DE19825736A1

DE19825736A1 - Verfahren zum Bilden eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE19825736A1
Application number: DE19825736A
Authority: DE
Inventors: Chan Lim
Original assignee: Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2018-06-10
Also published as: US5985730A; GB2326279A; GB2326279B; DE19825736C2; GB9812283D0; CN1203440A; CN1129171C; JPH1117153A; TW396501B; JP3451943B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung, und insbeson dere ein Verfahren zum Bilden eines Kondensators einer Halb leitervorrichtung, welches die elektrische Charakteristik der Halbleitervorrichtung und die Zuverlässigkeit abhängig von der Verbesserung einer elektrischen Charakteristik des Kondensa tors durch Verwendung eines dielektrischen Films als Dielek trikum des Kondensators mit exzellenter Stufenabdeckung ver bessern kann.

Momentan ist es schwierig, einen Kondensator zu bilden, wel cher genug Kapazität aufweist, da die Größe der Zellen auf grund des Trends nach hoher Integration einer Halbleiter vorrichtung abnimmt.

Insbesondere wird in einer DRAM-Vorrichtung, bestehend aus ei nem MOS-Transistor und einem Kondensator, ein Material mit ei ner hohen Dielektrizitätskonstante als dielektrischer Film verwendet, oder die Dicke eines dielektrischen Films ist dünn, oder der Oberflächenbereich einer Ladungsspeicherelektrode ist zur Steigerung der Kapazität eines Kondensators erhöht.

In diesem Hinblick wird nachstehend, obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung gemäß einem üblichen Verfahren er läutert.

Zunächst wird, nachdem ein Vorrichtungs-Isolationsoxidfilm und ein Gateoxidfilm auf einem Halbleitersubstrat gebildet sind, ein MOS-Feldeffekttransistor, bestehend aus einer Gateelektro de und Source/Drain-Elektroden gebildet, und ein Zwischen schicht-Isolierfilm wird auf der gesamten Oberfläche der Struktur gebildet.

Als nächstes wird ein Ladungsspeicherelektroden-Kontaktloch durch Entfernen des Zwischenschicht-Isolierfilms des oberen Abschnittes, vorangeordnet im Ladungsspeicherelektroden- Kontakt der Source/Drain-Elektrode, gebildet, und die Ladungs speicherelektrode, die mit der Source/Drain-Elektrode über das Kontaktloch kontaktiert ist, wird in einem polykristallinen Siliziumschichtmuster gebildet.

Darauffolgend wird der dielektrische Film bestehend aus einem Oxidfilm oder Nitridfilm oder einer laminierten Schichtstruk tur aus einem Oxidfilm-Nitridfilm-Oxidfilm auf der Oberfläche der Ladungsspeicherelektrode ausgebreitet und wird ein Konden sator durch Bilden einer Plattenelektrode, welche die Ladungs speicherelektrode auf dem dielektrischen Film einhüllt, gebil det.

Erforderlich sind eine spezifische Dielektrizitätskonstante, eine geringe Leckstromdichte, eine hohe Isolations- Durchbruchsspannung und eine stabile Grenzflächencharakteri stik mit der oberen und unteren Elektrode für den dielektri schen Film in dem Kondensator der Halbleitervorrichtung gemäß dem Stand der Technik, wie oben beschrieben.

Die Dielektrizitätskonstante des Oxidfilms beträgt etwa 3.8, diejenige des Nitridfilms etwa 7.2, und die polykristalline Siliziumschicht, welche als eine Elektrode verwendet wird, be grenzt die Kapazität, da der Nicht-Widerstandswert hoch ist, im Ausmaß von 800-1000 µ Ω cm.

Jüngst wurde zum Lösen dieser Probleme ein spezieller dielek trischer Film, wie z. B. ein Ta₂O₅-Film, anstelle des dielek trischen Films verwendet, welcher aus der Laminatstruktur des Oxidfilms-Nitridfilms-Oxidfilms zusammengesetzt ist.

Die Verwendung des Ta₂O₅-Films als dem dielektrischen Film des Kondensators einer hochintegrierten Speichervorrichtung wurde intensiv untersucht. Jedoch variiert bei der Verwendung des Ta₂O₅-Films als dem dielektrischen Film die elektrische Charak teristik des Kondensators in großem Umfang gemäß dem Abschei dungsverfahren des Ta₂O₅-Films.

Das heißt im Fall des Bildens eines Plattenkondensators beim Abscheiden des Ta₂O₅-Films durch ein plasmaunterstütztes chemi sches Dampfabscheidungsverfahren (im weiteren als PECVD bezei chnet) ist die elektrische Charakteristik besser als im Fall des Abscheidens Ta₂O₅-Films durch ein chemisches Niederdruck- Abscheidungsverfahren (im weiteren als LPCVD bezeichnet).

Jedoch ist der in der Praxis verwendete Kondensator eine Vor richtung aus verschiedenen Strukturen, wie z. B. ein Zylinder typ und ein Nadelstrukturtyp. Zusätzlichermaßen ist es notwen dig, daß die Stufenabdeckung des Ta₂O₅-Films exzellent ist, da die Stufendifferenz dieser Vorrichtungen groß ist.

Weiterhin ist es problematisch, daß ein hoher Leckstrom in dem Fall verursacht wird, daß die praktische Vorrichtung angewen det wird, da die Stufenabdeckung des durch das PECVD-Verfahren abgeschiedenen Ta₂O₅-Films sehr schlecht ist, und zwar im Ver gleich zu derjenigen des Ta₂O₅-Films, welcher durch das LPCVD- Verfahren abgeschieden wird.

Deshalb liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Lösung der zuvor erwähnten Probleme, welche beim üblichen Ver fahren zum Bilden eines Kondensators einer Halbleitervorrich tung auftreten, und in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Bilden eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung, welches die elektrische Charakterstik der Halbleitervorrichtung und die Zuverlässigkeit abhängig von der Verbesserung einer elek trischen Charakteristik eines Kondensators verbessern kann.

In Übereinstimmung mit einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung Schritten: Bereitstellen eines Halblei tersubstrats; Bilden einer Ladungsspeicherelektrode auf der Oberseite des Halbleitersubstrats; Nitrifizieren einer gesam ten Oberfläche der Ladungsspeicherelektrode; Plasmabehandeln und Oxidieren einer Oberfläche der nitrifizierten Ladungsspei cherelektrode; Abscheiden eines Ta₂O₅-Films auf der Ladungs speicher-Elektrodenoberfläche durch ein LPCVD-Verfahren und Plasmabehandeln eines Ta₂O₅-Films, wobei der Prozeß des Ab scheidens und Plasmabehandelns des Ta₂O₅-Films zumindest einmal oder sogar mehrere Male ausgeführt wird; thermisches Behandeln des Ta₂O₅-Films; und Bilden einer Plattenelektrode auf der Oberseite der gesamten Oberfläche.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt schafft die vor liegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines Kontakts ei ner Halbleitervorrichtung mit folgenden Schritten: Bereit stellen eines Halbleitersubstrats; Bilden einer Ladungsspei cherelektrode auf der Oberseite des Halbleitersubstrats; Ni trifizieren einer gesamten Oberfläche der Ladungsspeicherelek trode; Plasmabehandeln und Oxidieren einer Oberfläche der ni trifizierten Ladungsspeicherelektrode; Abscheiden eines Ta₂O₅- Films auf der Ladungsspeicherelektrodenoberfläche durch das LPCVD-Verfahren; Plasmabehandeln des Ta₂O₅-Films; thermisches. Behandeln des Ta₂O₅-Films; und Bilden einer Plattenelektrode auf der Oberseite der gesamten Oberfläche.

In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines Kontakts einer Halbleitervorrichtung mit folgenden Schritten: Bereit stellen eines Halbleitersubstrats; Bilden einer Ladungsspei cherelektrode auf der Oberseite des Halbleitersubstrats; Ent fernen eines natürlichen Oxidfilms der Oberseite der Ladungs speicherelektrode; Nitrifizieren der Oberfläche der Struktur; Plasmabehandeln der nitrifizierten Oberfläche; Abscheiden ei nes Bereichs eines ersten Ta₂O₅-Films auf der Strukturober fläche durch das LPCVD-Verfahren; Plasmabehandeln des ersten Ta₂O₅-Films; Abscheiden eines zweiten Ta₂O₅-Films auf der Struk turoberfläche durch das LPCVD-Verfahren; Plasmabehandeln und thermisches Behandeln des ersten und zweiten abgeschiedenen Ta₂O₅-Films bei hoher Temperatur; und Bild einer Plattenelek trode auf der Oberseite der gesamten Oberfläche.

Weitere Aufgaben und Aspekte der Erfindung werden aus der fol genden Beschreibung der Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen klar erscheinen.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht zum Bilden eines Kondensa tors einer Halbleitervorrichtung gemäß dem Beispiel I der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung zum Zeigen einer Leckstromcharakte ristik gemäß einem Verfahren zum Abscheiden eines Ta₂O₅-Films beim Verfahren zum Bilden eines Kondensa tors einer Halbleitervorrichtung gemäß dem Beispiel I der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Darstellung zum Zeigen einer Leckstromcharakte ristik eines Plattenkondensators gemäß einer N₂O-Plasmabehandlung oder keiner beim Verfahren zum Bil den eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung gemäß dem Beispiel I der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 bis 7 Querschnittsansichten zum Bilden eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel II der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine Darstellung zum Zeigen einer Leckstromcharakt eristik eines Kondensators gemäß der N₂O-Plasmabe handlung vor dem Abscheiden eines Ta₂O₅-Films beim Verfahren zum Bilden eines Kondensators einer Halb leitervorrichtung gemäß dem Beispiel I der vorlie genden Erfindung; und

Fig. 9 eine Darstellung zum Zeigen einer verbesserten elek trischen Charakteristik eines Kondensator gemäß ei ner N₂O-Plasmabehandlung vor dem Abscheiden eines Ta₂O₅-Films beim Verfahren zum Bilden eines Kondensa tors einer Halbleitervorrichtung gemäß dem Beispiel II der vorliegenden Erfindung.

Im folgenden wird ein Verfahren zum Bilden eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel I der vorlie genden Erfindung detailliert mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht der Bildung eines Konden sators einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel I der vorliegenden Erfindung.

Zunächst wird eine untere Struktur, wie z. B. ein Elementisola tionsfilm, der nicht gezeigt ist, ein Gateoxidfilm, der nicht gezeigt ist, eine Gate-Elektrode, die nicht gezeigt ist, und eine Bit-Leitung, die nicht gezeigt ist, usw. auf einem Halb leitersubstrat 11 gebildet.

Als nächstes wird ein Plattenfilm, der nicht gezeigt ist, und ein Zwischenschicht-Isolierfilm, der nicht gezeigt ist, und ein Oxidfilm, der nicht dotiert ist, auf der gesamten Oberflä che gebildet. Darauffolgend wird ein nicht gezeigtes Kontakt loch auf dem Abschnitt vorangeordnet in dem Kontaktbereich des Zwischenschicht-Isolierfilms unter Verwendung der Kontaktmaske gebildet.

Daraufhin wird ein polykristalliner Siliziumfilm, der nicht gezeigt ist, durch das chemische Dampfabscheidungsverfahren (im weiteren als CVD bezeichnet) auf der gesamten Oberfläche der Struktur gebildet, wird ein Kontaktstöpsel, der nicht ge zeigt ist, zum Auffüllen des Kontaktloches, das nicht gezeigt ist, durch Ätzen des polykristallinen Siliziumfilms unter Zurücklassung im Inneren des Kontaktlochs, das nicht gezeigt ist, gebildet.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird eine Ladungsspeicherelektrode 13, die mit dem Kontaktstöpsel kontaktiert ist, der nicht gezeigt ist, gebildet. Dabei wird die Ladungsspeicherelektrode 13 als polykristallines Silizium gebildet, das mit einer Verunreini gung dotiert ist. Die Struktur der Ladungsspeicherelektrode kann als zylindrischer Typ, Nadeltyp oder sonstiger Struktur typ gebildet werden.

Weiterhin kann die Struktur der Ladungsspeicherelektrode 13 als hemisphärisch gekörntes Silikatglass HSG gebildet werden.

Dann wird ein natürlicher Oxidfilm, der auf der Oberfläche der Ladungsspeicherelektrode 13 gebildet ist, entfernt. Dabei wird der natürliche Oxidfilm unter Verwendung einer Oxidfilm-Ätzlö sung entfernt, d. h. HF+H₂O oder HF+ NH₄F+H₂O usw. entfernt.

Darauf folgend wird die gesamte Oberfläche des dotierten poly kristallinen Siliziums der Ladungsspeicherelektrode 13 nitri fiziert. Dabei wir das Nitrifizieren der Ladungsspeicherelek trode 13 40-100 sec. lang bei einer Temperatur von 800-900°C über ein schnelles thermisches Nitrierungsverfahren (RTN = Rapid Thermal Nitration) unter Verwendung von NH₃-Gas ausge führt.

Als nächstes wird die Oberfläche der nitrifizierten Ladungs speicherelektrode im Plasmazustand behandelt, und zwar unter Verwendung von Gasen mit Sauerstoff, N₂O und O₂, und daraus re sultierend wird ein Oxynitridfilm SiO_xN_y in dünner Form gebil det.

Dabei beträgt die Leistung zum Erzeugen des Plasmas 100-200 W, und die Nitrid-Ladungsspeicherelektrode hat eine Substrat temperatur von 150-450°C und einen Druck von 1 mTorr-9 Torr.

Andererseits kann anstelle des Oxidierens der Oberfläche der Ladungsspeicherelektrode 15, welche mittels des plasma-ange regten Gases nitrifiziert wird, die Oberfläche der nitrifi zierten Ladungsspeicherelektrode 15 durch eine trockene und nasse Oxidation unter Verwendung von H₂O- und O₂-Dampf oxi diert werden.

Da jedoch das Oxidationsverfahren wie das obige einen Prozeß bei einer hohen Temperatur von oberhalb 700°C erfordert, ist es insofern problematisch, als daß die effektive Oxidfilmdicke des Kondensators erhöht wird durch Oxidation bis zum poly kristallinen dotierten Silizium 13, das bis zum unteren Teil des Nitridfilms dotiert ist, da der Oxidationswiderstand des Nitridfilms erniedrigt ist.

Weiterhin kann das Verfahren des Oxidierens der nitrifizierten Ladungsspeicherelektrode durch ein Oxidationsverfahren durch Abscheiden des restlichen Teils des Ta₂O₅-Films über das LPCVD- Verfahren wiederum nach dem Abscheiden eines Teils des Ta₂O₅- Films, der auf der Oberfläche der nitrifizierten Ladungsspei cherelektrode 15 über das PECVD-Verfahren abzuscheiden ist, ersetzt werden.

Dabei werden 5-50 A des Ta₂O₅-Films unter folgenden Bedingun gen abgeschieden: 80-200 W Radiofrequenzleistung, Temperatur von 350-450°C, und zwar unter Verwendung von Ta(OC₂H₅)₅- Material und einem Gas N₂O oder O₂ über das PECVD-Verfahren.

Als Referenz wird unter den Bedingungen der Ausführung des RTN-Prozesses, falls die Temperatur über 900°C liegt oder die Behandlungszeit lang ist, der nitrifizierte Bereich nicht ge nug zur Zeit des folgenden Oxidationsprozesses oxidiert, wenn der nitrifizierte Bereich auf der Oberfläche der Ladungsspei cherelektrode dicker wird.

Die folgende Tabelle 1 zeigt die Nitridfilm-Dicke auf dem Halbleitersubstrat mit der entsprechenden RTN-Behandlungstem peratur.

Tabelle 1

Wenn die Oberfläche der Ladungsspeicherelektrode 15, wie oben erwähnt, nitrifiziert wird und in einen Oxynitridfilm umgewan delt wird, ist die Dickenänderung eines effektiven Oxidfilms eines Kondensators unter Verwendung des Ta₂O₅-Films nur leicht/insignifikant, und zwar liegt sie bei etwa 3 A oder darunter, aber die Charakteristik des Leckstroms kann verbes sert werden.

Als nächstes wird ein Ta₂O₅-Film 17 mit konstanter Dicke über das LPCVD-Verfahren auf der Oberseite der oxidierten Ladungs speicherelektrode abgeschieden. Dabei wird der Ta₂O₅-Film 17 mit einer Temperatur von 350-450°C, unter einem Druck von 1 mTorr-9 Torr, unter Verwendung von Ta(OC₂H₅)₅-Material und eines Gases N₂O oder O₂ abgeschieden.

Darauf folgend wird zum Entfernen von Sauerstoff und Kohlen stoff von dem Ta₂O₅-Film der Ta₂O₅-Film plasmabehandelt bei ei ner Temperatur von 150-450°C mittels des Plasmagases unter Verwendung des Gases N₂O oder O₂.

Dabei wird er auch mittels UV-O₃-Gas behandelt, welches durch Ultraviolettstrahlen aktiviert ist, und zwar anstelle der Plasmabehandlung mittels des Gases N₂O oder O₂.

Darauf wird zur Polykristallisierung des Ta₂O₅-Films dieser in einer Atmosphäre von N₂O oder O₂ bei einer Temperatur von 700-820°C behandelt.

Darauffolgend wird nach dem Abscheiden von TiN auf der gesam ten Oberfläche in dem folgenden Prozeß die Plattenelektrode durch Abscheiden des dotierten polykristallinen Siliziums ge bildet, und der Kondensatorbildungsprozeß wird durch Struktu rieren der Plattenelektrode vervollständigt.

Fig. 2 zeigt die jeweiligen Leckstromcharakteristika in den Fällen der Abscheidung von Ta₂O₅ durch nur das PECVD-Verfahren, des Abscheidens von Ta₂O₅ durch das PECVD-Verfahren und das LPCVD-Verfahren und des Abscheidens von Ta₂O₅ durch das PECVD- Verfahren nach dem LPCVD-Verfahren bei einem Ta₂O₅-Kondensator, dessen effektive Oxidfilmdicke auf der Ladungsspeicherelektro de mit einer Zylinderstruktur 30 A beträgt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist im Fall des Abscheidens von Ta₂O₅ durch nur das PECVD-Verfahren der Leckstromwert der höchste, und im Fall des Bildens des Ta₂O₅-Dünnfilms unter Verwendung des PECVD-Verfahrens und des LPCVD-Verfahrens in Reihe ist der Leckstromwert der niedrigste.

Hierbei ist im Fall der Abscheidung des Ta₂O₅ durch nur das PECVD-Verfahren der Leckstromwert der höchste, da die Stufen abdeckung des PECVD-Ta₂O₅ schlecht ist.

Weiterhin ist Fig. 3 eine Darstellung zum Zeigen der Leck stromcharakteristik an einem Plattenkondensator demgemäß, ob eine N₂O-Plasmabehandlung beim Verfahren zum Bilden eines Kon densators einer Halbleitervorrichtung nach dem Beispiel I der vorliegenden Erfindung stattfindet oder ob nicht.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Leckstromcharakteristik eines Platten-Ta₂O₅-Kondensators, wo die RTN-behandelte Oberfläche durch das Plasma-N₂O behandelt wird, verglichen mit dem Fall, in dem nur der Ta₂O₅-Film abgeschieden wird.

Der Leckstrom eines Platten-Ta₂O₅-Kondensators in dem Fall, in dem die RTN-behandelte Oberfläche mittels des Plasma-N₂O behan delt wird, ist geringer als in dem Fall der Abscheidung von nur dem Ta₂O₅-Film.

Andererseits wird ein Verfahren zum Bilden eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel II der vor liegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die be gleitenden Zeichnungen erläutert.

Fig. 4 bis Fig. 7 sind Querschnittansichten zum Bilden eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung gemäß dem Beispiel II der vorliegenden Erfindung.

Zunächst wird eine untere Struktur gebildet, wie z. B. ein Ele mentisolationsfilm, der nicht gezeigt ist, ein Gateisola tionsfilm, der nicht gezeigt ist, eine Gate-Elektrode, die nicht gezeigt ist, sowie eine Bit-Leitung, die nicht gezeigt ist, usw. auf einem Halbleitersubstrat 21.

Als nächstes wird ein Plattenfilm, der nicht gezeigt ist, so wie ein Zwischenschicht-Isolierfilm, der nicht gezeigt ist, und ein Oxidfilm, der nicht dotiert ist, auf der gesamten Oberfläche gebildet. Darauffolgend wird ein Kontaktloch, das nicht gezeigt ist, auf dem Abschnitt vorangeordnet in dem Kon taktabschnitt des Zwischenschicht-Isolierfilms, unter Ver wendung der Kontaktmaske gebildet.

Darauf wird ein polykristalliner Siliziumfilm, der nicht ge zeigt ist, durch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren (im weiteren als CVD bezeichnet) auf der gesamten Oberfläche der Struktur gebildet, und dann wird ein Kontaktstöpsel, der nicht gezeigt ist, zum Auffüllen des Kontaktlochs, das nicht gezeigt ist, durch Ätzen des polykristallinen Siliziumfilms unter Zu rücklassen im Inneren des Kontaktlochs, das nicht gezeigt ist, gebildet.

Wie in Fig. 4 gezeigt, wird eine Ladungsspeicherelektrode 23, die mit dem Kontaktstöpsel kontaktiert ist der nicht gezeigt ist, gebildet. Dabei wird die Ladungsspeicherelektrode 23 in polykristallinem Silizium, das mit einer Verunreinigung do tiert ist, gebildet. Die Struktur der Ladungsspeicherelektrode kann als Zylindertyp, Nadeltyp oder sonstiger Strukturtyp ge bildet werden.

Weiterhin kann die Struktur der Ladungsspeicherelektrode 23 als hemisphärisch gekörntes Silikatglas (HSG) gebildet werden.

Dann wird ein natürlicher Oxidfilm, der auf der Oberfläche der Ladungsspeicherelektrode 23 erzeugt ist, entfernt. Dabei wird der natürliche Oxidfilm unter Verwendung einer Oxidfilm-Ätzlö sung entfernt, d. h. Flußsäurelösung, Flußsäuredampf oder Puf feroxid-Ätzmitteln, im weiteren als BOE bezeichnet (BOE = buf fer oxide etchant).

Darauffolgend wird ein Film durch schnelle thermische Nitrie rung (im weiteren als RTN bezeichnet) gebildet, wobei die ge samte Oberfläche des dotierten polykristallinen Siliziums der Ladungsspeicherelektrode 23 nitrifiziert wird. Dabei wird der RTN-Film 25 20-120 sec. bei einer Temperatur von 800-900°C über ein schnelles thermisches Nitrierungs(RTN)-Verfahren un ter Verwendung von NH₃-Gas gebildet.

Als nächstes wird die Oberfläche des RTN-Films 25 im Plasmazu stand unter Verwendung eines Gases N₂O oder O₂ behandelt. Aus diesen Gründen verbessert sich die elektrische Charakteristik durch Ersetzen von SiN mit SiON beim Bilden der RTN- behandelten Oberfläche.

Dabei wird die Plasma-Behandlungsbedingung realisiert durch Verwendung eines Plasmagases mittels eines Gases N₂O oder O₂ bei einer Temperatur von 130-450°C mit einer Leistung von 100-300 W während 1-20 min.

Darauffolgend wird, wie in Fig. 5 gezeigt, ein erster Ta₂O₅- Film 27 auf der Oberseite des plasmabehandelten RTN-Films 25 mit einer konstanten Dicke über das LPCVD-Verfahren abgeschie den.

Dabei wird zunächst der erste Ta₂O₅-Film 27 mit einer Dicke von 50-70 A bei einem Druck von 1 mTorr-6 Torr bei einer Tem peratur von 370-450°C unter Verwendung des Materials Ta(OC₂H₅)₅ und O₂-Gas oder dem Material Ta(OCH₃)₅ und O₂-Gas abge schieden. Weiterhin ist der erste Ta₂O₅-Film 27 amorph.

Als nächstes wird der erste Ta₂O₅-Film 27 im Plasmazustand be handelt. Dabei wird der Plasmabehandlungsprozeß des ersten Ta₂O₅-Films ausgeführt unter Verwendung eines Plasmagases mit tels N₂O-Gas oder O₂-Gas bei einer Temperatur von 130-450°C mit einer Leistung von 100-300 W während 1-20 min.

Wie oben geschrieben, erniedrigt beim Ausführen der N₂O-Plasma behandlung das angeregte Sauerstoffatom Defekte im ersten Ta₂O₅-Film 27, und deshalb verändert sich die Oberfläche des plasmabehandelten RTN-Films 25 des unteren, des ersten Ta₂O₅- Films 27 in die Form von mehr dem Oxynitridfilm.

Da dabei der Oxynitridfilm als eine elektrische Barriere im Vergleich zum Nitridfilm fungiert, bringt er einen Leckstrom- Erniedrigungseffekt mit sich, da jedoch die Oxidation des durch die N₂O-Plasmabehandlung nitrifizierten polykristallinen Siliziums nicht schnell geht, ist er schwach hinsichtlich des Effekts des Erhöhens der Dicke des effektiven Oxidfilms des Kondensators von 3 A oder darunter.

Weiterhin ist nach dem Abscheiden des Ta₂O₅-Films auf dem ge samten abzuscheidenden Abschnitt die Plasmabehandlung oder die UV-O₃-Behandlung effektiv mit einer konstanten Dicke des Ta₂O₅- Films, jedoch ist sie nicht effektiv bei der Behandlung des gesamten Ta₂O₅-Films.

Der Oxidationseffekt der nitrifizierten Oberfläche ist deshalb schwächer, der Effekt der Verbesserung des Leckstroms ist sehr gering im Vergleich mit der Behandlung nach der Bildung des Ta₂O₅-Films.

Weiterhin tritt im Fall des Ausführens der thermischen Behand lung des Ta₂O₅-Films unter einer Sauerstoffatmosphäre von 750 °C und darüber die Oxidation der Oberfläche des RTN-Films 25 schnell im Vergleich zur Plasmabehandlung oder UV-O₃-Behandlung auf, da Sauerstoff in den Ta₂O₅-Film diffundiert wird und die sen durchdringt. Da es eine Differenz in einer lokalen Oxida tionsmaßnahme gibt, und zwar nach dem Abscheiden des ersten Ta₂O₅-Films, wird er nicht bei einer hohen Temperatur von 750°C thermisch behandelt.

Andererseits kann im Fall des Bildens des ersten Ta₂O₅-Films mit einer Dicke von 40-50 A der Plasmabehandlungsprozeß vor dem Abscheiden des ersten Ta₂O₅-Films weggelassen werden.

Dann wird, wie in Fig. 6 gezeigt, ein zweiter Ta₂O₅-Film 29 auf dem ersten Ta₂O₅-Film 27a mittels der Plasmabehandlung über ein sekundäres LPCVD-Verfahren gebildet. Dabei wird der zweite Ta₂O₅-Film 29 unter einem Druck von 1 mTorr-6 Torr bei einer Temperatur von 370-450°C unter Verwendung eines Materials aus Ta(OC₂H₅)₅ und O₂-Gas oder einem Material aus Ta(OCH₃)₅ und O₂-Gas gebildet.

Als nächstes, wird, wie in Fig. 7 gezeigt, nachdem die Ober fläche des zweiten Ta₂O₅-Films durch eine N₂O-Plasmabehandlung behandelt ist, sie 5-30 min. lang unter einer O₂-Atmosphäre bei einer Temperatur von 750-820°C wärmebehandelt.

Dabei wird der Wärmebehandlungsprozeß auch 70-80 sec. lang bei einer Temperatur von 800-900°C ausgeführt, und zwar un ter einer Atmosphäre von N₂O oder O₂ durch das RTP-Verfahren anstelle des Wärmebehandlungsprozesses.

Darauffolgend wird der Kondensator durch Bilden einer Platten elektrode als polykristallines Silizium oder TiN auf der Ober seite der gesamten Struktur vervollständigt.

Die Leckstromcharakteristik des Kondensators unter Verwendung des Ta₂O₅-Dünnfilms, der wie oben beschrieben gebildet wird, und die verbesserte elektrische Charakteristik werden mit Be zug auf Fig. 8 und Fig. 9 erläutert.

Fig. 8 ist eine Darstellung zum Zeigen einer Charakteristik des Leckstroms des Ta₂O₅-Kondensators gemäß der N₂O-Plasmabe handlung.

Das heißt, sie zeigt die Fälle der Abscheidung des Ta₂O₅-Films durch nur das LPCVD-Verfahren ohne die Plasma-N₂O-Behandlung, des Abscheidens des Ta₂O₅-Films durch das LPCVD-Verfahren mit der Plasma-N₂O-Behandlung, des Abscheidens des restlichen Ta₂O₅- Films mit der Behandlung des zweiten Plasmas nach dem Behan deln der RTN-behandelten Oberfläche durch das erste Plasma-N₂O vor dem Abscheiden des Ta₂O₅-Films und des Abscheidens eines Teils des Ta₂O₅-Films.

Wie in Fig. 8 gezeigt, ist ersichtlich, daß der Leckstrom im Fall der Bildung des gesamten Ta₂O₅-Films durch Abscheiden des restlichen Ta₂O₅-Films mit der Behandlung durch das zweite Plasma nach Behandlung der RTN-behandelten Oberfläche mittels des ersten Plasma-N₂O vor dem Abscheiden des Ta₂O₅-Films und Abscheiden eines Teils des Ta₂O₅-Films abnimmt.

Weiterhin ist Fig. 9 eine Darstellung zum Zeigen der verbes serten elektrischen Charakteristik des Ta₂O₅-Kondensators gemäß der Plasma-N₂O-Behandlung vor und während der Abscheidung des Ta₂O₅-Films.

Daß heißt, es zeigt die Fälle der Abscheidung Ta₂O₅-Films durch das LPCVD-Verfahren ohne die Plasma-N₂O-Behandlung, des Ab scheidens des restlichen Ta₂O₅-Films mit der zweiten Plasma-N₂O- Behandlung nach der Behandlung der RTN-behandelten Oberfläche durch das erste Plasma-N₂O vor dem Abscheiden des Ta₂O₅-Films und des Abscheidens eines Teils des Ta₂O₅-Films.

Wie in Fig. 9 gezeigt, ist ersichtlich, daß der Leckstrom bei der Verbesserung der elektrischen Charakteristik des Ta₂O₅-Kon densators im Falle des Bildens des gesamten Ta₂O₅-Films durch Abscheiden des restlichen Ta₂O₅-Films mit der Behandlung durch das zweite Plasma nach der Behandlung der RTN-behandelten Oberfläche mittels des ersten Plasma-N₂O vor dem Abscheiden des Ta₂O₅-Films und dem Abscheiden eines Teils des Ta₂O₅-Films ab nimmt, und zwar im Vergleich zur Abscheidung des Ta₂O₅-Films durch das LPCVD-Verfahren ohne die Plasma-N₂O-Behandlung.

Wie oben erläutert, behandelt ein Verfahren zum Bilden eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel I der vorliegenden Erfindung in spezieller Weise die Oberflä che einer Ladungsspeicherelektrode des unteren vor dem Ab scheiden eines Ta₂O₅-Films durch das LPCVD-Verfahren zum Ver bessern der schlechten Stufenabdeckung des durch das PECVD- Verfahren abgeschiedenen Ta₂O₅-Films beim Kondensator unter Verwendung des Ta₂O₅-Films mit einer speziellen Dielektrizi tätskonstante des dielektrischen Films, verhindert die Entste hung des Leckstroms gemäß der Verbesserung der elektrischen Charakteristik des Kondensators durch Abscheidung des Ta₂O₅- Films unter Verwendung des LPCVD-Verfahrens oder PECVD-Verfah rens und des LPCVD-Verfahrens danach, und es hat den Vorteil, daß es die Charakteristik der Halbleitervorrichtung und die Zuverlässigkeit gemäß diesem Ergebnis verbessert.

Weiterhin verwendet ein Verfahren zum Bilden eines Kondensa tors einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel II der vorliegenden Erfindung die Entstehung des Leckstroms als Ver besserung der elektrischen Charakteristik des Kondensators durch Abscheiden des restlichen Ta₂O₅-Films nach spezieller Be handlung des zuerst abgeschiedenen ersten Ta₂O₅-Films durch Ab scheiden des gesamten Ta₂O₅-Films zweimal über das LPCVD-Ver fahren zum Verbessern der Leckstromcharakteristik des durch das LPCVD-Verfahren abgeschiedenen Ta₂O₅-Films in dem Kondensa tor unter Verwendung des Ta₂O₅-Films mit einer speziellen Die lektrizitätskonstante als dem dielektrischen Film und hat die Vorteile der Verbesserung der Charakteristik der Halbleiter vorrichtung und der Zuverlässigkeit gemäß diesem Resultat.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zu il lustrativen Zwecken erörtert worden sind, werden die Fachleute zu schätzen wissen, daß verschiedene Modifikationen, Hinzufü gungen und Substitutionen möglich sind, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den begleitenden Patent ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Verfahren zum Bilden eines Kondensators einer Halbleiter vorrichtung mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Halbleitersubstrats;
Bilden einer Ladungsspeicherelektrode auf der Oberseite des Halbleitersubstrats;
Nitrifizieren der gesamten Oberfläche der Ladungsspei cherelektrode;
Plasmabehandeln und Oxidieren einer Oberfläche der ni trifizierten Ladungsspeicherelektrode;
Abscheiden eines Ta₂O₅-Films auf der Ladungsspeicherelek trodenoberfläche durch ein LPCVD-Verfahren und Plasmabe handeln des Ta₂O₅-Films, wobei der Prozeß des Abscheidens und Plasmabehandelns des Ta₂O₅-Films zumindest einmal, wenn nicht mehrere Male, ausgeführt wird;
thermisches Behandeln des Ta₂O₅-Films; und
Bilden einer Plattenelektrode auf der Oberseite der ge samten Oberfläche.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nitrifizierungsprozeß der Ladungsspeicherelektro de bei einer Temperatur von 800-900°C während 40-100 sec.

durch das RTN-Verfahren ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche der nitrifizierten Ladungsspeicher elektrode bei einer Temperatur von 150-450°C unter Ver wendung eines angeregten Plasmagases N₂O oder O₂ ausge führt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der nitrifizierten Ladungsspeicher elektrode durch ein trockenes oder nasses Oxidationsver fahren unter Verwendung von Dampf mit H₂O oder O₂ oxidiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabehandlungsprozeß des Ta₂O₅-Films bei einer Temperatur von 150-450°C unter Verwendung eines Gases N₂O oder O₂ oder eines Gases UV-O₃, das durch Ultravio lettstrahlung aktiviert wird, ausgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Behandlungsprozeß des Ta₂O₅-Films bei der Temperatur 700-820°C mit einer Gasatmosphäre von N₂O oder O₂ ausgeführt wird und dadurch der Ta₂O₅-Film po lykristallin gemacht wird.

7. Verfahren zum Bilden eines Kondensators einer Halbleiter vorrichtung mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Halbleitersubstrats;
Bilden einer Ladungsspeicherelektrode auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats;
Nitrifizieren der gesamten Oberfläche der Ladungsspei cherelektrode;
Plasmabehandeln und Oxidieren einer Oberfläche der ni trifizierten Ladungsspeicherelektrode;
Abscheiden eines Ta₂O₅-Films auf der Ladungsspeicherelek trodenoberfläche durch das LPCVD-Verfahren;
Plasmabehandeln des Ta₂O₅-Films;
thermisches Behandeln des Ta₂O₅-Films; und
Bilden einer Plattenelektrode auf der Oberseite der ge samten Oberfläche.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Nitrifizierungsprozeß der Ladungsspeicherelektro de bei einer Temperatur von 800-900°C während 40-100 sec. durch das RTN-Verfahren ausgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche der nitrifizierten Ladungsspeicher elektrode bei einer Temperatur von 150-450°C unter Ver wendung eines angeregten Plasmagases von N₂O oder O₂ oder durch ein trockenes oder nasses Oxidationsverfahren unter Verwendung von Dampf aus H₂O oder O₂ oxidiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationsprozeß der nitrifizierten Ladungsspei cherelektrodenoberfläche durch einen Schritt des Abschei dens des restlichen Teils des Ta₂O₅-Films durch das LPCVD- Verfahren nach dem Abscheiden eines Teils des Ta₂O₅-Films durch das PECVD-Verfahren ausgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeß des Abscheidens des Ta₂O₅-Films durch das PECVD-Verfahren bei der Temperatur von 350-450°C und einem Druck von 1 mTorr-9 Torr unter Verwendung eines Gases N₂O oder O₂ oder eines Materials Ta(OC₂H₅)₅ ausgeführt wird und der Ta₂O₅-Film einer Dicke von 5-50 A aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasma-Behandlungsprozeß des Ta₂O₅-Films bei einer Temperatur von 150-450°C unter Verwendung eines Gases N₂O oder O₂ oder eines Gases UV-O₃, das durch Ultraviolett strahlung aktiviert wird, ausgeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermischer Behandlungsprozeß des Ta₂O₅-Films bei einer Temperatur von 700-820°C mit einer Gasatmosphäre von N₂O oder O₂ ausgeführt wird und der Ta₂O₅-Film polykri stallin gemacht wird.

14. Verfahren zum Herstellen eines Kondensators einer Halb leitervorrichtung mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Halbleitersubstrats;
Bilden einer Ladungsspeicherelektrode auf der Oberseite des Halbleitersubstrats;
Entfernen eines natürlichen Oxidfilms von der Oberseite der Ladungsspeicherelektrode;
Nitrifizieren der Oberfläche der Struktur;
Plasmabehandeln der nitrifizierten Oberfläche;
Abscheiden eines Bereichs eines ersten Ta₂O₅-Films auf der Strukturoberfläche durch das LPCVD-Verfahren;
Plasmabehandeln des ersten Ta₂O₅-Films;
Abscheiden eines zweiten Ta₂O₅-Films auf der Strukturober fläche durch das LPCVD-Verfahren;
Plasmabehandeln oder thermisches Behandeln des ersten und zweiten Ta₂O₅-Films; und
Bilden einer Plattenelektrode auf der Oberseite der ge samten Oberfläche.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Nitrifizierungsprozeß der Ladungsspeicherelektro de unter Verwendung des RTN-Verfahrens ausgeführt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ta₂O₅-Film mit einer Dicke von 50-70 A ab geschieden wird.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Ta₂O₅-Film in einem amorphen Zu stand abgeschieden wird.

18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der N₂O-Plasma-Behandlungsprozeß 1-20 min. lang bei einer Temperatur von 130-450°C und einer Leistung von 100-300 W ausgeführt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Behandlungsprozeß 5-30 min. lang bei einer Temperatur von 750-820°C unter einer Gasatmosphäre von O₂ oder für 70-80 sec. lang bei einer Temperatur von 800-900°C in einer Gasatmosphäre von O₂ oder N₂O ausge führt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des ersten Ta₂O₅-Films auf einer Dicke von 40-50 A ohne Plasmabehandlung der nitrifizierten Ober fläche ausgeführt wird.