JPH01173622A - 窒化膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 半導体装置における窒化膜の形成方法に関し。

薄＜、かつ、絶縁耐圧のすぐれた窒化膜を再現性よく形
成可能とすることを目的とし。

窒化物を生成する材料から成る表面を有する基板が配置
されている反応容器内に気体状のヒドラジンを導入する
とともに該表面を赤外線照射により加熱してヒドラジン
と反応させることにより該基板表面に窒化膜を形成する
ことがら構成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置における窒化膜の形成に係り、とく
に、基板表面を直接窒化することにより窒化膜を形成す
る方法に関する。

〔従来の技術〕

ＤＲＡＭ　（ダイナミックランダムアクセスメモリ）の
製造において、各メモリセルを構成するキャパシタの容
量を増大させるために、該キャパシタの誘電体として、
従来からのＳｉＯ□膜の代えて、より誘電率の大きなＳ
ｉＪ、膜を用いるようになりつつある。

通常、　　ｓｉｆ＋！１４膜は、　ＣＶＤ（化学気相堆
積）法によって、シリコン基板等の上に生成される。そ
して。

該５ｉ３Ｎａ膜を酸化性の雰囲気中で熱処理してその表
面を酸化することにより膜中に存在するピンホールを埋
め込み、良質な誘電体膜を得ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、　ＤＩ？ＡＭの望積麿の向トとともに、小面
積で大容滑を得るために、　Ｓｉ、Ｎ、膜の膜厚の低減
が進められており、厚さ数１０Ａ程度で絶縁耐圧のすく
れたＳｉ３Ｎ、膜が要求されている。しかしながら１従
来のようにＣＶＤ法により薄い５ｉ３Ｎｎ膜を生成しよ
うとすると、膜厚の制御が困難となり、また、ピンホー
ルが急増する。膜厚が変動すると。

メモリセルのキャパシタ容量が不均一となってメモリの
動作マージンが狭くなり、所定の特性が得られず、また
、絶縁耐圧も保証できなくなる。

本発明は、絶縁耐圧のすぐれた数１０人程度の薄い５ｉ
Ｊ４膜あるいはＴａｚＯｓ膜を再現性よく形成可能とす
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、窒化物を生成する材料から成る表面を有す
る基板が配置されている反応容器内に気体状のヒドラジ
ンを導入するとともに、該表面を赤外線照射により加熱
してヒドラジンと反応させることにより、該基板表面に
窒化膜を形成することを特徴とする１本発明に係る窒化
膜の形成方法によって達成される。

〔作　用〕

単結晶または多結晶シリコンから成る表面あるいはＴａ
２０ｇ膜の表面を気体状のヒドラジンを含む雰囲気中で
赤外線照射により加熱することによりヒドラジンと反応
させ、その全表面に数１０人程度の薄いＳｉ３Ｎ、膜ま
たはＴａＮ膜を生成させる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の原理的工程を説明するための要部断面
図であっ”で、第１図＋８）に示すように、シリコンう
エバ等の半導体基板１上の所定領域には。

シリコンあるいはＴａ、Ｏｇのような窒化物を生成する
材料から成る膜２が形成されている。この膜２を１図示
しない反応容器中において、赤外線の照射の下で気体状
のヒドラジンと反応させることにより、第１図（ｂ）に
示すように、その表面に数１０人程度の薄い５ｉ１Ｎ４
ｖＪまたはＴａＮ膜等の窒化膜３を生成させる。

第２図は本発明の実施に用いた装置の概要構成を示す模
式的断面図であって９例えば透明石英管から成る赤外線
透過性の反応容器４の内部には。

例えば多結晶シリコン膜のような前記膜２（図示省略）
が形成されている半導体基板ｌが配置されている。半導
体基板１は９石英棒等から成る支持体５により１反応容
器４の中央部近傍に位置するように支持されている。半
導体基板１の表面は。

反応容器４外部に配置されている２例えばハロゲンラン
プ等の赤外線輻射源６により照射され、所定温度に加熱
される。

反応容器４の一端に設けられているガス導入管８は、液
体状のヒドラジンが収容されているバブラー７に接続さ
れている。そして、バブラー７に。

キャリヤガラスとして、窒素（Ｎりガス等の不活性ガス
を流すことによりヒドラジンが気化され、ガス導入管８
を通じて反応容器４内に流入される。

その結果、半導体基板１上に形成されている前記多結晶
シリコン等の膜２はヒドラジンと反応し。

その表面に数１０人の５ｉＪａ等の窒化膜が生成される
。キャリヤガスであるＮ２と未反応の気体状ヒドラジン
、および気体状の反応生成物である水素（１（２）ガス
等は排気管９を通じて２反応容器４外部に排出される。

本発明を、　ＤＲＡＭセルのキャパシタにおける誘電体
を構成する５ｉＪ４膜の形成に適用する例を示す。

第３図はＤＲＡＭセルの等価回路例であって、ＭＯＳト
うンジスタ１０のゲート１１はワード線に１　ソース１
２はビット線に、また、ドレイン１３は、電荷蓄積用の
キャパシタ２０に、それぞれ接続されている。キャパシ
タ２０の一端は９例えば接地線に接続されている。キャ
パシタ２００対向電極２１および２２は、後述するよう
に５通常は多結晶シリコン膜で形成される。そして、対
向電極２１および２２間に、誘電体として、薄い５ｉｚ
Ｎａ膜が形成される。。

第４図は１本発明をＤＩ？Ａ？Ｉの製造に適用した場合
の工程を説明するための要部断面図であって、第３図に
示されている部分は同一の符号で示しである。

第４図（ａ）に示すように１例えばシリコンウェハのよ
うな半導体基板１の所定領域に１通常のＤＲＡＭ製造工
程と同様にして不純物が注入され、ソース１２とドレイ
ン１３が形成されている。また、ソース１２とドレイン
１３間における半導体基板１表面には。

ゲート絶縁膜１４を介して９例えば多結晶シリコン膜か
ら成るゲート１１が形成されている。なお、デー１−１
１上には、ゲー）１１の抵抗値を下げるために。

例えばタングステン等の高融点金属のシリサイド膜１５
が形成されている。

さらに、半導体基板ＩＦには、例えば燐珪酸ガラス（Ｐ
ＳＧ）から成る眉間絶縁膜１６が形成されている。肋間
絶縁膜１６には、ソース１２およびドレイン１３の各領
域に対応する開口が設けられている。そして９層間絶縁
膜１６上には、多結晶シリコン膜から成る前記対向電極
２１が形成されている。対向電極２１は層間絶縁膜１６
に設けられている開口を通じてドレイン１３に接続され
ている。以上までは従来のｌｌＲＡＭ製造工程にしたが
って進められる。

本発明を適用する場合には、第４図（ａｌに示す構造の
半導体基板１を第２図に示す装置内に配置し。

気体状のヒドラジンを含む雰囲気中で赤外線輻射源６に
より加熱する。その結果、第４図（ｂ）！こ示すように
、多結晶シリコン膜から成る対向電極２１の表面にＳｉ
Ｊ、膜２３が生成される。この場合に、前記バブラー７
の温度およびこれに通じる不活性ガスのＢ９を、それぞ
れ、３０℃および５００ＳＣＣＭ、また、赤外線輻射源
６に加熱される半導体基板１表面〆品慶を１０００℃、
加熱時間を１００秒とすることにより、生成される５ｉ
３Ｎａ膜？、３の摩さは約５０人となる。

なお、上記の窒化膜生成工程において、ソース１２部分
に露出する半導体基板１表面および層間絶縁膜１６の表
面も一部窒化され、薄い窒化膜１７が生成されるが、差
支えない。

上記の後２半導体基板１を、第２図と同じ装置または通
常の電気炉を用い、酸化性の雰囲気中で約９５０℃３０
分間加熱し、　　Ｓｉ、Ｎ、膜２３の表面を酸化する。

この工程は、　　Ｓｉ３Ｎ、膜におけるピンホールの封
孔処理として公知の方法を用いればよい。

次いで、半導体基板１−Ｌ、に２結晶シリコン膜を生成
さし、これを公知のシリコンエツチング方法を用いて選
択的に除去し、第４図（Ｃ）に示すように。

対向電極２２を形成する。このようにして、対向電極２
１と２２および誘電体としてのＳｉ３Ｎ４膜２３から構
成されるキャパシタ２０（第３図参照）が形成される。

上記の後、公知のＳｉ３Ｎ４エツチング方法を用い。

対向電極２２をマスクとして、窒化膜１７の露出してい
る部分を除去する。次いで１通常のＤＲＡＭ製造工程と
同様にして、第４図（ｄｌに千ずようＧご、半導体基板
１上に１例えば硼塙キ酸ガラス（ＢＰＳＧ）から成る層
間絶縁膜１８を形成する。層間絶縁膜１８には。

ソース１２の領域上の部分および対向電極２２の延伸部
２４−Ｌの部分を選択的に除去し、て形成された開口が
設けられている。そして、これらの開口を通し′ζソー
ス１２および対向電極２２にそれぞれ接続する電極３１
および３２を形成する。電極３１および３２は。

それぞれ、前記ビット線および接地線の一部を構成する
。

上記のようにして厚さ数１０人程度の薄い５ｊ３Ｎ４膜
２３を誘電体とするキャパシタを有するＤ！？ＡＭセル
を形成できる。

本発明においては、従来のＣＶＤ法による堆積膜と異な
って、多結晶シリコン膜の表面を、いわゆるランプアニ
ール法によって２、速に加熱し、かつ。

反応性の強いヒドラジンを用いて短時間で窒・化するの
で、所望の小さなＶ、厚を有する５ｉＪａ膜を再現性よ
く生成できる。そして、このＳｉ：、Ｎｍ膜は従来と同
様にピンホールの封孔処理が可能であり。

ＤＲＡＭセルのキャパシタとして必要な絶縁耐圧を有し
ている。

なお、第４図（ａ）において、対向電極２１を構成する
多結晶シリコン膜上にあらかじめ数１０人程度のＴａｘ
ｅｓ膜を形成し、対向電極２１と同じにパターンニング
しておき、以後第４図伽）以下と同様の工程にしたがっ
て、このＴａｇ’ｓ膜を窒化することにより、　ＴａＮ
膜を誘電体とする前記キャパシタ２０を形成することも
可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高密度のＤＲＡＭセルにおけるキャパ
シタを構成するための絶縁耐圧のすぐれた薄い窒化膜を
、所定の膜厚に再現性よく形成することができ、　ＤＲ
ＡＭ装置の品質および製造歩留りの向上ならびに信頼性
の向上を可能とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的工程を説明するための要部断面
図。 第２図は本発明の実施に用いた装置の概要構成を示す模
式的断面図。 第３図はＤＲＡＭセルの等価回路例。 第４図はＤＲＡＭの製造工程における本発明の詳細な説
明するための要部断面図 である。 図において。 １は半導体基板。 ２は膜。 ３と１７は窒化膜。 ４は反応容器３ ５は支持体。 ６は赤外線輻射源。 ７はバブラー。 ８はガス導入管。 ９は排気管。 １０はＭＯＳ　）ランジスタ。 １１はゲート。 １２はソース。 １３はドレイン。 １４はゲート絶縁膜。 １５は高融点金属のシリサイド膜。 １６と１８は眉間絶縁膜。 ２０はキャパシタ。 ２１と２２は対向電極。 ２３はＳｉ、Ｎ４膜。 ２４は対向電極２２の延伸部。 ３１と３２は電極 である。 第１図 木全ａ月ｆ′）禦方名に困し・ｆ：鼠１第？　団 ワーｌ″射雀 ＤＦｅＡＹセルの等他回路ｊダ１ 第　５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）窒化物を生成する材料から成る表面を有する基板が
   配置されている反応容器内に気体状のヒドラジンを導入
   するとともに該表面を赤外線照射により加熱してヒドラ
   ジンと反応させることにより該基板表面に窒化膜を形成
   することを特徴とする窒化膜の形成方法。 ２）該材料はシリコンであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の窒化膜の形成方法。 ３）該材料は酸化タンタルであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の窒化膜の形成方法。 ４）該窒化膜を酸化性雰囲気中で加熱することによりそ
   の表面を酸化することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の窒化膜の形成方法。