JP3295178B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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oxynitride
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、キャパシタ誘電体膜や
ゲート絶縁膜に使用するＯＮＯ膜（酸化膜−窒化膜−酸
化膜）を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＯＮＯ膜を誘電体部分に使用するキャパ
シタは、"Oxidation Studies of Crystalline CVD Sili
con Nitride"（J.Electronchem.Soc.,Vol.136,No.5 ,19
89.5）に記載されている。
【０００３】従来のＯＮＯ膜を誘電体部分に使用するキ
ャパシタは、図２に示すように、シリコン基板２１上に
下部電極用ポリシリコン２２を形成した後、自然酸化膜
２３、シリコン窒化膜２４を形成し、シリコン窒化膜２
４上部を熱酸化（ウエット酸化又はドライ酸化）するこ
とによって、シリコン窒化膜２４上にtop 酸化膜（オキ
シナイトライド（ＳｉＯx Ｎy ）膜２５、シリコン酸化
膜２６）を形成し、top 酸化膜形成後、top 酸化膜上に
上部電極用ポリシリコン２７を形成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のＯＮＯ膜（自然
酸化膜２３、シリコン窒化膜２４、top 酸化膜）におけ
るtop 酸化膜は、シリコン窒化膜２４上に形成されたオ
キシナイトライド膜２５とシリコン酸化膜２６との２層
構造からなる。このtop 酸化膜の上層部、シリコン酸化
膜２６は、top 酸化膜の下層部、オキシナイトライド膜
２５よりも比誘電率が低く、且つ結晶構造的にも粗いシ
リコン酸化膜を半導体の表層に含むため、絶縁性が劣
り、キャパシタ誘電体膜を有する半導体装置における容
量増加やリーク電流低減に限界が生じ、ゲート絶縁膜を
有する半導体装置におけるリーク電流低減に限界が生じ
るという問題があった。
【０００５】そこで、本発明は、キャパシタ誘電体膜と
してのＯＮＯ膜においては容量増加とリーク電流低減と
を両立させ、ゲート絶縁膜としてのＯＮＯ膜においては
リーク電流低減を図ることができる半導体装置及びその
製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は、半導体基板上に酸化膜とシリコン窒化膜とが形成さ
れた半導体装置において、前記シリコン窒化膜上に形成
されたオキシナイトライド膜と、このオキシナイトライ
ド膜上に直接接触して形成された導電膜とを有し、前記
酸化膜、前記シリコン窒化膜及び前記オキシナイトライ
ド膜からなるＯＮＯ膜がキャパシタ誘電体膜またはゲー
ト絶縁膜であるものである。
【０００７】また、本発明による半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に酸化膜とシリコン窒化膜とを形成す
る工程と、前記シリコン窒化膜上部を酸化して該シリコ
ン窒化膜上にオキシナイトライド膜及びシリコン酸化膜
からなる上部膜を形成する工程と、前記上部膜厚の８／
１０〜９／１０をエッチング除去することにより、前記
シリコン酸化膜のみを除去する工程と、露出した前記オ
キシナイトライド膜上に直接接触するように導電膜を形
成する工程とを有するものである。
【０００８】
【作用】本発明では、酸化膜とシリコン窒化膜とtop酸
化膜（上部膜：オキシナイトライド膜、シリコン酸化
膜）とからなるＯＮＯ膜のうち、top酸化膜上層にあた
るシリコン酸化膜は、オキシナイトライド膜よりも比誘
電率が低く、且つ絶縁性に劣るためtop酸化膜のシリコ
ン酸化膜をエッチングして取り除き、酸化膜とシリコン
窒化膜とオキシナイトライド膜のみのtop酸化膜とから
なるＯＮＯ膜にすることにより、絶縁性に優れたＯＮＯ
膜を得ることができる。従って、このＯＮＯ膜をキャパ
シタ誘電体膜を有する半導体装置に用いることにより、
容量増加とリーク電流低減との両立を図ることができ
る。又、このＯＮＯ膜をゲート絶縁膜を有する半導体装
置に用いれば、リーク電流低減を図ることができる。
【０００９】
【実施例】以下、図１を用いて、本発明をキャパシタに
適用した場合の一実施例を説明する。
【００１０】まず、図１（ａ）に示すように、シリコン
基板１１上に、キャパシタの下部電極として、下部電極
用ポリシリコン１２をＣＶＤ法により厚さ例えば１００
〜３００ｎｍで成長させる。下部電極用ポリシリコン１
２成長後、下部電極用ポリシリコン１２上部には自然酸
化膜１３が厚さ約１〜２ｎｍで形成される。自然酸化膜
１３形成後、ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜１４を成長
させる。このシリコン窒化膜１４の形成条件は、例え
ば、成長温度７００〜７５０℃、その厚さ１０〜２０ｎ
ｍを規定する。その後、シリコン窒化膜１４上部を熱酸
化することにより、top 酸化膜（オキシナイトライド膜
１５とシリコン酸化膜１６）を形成する。ここでのシリ
コン窒化膜１４の熱酸化条件は、例えばウエット酸化で
９００℃／３０分と規定する。
【００１１】次に、図１（ｂ）に示すように、top 酸化
膜を形成後、top 酸化膜の上層にあたるシリコン酸化膜
１６部分をエッチングにより除去する。ここでのエッチ
ングの条件は、例えば、０．５％濃度のフッ化水素水溶
液で、２〜１０分と規定する。このエッチングは、シリ
コン窒化膜１４上部の熱酸化により形成されたtop 酸化
膜のうち、シリコン酸化膜１６部分のみをエッチングす
るものである。このシリコン酸化膜１６をエッチングす
る量は、top 酸化膜（オキシナイトライド膜、シリコン
酸化膜）厚の８／１０〜９／１０である。
【００１２】次に、図１（ｃ）に示すように、シリコン
酸化膜１６をエッチングして取り除いた後に、オキシナ
イトライド膜１５上にキャパシタの上部電極として使用
する上部電極用ポリシリコン１７を形成することによ
り、キャパシタ構造を形成する。
【００１３】上記により、比誘電率が低く、絶縁性も劣
っているシリコン酸化膜１６を取り除くことができるの
で、比誘電率が高くなり絶縁性に優れたＯＮＯ膜を得る
ことができる。従って、キャパシタの容量が増加すると
共にリーク電流を低減することができる。なお、本実施
例ではキャパシタについて記述したが、このＯＮＯ膜を
ゲート絶縁膜に用いれば、絶縁性に優れるという該ＯＮ
Ｏ膜の特徴からゲート電極のリーク電流が減少する。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、ＯＮＯ膜のtop 酸化膜
（オキシナイトライド膜，シリコン酸化膜）のシリコン
酸化膜は、オキシナイトライド膜よりも比誘電率が低
く、絶縁性も劣っているため、top 酸化膜のシリコン酸
化膜をエッチングして取り除くことにより、キャパシタ
誘電体膜としてＯＮＯ膜を有するＤＲＡＭ等の半導体装
置における容量増加とリーク電流低減とを図り、ゲート
絶縁膜としてＯＮＯ膜を有するＭＯＳトランジスタ等の
半導体装置におけるリーク電流低減を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をキャパシタに適用した場合の一実施例
を製造工程順に示す断面図である。
【図２】従来のＯＮＯ膜を使用したキャパシタの断面図
である。
【符号の説明】
１１ シリコン基板 １２ 下部電極用ポリシリコン １３ 自然酸化膜 １４ シリコン窒化膜 １５ オキシナイトライド膜 １６ シリコン酸化膜 １７ 上部電極用ポリシリコン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/78 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/822 H01L 21/314 H01L 21/316 H01L 21/318 H01L 27/04 H01L 29/78

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板上に酸化膜とシリコン窒化膜
    とを形成する工程と、 前記シリコン窒化膜上部を酸化して該シリコン窒化膜上
    にオキシナイトライド膜及びシリコン酸化膜からなる上
    部膜を形成する工程と、 前記上部膜厚の８／１０〜９／１０をエッチング除去す
    ることにより、前記シリコン酸化膜のみを除去する工程
    と、 露出した前記オキシナイトライド膜上に直接接触するよ
    うに導電膜を形成する工程とを有することを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記シリコン酸化膜をエッチング除去す
    る工程は、フッ化水素水溶液を用いてウエットエッチン
    グする工程であ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。
  3. 【請求項３】 前記酸化膜、前記シリコン窒化膜及び前
    記オキシナイトライド膜をゲート絶縁膜とする工程とを
    更に有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。
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