JPH0461158A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0461158A
JPH0461158A JP2165063A JP16506390A JPH0461158A JP H0461158 A JPH0461158 A JP H0461158A JP 2165063 A JP2165063 A JP 2165063A JP 16506390 A JP16506390 A JP 16506390A JP H0461158 A JPH0461158 A JP H0461158A
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film
silicon
capacitor
insulating film
electrode
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JP2165063A
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Japanese (ja)
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Tsukasa Doi
土居 司
Katsuji Iguchi
勝次 井口
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Sharp Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain a memory capacitor having large capacitance by adjusting the quantity of As ions implanted to a first silicon film and keeping the resistivity value of As ions within a specific range. CONSTITUTION:A LOCOS film 6 is formed in the element isolation region on the surface of a P-type single crystal silicon substrate 1, and an N-type MOS transistor 30 is formed in an element region. A silicon film 9a is formed onto the silicon substrate 1. After ions are doped to the silicon film 9a to bring the resistivity thereof proximate to 2X10<-2>OMEGA.cm, the film 9a is patterned to a capacitor electrode 9b. A natural oxide film is removed from the surface of the capacitor electrode 9b, and a thin silicon nitride film 10a is shaped. The surface of the nitride film 10a is oxidized and a silicon oxide film 10b is formed, thus forming an insulating film 10. A silicon film is formed onto the oxide film 10b, and patterned in the shape of a capacitor electrode 11, thus forming a memory capacitor 20. A bit wiring 13 is shaped onto an inter- layer insulating film 15 deposited on the memory capacitor 20 and an inter-layer insulating film 7. Accordingly, the memory capacitor having large capacitance can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、微細なメ
モリキャパシタを有する半導体装置の製造方法に関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having a fine memory capacitor.

(従来の技術) 1つの半導体チップ上に形成された半導体記憶装置の記
憶(メモリ)容量を増大させるためには、半導体記憶装
置のメモリ素子を構成する各要素を微細化し、それら各
要素をチップ上に高密度に集積する必要がある。
(Prior Art) In order to increase the storage (memory) capacity of a semiconductor memory device formed on one semiconductor chip, each element constituting the memory element of the semiconductor memory device is miniaturized, and each of these elements is integrated into a chip. They need to be concentrated at high density on top.

半導体メモリ素子の主要な要素であるメモリキャパシタ
は、一対のキャパシタ電極とそれらの電極に挟まれたキ
ャパシタ絶縁膜とを冑している。
A memory capacitor, which is a main element of a semiconductor memory device, includes a pair of capacitor electrodes and a capacitor insulating film sandwiched between the electrodes.

1つのメモリキャパシタが蓄積できる電荷量は、キャパ
シタ電極の面積に比例するので、メモリ素子の微細化を
目的としてキャパシタ電極の面積を縮小し過ぎると、そ
の蓄積電荷量が減少し、半導体メモリ素子の誤動作が生
じる可能性がある。
The amount of charge that one memory capacitor can store is proportional to the area of the capacitor electrode, so if the area of the capacitor electrode is reduced too much for the purpose of miniaturizing the memory element, the amount of stored charge will decrease, and the Malfunction may occur.

従って、半導体記憶装置のメモリ容量を増加するために
は、実効的に充分大きな電極面積を有し1、しかも、ヲ
ソブ上での占有面積が小さいメモリキャパシタを、同一
チップ上に多数集積′することが要求される。この要求
を満たすために、トレンチ構造、スタック構造等の立体
構造を有するメモリキャパシタの開発が盛んに進められ
ている。
Therefore, in order to increase the memory capacity of a semiconductor storage device, it is necessary to integrate a large number of memory capacitors on the same chip that have a sufficiently large effective electrode area1 and occupy a small area on the board. is required. In order to meet this demand, development of memory capacitors having three-dimensional structures such as trench structures and stack structures is actively underway.

一方、メモワキ1バシタが蓄積できる電荷量は、キャパ
シタ絶縁膜の誘電率及び膜厚にも依存する。
On the other hand, the amount of charge that the Meowaki 1 vacitor can accumulate also depends on the dielectric constant and film thickness of the capacitor insulating film.

単位面積あたりのキャパシタ絶縁膜が蓄積できる電荷量
を増加するためには、比誘電率の高い材料からなる膜を
キャパシタ絶縁膜と【、5て使用し7、その膜の膜厚を
、できる限り低減すれば良い。
In order to increase the amount of charge that a capacitor insulating film can store per unit area, a film made of a material with a high relative dielectric constant is used as the capacitor insulating film, and the thickness of the film is increased as much as possible. Just reduce it.

このため、薄くても絶縁破壊しにくく、しかも比誘電率
の比較的高い性質を有するキャパシタ絶縁膜の開発が進
められでいる。
For this reason, progress is being made in the development of capacitor insulating films that are resistant to dielectric breakdown even if they are thin and have a relatively high dielectric constant.

シリコン窒化膜と、そのシリコン窒化膜の表面を酸化し
て形成したシリコン酸化膜との2層膜からなる絶縁膜は
、比誘電率が比較的1.:高いというシリコン窒化膜の
利点と、信頼性に優れているというシリコン酸化膜の利
点とを合わせj4つでいるので、キャパシタ絶縁膜に適
し、ている。
An insulating film consisting of a two-layer film of a silicon nitride film and a silicon oxide film formed by oxidizing the surface of the silicon nitride film has a relative dielectric constant of relatively 1. :It combines the advantages of silicon nitride film, which is high in cost, and the advantage of silicon oxide film, which is excellent in reliability, making it suitable for use as a capacitor insulating film.

このようなシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とを有する
メモリキャパシタを作製するためには、まず、一対のキ
ャパシタ電極の内の第1の電極(下部電極)として機能
する第1の多結晶シリコン膜を基板J二に形成しまた後
、第1の多結晶シリコン膜上ζごシリコン窒化膜を形成
する。このあと、シリコン窒化膜の表面を酸化すること
により、シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する
In order to fabricate such a memory capacitor having a silicon nitride film and a silicon oxide film, first, a first polycrystalline silicon film that functions as the first electrode (lower electrode) of a pair of capacitor electrodes is formed. After that, a silicon nitride film is formed on the first polycrystalline silicon film. Thereafter, a silicon oxide film is formed on the silicon nitride film by oxidizing the surface of the silicon nitride film.

次に、一対のキャパシタ電極の内の第2の電極(上部電
極)となる第2の多結晶シリコン膜をシリコン酸化膜を
覆うようにして基板上に形成する。
Next, a second polycrystalline silicon film, which will become the second electrode (upper electrode) of the pair of capacitor electrodes, is formed on the substrate so as to cover the silicon oxide film.

(発明が解決しようとする課題) シリコン窒化膜を形成するとき、第1の多結晶シリコン
膜の表面が酸化されてしまうために、シリコン窒化膜と
第1のシリコン膜との界面?ご於い゛C11〜2nm以
上の膜厚を有する自然酸化膜が形成されてしまうという
問題がある。
(Problem to be Solved by the Invention) When a silicon nitride film is formed, the surface of the first polycrystalline silicon film is oxidized, so that the interface between the silicon nitride film and the first silicon film is oxidized. However, there is a problem in that a natural oxide film having a thickness of 11 to 2 nm or more is formed.

この結果、その自然酸化膜の膜厚分だけギヤノ(シタ絶
縁膜の総膜厚が増加し、キャパシタの容量が低■ζし、
てしまうことになる。
As a result, the total thickness of the insulating film increases by the thickness of the natural oxide film, and the capacitance of the capacitor decreases.
This will result in

こうして、従来の方法によれば、キャパシタ絶縁膜の総
膜厚を低減する目的で、薄いシリコン窒化膜及び薄いシ
リコン酸化膜を形成し、でも、その目的が充分に達成さ
れず、容量の大きなメモリキャパシタを得ることが困難
となる。
In this way, according to the conventional method, a thin silicon nitride film and a thin silicon oxide film are formed for the purpose of reducing the total film thickness of the capacitor insulating film, but this purpose is not fully achieved and large capacity memory It becomes difficult to obtain capacitors.

上述の問題の原因となる自然酸化膜について、その成長
速度は、第1の多結晶シリコン膜表面付近の不純物濃度
が低いほど低下するということがわかっている。しかし
、不純物濃度を低減すれば、メモリ素子の動作時に於て
、第1の多結晶シリコン膜(第1の電極)の表面に形成
される空乏層の層厚さが広くなるため、それによってメ
モリキャパシタの容量が低下してしまうという別の問題
が生じる。
It is known that the growth rate of the native oxide film, which causes the above-mentioned problem, decreases as the impurity concentration near the surface of the first polycrystalline silicon film decreases. However, if the impurity concentration is reduced, the thickness of the depletion layer formed on the surface of the first polycrystalline silicon film (first electrode) becomes wider during the operation of the memory element. Another problem arises in that the capacitance of the capacitor decreases.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであ
り、その目的とするところは、薄いキャパシタ絶縁膜の
総膜厚を製造工程中に増加させることなく、容量の大き
なメモリキャパシタを形成することができる半導体装置
の製造方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to form a memory capacitor with a large capacity without increasing the total thickness of a thin capacitor insulating film during the manufacturing process. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can perform the following steps.

(課題を解決するための手段) 本発明は、一対のキャパシタ電極の内の第1の電極とな
る第1のシリコン膜を半導体基板上に形成する工程と、
該第1のシリコン膜に不純物イオンを注入する工程と、
該第1のシリコン膜上にキャパシタ絶縁膜を形成する工
程と、該絶縁膜上に該キャパシタ電極の内の第2の電極
となる第2のシリコン膜を形成する工程とを備えた半導
体装置の製造方法であって、該不純物イオンをAsイオ
ンとし、該Asイオンの注入量を調節することにより、
該第1のシリコン膜の比抵抗値を1×10−2Ω・Cm
から1×10”Ω・cm迄の範囲内にしており、そのこ
とにより、上記目的が達成される。
(Means for Solving the Problems) The present invention includes a step of forming a first silicon film on a semiconductor substrate to become a first electrode of a pair of capacitor electrodes;
implanting impurity ions into the first silicon film;
A semiconductor device comprising: forming a capacitor insulating film on the first silicon film; and forming a second silicon film, which becomes a second electrode of the capacitor electrodes, on the insulating film. The manufacturing method includes using As ions as the impurity ions and adjusting the implantation amount of the As ions,
The specific resistance value of the first silicon film is 1×10-2Ω・Cm
to 1×10”Ω·cm, thereby achieving the above object.

また、前記不純物イオンを注入する工程の後に於いて、
前記絶縁膜を形成する工程の前に、前記第1のシリコン
膜に対して熱処理を施してもよい。
Further, after the step of implanting the impurity ions,
The first silicon film may be subjected to heat treatment before the step of forming the insulating film.

(実施例) 以下に、本発明を実施例について説明する。(Example) The present invention will be described below with reference to Examples.

第1図〜第6図は、本実施例の主要な工程を説明するた
めの半導体装置の部分断面図である。
1 to 6 are partial cross-sectional views of a semiconductor device for explaining the main steps of this embodiment.

まず、半導体装置を製造するための通常の工程を行うこ
とにより、第1図に示すような工程途中段階の半導体装
置を得た。この段階に於て、P型の単結晶シリコン基板
1の表面の素子分離領域には、LOCO3膜6が形成さ
れ、素子領域にはN型MOS)ランジスタ30が形成さ
れている。
First, a normal process for manufacturing a semiconductor device was carried out to obtain a semiconductor device at an intermediate stage as shown in FIG. At this stage, a LOCO3 film 6 is formed in the element isolation region on the surface of the P-type single crystal silicon substrate 1, and an N-type MOS transistor 30 is formed in the element region.

N型MOSトランジスタ30は、素子領域に設けられた
チャネル領域16と、チャネル領域16の両側に形成さ
れたLDD@域4と、それらのしDD領域4を介してチ
ャネル領域16の両側に形成されたN型ソース領域3a
及びN型ドレイン領域3bと、チャネル領域16上に形
成されたゲート絶縁膜14と、ゲート絶縁膜14上に形
成されたゲート電極2とを有している。なお、ゲート電
極2の側壁には、サイドウオール絶縁膜5が設けられて
いる N型MOSトランジスタ3o及びLocosas
等を覆うようにして、シリコン基板1上には第1の層間
絶縁膜7が形成されており、ドレイン領域3b上に位置
する第1の層間絶縁膜7の所定部分には、第1のコンタ
クトホール8が設けられている。
The N-type MOS transistor 30 includes a channel region 16 provided in the element region, an LDD@ region 4 formed on both sides of the channel region 16, and an LDD@ region 4 formed on both sides of the channel region 16 via the DD region 4 between them. N-type source region 3a
and an N-type drain region 3b, a gate insulating film 14 formed on the channel region 16, and a gate electrode 2 formed on the gate insulating film 14. Note that a sidewall insulating film 5 is provided on the sidewall of the gate electrode 2.
A first interlayer insulating film 7 is formed on the silicon substrate 1 so as to cover the silicon substrate 1, and a first contact is formed in a predetermined portion of the first interlayer insulating film 7 located on the drain region 3b. Hall 8 is provided.

このようなシリコン基板1上に、メモリ素子用の一対の
キャパシタ電極の第1の電極(下部電極)9bとなる第
1のシリコン膜(膜厚、500nm)9aを形成した(
第2図)。
On such a silicon substrate 1, a first silicon film (thickness: 500 nm) 9a was formed to become a first electrode (lower electrode) 9b of a pair of capacitor electrodes for a memory element.
Figure 2).

本実施例では、第1のシリコン膜9aを、通常のCVD
法により、ノンドープ状態でシリコン基板1上に堆積し
た。また、本実施例の第1のシリコン膜9aの結晶性は
、堆積直後に於いて多結晶であった。しかし1.堆積直
後の第1のシリコン膜9aの結晶性は、多結晶であって
も非晶質であってもよい。
In this embodiment, the first silicon film 9a is formed by normal CVD.
The film was deposited on a silicon substrate 1 in a non-doped state by a method. Further, the crystallinity of the first silicon film 9a of this example was polycrystalline immediately after deposition. But 1. The crystallinity of the first silicon film 9a immediately after deposition may be polycrystalline or amorphous.

堆積直後の第1のシリコン膜9aは、充分な量の不純物
(ドーパント)を含んでおらず、そのままでは、たとえ
不純物活性化のための熱処理を行−ノても、高い比抵抗
値しか得ることができない。
The first silicon film 9a immediately after deposition does not contain a sufficient amount of impurities (dopants), and as it is, even if heat treatment is performed to activate the impurities, only a high resistivity value can be obtained. I can't.

第1のシリコン膜9aをキャパシタ電極として機能させ
るためには、第1のシリコン膜9aに充分な鳳の不純物
をドープして、第1のシリコン膜9aの比抵抗値を充分
に低減する必要がある。
In order for the first silicon film 9a to function as a capacitor electrode, it is necessary to dope the first silicon film 9a with a sufficient amount of impurity to sufficiently reduce the specific resistance value of the first silicon film 9a. be.

このため、本実施例では、不純物イオンとし、てAsイ
オンを第1のシリコン膜9日にイオン注入法によりドー
プする工程を行った(第3図)。Asイオンの注入加速
エネルギは、100keVとし、 ドーズは、5 x 
10 ”c m−”とした。この結果、第1のシリコン
膜9aの比抵抗値は、メモリ素子を製造するための最終
の工程後に2XiO−2Ω・Crn程度の値を呈した。
For this reason, in this example, a step was performed in which As ions were used as impurity ions to dope the first silicon film by ion implantation on the 9th day (FIG. 3). The implantation acceleration energy of As ions was 100 keV, and the dose was 5 x
10 "cm-". As a result, the specific resistance value of the first silicon film 9a exhibited a value of about 2XiO-2Ω·Crn after the final process for manufacturing the memory element.

イオン注入工程後、通常のフォトリングラフィ技術を用
いて、第1のシリコン膜98を第1のキャパシタ電極9
bの形状にバターニングしたく第4図)。
After the ion implantation process, the first silicon film 98 is formed into the first capacitor electrode 9 using a normal photolithography technique.
I want to butter it into the shape of b (Fig. 4).

次に、シリコン基板lを硫酸系溶液に浸すことにより、
第1のキャパシタ電極9b等の表面から有機物等を除去
した後、HF系溶液により、第1のキャパシタ電極9b
の表面から自然酸化膜を除去し、乾燥窒素雰囲気中にて
水分除去を行った。
Next, by immersing the silicon substrate l in a sulfuric acid solution,
After removing organic matter etc. from the surface of the first capacitor electrode 9b, etc., the first capacitor electrode 9b is
The natural oxide film was removed from the surface, and moisture was removed in a dry nitrogen atmosphere.

ナオ、HF気相洗浄法をにより、第1のキャパシタ電極
9bの表面から自然酸化膜を除去し、た後、乾燥窒素雰
囲気中にて水分除去を行ってもよい。
Alternatively, the natural oxide film may be removed from the surface of the first capacitor electrode 9b by an HF vapor phase cleaning method, and then water may be removed in a dry nitrogen atmosphere.

この方法によれば、いっそう効果的に自然酸化膜の除去
を行うことができる。
According to this method, the native oxide film can be removed more effectively.

自然酸化膜を除去した後、第1のキャパシタ電極9b上
に、牛ヤバシタ絶縁膜10を構成する2層の内の薄いシ
リコン窒化膜(膜厚6nm)10aを形成した。シリコ
ン窒化膜10aの形成は、シリコン基板1をLPCVD
炉内に挿入し、5iH2CI2とNH3との混合ガス雰
囲気中にて基板温度を770℃に昇温し、4分間、その
状態を維持することにより行った。
After removing the native oxide film, a silicon nitride film (thickness: 6 nm) 10a, which is the thinner of the two layers constituting the Ushibashita insulating film 10, was formed on the first capacitor electrode 9b. The silicon nitride film 10a is formed by LPCVD on the silicon substrate 1.
This was carried out by inserting the substrate into a furnace, raising the substrate temperature to 770° C. in a mixed gas atmosphere of 5iH2CI2 and NH3, and maintaining that state for 4 minutes.

本実施例では、第1のシリコンl!X9aの比抵抗を約
2xlO−2Ω・cm程度としたため、シリコン窒化膜
10aを形成する工程中に、第1のシリコン膜9の表面
に於いて、自然酸化膜が厚く成長するという問題を回避
することができた。なお、このときのシリコン膜10a
中のAs濃度は、IX 1021!cm−3の程度であ
る。
In this example, the first silicon l! Since the specific resistance of X9a is set to about 2xlO-2Ωcm, the problem of a thick natural oxide film growing on the surface of the first silicon film 9 during the process of forming the silicon nitride film 10a is avoided. I was able to do that. Note that the silicon film 10a at this time
The As concentration inside is IX 1021! It is on the order of cm-3.

次に、この薄いシリコン窒化膜]、 Oaの表面を酸化
することにより、シリコン窒化膜10a上に薄いシリコ
ン酸化膜(膜厚2nrn)1Obを形成し、シリコン窒
化膜10aとシリコン酸化膜10bとからなるキャパシ
タ絶縁膜10を作製した。
Next, by oxidizing the surface of this thin silicon nitride film], a thin silicon oxide film (thickness 2nrn) 1Ob is formed on the silicon nitride film 10a, and a thin silicon oxide film 1Ob is formed from the silicon nitride film 10a and the silicon oxide film 10b. A capacitor insulating film 10 was fabricated.

なお、シリコン窒化膜10aの膜厚は、その表面が酸化
されたことにより、5nrnに減少した。酸化の方法と
しては、HCl10z酸化を行った。
Note that the film thickness of the silicon nitride film 10a was reduced to 5nrn because its surface was oxidized. As the oxidation method, HCl10z oxidation was performed.

この後、シリコン酸化膜Rob上に、キャパシタ電極の
第2の電極(上部電極)11となる第2のシリコン膜(
膜厚350nrn)を形成する工程を行った。
After that, a second silicon film (
A process of forming a film with a thickness of 350 nrn was performed.

次に、通常のフォトリングラフィ技術を用いて、第2の
シリコン膜を第2のキャパシタ[極11の形状にパター
ニングした(第5図)。
Next, the second silicon film was patterned into the shape of the second capacitor [pole 11] using a normal photolithography technique (FIG. 5).

こうして形成された第2の電極11及び第1の電極9b
と、これらの電極91)、11に挟まれたキャパシタ絶
縁膜10とによって、スタック型のメモリキャパシタ2
0が構成されている。
The second electrode 11 and the first electrode 9b thus formed
and the capacitor insulating film 10 sandwiched between these electrodes 91) and 11, a stacked memory capacitor 2 is formed.
0 is configured.

この後、通常の方法により、メモリキャパシタ20と第
1の層間絶縁膜7との上に、第2の層間絶縁膜15を堆
積し、第2の層間絶縁11i15の所定部分にコンタク
トホール12(図中に破線で示す。)を開口した後、第
2の層間絶縁膜15上にビット配線13を形成した(第
6図)。
Thereafter, a second interlayer insulating film 15 is deposited on the memory capacitor 20 and the first interlayer insulating film 7 by a normal method, and a contact hole 12 (see FIG. After forming an opening (indicated by a broken line inside), a bit wiring 13 was formed on the second interlayer insulating film 15 (FIG. 6).

メモリキャパシタ20の第1の電極9bとN型MO3)
ランジスタのN型ドレイン領域3bとは、コンタクトホ
ール8を介して接触している。また、ビット配線13と
N型MOSl−ランジスタのN型ソース領域3aとは、
コンタクトホール12を介して接触している。
first electrode 9b of memory capacitor 20 and N-type MO3)
It is in contact with the N-type drain region 3b of the transistor through a contact hole 8. Further, the bit wiring 13 and the N-type source region 3a of the N-type MOS transistor are as follows.
They are in contact through a contact hole 12.

こうして形成されたメモリキャパシタ20のキャパシタ
絶縁膜10の総膜厚の増加は、設計値から約1nm(シ
リコン酸化膜に換算した厚さ)以下の増加に抑えられた
。また、メモリ素子の動作時に於ても、第1の電極9b
の表面に形成される空乏層の層幅が広くなることもなか
った。
The increase in the total film thickness of the capacitor insulating film 10 of the memory capacitor 20 thus formed was suppressed to about 1 nm (thickness equivalent to a silicon oxide film) or less from the design value. Also, during operation of the memory element, the first electrode 9b
The width of the depletion layer formed on the surface did not become wider.

本実施例では、第1のシリコン膜9aに不純物(As)
をドープした後、不純物の活性化等を目的とする熱処理
を行う前に、キャパシタ絶縁膜10を形成した。しかし
、キャパシタ絶縁膜10を形成する前に於て、第1のシ
リコン膜9aを覆う熱処理用保護膜をシリコン基板1上
に堆積した後、800〜9・00℃程度の熱処理を行っ
てもよい。
In this embodiment, impurity (As) is added to the first silicon film 9a.
After doping, a capacitor insulating film 10 was formed before performing heat treatment for the purpose of activating impurities. However, before forming the capacitor insulating film 10, a heat treatment protective film covering the first silicon film 9a may be deposited on the silicon substrate 1, and then heat treatment may be performed at about 800 to 9.00°C. .

熱処理の方法としては、通常の電気炉アニール法以外に
、ランプアニール法を用いてもよい。
As a heat treatment method, a lamp annealing method may be used in addition to the usual electric furnace annealing method.

イオン注入直後に於いて、注入されたAsの濃度分布は
、第1のシリコン膜9aの表面に近い部分にピークを有
している。上記の熱処理を行えば、注入されたAsが第
1のシリコン膜9a中を拡散するため、第1のシリコン
膜9aの表面付近のAS濃度が低下することになる。ま
た、第1のシリコン膜に於いて、イオン注入により形成
された損傷が、上記熱処理により回復する。
Immediately after ion implantation, the concentration distribution of implanted As has a peak near the surface of first silicon film 9a. If the above heat treatment is performed, the implanted As diffuses into the first silicon film 9a, so that the AS concentration near the surface of the first silicon film 9a decreases. Furthermore, damage caused by ion implantation in the first silicon film is recovered by the heat treatment.

こうして、熱処理を行うことにより、第1のシリコン膜
9aの表面が酸化されにくくなり、より効果的にメモリ
キャパシタ20の容量低下を抑制することができる。熱
処理用保護膜をシリコン基板lから除去した後の工程と
しては、上述の実施例の方法と同様の工程を行えばよい
By performing the heat treatment in this manner, the surface of the first silicon film 9a becomes less likely to be oxidized, and a decrease in the capacitance of the memory capacitor 20 can be more effectively suppressed. As a step after removing the heat treatment protective film from the silicon substrate 1, the same steps as those in the above-mentioned embodiments may be performed.

このように、前述の実施例では、第1のシリコン膜9a
の比抵抗を約2X10’−2Ω・cmとしたため、前記
シリコン窒化膜10aの形成工程の間に、第1のシリコ
ン膜9aの表面に於いて、0然酸化膜が厚く成長すると
いう問題を回避することができた。そして、作製された
メモリキャパシタ20の容量の低下は、設計値から10
%以下の低下に抑えられた。
In this way, in the embodiment described above, the first silicon film 9a
Since the specific resistance of the silicon nitride film 10a is approximately 2×10′-2Ω·cm, the problem of a thick natural oxide film growing on the surface of the first silicon film 9a during the step of forming the silicon nitride film 10a is avoided. We were able to. The capacitance of the fabricated memory capacitor 20 decreases by 10% from the design value.
The decrease was suppressed to less than %.

第1のシリコン膜9aの自然酸化によるキャパシタ絶縁
膜10の総膜厚増加重と、第1のシリコン膜9aの比抵
抗との関係を、第2図に示す。
FIG. 2 shows the relationship between the total thickness increase of the capacitor insulating film 10 due to natural oxidation of the first silicon film 9a and the specific resistance of the first silicon film 9a.

この関係は、複数のメモリキャパシタ20について、そ
れらの第1の多結晶シリコン膜(膜厚、500nm)9
aへ、5X10I4〜5xlO”cm−2の範囲内のド
ースにて、Asイオンの注入を行うことによって得た。
This relationship applies to the first polycrystalline silicon film (thickness: 500 nm) 9 of the plurality of memory capacitors 20.
A was obtained by implanting As ions at a dose within the range of 5×10 I4 to 5×1O” cm −2 .

注入加速エルネギは、何れのキャパシタに対しても、1
00keVとした。
The injection acceleration energy is 1 for any capacitor.
It was set to 00 keV.

なお、イオン注入直後、酸化工程前に、あるキャパシタ
については、熱処理を施さず、他のキャパシタについて
は、850℃の温度で60分間、さらに他のキャパシタ
については、900℃の温度で30分間の熱処理を、熱
処理用保護膜形成後に施した。これらの]二程以外の工
程は、上述の実施例の工程と同様である。
Immediately after ion implantation and before the oxidation process, some capacitors were not heat-treated, other capacitors were heated to 850°C for 60 minutes, and other capacitors were heated to 900°C for 30 minutes. Heat treatment was performed after forming the protective film for heat treatment. The steps other than Step 2 are the same as those in the above-mentioned embodiment.

第7図に於いて、○印は熱処理を行わなかったキャパシ
タの牛ヤバシタ絶縁膜膜厚、口印は850℃で60分間
の熱処理を行ったもののキャパシタ絶縁膜膜厚、Δ印は
900℃で30分間の熱処理を行ったもののキャパシタ
絶縁膜膜厚である。
In Figure 7, the circle mark indicates the thickness of the capacitor's insulating film that was not heat-treated, the mark indicates the capacitor insulating film thickness that was heat-treated at 850°C for 60 minutes, and the Δ mark indicates the thickness of the capacitor insulating film that was heat-treated at 850°C for 60 minutes. This is the thickness of the capacitor insulating film after 30 minutes of heat treatment.

なお、互いに比銹iJ率の異なるシリコン窒化膜とシリ
コン酸化膜とからなるキャパシタ絶縁膜ノ総膜厚を、容
量との関係に於いて示す場合、単純にそれらの膜の膜厚
を合計した値を用いても実質的な意味がない。従って、
第7図の縦軸は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との
間の比誘電率の差を考慮して、シリコン窒化膜が全てシ
リコン酸化膜であるとした場合の総膜厚に換算されてい
る。
Note that when the total film thickness of a capacitor insulating film consisting of a silicon nitride film and a silicon oxide film, which have different iJ ratios, is expressed in relation to the capacitance, the value is simply the sum of the film thicknesses of those films. There is no real meaning in using it. Therefore,
The vertical axis in Figure 7 is calculated as the total film thickness when all silicon nitride films are silicon oxide films, taking into account the difference in dielectric constant between silicon nitride films and silicon oxide films. There is.

また、・印は熱処理を行わなかったキャパシタの容量低
下量、ぼ印は850℃で60分間の熱処理を行ったもの
の容量低下量、ム印は900℃で30分間の熱処理を行
ったものの容量低下量である。この容量低下量は、キャ
パシタの両電極間に1.65ボルトのバイアスを印加L
7て測定された容量から得られたものである。
In addition, the mark indicates the amount of capacity decrease in the capacitor that was not heat treated, the box symbol indicates the amount of capacity decrease in the capacitor that was heat treated at 850℃ for 60 minutes, and the square symbol indicates the capacity decrease in the capacitor that was heat treated at 900℃ for 30 minutes. It's the amount. This amount of capacitance decrease is determined by applying a bias of 1.65 volts between both electrodes of the capacitor.
It was obtained from the capacitance measured in 7.

第7図が示すようjこ、第1のシリコンM 9 a (
D比抵抗が1×10−”Ω−cmからIXIQ−1Ω・
cm迄の範囲内(As濃度について、3X1019〜2
 X I 028cm−3の範囲内)にあるとき、キャ
パシタ絶縁膜10の膜厚の増加は、1nrn程度以下に
抑えられている。特に、シリコン窒化膜堆積前に熱処理
を行ったものについては、キャパシタ絶縁膜10の膜厚
の増加は、更に小さく抑えられた。また、比抵抗が上記
範囲内の場合、容jljl低下量が10%程度以下に抑
えられている。
As shown in FIG. 7, the first silicon M 9 a (
D resistivity is 1×10-”Ω-cm to IXIQ-1Ω・
cm (for As concentration, 3X1019~2
X I 028 cm-3), the increase in the film thickness of the capacitor insulating film 10 is suppressed to about 1 nrn or less. In particular, the increase in the film thickness of the capacitor insulating film 10 was further suppressed in the case where the heat treatment was performed before depositing the silicon nitride film. Moreover, when the specific resistance is within the above range, the amount of decrease in capacity jljl is suppressed to about 10% or less.

しかし、比抵抗が1×10−2Ω・Crrl以下の範囲
にあれば、キャパシタ絶縁膜10の膜厚の増加が、1.
nrr+程度以上となってしまった。また、比抵抗が1
×10−’Ω・cm以上の範囲にあれば、キャパシタ絶
縁膜10の膜厚増加は抑制されるが、メモリ素子の動作
時に於て、第1の電極(第1の/リコン膜)9bの表面
に形成される空乏層の層幅が広くなるため、メモリキャ
パシタ20の容量低下量が10%以上になった。
However, if the specific resistance is in the range of 1×10 −2 Ω·Crrl or less, the increase in the film thickness of the capacitor insulating film 10 is 1.
It has become more than nrr+ level. Also, the specific resistance is 1
If it is in the range of ×10-'Ω·cm or more, the increase in the film thickness of the capacitor insulating film 10 is suppressed, but during the operation of the memory element, the first electrode (first silicon film) 9b Since the layer width of the depletion layer formed on the surface becomes wider, the capacitance of the memory capacitor 20 decreases by 10% or more.

このように、第1のシリコン膜9aに注入するA、 s
イオンの注入量を調節し、第1のシリコン膜9aの比抵
抗の値を1×10−2Ω・ernから1×10−1Ω・
Cff1迄の範囲内とすることにより、製造工程中にキ
ャパシタ絶縁膜10の膜厚を増加させることなく、容量
の大きなメモリキャパシタ20を作製することができた
In this way, A, s implanted into the first silicon film 9a
By adjusting the amount of ion implantation, the value of the resistivity of the first silicon film 9a is changed from 1×10 −2 Ω・ern to 1×10 −1 Ω・
By setting it within the range up to Cff1, a memory capacitor 20 with a large capacity could be manufactured without increasing the thickness of the capacitor insulating film 10 during the manufacturing process.

なお、上記実施例では、キャパシタ絶縁膜10の構造と
して、シリコン窒化膜1Oaとシリコン酸化膜10bと
からなる構造を有するメモリ素子の製造方法を説明した
が、他の構造のキャパシタ絶縁膜を有するメモリ素子に
ついても、本実施例の方法と同様の方法を用いることに
より、第1のシリコン膜上の自然酸化膜の成長を抑制し
、薄いキャパシタ絶縁膜を有するメモリ素子を製造する
ことができる。
Note that in the above embodiment, a method for manufacturing a memory element having a structure of a silicon nitride film 1Oa and a silicon oxide film 10b as the structure of the capacitor insulating film 10 has been described, but a memory element having a capacitor insulating film of other structure may be used. Regarding the device, by using a method similar to the method of this embodiment, growth of a native oxide film on the first silicon film can be suppressed, and a memory device having a thin capacitor insulating film can be manufactured.

また、本発明は、半導体記憶装置の製造方法に限定され
るものではない。キャパシタを有する他の半導体装置を
製造する方法に、本発明を適用すれば、その装置の高集
積化及び小型化にとって、好ましい効果を得ることがで
きる。
Further, the present invention is not limited to a method of manufacturing a semiconductor memory device. If the present invention is applied to a method of manufacturing other semiconductor devices having capacitors, favorable effects can be obtained for higher integration and miniaturization of the devices.

(発明の効果) このように本発明によれば、第1のシリコン膜に注入す
るAsイオンの量を調節し、第1のシリコン膜の比抵抗
の値を1xio−2Ω・cmから1×10−’Ω・cm
迄の範囲内とすることにより、製造工程中にキャパシタ
絶縁膜の膜厚を増加させることなく、薄いキャパシタ絶
縁膜を有する容量の大きなメモリキャパシタを作製する
ことができる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, the amount of As ions implanted into the first silicon film is adjusted, and the value of the specific resistance of the first silicon film is changed from 1xio-2Ωcm to 1x10 -'Ω・cm
By keeping it within the above range, a memory capacitor with a large capacitance having a thin capacitor insulating film can be manufactured without increasing the thickness of the capacitor insulating film during the manufacturing process.

また、不純物イオンを注入する工程の後に於いて、キャ
パシタ絶縁膜を形成する工程の前に、第1のシリコン膜
に対して熱処理を施せば、より容量の大きなメモリキャ
パシタを得ることができる。
Furthermore, if the first silicon film is heat treated after the step of implanting impurity ions and before the step of forming the capacitor insulating film, a memory capacitor with a larger capacity can be obtained.

4、     の   な! 日 第1図〜第6図は本発明の実施例の各工程を説明するた
めの断面図、第7図は第1のシリコン膜の比抵抗とメモ
リキャパシタの容量低ドの割合との関係を示すグラフで
ある。
4. Don't worry! 1 to 6 are cross-sectional views for explaining each process of an embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows the relationship between the resistivity of the first silicon film and the ratio of capacitance of the memory capacitor. This is a graph showing.

工・・・シリコン基板、2・・・ゲート1i極、3a・
・・N型ソース領域、3b・・・N型ドレイン領域、4
・・・LDD領域、5・・・サイドウオール絶縁膜、6
・・・LOCOS膜、7・・・第1の眉間絶縁膜、8・
・・第1のフンタクトホール、9a・・・第1のシリコ
ン膜、9b10.第1の電極(下部電極)、10・・・
キャパシタ絶縁膜、10a・・・シリコン窒化膜、Ro
b・・・ンリコン酸化膜、11・・・第2の電極(上部
電極)、12・・・第2のコンタクトホール、13・・
・ビット配線、14・・・ゲート絶縁膜、15・・・第
2の層間絶縁膜、16・・・チャネル領域、20−・・
メモリキャパシタ、30・・・N型MOSトランジスタ
Engineering...Silicon substrate, 2...Gate 1i pole, 3a.
...N-type source region, 3b...N-type drain region, 4
...LDD region, 5...Side wall insulating film, 6
... LOCOS film, 7... first glabellar insulating film, 8.
...First hole, 9a...First silicon film, 9b10. First electrode (lower electrode), 10...
Capacitor insulating film, 10a... silicon nitride film, Ro
b... Silicon oxide film, 11... Second electrode (upper electrode), 12... Second contact hole, 13...
・Bit wiring, 14... Gate insulating film, 15... Second interlayer insulating film, 16... Channel region, 20-...
Memory capacitor, 30...N type MOS transistor.

以上that's all

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、一対のキャパシタ電極の内の第1の電極となる第1
のシリコン膜を半導体基板上に形成する工程と、該第1
のシリコン膜に不純物イオンを注入する工程と、該第1
のシリコン膜上にキャパシタ絶縁膜を形成する工程と、
該絶縁膜上に該キャパシタ電極の内の第2の電極となる
第2のシリコン膜を形成する工程とを備えた半導体装置
の製造方法であって、 該不純物イオンをAsイオンとし、 該Asイオンの注入量を調節することにより、該第1の
シリコン膜の比抵抗値を1×10^−^2Ω・cmから
1×10^−^1Ω・cm迄の範囲内にする半導体装置
の製造方法。 2、前記不純物イオンを注入する工程の後に於いて、前
記絶縁膜を形成する工程の前に、前記第1のシリコン膜
に対して熱処理を施す請求項1に記載の半導体装置の製
造方法。
[Claims] 1. A first electrode serving as a first electrode of a pair of capacitor electrodes.
a step of forming a silicon film on a semiconductor substrate;
a step of implanting impurity ions into the silicon film of the first silicon film;
forming a capacitor insulating film on the silicon film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a second silicon film serving as a second electrode of the capacitor electrode on the insulating film, the impurity ions being As ions; A method for manufacturing a semiconductor device in which the specific resistance value of the first silicon film is within the range of 1×10^-^2 Ω·cm to 1×10^-^1 Ω·cm by adjusting the implantation amount of . 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first silicon film is subjected to heat treatment after the step of implanting the impurity ions and before the step of forming the insulating film.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0277149A (en) * 1988-06-30 1990-03-16 Matsushita Electron Corp Semiconductor device and manufacture thereof

Patent Citations (1)

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