JPH05335483A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH05335483A JPH05335483A JP13844792A JP13844792A JPH05335483A JP H05335483 A JPH05335483 A JP H05335483A JP 13844792 A JP13844792 A JP 13844792A JP 13844792 A JP13844792 A JP 13844792A JP H05335483 A JPH05335483 A JP H05335483A
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- semiconductor device
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、キャパシタ用絶縁膜としてTa2
O5 膜を使用した半導体装置の製法に関するもので、そ
の絶縁膜と下部電極との間に形成されたSiO2膜によ
り誘電率が低下することを除去することを目的とするも
のである。 【構成】 前記目的達成のため本発明は、絶縁膜である
Ta2 O5 膜14を形成した後、亜酸化窒素(N2 O)
ガス雰囲気中で熱処理するようにしたものである。その
結果、Ta2 O5 膜14と下部電極(ポリシリコン)1
3aとの間にできるSiO2 膜15は従来より薄くでき
る。
O5 膜を使用した半導体装置の製法に関するもので、そ
の絶縁膜と下部電極との間に形成されたSiO2膜によ
り誘電率が低下することを除去することを目的とするも
のである。 【構成】 前記目的達成のため本発明は、絶縁膜である
Ta2 O5 膜14を形成した後、亜酸化窒素(N2 O)
ガス雰囲気中で熱処理するようにしたものである。その
結果、Ta2 O5 膜14と下部電極(ポリシリコン)1
3aとの間にできるSiO2 膜15は従来より薄くでき
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、キャパシタ用絶縁
膜、特にTa2 O5 膜を使用した半導体装置の製造方法
に関するものである。
膜、特にTa2 O5 膜を使用した半導体装置の製造方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置であるLSI大規模集積回路
(LSI)装置の高集積化に伴って、従来LSIに用い
られてきたキャパシタ用絶縁膜であるSiO2 やSiN
膜、あるいはそれらの積層膜は薄膜化の限界に到達しつ
つある。このため、これらの絶縁膜に代わる高信頼性の
高誘電率絶縁膜が必要となる。
(LSI)装置の高集積化に伴って、従来LSIに用い
られてきたキャパシタ用絶縁膜であるSiO2 やSiN
膜、あるいはそれらの積層膜は薄膜化の限界に到達しつ
つある。このため、これらの絶縁膜に代わる高信頼性の
高誘電率絶縁膜が必要となる。
【0003】この高誘電率絶縁膜のひとつとして、誘電
率が22とSiO2 膜の数倍あり、絶縁耐圧も高いタン
タルオキサイド(Ta2 O5 )膜が注目されている。T
a2O5 膜の問題点としては、高温のLSI製造工程を
経た後にリーク電流が増大することが挙げられる。この
問題を解決する方法として、例えば文献Proc.Sy
mp.VLSI Tech,3−4(1989)(米)
p.25に記された方法がある。図2(A)〜(E)は
その説明のための、概略的に示した断面工程図である。
率が22とSiO2 膜の数倍あり、絶縁耐圧も高いタン
タルオキサイド(Ta2 O5 )膜が注目されている。T
a2O5 膜の問題点としては、高温のLSI製造工程を
経た後にリーク電流が増大することが挙げられる。この
問題を解決する方法として、例えば文献Proc.Sy
mp.VLSI Tech,3−4(1989)(米)
p.25に記された方法がある。図2(A)〜(E)は
その説明のための、概略的に示した断面工程図である。
【0004】この方法では、まずシリコン基板21の上
に熱酸化法あるいは化学気相成長(CVD)法によりS
iO2 膜22が形成され、次いでこのSiO2 膜22上
に下部電極となるポリシリコン膜23をCVD法により
形成する(図2(A))。
に熱酸化法あるいは化学気相成長(CVD)法によりS
iO2 膜22が形成され、次いでこのSiO2 膜22上
に下部電極となるポリシリコン膜23をCVD法により
形成する(図2(A))。
【0005】次に、ポリシリコン膜23の低抵抗化のた
めにリン(P)をイオン注入法あるいは、POCl3 ガ
ス雰囲気中における熱拡散により導入した後、下部電極
をパターニングするためのマスクになるレジストパター
ン(図示せず)が形成された後、このレジストパターン
をマスクとしポリシリコン膜23の不要部分がエッチン
グされ、ポリシリコン膜の下部電極23aが形成される
(図2(B))。
めにリン(P)をイオン注入法あるいは、POCl3 ガ
ス雰囲気中における熱拡散により導入した後、下部電極
をパターニングするためのマスクになるレジストパター
ン(図示せず)が形成された後、このレジストパターン
をマスクとしポリシリコン膜23の不要部分がエッチン
グされ、ポリシリコン膜の下部電極23aが形成される
(図2(B))。
【0006】この下部電極23aの上にCVD法を用い
Ta2 O5 膜24を形成する。Ta2 O5 膜24は、ペ
ンタエトキシタンタル(Ta(OC2 H5 )5 )と酸素
(O2 )ガスを用い基板温度420℃で形成している
(図2(C))。
Ta2 O5 膜24を形成する。Ta2 O5 膜24は、ペ
ンタエトキシタンタル(Ta(OC2 H5 )5 )と酸素
(O2 )ガスを用い基板温度420℃で形成している
(図2(C))。
【0007】Ta2 O5 膜24形成後、Ta2 O5 膜2
4の緻密化及び欠陥密度削減の為に熱処理を行うが、こ
の熱処理が従来の方法とは異なる。前記文献の方法は、
著者により2ステップアニールと名付けられており、ま
ず始めにオゾン(9vol%)/O2 雰囲気中において
Hgランプを用い紫外線を照射しながら300℃で熱処
理を行い、次いでO2 雰囲気中において800℃で熱処
理を行うという方法である。この熱処理によりポリシリ
コンの下部電極23aとのTa2 O5 膜24の間には、
ポリシリコンが酸化され薄いSiO2 膜25が形成され
る(図2(D))。
4の緻密化及び欠陥密度削減の為に熱処理を行うが、こ
の熱処理が従来の方法とは異なる。前記文献の方法は、
著者により2ステップアニールと名付けられており、ま
ず始めにオゾン(9vol%)/O2 雰囲気中において
Hgランプを用い紫外線を照射しながら300℃で熱処
理を行い、次いでO2 雰囲気中において800℃で熱処
理を行うという方法である。この熱処理によりポリシリ
コンの下部電極23aとのTa2 O5 膜24の間には、
ポリシリコンが酸化され薄いSiO2 膜25が形成され
る(図2(D))。
【0008】次に、上部電極となるタングステン(W)
膜がスパッタ法により形成された後、上部電極をパター
ニングするためのマスクになるレジストパターン(図示
せず)が形成される。このレジストパターンをマスクと
しW膜の不要部分がエッチングされてW膜の上部電極2
6aが形成され、Ta2 O5 キャパシタが作製される
(図2(E))。
膜がスパッタ法により形成された後、上部電極をパター
ニングするためのマスクになるレジストパターン(図示
せず)が形成される。このレジストパターンをマスクと
しW膜の不要部分がエッチングされてW膜の上部電極2
6aが形成され、Ta2 O5 キャパシタが作製される
(図2(E))。
【0009】このように2ステップアニールを行うこと
により、例えば従来のO2 雰囲気中での熱処理だけ行っ
たTa2 O5 キャパシタに比べ、リーク電流は減少し、
TDDB(経時的絶縁破壊)寿命も大幅に改善される。
により、例えば従来のO2 雰囲気中での熱処理だけ行っ
たTa2 O5 キャパシタに比べ、リーク電流は減少し、
TDDB(経時的絶縁破壊)寿命も大幅に改善される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上に
述べた方法により作製したTa2 O5 キャパシタにおい
ては、熱処理の際にポリシリコンの下部電極とTa2 O
5 膜の間に形成されるSiO2 膜の膜厚が比較的厚くな
ってしまうために、Ta2 O5 膜の見かけ上の誘電率が
小さくなってしまい、Ta2 O5 膜を薄膜化してもこの
SiO2 膜厚で決まる容量分しか電荷を蓄積できなくな
るという問題点があった。
述べた方法により作製したTa2 O5 キャパシタにおい
ては、熱処理の際にポリシリコンの下部電極とTa2 O
5 膜の間に形成されるSiO2 膜の膜厚が比較的厚くな
ってしまうために、Ta2 O5 膜の見かけ上の誘電率が
小さくなってしまい、Ta2 O5 膜を薄膜化してもこの
SiO2 膜厚で決まる容量分しか電荷を蓄積できなくな
るという問題点があった。
【0011】この発明は、以上述べた問題点を除去する
ため、ポリシリコンの下部電極とTa2 O5 膜の間に形
成されるSiO2 膜の膜厚を薄くし、かつリーク電流が
少なく及びTDDB寿命の長い半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
ため、ポリシリコンの下部電極とTa2 O5 膜の間に形
成されるSiO2 膜の膜厚を薄くし、かつリーク電流が
少なく及びTDDB寿命の長い半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明は前記目的のた
め、半導体装置の製造方法において、Ta2 O5 膜を形
成後、亜酸化窒素(N2 O)中で熱処理を行なうように
したものである。
め、半導体装置の製造方法において、Ta2 O5 膜を形
成後、亜酸化窒素(N2 O)中で熱処理を行なうように
したものである。
【0013】
【作用】前述したように本発明は、Ta2 O5 膜形成
後、瞬時熱処理(RTA)装置を用い、N2 Oガス雰囲
気中において熱処理を行なうようにしたので、下部電極
のポリシリコンとTa2 O5 膜の間に酸窒化シリコン
(SiON)膜が形成される。このSiON膜の存在に
より、UVオゾンアニールあるいはO2 アニールにより
下部電極のポリシリコンとTa2 O5 膜の間に形成され
るSiO2 膜は、N2Oアニールを行わない場合に比べ
薄くなる。したがって、SiO2 膜厚増加によるTa2
O5 膜の見かけ上の誘電率の減少を抑えることができ
る。
後、瞬時熱処理(RTA)装置を用い、N2 Oガス雰囲
気中において熱処理を行なうようにしたので、下部電極
のポリシリコンとTa2 O5 膜の間に酸窒化シリコン
(SiON)膜が形成される。このSiON膜の存在に
より、UVオゾンアニールあるいはO2 アニールにより
下部電極のポリシリコンとTa2 O5 膜の間に形成され
るSiO2 膜は、N2Oアニールを行わない場合に比べ
薄くなる。したがって、SiO2 膜厚増加によるTa2
O5 膜の見かけ上の誘電率の減少を抑えることができ
る。
【0014】
【実施例】図1は、この発明の実施例による半導体装置
の製造方法を説明するための概略的に示した断面工程図
である。
の製造方法を説明するための概略的に示した断面工程図
である。
【0015】始めに、従来同様シリコン基板11の上に
熱酸化法あるいは化学気相成長(CVD)法により、S
iO2 膜12を形成し、次いでこのSiO2 膜12上に
下部電極となるポリシリコン膜13をCVD法により形
成する(図1(A))。
熱酸化法あるいは化学気相成長(CVD)法により、S
iO2 膜12を形成し、次いでこのSiO2 膜12上に
下部電極となるポリシリコン膜13をCVD法により形
成する(図1(A))。
【0016】次に、ポリシリコン膜13の低抵抗化のた
めにリン(P)をイオン注入法あるいは、POCl3 ガ
ス雰囲気中における熱拡散により導入した後、下部電極
をパターニングするためのマスクになるレジストパター
ン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマス
クとしポリシリコン膜13の不要部分をエッチングし、
ポリシリコン膜の下部電極13aを形成する(図1
(B))。
めにリン(P)をイオン注入法あるいは、POCl3 ガ
ス雰囲気中における熱拡散により導入した後、下部電極
をパターニングするためのマスクになるレジストパター
ン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマス
クとしポリシリコン膜13の不要部分をエッチングし、
ポリシリコン膜の下部電極13aを形成する(図1
(B))。
【0017】この下部電極13aの上にCVD法、又は
反応性スパッタ法を用いTa2 O5膜14を形成する。
CVD法では、ペンタエトキシタンタル(Ta(OC2
H5)5 )と酸素(O2 )ガスを用い、基板温度420
℃でTa2 O5 膜14を形成する。スパッタ法ではTa
ターゲットを用い、O2 雰囲気中でスパッタすることに
よりTa2 O5 膜14を形成する(図1(C))。
反応性スパッタ法を用いTa2 O5膜14を形成する。
CVD法では、ペンタエトキシタンタル(Ta(OC2
H5)5 )と酸素(O2 )ガスを用い、基板温度420
℃でTa2 O5 膜14を形成する。スパッタ法ではTa
ターゲットを用い、O2 雰囲気中でスパッタすることに
よりTa2 O5 膜14を形成する(図1(C))。
【0018】Ta2 O5 膜14形成後、Ta2 O5 膜1
4の緻密化及び欠陥密度削減の為に熱処理を行う。熱処
理方法は3通りあり、順に説明する。
4の緻密化及び欠陥密度削減の為に熱処理を行う。熱処
理方法は3通りあり、順に説明する。
【0019】第一の方法においては、始めに瞬時熱処理
(RTA)装置を用い、N2 Oガス雰囲気中において9
00℃で30秒の熱処理を行なう。この熱処理をN2 O
アニールと呼ぶ。次に、オゾン(O3 )/O2 雰囲気中
においてHgランプを用い紫外線を照射しながら300
℃で熱処理を行う。この熱処理をUVオゾンアニールと
呼ぶ。最後に、O2 雰囲気中において800℃で熱処理
を行う。この熱処理をO2 アニールと呼ぶ。
(RTA)装置を用い、N2 Oガス雰囲気中において9
00℃で30秒の熱処理を行なう。この熱処理をN2 O
アニールと呼ぶ。次に、オゾン(O3 )/O2 雰囲気中
においてHgランプを用い紫外線を照射しながら300
℃で熱処理を行う。この熱処理をUVオゾンアニールと
呼ぶ。最後に、O2 雰囲気中において800℃で熱処理
を行う。この熱処理をO2 アニールと呼ぶ。
【0020】第二の方法は、始めにUVオゾンアニール
を行い、次いでN2 Oアニール、最後にO2 アニールを
行う方法である。
を行い、次いでN2 Oアニール、最後にO2 アニールを
行う方法である。
【0021】第三の方法は、N2 Oアニールを行った
後、O2 アニールを行うという方法である。
後、O2 アニールを行うという方法である。
【0022】いずれの熱処理方法においても、ポリシリ
コンの下部電極13aとのTa2 O5 膜14の間には、
N2 Oアニールによりポリシリコンが酸窒化され薄い酸
窒化シリコン(SiON)膜15が形成され、またUV
オゾン及びO2 アニールによりポリシリコンが酸化され
SiO2 膜16が形成される(図1(D))。
コンの下部電極13aとのTa2 O5 膜14の間には、
N2 Oアニールによりポリシリコンが酸窒化され薄い酸
窒化シリコン(SiON)膜15が形成され、またUV
オゾン及びO2 アニールによりポリシリコンが酸化され
SiO2 膜16が形成される(図1(D))。
【0023】次に、上部電極となるタングステン(W)
膜をスパッタ法により形成した後、上部電極をパターニ
ングするためのマスクになるレジストパターン(図示せ
ず)を形成する。このレジストパターンをマスクとし、
W膜の不要部分をエッチングしてW膜の上部電極17a
を形成し、Ta2 O5 キャパシタが作製される(図1
(E))。
膜をスパッタ法により形成した後、上部電極をパターニ
ングするためのマスクになるレジストパターン(図示せ
ず)を形成する。このレジストパターンをマスクとし、
W膜の不要部分をエッチングしてW膜の上部電極17a
を形成し、Ta2 O5 キャパシタが作製される(図1
(E))。
【0024】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明の
半導体装置の製造方法によれば、Ta2 O5 膜形成後、
瞬時熱処理(RTA)装置を用い、N2 Oガス雰囲気中
において熱処理を行なうようにしたので、下部電極のポ
リシリコンとTa2 O5 膜の間に酸窒化シリコン(Si
ON)膜が形成される。このSiON膜の存在により、
UVオゾンアニールあるいはO2 アニールにより下部電
極のポリシリコンとTa2 O5 膜の間に形成されるSi
O2 膜は、N2 Oアニールを行わない場合に比べ薄くな
る。したがって、SiO2 膜厚増加によるTa2 O5 膜
の見かけ上の誘電率の減少を抑えることができ、微細デ
バイスのキャパシタに必要な容量の電荷を蓄積できるキ
ャパシタ用絶縁膜とすることができる。
半導体装置の製造方法によれば、Ta2 O5 膜形成後、
瞬時熱処理(RTA)装置を用い、N2 Oガス雰囲気中
において熱処理を行なうようにしたので、下部電極のポ
リシリコンとTa2 O5 膜の間に酸窒化シリコン(Si
ON)膜が形成される。このSiON膜の存在により、
UVオゾンアニールあるいはO2 アニールにより下部電
極のポリシリコンとTa2 O5 膜の間に形成されるSi
O2 膜は、N2 Oアニールを行わない場合に比べ薄くな
る。したがって、SiO2 膜厚増加によるTa2 O5 膜
の見かけ上の誘電率の減少を抑えることができ、微細デ
バイスのキャパシタに必要な容量の電荷を蓄積できるキ
ャパシタ用絶縁膜とすることができる。
【0025】さらに、SiON膜の存在により、電流注
入時にポリシリコンとSiON膜界面での電子捕獲量が
減少するためTDDB寿命を長い、信頼性の高いキャパ
シタ用絶縁膜とすることができる。
入時にポリシリコンとSiON膜界面での電子捕獲量が
減少するためTDDB寿命を長い、信頼性の高いキャパ
シタ用絶縁膜とすることができる。
【図1】本発明の実施例
【図2】従来例
11 シリコン基板 12 SiO2 膜 13 ポリシリコン膜 14 Ta2 O5 膜 15 SiON膜 16 SiO2 膜
Claims (1)
- 【請求項1】 (a)半導体基板上に、キャパシタ用下
部電極を形成する工程、 (b)前記下部電極上にキャパシタ用絶縁膜としてタン
タルオキサイド(Ta2 O5 )膜を形成する工程、 (c)前記タンタルオキサイド膜を亜酸化窒素(N
2 O)ガス雰囲気中において熱処理をすることを含む工
程、 以上の工程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 |
---|---|---|---|
JP13844792A JPH05335483A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13844792A JPH05335483A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05335483A true JPH05335483A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=15222221
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13844792A Pending JPH05335483A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05335483A (ja) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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GB2320131A (en) * | 1996-04-10 | 1998-06-10 | United Microelectronics Corp | Process for fabricating low leakage current LPCVD tantalum oxide films |
KR100234702B1 (ko) * | 1996-12-05 | 1999-12-15 | 김영환 | Ta2o5 유전막을 갖는 캐패시터 제조방법 |
US6316307B1 (en) | 1999-01-07 | 2001-11-13 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Method of forming a capacitor for a semiconductor memory device |
US6337291B1 (en) | 1999-07-01 | 2002-01-08 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Method of forming capacitor for semiconductor memory device |
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US6376299B1 (en) | 1999-07-02 | 2002-04-23 | Hyundai Electronics Industries, Co., Ltd. | Capacitor for semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
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-
1992
- 1992-05-29 JP JP13844792A patent/JPH05335483A/ja active Pending
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US6376299B1 (en) | 1999-07-02 | 2002-04-23 | Hyundai Electronics Industries, Co., Ltd. | Capacitor for semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
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