DE10031056A1 - Kondensator für eine Halbleiterspeichervorrichtung und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Kondensator für eine Halbleiterspeichervorrichtung und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Abstract
Es wird ein Kondensator für eine Halbleitervorrichtung offenbart, der dazu in der Lage ist, die Speicherkapazität zu erhöhen und Verlustströme zu vermeiden, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine untere Elektrode auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet. Eine Oberfläche der unteren Elektrode wird oberflächenbehandelt, um die Erzeugung einer natürlichen Oxidschicht zu vermeiden. Eine TaON-Schicht als dielektrische Schicht wird auf die untere Elektrode aufgebracht. Verunreinigungen der TaON-Schicht werden ausdiffundiert und sie wird kristallisiert. Außerdem wird eine obere Elektrode auf die TaON-Schicht aufgebracht. Hier wird TaON-Schicht durch eine chemische Dampfreaktion von Ta ausgebildet, erhalten durch O 2 -Gas und NH 3 -Gas in einer LPCVD-Kammer, zu welcher O 2 -Gas und NH 3 -Gas bei einem Druck von 0,1 bis 10 Torr bei einer Temperatur von 300 bis 600 C jeweils zugeführt werden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kondensator für eine Halbleiterspeichervor
richtung und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Im Rahmen des jüngeren Fortschrittes in der Halbleiterherstellungstechnologie ist der
Bedarf an Speichervorrichtungen dramatisch gestiegen. Im Allgemeinen wünscht man
sich eine Speichervorrichtung mit hoher Kapazität. Die Kapazität des Kondensators kann
erhöht werden durch die Verwendung einer dielektrischen Schicht mit einer hohen die
lektrischen Konstante oder die Vergrößerung der Oberfläche einer unteren Elektrode.
Diese herkömmlichen Kondensatoren werden mit einer Ta2O5-Schicht hergestellt, die
eine dielektrische Konstante aufweist, welche höher ist als diejenige von Stickoxid (NO),
wodurch eine untere Elektrode mit einer dreidimensionalen Struktur ausgebildet wird.
Die Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Kondensators in einer herkömmlichen Halb
leiterspeichervorrichtung. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird eine Feldoxidschicht 11 an
einem vorbestimmten Abschnitt eines Substrates 10 ausgebildet, und eine Gateelektrode
13 mit einer Gateisolierungsschicht 12 an ihrem unteren Abschnitt wird durch eine be
kannte Technik an einem vorbestimmten Abschnitt eines Halbleitersubstrats 10 ausgebil
det. Ein Verbindungsbereich 14 wird auf dem Halbleitersubstrat 10 an jedem Ende der
Gateelektrode 13 ausgebildet, wodurch ein MOS-Transistor ausgebildet wird. Eine erste
Zwischenniveau-Isolierungsschicht und eine zweite Zwischenniveau-Isolierungsschicht
18 werden auf dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet. Ein Speicherknoten-Kontaktloch h
wird in der ersten und der zweiten Zwischenniveau-Isolierungsschicht 16 und 18 ausge
bildet, so dass der Verbindungsbereich 14 freigelegt wird. Eine untere Elektrode 20 vom
Zylindertyp wird durch eine bekannte Technologie in dem Speicherknoten-Kontaktloch h
ausgebildet, um mit dem freigelegten Verbindungsbereich 14 in Kontakt zu kommen.
Eine halbkreisförmige Kornschicht 21 (Hemi-Spherical Grain = HSG) wird auf der
Oberfläche der unteren Elektrode 20 ausgebildet, um die Oberfläche der unteren Elektrode
20 zu vergrößern. Eine Ta2O5-Schicht 23 wird auf der Oberfläche der HSG-Schicht 21
ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ta2O5-Schicht 23 wie folgt ausgebildet. Zu
erst wird eine Oberfläche der HSG-Schicht 21 gereinigt, bevor die Ta2O5-Schicht 23
ausgebildet wird, und dann wird der RTN-(Rapid Thermal Nitridation)-Prozess ex situ
durchgeführt, wodurch eine Siliziumnitridschicht 22 auf der HSG-Schicht 21 ausgebildet
wird. Als Nächstes wird eine Ta2O5-Schicht bei einer Temperatur von ungefähr 400 bis
450°C mit einer Dicke von 53 bis 57 Å ausgebildet. Danach wird ein Wärmebehand
lungsverfahren bei niedriger Temperatur durchgeführt und dann wird eine zweite Ta2O5-
Schicht mit derselben Dicke und durch dasselbe Verfahren wie bei der ersten Ta2O5-
Schicht ausgebildet. Die Wärmebehandlungsprozesse bei niedriger Temperatur und bei
hoher Temperatur werden in einer Serie fortgesetzt, um dadurch eine einzige Ta2O5-
Schicht 23 auszubilden. Eine obere Elektrode 24 wird auf oberen Abschnitten der Ta2O5-
Schicht 23 und der zweiten Zwischenniveau-Isolierungsschicht 18 abgelagert, wodurch
die Ausbildung eines Kondensators vervollständigt wird.
Jedoch weist der herkömmliche Kondensator, der gemäß dem obigen Verfahren unter
Verwendung von Ta2O5 als dielektrische Schicht ausgebildet wird, die folgenden Proble
me auf. Zunächst entsteht eine Differenz in der Zusammensetzungsrate von Ta und O,
da Ta2O5 im Allgemeinen eine unstabile Stöchiometrie aufweist. Als Resultat werden
Substitutions-Ta-Atome, das heißt Leerstellenatome, in der Ta2O5-Schicht erzeugt. Da
diese Leerstellenatome Sauerstoff entbehren, resultieren Leckströme. Die Menge der
Leerstellenatome in der dielektrischen Schicht kann abhängig von den Inhalten und der
Bindungsfestigkeit von Komponenten in der Ta2O5-Schicht gesteuert werden; jedoch ist
es schwierig, sie vollständig zu eliminieren.
Um die unstabile Stöchiometrie von Ta2O5 zu stabilisieren, wird die Ta2O5-Schicht oxi
diert, um so die Substitutions-Ta-Atome in der Ta2O5-Schicht zu entfernen. Jedoch wird,
wenn die Schicht oxidiert wird, eine Oxidschicht mit einer niedrigen Dielektrizi
tätskonstante an einer Schnittstelle zwischen der Ta2O5-Schicht und der unteren Elektro
de oder der Ta2O5-Schicht und der oberen Elektrode ausgebildet, da Ta2O5 leicht oxi
diert, wenn die untere und die obere Elektrode aus Polysilizium oder TiN hergestellt
sind, wodurch die Homogenität der Schnittstelle sich verschlechtert.
Ferner resultieren auf Grund der Reaktion zwischen einer organischen Substanz, wie
z. B. Ta (OC2H5)5, die als Vorläufer verwendet wird, und O2- (oder N2O)-Gas als Reakti
onsgas, Verunreinigungen, wie z. B. Kohlenstoffatome C, Kohlenstoffverbindungen
(CH4, C2H4) und H2O in der Ta2O5-Schicht. Diese Verunreinigungen erhöhen den Ver
luststrom im Kondensator und verschlechtern die dielektrischen Eigenschaften der Ta2O5-
Schicht. Demgemäß ist es schwierig, einen Kondensator mit einer hohen Kapazität zu
erhalten.
Darüber hinaus erzeugt die Verwendung der Ta2O5-Schicht 5 als dielektrische Schicht
zusätzliche ex-situ-Schritte, einen vor der Ausbildung der Ta2O5-Schicht und einen nach
dem Reinigungsschritt. Ebenfalls werden zwei thermische Prozesse bei niedriger und
hoher Temperatur vorzugsweise durchgeführt, nachdem die Ta2O5-Schicht ausgebildet
wurde. Deshalb ist es ungünstig, eine dielektrische Schicht mit Ta2O5 unter Verwendung
des herkömmlichen Verfahrens auszubilden.
Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kondensator für eine
Halbleitervorrichtung bereitzustellen, der dazu in der Lage ist, eine hohe Kapazität zu
erzielen, und zwar durch die Bereitstellung einer dielektrischen Schicht mit einer hohen
dielektrischen Konstante, welche einen geringen Verluststrom mit sich bringt.
Ferner ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Her
stellung eines Kondensators für eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, welches dazu
in der Lage ist, den Herstellungsprozess zu vereinfachen.
Um die obigen Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, stellt die Erfindung ge
mäß einem Aspekt einen Kondensator für eine Halbleiterspeichervorrichtung zur Verfü
gung, mit: einer unteren Elektrode; einer dielektrischen Schicht, die auf der unteren E
lektrode ausgebildet wird; und einer oberen Elektrode, die auf der dielektrischen Schicht
ausgebildet wird, wobei die dielektrische Schicht eine TaON-Schicht ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren die
folgenden Schritte: Ausbildung einer unteren Elektrode auf dem Halbleitersubstrat; Auf
bringen einer TaON-Schicht als eine dielektrische Schicht auf der unteren Elektrode; und
Ausbilden einer oberen Elektrode auf der TaON-Schicht.
Ferner umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung das Verfahren die folgenden Schritte:
Ausbildung einer unteren Elektrode auf dem Halbleitersubstrat; Oberflächenbehandlung
zur Vermeidung der Erzeugung einer natürlichen Oxidschicht auf einer Oberfläche der
unteren Elektrode; Aufbringung einer TaON-Schicht als dielektrische Schicht auf der
unteren Elektrode; Ausdiffundieren von Verunreinigungen, die in der TaON-Schicht
verbleiben und Kristallisieren der TaON-Schicht; und Ausbilden einer oberen Elektrode
auf der TaON-Schicht.
Außerdem umfasst das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden
Schritte: Ausbilden einer unteren Elektrode auf dem Halbleitersubstrat; Oberflächenbe
handlung zur Vermeidung der Erzeugung einer natürlichen Oxidschicht auf einer Ober
fläche der unteren Elektrode; Aufbringen einer TaON-Schicht als dielektrische Schicht
auf der unteren Elektrode; Ausdiffundieren von Verunreinigungen, die in der TaON-
Schicht verbleiben, und Kristallisieren der TaON-Schicht; und Ausbilden einer oberen
Elektrode auf der TaON-Schicht, wobei bei dem Schritt der Aufbringung der TaON-
Schicht die TaON-Schicht ausgebildet wird durch eine chemische Oberflächendampfre
aktion von Ta, das aus einem Vorläufer erhalten wird, O2-Gas und NH3-Gas in einer
LPCVD-Kammer, welcher O2-Gas und NH3-Gas mit einem Druck von 0,1 bis 10 Torr
bei einer Temperatur von 300 bis 600°C jeweils zugeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Ver
fahren die folgenden Schritte: Ausbilden einer unteren Elektrode auf dem Halbleitersub
strat; Oberflächenbehandlung zur Vermeidung der Erzeugung einer natürlichen Oxid
schicht auf einer Oberfläche der unteren Elektrode; Aufbringen einer TaON-Schicht als
dielektrische Schicht auf der unteren Elektrode; Ausdiffundieren von Verunreinigungen,
die in der TaON-Schicht verbleiben und Kristallisieren der TaON-Schicht; und Ausbil
den einer oberen Elektrode auf der TaON-Schicht, wobei bei dem Schritt der Aufbrin
gung der TaON-Schicht die TaON-Schicht ausgebildet wird durch eine chemische Ober
flächendampfreaktion von Ta, das aus einem Vorläufer erhalten wird, O2-Gas und NH3-
Gas in einer LPCVD-Kammer, welcher O2-Gas und NH3-Gas mit einem Druck von 0,1
bis 10 Torr bei einer Temperatur von 300 bis 600°C jeweils zugeführt werden, wobei
die Oberflächenbehandlung der unteren Elektrode in der LPCVD-Kammer durchgeführt
wird, durch die Verwendung von Plasma in situ und unter einer NH3-Gas- oder N2/H2-
Gas-Atmosphäre bei Temperaturen von 300 bis 600°C für 30 Sekunden bis 5 Minuten,
wodurch die Oberfläche der unteren Elektrode nitriert wird.
Die Fig. 1 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht eines herkömmlichen Kon
densators auf einer Halbleitervorrichtung.
Die Fig. 2A bis 2C sind vereinfachte Querschnittsansichten eines Kondensators
für Halbleitervorrichtungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 3 bis 5 sind vereinfachte Querschnittsansichten eines Kondensators für
Halbleitervorrichtungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 6A und 6B sind Graphen, die die minimale und maximale Kapazität ei
nes Kondensators mit einer TaON-Schicht zeigen, und zwar gemäß einem von den Er
findern durchgeführten Experiment.
Die Fig. 7A und 7B sind Graphen, die die minimale und die maximale Kapazität
eines herkömmlichen Kondensators mit einer Ta2O5-Schicht zeigen.
Die Fig. 8A und 8B sind Graphen, welche die negativen und positiven Verlust
ströme eines Kondensators mit einer TaON-Schicht zeigen, und zwar gemäß einem wei
teren Experiment, das durch die Erfinder durchgeführt wurde.
Die Fig. 9A und 9B sind Graphen, welche die negativen und positiven Verlust
ströme des herkömmlichen Kondensators mit einer Ta2O5-Schicht zeigen.
Die Fig. 10A und 10B sind Graphen, welche die negativen und positiven Durch
schlagspannungen eines Kondensators mit einer TaON-Schicht zeigen, und zwar gemäß
noch einem weiteren Experiment, das durch die Erfinder durchgeführt wurde.
Die Fig. 11A und 11B sind Graphen, welche die negativen und positiven Durch
schlagspannungen eines herkömmlichen Kondensators mit einer Ta2O5-Schicht zeigen.
Die Fig. 12A ist ein SEM-(Rasterelektronen-Mikroskop)-Bild einer Ta2O5-
Schicht, wärmebehandelt bei einer Temperatur von 700°C unter N2O-Gas-Atmosphäre
für 60 Minuten nach der Aufbringung.
Die Fig. 12B ist ein SEM-Bild einer Ta2O5-Schicht, wärmebehandelt bei einer
Temperatur von 700°C unter N2O-Gas-Atmosphäre für 60 Minuten nach der Aufbrin
gung.
Die Fig. 13 ist ein Graph, der die Kapazität des NO-Kondensators, welcher die
NO-Schicht als Dielektrikum verwendet, eines Ta2O5-Kondensators und eines TaON-
Kondensators zeigt.
Wie aus Fig. 2A hervorgeht, wird eine Feldoxidschicht 31 nach einem bekannten Ver
fahren an einem ausgewählten Abschnitt eines Halbleitersubstrates 30 mit einer ausge
wählten Leitfähigkeit ausgebildet. Eine Gateelektrode 33 mit einer Gateisolationsschicht
32 an ihrem unteren Abschnitt wird auf einem ausgewählten oberen Abschnitt des Halb
leitersubstrats 30 ausgebildet und ein Abstandselement 34 wird nach einem bekannten
Verfahren an beiden Seitenwänden der Gateelektrode 33 ausgebildet. Ein Verbindungs
bereich 35 wird auf beiden Seiten der Gateelektrode 33 des Halbleitersubstrates 30 aus
gebildet, wodurch ein MOS-Transistor ausgebildet wird. Eine erste Zwischenniveau-
Isolierungsschicht 36 und eine zweite Zwischenniveau-Isolierungsschicht 38 werden am
Halbleitersubstrat 30 ausgebildet, in welchem der MOS-Transistor ausgebildet wird.
Danach werden die zweite und die erste Zwischenniveau-Isolierungsschicht 38, 36 so
gemustert, dass ein Abschnitt des Verbindungsbereichs 35 freigelegt wird, wodurch ein
Speicherknoten-Kontaktloch H ausgebildet wird. Eine untere Elektrode 40 vom Zylin
dertyp wird so ausgebildet, dass sie in Kontakt mit dem freigelegten Verbindungsbereich
35 steht. Eine HSG-Schicht 41 zur Vergrößerung der Oberfläche der unteren Elektrode
40 wird gemäß einem bekannten Verfahren auf der Oberfläche der unteren Elektrode 40
ausgebildet.
Wie aus Fig. 2B hervorgeht, wird eine TaON-Schicht 43 als Dielektrikum auf der unte
ren Elektrode 40 und der HSG-Schicht 41 ausgebildet. Die TaON-Schicht 43 wird unter
Verwendung eines chemischen Aufdampfungsverfahrens ausgebildet, beispielsweise
LPCVD, wobei Ta(OC2H5)5 (Tantalethylat)- oder Ta(N(CH3)2)5 (Pentadiemthylamintan
tal)-Material als Vorläufer verwendet werden. Der Ta(OC2H5)5- oder Ta(N(CH3)2)5-
Vorläufer befindet sich im flüssigen Zustand, wie dies in der Technik bekannt ist, so
dass der Vorläufer vorzugsweise der CVD-Kammer zugeführt wird, nachdem der flüssi
ge Zustand zu einem Dampfzustand umgewandelt worden ist. Das heißt eine ausge
wählte Menge des Vorläufers im flüssigen Zustand wird unter Verwendung eines Strö
mungsreglers, wie z. B. eines MFC (Mass Flow Controller = Massenstromregler) zum
Fließen gebracht und wird dann in einem Verdampfer oder in einer Verdampfungsröhre
verdampft, die eine Öffnung oder eine Düse umfasst, wodurch ein chemischer Ta-
Dampf erzeugt wird. Der chemische Ta-Dampf wird vorzugsweise mit einer Rate von 80
bis 100 mg/Minute in die Kammer eingeführt. Die Temperatur des Verdampfers und
einer Leitung, die mit der Kammer gekoppelt wird, wird vorzugsweise bei 150 bis
200°C aufrechterhalten, um eine Kondensation des chemischen Ta-Dampfes zu verhin
dern. Der chemische Ta-Dampf, das Reaktionsgas, das heißt O2 (Überschussgas) und
NH3-Gas werden miteinander in der LPCVD-Kammer zur Reaktion gebracht, wodurch
eine amorphe TaON-Schicht 43 mit einer Dicke von ungefähr 100 bis 150 Å auf der
HSG-Schicht 41 ausgebildet wird.
Zu diesem Zeitpunkt werden, um die Partikelerzeugung zu minimieren, der chemische
Ta-Dampf, das O2-Gas und das NH3-Gas so geregelt, dass die Gasphasenreaktion in der
Kammer gehemmt wird, so dass die Gase nur auf der Waferoberfläche miteinander rea
gieren. Die Gasphasenreaktion kann durch die Strömungsraten der Reaktionsgase und
dem Druck in der Kammer sowie durch andere Parameter geregelt werden. Bei einer
Ausführungsform wird jedes der Reaktionsgase O2 und NH3 bei 10 bis 1000 sccm in die
Kammer eingeströmt, um so die Gasphasenreaktion zu hemmen, und die Temperatur in
der LPCVD-Kammer ist 300 bis 600°C bei einem Druck von 0,1 bis 10 Torr.
Danach wird, wie in Fig. 2C gezeigt ist, die amorphe TaON-Schicht 43 durch einen
Glühschritt kristallisiert. Der Kristallisationsschritt umfasst einen schnellen thermischen
Prozess, in situ oder ex situ, in einer Kammer in einer N2O- oder O2-Atmosphäre mit
einer Temperatur von 600 bis 950°C für 30 Sekunden bis 10 Minuten. Die amorphe
TaON-Schicht 43 wird zu kristallinem TaON 43a und dann werden Verunreinigungen,
wie z. B. C, CH4, C2H4, H2O, auf dem TaON 43a entfernt. Bei einer anderen Ausfüh
rungsform kann die amorphe TaON-Schicht 43 in einem Ofen mit einer N2O-, O2- oder
N2-Gas-Atmosphäre bei einer Temperatur von 600 bis 950°C kristallisiert werden. Au
ßerdem kann der Kristallisationsschritt in einem Ofen oder in einer RTP-Kammer mit
einer NH3-, N2- oder N2/H2-Gas-Atmosphäre bei einer Temperatur von 600 bis 950°C
durchgeführt werden. Wenn ein Glühschritt in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt
wird, wird die amorphe TaON-Schicht kristallisiert und die Verunreinigungen in der
Schicht werden zur Gänze diffundiert und eine Oberfläche der TaON-Schicht wird nit
riert, das heißt eine dünne Schicht aus Nitrid wird auf der Oberfläche ausgebildet. Als
Resultat wird eine Reaktion zwischen der TaON-Schicht und einer oberen Elektrode
verhindert.
Nach der Wärmebehandlung der TaON-Schicht 43 wird eine Sperrmetallschicht 44, z. B.
eine TiN-Schicht, auf der kristallisierten TaON-Schicht 43a ausgebildet. Eine obere E
lektrode 45, z. B. eine dotierte Polysiliziumschicht, wird auf der Sperrmetallschicht 44
ausgebildet.
Anstelle des dotierten Polysiliziums kann die obere Elektrode aus anderen Materialien
hergestellt werden, wie z. B. TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2, Pt und Ähn
liches (siehe Metallschicht 47 in Fig. 4). Die obere Elektrode kann ausgebildet werden
durch die Verwendung einer LPCVD-, PECVD-, RF-Magnetsputtermethode oder ähnli
ches. Die obere Elektrode hat im Allgemeinen eine Dicke von ungefähr 100 bis 600 Å.
Eine Pufferschicht 48 kann auf der oberen Elektrode, die aus der Metallelektrode 47
hergestellt ist, ausgebildet werden, um so eine Verschlechterung der elektrischen Eigen
schaften des Kondensators zu vermeiden (Fig. 4). Eine Polysiliziumschicht kann als Puf
ferschicht 48 verwendet werden. In gleicher Weise kann die untere Elektrode aus dem
oben beschriebenen Material anstelle von Polysilizium ausgebildet werden, wie bei der
oberen Elektrode.
Wie oben beschrieben, sind die Vorteile der Verwendung von TaON als Dielektrikum
die folgenden: Die TaON-Schicht 43a hat eine Dielektrizitätskonstante von 20 bis 26,
was wesentlich höher ist als diejenige der NO-Schicht. Außerdem hat die TaON-Schicht
43 eine stabilere Stöchiometrie als Ta2O5, da die TaON-Schicht 43 eine Ta-O-N-Struktur
aufweist. Als Resultat hiervon hat die TaON-Schicht 43 eine überlegene Toleranz gegen
äußere elektrische Einflüsse und eine hohe Durchschlagsspannung sowie einen sehr ge
ringen Verluststrom. Da die TaON-Schicht 43 nicht leicht oxidiert, werden außerdem
ihre Schnittstellen mit den unteren Elektroden 40, 41 und der oberen Elektrode 44 bei
einer geringeren Rate oxidiert als die Schnittstellen der Ta2O5-Schicht. Deshalb bleibt
die TaON-Schicht, die in derselben Dicke aufgebracht wird wie die Ta2O5-Schicht dün
ner als die letztere. Als Resultat ist die Kapazität des Kondensators mit der TaON-
Schicht höher als diejenige des Kondensators mit der Ta2O5-Schicht.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, werden gemäß einer Ausführungsform Oberflächen einer
unteren Elektrode 40 und einer zweiten Zwischenniveau-Isolierungsschicht 38 nitriert,
bevor eine TaON-Schicht 43 ausgebildet wird, um die Ausbildung einer natürlichen O
xidschicht auf einer Oberfläche der unteren Elektrode 40 zu vermeiden. Die Nitrierung
wird in situ in einer LPCVD-Kammer durchgeführt unter Verwendung von Plasma, das
aus einem Gas entladen wird, welches Stickstoff aufweist, wie z. B. NH3-Gas oder eine
N2/H2-Gas-Atmosphäre bei einer Temperatur von 300 bis 600°C für 30 Sekunden bis 5
Minuten. Als Resultat wird eine Nitridschicht 42 von 5 bis 30 Å ausgebildet, die über
der unteren Elektrode 40 liegt, einschließlich einer HSG-Schicht 41 und der zweiten
Zwischenniveau-Isolierungsschicht 38. Die Nitridschicht verhindert die Ausbildung ei
ner Oxidschicht auf der Oberfläche der unteren Elektrode 40 während eines abfolgenden
thermischen Prozesses. Außerdem wird, da der in-situ-Nitrierungsschritt durchgeführt
wird, ohne den Unterdruckzustand zu unterbrechen, die Ausbildung der natürlichen
Oxidschicht minimiert, wodurch ein Ansteigen der Dicke der dielektrischen Schicht ver
hindert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden vor der Aufbringung einer TaON-
Schicht, die Oberflächen einer unteren Elektrode 40 und einer zweiten Zwischenniveau-
Isolierungsschicht 38 behandelt oder wärmebehandelt, und zwar in einer RTP-Kammer
in einer NH3-Gas-Atmosphäre bei einer Temperatur von 650 bis 950°C, um die Ausbil
dung einer Oxidschicht auf einer Oberfläche der unteren Elektrode 40 zu verhindern.
Die RTP-Behandlung nitriert Oberflächen der unteren Elektrode 40 und der zweiten
Zwischenniveau-Isolierungsschicht 38, wodurch eine Nitridschicht 42 darauf ausgebildet
wird. Die TaON-Schicht 43 wird in situ oder ex situ über der Nitridschicht 42 aufge
bracht. Alternativ kann die Nitridschicht 42 ausgebildet oder das Substrat in einem Ofen
wärmebehandelt werden. Die Ofen-Wärmebehandlung wird vorzugsweise in einer NH3-
Gas-Atmosphäre bei einer Temperatur von 500 bis 1000°C durchgeführt. Gemäß dieser
Ofen-Wärmebehandlung werden Oberflächen der unteren Elektrode 40 einschließlich
einer HSG-Schicht 41 und der zweiten Zwischenniveau-Isolierungsschicht 38 nitriert,
wodurch sie eine Nitridschicht 42 auf den Oberflächen der unteren Elektrode 40 und der
zweiten Zwischenniveau-Isolierungsschicht 38 ausbilden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform werden vor dem Aufbringen einer TaON-
Schicht Oberflächen einer unteren Elektrode 40 und einer zweiten Zwischenniveau-
Isolierungsschicht 38 unter Verwendung eines HF-Dampfes, einer HF-Lösung oder einer
HF-haltigen Verbindung gereinigt, um die Ausbildung einer Oxidschicht auf der unteren
Elektrode 40 zu verhindern. Bei einer Ausführung werden vor oder nach dem Reini
gungsschritt Oberflächen der unteren Elektrode 40 und der zweiten Zwischenniveau-
Isolierungsschicht 38 mit einer NH4OH-Lösung oder einer H2SO4-Lösung behandelt, um
die Homogenität der Schnittstelle zu verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine untere Elektrode 40 thermisch in einer N2O-
oder O2-Gas-Atmosphäre behandelt, bevor die TaON-Schicht aufgebracht wird. Die De
fekte oder Uneinheitlichkeiten auf Grund von freiliegenden Bindungen der Polysilizium
schicht werden verbessert, wodurch die Oxidationswiderstandsfähigkeit des Oxids ver
bessert wird. Eine Siliziumnitridschicht Si3N4 wird daraufhin bis auf eine Dicke von 5
bis 30 Å auf der thermisch behandelten unteren Elektrode aufgebracht und dann wird die
TaON-Schicht aufgebracht.
Gemäß einer Ausführungsform, wie in Fig. 5 gezeigt, wird eine untere Elektrode 400
als Stapelstruktur ausgebildet. Obwohl die Oberfläche der unteren Elektrode 400 der
Stapelstruktur kleiner ist als diejenige vom Zylindertyp, wie sie oben beschrieben wur
de, kann eine DRAM-Vorrichtung mit einer erwünschten Kapazität erhalten werden, und
zwar auf Grund der exzellenten dielektrischen Konstante einer TaON-Schicht 43a. Eine
HSG-Schicht 41 kann auf einer Oberfläche der unteren Elektrode 400 der Stapelstruktur
ausgebildet werden.
Die Fig. 6A und 6B sind Graphen, welche die minimale und maximale Kapazität eines
Kondensators mit einer TaON-Schicht (im Weiteren "TaON-Kondensator") gemäß einem
Experiment messen, welches durch die Erfinder durchgeführt wurde. Die Fig. 7A und
7B sind Graphen, welche die minimale und maximale Kapazität eines herkömmlichen
Kondensators mit einer Ta2O5-Schicht (im Weiteren "Ta2O5-Kondensator") messen.
Das vorliegende Experiment wurde vorgesehen, um die Variation der Kapazität gemäß
der Dicke der TaON-Schicht und der Ta2O5-Schicht zu bestimmen. Im Experiment wer
den der TaON-Kondensator und der Ta2O5-Kondensator ausgebildet mit dielektrischen
Schichten, TaON- und Ta2O5-Schichten, die eine minimale Dicke aufweisen, das heißt
die TaON-Schicht hat eine äquivalente Dicke von 25 Å und die Ta2O5-Schicht hat eine
äquivalente Dicke von 35 Å. Demgemäß können die äquivalenten Dicken wie folgt for
muliert werden:
Tox = tSio2 + (εsio2/εTaON oder Ta2O5) × tTaON oder Ta2O5 (Gleichung 1)
Tox: äquivalente Dicke der dielektrischen Schicht
tSio2: Dicke der natürlichen Oxidschicht
εsio2: dielektrische Konstante der natürlichen Oxidschicht
εTaON oder Ta2O5: dielektrische Konstante der TaON-Schicht (oder Ta2O5-Schicht)
TTaON oder Ta2O2: Dicke der TaON-Schicht (oder Ta2O5-Schicht)
tSio2: Dicke der natürlichen Oxidschicht
εsio2: dielektrische Konstante der natürlichen Oxidschicht
εTaON oder Ta2O5: dielektrische Konstante der TaON-Schicht (oder Ta2O5-Schicht)
TTaON oder Ta2O2: Dicke der TaON-Schicht (oder Ta2O5-Schicht)
Gemäß der obigen Gleichung variiert die äquivalente Dicke der dielektrischen Schicht
gemäß der dielektrischen Konstante des Materials, das als Dielektrikum verwendet wird,
und der Dicke der natürlichen Oxidschicht. Deshalb kann, obwohl die TaON-Schicht
und die Ta2O5-Schicht mit einer gleichen Dicke ausgebildet werden, die TaON-Schicht
eine geringere äquivalente Dicke aufweisen, und zwar auf Grund ihres geringeren na
türlichen Oxidationsverhältnisses.
Die minimale Kapazität in den Fig. 6A und 7A wurde gemessen durch das Anlegen von
-1,25 Volt an die Kondensatoren und die maximale Kapazität in den Fig. 6B und 7B
wurde gemessen durch das Anlegen von +1,25 Volt an die Kondensatoren. Wie aus
Fig. 6A und 7A hervorgeht, wird, wenn -1,25 Volt an den Kondensator angelegt wer
den, die minimale Kapazität Cmin des TaON-Kondensators und des Ta2O5-Kondensators
bei ungefähr 30 und 35 fF/Zelle gemessen. Daneben wird, wie aus Fig. 6B und 7B her
vorgeht, wenn +1,25 Volt an jedem Kondensator angelegt werden, die maximale Kapa
zität Cmax bei ungefähr 30 bis 40 fF/Zelle gemessen.
Gemäß den Resultaten dieses Experiments stellt der TaON-Kondensator eine hohe Kapa
zität zur Verfügung, ebenso wie die Ta2O5-Schicht, obwohl die TaON-Schicht eine äqui
valente Dicke aufweist, die dünner ist als diejenige des Ta2O5-Kondensators.
Die Fig. 8A und 8B sind Graphen, welche die negativen und positiven Verlustströme
eines Kondensators mit einer TaON-Schicht messen. Die Fig. 9A und 9B sind Graphen,
welche die negativen und positiven Verlustströme eines herkömmlichen Kondensators
mit einer Ta2O5-Schicht messen. Das vorliegende Experiment bestimmt den Grad der
Stabilität durch das Messen des Verluststromes des TaON-Kondensators und des Ta2O5-
Kondensators, wenn dieselbe Spannung daran angelegt wird. Negative Verlustströme der
jeweiligen Kondensatoren werden durch das Anlegen von -1,25 Volt gemessen und po
sitive Verlustströme der jeweiligen Kondensatoren werden durch das Anlegen von
+1,25 Volt gemessen. Die dielektrischen Schichten haben dieselben Dicke wie beim
ersten Experiment.
Wie aus den Fig. 8A und 9 A hervorgeht, wird, wenn -1,25 Volt an den Kondensator
angelegt werden, der minimale negative Verluststrom zu weniger als 10-16 A/Zelle ge
messen. Ferner geht aus den Fig. 8B und 9B hervor, dass, wenn +1,25 Volt an die
Kondensatoren angelegt wird, der positive Verluststrom des TaON-Kondensators und
des Ta2O5-Kondensators zu weniger als 10-15 A/Zelle gemessen wird. Wie gezeigt, haben
beide Kondensatoren einen niedrigen Verluststrom, was für eine hohe Kapazität geeignet
ist. Jedoch ist die Verluststromeigenschaft der TaON-Schicht derjenigen der Ta2O5-
Schicht überlegen, wenn man bedenkt, dass die äquivalente Dicke der TaON-Schicht
gemäß der vorliegenden Erfindung dünner ist als diejenige von Ta2O5, und zwar um 10 Å.
Deshalb ist der TaON-Kondensator stabiler als die Ta2O5-Schicht.
Die Fig. 10A und 10B sind Graphen, welche die negative und positive Durchschlag
spannung eines Kondensators mit einer TaON-Schicht messen. Die Fig. 11A und 11B
sind Graphen, welche die negative und positive Durchschlagspannung einer herkömmli
chen Ta2O5-Schicht messen.
Dieses Experiment vergleicht die Durchschlagspannungen durch das Anlegen einer aus
gewählten Strommenge an die Kondensatoren. Wie beim zweiten Experiment vergleicht
dieses Experiment ebenfalls die Stabilität der jeweiligen Kondensatoren. Bei diesem Ex
periment werden negative Durchschlagspannungen der jeweiligen Kondensatoren durch
das Anlegen von -1 pA/Zelle gemessen, und positive Durchschlagspannungen der jewei
ligen Kondensatoren werden gemessen durch das Anlegen von +1 pA/Zelle. Die äqui
valente Dicke der dielektrischen Schichten ist dieselbe wie beim ersten und zweiten Ex
periment, das heißt die TaON-Schicht hat 25 Å und die Ta2O5-Schicht hat 35 Å.
Wie aus den Fig. 10A und 11A hervorgeht, werden, wenn ein Strom von -1 pA/Zelle
angelegt wird, die negativen Durchschlagspannungen der TaON- und Ta2O5-
Kondensatoren jeweils zu -3,8 Volt und -4,2 Volt gemessen. Daneben werden, wie aus
den Fig. 10B und 11B hervorgeht, wenn ein Strom von +1 pA/Zelle angelegt wird, die
positiven Durchschlagspannungen der TaON- und Ta2O5-Kondensatoren jeweils zu 3,8
Volt und 4,2 Volt gemessen.
Hier haben beide Kondensatoren eine hohe Durchschlagspannung, die für hohe Kapazi
täten geeignet ist. Jedoch ist die Durchschlagspannung der TaON-Schicht fast gleich
derjenigen der Ta2O5-Schicht, obwohl die äquivalente Dicke der TaON-Schicht der vor
liegenden Erfindung geringer ist als diejenige der Ta2O5-Schicht. Deshalb ist der TaON-
Kondensator der Ta2O5-Schicht hinsichtlich der Durchschlagspannung überlegen.
Die Fig. 12A ist ein SEM-(Rasterelektronen-Mikroskop)-Bild einer TaON-Schicht, die
bei einer Temperatur von 700°C unter N2O-Gas-Atmosphäre für 60 Minuten nach der
Aufbringung wärmebehandelt wurde. Die Fig. 12B ist ein SEM-Bild einer Ta2O5-
Schicht, wärmebehandelt bei einer Temperatur von 700°C unter N2O-Gas-Atmosphäre
für 60 Minuten nach der Aufbringung. Hier wurden die TaON-Schicht und die Ta2O5-
Schicht jeweils mit 60 Å aufgebracht.
Wie aus Fig. 12A hervorgeht, steigt, wenn die TaON-Schicht bei einer Temperatur von
700°C unter N2O-Gas-Atmosphäre für 60 Minuten nach der Aufbringung wärmebehan
delt wird, die Dicke der TaON-Schicht um ungefähr 0,5 Å und etwa 20 Å einer natürli
chen Oxidschicht werden erzeugt. Daneben geht aus Fig. 12B hervor, dass, wenn die
Ta2O5-Schicht bei einer Temperatur von 700°C unter N2O-Gas-Atmosphäre für 60 Mi
nuten nach der Aufbringung wärmebehandelt wird, die Dicke der Ta2O5-Schicht um un
gefähr 7 Å steigt und etwa 27 Å einer natürlichen Oxidschicht erzeugt werden. Als Re
sultat wird klar, dass die Erzeugung einer natürlichen Oxidschicht bei der TaON-Schicht
nach dem Wärmebehandlungsschritt geringer ist.
Die Fig. 13 ist ein Graph, der die Kapazität des NO-Kondensators, der eine NO-Schicht
als Dielektrikum verwendet, eines Ta2O5-Kondensators und eines TaON-Kondensators
zeigt. Gemäß Fig. 13 ist unter denselben Experimentbedingungen wie oben die Kapazität
des TaON-Kondensators derjenigen des Ta2O5-Kondensators überlegen.
Wie oben im Detail beschrieben, sind die Effekte der Verwendung von TaON als Die
lektrikum die folgenden:
Die TaON-Schicht hat eine hohe Dielektrizitätskonstante von 20 bis 26 und ebenfalls eine stabile Kombinationsstruktur von Ta-O-N. Demgemäß sind die Dielektrizitätseigen schaften der Ta2O5-Schicht derjenigen der NO-Schicht überlegen und sie haben eine sta bilere Stöchiometrie als diejenigen von Ta2O5. Als Resultat hat die TaON-Schicht eine exzellente Toleranz gegenüber externen elektrischen Einflüssen und eine hohe Durch schlagspannung sowie einen sehr niedrigen Verluststrom.
Die TaON-Schicht hat eine hohe Dielektrizitätskonstante von 20 bis 26 und ebenfalls eine stabile Kombinationsstruktur von Ta-O-N. Demgemäß sind die Dielektrizitätseigen schaften der Ta2O5-Schicht derjenigen der NO-Schicht überlegen und sie haben eine sta bilere Stöchiometrie als diejenigen von Ta2O5. Als Resultat hat die TaON-Schicht eine exzellente Toleranz gegenüber externen elektrischen Einflüssen und eine hohe Durch schlagspannung sowie einen sehr niedrigen Verluststrom.
Ferner kann, da die Substitutions-Ta-Atome wie bei der Ta2O5-Schicht in der TaON-
Schicht nicht existieren, ein zusätzlicher Oxidationsschritt weggelassen werden. Auch
hat die TaON-Schicht eine sehr geringe Oxidationsreaktivität, so dass sie nicht leicht mit
der unteren Elektrode oder der oberen Elektrode des Kondensators oxidiert. Deshalb
kann die Dicke der äquivalenten dielektrischen Schicht auf weniger als 35 Å eingeregelt
werden.
Ferner werden, nachdem die TaON-Schicht ausgebildet worden ist, Verunreinigungen
der TaON-Schicht entfernt, und es wird durch Verarbeitung mittels einer Wärmebe
handlung kristallisiert. Als Resultat wird die dielektrische Konstante der TaON-Schicht
vergrößert, und der Verluststrom des Kondensators wird verringert.
Was das Herstellungsverfahren betrifft, ist der Herstellungsprozess für die TaON-
Schicht bei der vorliegenden Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die Nitrie
rung in situ vor der Aufbringung durchgeführt wird. Eine einzelne Schicht aus TaON
wird ausgebildet; dann wird ein Wärmebehandlungsschritt einmal durchgeführt, um die
Verunreinigungen auszudiffundieren, nachdem die TaON-Schicht aufgebracht wurde.
Folglich ist das Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform einfacher als dasjenige
für herkömmliches Ta2O5.
Bei der Ausbildung eines Dünnfilms wird die TaON-Schicht mit der hohen Dielektrizi
tätskonstante als Dielektrizitätsschicht für den Kondensator verwendet. Folglich kann die
untere Elektrode eine einfache Ausbildung haben, wodurch ebenfalls der Schritt zu ihrer
Herstellung vereinfacht wird.
Verschiedene andere Modifizierungen werden sich Fachleuten erschließen und ohne
weiteres von diesen durchgeführt werden, ohne dass vom Schutzumfang und Geist der
vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
Offenbart wird ein Kondensator für eine Halbleitervorrichtung, der dazu in der Lage ist,
die Speicherkapazität zu erhöhen und Verluststrom zu vermeiden, sowie ein Verfahren
zu dessen Herstellung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine untere Elektrode
auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet. Eine Oberfläche der unteren Elektrode wird
oberflächenbehandelt, um die Ausbildung einer natürlichen Oxidschicht zu vermeiden.
Eine TaON-Schicht als dielektrische Schicht wird auf die untere Elektrode aufgebracht.
Verunreinigungen der TaON-Schicht werden ausdiffundiert und kristallisiert. Außerdem
wird eine obere Elektrode auf die TaON-Schicht aufgebracht. Hierbei wird die TaON-
Schicht durch eine chemische Dampfreaktion von Ta ausgebildet, erzielt durch O2-Gas
und NH3-Gas in einer LPCVD-Kammer, der O2-Gas und NH3-Gas bei einem Druck von
0,1 bis 10 Torr bei einer Temperatur von 300 bis 600°C jeweils zugeführt werden.
Claims (77)
1. Kondensator für eine Halbleiterspeichervorrichtung mit:
einer unteren Elektrode;
einer dielektrischen Schicht, die auf der unteren Elektrode ausgebildet ist; und
einer oberen Elektrode, die auf der dielektrischen Schicht ausgebildet ist, wobei die dielektrische Schicht eine TaON-Schicht ist.
einer unteren Elektrode;
einer dielektrischen Schicht, die auf der unteren Elektrode ausgebildet ist; und
einer oberen Elektrode, die auf der dielektrischen Schicht ausgebildet ist, wobei die dielektrische Schicht eine TaON-Schicht ist.
2. Kondensator nach Anspruch 1, bei dem eine Siliziumnitridschicht zusätzlich zwi
schen der unteren Elektrode und der dielektrischen Schicht eingebracht ist.
3. Kondensator nach Anspruch 1, bei dem die untere Elektrode eine Struktur vom Zy
lindertyp oder eine Stapelstruktur aufweist, deren Oberflächen Topologien aufweisen.
4. Kondensator nach Anspruch 1, bei dem die Dicke der TaON-Schicht im Bereich von
100 bis 150 Å liegt.
5. Kondensator nach Anspruch 2, beim dem die untere Elektrode oder die obere Elekt
rode aus einer dotierten Polysiliziumschicht ausgebildet ist.
6. Kondensator nach Anspruch 1, bei dem die untere Elektrode oder die obere Elektro
de aus einer Metallschicht ausgebildet ist.
7. Kondensator nach Anspruch 6, bei dem die Metallschicht eine ist, die aus der Grup
pe ausgewählt wird, die besteht aus TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 und Pt.
8. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators auf einem Halbleitersubstrat mit den
folgenden Schritten:
Ausbilden einer unteren Elektrode auf dem Halbleitersubstrat;
Aufbringen einer TaON-Schicht als dielektrische Schicht auf der unteren Elektrode; und
Ausbilden einer oberen Elektrode auf der TaON-Schicht.
Ausbilden einer unteren Elektrode auf dem Halbleitersubstrat;
Aufbringen einer TaON-Schicht als dielektrische Schicht auf der unteren Elektrode; und
Ausbilden einer oberen Elektrode auf der TaON-Schicht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die TaON-Schicht ausgebildet wird durch
Verwendung einer organischen Metallverbindung, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht
aus Ta(OC2H5)5 und Ta(N(CH3)2)5 als Vorläufer, wobei beide einen Ta-Bestandteil enthal
ten.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem TaON-Schicht ausgebildet wird durch eine
chemische Oberflächendampfreaktion des chemischen Ta-Dampfes, der aus dem Vorläufer
erhalten wird, O2-Gas und NH3-Gas, mit einem Druck von 0,1 bis 10 Torr bei einer Tempe
ratur von 300 bis 600°C in einer LPCVD-Kammer.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das O2-Gas und das NH3-Gas jeweils in einem
Fluss von 10 bis 1000 sccm zugeführt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der chemische Ta-Dampf erhalten wird durch
das Fixieren der Dosis des Vorläufers von 99,999% oder höher gemäß einem Durchfluss
regler, und dann durch das Verdampfen in einem Verdampfer oder in einer Verdampfungs
röhre.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Menge des chemischen Ta-Dampfes, der
in die Kammer zugeführt wird, 50 bis 500 mg/Minute beträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Verdampfer oder die Verdampfungsröhre
bei einer Temperatur von 150 bis 200°C gehalten werden.
15. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem TaON-Schicht bei einer Dicke von 50 bis 150 Å
aufgebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner zwischen den Schritten des Ausbildens der
unteren Elektrode und des Aufbringens der TaON-Schicht den Schritt der Oberflächenbe
handlung aufweist, um die Ausbildung einer natürlichen Oxidschicht an der Oberfläche der
unteren Elektrode zu verhindern.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Oberflächenbehandlung der unteren Elekt
rode in situ in der LPCVD-Kammer unter Verwendung von Plasma durchgeführt wird und
unter NH3-Gas- oder N2/H2-Gas-Atmosphäre bei einer Temperatur von 300 bis 600°C für
30 Sekunden bis 5 Minuten, wodurch die Oberfläche der unteren Elektrode nitriert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Oberflächenbehandlung der unteren Elekt
rode nach RTP-Art bei einer Temperatur von 650 bis 950°C unter NH3-Gas-Atmosphäre
durchgeführt wird, wodurch die Oberfläche der unteren Elektrode nitriert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Oberflächenbehandlung der unteren Elekt
rode in einem Ofen mit einer NH3-Gas-Atmosphäre in situ oder ex situ bei einer Temperatur
von 500 bis 1000°C durchgeführt wird, wodurch die Oberfläche der unteren Elektrode nit
riert wird.
20. Verfahren nach Anspruch 16, beim dem die Oberflächenbehandlung der unteren E
lektrode durchgeführt wird durch das Reinigen mit HF-Dampf, HF-Lösung oder einer HF-
haltigen Verbindung.
21. Verfahren nach Anspruch 20, das ferner vor oder nach dem Reinigungsschritt einen
Schritt der Schnittstellenbehandlung unter Verwendung von NH4OH-Lösung oder H2SO4-
Lösung aufweist.
22. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt der Oberflächenbehandlung der
unteren Elektrode ferner einen Schritt der thermischen Behandlung eines Reaktionsproduk
tes unter einer N2O- oder O2-Gas-Atmosphäre umfasst und einen Schritt des Aufbringens
einer Nitridschicht, z. B. Si3N4, auf die thermisch behandelte Oberfläche bei einer Dicke von
5 bis 30 Å.
23. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner zwischen den Schritten des Aufbringens der
TaON-Schicht und der Ausbildung der oberen Elektrode einen Schritt des Ausdiffundierens
der Verunreinigungen umfasst, welche in der TaON-Schicht verbleiben, sowie das Kristalli
sieren der amorphen TaON-Schicht.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der Schritt des Ausdiffundierens der Verun
reinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben, und des Kristallisierens der TaON-
Schicht durchgeführt wird durch das Wärmebehandeln des Reaktionsproduktes, bei wel
chem die TaON-Schicht auf RTP-Art aufgebracht wird, oder in einem Ofen bei einer Tem
peratur von 600 bis 950°C unter stickstoffhaltiger Gas-Atmosphäre.
25. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der Schritt des Ausdiffundierens der Verun
reinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben, und des Kristallisierens der TaON-
Schicht durchgeführt wird durch das Wärmebehandeln des Reaktionsproduktes, bei dem die
TaON-Schicht auf RTP-Art aufgebracht wird, oder in einem Ofen bei einer Temperatur von
600 bis 950°C unter Sauerstoff-Gas-Atmosphäre.
26. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem zumindest die obere Elektrode oder die untere
Elektrode aus einer dotierten Polysiliziumschicht ausgebildet ist.
27. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem zumindest die untere Elektrode oder die obere
Elektrode aus einer Metallschicht ausgebildet ist.
28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem die Metallschicht ausgewählt wird aus einer
Gruppe, die besteht aus TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 und Pt.
29. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem die Metallschicht ausgebildet wird durch ein
Verfahren, das ausgewählt wird unter: LPCVD-, PECVD- und RF-Magnetsputtern.
30. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators auf einem Halbleitersubstrat mit den
folgenden Schritten:
Ausbilden einer unteren Elektrode auf dem Halbleitersubstrat;
Oberflächenbehandlung zur Vermeidung der Ausbildung einer natürlichen Oxid schicht auf einer Oberfläche der unteren Elektrode;
Aufbringen einer TaON-Schicht als dielektrische Schicht auf der unteren Elektrode;
Ausdiffundieren von Verunreinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben, und Kristallisieren der TaON-Schicht; und
Ausbilden einer oberen Elektrode auf der TaON-Schicht.
Ausbilden einer unteren Elektrode auf dem Halbleitersubstrat;
Oberflächenbehandlung zur Vermeidung der Ausbildung einer natürlichen Oxid schicht auf einer Oberfläche der unteren Elektrode;
Aufbringen einer TaON-Schicht als dielektrische Schicht auf der unteren Elektrode;
Ausdiffundieren von Verunreinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben, und Kristallisieren der TaON-Schicht; und
Ausbilden einer oberen Elektrode auf der TaON-Schicht.
31. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die TaON-Schicht ausgebildet wird durch
Verwendung einer organischen Metallverbindung, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht
aus Ta(OC2H5)5 und Ta(N(CH3)2)5 als Vorläufer, wobei beide Ta-Bestandteile enthalten.
32. Verfahren nach Anspruch 31, bei dem TaON-Schicht durch eine chemische Oberflä
chendampfreaktion des chemischen Ta-Dampfes, der aus dem Vorläufer erhalten wird, O2-
Gas und NH3-Gas, mit einem Druck von 0,1 bis 10 Torr bei einer Temperatur von 300 bis
600°C in einer LPCVD-Kammer ausgebildet wird.
33. Verfahren nach Anspruch 32, bei dem das O2-Gas und das NH3-Gas jeweils in einem
Fluss von 10 bis 1000 sccm zugeführt werden.
34. Verfahren nach Anspruch 32, bei dem der chemische Ta-Dampf erhalten wird durch
das Fixieren der Dosis des Vorläufers auf 99,999% oder höher gemäß einem Strömungs
regler und dann durch das Verdampfen in einem Verdampfer oder in einer Verdampfungs
röhre.
35. Verfahren nach Anspruch 34, bei dem die Menge des chemischen Ta-Dampfes, der
in die Kammer zugeführt wird, 50 bis 500 mg/Minute beträgt.
36. Verfahren nach Anspruch 35, bei dem der Verdampfer oder die Verdampfungsröhre
auf einer Temperatur von 150 bis 200°C gehalten werden.
37. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die TaON-Schicht bei einer Dicke von 50 bis
150 Å aufgebracht wird.
38. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Oberflächenbehandlung der unteren Elekt
rode in der LPCVD-Kammer unter Verwendung von Plasma in situ durchgeführt wird und
unter NH3-Gas- oder N2/H2-Gas-Atmosphäre bei einer Temperatur von 300 bis 600°C für
30 Sekunden bis 5 Minuten, wodurch die Oberfläche der unteren Elektrode nitriert wird.
39. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Oberflächenbehandlung der unteren Elekt
rode nach RTP-Art bei einer Temperatur von 650 bis 950°C unter NH3-Gas-Atmosphäre
durchgeführt wird, wodurch die Oberfläche der unteren Elektrode nitriert wird.
40. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Oberflächenbehandlung der unteren Elekt
rode in einem Ofen mit einer NH3-Gas-Atmosphäre in situ oder ex situ bei einer Temperatur
von 500 bis 1000°C durchgeführt wird, wodurch die Oberfläche der unteren Elektrode nit
riert wird.
41. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Oberflächenbehandlung der unteren Elekt
rode durchgeführt wird durch das Reinigen mit HF-Dampf, HF-Lösung oder einer HF-
haltigen Verbindung.
42. Verfahren nach Anspruch 30, das ferner vor oder nach dem Reinigungsschritt einen
Schritt der Schnittstellenbehandlung unter Verwendung von NH4OH-Lösung oder H2SO4-
Lösung aufweist.
43. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem der Schritt der Oberflächenbehandlung der
unteren Elektrode ferner einen Schritt der thermischen Behandlung eines Reaktionsproduk
tes unter einer N2O- oder O2-Gas-Atmosphäre umfasst, und einen Schritt des Aufbringens
einer Nitridschicht, z. B. Si3N4, auf die thermisch behandelte Oberfläche bei einer Dicke von
5 bis 30 Å.
44. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem der Schritt des Ausdiffundierens der Verun
reinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben, und des Kristallisierens der TaON-
Schicht durchgeführt wird durch das Wärmebehandeln des Reaktionsproduktes, bei wel
chem die TaON-Schicht auf RTP-Art oder in einem Ofen bei einer Temperatur von 600 bis
950°C unter Stickstoff-Gas-Atmosphäre aufgebracht wird.
45. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem der Schritt des Ausdiffundierens der Verun
reinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben und des Kristallisierens der TaON-Schicht
durchgeführt wird durch das Wärmebehandeln des Reaktionsproduktes, bei dem die TaON-
Schicht auf RTP-Art oder in einem Ofen bei einer Temperatur von 600 bis 950°C unter
Sauerstoff-Gas-Atmosphäre aufgebracht wird.
46. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem zumindest die obere Elektrode oder die untere
Elektrode aus einer dotierten Polysiliziumschicht ausgebildet ist.
47. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem zumindest die obere Elektrode oder die untere
Elektrode aus einer Metallschicht ausgebildet ist.
48. Verfahren nach Anspruch 47, bei dem die Metallschicht ausgewählt wird aus einer
Gruppe, die besteht aus TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 und Pt.
49. Verfahren nach Anspruch 48, bei dem die Metallschicht ausgebildet wird durch ein
Verfahren, das ausgewählt wird unter: LPCVD, PECVD und RF-Magnetsputtern.
50. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators auf einem Halbleitersubstrat mit den
folgenden Schritten:
Ausbilden einer unteren Elektrode auf dem Halbleitersubstrat;
Oberflächenbehandlung zur Vermeidung der Ausbildung einer natürlichen Oxid schicht auf einer Oberfläche der unteren Elektrode;
Aufbringen einer TaON-Schicht als dielektrische Schicht auf der unteren Elektrode;
Ausdiffundieren von Verunreinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben und Kristallisieren der TaON-Schicht; und
Ausbilden einer oberen Elektrode auf der TaON-Schicht, wobei bei einem Schritt des Aufbringens der TaON-Schicht die TaON-Schicht ausgebildet wird durch eine chemi sche Oberflächendampfreaktion von Ta, das aus einem Vorläufer erhalten wird, O2-Gas und NH3-Gas in einer LPCVD-Kammer, welcher O2-Gas und NH3-Gas bei einem Druck von 0,1 bis 10 Torr bei einer Temperatur von 300 bis 600°C jeweils zugeführt werden.
Ausbilden einer unteren Elektrode auf dem Halbleitersubstrat;
Oberflächenbehandlung zur Vermeidung der Ausbildung einer natürlichen Oxid schicht auf einer Oberfläche der unteren Elektrode;
Aufbringen einer TaON-Schicht als dielektrische Schicht auf der unteren Elektrode;
Ausdiffundieren von Verunreinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben und Kristallisieren der TaON-Schicht; und
Ausbilden einer oberen Elektrode auf der TaON-Schicht, wobei bei einem Schritt des Aufbringens der TaON-Schicht die TaON-Schicht ausgebildet wird durch eine chemi sche Oberflächendampfreaktion von Ta, das aus einem Vorläufer erhalten wird, O2-Gas und NH3-Gas in einer LPCVD-Kammer, welcher O2-Gas und NH3-Gas bei einem Druck von 0,1 bis 10 Torr bei einer Temperatur von 300 bis 600°C jeweils zugeführt werden.
51. Verfahren nach Anspruch 50, bei dem das O2-Gas und das NH3-Gas jeweils in einem
Fluss von 10 bis 1000 sccm zugeführt werden.
52. Verfahren nach Anspruch 50, bei dem die TaON-Schicht ausgebildet wird durch die
Verwendung einer organischen Metallverbindung, die ausgewählt wird aus der Gruppe, die
besteht aus Ta(OC2H5)5 und Ta(N(CH3)2)5 als Vorläufer, wobei beide Ta-Bestandteile ent
halten.
53. Verfahren nach Anspruch 52, bei dem der chemische Ta-Dampf erhalten wird durch
das Fixieren der Dosis des Vorläufers von 99,999% oder höher gemäß einem Strömungs
regler, und dann durch das Verdampfen in einem Verdampfer oder einer Verdampferröhre.
54. Verfahren nach Anspruch 53, bei dem die Menge des chemischen Ta-Dampfes, der
in die Kammer zugeführt wird, 50 bis 500 mg/Minute beträgt.
55. Verfahren nach Anspruch 53, bei dem der Verdampfer oder die Verdampfungsröhre
bei einer Temperatur von 150 bis 200°C gehalten werden.
56. Verfahren nach Anspruch 53, bei dem TaON-Schicht bei einer Dicke von 50 bis 150 Å
aufgebracht wird.
57. Verfahren nach Anspruch 50, bei dem die Oberflächenbehandlung der unteren Elekt
rode in situ in der LPCVD-Kammer unter Verwendung von Plasma durchgeführt wird und
unter NH3-Gas- oder N2/H2-Gas-Atmosphäre bei einer Temperatur von 300 bis 600°C für
30 Sekunden bis 5 Minuten, wodurch die Oberfläche der unteren Elektrode nitriert wird.
58. Verfahren nach Anspruch 50, bei dem die Oberflächenbehandlung der unteren Elekt
rode nach RTP-Art bei einer Temperatur von 650 bis 950°C unter NH3-Gas-Atmosphäre
durchgeführt wird, wodurch die Oberfläche der unteren Elektrode nitriert wird.
59. Verfahren nach Anspruch 50, bei dem die Oberflächenbehandlung der unteren Elekt
rode in einem Ofen mit einer NH3-Gas-Atmosphäre in situ oder ex situ bei einer Temperatur
von 500 bis 1000°C durchgeführt wird, wodurch die Oberfläche der unteren Elektrode nit
riert wird.
60. Verfahren nach Anspruch 50, beim dem die Oberflächenbehandlung der unteren E
lektrode durch das Reinigen mit HF-Dampf, HF-Lösung oder einer HF-haltigen Verbindung
durchgeführt wird.
61. Verfahren nach Anspruch 60, das ferner vor oder nach dem Reinigungsschritt einen
Schritt der Schnittstellenbehandlung unter Verwendung von NH4OH-Lösung oder H2SO4-
Lösung aufweist.
62. Verfahren nach Anspruch 50, bei dem der Schritt der Oberflächenbehandlung der
unteren Elektrode ferner einen Schritt der thermischen Behandlung eines Reaktionsproduk
tes unter einer N2O- oder O2-Gas-Atmosphäre umfasst, und einen Schritt des Aufbringens
einer Nitridschicht, z. B. Si3N4, auf die thermisch behandelte Oberfläche bei einer Dicke von
5 bis 30 Å.
63. Verfahren nach Anspruch 50, bei dem der Schritt des Ausdiffundierens der Verun
reinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben, und des Kristallisierens der TaON-
Schicht durchgeführt wird durch das Wärmebehandeln des Reaktionsproduktes, bei wel
chem die TaON-Schicht auf RTP-Art oder in einem Ofen bei einer Temperatur von 600 bis
950°C unter Stickstoff-Gas-Atmosphäre aufgebracht wird.
64. Verfahren nach Anspruch 50, bei dem der Schritt des Ausdiffundierens der Verun
reinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben und des Kristallisierens der TaON-Schicht
durchgeführt wird durch das Wärmebehandeln des Reaktionsproduktes, bei dem die TaON-
Schicht auf RTP-Art oder in einem Ofen bei einer Temperatur von 600 bis 950°C unter
Sauerstoff-Gas-Atmosphäre aufgebracht wird.
65. Verfahren nach Anspruch 50, bei dem zumindest die obere Elektrode oder die untere
Elektrode aus einer dotierten Polysiliziumschicht ausgebildet ist.
66. Verfahren nach Anspruch 50, bei dem zumindest die obere Elektrode oder die untere
Elektrode aus einer Metallschicht ausgebildet ist.
67. Verfahren nach Anspruch 66, bei dem die Metallschicht ausgewählt wird aus einer
Gruppe, die besteht aus TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 und Pt.
68. Verfahren nach Anspruch 67, bei dem die Metallschicht ausgebildet wird durch ein
Verfahren, das ausgewählt wird unter: LPCVD, PECVD und RF-Magnetsputtern.
69. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators auf einem Halbleitersubstrat mit den
folgenden Schritten:
Ausbilden einer unteren Elektrode auf dem Halbleitersubstrat;
Oberflächenbehandlung zur Vermeidung der Ausbildung einer natürlichen Oxid schicht auf einer Oberfläche der unteren Elektrode;
Aufbringen einer TaON-Schicht als dielektrische Schicht auf der unteren Elektrode;
Ausdiffundieren von Verunreinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben und Kristallisieren der TaON-Schicht; und
Ausbilden einer oberen Elektrode auf der TaON-Schicht, wobei im Schritt des Auf bringens der TaON-Schicht die TaON-Schicht ausgebildet wird durch eine chemische Ober flächendampfreaktion von Ta, das aus einem Vorläufer erhalten wird, O2-Gas und NH3-Gas in einer LPCVD-Kammer, zu welcher O2-Gas und NH3-Gas bei einem Druck von 0,1 bis 10 Torr bei einer Temperatur von 300 bis 600°C jeweils zugeführt werden,
wobei die Oberflächenbehandlung der unteren Elektrode in der LPCVD-Kammer unter Verwendung von Plasma in situ und unter NH3-Gas- oder N2/H2-Gas-Atmosphäre bei einer Temperatur von 300 bis 600°C für 30 Sekunden bis 5 Minuten durchgeführt wird, wodurch die Oberfläche der unteren Elektrode nitriert wird.
Ausbilden einer unteren Elektrode auf dem Halbleitersubstrat;
Oberflächenbehandlung zur Vermeidung der Ausbildung einer natürlichen Oxid schicht auf einer Oberfläche der unteren Elektrode;
Aufbringen einer TaON-Schicht als dielektrische Schicht auf der unteren Elektrode;
Ausdiffundieren von Verunreinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben und Kristallisieren der TaON-Schicht; und
Ausbilden einer oberen Elektrode auf der TaON-Schicht, wobei im Schritt des Auf bringens der TaON-Schicht die TaON-Schicht ausgebildet wird durch eine chemische Ober flächendampfreaktion von Ta, das aus einem Vorläufer erhalten wird, O2-Gas und NH3-Gas in einer LPCVD-Kammer, zu welcher O2-Gas und NH3-Gas bei einem Druck von 0,1 bis 10 Torr bei einer Temperatur von 300 bis 600°C jeweils zugeführt werden,
wobei die Oberflächenbehandlung der unteren Elektrode in der LPCVD-Kammer unter Verwendung von Plasma in situ und unter NH3-Gas- oder N2/H2-Gas-Atmosphäre bei einer Temperatur von 300 bis 600°C für 30 Sekunden bis 5 Minuten durchgeführt wird, wodurch die Oberfläche der unteren Elektrode nitriert wird.
70. Verfahren nach Anspruch 69, bei dem das O2-Gas und das NH3-Gas jeweils in einem
Fluss von 10 bis 1000 sccm zugeführt werden.
71. Verfahren nach Anspruch 69, bei dem die TaON-Schicht ausgebildet wird unter
Verwendung einer organischen Metallverbindung, die ausgewählt wird aus der Gruppe, die
besteht aus Ta(OC2H5)5 und Ta(N(CH3)2)5 als Vorläufer, wobei beide Ta-Bestandteile ent
halten. .
72. Verfahren nach Anspruch 69, bei dem der chemische Ta-Dampf erhalten wird durch
das Fixieren der Dosis des Vorläufers von 99,999% oder höher gemäß einem Strömungs
regler und dann durch das Verdampfen in einem Verdampfer oder einer Verdampferröhre.
73. Verfahren nach Anspruch 72, bei dem die Menge des chemischen Ta-Dampfes, der
in die Kammer zugeführt wird, 50 bis 500 mg/Minute beträgt.
74. Verfahren nach Anspruch 73, bei dem der Verdampfer oder die Verdampfungsröhre
bei einer Temperatur von 150 bis 200°C gehalten werden.
75. Verfahren nach Anspruch 69, bei dem TaON-Schicht bei einer Dicke von 50 bis 150 Å
aufgebracht wird.
76. Verfahren nach Anspruch 69, bei dem der Schritt des Ausdiffundierens der Verun
reinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben, und des Kristallisierens der TaON-
Schicht durchgeführt wird durch das Wärmebehandeln des Reaktionsproduktes, wobei die
TaON-Schicht auf RTP-Art oder in einem Ofen bei einer Temperatur von 600 bis 950°C
unter stickstoffhaltiger Gas-Atmosphäre aufgebracht wird.
77. Verfahren nach Anspruch 69, bei dem der Schritt des Ausdiffundierens der Verun
reinigungen, die in der TaON-Schicht verbleiben, und des Kristallisierens der TaON-
Schicht durchgeführt wird durch das Wärmebehandeln des Reaktionsproduktes, wobei die
TaON-Schicht auf RTP-Art oder in einem Ofen bei einer Temperatur von 600 bis 950°C
unter Sauerstoff-Gas-Atmosphäre aufgebracht wird.
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