JP2003051549A - Feolキャパシタおよびその製造方法 - Google Patents

Feolキャパシタおよびその製造方法

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electrode
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Douglas A Buchanan
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Eduard A Cartier
エデュアルド・エイ・カルティエ
Douglas D Coolbaugh
ダグラス・ディー・クールボー
Evgeni P Gousev
エフゲニ・ピー・ゴウセフ
Harald F Okorn-Schmidt
ハラルド・エフ・オコーン−シュミット
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電率kが約8超の高誘電率(high-k) 誘電
体をキャパシタ構造体中に組み込むことのできる、ポリ
シリコン−ポリシリコン型キャパシタやMIS型キャパ
シタなどのFEOLキャパシタとその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 まず、Si含有基板10中に下部電極1
2をイオン打ち込みで形成する。次いで、下部電極12
の少なくとも一部の上に誘電率が約8.0超の高誘電率
誘電体14を形成する。次いで、高誘電率誘電体14上
にバイポーラ・デバイスの真性ベース・ポリシリコン層
から成る被ドープSi含有電極16を形成する。以上の
工程を経て、MIS型キャパシタが得られる。本発明に
係る方法によれば、直列抵抗の小さな上部電極と下部電
極を備え単位面積当りの容量値の大きな、高周波応答特
性の良好なFEOLキャパシタが得られる。本発明に係
る方法によれば、チップ・サイズを大幅に削減すること
ができる。特に、大面積のキャパシタが使われるアナロ
グおよび混合信号の用途において、チップ・サイズを大
幅に削減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に、Si含有電極と誘電率が8.0超の高誘電率
(すなわちhigh-k)誘電体材料とを備えたポリシリコン
−ポリシリコン(すなわちポリ−ポリ)型キャパシタや
MIS(metal-insulator-silicon:金属−絶縁物−シリ
コン) 型キャパシタなどのFEOL(front-end-of the
line)キャパシタに関する。また、本発明は、デバイス
の単位面積当りの容量値を最適化することのできる、本
発明に係るFEOLキャパシタの製造方法も提供する。
この最適化によって、半導体チップのサイズを大幅に縮
小することが可能になる。
【0002】
【従来の技術】高密度回路では、DRAM(動的ランダ
ム・アクセス・メモリ)中のキャパシタ、トランジスタ
のゲート誘電体、デカップリング・キャパシタなどに誘
電体材料を用いている。これらの構造体中の誘電体は、
通常、二酸化シリコン(すなわちSiO2)、窒化シリコ
ン(すなわちSi34)、あるいは、これらの組み合わ
せである。これらの誘電体の比誘電率(すなわちk)
は、約8.0以下である。(以下、慣例に従い、比誘電
率を単に誘電率という。)
【0003】キャパシタの場合、開発の主眼は、直列抵
抗の小さな上部電極と下部電極を備え単位面積当りの容
量値の大きなデバイスを形成して高周波に対する応答性
を高める点に置かれる。単位面積当りの容量値の大きな
デバイスを形成するには、(約20nm以下の)薄い誘
電体材料を使う必要がある。しかし、既存の薄い低誘電
率(low-k)誘電体は、デバイスの漏れ電流を招くので、
今日のデバイスに使用するのは望ましくない。さらに、
CVD(chemical vapor deposition:化学気相堆積) 堆
積あるいは熱形成する低誘電率の誘電体が薄くなるのに
つれて、信頼性制約に適合するのがますます困難になり
つつある。したがって、既存の低誘電率誘電体に代わ
り、上述した漏れ電流問題を起こさない誘電体が、半導
体産業界で引き続き求められている。
【0004】ポリ−ポリ型キャパシタやMIS型キャパ
シタなどのFEOLキャパシタの場合、(誘電率〔k〕
が約8超の)高誘電率(high-k) 誘電体をキャパシタ構
造に組み込むのは、困難である。なぜなら、シリコン含
有電極に高誘電率誘電体をを堆積するには、(通常、6
00°C超の)高い堆積温度を必要とするからである。
そのような高い堆積温度では、シリコン層中に界面層が
形成されるので、デバイス性能が低下する。さらに、粒
界漏れ電流経路が形成されるとともに障壁高さが低くな
るので、デバイスの信頼性がきわめて低くなる。
【0005】従来技術の上述した難点に鑑(かんが)
み、直列抵抗の小さな上部電極と下部電極を備え単位面
積当りの容量値の大きなFEOLキャパシタの製造方法
が求められている。さらに、従来技術のFEOLキャパ
シタと比べて信頼性、漏れ電流、および安定性が改善さ
れた、薄い高誘電率誘電体を備えたFEOLキャパシタ
を開発することが求められている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、直列
抵抗の小さな上部電極と下部電極を備え単位面積当りの
容量値が大きく高周波応答特性が良好な、ポリ−ポリ型
キャパシタやMIS型キャパシタなどのFEOLキャパ
シタを提供することである。
【0007】本発明の他の目的は、漏れ電流問題やデバ
イスの不信頼性を引き起こさない、薄い高誘電率誘電体
を備えたFEOLキャパシタを提供することである。
【0008】本発明の他の目的は、既存のBiCMOS
(バイポーラ型相補性金属−酸化物−半導体)プロセス
・スキームにおいて実現するのが容易な方法を用いてF
EOLキャパシタを提供することである。
【0009】本発明の他の目的は、大面積のキャパシタ
が使われるアナログおよび混合信号の用途において特に
重要な、チップ・サイズの大幅削減を実現できる方法を
用いてFEOLキャパシタを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的および
他の目的ならびに利点を得るには、次に示す2つの方法
を用いる。これら2つの方法は、Si含有下部電極上へ
の高誘電率誘電体の形成、および、(約1×1019原子
/cm3 以上の)高濃度にドープしたSi含有上部電極
の形成を含んでいる。
【0011】具体的には、本発明の一側面において、
(a)Si含有基板中に下部電極をイオン打ち込みする
工程と、(b)前記下部電極の少なくとも一部の上に誘
電率が約8.0超の高誘電率(high-k) 誘電体を形成す
る工程と、(c)前記高誘電率誘電体上にバイポーラ・
デバイスの真性ベース・ポリシリコン層から成る被ドー
プSi含有電極を形成する工程を備えたBiCMOSま
たはCMOS集積化方式を用いてMIS型キャパシタを
提供する。
【0012】上記方法によってバイポーラ・デバイスと
ともに集積化するMIS型キャパシタは、Si含有基板
の表面にイオン打ち込みされた下部電極と、前記イオン
打ち込みされた下部電極の一部の上に形成された誘電率
が約8超の高誘電率誘電体と、前記高誘電率誘電体上に
形成された被ドープSi含有電極とを備え、前記被ドー
プSi含有電極が、バイポーラ・デバイスの真性ベース
・ポリシリコン層から成るように構成する。
【0013】本発明の別の側面は、(a)少なくとも分
離領域上にベース・ポリシリコン層を形成する工程と、
(b)分離領域の少なくとも一部の上に誘電率が約8.
0超の高誘電率誘電体を形成する工程と、(c)前記高
誘電率誘電体上にバイポーラ・デバイスの真性ベース・
ポリシリコン層から成る被ドープSi含有電極を形成す
る工程を備えたBiCMOSプロセス・スキームを用い
てポリ−ポリ型キャパシタを製造する方法に関する。
【0014】上記の諸工程によって得られるポリ−ポリ
型キャパシタは、Si含有基板中に存在する分離領域上
に形成された下部ポリシリコン電極と、前記イオン打ち
込みされた下部電極の一部の上に形成された誘電率が約
8超の高誘電率誘電体と、前記高誘電率誘電体上に形成
された被ドープSi含有電極とを備え、前記被ドープS
i含有電極が、バイポーラ・デバイスの真性ベース・ポ
リシリコン層から成る構成を有する。
【0015】上述した本発明の両側面において、Si含
有の上部電極は、バイポーラ・デバイスの真性ベース・
ポリシリコン層でもあるが、ポリSiGeを用いて形成
してもよい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、高誘電率(high-k) 誘電体
を備えたFEOLキャパシタを提供する本発明を、図面
を参照して詳細に説明する。留意点を挙げると、図面に
おいて、同一のおよび/または対応する構成要素には、
同一の参照番号が付してある。(「Aおよび/または
B」は「AおよびB、A、またはB」を表わす。)さら
に留意点を挙げると、図面には、デバイスの、FEOL
キャパシタを形成すべき部分だけが示してある。説明を
簡易にするために、バイポーラ・デバイス領域とデバイ
ス・トランジスタを含む領域は示してない。しかし、当
業者が容易に気付くように、図示するキャパシタ領域に
隣接する領域に、バイポーラ・デバイスとデバイス・ト
ランジスタが形成されている。
【0017】まず、本発明に係るMIS型キャパシタ構
造体の形成を説明する図1〜図5を参照する。具体的に
は、図1は、Si含有基板10の表面に下部電極12を
形成したのちのSi含有基板10の一部(すなわちFE
OLキャパシタを形成すべきデバイス領域)を示す図で
ある。図1に示す構造体は当業者にとって周知の既存の
材料から成るとともに、同構造体を形成するのに既存の
BiCMOSまたはCMOS工程を用いている。
【0018】Si含有基板10としては、任意のSi含
有半導体材料を用いるうる。たとえば、Si、SiG
e、Si/Si、Si/SiGe、ポリシリコン、SO
I(シリコン・オン・インシュレータ)、あるいは、こ
れらの組み合わせ、たとえば、Si基板上に形成したポ
リシリコン層などを用いうる。好ましいSi含有基板
は、Si基板とポリシリコン基板である。Si含有基板
には、その中に形成した様々な能動デバイスおよび/ま
たは様々な分離領域を備えうる。説明を簡明にするため
に、図1には能動デバイスおよび/または分離領域は示
してないけれども、参照番号10によってそれらが含ま
れることを意味している。Si含有基板は、その上に形
成するデバイスの型に応じてp型またはn型になる。
【0019】図1に示す実施形態では、Si含有基板1
0中への下部電極12の形成は、大ドーズ量のリーチス
ルー領域形成用のイオン打ち込みプロセスを用いて行な
う。このイオン打ち込みプロセスは、通常、BiCMO
Sプロセスでバイポーラ構造のリーチスルー領域を形成
するのに使用するものである。このイオン打ち込みプロ
セスに続けて、既存の活性化アニール・プロセスを実行
する。あるいは、活性化アニール・プロセスは、本発明
に係る方法のもっと後方の段階でを実行してもよい。活
性化アニール・プロセスにおいては、キャパシタの下部
電極と上部電極、および、構造中に存在する他のすべて
の拡散領域を1回のアニール工程で活性化する。たった
1回のアニール工程を用いてすべての打ち込み領域を活
性化することは、本発明ではきわめて好ましい。なぜな
ら、これにより、プロセス全体のサーマル・バジェット
(ウェーハに加える温度の時間積分値)を小さくできる
からである。
【0020】大ドーズ量のリーチスルー領域形成用イオ
ン打ち込みは、約1×1019原子/cm3 のドーパント
濃度の高濃度領域を形成しうるドーズ量でn型またはp
型のドーパントを打ち込むことにより行なう。このイオ
ン打ち込みプロセスで使う条件は、通常のものであり、
当業者にとって周知である。
【0021】上述したように、イオン打ち込みプロセス
に続けて、イオン打ち込み領域に活性化アニール・プロ
セスを施す。この活性化アニール・プロセスは、通常、
He、Ar、N2 などの不活性ガス中、または、形成ガ
ス中で実行する。この活性化アニール・プロセスは、既
存のRTA(rapid thermal annealing:急速熱処理)ま
たは既存のファーネス(炉)アニールを用いて実行す
る。その際、単一の温度、または、様々な立ち上がり立
ち下がり温度サイクルのどちらを用いてもよい。再度強
調すると、この活性化アニール工程は、上部電極の形成
後に実行してもよい。
【0022】次に、図2に示すように、下部電極12の
少なくとも一部の上に高誘電率誘電体14を形成する。
ここで用いる「高誘電率誘電体」なる用語は、誘電率が
8超、好ましくは10〜50である誘電体を指してい
る。留意点を挙げると、ここで示すすべての誘電率は、
真空中の誘電率に対する比誘電率のことである。ただ
し、これと異なる旨の記載がある場合はこの限りではな
い。
【0023】本発明では、次に示すように極めて多様な
高誘電率誘電体を用いることができる(しかし、これら
に限定されない)。すなわち、2元金属酸化物、たとえ
ば、TiO2 、Ta25 、Al23 、Y23 、Z
rO2 、HfO2 、Gd2 3 、La23 、および、
これら2元金属酸化物のケイ酸塩、アルミン酸塩、オキ
シナイトライド、ならびに、ペロブスカイト型酸化物、
である。また、ここでは、このような高誘電率誘電体の
組み合わせおよび/または多層構造も考慮に入れてい
る。ペロブスカイト型酸化物は、結晶であっても非晶質
であってもよい。
【0024】高誘電率誘電体として本発明で使用しうる
ペロブスカイト型酸化物には、たとえば、次に示すもの
がある(ただし、これらに限定されない)。すなわち、
チタン酸塩系材料(すなわち、チタン酸バリウム、チタ
ン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム・ストロンチウ
ム、チタン酸鉛、チタン酸鉛亜鉛、チタン酸鉛ランタン
亜鉛、チタン酸バリウム亜鉛、および、チタン酸バリウ
ム・ランタン)、ニオブ酸塩系材料またはタンタル酸塩
系材料(たとえば、ニオブ酸鉛マグネシウム、ニオブ酸
リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タ
ンタル酸ストロンチウム・アルミニウム、および、ニオ
ブ酸カリウム・タンタル)、タングステン青銅系材料
(たとえば、ニオブ酸バリウム・ストロンチウム、ニオ
ブ酸鉛バリウム、および、ニオブ酸バリウム・チタ
ン)、ならびに、二分子層ペロブスカイト系材料(たと
えば、タンタル酸ストロンチウム・ビスマス、および、
チタン酸ビスマス)である。
【0025】上述した様々な高誘電率誘電体のうちで
は、2元酸化物すなわちアルミン酸塩の高誘電率誘電体
材料が好ましい。本発明で用いる最も好ましい2元酸化
物は、Al23 である。
【0026】本発明の高誘電率誘電体は、次に示す(し
かし、これらに限定されない)任意の既存の堆積プロセ
スを用いて形成する。すなわち、LPCVD(low-pres
surechemical vapor deposition: 減圧CVD〔化学気
相堆積〕)、ALCVD(atomic layer CVD: 原子層C
VD)、RTCVD(rapid thermal CVD:急速熱CV
D)、プラズマ支援CVD、PVD(Phisical vapor d
eposition:物理気相堆積)、スパッタリング、めっき、
蒸着、化学分解堆積(chemical solution depositio
n)、その他同様の堆積プロセスである。本発明の一部
の実施形態では、高誘電率誘電体をシリコン上に直接に
堆積している。高誘電率誘電体は、SiO2 などの酸化
物、Si34 などの窒化物、または、これらの組み合
わせから成る(約2nm以下の)層間超薄膜上に堆積す
ることもできる。これらの実施形態では、高誘電率誘電
体の堆積を600°C以下の温度で実行するのがきわめ
て望ましい。
【0027】本発明で用いる高誘電率誘電体の物理的な
厚さは、誘電率と同誘電体を形成する堆積プロセスとに
よって変化しうる。しかし、通常、本発明で用いる高誘
電率誘電体の物理的な厚さは、約5〜約100nmであ
り、約10〜約40nmがきわめて望ましい。
【0028】本発明の一部の実施形態では、高誘電率誘
電体の堆積工程に続けて堆積後アニールを施して高誘電
率誘電体層の特性を改善している。この堆積後アニール
としては、既存のファーネス・アニールとRTAの両者
を用いることができる。
【0029】高誘電率誘電体の堆積に続けて、任意実行
事項として、既存のリソグラフィとエッチングを用いて
高誘電率誘電体材料をパターニングしてもよい。リソグ
ラフィ工程には、フォトレジストの塗布、フォトレジス
トのパターニング、および、パターンの現像が含まれ
る。エッチング工程には、RIE(reactive-ion etchi
ng: 反応性イオン・エッチング)、イオン・ビーム・エ
ッチング、プラズマ・エッチングなど既存の任意のドラ
イ・エッチングを用いることができる。留意点を挙げる
と、このパターニング工程は、本発明の後方の工程、す
なわち上部電極形成後の工程で実行してもよい。
【0030】パターニングした(または未パターニング
の)高誘電率誘電体14の形成に続けて、高誘電率誘電
体14上に上部電極(ここでは被ドープSi含有電極と
も呼ぶ)16を形成する。本発明によると、上部電極1
6(図3参照)は、ポリSiGeを含みうる高濃度にド
ープしたポリシリコン層から成る。「高濃度にドープし
た」なる用語は、約1×1019原子/cm3 以上の(n
型またはp型の)ドーパント濃度を指している。高ドー
パント濃度にするのは、上部電極の直列抵抗を最小化す
るためである。留意点を挙げると、上部電極16は、隣
接するバイポーラ・デバイスの真性ベース層と同じ材料
から成る。
【0031】上部電極16の形成は、既存の堆積プロセ
スに続けてイオン打ち込みすることにより行なうか、あ
るいは、インサイチュ(in-situ:その場)ドーピング堆
積プロセスによって行なう。ドープした上部電極16の
形成に続けて、形成した構造体を上述した条件を用いて
アニールする。上部電極16の厚さは、変化しうるもの
であり、本発明にとって重要ではない。
【0032】デバイスの活性化に続けて、上部電極16
と高誘電率誘電体14を、任意実行事項として、上述し
たパターニング・プロセス、すなわち、リソグラフィと
エッチングを用いてパターニングする。本発明の一部の
実施形態では、エッチングの前に、形成中の構造体に対
してアモルファス(非晶質)化工程を実行する。このア
モルファス化工程には、イオン打ち込みなど既存のプロ
セスを用いる。
【0033】図4は、本発明の別の実施形態を示す図で
ある。この実施形態では、パターニングした高誘電率誘
電体14とパターニングした上部電極16の露出した側
壁に任意形成のスペーサ18を形成する。任意形成のス
ペーサ18は、酸化物または窒化物などの絶縁材料から
成り、当業者にとって周知の既存のプロセスを用いて形
成する。任意形成のスペーサ18を形成する際に、本発
明では、たとえば、RTCVDを用いる。
【0034】本発明では、高誘電率誘電体14の下およ
び/または上に拡散障壁層20を形成することも考慮し
ている。すなわち、下部電極12上および/または高誘
電率誘電体14上に任意形成の拡散障壁層20を形成す
る。図5は、下部電極12上および/または高誘電率誘
電体14上に拡散障壁層20を形成した実施形態を示す
図である。留意点を挙げると、図5に示す構造体は、パ
ターニング後のものである。
【0035】任意形成の拡散障壁層20は、酸化物、窒
化物、または、オキシナイトライドから成る。任意形成
の拡散障壁層20を形成した場合、その厚さは、約0.
5〜約2nmである。任意形成の拡散障壁層20の形成
は、堆積、熱酸化、窒化、または、オキシナイトライド
化など既存のプロセスを用いて行なう。任意形成の拡散
障壁層20を形成する際に本発明で用いうる好適な堆積
プロセスを次に示す(しかし、それらに限定されな
い)。すなわち、CVD、RTCVD、PECVD(pl
asma enhanced CVD:プラズマ増強CVD)、その他同様
の堆積プロセスである。本発明に係るMIS型キャパシ
タ中に任意形成の拡散障壁層を設けると、キャパシタ構
造体の界面の品質、熱安定性、および、拡散障壁特性が
改善される。
【0036】次に、図6〜図10を参照する。図6〜図
10は、本発明のポリ−ポリ型キャパシタを形成する際
に用いる基本製造工程を示す図である。本発明に係るプ
ロセスでは、まず、Si含有基板10中に形成した分離
領域22の少なくとも一部の上に下部電極12を形成す
る。この結果、図6に示す構造体が得られる。
【0037】図6に示す構造体を形成するには、当業者
にとって周知の既存の材料と製造工程を用いる。たとえ
ば、分離領域22には、LOCOS分離領域を用いても
よいしトレンチ分離領域を用いてもよい。本発明でLO
COS分離領域を用いる場合、LOCOS分離領域を形
成する際に、既存の、シリコンの局所酸化を用いる。本
発明でトレンチ分離領域を用いる場合には、次に示す製
造工程を用いてトレンチ分離領域を形成する。すなわ
ち、 (1)Si含有基板中にリソグラフィとエッチングを用
いてトレンチを形成する。 (2)酸化物などの誘電体裏地材料で当該トレンチの裏
地付けを行なう。 (3)裏地付けを行なったトレンチをTEOS(tetrae
thylorthosilicate:テトラエチルオルソシリケート)な
どのトレンチ誘電体材料で充填(じゅうてん)する。要
すれば、充填したトレンチは、当業者にとって周知の既
存のプロセスを用いて緻(ち)密化してもよい。また、
CMP(chemical-mechanical polishing:化学的機械的
研磨)など既存の平坦化プロセスを用いてもよい。
【0038】バイポーラ・デバイスのベース・ポリシリ
コン層から成る、ポリ−ポリ型キャパシタの下部電極1
2は、CVD、プラズマ支援CVD、スパッタリング、
蒸着、化学分解堆積、その他同様の堆積プロセスを用い
て形成する。本発明の一実施形態では、下部電極12は
ポリSiGeから成る。次いで、キャパシタ領域のベー
ス・ポリシリコン層を、既存のソース/ドレイン・イオ
ン打ち込みプロセスを用い、当業者に周知の打ち込み条
件でドープする。留意点を挙げると、このイオン打ち込
みは、バイポーラ・デバイスを形成したあとで行なう。
【0039】上述した既存の活性化アニール・プロセス
を実行したのち、下部電極12の少なくとも一部の上に
高誘電率誘電体14を形成する。これにより、図7に示
す構造体が得られる。留意点を挙げると、ポリ−ポリ型
キャパシタの高誘電率誘電体の形成には、MIS型キャ
パシタの場合について上述した様々な材料とプロセスを
用いることができる。
【0040】図8は、高誘電率誘電体14上への上部電
極16の形成と結果として得られる構造体を示す図であ
る。留意点を挙げると、ポリ−ポリ型キャパシタの上部
電極の形成は、MIS型キャパシタの上部電極の形成方
法について上述したのと同様にして行なうことができ
る。したがって、ここでは、ポリ−ポリ型キャパシタの
上部電極の形成方法の説明は割愛する。また、MIS型
キャパシタの場合と同様に、ポリ−ポリ型キャパシタの
上部電極にポリSiGeを用いてもよい。
【0041】図9は、図8のポリ−ポリ型キャパシタ構
造体のパターニングしたキャパシタの露出した端面に任
意形成のスペーサ18を設けたものの図である。MIS
型キャパシタの場合と同様に、高誘電率誘電体14と上
部電極16をエッチングする前に、この実施形態でもア
モルファス化工程を行なってもよい。
【0042】ポリ−ポリ型キャパシタでも、上述した任
意形成の拡散障壁層20を高誘電率誘電体14の下およ
び/または上に形成してもよい。図10は、下部電極1
2上および高誘電率誘電体14上に任意形成の拡散障壁
層20を形成した構造体を示す図である。
【0043】好適な実施形態について本発明を特に示す
とともに記述したけれども、当業者が理解しうるよう
に、本発明の本旨と範囲のうちで、形状および詳細にお
いて上述した変形および他の変形を行ないうる。したが
って、本発明は、上述したとおりの形態と詳細に限定さ
れず、特許請求の範囲の範囲内のものである。
【0044】まとめとして以下の事項を開示する。 (1)(a)Si含有基板中に下部電極をイオン打ち込
みする工程と、(b)前記下部電極の少なくとも一部の
上に誘電率が約8.0超の高誘電率(high-k) 誘電体を
形成する工程と、(c)前記高誘電率誘電体上にバイポ
ーラ・デバイスの真性ベース・ポリシリコン層から成る
被ドープSi含有電極を形成する工程を備えた、金属−
絶縁物−シリコン(MIS)型キャパシタの製造方法。 (2)前記工程(a)が、大ドーズ量のリーチスルー領
域を形成するすイオン打ち込み工程を含んでおり、この
イオン打ち込み工程が、約1×1019原子/cm3 以上
のドーパント濃度の被ドープ領域を形成するものであ
る、上記(1)に記載の方法。 (3)前記イオン打ち込みする工程に続けて、前記下部
電極を不活性ガス中でアニールする、上記(1)に記載
の方法。 (4)前記高誘電率誘電体を、減圧CVD、原子層CV
D、急速熱CVD、プラズマ支援CVD、PVD、スパ
ッタリング、めっき、蒸着、および、化学分解堆積から
成る群から選択した堆積プロセスで形成する、上記
(1)に記載の方法。 (5)前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化物、ケイ酸
塩、アルミン酸塩、2元金属酸化物のオキシナイトライ
ド、または、ペロブスカイト型酸化物から成る、上記
(1)に記載の方法。 (6)前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化物、また
は、2元金属酸化物のアルミン酸塩から成る、上記
(5)に記載の方法。 (7)前記高誘電率誘電体が、Al23 から成る、上
記(6)に記載の方法。 (8)前記高誘電率誘電体の厚さが、約5〜約100n
mである、上記(1)に記載の方法。 (9)前記高誘電率誘電体を形成する前の前記下部電極
上に、前記高誘電率誘電体上に、または、前記高誘電率
誘電体を形成する前の前記下部電極上、および、前記高
誘電率誘電体上に拡散障壁層を形成する、上記(1)に
記載の方法。 (10)前記工程(c)を実行したのち、前記高誘電率
誘電体および前記被ドープSi含有電極をパターニング
する、上記(1)に記載の方法。 (11)前記パターニングが、リソグラフィおよびエッ
チングを含む、上記(10)に記載の方法。 (12)前記被ドープSi含有電極が、ポリSiGeか
ら成る、上記(1)に記載の方法。 (13)前記被ドープSi含有電極を、堆積およびイオ
ン打ち込み、または、インサイチュ・ドーピング堆積プ
ロセスによって形成する、上記(1)に記載の方法。 (14)前記パターニングした高誘電率誘電体および前
記パターニングした被ドープSi含有電極の露出した側
壁に、スペーサを形成する、上記(10)に記載の方
法。 (15)前記リソグラフィ工程に、アモルファス化工程
が続く、上記(11)に記載の方法。 (16)Si含有基板の表面にイオン打ち込みされた下
部電極と、前記イオン打ち込みされた下部電極の一部の
上に形成された誘電率が約8超の高誘電率誘電体と、前
記高誘電率誘電体上に形成された被ドープSi含有電極
とを備え、前記被ドープSi含有電極が、バイポーラ・
デバイスの真性ベース・ポリシリコン層から成る、バイ
ポーラ・デバイスとともに集積化されたMIS型キャパ
シタ。 (17)前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化物、ケイ
酸塩、アルミン酸塩、2元金属酸化物のオキシナイトラ
イド、または、ペロブスカイト型酸化物から成る、上記
(16)に記載のMIS型キャパシタ。 (18)前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化物、また
は、2元金属酸化物のアルミン酸塩から成る、上記(1
7)に記載のMIS型キャパシタ。 (19)前記高誘電率誘電体が、Al23 から成る、
上記(18)に記載のMIS型キャパシタ。 (20)前記被ドープSi含有電極が、ポリSiGeか
ら成る、上記(16)に記載のMIS型キャパシタ。 (21)前記高誘電率誘電体および前記被ドープSi含
有電極の露出したすべての側壁に、スペーサが設けられ
ている、上記(16)に記載のMIS型キャパシタ。 (22)前記下部電極と前記高誘電率誘電体との間に、
前記高誘電率誘電体と前記被ドープSi含有電極と間
に、または、前記下部電極と前記高誘電率誘電体との
間、および、前記高誘電率誘電体と前記被ドープSi含
有電極と間に、拡散障壁層が設けられている、上記(1
6)に記載のMIS型キャパシタ。 (23)(a)少なくとも分離領域上にベース・ポリシ
リコン層を形成する工程と、(b)分離領域の少なくと
も一部の上に誘電率が約8.0超の高誘電率誘電体を形
成する工程と、(c)前記高誘電率誘電体上にバイポー
ラ・デバイスの真性ベース・ポリシリコン層から成る被
ドープSi含有電極を形成する工程を備えたポリ−ポリ
型キャパシタの製造方法。 (24)前記分離領域が、シリコン局所酸化領域、また
は、トレンチ分離領域である、上記(23)に記載の方
法。 (25)前記ベース・ポリシリコン層を、CVD、プラ
ズマ支援CVD、スパッタリング蒸着、および、化学分
解堆積から成る群から選択した堆積プロセスで形成す
る、上記(23)に記載の方法。 (26)前記ベース・ポリシリコン層を、イオン打ち込
みによってドープする、上記(23)に記載の方法。 (27)前記ベース・ポリシリコン層が、ポリSiGe
から成る、上記(23)に記載の方法。 (28)前記高誘電率誘電体を、減圧CVD、原子層C
VD、急速熱CVD、プラズマ支援CVD、PVD、ス
パッタリング、めっき、蒸着、および、化学分解堆積か
ら成る群から選択した堆積プロセスで形成する、上記
(23)に記載の方法。 (29)前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化物、ケイ
酸塩、アルミン酸塩、2元金属酸化物のオキシナイトラ
イド、または、ペロブスカイト型酸化物から成る、上記
(23)に記載の方法。 (30)前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化物、また
は、2元金属酸化物のアルミン酸塩から成る、上記(2
9)に記載の方法。 (31)前記高誘電率誘電体が、Al23 から成る、
上記(30)に記載の方法。 (32)前記高誘電率誘電体の厚さが、約5〜約100
nmである、上記(23)に記載の方法。 (33)前記高誘電率誘電体を形成する前の前記下部電
極上に、前記高誘電率誘電体上に、または、前記高誘電
率誘電体を形成する前の前記下部電極上、および、前記
高誘電率誘電体上に拡散障壁層を形成する、上記(2
3)に記載の方法。 (34)前記工程(c)を実行したのち、前記高誘電率
誘電体および前記被ドープSi含有電極をパターニング
する、上記(23)に記載の方法。 (35)前記パターニングが、リソグラフィおよびエッ
チングを含む、上記(34)に記載の方法。 (36)前記被ドープSi含有電極が、ポリSiGeか
ら成る、上記(23)に記載の方法。 (37)前記被ドープSi含有電極を、堆積およびイオ
ン打ち込み、または、インサイチュ・ドーピング堆積プ
ロセスによって形成する、上記(23)に記載の方法。 (38)前記パターニングした高誘電率誘電体および前
記パターニングした被ドープSi含有電極の露出した側
壁に、スペーサを形成する、上記(34)に記載の方
法。 (39)前記リソグラフィ工程に、アモルファス化工程
が続く、上記(35)に記載の方法。 (40)Si含有基板中に存在する分離領域上に形成さ
れた下部ポリシリコン電極と、前記イオン打ち込みされ
た下部電極の一部の上に形成された誘電率が約8超の高
誘電率誘電体と、前記高誘電率誘電体上に形成された被
ドープSi含有電極とを備え、前記被ドープSi含有電
極が、バイポーラ・デバイスの真性ベース・ポリシリコ
ン層から成る、ポリ−ポリ型キャパシタ。 (41)前記下部ポリシリコン電極が、ポリSiGeか
ら成る、上記(40)に記載のポリ−ポリ型キャパシ
タ。 (42)前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化物、ケイ
酸塩、アルミン酸塩、2元金属酸化物のオキシナイトラ
イド、または、ペロブスカイト型酸化物から成る、上記
(40)に記載のポリ−ポリ型キャパシタ。 (43)前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化物、また
は、2元金属酸化物のアルミン酸塩から成る、上記(4
2)に記載のポリ−ポリ型キャパシタ。 (44)前記高誘電率誘電体が、Al23 から成る、
上記(43)に記載のポリ−ポリ型キャパシタ。 (45)前記被ドープSi含有電極が、ポリSiGeか
ら成る、上記(40)に記載のポリ−ポリ型キャパシ
タ。 (46)前記高誘電率誘電体および前記被ドープSi含
有電極の露出したすべての側壁に、スペーサが設けられ
ている、上記(40)に記載のポリ−ポリ型キャパシ
タ。 (47)前記下部電極と前記高誘電率誘電体との間に、
前記高誘電率誘電体と前記被ドープSi含有電極と間
に、または、前記下部電極と前記高誘電率誘電体との
間、および、前記高誘電率誘電体と前記被ドープSi含
有電極と間に、拡散障壁層が設けられている、上記(4
0)に記載のポリ−ポリ型キャパシタ。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るMIS型キャパシタの、製造工
程における断面図である。
【図2】 本発明に係るMIS型キャパシタの、製造工
程における断面図である。
【図3】 本発明に係るMIS型キャパシタの、製造工
程における断面図である。
【図4】 本発明に係るMIS型キャパシタの、製造工
程における断面図である。
【図5】 本発明に係るMIS型キャパシタの、製造工
程における断面図である。
【図6】 本発明に係るポリ−ポリ型キャパシタの、製
造工程における断面図である。
【図7】 本発明に係るポリ−ポリ型キャパシタの、製
造工程における断面図である。
【図8】 本発明に係るポリ−ポリ型キャパシタの、製
造工程における断面図である。
【図9】 本発明に係るポリ−ポリ型キャパシタの、製
造工程における断面図である。
【図10】 本発明に係るポリ−ポリ型キャパシタの、
製造工程における断面図である。
【符号の説明】
10 Si含有基板 12 下部電極 14 高誘電率誘電体 16 上部電極 18 スペーサ 20 拡散障壁層 22 分離領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/04 27/06 29/73 (72)発明者 アーン・ダブリュー・バランタイン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 12151、 ラウンド レーク、コーベル アベニュー 25 (72)発明者 ダグラス・エイ・ブキャナン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 10567、 コートランド メイナー、イースト コー ズウエイ 10 (72)発明者 エデュアルド・エイ・カルティエ ベルギー国 ルーベン、ティーンセベスト 70、ビー3000 (72)発明者 ダグラス・ディー・クールボー アメリカ合衆国 バーモント州 05452、 エセックス ジャンクション、セージ サ ークル 21 (72)発明者 エフゲニ・ピー・ゴウセフ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 10548、 マホパック、レイブン ロード 10 (72)発明者 ハラルド・エフ・オコーン−シュミット アメリカ合衆国 ニューヨーク州、プット ナム バレー、ウエスト アベニュー 27 Fターム(参考) 5F003 AZ03 BB07 BB08 BJ18 BM01 BM06 BP42 5F038 AC03 AC05 AC15 AC16 AC17 AC18 EZ02 EZ06 EZ13 EZ14 EZ15 EZ17 EZ20 5F048 AC05 AC10 BA14 BA16 BG12 BG13 CA00 CA14 5F082 BA26 BC13 CA01 CA07 EA09 EA27 EA45

Claims (47)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)Si含有基板中に下部電極をイオン
    打ち込みする工程と、 (b)前記下部電極の少なくとも一部の上に誘電率が約
    8.0超の高誘電率(high-k) 誘電体を形成する工程
    と、 (c)前記高誘電率誘電体上にバイポーラ・デバイスの
    真性ベース・ポリシリコン層から成る被ドープSi含有
    電極を形成する工程を備えた、金属−絶縁物−シリコン
    (MIS)型キャパシタの製造方法。
  2. 【請求項2】前記工程(a)が、 大ドーズ量のリーチスルー領域を形成するすイオン打ち
    込み工程を含んでおり、 このイオン打ち込み工程が、約1×1019原子/cm3
    以上のドーパント濃度の被ドープ領域を形成するもので
    ある、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】前記イオン打ち込みする工程に続けて、前
    記下部電極を不活性ガス中でアニールする、請求項1に
    記載の方法。
  4. 【請求項4】前記高誘電率誘電体を、 減圧CVD、原子層CVD、急速熱CVD、プラズマ支
    援CVD、PVD、スパッタリング、めっき、蒸着、お
    よび、化学分解堆積から成る群から選択した堆積プロセ
    スで形成する、請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化物、
    ケイ酸塩、アルミン酸塩、2元金属酸化物のオキシナイ
    トライド、または、ペロブスカイト型酸化物から成る、
    請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化物、
    または、2元金属酸化物のアルミン酸塩から成る、請求
    項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】前記高誘電率誘電体が、Al23 から成
    る、請求項6に記載の方法。
  8. 【請求項8】前記高誘電率誘電体の厚さが、約5〜約1
    00nmである、請求項1に記載の方法。
  9. 【請求項9】前記高誘電率誘電体を形成する前の前記下
    部電極上に、 前記高誘電率誘電体上に、 または、 前記高誘電率誘電体を形成する前の前記下部電極上、お
    よび、前記高誘電率誘電体上に拡散障壁層を形成する、
    請求項1に記載の方法。
  10. 【請求項10】前記工程(c)を実行したのち、 前記高誘電率誘電体および前記被ドープSi含有電極を
    パターニングする、請求項1に記載の方法。
  11. 【請求項11】前記パターニングが、リソグラフィおよ
    びエッチングを含む、請求項10に記載の方法。
  12. 【請求項12】前記被ドープSi含有電極が、ポリSi
    Geから成る、請求項1に記載の方法。
  13. 【請求項13】前記被ドープSi含有電極を、堆積およ
    びイオン打ち込み、または、インサイチュ・ドーピング
    堆積プロセスによって形成する、請求項1に記載の方
    法。
  14. 【請求項14】前記パターニングした高誘電率誘電体お
    よび前記パターニングした被ドープSi含有電極の露出
    した側壁に、スペーサを形成する、請求項10に記載の
    方法。
  15. 【請求項15】前記リソグラフィ工程に、アモルファス
    化工程が続く、請求項11に記載の方法。
  16. 【請求項16】Si含有基板の表面にイオン打ち込みさ
    れた下部電極と、 前記イオン打ち込みされた下部電極の一部の上に形成さ
    れた誘電率が約8超の高誘電率誘電体と、 前記高誘電率誘電体上に形成された被ドープSi含有電
    極とを備え、 前記被ドープSi含有電極が、バイポーラ・デバイスの
    真性ベース・ポリシリコン層から成る、バイポーラ・デ
    バイスとともに集積化されたMIS型キャパシタ。
  17. 【請求項17】前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化
    物、ケイ酸塩、アルミン酸塩、2元金属酸化物のオキシ
    ナイトライド、または、ペロブスカイト型酸化物から成
    る、請求項16に記載のMIS型キャパシタ。
  18. 【請求項18】前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化
    物、または、2元金属酸化物のアルミン酸塩から成る、
    請求項17に記載のMIS型キャパシタ。
  19. 【請求項19】前記高誘電率誘電体が、Al23 から
    成る、請求項18に記載のMIS型キャパシタ。
  20. 【請求項20】前記被ドープSi含有電極が、ポリSi
    Geから成る、請求項16に記載のMIS型キャパシ
    タ。
  21. 【請求項21】前記高誘電率誘電体および前記被ドープ
    Si含有電極の露出したすべての側壁に、スペーサが設
    けられている、請求項16に記載のMIS型キャパシ
    タ。
  22. 【請求項22】前記下部電極と前記高誘電率誘電体との
    間に、 前記高誘電率誘電体と前記被ドープSi含有電極と間
    に、 または、 前記下部電極と前記高誘電率誘電体との間、および、前
    記高誘電率誘電体と前記被ドープSi含有電極と間に、
    拡散障壁層が設けられている、請求項16に記載のMI
    S型キャパシタ。
  23. 【請求項23】(a)少なくとも分離領域上にベース・
    ポリシリコン層を形成する工程と、 (b)分離領域の少なくとも一部の上に誘電率が約8.
    0超の高誘電率誘電体を形成する工程と、 (c)前記高誘電率誘電体上にバイポーラ・デバイスの
    真性ベース・ポリシリコン層から成る被ドープSi含有
    電極を形成する工程を備えたポリ−ポリ型キャパシタの
    製造方法。
  24. 【請求項24】前記分離領域が、シリコン局所酸化領
    域、または、トレンチ分離領域である、請求項23に記
    載の方法。
  25. 【請求項25】前記ベース・ポリシリコン層を、 CVD、プラズマ支援CVD、スパッタリング蒸着、お
    よび、化学分解堆積から成る群から選択した堆積プロセ
    スで形成する、請求項23に記載の方法。
  26. 【請求項26】前記ベース・ポリシリコン層を、イオン
    打ち込みによってドープする、請求項23に記載の方
    法。
  27. 【請求項27】前記ベース・ポリシリコン層が、ポリS
    iGeから成る、請求項23に記載の方法。
  28. 【請求項28】前記高誘電率誘電体を、 減圧CVD、原子層CVD、急速熱CVD、プラズマ支
    援CVD、PVD、スパッタリング、めっき、蒸着、お
    よび、化学分解堆積から成る群から選択した堆積プロセ
    スで形成する、請求項23に記載の方法。
  29. 【請求項29】前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化
    物、ケイ酸塩、アルミン酸塩、2元金属酸化物のオキシ
    ナイトライド、または、ペロブスカイト型酸化物から成
    る、請求項23に記載の方法。
  30. 【請求項30】前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化
    物、または、2元金属酸化物のアルミン酸塩から成る、
    請求項29に記載の方法。
  31. 【請求項31】前記高誘電率誘電体が、Al23 から
    成る、請求項30に記載の方法。
  32. 【請求項32】前記高誘電率誘電体の厚さが、約5〜約
    100nmである、請求項23に記載の方法。
  33. 【請求項33】前記高誘電率誘電体を形成する前の前記
    下部電極上に、 前記高誘電率誘電体上に、 または、 前記高誘電率誘電体を形成する前の前記下部電極上、お
    よび、前記高誘電率誘電体上に拡散障壁層を形成する、
    請求項23に記載の方法。
  34. 【請求項34】前記工程(c)を実行したのち、 前記高誘電率誘電体および前記被ドープSi含有電極を
    パターニングする、請求項23に記載の方法。
  35. 【請求項35】前記パターニングが、リソグラフィおよ
    びエッチングを含む、請求項34に記載の方法。
  36. 【請求項36】前記被ドープSi含有電極が、ポリSi
    Geから成る、請求項23に記載の方法。
  37. 【請求項37】前記被ドープSi含有電極を、堆積およ
    びイオン打ち込み、または、インサイチュ・ドーピング
    堆積プロセスによって形成する、請求項23に記載の方
    法。
  38. 【請求項38】前記パターニングした高誘電率誘電体お
    よび前記パターニングした被ドープSi含有電極の露出
    した側壁に、スペーサを形成する、請求項34に記載の
    方法。
  39. 【請求項39】前記リソグラフィ工程に、アモルファス
    化工程が続く、請求項35に記載の方法。
  40. 【請求項40】Si含有基板中に存在する分離領域上に
    形成された下部ポリシリコン電極と、 前記イオン打ち込みされた下部電極の一部の上に形成さ
    れた誘電率が約8超の高誘電率誘電体と、 前記高誘電率誘電体上に形成された被ドープSi含有電
    極とを備え、 前記被ドープSi含有電極が、バイポーラ・デバイスの
    真性ベース・ポリシリコン層から成る、ポリ−ポリ型キ
    ャパシタ。
  41. 【請求項41】前記下部ポリシリコン電極が、ポリSi
    Geから成る、請求項40に記載のポリ−ポリ型キャパ
    シタ。
  42. 【請求項42】前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化
    物、ケイ酸塩、アルミン酸塩、2元金属酸化物のオキシ
    ナイトライド、または、ペロブスカイト型酸化物から成
    る、請求項40に記載のポリ−ポリ型キャパシタ。
  43. 【請求項43】前記高誘電率誘電体が、2元金属酸化
    物、または、2元金属酸化物のアルミン酸塩から成る、
    請求項42に記載のポリ−ポリ型キャパシタ。
  44. 【請求項44】前記高誘電率誘電体が、Al23 から
    成る、請求項43に記載のポリ−ポリ型キャパシタ。
  45. 【請求項45】前記被ドープSi含有電極が、ポリSi
    Geから成る、請求項40に記載のポリ−ポリ型キャパ
    シタ。
  46. 【請求項46】前記高誘電率誘電体および前記被ドープ
    Si含有電極の露出したすべての側壁に、スペーサが設
    けられている、請求項40に記載のポリ−ポリ型キャパ
    シタ。
  47. 【請求項47】前記下部電極と前記高誘電率誘電体との
    間に、 前記高誘電率誘電体と前記被ドープSi含有電極と間
    に、 または、 前記下部電極と前記高誘電率誘電体との間、および、前
    記高誘電率誘電体と前記被ドープSi含有電極と間に、
    拡散障壁層が設けられている、請求項40に記載のポリ
    −ポリ型キャパシタ。
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