JP3432359B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Description
ャパシタの構造およびその製造方法に関するものであ
る。
大きな容量を得るために高誘電率膜であるタンタル酸化
膜(Ta2O5)が使用されていた。
た、酸化性雰囲気下でアニールされる。このアニール
は、欠陥修復やリーク電流低減のたに行われる。つい
で、上部電極をTa2O5膜上に形成することによりキャ
パシタが形成される。
ャパシタの製造方法では、酸化性雰囲気でのアニール時
に、下部電極(ポリシリコン)とTa2O5膜との界面に
シリコン酸化膜が形成されてしまう。従って、キャパシ
タ誘電膜がTa2O5膜とシリコン酸化膜で形成されるこ
ととなり、キャパシタ誘電膜厚が実質的に非常に大きく
なるという問題点があった。
の1/5〜1/6程度の比誘電率しかなく、高誘電率の
キャパシタ誘電膜が得られないという問題点があった。
ン)を窒化し、下部電極表面に窒化膜を形成した後、T
a2O5膜を形成する方法も試みられているが、この方法
においても、ウエハの炉への挿入時もしくは炉内の残留
酸素の影響により、下部電極上にシリコン酸化膜が形成
され、このシリコン酸化膜を熱窒化することになるの
で、この熱窒化したシリコン酸化膜は1〜2nmに達
し、キャパシタ誘電膜に占めるこのシリコン酸化膜の割
合が大きくなり、薄膜化の妨げとなる。また、このシリ
コン酸化膜は、意図的に形成するものではなく、処理条
件(時間、炉の種類等)によってその膜厚が異なるた
め、どの程度形成されるかという予測が困難でり、どの
程度Ta2O5を形成すれば所望のキャパシタ誘電膜が得
られるのかが分からず、Ta2O5の膜厚の制御が困難に
なるという問題があった。
下部電極と、この下部電極上に形成されたタンタル酸化
膜と、下部電極と前記タンタル酸化膜との間に形成され
た窒化膜であって、前記下部電極をタンタル酸化膜を介
して窒素原子を含む雰囲気下でアニールすることによっ
て形成された窒化膜と、このタンタル酸化膜上に形成さ
れた上部電極とを有することを特徴とする。
下部電極上にタンタル酸化膜を形成する工程と、この下
部電極をタンタル酸化膜を介して窒素原子を含む雰囲気
下でアニールすることによって下部電極とタンタル酸化
膜との間に窒化膜を形成する工程と、このタンタル酸化
膜上に上部電極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である。
基板あるいはヒ素もしくはリンの不純物を1〜10×1
020個/cm3の高濃度に拡散したポリシリコン膜を用
いて下部電極1を形成する。
1上にタンタル酸化膜(Ta2O5膜)をスパッタ法もし
くはCVD(化学的気相成長)法により5〜20nm程
度形成する。Ta2O5膜の比誘電率は20〜25であ
る。
0〜1000℃で、30秒〜30分、RTP(Rapid Th
ermal Process)炉で、アニールを行い窒化膜3を形成
する。このアニールは、電気抵抗炉(ファーネス炉)で
もよいが、他のトランジスタ等の素子やTa2O5膜への
悪影響、熱処理による不純物の再拡散やアニール効果に
よる膜の劣化等を低減するため、炉への出し入れ時の酸
素等の混入および昇温・降温時の熱履歴の少ないRTP
炉でアニールする方が好ましい。
Ta2O5膜2中を拡散し、下部電極1と反応して窒化膜
3が、下部電極1とTa2O5膜2との界面に形成される
(図1(c))。この時形成される窒化膜3は、0.5
nm以下と非常に薄く、その比誘電率(〜7)より、実
効的な膜厚(酸化膜換算膜厚)は、0.2nm以下とな
り、無視できる程度の膜厚となる。
リングボンド(未結合手)等と結合することにより、T
a2O5の比誘電率は上昇する。
の実効的な膜厚は、小さくなる。
電流の低減のため、酸化雰囲気下(酸素もしくはオゾン
中)で、アニールを行う。この時、窒化膜3がバリアと
なり下部電極1は酸化されない。
4となるポリシリコン膜を形成し、不純物を導入し、パ
ターンニグを行うことによりキャパシタが形成される。
したが、キャパシタ構造は、例えば、リング型やフィン
型のような立体構造としてもよい。
囲気で、アニールを行い窒化膜3を形成したが、このア
ンモニアを一酸化二窒素(N2O)あるいは一酸化窒素
(NO)とすることができる。
欠陥修復およびリーク電流の低減のためのアニールを兼
ねることができ工程数の削減が可能となる。
合、Nによる窒化とOによる酸化が同時に起こるが、N
による窒化反応が優先的に進むため、このTa2O5をア
ニールするような時間・温度では酸化膜はほとんど形成
されない。
成するためのアニールとTa2O5膜2の欠陥修復等のた
めのアニールを兼ねたが、もちろん、NH3雰囲気中で
窒化膜3を形成するための第1のアニールを行い、N2
OあるいはNO雰囲気中でTa2O5膜2の欠陥修復等の
ための第2のアニールを行ってもよい。
O5膜中のタングリングボンド(未結合手)の欠陥を修
復できる。このタングリングボンドは、欠陥やトラップ
の原因となるが、N2OあるいはNO雰囲気中でアニー
ルすることにより、酸素および窒素とタングリングボン
ドを結合させることによりストレスによるトラップの発
生を低減でき、より安定な膜質のTa2O5膜の形成がで
きる。このタングリングボンドとの結合は、酸素よりも
窒素の方がより強固である。
O5膜2上に直接上部電極を形成したが、Ta2O5膜2
を形成(図1(c))の後、図2(a)に示すように、
Ta2O5膜2上にシリコン窒化膜5をLPCVD(低圧
化学的気相成長)法により0.5〜1nm形成し、その
後、シリコン窒化膜5上に上部電極4を形成してもよい
(図2(b))。
膜5を形成したので上部電極に不純物を導入する際の熱
処理、他の素子を形成する際の熱処理によりTa2O5膜
と上部電極4との界面にシリコン酸化膜が形成されるの
を防止することができる。従って、キャパシタ容量の低
減を防ぐことができる。
物の拡散を防止することができ、Ta2O5の膜質の劣化
を防ぐことができる。
電極としてポリシリコンを用いたが、他の金属、タング
ステン(W)や窒化チタン(TiN)を用いることも可
能である。
れば、キャパシタを構成する窒化膜ををタンタル酸化膜
を介して窒素原子を含む雰囲気下でアニールしたので、
窒化膜厚を非常に薄くできる。
易となる。
Claims (9)
- 【請求項1】 下部電極と該下部電極より上方に位置す
る上部電極との間にタンタル酸化膜および窒化膜を含む
誘電体膜を有するキャパシタを持つ半導体装置であっ
て、 前記下部電極と前記タンタル酸化膜との間に設けられる
前記窒化膜は、前記タンタル酸化膜の設けられた前記下
部電極を、窒素原子を含む雰囲気下でアニ−ルすること
によって形成されたシリコン窒化膜であることを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項2】 シリコン基板あるいはポリシリコン上に
タンタル酸化膜を形成する工程と、 前記タンタル酸化膜の形成された前記シリコン基板ある
いはポリシリコンを窒素原子を含む雰囲気下でアニ−ル
することによって前記シリコン基板あるいはポリシリコ
ンと前記タンタル酸化膜との間にシリコン窒化膜を形成
する工程と、 前記シリコン窒化膜形成後に、タンタル酸化膜に対し、
酸化性雰囲気下でアニ−ルを行なう工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記窒素原子を含む雰囲気下でのアニ−
ルは、アンモニア雰囲気下で行なわれることを特徴とす
る請求項2記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 シリコン基板あるいはポリシリコン上に
タンタル酸化膜を形成する工程と、 前記タンタル酸化膜の形成された前記シリコン基板ある
いはポリシリコンをN2OもしくはNO雰囲気下でアニ
−ルすることによって前記シリコン基板あるいはポリシ
リコンと前記タンタル酸化膜との間にシリコン窒化膜を
形成する工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記シリコン窒化膜を形成した後に、さ
らに前記タンタル酸化膜に対してN2OもしくはNO雰
囲気下でアニ−ルを施すことを特徴とする請求項2記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記シリコン窒化膜を形成した後に、さ
らに前記タンタル酸化膜上に第2の窒化膜を形成し、こ
の第2の窒化膜上に上部電極を形成することを特徴とす
る請求項2〜5のいずれか1つに記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項7】 前記下部電極はポリシリコンからなるこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項8】 前記タンタル酸化膜と前記上部電極との
間にはシリコン窒化膜が設けられていることを特徴とす
る請求項1または請求項7記載の半導体装置。 - 【請求項9】 前記酸化性雰囲気下とは、酸素あるいは
オゾン中であることを特徴とする請求項2または請求項
3記載の半導体装置の製造方法。
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JP16990596A JP3432359B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 半導体装置およびその製造方法 |
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JP16990596A JP3432359B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1022455A JPH1022455A (ja) | 1998-01-23 |
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Family
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JP16990596A Expired - Fee Related JP3432359B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 半導体装置およびその製造方法 |
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1996
- 1996-06-28 JP JP16990596A patent/JP3432359B2/ja not_active Expired - Fee Related
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