JP3250504B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3250504B2
JP3250504B2 JP30988097A JP30988097A JP3250504B2 JP 3250504 B2 JP3250504 B2 JP 3250504B2 JP 30988097 A JP30988097 A JP 30988097A JP 30988097 A JP30988097 A JP 30988097A JP 3250504 B2 JP3250504 B2 JP 3250504B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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、ハロゲン化物をプラズマ化し、容量
絶縁膜上に、金属窒化膜を形成するプラズマCVD法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a plasma CVD method for forming a metal nitride film on a capacitance insulating film by converting a halide into a plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】ハロゲン化物を原材料に用いるプラズマ
CVD(化学気相成長)は、金属窒化物の形成に利用さ
れている。このプラズマCVDでは、被覆性や膜質の向
上のために二周波を用い、それぞれの周波数のパワー比
を変化させて成膜する事で被覆性、組成制御、ストレス
の制御の面でかなりの効果が上がっている。
2. Description of the Related Art Plasma CVD (chemical vapor deposition) using a halide as a raw material is used for forming a metal nitride. In this plasma CVD, two frequencies are used to improve the coatability and film quality, and the film is formed by changing the power ratio of each frequency, so that a considerable effect is obtained in terms of the coatability, composition control, and stress control. Is up.

【0003】また高周波電力に2種類のパルス変調を印
加することでダストの発生の抑制に効果を上げている。
Further, by applying two types of pulse modulation to high frequency power, the effect of suppressing generation of dust is enhanced.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
13.56MHzと500kHzの二周波を用いるプラ
ズマCVDにより、例えば原料ガスにWF6、NH3を用
いて、Ta25などの容量絶縁膜上にWNxを成膜する
と、同電極を金属ターゲットと窒素ガスを用いてスパッ
タリングにより形成する場合に比べて、容量絶縁膜の電
流電圧特性は、漏洩電流の大きなものになる。
However, by plasma CVD using two frequencies of 13.56 MHz and 500 kHz, for example, WF 6 and NH 3 are used as source gases to form a film on a capacitive insulating film such as Ta 2 O 5. When WNx is formed, the current-voltage characteristics of the capacitor insulating film have a larger leakage current than when the same electrode is formed by sputtering using a metal target and nitrogen gas.

【0005】このように、スパッタリングによって電極
を形成したキャパシタに比べて、プラズマCVDによっ
て電極を形成したキャパシタの方がリーク電流が大き
く、信頼性が乏しくなる、という問題点を有している。
As described above, there is a problem that a capacitor having an electrode formed by plasma CVD has a larger leak current and lower reliability than a capacitor having an electrode formed by sputtering.

【0006】リーク電流特性の劣化は、成膜初期にプラ
ズマからの容量絶縁膜に対するダメージによって金属絶
縁膜界面に反応層が形成され、リークの大きい膜とな
る。
[0006] Deterioration of the leak current characteristic is that a reaction layer is formed at the interface of the metal insulating film due to damage to the capacitive insulating film from plasma in the initial stage of film formation, resulting in a film having a large leak.

【0007】前記WF6、NH3系によるWN膜の成膜を
例にとると、13.56MHzの高周波によってプラズ
マを生成し、ラジカル及び、イオンが生成する。これら
の内、WFxラジカルはNラジカルとともに、WNx膜
の生成に寄与する。一方、FラジカルはTa25容量絶
縁膜と反応し、TaFが脱離する。
In the case of forming a WN film based on the WF 6 or NH 3 system, plasma is generated by a high frequency of 13.56 MHz, and radicals and ions are generated. Of these, the WFx radicals together with the N radicals contribute to the formation of a WNx film. On the other hand, the F radical reacts with the Ta 2 O 5 capacitance insulating film, and TaF is eliminated.

【0008】また同時に印加される500kHzの高周
波電力によって、Fイオンが加速されてTa25容量絶
縁膜に照射されるために、Ta25容量絶縁膜にダメー
ジが入る。
[0008] by a 500kHz RF power applied simultaneously to F ions are irradiated are accelerated to Ta 2 O 5 capacitor insulating film, damage enters the Ta 2 O 5 capacitor insulating film.

【0009】これらの要因によって、容量絶縁膜の膜質
が成膜中に劣化し、リークの多い膜になる。
Due to these factors, the quality of the capacitor insulating film is deteriorated during the film formation, resulting in a film having a large leak.

【0010】またWNx膜中に多量のFが含まれ、この
Fが製造工程中や素子の動作中にTa25膜中に拡散
し、長期信頼性を低下させる原因となる。
[0010] Further, a large amount of F is contained in the WNx film, and this F diffuses into the Ta 2 O 5 film during the manufacturing process or during operation of the device, which causes a decrease in long-term reliability.

【0011】したがって本発明は、上記問題点に鑑みて
なされたものであって、その目的は、成膜反応に寄与す
るラジカル種の生成を保ちながら、容量膜のエッチング
に寄与するラジカル種の生成を抑制し、且つ、プラズマ
中に生成するイオン種の容量膜中への低エネルギーでの
注入による侵入を抑制して成膜を可能とする半導体装置
の製造方法を提供することにある。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to generate radical species contributing to etching of a capacitance film while maintaining generation of radical species contributing to a film forming reaction. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a film by suppressing ion implantation at a low energy and suppressing ion species generated in plasma into a capacitance film.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置の製造方法は、原料ガスにハロ
ゲン化物金属と窒化剤となるガスを用いて絶縁膜上に金
属窒化物を形成するプラズマCVDにおいて、プラズマ
を生成するための高周波電力をパルスで供給し、且つ、
プラズマ生成のための高周波に加えて、プラズマ中のイ
オンを加速するための高周波を印加し、前記イオンを加
速するための高周波を、プラズマ生成のための高周波の
オフ時に印加する、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises forming a metal nitride on an insulating film by using a gas serving as a metal halide and a nitriding agent as a source gas. In plasma CVD, high-frequency power for generating plasma is supplied in pulses, and
In addition to the high frequency for plasma generation, a high frequency for accelerating ions in the plasma is applied, and the ions are applied.
High-speed for high-speed, high-frequency for plasma generation
It is applied at the time of off .

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。まず、本発明の原理・作用について説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below. First, the principle and operation of the present invention will be described.

【0014】プラズマCVDによる成膜では、プラズマ
中に生成する各種のラジカル、イオンの存在比率は、主
として、プラズマ中の電子温度によって決定される。ま
た、これらのラジカル、イオンはそれぞれ寿命が異な
る。連続放電の場合、原料ガスの解離を制御することは
困難である。高周波電力の印加方法を適切に選ぶことに
より、プラズマ中のラジカル、イオンの存在比率を制御
することができる。
In film formation by plasma CVD, the ratio of various radicals and ions generated in the plasma is mainly determined by the electron temperature in the plasma. Further, these radicals and ions have different lifetimes. In the case of continuous discharge, it is difficult to control the dissociation of the source gas. By appropriately selecting the method of applying the high-frequency power, the abundance ratio of radicals and ions in the plasma can be controlled.

【0015】本発明においては、高周波電力の印加方法
を制御し、原料ガスである、ハロゲン化物の解離段階を
制御することによって、プラズマ中に存在するラジカ
ル、イオンの比率を制御して、成膜種の密度を確保しつ
つ、エッチング種となるラジカルやイオンの生成を抑制
することができる。
In the present invention, by controlling the method of applying high-frequency power and controlling the dissociation stage of the halide, which is the source gas, the ratio of radicals and ions present in the plasma is controlled to form a film. The generation of radicals and ions serving as etching species can be suppressed while ensuring the density of the species.

【0016】連続放電によってプラズマを生成する場合
は、原料となるハロゲン化物の解離が進むために、プラ
ズマ中にハロゲンのラジカル、イオンが生成する。この
ハロゲンのラジカル、イオンは成膜には寄与せず、容量
膜のエッチング種として働く。これらの内、WFラジ
カルは成膜に寄与するが、Fラジカル、FイオンはTa
25容量膜にエッチング種として働くために、プラズマ
中での密度を低減させることが望ましい。
When plasma is generated by continuous discharge, halogen radicals and ions are generated in the plasma because the dissociation of the halide as a raw material proceeds. The halogen radicals and ions do not contribute to the film formation, and serve as etching species for the capacitance film. Of these, WF x radicals contribute to film formation, while F radicals and F ions
In order to serve as an etching species for the 2 O 5 capacitance film, it is desirable to reduce the density in the plasma.

【0017】ところで、Fラジカル、Fイオンは、WF
xラジカルに比べて寿命が短い為に、高周波オフ時にW
Fxラジカルに比べて速やかに密度が減少する。
By the way, F radical and F ion are WF
Since the lifetime is shorter than that of x radicals, W
The density decreases more quickly than Fx radicals.

【0018】このため、高周波電力を適当なパルスで供
給することによって、プラズマ中でのFラジカル、Fイ
オンの密度を、連続放電の場合に比べて、低下させるこ
とができる。
For this reason, by supplying high-frequency power with appropriate pulses, the density of F radicals and F ions in plasma can be reduced as compared with the case of continuous discharge.

【0019】また、この二周波を用いるプラズマCVD
において、低周波のものはプラズマ中のイオンの加速に
効果がある。
Also, plasma CVD using these two frequencies
In the above, a low frequency one is effective for accelerating ions in the plasma.

【0020】プラズマ中に存在するイオンの内、Fイオ
ンの加速は、Ta25膜中のTaとFイオンの反応を促
進するため、膜質の劣化に作用する。
Of the ions present in the plasma, the acceleration of F ions promotes the reaction between Ta and F ions in the Ta 2 O 5 film, thus affecting the film quality.

【0021】一方、成膜種であるWFxイオンを加速し
て照射すると、成膜種の表面マイグレーションが促進さ
れ被覆性が向上する。
On the other hand, when WFx ions, which are film-forming species, are accelerated and irradiated, surface migration of the film-forming species is promoted, and the coverage is improved.

【0022】このためスタック電流が高アスペクトの場
合や凹凸を有する場合であってもTa25膜を被覆する
ことができる。
Therefore, the Ta 2 O 5 film can be covered even when the stack current has a high aspect ratio or has a unevenness.

【0023】従って、Fイオンの密度をパルスプラズマ
によって十分下げ、密度が低下したタイミングに合わせ
て、基板側に印加する高周波電力によって、イオンの加
速を行うと、Fイオンの照射を抑制し、WFxイオンを
照射することができ、Ta25に対するダメージを抑制
しつつ、被覆性良くTa25膜にWN膜を堆積すること
ができる。
Therefore, when the density of F ions is sufficiently reduced by the pulsed plasma and the ions are accelerated by the high-frequency power applied to the substrate side at the timing when the density is reduced, irradiation of F ions is suppressed, and WFx can be irradiated with ions, while preventing damage to the Ta 2 O 5, it can be deposited WN film good coverage the Ta 2 O 5 film.

【0024】本発明の半導体装置の製造方法は、その好
ましい実施の形態において、原料ガスにハロゲン化物金
属と窒化剤となるガスを用いて絶縁膜上に金属窒化物を
形成するプラズマCVDにおいて、プラズマを生成する
ための高周波電力をパルスで供給し、プラズマ生成のた
めの高周波に加えてプラズマ中のイオンを加速するため
の高周波をプラズマ生成のための高周波のオフ時に印加
する。
In a preferred embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in a plasma CVD for forming a metal nitride on an insulating film by using a gas which is a halide metal and a nitriding agent as a raw material gas, Is supplied in pulses, and a high frequency for accelerating ions in the plasma is applied in addition to the high frequency for plasma generation when the high frequency for plasma generation is turned off.

【0025】このように、本発明の実施の形態において
は、プラズマ生成のための高周波電力をパルスで供給す
るために、プラズマ中のエッチング種であるFラジカ
ル、Fイオンの生成を抑制しつつ、成膜に寄与するWF
xイオンを加速して容量絶縁膜上に照射し、表面マイグ
レーションを促進して成膜を行うことで、容量絶縁膜へ
のダメージが少なく、被覆性良く金属窒化膜を成膜する
ことができるという作用作用効果を奏する。
As described above, in the embodiment of the present invention, since high-frequency power for generating plasma is supplied in pulses, generation of F radicals and F ions, which are etching species in plasma, is suppressed. WF that contributes to film formation
By irradiating the x-ions with acceleration and irradiating the surface of the capacitor insulating film to promote the surface migration and forming the film, it is possible to form a metal nitride film with less damage to the capacitor insulating film and good coverage. It has a function and effect.

【0026】[0026]

【実施例】次に、上記した本発明の実施の形態について
さらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面
を参照して説明する。本発明の実施例の説明に先立っ
て、本発明が適用される半導体装置について説明する。
Next, in order to explain the above-mentioned embodiment of the present invention in more detail, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Prior to the description of embodiments of the present invention, a semiconductor device to which the present invention is applied will be described.

【0027】半導体装置の断面を模式的に示した図1を
参照すると、本発明が適用されるDRAM(ダイナミッ
クランダムアクセスメモリ)は以下のような構造となっ
ている。
Referring to FIG. 1 schematically showing a cross section of a semiconductor device, a DRAM (Dynamic Random Access Memory) to which the present invention is applied has the following structure.

【0028】P型シリコン基板41表面にはNウェル4
2が形成され、Nウェル42表面には第1のPウェル4
3aが形成され、Nウェル42周辺の表面にはN型分離
領域45が形成されている。Nウェル42を除いたP型
シリコン基板41表面には、第2のPウェル43bが形
成されている。Pウェル43aとPウェル43bとは、
上記N型分離領域45とこの表面上に設けられたフィー
ルド酸化膜46とにより素子分離されている。
An N well 4 is provided on the surface of the P-type silicon substrate 41.
2 are formed, and a first P well 4 is formed on the surface of the N well 42.
3a are formed, and an N-type isolation region 45 is formed on the surface around the N-well. On the surface of the P-type silicon substrate 41 excluding the N-well 42, a second P-well 43b is formed. P well 43a and P well 43b
The device is isolated by the N-type isolation region 45 and the field oxide film 46 provided on the surface.

【0029】第一のPウェル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。
On the surface of the first P well 43a, respective transistors 50 forming memory cells are formed in active regions separated by a field oxide film 46.

【0030】図1では、一対のメモリセルのみが図示さ
れている。それぞれのトランジスタ50は、Pウェル4
3a表面に設けられたN型のソース・ドレイン領域51
a、51bと、Pウェル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ウェル4
3a表面上に設けられた多結晶シリコン膜53及びシリ
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。
FIG. 1 shows only a pair of memory cells. Each transistor 50 has a P-well 4
N-type source / drain region 51 provided on surface 3a
a, 51b, a gate insulating film 52 provided on the surface of the P well 43a, and a P well 4 via the gate insulating film 52.
The gate electrode 55 is formed by stacking a polycrystalline silicon film 53 and a silicide film 54 provided on the surface 3a.

【0031】これらのトランジスタ50は、第一の層間
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が共有する(一方の)ソー
ス・ドレイン領域51aに達するコンタクト孔58が設
けられている。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、上記ソー
ス・ドレイン領域51aに接続されている。
These transistors 50 are covered with a first interlayer insulating film 47. The interlayer insulating film 47 is provided with a contact hole 58 reaching the (one) source / drain region 51a shared by the pair of transistors 50. The bit line 56 provided on the surface of the interlayer insulating film 47 is connected to the source / drain region 51a via the contact hole 58.

【0032】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。この層間絶縁膜48の上には、図
中破線で囲んだ容量素子部70が設けられている。
The bit line 56 is connected to the second interlayer insulating film 48
Covered by On the interlayer insulating film 48, a capacitance element section 70 surrounded by a broken line in the figure is provided.

【0033】すなわち、本発明が適用されるスタック型
の容量素子は、容量下部電極2Aと、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。
That is, the stack-type capacitive element to which the present invention is applied is composed of a capacitive lower electrode 2A, a tantalum oxide film 11A as a capacitive insulating film, and a capacitive upper electrode 3A.

【0034】層間絶縁膜48、47を貫通して一対のト
ランジスタ50のそれぞれの(他方の)N型のソース・
ドレイン領域51bに達するコンタクト孔57を介し
て、一対の容量下部電極2Aは、それぞれのソース・ド
レイン領域51bに接続されている。
The (other) N-type source of each of the pair of transistors 50 penetrates through the interlayer insulating films 48 and 47.
The pair of capacitive lower electrodes 2A are connected to the respective source / drain regions 51b via the contact holes 57 reaching the drain region 51b.

【0035】また上部電極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てい
る。この容量上部電極3Aは、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3Aaが設けられている。
The upper electrode 3A is formed continuously in common with the respective capacitance elements of the pair of memory cells. The capacitor upper electrode 3A extends on the surface of the second interlayer insulating film 48, and is provided with a capacitor upper electrode 3Aa serving as an extraction portion for connecting to an upper layer wiring.

【0036】容量素子部70は、第3の層間絶縁膜49
により覆われている。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のうち一つのアルミ電極71
aは、上記容量上部電極3Aaに接続されている。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。コンタクト孔67の側面および底面は窒化チタン膜
72に覆われ、コンタクト孔67はタングステン膜73
により充填されている。また、アルミ電極71等の底面
にも窒化チタン膜72が設けられている。
The capacitance element section 70 is formed of a third interlayer insulating film 49.
Covered by One aluminum electrode 71 of a plurality of aluminum electrodes 71 provided on the surface of interlayer insulating film 49 through contact hole 67 provided in interlayer insulating film 49.
a is connected to the capacitor upper electrode 3Aa. The aluminum electrode 71a has a fixed potential such as a ground potential. The side and bottom surfaces of the contact hole 67 are covered with a titanium nitride film 72, and the contact hole 67 is covered with a tungsten film 73.
Is filled with Also, a titanium nitride film 72 is provided on the bottom surface of the aluminum electrode 71 or the like.

【0037】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ウェル43b表面に設けられたN型
のソース・ドレイン領域51と、Pウェル43b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ウェル43b表面上に設けられた多結晶シリコ
ン膜53及びシリサイド膜54が積層してなるゲート電
極55とから構成されている。
On the other hand, the transistor 60 constituting the peripheral circuit of the memory device includes an N-type source / drain region 51 provided on the surface of the P well 43b, a gate insulating film 52 provided on the surface of the P well 43b, A gate electrode 55 is formed by laminating a polycrystalline silicon film 53 and a silicide film 54 provided on the surface of the P well 43b via a gate insulating film 52.

【0038】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、コンタクト孔67と同様に、
側面および底面は窒化チタン膜72に覆われ、タングス
テン膜73により充填されている。
An aluminum electrode 71b is connected to one of the source / drain regions 51 via a contact hole 68 provided through the interlayer insulating films 47, 48 and 49.
This contact hole 68, like the contact hole 67,
The side and bottom surfaces are covered with a titanium nitride film 72 and filled with a tungsten film 73.

【0039】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に接続されている。
Similarly, other transistors 60 in the peripheral circuit
Gate electrode 55 is connected to aluminum electrode 71c via a contact hole.

【0040】次に本発明の一実施例について説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described.

【0041】図3は、図1に示した半導体装置の製造工
程の主要工程を模式的に示した断面図であり、図1の容
量素子部70の部分拡大断面図である。また図2は、プ
ラズマCVD装置の一例の概略構成を模式的に示す断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing main steps of a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1, and is a partially enlarged cross-sectional view of the capacitor element section 70 in FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of an example of a plasma CVD apparatus.

【0042】図2を参照すると、プラズマCVD装置
は、真空チャンバ21と、チャンバ21に接続した成膜
用ガスボックス22と、電磁弁23を介してチャンバ2
1に接続された真空ポンプ24と、チャンバ21内に設
置した電極25、26と、電磁弁27を介してチャンバ
21に接続されたベント用ガス源28と、を備えてい
る。
Referring to FIG. 2, the plasma CVD apparatus comprises a vacuum chamber 21, a film forming gas box 22 connected to the chamber 21, and a chamber 2 through an electromagnetic valve 23.
1, a vacuum pump 24, electrodes 25 and 26 installed in the chamber 21, and a vent gas source 28 connected to the chamber 21 via an electromagnetic valve 27.

【0043】電極25はシャワーヘッドであり、マッチ
ングボックス4を介して高周波電源6に13.56
MHzの高周波電圧を印加できるように電気的に接続さ
れているとともに、成膜用ガスボックス22に接続され
ている。
The electrode 25 is a showerhead, 13.56 to a high frequency power source 3 6 via a matching box 3 4
It is electrically connected so that a high-frequency voltage of MHz can be applied, and is connected to a film forming gas box 22.

【0044】また、この高周波電源6は、高周波パル
ス変調が可能な高周波信号発生器及び高周波信号増幅器
を有している。
[0044] Further, the high-frequency power source 3 6 includes a high-frequency pulse modulation is possible RF signal generator and a high-frequency signal amplifier.

【0045】電極26は、内部に、成膜温度調節用のヒ
ーター8が設置されており、マッチングボックス
を介して高周波電源7に400kHzから1Hzの
周波電圧を印加できるように接続されている。
The electrode 26 is inside, the heater 3 8 for adjusting the film formation temperature is installed, a matching box 35
It is connected so as to apply a frequency of a voltage of 1 M Hz from 400kHz to a high-frequency power source 3 7 through.

【0046】図3(a)を参照すると、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(CV
D)法によりリンドープされた多結晶シリコン膜を堆積
し、パターニングを行い容量下部電極2を形成する。な
おコンタクト孔57内を充填する材料としては、タング
ステン膜などの金属材料でも良い。なお、図3(a)に
おいて、56、58は、ビット線、コンタクト孔であ
る。
Referring to FIG. 3A, a second interlayer insulating film 48 is formed, and a contact hole 57 penetrating through the interlayer insulating films 47, 48 is formed. Thereafter, chemical vapor deposition (CV)
A polycrystalline silicon film doped with phosphorus is deposited by the method D) and patterned to form the capacitor lower electrode 2. In addition, as a material for filling the inside of the contact hole 57, a metal material such as a tungsten film may be used. In FIG. 3A, reference numerals 56 and 58 denote bit lines and contact holes.

【0047】また、図3(b)及至図3(d)を参照し
て、2Aは不純物としてリンを含むポリシリコンあるい
はW等のスタック電極、11AはTa25等の容量絶縁
膜、3AはWN等の金属電極である。次に製造方法につ
いて説明する。
Referring to FIGS. 3B to 3D, reference numeral 2A denotes a stack electrode made of polysilicon or W containing phosphorus as an impurity, and 11A denotes a capacitive insulating film made of Ta 2 O 5 or the like. Is a metal electrode such as WN. Next, a manufacturing method will be described.

【0048】まず図3(b)に示すように、例えばリン
をドープしたポリシリコン、W等を堆積した後、例えば
RIE(反応性イオンエッチング)によって、スタック
電極2Aを形成する。
First, as shown in FIG. 3B, after depositing, for example, phosphorus-doped polysilicon, W, etc., a stack electrode 2A is formed by, for example, RIE (reactive ion etching).

【0049】次に図3(c)に示すように、例えばTa
(OC255+O2によってLPCVD(減圧CVD)
法で、スタック電極2A上に、Ta25容量絶縁膜11
Aを堆積する。
Next, as shown in FIG.
LPCVD (Low pressure CVD) by (OC 2 H 5 ) 5 + O 2
A Ta 2 O 5 capacitive insulating film 11 on the stack electrode 2A
A is deposited.

【0050】次に図3(d)に示すように、ソースガス
として、例えばWF6+NH3を用いて、例えば13.5
6MHzの第1の高周波をオンタイム500us、オフ
タイム500usで25シャワーヘッドに印加し、第2
の400kHzの高周波を第1の高周波のオフ時に印加
するプラズマパルス発振によるCVD法によって、容量
絶縁膜11Aを覆うようにWN膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, for example, WF 6 + NH 3 is used as a source gas, for example, at 13.5.
A first high frequency of 6 MHz is applied to 25 showerheads with an on-time of 500 us and an off-time of 500 us.
The WN film is formed so as to cover the capacitor insulating film 11A by a CVD method using plasma pulse oscillation in which the high frequency of 400 kHz is applied when the first high frequency is turned off.

【0051】ダメージを抑え、被覆性良くWN電極を成
膜することによって、リークが少なく耐熱性の高い容量
を形成することができる。
By suppressing the damage and forming a WN electrode with good coverage, a capacitor with little leakage and high heat resistance can be formed.

【0052】次に、本発明の実施例での実験結果に基づ
いて、本発明の効果について説明する。
Next, the effects of the present invention will be described based on the experimental results in the embodiments of the present invention.

【0053】図4は、本実施例の方法によって製造した
キャパシタの電流電圧特性、及び、比較例として従来の
プラズマCVDで電極を形成したキャパシタの電流電圧
特性を示すである。
FIG. 4 shows the current-voltage characteristics of a capacitor manufactured by the method of this embodiment and the current-voltage characteristics of a capacitor having electrodes formed by a conventional plasma CVD as a comparative example.

【0054】図4から、本実施例のパルスプラズマCV
Dで電極を形成したキャパシタでは+1.5Vにおける
リーク電流密度は、3E−16(3×10-16)A/c
ellであり、−1.5Vにおけるリーク電流密度は、
7E−16(7×10-16)A/cellである。
FIG. 4 shows that the pulse plasma CV of this embodiment is
The leakage current density at +1.5 V of the capacitor having the electrode formed with D is 3E-16 (3 × 10 -16 ) A / c.
and the leak current density at -1.5 V is:
7E-16 (7 × 10 -16 ) A / cell.

【0055】これに対して、連続発振のプラズマCVD
で電極を形成したキャパシタでは、+1.5Vにおける
リーク電流密度は3E−12A/cellであり、−
1.5Vにおけるリーク電流密度は3E−13A/ce
llである。
On the other hand, continuous oscillation plasma CVD
In the capacitor in which the electrodes are formed in the above, the leakage current density at +1.5 V is 3E-12A / cell,
The leakage current density at 1.5V is 3E-13A / ce
11.

【0056】表1は、各の系(プラズマ連続発振系とプ
ラズマパルス発振系)で電極の成膜を行ったキャパシタ
の容量を測定した結果である。
Table 1 shows the results of measuring the capacitance of the capacitors on which the electrodes were formed in each system (plasma continuous oscillation system and plasma pulse oscillation system).

【0057】いずれの系においてもスタック電極はリン
を含むポリシリコンであり、Ta25容量絶縁膜の厚さ
は100オングストローム(10nm)である。
In each system, the stack electrode is polysilicon containing phosphorus, and the thickness of the Ta 2 O 5 capacitance insulating film is 100 Å (10 nm).

【0058】表1には,それぞれの方法によってWN電
極を形成したTa25キャパシタの容量値を示した。
Table 1 shows the capacitance values of Ta 2 O 5 capacitors having WN electrodes formed by the respective methods.

【0059】表1からも判るように、プラズマ連続発振
によってWN電極を形成したキャパシタよりプラズマパ
ルス発振によってWN電極を形成したキャパシタの方が
高い容量値が得られている。これらの結果から、プラズ
マ発振の方法により、金属電極の成膜中に容量絶縁膜に
はいるダメージが低減され容量膜の劣化が抑制されてい
ることが判る。
As can be seen from Table 1, a capacitor having a WN electrode formed by plasma pulse oscillation has a higher capacitance than a capacitor having a WN electrode formed by plasma continuous oscillation. From these results, it can be seen that the plasma oscillation method reduces damage to the capacitor insulating film during formation of the metal electrode and suppresses deterioration of the capacitor film.

【0060】[0060]

【表1】 [Table 1]

【0061】[0061]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラズマCVD法において、容量部のプレート電極を容
量膜へのダメージを抑制しつつ形成することができ、リ
ーク電流の少ない容量部を形成できる、という効果を奏
し、キャパシタ形成プロセス上、極めて有効である。
As described above, according to the present invention,
In the plasma CVD method, the plate electrode of the capacitor can be formed while suppressing the damage to the capacitor film, and the capacitor having a small leakage current can be formed. This is extremely effective in the capacitor forming process. .

【0062】その理由は、本発明においては、プラズマ
生成のための高周波電力をパルスで供給するために、プ
ラズマ中の成膜に寄与せずエッチング種として作用する
ラジカル、イオンの生成を抑制しつつ、エッチング種の
イオンの密度が低下した時点で、成膜に寄与するイオン
を加速して容量絶縁膜上に照射し、表面マイグレーショ
ンを促進して成膜を行うことで、容量絶縁膜へのダメー
ジが少なく、被覆性良く金属窒化膜を成膜する事ができ
るためである。
The reason is that, in the present invention, since high-frequency power for generating plasma is supplied in pulses, generation of radicals and ions that do not contribute to film formation in plasma and act as etching species is suppressed while suppressing the formation of plasma. When the density of ions of the etching species decreases, the ions contributing to the film formation are accelerated and irradiated onto the capacitor insulating film, and surface migration is promoted to form the film, thereby damaging the capacitor insulating film. This is because a metal nitride film can be formed with good coverage and good coverage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例を説明するための図であり、半
導体メモリデバイスの断面図である。
FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a semiconductor memory device.

【図2】本発明の一実施例におけるプラズマCVD装置
の一例の概略構成を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an example of a plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図3】図1の容量素子部の断面の部分拡大図であり、
製造工程順に示した図である。
FIG. 3 is a partially enlarged view of a cross section of the capacitive element section in FIG. 1;
It is a figure shown in order of a manufacturing process.

【図4】本発明の実施例及び従来技術によって作成した
キャパシタの電流電圧特性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating current-voltage characteristics of a capacitor manufactured according to an example of the present invention and a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 真空チャンバ 22 成膜用ガスボックス 23 電磁弁 24 真空ポンプ 25 シャワー電極 26 電極 27 電磁弁 28 ベント用ガス 29 スタック電極 30 容量絶縁膜 31 金属電極 32 絶縁膜 33 基板 34 マッチングボックス 35 マッチングボックス 36 高周波電源 37 高周波電源 2 容量下部電極 2A 容量下部電極 3A 容量上部電極 3Aa 容量上部電極 11A 酸化タンタル膜 41 Pシリコン基板 42 Nウェル 43 Pウェル 43a 第一のPウェル 43b 第2のPウェル 45 N型分離領域 46 フィールド酸化膜 47 層間絶縁膜 48 第2の層間絶縁膜 49 第3の層間絶縁膜 50 トランジスタ 51 N型ソースドレイン領域 51a ソースドレイン領域 51b ソースドレイン領域 52 ゲート酸化膜 53 多結晶シリコン膜 54 シリサイド層 55 ゲート電極 53 ビット線 57 コンタクト孔 58 コンタクト孔 60 周辺回路を構成するトランジスタ 67 コンタクト孔 68 コンタクト孔 70 容量素子部 71 アルミ電極 71a アルミ電極 71b アルミ電極 71c アルミ電極 72 窒化チタン膜 73 タングステン膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Vacuum chamber 22 Film-forming gas box 23 Solenoid valve 24 Vacuum pump 25 Shower electrode 26 Electrode 27 Solenoid valve 28 Venting gas 29 Stack electrode 30 Capacitive insulating film 31 Metal electrode 32 Insulating film 33 Substrate 34 Matching box 35 Matching box 36 High frequency Power supply 37 High-frequency power supply 2 Capacity lower electrode 2A Capacity lower electrode 3A Capacity upper electrode 3Aa Capacity upper electrode 11A Tantalum oxide film 41 P silicon substrate 42 N well 43 P well 43a First P well 43b Second P well 45 N type separation Region 46 Field oxide film 47 Interlayer insulation film 48 Second interlayer insulation film 49 Third interlayer insulation film 50 Transistor 51 N-type source / drain region 51a Source / drain region 51b Source / drain region 52 Gate oxide film 53 Polycrystal Recon film 54 Silicide layer 55 Gate electrode 53 Bit line 57 Contact hole 58 Contact hole 60 Transistor constituting a peripheral circuit 67 Contact hole 68 Contact hole 70 Capacitor element section 71 Aluminum electrode 71a Aluminum electrode 71b Aluminum electrode 71c Aluminum electrode 72 Titanium nitride film 73 tungsten film

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−312271(JP,A) 特開 平9−293600(JP,A) 特開 平9−260306(JP,A) 特開 平9−137273(JP,A) 特開 平8−306659(JP,A) 特開 平3−255624(JP,A) 特開 平3−243772(JP,A) 特開 平2−165628(JP,A) 特開 昭64−5015(JP,A) 特開 昭63−72881(JP,A) 特開 昭63−2319(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/285 H01L 21/285 301 C23C 16/50 Continuation of front page (56) References JP-A-9-312271 (JP, A) JP-A-9-293600 (JP, A) JP-A-9-260306 (JP, A) JP-A-9-137273 (JP, A) JP-A-8-306659 (JP, A) JP-A-3-255624 (JP, A) JP-A-3-243772 (JP, A) JP-A-2-165628 (JP, A) JP 64-5015 (JP, A) JP-A-63-72881 (JP, A) JP-A-63-2319 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/285 H01L 21/285 301 C23C 16/50

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】原料ガスにハロゲン化物金属と窒化剤とな
るガスを用いて絶縁膜上に金属窒化物を形成するプラズ
マCVDにおいて、 プラズマを生成するための高周波電力をパルスで供給
し、且つ、プラズマ生成のための高周波に加えて、プラ
ズマ中のイオンを加速するための高周波を印加し、前記
イオンを加速するための高周波を、プラズマ生成のため
の高周波のオフ時に印加する、ことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
In a plasma CVD for forming a metal nitride on an insulating film by using a gas serving as a halide metal and a nitriding agent as a source gas, a high-frequency power for generating plasma is supplied by a pulse, and In addition to high frequency for plasma generation, high frequency for accelerating ions in plasma is applied ,
High frequency for accelerating ions, for generating plasma
The method is applied when the high frequency is turned off .
【請求項2】前記プラズマ生成のための高周波のパルス
のオンタイム、オフタイムを1μ秒から500μ秒の範
囲(1μs<Ta<500μs)で印加する、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。
2. A high-frequency pulse for generating the plasma.
On-time and off-time of 1μsec to 500μsec
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the voltage is applied within a range (1 μs <Ta <500 μs) .
【請求項3】原料ガスにハロゲン化物金属と窒化剤とな
るガスを用いて絶縁膜上に金属窒化物を形成するプラズ
マCVDにおいて、 プラズマを生成するための高周波電力をパルスで供給
し、且つ、プラズマ生成のための高周波に加えてプラズ
マ中の成膜種イオンを加速するための高周波を、前記プ
ラズマ生成のための高周波のオフ時に印加し、 プラズマ中の、成膜に寄与せずエッチング種として作用
するラジカル、及びイオンの生成を抑制しつつ、成膜に
寄与するイオンを加速して、前記絶縁膜上に照射し、表
面マイグレーションを促進して前記金属窒化物の成膜を
行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A plasma CVD method for forming a metal nitride on an insulating film using a gas serving as a halide metal and a nitriding agent as a source gas, wherein a high-frequency power for generating plasma is supplied by a pulse, and In addition to the high frequency for plasma generation, a high frequency for accelerating the film forming seed ions in the plasma is applied when the high frequency for plasma generation is turned off, and the plasma is used as an etching seed without contributing to film formation. While suppressing the generation of acting radicals and ions, the ions contributing to film formation are accelerated and irradiated on the insulating film to promote surface migration to form the metal nitride film. Manufacturing method of a semiconductor device.
【請求項4】プラズマCVD装置における基板上部の電
極(シャワーヘッド)からソースガスを供給し、該ガス
は反応室内で混合され、前記ガスを解離させてプラズマ
を生成するための高周波電力を、前記基板上部の前記電
極(シャワーヘッド)にパルスで供給する、ことを特徴
とする請求項記載の半導体装置の製造方法。
4. A source gas is supplied from an electrode (shower head) above a substrate in a plasma CVD apparatus, the gas is mixed in a reaction chamber, and a high frequency power for generating plasma by dissociating the gas is supplied to the source gas. The method according to claim 3 , wherein a pulse is supplied to the electrode (shower head) on the substrate.
【請求項5】前記原料ガスにWF6、NH3ガス系を用
い、前記絶縁膜としての酸化タンタル膜に、プレート電
極としてWN膜を成膜する、ことを特徴とする請求項
又は記載の半導体装置の製造方法。
5. Using WF 6, NH 3 gas system to the raw material gas, the tantalum oxide film as the insulating film, according to claim 3 for forming a WN film as a plate electrode, characterized in that
Or the method of manufacturing a semiconductor device according to 4 .
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