JP3112073B2

JP3112073B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3112073B2
Application number: JP09311852A
Authority: JP
Inventors: 聡神山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 2000-11-27
Anticipated expiration: 2017-11-13
Also published as: JPH11145423A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に、高誘電率膜を用いたＤＲＡＭの容量
素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】２５６ＭビットＤＲＡＭの開発以降にお
ける超ＬＳＩメモリデバイスの容量素子に関しては、単
位面積当たりの容量値を大きくできる、所謂、高誘電率
を有した容量絶縁膜の採用が検討されている。このよう
な容量絶縁膜の中で、減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）
法による酸化タンタル膜は、優れたステップカバレッジ
性を有していることから、多くの研究がなされている。
例えば、図７を参照して具体的に説明すると、容量絶縁
膜として酸化タンタル膜を用いた従来のＤＲＡＭのスタ
ック型の容量素子の製造方法は、以下の要領でなされ
る。

【０００３】まず、Ｐ型シリコン基板（図示せず）表面
にトランジスタ（図示せず）を形成する。このトランジ
スタを層間絶縁膜４７により覆い、この層間絶縁膜４７
にトランジスタのＮ型のソース、ドレイン領域の一方に
達するコンタクト孔５８を形成する。そして、このコン
タクト孔５８を介して、上述のＮ型のソース、ドレイン
領域に接続されるビット線５６を、層間絶縁膜４７表面
上に形成する。また、その上に層間絶縁膜４８を形成し
て、ビット線５６を含めて、層間絶縁膜４７の表面上を
覆う。

【０００４】次いで、層間絶縁膜４７、４８を貫通し
て、前記トランジスタのソース、ドレイン領域の他方に
達するコンタクト孔５７を形成し、このコンタクト孔５
７を介して半導体基板上のトランジスタのソース、ドレ
イン領域の他方に接続される第１の導電体として、層間
絶縁膜４８上に容量下部電極を形成する。即ち、その全
表面に燐をドーピングした多結晶シリコン膜を形成し、
この多結晶シリコン膜をパターニングして、ストレージ
ノード電極２を形成するのである。

【０００５】次に、有機原料であるペンタエトキシタン
タル（Ｔａ（Ｃ₂Ｈ₅）₅）ガスと酸素とを用いた減圧
化学気相成長法により、ストレージノード電極２表面上
を含めた層間絶縁膜４８表面上に酸化タンタル膜１１を
形成する（図７の（ａ）を参照）。そして、この酸化タ
ンタル膜１１のリーク電流特性を改善するために、酸素
雰囲気中で高温熱処理が行われ、酸化タンタル膜１１
を、緻密化された酸化タンタル膜１１Ｂにする（図７の
（ｂ）を参照）。

【０００６】続いて、容量上部電極（プレート電極）３
を形成する（図７の（ｃ）を参照）。なお、この容量上
部電極には、プラズマ化学気相成長（Ｐ−ＣＶＤ）法あ
るいは減圧化学気相成長法による窒化タングステン（Ｗ
Ｎ）膜が用いられている。

【０００７】このＰ−ＣＶＤ法による窒化タングステン
膜の形成方法では、六フッ化タングステンガス（Ｗ
Ｆ₆）、水素ガスおよび窒素ガスを、あるいは、六フッ
化タングステンガスおよびアンモニアガスを用いてお
り、その形成温度は、４００℃程度である。

【０００８】一方、ＬＰＣＶＤ法による窒化タングステ
ン膜の形成方法では、六フッ化タングステンガスとアン
モニアガスを用いた反応において、ストイキオメトリな
窒化タングステン膜を形成するために、少なくとも７０
０℃以上の高温が必要とされる。また、六フッ化タング
ステンガス、アンモニアガス以外に、シラン（Ｓｉ
Ｈ ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）などシラン系ガスを用
いた場合、４００℃以下の低温で、数ｖｏｌ％のシリコ
ンを含んだ窒化タングステン膜が形成される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】まず、上述した容量上
部電極の形成に、プラズマ化学気相成長法を用いた場合
に、形成された窒化タングステン膜は、図８に示すよう
に、熱処理前のリーク電流特性が非常に良好である。し
かし、容量部の形成後、従来のリフロープロセスである
高温熱処理（８００℃、１時間、窒素雰囲気中）を行っ
た場合、リーク電流が増加する問題が生じる。これは、
プラズマ化学気相成長法で形成した窒化タングステン膜
のステップカバレッジ性が不十分であるためである。こ
れは、高温熱処理において、酸化タンタル膜と容量上部
電極上の層間膜との間で反応が起こり、酸化タンタル膜
の組成を変化したことが原因と考えられる。

【００１０】また、減圧化学気相成長法を用いた場合
に、ストイキオメトリな窒化タングステン膜を、六フッ
化タングステンとアンモニアガスを用いて形成するに
は、少なくとも、７００℃以上の成長温度が必要とされ
るが、この高温での容量上部電極の形成においては、六
フッ化タングステン中のフッ素と高誘電体容量絶縁膜と
が反応し、高誘電体容量絶縁膜のリーク電流特性を著し
く劣化させというる問題がある。

【００１１】一方、六フッ化タングステンガス、アンモ
ニアガスに、更にシラン（ＳｉＨ₄）、やジシラン（Ｓ
ｉ₂Ｈ₆）などシラン系ガスを用いた場合、４００℃以
下の低温で、ステップカバレッジ性の優れた窒化タング
ステン膜が形成されるが、図９に示すように、リーク電
流特性が不十分となる結果を得た。これは、窒化タング
ステン膜中に数ｖｏｌ％のシリコンが混入するため、こ
のシリコンと酸化タンタル膜とが反応し、リーク電流特
性の劣化が生じたと考えられる。

【００１２】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その目的とするところは、良好なリーク電流特性
を保持しながら、十分な容量値を有する容量素子部を形
成した半導体装置の製造方法を提供するにある。即ち、
本発明では、容量上部電極を形成する工程において、プ
ラズマ化学気相成長法により窒化タングステン膜を高誘
電体容量絶縁膜上に直接形成し、更に、連続して減圧化
学気相成長法によりステップカバレッジ性に優れた窒化
タングステン膜を形成するのである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
コンタクト孔を介して半導体基板上のトランジスタのソ
ース、ドレイン領域の一方に接続される第１の導電体と
して、層間絶縁膜上に容量下部電極を形成する工程と、
前記容量下部電極を含めて前記層間絶縁膜を覆って、酸
化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）あるいはチタン酸バリウムス
トロンチウム（ＢＳＴ）などの高誘電体容量絶縁膜を形
成する工程と、第２の導電体として、前記高誘電体容量
絶縁膜上に容量上部電極を形成する工程とを有する半導
体装置の製造方法において、前記容量上部電極は、プラ
ズマ化学気相成長（Ｐ−ＣＶＤ）法により窒化タングス
テン膜を前記高誘電体容量絶縁膜上へ直接形成し、更
に、連続して減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）法により
窒化タングステン膜を形成することで、構成されること
を特徴とする。

【００１４】この場合、前記プラズマ化学気相成長法で
は、六フッ化タングステンガス、アンモニアガスを用い
て、５０ｎｍ以下の窒化タングステン膜を形成し、前記
減圧化学気相成長法では、六フッ化タングステンガス、
アンモニアガス、および、シランガスあるいはジシラン
ガスを用いて、所要厚さの窒化タングステン膜を形成す
るのがよい。また、前記高誘電体容量絶縁膜を形成した
後に、これを緻密化処理する工程を含んでいるとよい。

【００１５】また、好ましくは、前記容量下部電極の形
成には、化学気相成長法により、多結晶シリコン膜を堆
積形成し、この多結晶シリコン膜に燐をドーピングし、
その後、パターニングすると共に、その表面を窒化処理
するが、この場合、前記多結晶シリコン膜の代わりに、
タングステン、モリブデン、チタン、窒化タングステ
ン、窒化モリブデン、窒化チタン、タングステンシリサ
イド、モリブデンシリサイドあるいはチタンシリサイ
ド、もしくは、これらの幾つかで構成される多層構造を
採用することができる。

【００１６】更に、前記容量下部電極の形成には、化学
気相成長法により、非晶質シリコン膜を堆積形成し、こ
の非晶質シリコン膜に燐をドーピングし、その後、パタ
ーニングすると共に、前記非晶質シリコン膜を、半球形
状結晶粒で覆うように表面処理し、更にその表面を窒化
処理して、多結晶シリコン膜を形成するもできる。

【００１７】なお、前記高誘電体容量絶縁膜を形成する
工程では、有機系のタンタル原料あるいはチタン酸バリ
ウムストロンチウムなどの高誘電率の絶縁原料を用いる
ことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の半導体装置の製造
方法について、図面を参照して説明する。なお、本発明
の製造方法を説明するに先立って、まず、本発明に係わ
る半導体装置の構成について図１を参照して説明する。
図１は、半導体装置の模式的な断面図であり、この実施
の形態に適用されているのは、以下のようなＤＲＡＭの
構造になっている。

【００１９】即ち、Ｐ型シリコン基板４１表面にはＮウ
エル４２が形成され、Ｎウエル４２表面には第１のＰウ
エル４３ａが形成され、Ｎウエル４２周辺の表面にはＮ
型分離領域４５が形成されている。Ｎウエル４２を除い
たＰ型シリコン基板４１表面には第２のＰウエル４３ｂ
が形成されている。また、Ｐウエル４３ａとＰウエル４
３ｂとは、前述のＮ型分離領域４５、および、この表面
上に設けられたフィールド酸化膜４６により、素子分離
されている。第１のＰウエル４３ａ表面上には、フィー
ルド酸化膜４６により素子分離された活性領域にメモリ
セルを構成する、それぞれのトランジスタ５０が形成さ
れている。

【００２０】図４では一対のメモリセルのみが図示して
ある。それぞれのトランジスタ５０は、Ｐウエル４３ａ
表面に設けられたＮ型のソース、ドレイン領域５１ａお
よび５１ｂと、Ｐウエル４３ａ表面上に設けられたゲー
ト絶縁膜５２と、ゲート絶縁膜５２を介してＰウエル４
３ａ表面上に設けられた多結晶シリコン膜５３ならびに
シリサイド膜５４が積層してなるゲート電極５５とから
構成されている。

【００２１】これらトランジスタ５０は第１の層間絶縁
膜４７により覆われている。この層間絶縁膜４７には、
一対のトランジスタ５０が共用するソース、ドレイン領
域の一方（符号５１ａ）に達するコンタクト孔５８が設
けられている。そして、層間絶縁膜４７表面上に設けら
れたビット線５６は、このコンタクト孔５８を介して、
前記ソース、ドレイン領域の一方（５１ａ）に接続され
ている。そして、このビット線５６は第２の層間絶縁膜
４８により覆われている。

【００２２】この層間絶縁膜４８の上には、（点線で囲
んだ）容量素子部７０が設けられている。即ち、この実
施の形態におけるスタック型の容量素子は、容量下部電
極（ストレージノード電極）２Ａと、高誘電体容量絶縁
膜としての酸化タンタル膜１１Ａと、容量上部電極３Ａ
とから構成されている。

【００２３】このため、層間絶縁膜４７、４８を貫通し
て、一対のトランジスタ５０が共用するＮ型のソース、
ドレイン領域の他方（符号５１ｂ）に到達するコンタク
ト孔５７が穿たれ、そこを介して、領域５１ｂに容量下
部電極２Ａが接続さる。また、容量上部電極３Ａは、一
対のメモリセルのそれぞれの容量素子に共通して、連続
的に形成され、第２の層間絶縁膜４８表面上に延在し、
上層配線と接続するための取り出し部分となる容量上部
電極３Ａ’を備えている。

【００２４】そして、容量素子部７０は、第３の層間絶
縁膜４９により覆われ、層間絶縁膜４９に設けられたコ
ンタクト孔６７を介して、層間絶縁膜４９表面上に設け
られた複数のアルミ電極７１の内の１つのアルミ電極７
１ａは、容量上部電極３Ａ’に接続されている。なお、
このアルミ電極７１ａは、接地電位などの固定電位にな
っている。

【００２５】一方、記憶装置の周辺回路を構成するトラ
ンジスタ６０は、Ｐウエル４３ｂの表面に設けられたＮ
型のソース、ドレイン領域５１と、Ｐウエル４３ｂの表
面上に設けられたゲート絶縁膜５２と、ゲート絶縁膜５
２を介してＰウエル４３ｂの表面上に設けられた多結晶
シリコン膜５３およびシリサイド膜５４が積層してなる
ゲート電極５５とから構成されている。

【００２６】そして、ソース、ドレイン領域５１の一方
に、層間絶縁膜４７、４８、４９を通して設けられたコ
ンタクト孔６８を介して、アルミ電極７１ｂが接続され
ている。このコンタクト孔６８も、前述のコンタクト孔
６７と同様に、側面および底面が窒化チタン膜７２に覆
われ、タングステン膜７３により充填されている。同様
に、周辺回路の他のトランジスタ６０のゲート電極５５
は、コンタクト孔を介してアルミ電極７１ｃに接地され
ている。

【００２７】

【実施例】（第１の実施例）このような構成の半導体装
置を製造するには、本発明の製造方法が採用されるが、
その第１の実施例について、以下に具体的に説明する。
なお、図２は上述の高誘電体容量絶縁膜としての酸化タ
ンタル膜を形成ための減圧化学気相成長装置の断面模式
図、図３は容量上部電極を形成するためのプラズマ化学
気相成長装置の断面模式図、図４はそれぞれ、製造工程
順を示す図１の容量素子部７０の部分拡大断面図であ
る。

【００２８】まず、基板上のトランジスタのソース、ド
レイン領域を覆う第１の層間絶縁膜４７の上に第２の層
間絶縁膜４８を形成し、層間絶縁膜４７、４８を貫通す
るコンタクト孔５７を形成する。その後、化学気相成長
法により多結晶シリコン膜を堆積し、この多結晶シリコ
ン膜に燐をドーピングした後、第１の導電体（容量下部
電極）のパターニングを行い、多結晶シリコン膜２を形
成する（図４の（ａ）を参照）。

【００２９】なお、コンタクト孔５７内を充填する材料
としては、燐をドーピングした多結晶シリコン膜、別途
に予め形成したＮ型の多結晶シリコン膜、もしくは、タ
ングステン膜などを用いてもよい。

【００３０】次に、この多結晶シリコン膜２の表面の自
然酸化膜を、希釈フッ酸により除去した後、ランプアニ
ールを用いた急速熱窒化（ＲＴＮ）処理を行い、多結晶
シリコン２の表面を窒化して、その表面に窒化シリコン
膜（ＳｉＮ_X）（図示せず）を形成し、緻密化された容
量下部電極２Ａに変換する（図４の（ｂ）を参照）。

【００３１】なお、ＲＴＮ処理としては、アンモニア
（ＮＨ₃）ガス中での処理が好ましく、ＲＴＮ処理は８
００〜１１００℃の温度で行うのが適している。また、
自然酸化膜の除去には、別に、無水フッ酸を用いても良
い。

【００３２】次に、この容量下部電極２Ａの表面を含め
た層間絶縁膜４８表面上に、酸化タンタル膜（図示せ
ず）を減圧化学気相成長法により堆積する。この形成に
は、図２に示す減圧化学気相成長法のための製造装置を
使用する。原料ガスとしては、ペンタエトキシタンタル
（Ｔａ（ＯＣ₂Ｈ₅）₅）ガスなど有機系からなるタン
タル原料と酸素とを用いる。

【００３３】また、ペンタエトキシタンタルガスは、ヒ
ータ１４により、気化室１５内にてペンタエトキシタン
タルを気化すると共に、キャリヤガスであるアルゴンガ
スにより、バルブ２２ｄを介して、反応炉１９に供給さ
れる。なお、アルゴンガスは導入管２３を通し、バルブ
２２ｃを経由して気化室１５に送られる。

【００３４】反応炉には、半導体ウエハ１８を搭載した
基板ホルダ１７が載置されており、ここには、同時に、
酸素ガスが、酸素ガス導入管１２を通し、バルブ２２ｂ
を経由して導入される。反応炉１９は、ヒータ１６によ
り熱せられているので、導入されたペンタエトキシタン
タルガスと酸素ガスとが化学気相反応を起こし、半導体
ウエハ１８の表面上に酸化タンタル膜を堆積する。

【００３５】この際の成長条件としては、気化室１５の
加熱温度が３０〜２２０℃、キャリヤガスであるアルゴ
ンガスの流量が１０〜５０００ｓｃｃｍ、酸素ガスの流
量が０．１〜２０ＳＬＭ、圧力が１×１０²〜１×１０
⁴Ｐａで行うのが、この実施例において、適している。
なお、反応炉１９には、別にアルゴンガスもしくは窒素
ガスなどの導入管１３が接続されていて、これを通し、
バルブ２２ａを経由して、アルゴンガス、もしくは窒素
ガスが導入される。

【００３６】なお、キャリヤガスとして、この実施例で
は、アルゴンガスを用いているが、アルゴンガス以外に
ヘリウムなどの不活性ガス、もしくは、窒素ガスなどを
用いても、同様な機能が発揮される。また、図中、符号
２０は排気のための真空ポンプ、２１は排気管である。

【００３７】そして、酸化タンタル膜が堆積された後、
この酸化タンタル膜の緻密化処理を行うことにより、酸
化タンタル膜１１Ａが形成される（図４の（ｃ）を参
照）。この処理には、電気炉による加熱、ランプアニー
ルを用いた急速加熱、プラズマ処理による加熱、もしく
は、紫外線照射による加熱の少なくとも１つを用いてお
り、酸素雰囲気もしくは亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）雰囲気中
で行われる。

【００３８】続いて、酸化タンタル膜１１Ａ上へ容量上
部電極である窒化タングステン膜をプラズマ化学気相成
長装置を用いて形成する。この形成には、図３に示すプ
ラズマ化学気相成長法のための装置が使用される。ここ
では、まず、バルブ３０６を通してアンモニアガスを反
応室３１１へ導入し、反応室３１１の圧力が安定した
後、高周波電源３１２により反応室３１１にプラズマを
発生させ、その後、バルブ３０２を通して六フッ化タン
グステンガス（ＷＦ₆）を導入し、窒化タングステン膜
を形成する。

【００３９】この場合の形成条件として、反応室加熱温
度：室温〜５００℃、アンモニアガスの流量：１０〜５
０００ｓｃｃｍ、六フッ化タングステンガスの流量：１
０〜５０００ｓｃｃｍ、圧力：１×１０²〜１×１０⁴
Ｐａ、膜厚：５０ｎｍ以下で行うのが適している。な
お、この実施例では、アンモニアガスと六フッ化タング
ステンガスを用いているが、それ以外に、水素ガスを添
加する方法や六フッ化タングステンガス、窒素ガスおよ
び水素ガスを用いた場合においても、同様な機能が発揮
できる。

【００４０】これらプラズマ化学気相成長法による窒化
タングステン膜のステップカバレッジ性は不十分であ
る。このため、本発明では、更に連続して減圧化学気相
成長法によりステップカバレッジ性の優れた窒化タング
ステン膜を形成する。

【００４１】即ち、この形成方法として、バルブ３０６
を通してアンモニアガスを、また、バルブ３０２を通し
て六フッ化タングステンガスを、更に、バルブ３０１を
通してシランガスを、それぞれ、反応室３１１に導入
し、シャワー電極３１０を付勢して、ウエハー（基板）
上に窒化タングステン膜を形成する。この場合の形成条
件として、ヒータによる反応室加熱温度：２００〜５０
０℃、アンモニアガスの流量：１０〜５０００ｓｃｃ
ｍ、六フッ化タングステンガスの流量：１０〜５０００
ｓｃｃｍ、シランガスの流量：１０〜５０００ｓｃｃ
ｍ、圧力：１×１０²〜１×１０⁴Ｐａで行うのが適し
ている。

【００４２】なお、この実施例では、アンモニアガスお
よび六フッ化タングステンガスおよびシランガスを用い
ているが、上述のシランガスの代わりとして、ジシラン
ガスを用いた場合においても、同様な機能を発揮でき
る。

【００４３】その後、第３の層間絶縁膜４９の堆積、お
よび、リフロー、更には、コンタクト孔６７、６８など
の形成、コンタクトの燐拡散層の形成、幾つかのアルミ
電極７１、７１ａ、７１ｂ、７１ｃなどの形成が行われ
て、ＤＲＡＭが完成する。この場合の容量素子部７０が
形成された後の高温熱処理は、層間絶縁膜４９のリフロ
ー、コンタクト孔６８底面へのコンタクトの燐拡散層の
形成のための活性化熱処理であり、４００〜８５０℃の
温度範囲で行われる。

【００４４】この実施例の採用により得られた容量素子
の容量値は、酸化シリコン膜の換算膜厚にして、約２．
５ｎｍ程度（Ｃｓ＝１４ｆＦ／μｍ²）が得られ、酸化
タンタル膜を用いることにより、高い容量値の絶縁膜を
形成できる。

【００４５】リーク電流特性のグラフである図６を参照
すると、この実施例の採用により得られた容量素子のリ
ーク電流特性は、従来技術であるプラズマ化学気相法に
より形成した窒化タングステン膜を用いた場合（図８の
（ａ）を参照）あるいは減圧化学気相成長法により形成
した窒化タングステン膜を用いた場合（図８の（ｂ）を
参照）と比較して、良好で安定した特性が得られてい
る。

【００４６】これは、従来技術で形成する容量上部電極
が、プラズマ化学気相成長法により形成する窒化タング
ステン膜であるため、高温熱処理において、酸化タンタ
ル膜と容量上部電極上の層間膜との間で反応が起り、ス
テップカバレッジ性が不十分であること、また、減圧化
学気相成長法により形成する窒化タングステン膜が、窒
化タングステン膜中に数ｖｏｌ％のシリコンを混入する
ため、このシリコンと酸化タンタル膜とが反応し、リー
ク電流特性の劣化を生じることと対比される。即ち、本
発明においては、良好なリーク電流特性の得られるプラ
ズマ化学気相成長法により窒化タングステン膜を例え
ば、５０ｎｍ以下で、高誘電体容量絶縁膜上へ直接形成
し、更に、連続して減圧化学気相成長法によりステップ
カバレッジ性の優れた窒化タングステン膜を形成する。
このことにより、高温後熱処理において安定した容量素
子部が形成できるのである。

【００４７】なお、本実施例では、容量絶縁膜として酸
化タンタル膜を用いたが、本発明はこれに限定されるも
のでなく、チタン酸バリウムストロンチウム膜など、他
の高誘電体率絶縁膜を用いた場合においても同様な効果
がある。また、第１の導電体膜として、燐をドーピング
した多結晶シリコンについて述べたが、本発明の実施例
としては、これに限定されるものではなく、タングステ
ン、モリブデン、チタン、窒化タングステン、窒化モリ
ブデン、窒化チタン、タングステンシリサイド、モリブ
デンシリサイドあるいはチタンシリサイド、もしくは、
これらの幾つかを用いた多層構造の導電体膜を採用して
も、同様な効果がある。

【００４８】（実施例２）続いて、本発明の第２の実施
例について説明する。第２の実施例においては、まず、
第１の実施例と同様に、第２の層間絶縁膜４８を形成し
てから、層間絶縁膜４７、４８を貫通するコンタクト孔
５７を形成する。その後、化学気相成長法により、燐を
ドーピングした非晶質シリコン膜１１２を形成する（図
５の（ａ）を参照）。なお、コンタクト孔５７内を充填
する材料としては、非晶質シリコン膜１１２を形成する
ために、上述の燐ドープ非晶質シリコン膜でもよいが、
別途に予め形成したＮ型の多結晶シリコン膜もしくはタ
ングステン膜などでよい。

【００４９】次に、この非晶質シリコン膜１１２表面の
自然酸化膜を、希釈フッ酸により除去した後、シラン
（ＳｉＨ₄）ガスを用いた分子線照射により、非晶質シ
リコン膜１１２表面を、粗面シリコン（半球形状シリコ
ン結晶粒（ＨＳＧ）を有した表面）に変換させる。更
に、アンモニアガスを用いたランプアニールによるＲＴ
Ｎ処理により、表面に窒化された多結晶シリコン膜１１
３を形成する（図５の（ｂ）を参照）。

【００５０】更に、第１の実施例と同様に、緻密化され
た酸化タンタル膜１１Ａを堆積形成し（図５の（ｃ）を
参照）、プレート電極３を構成する（図５の（ｄ）を参
照）。それ以降の工程は、第１の実施例と同様である。

【００５１】第２の実施例による１セル当たりの容量値
は、第１実施例の場合と比較して、約２倍以上の高容量
値を得ることができる。これは、粗面シリコンの採用に
より、容量下部電極２Ａの実効表面積が増大したためで
ある。

【００５２】第２の実施例により得られた容量素子のリ
ーク電流特性は、第１実施例で述べたように、図６に示
すのとほぼ同等な結果が得られる。これは、第１実施例
と同様、本発明の製造方法で容量上部電極を形成するこ
とにより、高温後の熱処理においても、安定した容量素
子部が形成できるためである。

【００５３】なお、本実施例では、容量絶縁膜として酸
化タンタル膜を用いたが、本発明の実施例としては、こ
れに限定されるものでなく、チタン酸バリウムストロン
チウム膜など、他の高誘電率絶縁膜を用いた場合におい
ても、同様な機能を発揮することができる。また、本実
施例および実施例１では、ストレージノードとしてシリ
コンを用いているが、このストレージノードは、シリコ
ンに限らず、ＷＳｉ₂などの金属シリサイド、Ｗなどの
高融点金属、白金などの貴金属、酸化物導電体など、凡
そ、容量膜形成の際に変質することのない導電性材料を
用いた場合においても、同様な効果がある。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法を用いることにより、ＤＲＡＭにおいて、
良好なリーク電流で、十分な容量値を有した容量素子部
の形成でき、しかも、コンタクト抵抗の低いバリアメタ
ル層の形成ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法を適用するＤＲＡＭ素子構造
を示す断面模式図である。

【図２】本発明で使用する酸化タンタル膜の減圧化学気
相成長装置の構成図である。

【図３】同じく、容量上部電極を形成するためのプラズ
マ化学気相成長装置の構成図である。

【図４】本発明の第１の実施例の製造工程について説明
するため、図１における容量素子部７０の部分を拡大し
た断面図である。

【図５】同じく、第２の実施例の容量素子部の製造工程
を説明するための断面図である。

【図６】両実施例の容量素子部のリーク電流特性図であ
る。

【図７】従来の容量素子部の製造工程の断面図である。

【図８】従来の容量素子部のリーク電流特性図（容量上
部電極として、プラズマ化学気相成長法による窒化タン
グステン膜を用いた場合）である。

【図９】従来の容量素子部の製造工程の断面図（容量上
部電極として、減圧化学気相成長法による窒化タングス
テン膜を用いた場合）である。

【符号の説明】

２Ａストレージノード（容量下部電極）３Ａ容量上部電極１１Ａ酸化タンタル膜（高誘電体絶縁膜）４１シリコン基板４２Ｎウエル４３ａ、４３ｂＰウエル４５分離領域４６フィールド酸化膜４７、４８層間絶縁膜５１ａ、５１ｂソース、ドレイン領域５２ゲート絶縁膜５３多結晶シリコン膜５４シリサイド膜５５絶縁膜５６ビット線５７、５８コンタクト孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−157965（ＪＰ，Ａ) 特開平４−206569（ＪＰ，Ａ) 特開平10−261772（ＪＰ，Ａ) 特開平７−66300（ＪＰ，Ａ) 特開平２−151060（ＪＰ，Ａ) 特開平７−273220（ＪＰ，Ａ) 特開平９−199690（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 27/108 H01L 21/31 H01L 21/8242

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】コンタクト孔を介して半導体基板上のト
ランジスタのソース、ドレイン領域の一方に接続される
第１の導電体として、層間絶縁膜上に容量下部電極を形
成する工程と、前記容量下部電極を含めて前記層間絶縁
膜を覆って、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）あるいはチタ
ン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）の高誘電体容量
絶縁膜を形成する工程と、第２の導電体として、前記高
誘電体容量絶縁膜上に容量上部電極を形成する工程とを
有する半導体装置の製造方法において、前記容量上部電
極は、プラズマ化学気相成長（Ｐ−ＣＶＤ）法により窒
化タングステン膜を前記高誘電体容量絶縁膜上へ直接形
成し、更に、連続して減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）
法により窒化タングステン膜を形成することで、構成さ
れることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記プラズマ化学気相成長法では、六フ
ッ化タングステンガス、アンモニアガスを用いて、５０
ｎｍ以下の窒化タングステン膜を形成し、前記減圧化学
気相成長法では、六フッ化タングステンガス、アンモニ
アガス、および、シランガスあるいはジシランガスを用
いて、所要厚さの窒化タングステン膜を形成することを
特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記高誘電体容量絶縁膜を形成した後
に、これを緻密化処理する工程を含んでいる請求項１あ
るいは２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記容量下部電極の形成には、化学気相
成長法により、多結晶シリコン膜を堆積形成し、この多
結晶シリコン膜に燐をドーピングし、その後、パターニ
ングすると共に、その表面を窒化処理することを特徴と
する請求項１ないし３の何れかに記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項５】前記多結晶シリコン膜の代わりに、タン
グステン、モリブデン、チタン、窒化タングステン、窒
化モリブデン、窒化チタン、タングステンシリサイド、
モリブデンシリサイドあるいはチタンシリサイド、もし
くは、これらの幾つかで構成される多層構造を採用する
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項６】前記容量下部電極の形成には、化学気相
成長法により、非晶質シリコン膜を堆積形成し、この非
晶質シリコン膜に燐をドーピングし、その後、パターニ
ングすると共に、前記非晶質シリコン膜を、半球形状結
晶粒で覆うように表面処理し、更にその表面を窒化処理
して、多結晶シリコン膜を形成することを特徴とする請
求項１ないし３の何れかに記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項７】前記高誘電体容量絶縁膜を形成する工程
では、有機系のタンタル原料あるいはチタン酸バリウム
ストロンチウムなどの高誘電率の絶縁原料を用いること
を特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の半導体
装置の製造方法。