JPH04223366A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH04223366A JPH04223366A JP2414456A JP41445690A JPH04223366A JP H04223366 A JPH04223366 A JP H04223366A JP 2414456 A JP2414456 A JP 2414456A JP 41445690 A JP41445690 A JP 41445690A JP H04223366 A JPH04223366 A JP H04223366A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置に関し、特
に、素子の高集積化に適したキャパシタの構造に関する
ものである。
に、素子の高集積化に適したキャパシタの構造に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体記憶装置にはＭＯＳＦＥＴとキャ
パシタの直列回路でその記憶素子が構成されるものがあ
る。以下、この種の半導体記憶装置を記憶保持動作の必
要なメモリ、略してダイナミックランダムアクセスメモ
リ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍ
ｅｍｏｒｙ） と呼ぶ。図２に従来用いられてきたダイ
ナミックランダムアクセスメモリの構造の一例を示す。 この図ではｐ型シリコン基板１上に第１の多結晶シリコ
ン膜５、その下に設けられた第１のゲート誘電体膜４、
上記シリコン基板上に形成されたＮ＋ 拡散層３，１３
でＭＯＳＦＥＴを形成している。さらにこのＭＯＳＦＥ
ＴのＮ＋ 拡散層１３とこの上に設けられた第２のゲー
ト誘電体膜１４とこの上に形成された第２の多結晶シリ
コン膜１５でキャパシタが形成される。
パシタの直列回路でその記憶素子が構成されるものがあ
る。以下、この種の半導体記憶装置を記憶保持動作の必
要なメモリ、略してダイナミックランダムアクセスメモ
リ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍ
ｅｍｏｒｙ） と呼ぶ。図２に従来用いられてきたダイ
ナミックランダムアクセスメモリの構造の一例を示す。 この図ではｐ型シリコン基板１上に第１の多結晶シリコ
ン膜５、その下に設けられた第１のゲート誘電体膜４、
上記シリコン基板上に形成されたＮ＋ 拡散層３，１３
でＭＯＳＦＥＴを形成している。さらにこのＭＯＳＦＥ
ＴのＮ＋ 拡散層１３とこの上に設けられた第２のゲー
ト誘電体膜１４とこの上に形成された第２の多結晶シリ
コン膜１５でキャパシタが形成される。
【０００３】近年、半導体装置の高集積化にともないこ
の種のダイナミックランダムアクセスメモリにおいても
、個々の素子を微細化していく必要に迫られている。 図２に示すような構造の半導体装置において、キャパシ
タの部分を微細化し、かつその静電容量を確保するため
には第２のゲート絶縁膜１４を薄くしなければならない
が、例えば１Ｍビットの集積度を持つダイナミックラン
ダムアクセスメモリにおいて、この第２のゲート絶縁膜
１４はシリコン基板を酸素または水蒸気雰囲気中におい
て８００℃から１０００℃程度の温度で熱酸化すること
で得られ、その膜厚は１０ｎｍ程度であり、集積度がさ
らに上がった場合にこれにともなうシリコン酸化膜の薄
膜化は困難である。
の種のダイナミックランダムアクセスメモリにおいても
、個々の素子を微細化していく必要に迫られている。 図２に示すような構造の半導体装置において、キャパシ
タの部分を微細化し、かつその静電容量を確保するため
には第２のゲート絶縁膜１４を薄くしなければならない
が、例えば１Ｍビットの集積度を持つダイナミックラン
ダムアクセスメモリにおいて、この第２のゲート絶縁膜
１４はシリコン基板を酸素または水蒸気雰囲気中におい
て８００℃から１０００℃程度の温度で熱酸化すること
で得られ、その膜厚は１０ｎｍ程度であり、集積度がさ
らに上がった場合にこれにともなうシリコン酸化膜の薄
膜化は困難である。
【０００４】キャパシタの面積を大きく取るために、図
２に示すようにＮ型拡散層１３と第２の多結晶シリコン
膜１５を電極としてキャパシタを構成するのではなく、
図３にその例を示すように第２の多結晶シリコン膜１５
と第３の多結晶シリコン膜２５を電極としてＭＯＳＦＥ
Ｔの上にもキャパシタを構成する方法が提案されている
。図３ではｐ型シリコン基板１上に第１の多結晶シリコ
ン膜５、その下に設けられた第１のゲート誘電体膜４、
上記シリコン基板上に形成されたＮ型拡散層３，１３で
ＭＯＳＦＥＴを形成している。このＭＯＳＦＥＴ上には
第１の層間絶縁膜６が設けられ、この上に第２の多結晶
シリコン膜１５と第３の多結晶シリコン膜２５ならびに
その間に挟まれた第２のゲート誘電体膜１４でキャパシ
タが構成され、上記Ｎ型拡散層１３を通じて上記ＭＯＳ
ＦＥＴに接続されている。ここで第２のゲート誘電体膜
１４は減圧気相成長法などを用いて形成されたシリコン
窒化膜を熱酸化して得られる酸化膜窒化膜構造が用いら
れている。上記キャパシタ上に第２の層間絶縁膜１６を
介してタングステンシリサイドなどを材質とする第１の
導電層７が設けられ、この第１の導電層は上記ＭＯＳＦ
ＥＴのＮ型拡散層３にコンタクトホール１８で接続され
ている。この第１の導電層７の上には第３の層間絶縁膜
２６を介してアルミシリコン合金などからなる第２の導
電層１７が設けられている。この構造を用いると半導体
基板上に占めるキャパシタの面積が節減できるので、図
２に示すようにシリコン基板上にキャパシタを設ける形
の半導体記憶装置より集積度の高い半導体記憶装置を製
造することができる。
２に示すようにＮ型拡散層１３と第２の多結晶シリコン
膜１５を電極としてキャパシタを構成するのではなく、
図３にその例を示すように第２の多結晶シリコン膜１５
と第３の多結晶シリコン膜２５を電極としてＭＯＳＦＥ
Ｔの上にもキャパシタを構成する方法が提案されている
。図３ではｐ型シリコン基板１上に第１の多結晶シリコ
ン膜５、その下に設けられた第１のゲート誘電体膜４、
上記シリコン基板上に形成されたＮ型拡散層３，１３で
ＭＯＳＦＥＴを形成している。このＭＯＳＦＥＴ上には
第１の層間絶縁膜６が設けられ、この上に第２の多結晶
シリコン膜１５と第３の多結晶シリコン膜２５ならびに
その間に挟まれた第２のゲート誘電体膜１４でキャパシ
タが構成され、上記Ｎ型拡散層１３を通じて上記ＭＯＳ
ＦＥＴに接続されている。ここで第２のゲート誘電体膜
１４は減圧気相成長法などを用いて形成されたシリコン
窒化膜を熱酸化して得られる酸化膜窒化膜構造が用いら
れている。上記キャパシタ上に第２の層間絶縁膜１６を
介してタングステンシリサイドなどを材質とする第１の
導電層７が設けられ、この第１の導電層は上記ＭＯＳＦ
ＥＴのＮ型拡散層３にコンタクトホール１８で接続され
ている。この第１の導電層７の上には第３の層間絶縁膜
２６を介してアルミシリコン合金などからなる第２の導
電層１７が設けられている。この構造を用いると半導体
基板上に占めるキャパシタの面積が節減できるので、図
２に示すようにシリコン基板上にキャパシタを設ける形
の半導体記憶装置より集積度の高い半導体記憶装置を製
造することができる。
【０００５】しかしながら１６Ｍｂｉｔ／チップ以上の
集積度を得る場合には、図３に示す構造を用いてもキャ
パシタに十分な静電容量が得られない。キャパシタの静
電容量を増やすためにはその電極面積を広くすること以
外に電極の間に入れられる誘電体膜を薄くしたりまたこ
の誘電体膜の材質としてより誘電率の高い物を用いる方
法がある。従来誘電体膜として用いられていた酸化膜と
窒化膜からなる誘電体膜はその膜厚を酸化膜換算で６ｎ
ｍ程度までしか薄膜化できないことが知られている。こ
れに対し誘電率が窒化膜の９に対して１０−２０と高い
５酸化タンタル（Ｔａ２ Ｏ５ ）を用いることで静電
容量を大きくすることができる。この５酸化タンタルは
金属タンタルをスパッタ法などで電極上に被着し、後に
これを５００℃程度の低温で酸化する方法、酸素中でタ
ンタルをスパッタするリアクティブスパッタ法を用いて
被着する方法、５塩化タンタル等タンタル化合物と酸素
等酸化性ガスを反応させる気相成長法を用いて形成する
方法がある。
集積度を得る場合には、図３に示す構造を用いてもキャ
パシタに十分な静電容量が得られない。キャパシタの静
電容量を増やすためにはその電極面積を広くすること以
外に電極の間に入れられる誘電体膜を薄くしたりまたこ
の誘電体膜の材質としてより誘電率の高い物を用いる方
法がある。従来誘電体膜として用いられていた酸化膜と
窒化膜からなる誘電体膜はその膜厚を酸化膜換算で６ｎ
ｍ程度までしか薄膜化できないことが知られている。こ
れに対し誘電率が窒化膜の９に対して１０−２０と高い
５酸化タンタル（Ｔａ２ Ｏ５ ）を用いることで静電
容量を大きくすることができる。この５酸化タンタルは
金属タンタルをスパッタ法などで電極上に被着し、後に
これを５００℃程度の低温で酸化する方法、酸素中でタ
ンタルをスパッタするリアクティブスパッタ法を用いて
被着する方法、５塩化タンタル等タンタル化合物と酸素
等酸化性ガスを反応させる気相成長法を用いて形成する
方法がある。
【０００６】これらの手法のうちその膜質、段差被覆性
に優れた気相成長法について説明する。図４に気相成長
法で用いられる減圧気相成長装置の一例を示す。半導体
ウェハ１０７は通常石英ガラスまたは炭化硅素からなる
ボート１０６に載せられ、同様の材質からなる反応管１
０８の中に置かれ、反応管１０８は同様の材質からなる
圧力容器１０２の中に置かれる。圧力容器の下にはフラ
ンジ１０３があり、１本または複数の原料ガス供給管１
０４と真空排気装置１０５が排気配管１１５を介して接
続されている。圧力容器の外側にはヒーター１０１が置
かれ反応管内を加熱できるようになっている。ボート１
０６はボート保持具１１０を用いて反応管へ出し入れさ
れる。５酸化タンタル膜の原料１２１は通常常温では液
体で供給されるため原料タンク１２０内に貯蔵され、原
料タンク１２０は保温ヒーター１１１により５０℃から
３００℃程度の温度に保たれている。キャリアガス供給
管１１４から窒素ガスなどのキャリアガスが原料ガスタ
ンクに供給されると、原料ガス供給管１０４には一定濃
度の原料ガスを含んだキャリアガスが流れる。
に優れた気相成長法について説明する。図４に気相成長
法で用いられる減圧気相成長装置の一例を示す。半導体
ウェハ１０７は通常石英ガラスまたは炭化硅素からなる
ボート１０６に載せられ、同様の材質からなる反応管１
０８の中に置かれ、反応管１０８は同様の材質からなる
圧力容器１０２の中に置かれる。圧力容器の下にはフラ
ンジ１０３があり、１本または複数の原料ガス供給管１
０４と真空排気装置１０５が排気配管１１５を介して接
続されている。圧力容器の外側にはヒーター１０１が置
かれ反応管内を加熱できるようになっている。ボート１
０６はボート保持具１１０を用いて反応管へ出し入れさ
れる。５酸化タンタル膜の原料１２１は通常常温では液
体で供給されるため原料タンク１２０内に貯蔵され、原
料タンク１２０は保温ヒーター１１１により５０℃から
３００℃程度の温度に保たれている。キャリアガス供給
管１１４から窒素ガスなどのキャリアガスが原料ガスタ
ンクに供給されると、原料ガス供給管１０４には一定濃
度の原料ガスを含んだキャリアガスが流れる。
【０００７】次にこの減圧気相成長装置を用いて５酸化
タンタル膜を形成する方法について説明する。まずウェ
ハ１０７はフランジ１０３から炉内に挿入される。炉内
に挿入されたウェハはその温度が安定するまで窒素ガス
など不活性ガスを流しながら通常１０Ｔｏｒｒ以下の減
圧状態で保持された後、原料ガスタンク１２０に蓄えら
れた、例えば５酸化タンタルがフランジ１０３に設けら
れた原料ガス導入管１０４から圧力容器内に導入される
。同時に酸化材として酸素などが原料ガス供給管１２４
から反応管１０８内に供給される。所望の膜厚を得られ
るだけの時間、上記原料ガスを反応管１０８内に流し、
ウェハ１０７上に５酸化タンタル膜を形成する。
タンタル膜を形成する方法について説明する。まずウェ
ハ１０７はフランジ１０３から炉内に挿入される。炉内
に挿入されたウェハはその温度が安定するまで窒素ガス
など不活性ガスを流しながら通常１０Ｔｏｒｒ以下の減
圧状態で保持された後、原料ガスタンク１２０に蓄えら
れた、例えば５酸化タンタルがフランジ１０３に設けら
れた原料ガス導入管１０４から圧力容器内に導入される
。同時に酸化材として酸素などが原料ガス供給管１２４
から反応管１０８内に供給される。所望の膜厚を得られ
るだけの時間、上記原料ガスを反応管１０８内に流し、
ウェハ１０７上に５酸化タンタル膜を形成する。
【０００８】図５〜７に５酸化タンタル膜をキャパシタ
誘電体膜として利用した半導体記憶装置の製造方法につ
いて説明する。図５（ａ） に示すように、まず素子分
離の酸化膜２を半導体基板１上に形成する。図５（ｂ）
に示すように第１のゲート絶縁膜４上に減圧気相成長
法により第１の多結晶シリコン膜５を形成する。さらに
この第１の多結晶シリコン膜５を整形し、この上からイ
オン注入法などで自己整合的にＮ型拡散層３，１３が形
成される。第１の多結晶シリコン膜５，Ｎ型拡散層３，
１３と第１のゲート誘電体膜４からなるＭＯＳＦＥＴの
上から第１の層間絶縁膜６を形成する。さらにこの第１
の層間絶縁膜６上にフォトリソグラフィにより開口部を
定義し、反応性イオンエッチング法などにより開口部８
を設ける（図５（ｃ） ）。次に図５（ｄ） に示すよ
うに、この第１の層間絶縁膜６の上に減圧気相成長法に
より第２の多結晶シリコン膜１５を形成し、リンや砒素
のイオン注入またはホスフィンなどを用いたリンデポジ
ションによりＮ型不純物原子を添加する。この第２の多
結晶シリコン膜１５もフォトリソグラフィと反応性イオ
ンエッチングなどを用いて整形される（図６（ａ） ）
。すでに説明した減圧気相成長法により５酸化タンタル
膜等が第２のゲート誘電体膜１４として形成される（図
６（ｂ） ）。５酸化タンタルは多結晶シリコン膜の間
に置かれ、かつ８００℃以上の熱処理を受けると電極の
多結晶シリコンと反応しタンタルシリサイドが形成され
てしまい、絶縁性を失ってしまう。このためキャパシタ
の上部電極２５としては気相成長法などによりタングス
テンなど高融点金属が第２のゲート誘電体膜１４の上に
形成される。さらにフォトリソグラフィと反応性イオン
エッチングなどを用いて図６（ｃ） に示すように整形
される。さらに、図７（ａ） に示すように、第２の層
間絶縁膜１６を気相成長法によるシリコン酸化膜などに
より形成し、コンタクトホール１８を開口し、タングス
テンシリサイドなどの第１の導電層７を形成する。第１
の導電層７上にはさらに第３の層間絶縁膜２６が気相成
長法によるシリコン酸化膜などによって形成され、その
上にアルミシリコン合金などの第２の導電層１７が形成
される（図７（ｂ） ）。
誘電体膜として利用した半導体記憶装置の製造方法につ
いて説明する。図５（ａ） に示すように、まず素子分
離の酸化膜２を半導体基板１上に形成する。図５（ｂ）
に示すように第１のゲート絶縁膜４上に減圧気相成長
法により第１の多結晶シリコン膜５を形成する。さらに
この第１の多結晶シリコン膜５を整形し、この上からイ
オン注入法などで自己整合的にＮ型拡散層３，１３が形
成される。第１の多結晶シリコン膜５，Ｎ型拡散層３，
１３と第１のゲート誘電体膜４からなるＭＯＳＦＥＴの
上から第１の層間絶縁膜６を形成する。さらにこの第１
の層間絶縁膜６上にフォトリソグラフィにより開口部を
定義し、反応性イオンエッチング法などにより開口部８
を設ける（図５（ｃ） ）。次に図５（ｄ） に示すよ
うに、この第１の層間絶縁膜６の上に減圧気相成長法に
より第２の多結晶シリコン膜１５を形成し、リンや砒素
のイオン注入またはホスフィンなどを用いたリンデポジ
ションによりＮ型不純物原子を添加する。この第２の多
結晶シリコン膜１５もフォトリソグラフィと反応性イオ
ンエッチングなどを用いて整形される（図６（ａ） ）
。すでに説明した減圧気相成長法により５酸化タンタル
膜等が第２のゲート誘電体膜１４として形成される（図
６（ｂ） ）。５酸化タンタルは多結晶シリコン膜の間
に置かれ、かつ８００℃以上の熱処理を受けると電極の
多結晶シリコンと反応しタンタルシリサイドが形成され
てしまい、絶縁性を失ってしまう。このためキャパシタ
の上部電極２５としては気相成長法などによりタングス
テンなど高融点金属が第２のゲート誘電体膜１４の上に
形成される。さらにフォトリソグラフィと反応性イオン
エッチングなどを用いて図６（ｃ） に示すように整形
される。さらに、図７（ａ） に示すように、第２の層
間絶縁膜１６を気相成長法によるシリコン酸化膜などに
より形成し、コンタクトホール１８を開口し、タングス
テンシリサイドなどの第１の導電層７を形成する。第１
の導電層７上にはさらに第３の層間絶縁膜２６が気相成
長法によるシリコン酸化膜などによって形成され、その
上にアルミシリコン合金などの第２の導電層１７が形成
される（図７（ｂ） ）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８（
ａ） に示すように、５酸化タンタル膜２４形成時には
気相成長法，スパッタ法のいずれの製法を用いても多結
晶シリコン膜電極１５は酸素等酸化雰囲気中に置かれる
ために、上記多結晶シリコン膜電極上１５には１から４
ｎｍ程度のシリコン酸化膜３４が形成されてしまう。こ
のため５酸化タンタルを用いた誘電体膜は実際は電極１
５上のシリコン酸化膜３４と５酸化タンタル膜２４から
なる複合膜となり、５酸化タンタル自身の膜厚も考慮す
ると全体として酸化膜換算で５ｎｍ程度までしか薄膜化
できない。Ｈ．Ｓｈｉｎｒｉｋｉ．Ｙ．Ｎｉｓｉｏｋａ
．Ｙ．Ｏｈｉｊｉ，ａｎｄ Ｋ．Ｍｕｒａｉ，ＩＥＥＥ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｖｏｌ．３６（
１９８９）ｐ．３２８９ に報告されているように、５
酸化タンタル膜２４を形成する前に気相成長法によりシ
リコン窒化膜５４を形成し（図８（ｂ） ）、その上に
５酸化タンタル膜２４を形成することで５酸化タンタル
膜形成時に電極１５が酸化されることを防止できる。し
かしながら連続的なシリコン窒化膜を得るためには少な
くとも２〜４ｎｍ程度の膜厚が必要であり、またシリコ
ン窒化膜を形成するため半導体ウェハを気相成長装置に
挿入する際、空気中の酸素のために１〜２ｎｍの自然酸
化膜４４がシリコン窒化膜５４と下地１５の間に形成さ
れてしまい、結果的に酸化膜換算の膜厚としては４ｎｍ
程度までしか薄膜化されない。このように従来技術では
高誘電率を有する金属酸化膜を誘電体膜として用いるキ
ャパシタを形成する際、その実質的な膜厚を薄くするこ
とができないという問題点があった。
ａ） に示すように、５酸化タンタル膜２４形成時には
気相成長法，スパッタ法のいずれの製法を用いても多結
晶シリコン膜電極１５は酸素等酸化雰囲気中に置かれる
ために、上記多結晶シリコン膜電極上１５には１から４
ｎｍ程度のシリコン酸化膜３４が形成されてしまう。こ
のため５酸化タンタルを用いた誘電体膜は実際は電極１
５上のシリコン酸化膜３４と５酸化タンタル膜２４から
なる複合膜となり、５酸化タンタル自身の膜厚も考慮す
ると全体として酸化膜換算で５ｎｍ程度までしか薄膜化
できない。Ｈ．Ｓｈｉｎｒｉｋｉ．Ｙ．Ｎｉｓｉｏｋａ
．Ｙ．Ｏｈｉｊｉ，ａｎｄ Ｋ．Ｍｕｒａｉ，ＩＥＥＥ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｖｏｌ．３６（
１９８９）ｐ．３２８９ に報告されているように、５
酸化タンタル膜２４を形成する前に気相成長法によりシ
リコン窒化膜５４を形成し（図８（ｂ） ）、その上に
５酸化タンタル膜２４を形成することで５酸化タンタル
膜形成時に電極１５が酸化されることを防止できる。し
かしながら連続的なシリコン窒化膜を得るためには少な
くとも２〜４ｎｍ程度の膜厚が必要であり、またシリコ
ン窒化膜を形成するため半導体ウェハを気相成長装置に
挿入する際、空気中の酸素のために１〜２ｎｍの自然酸
化膜４４がシリコン窒化膜５４と下地１５の間に形成さ
れてしまい、結果的に酸化膜換算の膜厚としては４ｎｍ
程度までしか薄膜化されない。このように従来技術では
高誘電率を有する金属酸化膜を誘電体膜として用いるキ
ャパシタを形成する際、その実質的な膜厚を薄くするこ
とができないという問題点があった。
【００１０】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、高誘電率を有する金属酸化膜を下
部電極上に形成する際に下地の酸化を抑え、その結果キ
ャパシタ誘電体膜を実質的に薄膜化することができる半
導体装置の構造を得ることを目的とする。
めになされたもので、高誘電率を有する金属酸化膜を下
部電極上に形成する際に下地の酸化を抑え、その結果キ
ャパシタ誘電体膜を実質的に薄膜化することができる半
導体装置の構造を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、多結晶シリコン膜より成る下部電極と、シリコン酸
化窒化膜及び金属酸化膜の２層構造より成る誘電体膜と
、タングステンなど高融点金属から成る上部電極とで構
成されて成るキャパシタを有するものである。
は、多結晶シリコン膜より成る下部電極と、シリコン酸
化窒化膜及び金属酸化膜の２層構造より成る誘電体膜と
、タングステンなど高融点金属から成る上部電極とで構
成されて成るキャパシタを有するものである。
【００１２】また本発明に係る半導体装置の製造方法は
、キャパシタの下部電極である多結晶シリコン膜を形成
し、該多結晶シリコン膜の表面部を熱またはプラズマ窒
化してシリコン酸化窒化膜を形成し、さらにその上に金
属酸化膜を形成して誘電体膜を形成するようにしたもの
である。
、キャパシタの下部電極である多結晶シリコン膜を形成
し、該多結晶シリコン膜の表面部を熱またはプラズマ窒
化してシリコン酸化窒化膜を形成し、さらにその上に金
属酸化膜を形成して誘電体膜を形成するようにしたもの
である。
【００１３】
【作用】本発明においては、誘電体膜として、多結晶シ
リコン膜上に形成したシリコン酸化窒化膜と該シリコン
酸化窒化膜上に形成した金属酸化膜の二層構造を備えた
構成としたから、キャパシタの実効膜厚の増加を防止で
き、蓄積容量の低下を防止できる。
リコン膜上に形成したシリコン酸化窒化膜と該シリコン
酸化窒化膜上に形成した金属酸化膜の二層構造を備えた
構成としたから、キャパシタの実効膜厚の増加を防止で
き、蓄積容量の低下を防止できる。
【００１４】また本発明においては、下部電極として多
結晶シリコンを形成した後、多結晶シリコンの表面部を
熱またはプラズマ窒化してシリコン酸化窒化膜を形成し
その上に金属酸化膜を形成したから、酸化膜を含まない
誘電体膜を得ることができ、キャパシタの膜厚の増加を
防止できる。
結晶シリコンを形成した後、多結晶シリコンの表面部を
熱またはプラズマ窒化してシリコン酸化窒化膜を形成し
その上に金属酸化膜を形成したから、酸化膜を含まない
誘電体膜を得ることができ、キャパシタの膜厚の増加を
防止できる。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の一実施例による５酸化タンタ
ル膜を用いたキャパシタの形成過程を示す。第２の多結
晶シリコン膜１５を形成するまでは従来例の形成過程と
同一である。この第２の多結晶シリコン膜１５を形成し
たあと、上記多結晶シリコン膜上に存在する自然酸化膜
を沸化水素酸水溶液などを用いて除去する。図１（ａ）
に示すように、この状態では約１ｎｍ以下程度の自然
酸化膜３４が常温の大気中で形成され、多結晶シリコン
膜１５上に残る。このあと図１（ｂ） に示すように、
アンモニア雰囲気中でウェハを１０００℃で１分程度急
速加熱することで、アンモニアが多結晶シリコン膜１５
並びにシリコン膜の残存自然酸化膜３４と反応し、０．
５ｎｍ程度のシリコン酸化窒化膜６４が形成される。
ル膜を用いたキャパシタの形成過程を示す。第２の多結
晶シリコン膜１５を形成するまでは従来例の形成過程と
同一である。この第２の多結晶シリコン膜１５を形成し
たあと、上記多結晶シリコン膜上に存在する自然酸化膜
を沸化水素酸水溶液などを用いて除去する。図１（ａ）
に示すように、この状態では約１ｎｍ以下程度の自然
酸化膜３４が常温の大気中で形成され、多結晶シリコン
膜１５上に残る。このあと図１（ｂ） に示すように、
アンモニア雰囲気中でウェハを１０００℃で１分程度急
速加熱することで、アンモニアが多結晶シリコン膜１５
並びにシリコン膜の残存自然酸化膜３４と反応し、０．
５ｎｍ程度のシリコン酸化窒化膜６４が形成される。
【００１６】図９にこの急速加熱を行う窒化装置の構造
と動作を示す。まず、下部フランジ２０３が反応室２０
２から下がり半導体ウェハ２０７がウェハ搬送機（図示
せず）を用いてウェハ支持具２０６の上におかれる。下
部フランジ２０３が上に上がり反応室が密閉される。こ
の状態で反応室内は室温であるため、半導体ウェハ２０
７の表面が酸化されることはない。反応室２０２内が窒
素など不活性ガスで置換されたあと原料ガス導入管２０
４から反応室２０２にアンモニアガスが充填される。こ
のあと反応室外に置かれたハロゲンランプなど熱線光源
２０１を用いて光源窓を通じて半導体ウェハ２０７を１
秒間に１００℃程度の速度で昇温し、所定の程度の温度
で所定の時間（通常数秒から数分程度）保つ。このあと
窒素ガスなどを反応室２０２内に流し、アンモニアガス
を置換するとともに半導体ウェハ２０７を冷却し、室温
近くまで温度が下がった時点で半導体ウェハ２０７は反
応室から引き出される。
と動作を示す。まず、下部フランジ２０３が反応室２０
２から下がり半導体ウェハ２０７がウェハ搬送機（図示
せず）を用いてウェハ支持具２０６の上におかれる。下
部フランジ２０３が上に上がり反応室が密閉される。こ
の状態で反応室内は室温であるため、半導体ウェハ２０
７の表面が酸化されることはない。反応室２０２内が窒
素など不活性ガスで置換されたあと原料ガス導入管２０
４から反応室２０２にアンモニアガスが充填される。こ
のあと反応室外に置かれたハロゲンランプなど熱線光源
２０１を用いて光源窓を通じて半導体ウェハ２０７を１
秒間に１００℃程度の速度で昇温し、所定の程度の温度
で所定の時間（通常数秒から数分程度）保つ。このあと
窒素ガスなどを反応室２０２内に流し、アンモニアガス
を置換するとともに半導体ウェハ２０７を冷却し、室温
近くまで温度が下がった時点で半導体ウェハ２０７は反
応室から引き出される。
【００１７】次に図１（ｃ） に示すように、多結晶シ
リコン膜１５上にシリコン酸化窒化膜６４が形成された
状態で図４に示すような減圧気相成長装置を用いて５酸
化タンタル膜２４を形成し、さらに減圧気相成長法を用
いてタングステンなどの上部電極３５を形成する。キャ
パシタ以外の形成方法は図５〜７に示した従来例と同様
である。
リコン膜１５上にシリコン酸化窒化膜６４が形成された
状態で図４に示すような減圧気相成長装置を用いて５酸
化タンタル膜２４を形成し、さらに減圧気相成長法を用
いてタングステンなどの上部電極３５を形成する。キャ
パシタ以外の形成方法は図５〜７に示した従来例と同様
である。
【００１８】このように図９に示す装置を用いて半導体
ウェハを処理する本実施例の場合は、半導体ウェハは室
温ないしは室温に近い温度で装置に出し入れされるため
、多結晶シリコン膜やシリコン基板上に酸化膜が形成さ
れることがない。このため処理の結果得られるシリコン
酸化窒化膜の下にはシリコン酸化膜がほとんど成長しな
い。またシリコン酸化窒化膜は酸化材に対してマスク効
果があるため、５酸化タンタル膜形成時に酸化雰囲気の
中で熱処理を受けてもシリコン酸化窒化膜上にシリコン
酸化膜が形成されることがない。従って本発明によるキ
ャパシタ絶縁膜は、シリコン酸化窒化膜と５酸化タンタ
ル膜の２層構造となり、前記２層構造のキャパシタ絶縁
膜の膜厚はシリコン酸化膜換算で４ｎｍ以下にできる。
ウェハを処理する本実施例の場合は、半導体ウェハは室
温ないしは室温に近い温度で装置に出し入れされるため
、多結晶シリコン膜やシリコン基板上に酸化膜が形成さ
れることがない。このため処理の結果得られるシリコン
酸化窒化膜の下にはシリコン酸化膜がほとんど成長しな
い。またシリコン酸化窒化膜は酸化材に対してマスク効
果があるため、５酸化タンタル膜形成時に酸化雰囲気の
中で熱処理を受けてもシリコン酸化窒化膜上にシリコン
酸化膜が形成されることがない。従って本発明によるキ
ャパシタ絶縁膜は、シリコン酸化窒化膜と５酸化タンタ
ル膜の２層構造となり、前記２層構造のキャパシタ絶縁
膜の膜厚はシリコン酸化膜換算で４ｎｍ以下にできる。
【００１９】上記実施例では５酸化タンタル膜を形成す
る方法として、複数のウェハを同時に処理する方式の減
圧気相成長装置を用いる場合を示したが、図８の他の実
施例に示すようにウェハを１枚ずつ処理する方式の急速
加熱型減圧気相成長装置を用いてもよい。
る方法として、複数のウェハを同時に処理する方式の減
圧気相成長装置を用いる場合を示したが、図８の他の実
施例に示すようにウェハを１枚ずつ処理する方式の急速
加熱型減圧気相成長装置を用いてもよい。
【００２０】以下に本発明の他の実施例として、図１０
の急速加熱型減圧気相成長装置を用いて、連続的に工程
を進める方法について示す。図１０において、図９と同
一符号は同一部分を示し、２０５は真空排気装置である
。
の急速加熱型減圧気相成長装置を用いて、連続的に工程
を進める方法について示す。図１０において、図９と同
一符号は同一部分を示し、２０５は真空排気装置である
。
【００２１】先ず、下部フランジ２０３が反応室２０２
から下がり、多結晶シリコン膜を形成した半導体ウエハ
２０７をウエハ支持具２０６上に置く。下部フランジ２
０３が上がり、反応室が密閉される。ガス状の沸化水素
酸を原料ガス供給管２０４より流し、ウエハ２０７上の
自然酸化膜を除去する。次に、多結晶シリコン膜の窒化
を行う。この方法は、前記実施例の図９に示す装置を用
いた工程と同じである。シリコン窒化酸化膜が形成され
、反応室内が窒素等不活性ガスで置換された後、ウエハ
２０７を反応室２０２にそのままにして、続けて５酸化
タンタル膜を形成する。原料ガス導入管２０４から反応
室２０２に原料ガスである５酸化タンタル及び酸化材の
酸素が充填される。この後、反応室外に置かれたハロゲ
ンランプなど熱線光源２０１を用いて光源窓を通じて半
導体ウエハ２０７を昇温し、所定の程度の温度で所望の
膜厚が得られる時間保ち、ウエハ２０７上に５酸化タン
タル膜を形成する。その後、反応室２０２内に窒素ガス
などを流し、原料ガスを置換し、半導体ウエハを冷却し
て反応室２０２より取り出す。
から下がり、多結晶シリコン膜を形成した半導体ウエハ
２０７をウエハ支持具２０６上に置く。下部フランジ２
０３が上がり、反応室が密閉される。ガス状の沸化水素
酸を原料ガス供給管２０４より流し、ウエハ２０７上の
自然酸化膜を除去する。次に、多結晶シリコン膜の窒化
を行う。この方法は、前記実施例の図９に示す装置を用
いた工程と同じである。シリコン窒化酸化膜が形成され
、反応室内が窒素等不活性ガスで置換された後、ウエハ
２０７を反応室２０２にそのままにして、続けて５酸化
タンタル膜を形成する。原料ガス導入管２０４から反応
室２０２に原料ガスである５酸化タンタル及び酸化材の
酸素が充填される。この後、反応室外に置かれたハロゲ
ンランプなど熱線光源２０１を用いて光源窓を通じて半
導体ウエハ２０７を昇温し、所定の程度の温度で所望の
膜厚が得られる時間保ち、ウエハ２０７上に５酸化タン
タル膜を形成する。その後、反応室２０２内に窒素ガス
などを流し、原料ガスを置換し、半導体ウエハを冷却し
て反応室２０２より取り出す。
【００２２】上記実施例においては、連続的に自然酸化
膜除去，窒化，５酸化タンタル膜形成の３工程を行なう
場合を示したが、自然酸化膜を沸化水素酸水溶液で除去
した後他の２工程を連続的に行ってもよく、また、別々
の急速加熱型減圧気相成長装置を用いて窒化，５酸化タ
ンタル膜形成を行ってもよい。
膜除去，窒化，５酸化タンタル膜形成の３工程を行なう
場合を示したが、自然酸化膜を沸化水素酸水溶液で除去
した後他の２工程を連続的に行ってもよく、また、別々
の急速加熱型減圧気相成長装置を用いて窒化，５酸化タ
ンタル膜形成を行ってもよい。
【００２３】なお５酸化タンタル膜を形成後、その欠陥
を修復するため酸化雰囲気中で熱処理を加えてもよい。 この場合、従来法では熱処理中に５酸化タンタル膜を貫
通した酸素がその下にある多結晶シリコン膜を酸化し絶
縁膜としての実効膜厚が厚くなってしまうという問題が
あるが、本発明によれば５酸化タンタル膜の下にあるシ
リコン酸化窒化膜が酸素のマスクになるため実効膜厚の
増大が防止できる。
を修復するため酸化雰囲気中で熱処理を加えてもよい。 この場合、従来法では熱処理中に５酸化タンタル膜を貫
通した酸素がその下にある多結晶シリコン膜を酸化し絶
縁膜としての実効膜厚が厚くなってしまうという問題が
あるが、本発明によれば５酸化タンタル膜の下にあるシ
リコン酸化窒化膜が酸素のマスクになるため実効膜厚の
増大が防止できる。
【００２４】また上記実施例では、多結晶シリコン膜を
窒化する手法として、急速熱窒化を用いた例を示したが
本発明はこれに限るものでなく、アンモニア雰囲気下で
温度８００℃，圧力１〜３Ｔｏｒｒ，１３．５６ＭＨｚ
程度の高周波を電圧かけた平行平板電極の間にウェハを
置いてプラズマ処理することで、多結晶シリコン膜上に
シリコン酸化窒化膜を形成してもよい。
窒化する手法として、急速熱窒化を用いた例を示したが
本発明はこれに限るものでなく、アンモニア雰囲気下で
温度８００℃，圧力１〜３Ｔｏｒｒ，１３．５６ＭＨｚ
程度の高周波を電圧かけた平行平板電極の間にウェハを
置いてプラズマ処理することで、多結晶シリコン膜上に
シリコン酸化窒化膜を形成してもよい。
【００２５】さらに上記実施例では誘電体膜として５酸
化タンタル膜を用いた例を示したが、これ以外に例えば
２酸化チタン膜などの金属酸化膜を用いても構わない。 また上部電極の材質もタングステンに限定されない。
化タンタル膜を用いた例を示したが、これ以外に例えば
２酸化チタン膜などの金属酸化膜を用いても構わない。 また上部電極の材質もタングステンに限定されない。
【００２６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、下部電極
の多結晶シリコン膜上に形成される誘電体膜をシリコン
酸化窒化膜とその上の金属酸化膜との２層構造としたた
め、キャパシタの実効膜厚の増加を防止できる。
の多結晶シリコン膜上に形成される誘電体膜をシリコン
酸化窒化膜とその上の金属酸化膜との２層構造としたた
め、キャパシタの実効膜厚の増加を防止できる。
【００２７】また本発明によれば、下部電極の多結晶シ
リコン膜の表面部を窒化して酸化材に対してマスク効果
のあるシリコン酸化窒化膜を形成し、その上に金属酸化
膜を形成するようにしたから、酸化膜を含まない誘電体
膜を得ることができる。このため、従来よりもゲート誘
電体膜の薄膜化，高信頼化を図ることができるので、キ
ャパシタの小型化ができ、集積度の高いダイナミックラ
ンダムアクセスメモリの製造が可能となる。
リコン膜の表面部を窒化して酸化材に対してマスク効果
のあるシリコン酸化窒化膜を形成し、その上に金属酸化
膜を形成するようにしたから、酸化膜を含まない誘電体
膜を得ることができる。このため、従来よりもゲート誘
電体膜の薄膜化，高信頼化を図ることができるので、キ
ャパシタの小型化ができ、集積度の高いダイナミックラ
ンダムアクセスメモリの製造が可能となる。
【図１】本発明の一実施例による５酸化タンタル膜を用
いたキャパシタの形成過程を示す図である。
いたキャパシタの形成過程を示す図である。
【図２】従来のダイナミックアクセスメモリを示す図で
ある。
ある。
【図３】従来のダイナミックアクセスメモリを示す図で
ある。
ある。
【図４】減圧気相成長装置の例を示す図である。
【図５】従来のダイナミックアクセスメモリの製造工程
の一部を示す図である。
の一部を示す図である。
【図６】従来のダイナミックアクセスメモリの製造工程
の一部を示す図である。
の一部を示す図である。
【図７】従来のダイナミックアクセスメモリの製造工程
の一部を示す図である。
の一部を示す図である。
【図８】従来技術によるキャパシタを示す断面図である
。
。
【図９】急速加熱型窒化装置の一例を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施例による急速加熱型減圧気
相成長装置を示す図である。
相成長装置を示す図である。
１ 半導体基板
２ 素子分離酸化膜
３ Ｎ型拡散層
４ 第１のゲート誘電体膜
５ 第１の多結晶シリコン膜６
第１の層間絶縁膜 ７ 第１の導電体膜 ８ 第１のコンタクトホール１３ Ｎ
型拡散層 １４ 第２のゲート誘電体膜 １５ 第２の多結晶シリコン膜 １６ 第２の層間絶縁膜 １７ 第２の導電体膜 １８ 第２のコンタクトホール ２５ 第３の多結晶シリコン酸化膜２４
５酸化タンタル膜 ２６ 第３の層間絶縁膜 ３４ シリコン酸化膜 ３５ キャパシタ上部電極 ４４ シリコン酸化膜 ６４ シリコン酸化窒化膜 １０１ ヒーター １０２ 圧力容器 １０３ 下部フランジ １０４ 原料ガス供給管 １０５ 真空排気装置 １０６ ボート １０７ 半導体ウェハ １０８ 反応管 １１０ ボート保持具 １１１ 保温ヒーター １１４ 原料ガス供給管 １１５ 排気配管 １２０ 原料タンク １２１ 原料 １２４ 原料ガス供給管 ２０１ 熱線光源 ２０２ 反応室 ２０３ 下部フランジ ２０４ 原料ガス供給管 ２０５ 真空排気装置 ２０６ ウェハ保持具 ２０７ 半導体ウェハ ２０９ 光線入射窓 ２１５ 排気配管
第１の層間絶縁膜 ７ 第１の導電体膜 ８ 第１のコンタクトホール１３ Ｎ
型拡散層 １４ 第２のゲート誘電体膜 １５ 第２の多結晶シリコン膜 １６ 第２の層間絶縁膜 １７ 第２の導電体膜 １８ 第２のコンタクトホール ２５ 第３の多結晶シリコン酸化膜２４
５酸化タンタル膜 ２６ 第３の層間絶縁膜 ３４ シリコン酸化膜 ３５ キャパシタ上部電極 ４４ シリコン酸化膜 ６４ シリコン酸化窒化膜 １０１ ヒーター １０２ 圧力容器 １０３ 下部フランジ １０４ 原料ガス供給管 １０５ 真空排気装置 １０６ ボート １０７ 半導体ウェハ １０８ 反応管 １１０ ボート保持具 １１１ 保温ヒーター １１４ 原料ガス供給管 １１５ 排気配管 １２０ 原料タンク １２１ 原料 １２４ 原料ガス供給管 ２０１ 熱線光源 ２０２ 反応室 ２０３ 下部フランジ ２０４ 原料ガス供給管 ２０５ 真空排気装置 ２０６ ウェハ保持具 ２０７ 半導体ウェハ ２０９ 光線入射窓 ２１５ 排気配管
Claims (2)
- 【請求項１】 一導電型の半導体基板上に少なくとも
一層の絶縁膜が設けられ、この絶縁膜上にあってこの絶
縁膜に設けられた開口部を通じて前記半導体基板に電気
的に接続されている多結晶シリコン膜とこの多結晶シリ
コン膜上に設けられた誘電体膜とこの誘電体膜上に設け
られた導電体膜で構成されるキャパシタをもつ半導体装
置において、上記誘電体膜は上記多結晶シリコン膜上の
シリコン酸化窒化膜とさらにその上に形成される金属酸
化膜とからなるものであることを特徴とする半導体装置
。 - 【請求項２】 一導電型の半導体基板上に少なくとも
一層の絶縁膜が設けられ、この絶縁膜上にあってこの絶
縁膜に設けられた開口部を通じて前記半導体基板に電気
的に接続されている多結晶シリコン膜とこの多結晶シリ
コン膜上に設けられた誘電体膜とこの誘電体膜上に設け
られた導電体膜で構成されるキャパシタをもつ半導体装
置の製造方法において、前記キャパシタの下部電極とし
て多結晶シリコン膜を形成する工程と、該多結晶シリコ
ン膜の表面部を熱またはプラズマ窒化してシリコン酸化
窒化膜を形成する工程と、該シリコン酸化窒化膜上に金
属酸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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2414456A JPH04223366A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2414456A JPH04223366A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04223366A true JPH04223366A (ja) | 1992-08-13 |
Family
ID=18522934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2414456A Pending JPH04223366A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04223366A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6475928B1 (en) * | 1997-07-15 | 2002-11-05 | France Telecom | Process for depositing a Ta2O5 dielectric layer |
| US6509246B2 (en) | 2000-10-17 | 2003-01-21 | Hitachi, Ltd. | Production of semiconductor integrated circuit |
| JP2005150228A (ja) * | 2003-11-12 | 2005-06-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5745968A (en) * | 1980-08-29 | 1982-03-16 | Ibm | Capacitor with double dielectric unit |
| JPS5978553A (ja) * | 1982-10-27 | 1984-05-07 | Hitachi Ltd | キヤパシタおよびその製造方法 |
| JPS5984570A (ja) * | 1982-11-08 | 1984-05-16 | Nec Corp | 半導体装置用キヤパシタの製造方法 |
-
1990
- 1990-12-25 JP JP2414456A patent/JPH04223366A/ja active Pending
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