit Hilfe eines LPCVD-Verfahrens abgelagert. Durch ein Einebnungsverfahren wie beispielsweise Rückätzen blieb dann nur jener Abschnitt des polykristallinen Siliziumfilms des n+- Typs übrig, der sich in dem Kontaktloch 412 befand, wodurch eine Auslaßelektrode 413 hergestellt wurde.Then, after a contact hole 412 was formed by photolithography as shown in FIG. 7C, an n ein-type polycrystalline silicon film was deposited over the entire upper surface of the resulting device by an LPCVD method. Then, by a flattening process such as etching back, only that portion of the n + type polycrystalline silicon film remaining in the contact hole 412 was left, thereby producing an outlet electrode 413 .

Dann wurde nacheinander ein Titansilizidfilm 414 und ein TiN- Film 415 auf der gesamten Oberfläche der Vorrichtung abgelagert, und dann photolithographisch mit einem Muster versehen. Dann wurde ein Siliziumoxidfilm 416 auf der gesamten Oberfläche des Substrats mit Hilfe eines CVD-Verfahrens erzeugt, wobei TEOS und 03 als Rohmaterialgase eingesetzt wurden, und dann wurde dieser Siliziumoxidfilm 416 mit Hilfe eines CMP-Verfahrens poliert, bis die Oberfläche des TiN-Films 415 freilag, wodurch die Oberfläche des Substrats eingeebnet wurde.Then, a titanium silicide film 414 and a TiN film 415 were successively deposited on the entire surface of the device, and then patterned photolithographically. Then, a silicon oxide film 416 was formed on the entire surface of the substrate by a CVD method using TEOS and 03 as raw material gases, and then this silicon oxide film 416 was polished by a CMP method until the surface of the TiN film 415 exposed, which leveled the surface of the substrate.

Als Ergebnis dieser Schritte wurde ein erstes Halbleitersubstrat erhalten, welches einen MOS-Transistor trug, der als Schalttransistor arbeitete.As a result of these steps, a first Semiconductor substrate obtained, which is a MOS transistor who worked as a switching transistor.

Dann wurden auf der gesamten Oberfläche eines getrennten Siliziumsubstrats 417, wie in Fig. 7D gezeigt, ein TiSixNy- Film 418 mit einer Dicke von 50 nm, ein Ti-Film 419 mit einer Dicke von 20 nm, und ein 50 nm dicker Pt-Film, der als untere Kondensatorelektrode 420 dienen sollte, ausgebildet. Film 418 nm with a thickness of 50, a Ti film 419 nm with a thickness of 20 and a 50 nm thick - then a separate silicon substrate 417, as shown in Figure a TiSi x N y were on the whole surface 7D. Pt film that should serve as the lower capacitor electrode 420 is formed.

Daraufhin wurde ein (Ba,Sr)TiO₃-Film mit einer Dicke von 20 nm, der etwa 1 Gew.-% Fe enthielt, als dielektrischer Film 421 eines Kondensators über der gesamten Oberfläche des Substrats 417 mit Hilfe eines Sputterverfahrens erzeugt. Beim vorliegenden Beispiel wurde ein Sputterverfahren mit mehreren Quellen eingesetzt, wobei zwei unterschiedliche Targets zur Herstellung des dielektrischen Films 421 für den Kondensator verwendet wurden, nämlich ein Target für (Ba,Sr)TiO₃, und ein anderes Target für Fe.Then, a (Ba, Sr) TiO₃ film with a thickness of 20 nm, which contained about 1 wt .-% Fe, was produced as a dielectric film 421 of a capacitor over the entire surface of the substrate 417 by means of a sputtering process. In the present example, a sputtering process with multiple sources was used, using two different targets for the production of the dielectric film 421 for the capacitor, namely a target for (Ba, Sr) TiO₃, and another target for Fe.

Daraufhin wurde ein Pt-Film mit einer Dicke von 50 nm über der gesamten Oberfläche des dielektrischen Films 421 des Kondensators hergestellt, und dann mittels Photolithographie und reaktivem Ionenätzen auf wohlbekannte Weise mit einem Muster versehen, um die obere Kondensatorelektrode 422 auszubilden.A Pt film 50 nm thick was then formed over the entire surface of the dielectric film 421 of the capacitor, and then patterned using photolithography and reactive ion etching in a well known manner to form the upper capacitor electrode 422 .

Daraufhin wurde ein Siliziumoxidfilm 423 über der gesamten Oberfläche des Substrats mit Hilfe eines CVD-Verfahrens hergestellt, bei welchem TEOS und O₃ als Rohmaterialgas verwendet wurden, und dann wurde dieser Siliziumoxidfilm 423 mit Hilfe eines CMP-Verfahrens poliert, bis die Oberfläche der oberen Kondensatorelektrode 422 frei lag, wodurch die Oberfläche des Substrats eingeebnet wurde.Then, a silicon oxide film 423 was formed over the entire surface of the substrate by a CVD method using TEOS and O₃ as a raw material gas, and then this silicon oxide film 423 was polished by a CMP method until the surface of the upper capacitor electrode 422 was exposed, thereby leveling the surface of the substrate.

Als Ergebnis dieser Schritte wurde ein zweites Halbleitersubstrat erhalten, welches einen Kondensator trug.As a result of these steps, a second Semiconductor substrate obtained, which carried a capacitor.

Daraufhin wurden das erste Halbleitersubstrat und das zweite Halbleitersubstrat so aufeinandergestapelt, daß der TiN-Film 415, der auf dem ersten Halbleitersubstrat vorhanden war, der oberen Elektrode 422 überlagert wurde, die auf dem zweiten Halbleitersubstrat angeordnet war, um eine Laminatanordnung zu erhalten, mit welcher dann bei einer Temperatur von 900°C eine Wärmebehandlung durchgeführt wurde, wodurch diese beiden Halbleitersubstrate aneinander befestigt wurden.Then, the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate were stacked so that the TiN film 415 existing on the first semiconductor substrate was overlaid on the upper electrode 422 arranged on the second semiconductor substrate to obtain a laminate arrangement with which then a heat treatment was carried out at a temperature of 900 ° C, whereby these two semiconductor substrates were attached to each other.

Schließlich wurde das Siliziumsubstrat 417, welches das zweite Halbleitersubstrat bildete, weggeätzt, um die grundsätzliche Struktur einer DRAM-Zelle zu erhalten. Bei der tatsächlichen Herstellung werden zusätzliche Schritte durchgeführt, einschließlich eines Schritts der Herstellung von Al- Verdrahtungen, entsprechend der üblichen Vorgehensweise zur Fertigstellung eines DRAM, wobei dies hier nicht erneut im einzelnen beschrieben wird.Finally, the silicon substrate 417 , which formed the second semiconductor substrate, was etched away to obtain the basic structure of a DRAM cell. In the actual manufacturing, additional steps are performed including a step of manufacturing Al wiring according to the usual procedure for manufacturing a DRAM, but this will not be described again in detail here.

Bei dem vorliegenden Beispiel wurde ein ((Ba,Sr)TiO₃-Film als dielektrischer Film des Kondensators verwendet, und wurde Fe als metallischer Zusatzstoff eingesetzt. Allerdings können bei der vorliegenden Erfindung auch andere Materialien verwendet werden.In the present example, a ((Ba, Sr) TiO₃ film as dielectric film of the capacitor was used, and became Fe used as a metallic additive. However, at other materials are also used in the present invention will.

Beispielsweise können andere Materialien, etwa SrTiO₃, BaTiO₃ oder CaTiO₃, als dielektrischer Film für den Kondensator verwendet werden, statt des (Ba,Sr)TiO₃-Films. Weiterhin können statt Fe andere Materialien eingesetzt werden, etwa Mn, Co oder irgendeine Kombination dieser Stoffe.For example, other materials, such as SrTiO₃, BaTiO₃ or CaTiO₃, as a dielectric film for the capacitor are used instead of the (Ba, Sr) TiO₃ film. Farther other materials can be used instead of Fe, such as Mn, Co or any combination of these substances.

Das Einbringen von Fe in den dielektrischen Film für den Kondensator kann gleichzeitig mit der Ausbildung des dielektrischen Films für den Kondensator durchgeführt werden, wie im Falle der Beispiele 1 und 2, oder kann dadurch durchgeführt werden, daß eine Diffusion in den dielektrischen Film des Kondensators nach der Herstellung des dielektrischen Films für den Kondensator erfolgt. Darüber hinaus kann jedes andere geeignete Verfahren zum Einbringen von Fe in einen dielektrischen Film eines Kondensators eingesetzt werden.The introduction of Fe into the dielectric film for the Capacitor can coexist with the formation of the dielectric film for the capacitor are performed as in the case of Examples 1 and 2, or can thereby be performed that a diffusion in the dielectric Film of the capacitor after the manufacture of the dielectric Film is done for the capacitor. In addition, any  other suitable methods for introducing Fe into one dielectric film of a capacitor can be used.

Zwar wurde beim vorliegenden Beispiel Pt als untere Kondensatorelektrode verwendet, und wurde TiN als obere Kondensatorelektrode eingesetzt, jedoch ist es möglich, andere leitfähige Materialien zur Ausbildung der Kondensatorelektrode einzusetzen. Beispielsweise kann als untere Kondensatorelektrode ein Edelmetall verwendet werden, beispielsweise Pd, Ir, Rh, Ru und Au, und ebenso ein Oxidleiter wie ITO, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃, (Ba,Sr)RuO₃ und Nb­ dotiertes SrTiO₃. Andererseits kann ein Metall mit hohem Schmelzpunkt wie W, Mo oder Ta, oder ein Verbundleiter wie WNx, MoNx oder TaNx, als obere Kondensatorelektrode verwendet werden, zusätzlich zu den voranstehend geschilderten leitfähigen Materialien.Although Pt was used as the lower capacitor electrode and TiN was used as the upper capacitor electrode in the present example, it is possible to use other conductive materials to form the capacitor electrode. For example, a noble metal can be used as the lower capacitor electrode, for example Pd, Ir, Rh, Ru and Au, and also an oxide conductor such as ITO, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃, (Ba, Sr) RuO₃ and Nb-doped SrTiO₃. On the other hand, a high melting point metal such as W, Mo or Ta, or a composite conductor such as WN x , MoN x or TaN x , can be used as the upper capacitor electrode, in addition to the above-mentioned conductive materials.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die voranstehend geschilderten Beispiele beschränkt. Zwar wurde ein CVD-Verfahren oder ein Sputterverfahren zur Herstellung eines dielektrischen Films eines Kondensators beiden voranstehenden Beispielen eingesetzt, jedoch kann statt dieser Verfahren auch eine Sol-Gel-Bearbeitung eingesetzt werden. Wenn eine Sol-Gel-Verarbeitung eingesetzt werden soll, wird eine vorbestimmte Menge eines der voranstehend geschilderten Metallelemente, beispielsweise Fe, einem Sol hinzugefügt, und dann wird mit dem sich ergebenden Sol eine Wärmebehandlung durchgeführt, um das Sol zu kristallisieren.The invention is of course not on the limited examples above. It was a CVD process or a sputtering process for manufacturing a dielectric film of a capacitor both previous examples used, but instead of this Sol-gel processing can also be used. If sol-gel processing is to be used, a predetermined amount of one of the above Metal elements, for example Fe, added to a sol, and then the resulting sol becomes a heat treatment performed to crystallize the sol.

Da gemäß der vorliegenden Erfindung ein isolierender Dünnfilm, der hauptsächlich aus einem Metalloxid besteht, welches eine Perowskit-Kristallstruktur des ABO₃-Typs aufweist, bei welchem vorbestimmte Ionen an dem A-Platz und B-Platz angeordnet sind, und der Film ein vorbestimmtes Metallelement enthält, als dielektrischer Film eines Kondensators verwendet wird, ist es wie voranstehend erläutert möglich, die Verringerung der Dielektrizitätskonstanten und die Erzeugung eines Kriechstroms zu unterdrücken, selbst wenn der dielektrische Film des Kondensators extrem dünn ausgebildet wird.According to the present invention, since an insulating thin film, which mainly consists of a metal oxide, which is a Perovskite crystal structure of the ABO₃ type, in which predetermined ions are arranged at the A place and B place,  and the film contains a predetermined metal element, as dielectric film of a capacitor is used, it is as explained above, the reduction in Dielectric constants and the generation of a leakage current to suppress even if the dielectric film of the Capacitor is made extremely thin.

Fachleuten auf diesem Gebiet werden zusätzliche Vorteile und Abänderungen sofort auffallen. Daher ist die Erfindung in ihrem Gesamtaspekt nicht auf die spezifischen Einzelheiten, beispielhaften Vorrichtungen und dargestellten Beispiele beschränkt, die hier vorgestellt und beschrieben wurden. Daher lassen sich verschiedene Abänderungen durchführen, ohne vom Wesen oder Umfang der Erfindung abzuweichen, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben, und von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein sollen.Professionals in the field will see additional benefits and benefits Changes are noticed immediately. Therefore, the invention is in their overall aspect not on the specific details, exemplary devices and illustrated examples limited, which were presented and described here. Therefore can be made various changes without the Deviate essence or scope of the invention resulting from the All of the present application documents result, and from the appended claims are intended to be included.

Claims (20)

1. Halbleitervorrichtung mit:
einem Halbleitersubstrat; und
einem auf dem Halbleitersubstrat vorgesehenen Kondensator;
wobei der Kondensator eine untere Elektrode aufweist, einen auf der unteren Elektrode vorgesehenen dielektrischen Film, und eine auf dem dielektrischen Film vorgesehene obere Elektrode,
dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Film (117) eine Filmdicke von 100 nm oder weniger aufweist, hauptsächlich aus einem Metalloxid besteht, welches eine Perowskit-Kristallstruktur des ABO₃-Typs aufweist (wobei der Platz A durch zumindest ein Metallion eingenommen wird, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sr, Ba und Ca besteht, und der Platz B durch ein Ti-Ion eingenommen wird), und zumindest ein Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe, Mn und Co besteht.
1. Semiconductor device with:
a semiconductor substrate; and
a capacitor provided on the semiconductor substrate;
wherein the capacitor has a lower electrode, a dielectric film provided on the lower electrode, and an upper electrode provided on the dielectric film,
characterized in that the dielectric film ( 117 ) has a film thickness of 100 nm or less, mainly consists of a metal oxide which has a perovskite crystal structure of the ABO₃ type (the space A being occupied by at least one metal ion which is derived from the Group is selected, which consists of Sr, Ba and Ca, and the place B is occupied by a Ti ion), and contains at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn and Co.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Elements in dem dielektrischen Film (117) im Bereich von 0,01 Gew.-% bis weniger als 10 Gew.-% liegt. 2. Semiconductor device according to claim 1, characterized in that the concentration of the element in the dielectric film ( 117 ) is in the range of 0.01 wt .-% to less than 10 wt .-%. 3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Elements in dem dielektrischen Film (117) im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% liegt.3. A semiconductor device according to claim 1, characterized in that the concentration of the element in the dielectric film ( 117 ) is in the range of 0.1% by weight to 5% by weight. 4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmdicke des dielektrischen Films (117) 50 nm oder weniger beträgt.4. A semiconductor device according to claim 1, characterized in that the film thickness of the dielectric film ( 117 ) is 50 nm or less. 5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Elements in einem Bereich neben einer Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Film (117) und zumindest entweder der unteren Elektrode (116) oder der oberen Elektrode (118) höher ist als in anderen Bereichen.5. The semiconductor device according to claim 1, characterized in that the concentration of the element in a region adjacent to an interface between the dielectric film ( 117 ) and at least one of the lower electrode ( 116 ) and the upper electrode ( 118 ) is higher than in other regions . 6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Film (117) als Hauptbestandteil (Ba,Sr)TiO₃ aufweist, welches Fe enthält.6. A semiconductor device according to claim 1, characterized in that the dielectric film ( 117 ) has as main component (Ba, Sr) TiO₃, which contains Fe. 7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Elektrode (116) ein Material aufweist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Indium/Zinnoxid, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃ und Nb-dotiertem SrTiO₃ besteht.7. Semiconductor device according to claim 1, characterized in that the lower electrode ( 116 ) comprises a material which is selected from the group consisting of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Au, indium / tin oxide, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃ and Nb-doped SrTiO₃ exists. 8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (118) ein Material aufweist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Indium/Zinnoxid, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃, Nb-dotiertem SrTiO₃, W, Mo, Ta, WNx, MoNx, TiN und TaNx besteht.8. A semiconductor device according to claim 1, characterized in that the upper electrode ( 118 ) comprises a material which is selected from the group consisting of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Au, indium / tin oxide, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃, Nb-doped SrTiO₃, W, Mo, Ta, WN x , MoN x , TiN and TaN x . 9. Dynamische Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff mit:
einem Halbleitersubstrat;
einem auf dem Halbleitersubstrat vorgesehenen MOS- Transistor; und
einem auf dem Halbleitersubstrat vorgesehenen Kondensator;
wobei eine Speicherzelle der Speichervorrichtung durch den MOS-Transistor und den Kondensator gebildet wird;
wobei der Kondensator eine untere Elektrode aufweist, einen auf der unteren Elektrode vorgesehenen dielektrischen Film, und eine auf dem dielektrischen Film vorgesehene obere Elektrode,
dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Film (117) eine Filmdicke von 100 nm oder weniger aufweist, hauptsächlich aus einem Metalloxid besteht, welches eine Perowskit-Kristallstruktur des ABO₃-Typs aufweist (wobei der Platz A durch zumindest ein Metallion eingenommen wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sr, Ba und Ca besteht, und der Platz B durch ein Ti-Ion eingenommen wird), und zumindest ein Element enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe, Mn und Co besteht.
9. Dynamic random access memory device with:
a semiconductor substrate;
a MOS transistor provided on the semiconductor substrate; and
a capacitor provided on the semiconductor substrate;
wherein a memory cell of the memory device is formed by the MOS transistor and the capacitor;
wherein the capacitor has a lower electrode, a dielectric film provided on the lower electrode, and an upper electrode provided on the dielectric film,
characterized in that the dielectric film ( 117 ) has a film thickness of 100 nm or less, mainly consists of a metal oxide which has a perovskite crystal structure of the ABO₃ type (wherein the space A is occupied by at least one metal ion derived from the Group is selected, which consists of Sr, Ba and Ca, and place B is occupied by a Ti ion), and contains at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn and Co.
10. Dynamische Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Elements in dem dielektrischen Film (117) im Bereich von 0,01 Gew.-% bis weniger als 10 Gew.-% liegt.10. A dynamic random access memory device according to claim 9, characterized in that the concentration of the element in the dielectric film ( 117 ) is in the range of 0.01% to less than 10% by weight. 11. Dynamische Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Elements in dem dielektrischen Film (117) im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% liegt.11. A dynamic random access memory device according to claim 9, characterized in that the concentration of the element in the dielectric film ( 117 ) is in the range of 0.1% to 5% by weight. 12. Dynamische Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmdicke des dielektrischen Films (117) 50 nm oder weniger beträgt.12. A dynamic random access memory device according to claim 9, characterized in that the film thickness of the dielectric film ( 117 ) is 50 nm or less. 13. Dynamische Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Elements in einem Bereich neben einer Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Film (117) und zumindest entweder der unteren Elektrode (116) oder der oberen Elektrode (118) höher ist als in anderen Bereichen.13. A dynamic random access memory device according to claim 9, characterized in that the concentration of the element is higher in an area adjacent to an interface between the dielectric film ( 117 ) and at least one of the lower electrode ( 116 ) and the upper electrode ( 118 ) than in other areas. 14. Dynamische Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Film (117) als Hauptbestandteil (Ba,Sr)TiO₃ enthält, welches Fe enthält.14. Dynamic random access memory device according to claim 9, characterized in that the dielectric film ( 117 ) contains as main component (Ba, Sr) TiO₃, which contains Fe. 15. Dynamische Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Elektrode (116) ein Material enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Indium/Zinnoxid, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃ und Nb-dotiertem SrTiO₃ besteht.15. A dynamic random access memory device according to claim 9, characterized in that the lower electrode ( 116 ) contains a material selected from the group consisting of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Au, indium / tin oxide, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃ and Nb-doped SrTiO₃. 16. Dynamische Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (118) ein Material aufweist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Indium/Zinnoxid, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃ und Nb-dotiertem SrTiO₃, W, Mo, Ta, WNx, MoNx, TiN und TaNx besteht.16. A dynamic random access memory device according to claim 9, characterized in that the upper electrode ( 118 ) comprises a material selected from the group consisting of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Au, indium / tin oxide, RuO₂, BaRuO₃, SrRuO₃ and Nb-doped SrTiO₃, W, Mo, Ta, WN x , MoN x , TiN and TaN x . 17. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit folgenden Schritten:
Ausbildung einer unteren Elektrode (116) auf einem Halbleitersubstrat (101);
Ausbildung eines dielektrischen Films (117) auf der unteren Elektrode, wobei der dielektrische Film eine Filmdicke von 100 nm oder weniger aufweist, und hauptsächlich aus einem Metalloxid besteht, welches eine Perowskit-Kristallstruktur des ABO₃-Typs aufweist (wobei der Platz A durch zumindest ein Metallion eingenommen wird, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sr, Ba und Ca besteht, und der Platz B durch ein Ti-Ion eingenommen wird);
Beschichtung einer Oberfläche des dielektrischen Films mit einer Lösung, die zumindest ein Element enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe, Mn und Co besteht;
Durchführen einer Wärmebehandlung des dielektrischen Films (117), der mit zumindest einem Element beschichtet ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe, Mn und Co besteht, wodurch das zumindest eine Element in den dielektrischen Film (117) hineindiffundiert; und
Ausbildung einer oberen Elektrode (118) des dielektrischen Films, wodurch ein Kondensator ausgebildet wird, welcher die untere Elektrode (116), den dielektrischen Film (117) und die obere Elektrode (118) aufweist.
17. A method of manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
Forming a lower electrode ( 116 ) on a semiconductor substrate ( 101 );
Forming a dielectric film ( 117 ) on the lower electrode, the dielectric film having a film thickness of 100 nm or less, and mainly made of a metal oxide having a perovskite crystal structure of the ABO₃ type (wherein the space A by at least one Metal ion is selected, which is selected from the group consisting of Sr, Ba and Ca, and the place B is occupied by a Ti ion);
Coating a surface of the dielectric film with a solution containing at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn and Co;
Performing heat treatment of the dielectric film ( 117 ) coated with at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn and Co, whereby the at least one element diffuses into the dielectric film ( 117 ); and
Forming an upper electrode ( 118 ) of the dielectric film, thereby forming a capacitor having the lower electrode ( 116 ), the dielectric film ( 117 ) and the upper electrode ( 118 ).
18. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Elements in dem dielektrischen Film (117) im Bereich von 0,01 Gew.-% bis weniger als 10 Gew.-% liegt.18. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, characterized in that the concentration of the element in the dielectric film ( 117 ) is in the range of 0.01 wt% to less than 10 wt%. 19. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit folgenden Schritten:
Ausbildung einer unteren Elektrode (116) auf einem Halbleitersubstrat (101);
Ausbildung mit Hilfe eines CVD-Verfahrens oder eines Sputterverfahrens, eines dielektrischen Films (117) auf der unteren Elektrode, wobei der dielektrische Film eine Filmdicke von 100 nm oder weniger aufweist, hauptsächlich aus einem Metalloxid besteht, welches eine Perowskit- Kristallstruktur des ABO₃-Typs aufweist (wobei der Platz A von zumindest einem Metallion eingenommen wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sr, Ba und Ca besteht, und der Platz B von einem Ti-Ion eingenommen wird), und zumindest ein Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe, Mn und Co besteht; und
Ausbildung einer oberen Elektrode (118) auf dem dielektrischen Film (117), wodurch ein Kondensator ausgebildet ist, welcher die untere Elektrode (116), den dielektrischen Film (117) und die obere Elektrode (118) aufweist.
19. A method of manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
Forming a lower electrode ( 116 ) on a semiconductor substrate ( 101 );
Formation by means of a CVD process or a sputtering process, a dielectric film ( 117 ) on the lower electrode, the dielectric film having a film thickness of 100 nm or less, mainly consisting of a metal oxide which has a perovskite crystal structure of the ABO₃ type (where A is occupied by at least one metal ion selected from the group consisting of Sr, Ba and Ca and B is occupied by a Ti ion) and contains at least one element made of selected from the group consisting of Fe, Mn and Co; and
Forming an upper electrode ( 118 ) on the dielectric film ( 117 ), thereby forming a capacitor having the lower electrode ( 116 ), the dielectric film ( 117 ) and the upper electrode ( 118 ).
20. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Elements in dem dielektrischen Film (117) in dem Bereich von 0,01 Gew.-% bis weniger als 10 Gew.-% liegt.20. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, characterized in that the concentration of the element in the dielectric film ( 117 ) is in the range of 0.01 wt% to less than 10 wt%.
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