JP3032227B2

JP3032227B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3032227B2
Application number: JP2089202A
Authority: JP
Inventors: 敏彦薄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1990-04-05
Publication date: 2000-04-10
Anticipated expiration: 2015-04-10
Also published as: JPH03288468A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体装置およびその製造方法に関するも
ので、特にスタックト・キャパシタに関するものであ
る。

（従来の技術）従来、半導体記憶装置に広く用いられているスタック
ト・キャパシタの製造方法について図面を参照しながら
説明する。

まず、第３図（ａ）に示すように、Ｎ型拡散層１を形
成したシリコン基板２上に、絶縁膜３をCVD（Chemical
Vapor Deposition）法により堆積する。そして、フォト
リソグラフィー技術により、この絶縁膜３上にフォトマ
スク４を形成する。

次に、同図（ｂ）に示すように、このフォトマスク
（図示せず）を通してRIE（Reactive Ion Etching）す
ることにより、絶縁膜３に開孔部を設け、拡散層１の表
面を露出させる。この後、フォトマスクは剥離する。

次に、同図（ｃ）に示すように、全面に第１のポリシ
リコン膜５を減圧気相成長法により、約2000Å堆積させ
た後、拡散層１と同一導電性のイオンを注入する。さら
にこの後、アニール処理を施すことにより、不純物イオ
ンを活性化するとともに拡散層１と第１のポリシリコン
膜５とのオーミック接合を実現する。

次に、同図（ｄ）に示すように、フォトマスク（図示
せず）を利用してエッチングすることにより第１のポリ
シリコン膜を所望の形にパターニングする。以後、この
第１のポリシリコン膜５を下部電極と呼ぶことにする。

次に、同図（ｅ）に示すように、温度700℃の条件
で、減圧気相成長法により、厚さ60Åの窒化膜６を全面
に堆積し、さらにその表面を熱酸化することにより、窒
化膜６上に酸化膜７を形成する。これらの窒化膜６と酸
化膜７とからなる二層構造部分は、スタックト・キャパ
シタの絶縁膜として作用する。ここでは、窒化膜６とし
てSiNを用いる。

次に、第２のポリシリコン膜８を第１のポリシリコン
膜５と同様な手段を用いて堆積させ、この第２のポリシ
リコン膜８にＰ（燐）を固相拡散させることにより第２
のポリシリコン膜８に導電率を持たせる。

最後に、同図（ｆ）に示すように、この第２のポリシ
リコン膜８を所望の形にパターニングする。以後、この
第２のポリシリコン膜８を上部電極と呼ぶことにする。

以上、同図（ａ）乃至（ｆ）に示したような工程によ
り、下部電極と上部電極との間に二層構造を有するスタ
ックト・キャパシタが完成する。

しかし、上記のような製造方法には以下のような問題
点がある。

近来、素子の微細化にともなって、十分なキャパシタ
容量確保のため、キャパシタ絶縁膜の薄膜化が精力的に
進められている。窒化膜上に酸化膜を形成した二層構造
においては、窒化膜の厚さを可能な限り薄くし、かつ、
誘電率の小さい酸化膜の割合を小さくすることで薄膜化
を実現しようとしている。ところが、窒化膜の堆積は、
減圧気相成長法を用いて行われるため、高温の気相成長
炉にウェーハを挿入する際に、空気中の酸素で下部電極
である第１のポリシリコン膜の表面が酸化される。その
結果、無視できない厚さの自然酸化膜が下部電極上に成
長し、絶縁膜は、酸化膜−窒化膜−酸化膜の三層構造と
なり、理論的にあらかじめ予想した膜厚よりも厚く形成
される。この様子が第４図に示されており、下部電極で
ある第１のポリシリコン膜５と窒化膜６との間に、自然
酸化膜５′が形成されている。例えば、第１のポリシリ
コン膜上に、厚さ60ÅのSiN膜を堆積させ、800℃の酸素
雰囲気中で約１時間ほど酸化した場合には、第１のポリ
シリコン膜上には、酸化膜換算で、約37Åの二層構造の
絶縁膜が形成されるはずである。これは、SiN膜の誘電
率7.5が、酸化膜（SiO₂）の誘電率3.9に対し大きいため
である。しかし、実際には、第１のポリシリコン膜とSi
N膜との間には約15Åの自然酸化膜が成長し、第１のポ
リシリコン膜上には酸化膜換算で厚さ約52Åの三層構造
の絶縁膜が形成されてしまう。この三層構造の絶縁膜に
占める自然酸化膜の厚さは、実に約30％にもなってい
る。しかもこの自然酸化膜の誘電率はSiN膜に比べてか
なり小さいため、薄膜化によるキャパシタの容量確保に
対し大きな妨げとなっている。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来の技術によれば、窒化膜を堆積する
工程において、ポリシリコン膜上に自然酸化膜が成長し
てしまうという欠点があった。

本発明は、上記のような欠点に鑑みなされたもので、
その目的は、自然酸化膜をほとんど成長させることなく
窒化膜を堆積し、より薄い絶縁膜を実現することにより
十分なキャパシタ容量の半導体装置を得ることである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、
少なくとも一部が半導体基板上に形成され、かつ、不純
物を導入されて成る第１のポリシリコン膜と、この第１
のポリシリコン膜上に形成された高融点金属膜と、この
高融点膜上に形成された窒化膜と、この窒化膜上に形成
された酸化膜と、この酸化膜上に形成され、不純物を導
入されて成る第２のポリシリコン膜とを有し、前記第１
のポリシリコン膜と前記高融点金属膜とを第１の電極、
前記第２のポリシリコン膜を第２の電極とすることを特
徴とする。

また、本発明の半導体装置の製造方法は、第１のポリ
シリコン膜に不純物を導入する工程と、前記第１のポリ
シリコン膜上に高融点金属膜を形成する工程と、前記高
融点金属膜上に減圧気相成長法により窒化膜を堆積する
工程と、前記窒化膜上に酸化膜を形成する工程と、前記
酸化膜上に第２のポリシリコン膜を堆積する工程と、前
記第２のポリシリコン膜に不純物を導入する工程とを具
備することを特徴とする。

（作用）上記の半導体装置およびそのの製造方法においては、
第１のポリシリコン膜上に、高融点金属膜を堆積してい
ることにより、第１のポリシリコン膜上に自然酸化膜が
成長することがない。この結果、所望の厚さの絶縁膜を
実現し、十分なキャパシタ容量を確保することができ
る。

（実施例）以下、本発明に係る半導体装置およびその製造方法を
第１図を参照して説明する。

まず、第１図（ａ）に示すように、Ｎ型拡散層11を形
成したシリコン基板12上に、絶縁膜13をCVD法により堆
積する。そして、フォトリソグラフィー技術により、そ
の絶縁膜13上にフォトマスク14を形成する。

次に、同図（ｂ）に示すように、このフォトマスク
（図示せず）を通してRIEすることにより、絶縁膜13に
開孔部を設け、拡散層11の表面を露出させる。この後、
フォトマスク14は剥離する。

次に、同図（ｃ）に示すように、拡散層11上とシリコ
ン基板12上とに第１のポリシリコン膜15を減圧CVD法に
より、約2000Å堆積させた後、拡散層11と同一導電性の
イオンを注入する。

次に、同図（ｄ）に示すように、スパッタリングによ
り高融点金属膜であるモリブデン膜15′を第１のポリシ
リコン膜15上に約500Å堆積させる。

次に、同図（ｅ）に示すように、フォトマスク（図示
せず）を通してエッチングすることにより、モリブデン
膜15′と第１のポリシリコン膜15とを所望の形にパター
ニングする。以後、この第１のポリシリコン膜15とモリ
ブデン膜15′とを下部電極と呼ぶことにする。

次に、窒化膜を堆積させるために、前記工程を経たウ
ェーハをCVD炉（化学気相成長炉）に導入する。この
際、モリブデン膜15′の表面は、空気中の酸素により酸
化され、酸化モリブデン（MoO₃）が生じている（図示せ
ず）。

次に、このCVD炉を窒素雰囲気、温度700℃、気圧数mT
orrの減圧状態にし、ウェーハをこのCVD炉中に放置す
る。このとき、モリブデン膜15′表面の酸化モリブデン
膜は激しく昇華する。これは、酸化モリブデンはもとも
と昇華しやすく、減圧状態では非常に昇華しやすい特徴
があるためである。

そして、ウェーハを約30分間、上記の条件のCVD炉中
に放置し、酸化モリブデンを十分に昇華させた後、この
CVD炉にジクロルシランとアンモニアを流し、同図
（ｆ）に示すように、モリブデン膜上と絶縁膜13上とに
厚さ60Åの窒化膜16を堆積させる。ここでは、窒化膜と
してSiNを用いる。この後、窒化膜16の表面を熱酸化す
ることにより、窒化膜16上に酸化膜17を形成する。これ
らの窒化膜16と酸化膜17からなる二層構造部分は、スタ
ックト・キャパシタの絶縁膜として作用する。なお、こ
の時点で、モリブデン膜は、下部電極である第１のポリ
シリコン膜15とシリサイド反応を起こし、モリブデンシ
リサイド15″となり、完全なオーミック接合が実現され
ている。

次に、同図（ｇ）に示すように、第２のポリシリコン
膜18を第１のポリシリコン膜15と同様な手段を用いて堆
積させ、このポリシリコン膜18にＰ（燐）を固相拡散さ
せることにより第２のポリシリコン膜18の導電率を高め
る。最後に、この第２のポリシリコン膜18を所望の形に
パターニングする。なお、以後、この第２のポリシリコ
ン膜18を上部電極と呼ぶことにする。

以上、同図（ａ）乃至（ｇ）に示したような工程によ
り、下部電極と上部電極との間に所望の厚さの二層構造
の絶縁膜を有するスタックト・キャパシタが完成する。

なお、本実施例においては、高融点金属膜としてモリ
ブデンを用いたが、酸化物が昇華性を有するものであれ
ば、他の高融点金属膜を用いてもよい。

また、電極となるポリシリコン膜に対する不純物の導
入は、ポリシリコン膜を堆積する際に、同時に行われて
もよく、フォスフィン（PH₃）を用いたIn Situ Doped P
oly法やSequential Doped Poly法を用いてもよい。

さらに、第１のポリシリコン膜を形成せず、下部電極
として高融点金属膜のみを使用してもよい。この場合に
は、下部電極の厚さを薄くできるので、キャパシタ上部
の形状を平坦にすることができ、金属配線の断線などの
防止に対し効果がある。

最後に、本発明により作成したスタックト・キャパシ
タと従来の方法により作成したものとで絶縁膜厚の比較
を行った結果を第２図に示す。同図は、横軸に形成した
窒化膜の厚さをとり、縦軸には、最後に得られたキャパ
シタから電気的に見積った絶縁膜厚の酸化膜換算厚をと
り作成したものである。Ａで示されるのが本発明を用い
た場合の特性であり、Ｂで示されるのが従来の場合の特
性である。

本発明の効果を検証するために、モリブデン膜上、あ
るいはポリシリコン膜上に、種々の膜厚の窒化膜を堆積
させ、さらに窒化膜表面を800℃で１時間酸化すること
により、二層構造あるいは三層構造の絶縁膜を形成した
後、上部電極を形成し、キャパシタを作成した。そし
て、絶縁膜の厚さは、キャパシタ容量から、誘電率を3.
9として求めた。本発明を用いた場合の膜厚（同図Ａ）
は、従来の場合の膜厚（同図Ｂ）と比較して、約15Å絶
縁膜厚が減少している。この値は、ポリシリコン膜上に
成長する自然酸化膜の厚さに相当し、自然酸化膜が形成
されていないことが分かる。

［発明の効果］このように、本発明では、自然酸化膜のない良好な二
層構造の絶縁膜を形成することが可能となり、絶縁膜の
薄膜化を効率的に行い、十分なキャパシタ容量の半導体
装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を用いたスタックト・キャパシタの製
造工程を示す断面図、第２図は、絶縁膜厚さを比較する
ための特性図、第３図および第４図は、従来の技術によ
るスタックト・キャパシタの製造工程を示す断面図であ
る。 11……拡散層、12……シリコン基板、13……絶縁膜、qa
15……第１のポリシリコン膜、15′……モリブデン膜1
5″……モリブデンシリサイド、16……窒化膜、17……
酸化膜、18……第２のポリシリコン膜。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のポリシリコン膜に不純物を導入する
工程と、前記第１のポリシリコン膜上にその酸化物が昇華性を有
する高融点金属膜を形成する工程と、減圧気相成長法により前記高融点金属膜上に生成された
酸化物を昇華させ、前記高融点金属膜上に窒化膜を堆積
する工程と、前記窒化膜上に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜上に第２のポリシリコン膜を堆積する工程
と、前記第２のポリシリコン膜に不純物を導入する工程とを
具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記高融点金属は、モリブデンであること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。