JP2001177075A - 容量素子の製造方法および容量素子の製造装置 - Google Patents

容量素子の製造方法および容量素子の製造装置

Info

Publication number
JP2001177075A
JP2001177075A JP35689499A JP35689499A JP2001177075A JP 2001177075 A JP2001177075 A JP 2001177075A JP 35689499 A JP35689499 A JP 35689499A JP 35689499 A JP35689499 A JP 35689499A JP 2001177075 A JP2001177075 A JP 2001177075A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat treatment
temperature heat
temperature
manufacturing
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP35689499A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3317295B2 (ja
Inventor
Ichiro Yamamoto
一郎 山本
Toshihiro Iizuka
敏洋 飯塚
Yoshitake Katou
芳健 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP35689499A priority Critical patent/JP3317295B2/ja
Priority to US09/736,562 priority patent/US20010004533A1/en
Priority to KR1020000077149A priority patent/KR20010062498A/ko
Publication of JP2001177075A publication Critical patent/JP2001177075A/ja
Priority to US10/135,620 priority patent/US6602722B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3317295B2 publication Critical patent/JP3317295B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02197Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides the material having a perovskite structure, e.g. BaTiO3
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/409Oxides of the type ABO3 with A representing alkali, alkaline earth metal or lead and B representing a refractory metal, nickel, scandium or a lanthanide
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02356Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment to change the morphology of the insulating layer, e.g. transformation of an amorphous layer into a crystalline layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314Inorganic layers
    • H01L21/316Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/31691Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass with perovskite structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40Capacitors
    • H01L28/55Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03Making the capacitor or connections thereto

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不純物の離脱に対応した低温による熱処理を
行って、リーク特性及び誘電率の劣化を防ぐことができ
る容量素子の製造方法および容量素子の製造装置を提供
する。 【解決手段】 誘電体膜を上部電極及び下部電極で挟み
込んだ容量素子の製造方法において、ABO3 複合酸化
物からなる高誘電体膜の成膜後、高誘電体膜を高温熱処
理する高温熱処理工程と、高温熱処理の処理温度より低
い温度で低温熱処理する低温熱処理工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、容量素子の製造
方法および容量素子の製造装置に関し、特に、ペロブス
カイト(perovskite)構造の誘電体を用いた
容量素子の製造方法および容量素子の製造装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、DRAM(dynamic ra
ndom access memory)のセルキャパ
シタに用いられる誘電膜として、例えば、ペロブスカイ
ト構造の強誘電体膜が知られている。
【0003】ペロブスカイト構造を有するものには、バ
リウム(Ba)及びストロンチウム(Sr)を組み合わ
せたチタン酸バリウムストロンチウム((Ba,Sr)
TiO3 :BST)や、BSTの内で、Baが含まれず
Srのみのチタン酸ストロンチウム(SrTiO3 )が
ある。
【0004】このような高誘電率のBSTを容量絶縁膜
として用いたキャパシタの製造方法を説明する。先ず、
ルテニウム(Ru)を用いて下部電極を形成する。次
に、この下部電極の上に、熱CVD(chemical
vapor deposition)により成膜温度
400℃でBSTを成膜し、その後、BST膜の結晶化
のために650℃,10分間の熱処理を行い、このBS
T成膜と成膜後の熱処理を複数回(例えば4回)繰り返
す。次に、Ruを用いてキャパシタ上部電極を形成す
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た製造方法により得られたキャパシタにおいては、十分
低いリーク特性が得られなかった。リーク特性の劣化は
DRAMの保持特性を低下させてしまう。リーク特性及
び誘電率が劣化するのは、300〜400℃の低温で特
異的に離脱する不純物(炭素や水素等)が多く含まれて
いるためと考えられる。このため、不純物の離脱に対応
した低温による熱処理が必要であると思われる。
【0006】上述したようなBST成膜における結晶化
熱処理については、例えば、M.Kiyotoshi
et al.1999 Symposium on V
LSI Technology Digest of
Technical Papers.pp.101〜1
02に開示されているが、低温による熱処理については
何も述べられていない。
【0007】また、特開平11−243177号公報に
は、リーク特性を改善することを目的とした半導体装置
及びその製造方法が開示されているが、この半導体装置
及びその製造方法においては、高温度の熱処理によりB
ST膜を2段階で成膜しており、低温による熱処理につ
いては述べられていない。
【0008】この発明の目的は、不純物の離脱に対応し
た低温による熱処理を行って、リーク特性及び誘電率の
劣化を防ぐことができる容量素子の製造方法および容量
素子の製造装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る容量素子の製造方法は、誘電体膜を
上部電極及び下部電極で挟み込んだ容量素子の製造方法
において、ABO3 複合酸化物からなる高誘電体膜の成
膜後、前記高誘電体膜を高温熱処理する高温熱処理工程
と、前記高温熱処理の処理温度より低い温度で低温熱処
理する低温熱処理工程とを有することを特徴としてい
る。
【0010】上記構成を有することにより、ABO3
合酸化物からなる高誘電体膜の成膜後、前記高誘電体膜
を高温熱処理する高温熱処理工程と、前記高温熱処理の
処理温度より低い温度で低温熱処理する低温熱処理工程
とを経て、誘電体膜を上部電極及び下部電極で挟み込ん
だ容量素子が製造される。これにより、不純物の離脱に
対応した低温による熱処理を行って、リーク特性及び誘
電率の劣化を防ぐことができる。
【0011】また、この発明に係る容量素子の製造装置
により、上記容量素子の製造方法を実現することができ
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
【0013】図1は、この発明の実施の形態に係る高誘
電率薄膜キャパシタを有する半導体装置の断面図であ
る。図1に示すように、高誘電率の薄膜キャパシタ(容
量素子)10は、MOSFET(metal oxid
e semiconductor field eff
ect transistor)11と共に、半導体装
置であるDRAMのメモリセル12を形成している。
【0014】MOSFET11は、p型シリコン基板1
3の素子分離絶縁膜14により分離された領域上に、ゲ
ート酸化膜15を介して形成されたゲート電極16を有
している。ゲート電極16両側のp型シリコン基板13
には、ソース側及びドレイン側のn型拡散層17が設け
られている。このMOSFET11の上には、ポリシリ
コンプラグ18を有する層間絶縁膜19を介して、薄膜
キャパシタ10が形成されている。
【0015】薄膜キャパシタ10は、層間絶縁膜19上
に層状に形成されたシリコンコンタクト層20及び耐シ
リコン拡散導電層21を介して、記載順に積み重ねられ
たキャパシタ下部電極22、キャパシタ絶縁膜23及び
キャパシタ上部電極24を有している。キャパシタ下部
電極22は、耐シリコン拡散導電層21上に、キャパシ
タ絶縁膜23は、シリコンコンタクト層20、耐シリコ
ン拡散導電層21及びキャパシタ下部電極22を覆うよ
うに、キャパシタ上部電極24は、キャパシタ絶縁膜2
3上に、それぞれ積み重ねられて層構造を有している。
【0016】このキャパシタ絶縁膜23には、ペロブス
カイト構造の強誘電体膜が用いられている。ペロブスカ
イト構造を有するものには、バリウム(Ba)及びスト
ロンチウム(Sr)を組み合わせたチタン酸バリウムス
トロンチウム((Ba,Sr)TiO3 、以下BSTと
略称する)や、BSTの内でBaが含まれずSrのみの
チタン酸ストロンチウム(SrTiO3 、以下STOと
略称する)がある。
【0017】これらは、キャパシタの薄膜化に適してお
りDRAMのキャパシタの材料として有望である。この
ような高誘電率のBSTを容量絶縁膜として金属製の両
電極22,24で挟んだ薄膜キャパシタ10を有する半
導体装置の製造方法を、以下に説明する。
【0018】図2(a)〜図5(h)は、図1の薄膜キ
ャパシタを有する半導体装置の製造工程を示す断面図で
ある。図2(a)〜図5(h)に示すように、先ず、既
知の方法に従って、p型シリコン基板13上の素子分離
絶縁膜14で分離された領域に、ゲート酸化膜15、ゲ
ート電極16、及びゲート電極16の両側下方に位置さ
せたn型拡散層17等を作り込み、MOSFET11を
形成する(図2(a)参照)。
【0019】次に、MOSFET11の上に、SiO2
からなる膜厚300nmの層間絶縁膜19をCVD法等
により成膜し、その後、層間絶縁膜19を表面から基板
13側に向けて貫通する接続孔25を開口する(図2
(b)参照)。
【0020】次に、層間絶縁膜19上に、CVD法によ
りリンドープアモルファスシリコンを堆積させてリンド
ープアモルファスシリコン層26を形成し、その後、リ
ンドープアモルファスシリコン層26を700〜850
℃で熱処理する(図3(c)参照)。この熱処理の結
果、リンドープアモルファスシリコン層26は結晶化し
てリンドープポリシリコン層となる。
【0021】次に、ポリシリコン層26をエッチバック
して層間絶縁膜19を露出させ、接続孔25内にポリシ
リコンプラグ18を形成する(図3(d)参照)。
【0022】次に、スパッタ法等により、ポリシリコン
プラグ18を含む層間絶縁膜19上に、膜厚30nmの
Ti層及び膜厚50nmのTiN層からなる耐シリコン
拡散導電層21を形成し、その後、窒素(N2 )雰囲気
中でのRTA(rapidthermal annea
ling)処理を行う。このN2 −RTA処理により、
耐シリコン拡散導電層21を形成するTi層は、TiS
2 層からなるシリコンコンタクト層20に変化する
(図4(e)参照)。
【0023】次に、DC(direct curren
t)スパッタ法等により、例えば、Ruからなる膜厚1
00nmのキャパシタ下部電極層22を耐シリコン拡散
導電層21上に成膜する(図4(f)参照)。キャパシ
タ下部電極層22は、Ruの他、プラチナ(Pt)、ペ
ロブスカイト構造の導電性材料であるルテニウム酸スト
ロンチウム(SrRuO3 )等がある。
【0024】次に、酸素及び塩素の混合ガスを用いたプ
ラズマエッチング法により、キャパシタ下部電極層2
2、耐シリコン拡散導電層21及びシリコンコンタクト
層20を所望の形状に加工する(図5(g)参照)。
【0025】次に、ビス−ジピバロイルメタンバリウム
(Ba(DPM)2 )、ビス−ジピバロイルメタンスト
ロンチウム(Sr(DPM)2 )、ビス−ジピバロイル
メタンチタンイソプロポキシド(Ti(i−OC
3 7 2 (DPM)2 )及び酸素ガスを原料とした熱
CVD法により、キャパシタ下部電極層22上に、40
0〜480℃で膜厚20nmのBST薄膜をキャパシタ
絶縁膜23として成膜する(図5(h)参照)。DPM
とは、bis−dipivaloylmethanat
eの略である。
【0026】なお、原料としては、上記例の他、Ba
(DPM)2 、Sr(DPM)2 を単独で或いは組み合
わせて、Ti(i−OC3 7 2 (DPM)2 、Ti
O(DPM)2 、Ti(i−OC3 7 2 (DPM)
2 を単独で或いは組み合わせて、これらに酸素ガスを加
えたものでもよい。これらの原料により、ペロブスカイ
ト構造の強誘電体膜を形成し、キャパシタ絶縁膜23と
する。
【0027】そして、キャパシタ絶縁膜23を形成した
後、結晶化を目的として酸素を0〜5%含む不活性ガス
雰囲気下において、結晶化開始温度である650〜90
0℃の高温で熱処理を行う。この熱処理として、例え
ば、400℃で1時間の窒素処理を行った後に750℃
で30sec(秒)のN2 −RTA処理を行った。
【0028】BST薄膜に対する高温熱処理は、ランプ
アニール(RTA)による場合、600〜900℃、好
ましくは650〜800℃で、1〜240sec、好ま
しくは1〜60secとする。炉による場合は、520
〜800℃、好ましくは550〜650℃で、1〜48
0min(分)、好ましくは10〜120minとす
る。
【0029】この熱処理の後、DCスパッタ法等によ
り、BST膜上に、Ru等からなる膜厚50nmのキャ
パシタ上部電極層24(図1参照)を成膜し、その後、
酸素を0〜5%含む不活性ガス雰囲気下において、25
0〜500℃の低温で熱処理を行う。この低温熱処理と
して、例えば、300℃で30分の窒素処理を行った。
【0030】以上により、高誘電率のBSTを容量絶縁
膜として用いた薄膜キャパシタ10を有する半導体装置
を製造することができる(図1参照)。
【0031】図6は、図2〜図5に示す製造方法により
製造した薄膜キャパシタを有する半導体装置の効果を説
明する図である。図6には、印加電圧(applied
voltage:V)に対するリーク電流密度(le
akage currentdensity:A/cm
2 )が、従来の結晶化熱処理のみを行った場合(○印参
照)と、この発明に係る結晶化熱処理に加えて低温熱処
理を行った場合(●印参照)とについてグラフ表示され
ている。
【0032】図6に示すように、この発明に係る製造方
法である結晶化熱処理に加えて低温熱処理を行った場合
(●印参照)、従来の結晶化熱処理のみを行った場合
(○印参照)に比べ、印加電圧の全範囲(−3〜3V)
においてリーク電流密度が低下しているのが分かり、印
加電圧が−2〜2Vの範囲では、約1×10-8レベルと
なっている。この結果、SiO2 に換算した際の膜厚が
非常に小さく、且つ、リーク特性に優れた高誘電率薄膜
キャパシタを提供することができる。
【0033】つまり、BST薄膜の結晶化を目的とした
520〜900℃の高温熱処理の後に、250〜500
℃の低温熱処理を行うことにより、高誘電率のBSTを
容量絶縁膜として用いた薄膜キャパシタ10のリーク電
流を低減することができる。これは、熱CVDにより成
膜したBST膜に多く含まれていると推定されるカーボ
ン(C)や水素(H)等の脱離に、250〜500℃の
低温アニールが効果的に作用するものと思われる。
【0034】このように、上記実施の形態による薄膜キ
ャパシタ10を有する半導体装置の製造方法において
は、熱CVDで成膜されたBST膜を、不活性ガス雰囲
気のもと温度250〜500℃の範囲でBSTを結晶化
させることなく熱処理する低温熱処理工程と、同様の不
活性ガス雰囲気のもと温度520〜900℃の範囲でB
STを結晶化させるために熱処理する高温熱処理工程と
を有している。
【0035】なお、高温熱処理は、薄膜キャパシタ10
の容量絶縁膜の誘電率εが50を超えるような状態にす
るのに必要な熱処理であり、低温熱処理は、高温熱処理
の温度から少なくとも20℃以上低い温度、或いは容量
絶縁膜の結晶化温度より150℃低い温度から結晶化温
度より400℃低い温度までの範囲の熱処理である。
【0036】ここで、低温熱処理(温度範囲250〜5
00℃)と高温熱処理(温度範囲520〜900℃)の
2つの熱処理は、BST成膜後に行われれば良く、例え
ば、低温熱処理を、高温熱処理の前或いは後に行う、キ
ャパシタ上部電極形成の前或いは後に行う等、製造工程
において少なくとも1回は高温熱処理と低温熱処理が含
まれていれば良く、熱処理を行う時点及び回数は任意で
ある。
【0037】即ち、製造工程は、上述したBST成膜→
高温熱処理→上部電極層形成→低温熱処理の順番の他、
例えば、BST成膜後、低温熱処理→高温熱処理→上部
電極層形成、高温熱処理→低温熱処理→上部電極層形
成、上部電極層形成→高温熱処理→低温熱処理等、の各
順番でも良い。
【0038】また、BST成膜と成膜後の高温熱処理の
2つを組み合わせて複数回繰り返し、その後に低温熱処
理を行っても良く、更に、BST成膜と成膜後の高温熱
処理及び低温熱処理の3つを一つにまとめて複数回繰り
返しても良い。
【0039】また、低温熱処理を、余り酸素を含まない
酸素含有率0〜5%の不活性ガス雰囲気で行うことによ
り、酸素濃度が高い場合にRu等からなるキャパシタ上
部電極層24が酸化してしまうのを防止することができ
る。
【0040】図7は、図2〜図5に示す製造方法に用い
られる半導体製造装置の概略構成図である。図7に示す
ように、半導体製造装置27は、枚葉式の製造装置であ
り、装置中心部に設置された搬送系28、及び搬送系2
8の周囲に配置された複数のチャンバを有している。
【0041】複数のチャンバは、BST成膜チャンバ2
9、高温熱処理用チャンバ30、低温熱処理用チャンバ
31、上部電極成膜用チャンバ32、及びロードロック
チャンバ33からなり、ロードロックチャンバ33には
制御部34が設置されている。
【0042】キャリア(図示しない)に収納された処理
対象のウェハは、ロードロックチャンバ33を介して各
チャンバ29〜32に搬入され、各チャンバ29〜32
毎の処理を経た後、ロードロックチャンバ33を介して
装置外に搬出される。BST成膜チャンバ29は、BS
T成膜を行い、高温熱処理用チャンバ30は、BSTを
結晶化させるための高温熱処理を行う。低温熱処理用チ
ャンバ31は、BSTをその処理単独では結晶化しない
条件で低温熱処理を行い、上部電極成膜用チャンバ32
は、キャパシタ上部電極層24の成膜を行う。制御部3
4は、各チャンバ29〜32毎の処理を含む装置全体の
動作制御を行う。
【0043】処理対象のウェハに対する各チャンバ29
〜33毎の処理は、これら各チャンバ29〜33の間を
移動することにより行われるが、この際、大気に晒され
ずに移動及び処理が行われる。
【0044】この半導体製造装置27による処理作業の
流れの例を説明する。半導体製造装置27内に搬入され
た処理対象のウェハは、始めにロードロックチャンバ3
3に入った後、BST成膜チャンバ29→高温熱処理用
チャンバ30→低温熱処理用チャンバ31→上部電極成
膜用チャンバ32へと順次移動し、BST成膜後の高温
熱処理及び低温熱処理を経て、再びロードロックチャン
バ33へ戻る。その後、キャパシタ上部電極24の加工
が行われる。
【0045】また、処理対象のウェハを、BST成膜チ
ャンバ29→低温熱処理用チャンバ31→高温熱処理用
チャンバ30→上部電極成膜用チャンバ32へと順次移
動させ、或いは、BST成膜チャンバ29→高温熱処理
用チャンバ30→上部電極成膜用チャンバ32→低温熱
処理用チャンバ31へと順次移動させて、BST成膜後
の高温熱処理及び低温熱処理を行ってもよい。
【0046】ところで、この熱処理は、キャパシタ上部
電極24の加工後に行った方がより効果的であることか
ら、例えば、キャパシタ上部電極24をウェハ全面に成
膜してエッチングする前に、結晶化させるための高温熱
処理、及びその処理単独では結晶化しない条件での低温
熱処理を連続して行うというプロセスが望ましい。
【0047】キャパシタ上部電極24の形成には、スパ
ッタだけでなくエッチングも含まれるので、キャパシタ
上部電極24の形成後に熱処理を行う場合は、高温熱処
理と低温熱処理を別々の工程で行う必要がある。この場
合、キャパシタ上部電極24の形成を、例えば、キャパ
シタ上部電極24の成膜工程と加工工程とに分けるなら
ば、低温熱処理後にキャパシタ上部電極24の加工を行
うことも可能であり、結晶化させるために行う熱処理
と、その処理単独では結晶化しない条件で行う熱処理と
を組み合わせればよい。
【0048】このように、この発明によれば、BST成
膜の後、不活性ガス雰囲気のもとで、BSTを結晶化さ
せるための高温熱処理及びBSTをその処理単独では結
晶化しない条件で低温熱処理を行う。この低温熱処理を
加えることで、従来に比べリーク特性及び誘電率の劣化
を防ぐことができ、リーク電流を減らしてDRAMの保
持特性の向上を図ることができる。
【0049】なお、上記実施の形態において、薄膜キャ
パシタ10の強誘電体膜(容量膜)には、ペロブスカイ
ト構造の材料としてBST系の材料が用いられている
が、これに限らず、Pb系のABO3 型の材料を用いて
も良く、更に、ペロブスカイト構造を含むABO3 複合
酸化物であればよい。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ABO3 複合酸化物からなる高誘電体膜の成膜後、
前記高誘電体膜を高温熱処理する高温熱処理工程と、前
記高温熱処理の処理温度より低い温度で低温熱処理する
低温熱処理工程とを経て、誘電体膜を上部電極及び下部
電極で挟み込んだ容量素子が製造されるので、不純物の
離脱に対応した低温による熱処理を行って、リーク特性
及び誘電率の劣化を防ぐことができる。
【0051】また、この発明に係る容量素子の製造装置
により、上記容量素子の製造方法を実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態に係る高誘電率薄膜キャ
パシタを有する半導体装置の断面図である。
【図2】図1の薄膜キャパシタを有する半導体装置の製
造工程を示す断面図(その1)である。
【図3】図1の薄膜キャパシタを有する半導体装置の製
造工程を示す断面図(その2)である。
【図4】図1の薄膜キャパシタを有する半導体装置の製
造工程を示す断面図(その3)である。
【図5】図1の薄膜キャパシタを有する半導体装置の製
造工程を示す断面図(その4)である。
【図6】図2〜図5に示す製造方法により製造した薄膜
キャパシタを有する半導体装置の効果を説明する図であ
る。
【図7】図2〜図5に示す製造方法に用いられる半導体
製造装置の概略構成図である。
【符号の説明】
10 薄膜キャパシタ 11 MOSFET 12 メモリセル 13 p型シリコン基板 14 素子分離絶縁膜 15 ゲート酸化膜 16 ゲート電極 17 n型拡散層 18 ポリシリコンプラグ 19 層間絶縁膜 20 シリコンコンタクト層 21 耐シリコン拡散導電層 22 キャパシタ下部電極 23 キャパシタ絶縁膜 24 キャパシタ上部電極 25 接続孔 26 リンドープアモルファスシリコン層 27 半導体製造装置 28 搬送系 29 BST成膜チャンバ 30 高温熱処理用チャンバ 31 低温熱処理用チャンバ 32 上部電極成膜用チャンバ 33 ロードロックチャンバ 34 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 芳健 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 5F083 AD21 AD42 FR02 GA21 GA25 GA30 JA14 JA35 JA39 MA05 MA06 MA17 PR03 PR15 PR21 PR33

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘電体膜を上部電極及び下部電極で挟み込
    んだ容量素子の製造方法において、 ABO3 複合酸化物からなる高誘電体膜の成膜後、前記
    高誘電体膜を高温熱処理する高温熱処理工程と、前記高
    温熱処理の処理温度より低い温度で低温熱処理する低温
    熱処理工程とを有することを特徴とする容量素子の製造
    方法。
  2. 【請求項2】前記高温熱処理は、前記高誘電体膜を結晶
    化する温度で行われ、前記低温熱処理は、その処理単独
    では結晶化しない温度で行われることを特徴とする請求
    項1に記載の容量素子の製造方法。
  3. 【請求項3】前記高誘電体膜の成膜と前記高温熱処理、
    或いは前記高誘電体膜の成膜と前記高温熱処理と前記低
    温熱処理は、それぞれ組み合わされて複数回繰り返され
    ることを特徴とする請求項1または2に記載の容量素子
    の製造方法。
  4. 【請求項4】前記高温熱処理或いは前記低温熱処理が行
    われた後に、前記上部電極が形成されることを特徴とす
    る請求項1から3のいずれかに記載の容量素子の製造方
    法。
  5. 【請求項5】前記上部電極が形成された後に、前記低温
    熱処理が行われることを特徴とする請求項1から3のい
    ずれかに記載の容量素子の製造方法。
  6. 【請求項6】前記低温熱処理を、酸素含有率0〜5%の
    不活性ガス雰囲気で行うことを特徴とする請求項1から
    5のいずれかに記載の容量素子の製造方法。
  7. 【請求項7】前記高温熱処理は、520〜900℃の温
    度範囲で行われ、前記低温熱処理は、250〜500℃
    の温度範囲で行われることを特徴とする請求項1から6
    のいずれかに記載の容量素子の製造方法。
  8. 【請求項8】前記ABO3 複合酸化物は、ペロブスカイ
    ト構造を有することを特徴とする請求項1から7のいず
    れかに記載の容量素子の製造方法。
  9. 【請求項9】前記ペロブスカイト構造を有する前記AB
    3 複合酸化物は、チタン酸バリウムストロンチウム
    ((Ba,Sr)TiO3 )であることを特徴とする請
    求項8に記載の容量素子の製造方法。
  10. 【請求項10】誘電体膜を上部電極及び下部電極で挟み
    込んだ容量素子を製造する容量素子の製造装置におい
    て、 ABO3 複合酸化物からなる高誘電体膜の成膜を行う成
    膜用チャンバと、 前記高誘電体膜を高温熱処理する高温熱処理用チャンバ
    と、 前記高温熱処理の処理温度より低い温度で低温熱処理す
    る低温熱処理用チャンバとを有し、 前記各チャンバ間を移動して行われる処理が大気に晒さ
    れずに行われることを特徴とする容量素子の製造装置。
  11. 【請求項11】前記高温熱処理用チャンバは、前記高誘
    電体膜を結晶化する温度で熱処理を行い、前記低温熱処
    理用チャンバは、その処理単独では結晶化しない温度で
    熱処理を行うことを特徴とする請求項10に記載の容量
    素子の製造装置。
  12. 【請求項12】更に、前記上部電極を成膜する上部電極
    成膜用チャンバが設けられることを特徴とする請求項1
    0または11に記載の容量素子の製造装置。
  13. 【請求項13】前記成膜用チャンバにより、チタン酸バ
    リウムストロンチウム((Ba,Sr)TiO3 )の成
    膜が行われることを特徴とする請求項10から12のい
    ずれかに記載の容量素子の製造装置。
JP35689499A 1999-12-16 1999-12-16 容量素子の製造方法 Expired - Fee Related JP3317295B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35689499A JP3317295B2 (ja) 1999-12-16 1999-12-16 容量素子の製造方法
US09/736,562 US20010004533A1 (en) 1999-12-16 2000-12-13 Process for fabricating capacitor having dielectric layer with perovskite structure and apparatus for fabricating the same
KR1020000077149A KR20010062498A (ko) 1999-12-16 2000-12-15 퍼로브스카이트 구조의 유전막을 갖는 커패시터의제조방법 및 그 제조장치
US10/135,620 US6602722B2 (en) 1999-12-16 2002-04-30 Process for fabricating capacitor having dielectric layer with pervskite structure and apparatus for fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35689499A JP3317295B2 (ja) 1999-12-16 1999-12-16 容量素子の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001177075A true JP2001177075A (ja) 2001-06-29
JP3317295B2 JP3317295B2 (ja) 2002-08-26

Family

ID=18451297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP35689499A Expired - Fee Related JP3317295B2 (ja) 1999-12-16 1999-12-16 容量素子の製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US20010004533A1 (ja)
JP (1) JP3317295B2 (ja)
KR (1) KR20010062498A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004296681A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Seiko Epson Corp 強誘電体膜、強誘電体膜の製造方法、強誘電体キャパシタおよび強誘電体キャパシタの製造方法ならびに強誘電体メモリ

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2427722C (en) 2003-04-29 2007-11-13 Ebrahim Bagherzadeh Preparation of catalyst and use for high yield conversion of methane to ethylene
US7428137B2 (en) * 2004-12-03 2008-09-23 Dowgiallo Jr Edward J High performance capacitor with high dielectric constant material
US20130216710A1 (en) * 2010-09-21 2013-08-22 Ulvac, Inc. Thin film forming method and thin film forming apparatus

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5434102A (en) 1991-02-25 1995-07-18 Symetrix Corporation Process for fabricating layered superlattice materials and making electronic devices including same
US5716875A (en) 1996-03-01 1998-02-10 Motorola, Inc. Method for making a ferroelectric device
JPH09260600A (ja) 1996-03-19 1997-10-03 Sharp Corp 半導体メモリ素子の製造方法
JPH1154721A (ja) 1997-07-29 1999-02-26 Nec Corp 半導体装置の製造方法および製造装置
JPH11177048A (ja) 1997-12-09 1999-07-02 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体素子およびその製造方法
JP3173451B2 (ja) 1998-02-25 2001-06-04 日本電気株式会社 半導体装置及びその製造方法
KR100284737B1 (ko) 1998-03-26 2001-03-15 윤종용 고유전율의유전막을갖는반도체장치의커패시터제조방법
JP2000332209A (ja) 1999-05-21 2000-11-30 Oki Electric Ind Co Ltd Bi系強誘電体素子の製造方法
JP2000349254A (ja) 1999-06-02 2000-12-15 Sony Corp 誘電体キャパシタおよびメモリならびにそれらの製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004296681A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Seiko Epson Corp 強誘電体膜、強誘電体膜の製造方法、強誘電体キャパシタおよび強誘電体キャパシタの製造方法ならびに強誘電体メモリ

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010062498A (ko) 2001-07-07
US20020119617A1 (en) 2002-08-29
JP3317295B2 (ja) 2002-08-26
US20010004533A1 (en) 2001-06-21
US6602722B2 (en) 2003-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6144060A (en) Integrated circuit devices having buffer layers therein which contain metal oxide stabilized by heat treatment under low temperature
US6180974B1 (en) Semiconductor storage device having a capacitor electrode formed of at least a platinum-rhodium oxide
JP3940176B2 (ja) 半導体記憶装置
JP4160638B2 (ja) 半導体装置
US6078072A (en) Semiconductor device having a capacitor
US20060258113A1 (en) Capacitor structure
KR100236691B1 (ko) 반도체장치 및 그 제조방법
KR20020094933A (ko) 반도체장치 및 그 제조방법
KR19990030200A (ko) 커패시터와 mos 트랜지스터를 갖는 반도체 기억소자
JPH1154721A (ja) 半導体装置の製造方法および製造装置
JPH11126881A (ja) 高強誘電体薄膜コンデンサを有する半導体装置及びその製造方法
US20060154382A1 (en) Capacitor with high dielectric constant materials and method of making
US6828190B2 (en) Method for manufacturing capacitor of semiconductor device having dielectric layer of high dielectric constant
US7064052B2 (en) Method of processing a transistor gate dielectric film with stem
JP3250527B2 (ja) 半導体記憶装置の製造方法
JP2000022105A (ja) 半導体装置の製造方法
JP3317295B2 (ja) 容量素子の製造方法
US6180482B1 (en) Method for manufacturing high dielectric capacitor
JP4109304B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP3225913B2 (ja) 半導体装置の製造方法
KR100271715B1 (ko) 반도체소자의 캐패시터 형성방법
JP2000091531A (ja) 薄膜キャパシタ及びその製造方法
JP4500248B2 (ja) 半導体記憶装置
KR100231604B1 (ko) 반도체소자의 캐패시터 제조방법
KR19990080412A (ko) 이중 유전막을 가지는 고유전율 커패시터 및 그제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080614

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090614

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100614

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100614

Year of fee payment: 8

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100614

Year of fee payment: 8

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100614

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110614

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120614

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120614

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130614

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees