JPH05335483A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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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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JP
Japan
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film
heat treatment
semiconductor device
polysilicon
annealing
Prior art date
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Pending
Application number
JP13844792A
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English (en)
Inventor
Hideaki Matsuhashi
秀明 松橋
Satoru Nishikawa
哲 西川
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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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
5 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 5 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 5 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

【発明の詳細な説明】
【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 5 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。
【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 5 )膜が注目されている。T
25 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))。
【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
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 5 膜24を形成する。Ta2 5 膜24は、ペ
ンタエトキシタンタル(Ta(OC2 5 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 5 膜24形成後、Ta2 5 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 5 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 5 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 5 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 5 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
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 5 膜の見かけ上の誘電率が
小さくなってしまい、Ta2 5 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 5 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 5 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 5 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 5 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 5 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
5 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。
【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))。
【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
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 5膜14を形成する。
CVD法では、ペンタエトキシタンタル(Ta(OC2
55 )と酸素(O2 )ガスを用い、基板温度420
℃でTa2 5 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 5 膜14を形成する(図1(C))。
【0018】Ta2 5 膜14形成後、Ta2 5 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。
【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
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。
【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。
【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 5 膜14の間には、
2 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 5 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 5 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 5 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 5 膜の間に形成されるSi
2 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 5
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例
【図2】従来例
【符号の説明】
11 シリコン基板 12 SiO2 膜 13 ポリシリコン膜 14 Ta2 5 膜 15 SiON膜 16 SiO2

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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 5 )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。
JP13844792A 1992-05-29 1992-05-29 半導体装置の製造方法 Pending JPH05335483A (ja)

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