JPH06244381A - 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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JPH06244381A
JPH06244381A JP5031038A JP3103893A JPH06244381A JP H06244381 A JPH06244381 A JP H06244381A JP 5031038 A JP5031038 A JP 5031038A JP 3103893 A JP3103893 A JP 3103893A JP H06244381 A JPH06244381 A JP H06244381A
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low resistance
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Aritono Teraoka
有殿 寺岡
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Abstract

(57)【要約】 【目的】容量下部電極としての低抵抗多結晶Si層上に
容量絶縁膜を形成するまでの一連の工程で自然酸化膜の
成長および巻き込み酸化を抑制する。 【構成】低抵抗多結晶Si電極とその上に形成した薄膜
との界面、またはこの電極表面、あるいはこの電極の結
晶内部にN+ イオンを注入し活性化熱処理を行って窒化
Si層を形成する。そしての窒化Si層をエッチバック
して極薄い膜としその上に絶縁膜を形成して容量絶縁膜
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】例えばSiDRAMの容量誘電体膜すな
わち容量絶縁膜には現在、低抵抗多結晶Si電極上に窒
化Si膜を表面酸化した酸化窒化膜が適用されている。
低抵抗多結晶Si電極上に窒化Si膜を形成する方法と
しては、通常は低圧化学気相成長法が用いられる。また
はその前工程として急速熱窒化が行われている。低抵抗
多結晶Si電極に対する窒化膜形成の前洗浄工程として
は、酸化前洗浄と類似の酸洗浄が施されるのが一般的で
ある。酸化前洗浄の一例としては、前田和夫著、198
3年(株)工業調査会初版発行、「最新LSIプロセス
技術」、第119頁に記載されているように、硫酸と過
酸化水素水の混合液、希弗酸、硝酸と塩酸の混合液の順
で洗浄する方法が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた様な洗浄方
法と類似の酸洗浄では低抵抗多結晶Si表面に薄い自然
酸化膜が形成される。また、低圧化学気相成長法で窒化
Si膜を成膜する際にも、基板を気相成長炉に入炉する
ときに巻き込み酸化が起こり、基板表面に熱酸化膜が形
成される。石谷明彦、小関史朗、安藤公一共著、199
1年、「応用物理」、第60巻、第11号、第1131
頁から第1135頁に記載の「極薄シリコン窒化膜形成
技術」によれば、そのような薄い酸化Si膜上に窒化S
i膜を低圧化学気相成長した場合には、容量絶縁膜の構
造は下から順に多結晶Si、酸化Si膜、Si過剰な窒
化Si膜(遷移層)、バルク窒化Si膜の各層からなっ
ている。気相成長で形成される窒化Si膜厚を薄くして
いたときに観測される大幅なリーク電流密度の増大は、
この遷移層と酸化Si膜層に起因するものと考えられて
いる。工藤修著、1991年、「NEC技術」、第44
巻、第11号、第9頁から第15頁に記載の「超LSI
プロセス技術」によれば、低圧化学気相成長法で窒化S
i膜を成膜する前工程として急速熱窒化工程を施すこと
によって低圧化学気相成長の初期から化学量論的な組成
に高い窒化Si膜を成長することが可能となったため
に、酸化Si膜換算膜圧で4.5nmまでの実用化が可
能になったとされている。現在では低抵抗多結晶Si電
極上の自然酸化膜の完全除去が課題となっている。
【0004】本発明の目的は、低抵抗多結晶Si電極上
に容量誘電体膜である容量絶縁膜を形成する一連の工程
で、低抵抗多結晶Si電極上の自然酸化膜の成長および
巻き込み酸化を抑制することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法では、下部電極としての低抵抗多結晶Si層上に
薄膜を形成する工程と、該薄膜と前記低抵抗多結晶Si
層との界面にN+ イオンを注入する工程と、注入された
N原子を活性化する熱処理工程と、該薄膜を除去する工
程と、N+ イオン注入によって生成した窒化Si層をエ
ッチバックして極薄窒化Si層を残す工程と、該極薄窒
化Si層上に絶縁膜を形成することによって容量絶縁膜
を設けることを特徴とする。
【0006】また本発明の半導体装置の製造方法では、
下部電極としての低抵抗多結晶Si層の表面にN+ イオ
ンを注入する工程と、注入されたN原子を活性化する熱
処理工程と、N+ イオン注入によって生成した窒化Si
層をエッチバックして極薄窒化Si層を残す工程と、該
極薄窒化Si層上に絶縁膜を形成することによって容量
絶縁膜を設けることを特徴とする。
【0007】さらにまた本発明の製造方法では、下部電
極としての低抵抗多結晶Si層の結晶内部にN+ イオン
を注入する工程と、注入されたN原子を活性化する熱処
理工程と、多結晶Si層の表層部分を除去する工程と、
該工程によって表面に露出するN+ イオン注入によって
生成された窒化Si層をエッチバックして極薄窒化Si
層を残す工程と、該極薄窒化Si層上に絶縁膜を形成す
ることによって容量絶縁膜を設けることを特徴とする。
【0008】従来の窒化Si膜を形成する前処理とし
て、多結晶Si電極を酸洗浄するためにその表面に自然
酸化膜が形成される。この自然酸化膜は希弗酸処理で除
去できるが、水洗、大気中保管の際に再成長するため、
多結晶Si電極との間に自然酸化膜層のない窒化Si膜
を形成するのは困難であった。
【0009】本発明では多結晶Si電極の表層に自然酸
化膜が存在するか否かに関わらず、多結晶Si電極とそ
の上に形成する薄膜との界面近傍、または、多結晶Si
電極の表層、または多結晶Si電極の結晶内部にN+
オン注入を利用して窒化Si層を形成することで、窒化
Si層とその下地の低抵抗多結晶Si電極間に自然酸化
膜のない構造を実現することができる。エッチバック工
程によって最終的に残す極薄窒化Si層は耐酸化性に優
れ、自然酸化成長または巻き込み酸化の抑止層として作
用する。
【0010】
【実施例】次に図面を参照して本発明を説明する。
【0011】図3は本発明の実施例で製造される容量素
子を示す断面図であり、半導体基板10上のフィールド
絶縁層のような厚い絶縁層20上に、低抵抗多結晶Si
層の下部電極と容量誘電体膜すなわち容量絶縁膜40と
低抵抗多結晶Siの上部電極50とが積層されたMOS
型容量素子が設けられている。
【0012】本発明は容量絶縁膜40の形成、とくにそ
の前処理に関する。
【0013】まず図1の断面図および図2のフローチャ
ートにより第1の実施例を説明する。
【0014】まず低抵抗多結晶Si電極30を形成し
(図1(A)および図2の工程1)、続いて酸化Si膜
(薄膜)11を形成する(図1(B)および図2の工程
2)。本実施例ではこの工程をSiCl4 とNOとH2
の混合ガスを用いた化学気相成長法で行ない、膜厚10
0nmの酸化Si膜を形成する。この形成は熱酸化法に
よっても可能である。また、酸化Si膜に代えて窒化S
i膜等の絶縁膜、多結晶Si膜等の半導体薄膜、Al等
の金属薄膜でもよい。次にN+ イオン(窒素イオン)1
2をイオン注入する工程を行う(図1(C)および図2
の工程3)。ここで低抵抗多結晶Si電極30と酸化S
i膜11の界面近傍にN+ イオンを注入する。イオンエ
ネルギーを45keV、ドーズ量を1018ions/c
2 とする。次に熱処理工程を行う。窒素中で800
℃、20minのアニールを行う。これによって注入さ
れたN原子は活性化され、界面近傍に窒化Siの絶縁層
13が形成される(図1(D)および図2の工程4)。
次に酸化Si膜11を除去する工程を行う(図1(E)
および図2の工程5)。本実施例では希弗酸で除去す
る。他に例えばCF4 とH2 の混合ガスを用いた反応性
イオンエッチングによって除去することも容易である。
次に窒化Si層13をエッチバックする工程を行う。こ
の工程はCF4 ガスを用いた反応性イオンエッチングを
行う。これによって窒化Si層を膜厚1nm以下、例え
ば0.5nmの極薄窒化Si層13′として残す(図1
(F)および図2の工程6)。次に気相化学成長工程で
膜厚4〜6nmの窒化Si膜14を容量絶縁膜として形
成する。この場合、残存する極薄窒化Si層13′も容
量絶縁膜としての作用を行うから、容量絶縁膜40は窒
化Si膜14と極薄窒化Si層13′とから構成され
る。
【0015】本発明の第2の実施例は薄膜形成工程(図
1の(B)および図2の工程2)を省略して、低抵抗多
結晶Si下部電極30の表層にN+ イオン注入を行う。
すなわち、低抵抗多結晶Si電極を形成する工程1に続
いてN+ イオン注入工程3を行う。この工程では低抵抗
多結晶Si電極表面近傍にN+ イオンを注入する。イオ
ンエネルギーを10keV、ドーズ量を1018ions
/cm2 とする。次に熱処理工程4を行う。窒素中で8
00℃、20minのアニールを行う。これによって注
入されたN原子は活性化され、表面近傍に窒化Si層が
形成される。次に窒化Si層13をエッチバックする工
程6を行う。これによって窒化Si層を膜厚1nm以下
に極薄化する。この工程はCF4 ガスを用いた反応性イ
オンエッチングで行う。次に、極薄窒化Si層13′上
に第1の実施例と同様に膜厚4〜6nmの窒化Si膜1
4の気相化学成長と形成する。
【0016】次に本発明の第3の実施例を説明する。第
2の実施例と同様に、低抵抗多結晶Si電極を形成する
工程1に続いてN+ イオン注入工程3を行う。この工程
では低抵抗多結晶Si電極の結晶内部にN+ イオン注入
する。イオンエネルギーを100keV、ドーズ量を1
18ions/cm2 とする。次に熱処理工程4を行
う。窒素中で800℃、20minのアニールを行う。
これによって注入されたN原子は活性化され、結晶内部
に窒化Si層が形成される。次に低抵抗多結晶Si層を
エッチバックする工程と窒化Si層をエッチバックする
工程6を行う。この工程はCF4 ガスを用いた反応性イ
オンエッチングで行う。これによって窒化Si層を極薄
化する。以後の工程は先の実施例と同様に窒化Si膜の
気相化学成長工程を行う。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、低抵抗多結晶Si電極
上に容量絶縁膜を形成するまでの一連の工程で自然酸化
膜の成長および巻き込み酸化を抑性できるため、窒化S
i絶縁膜の信頼性の改善に効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を製造工程順に示した断面図で
ある。
【図2】本発明の実施例の製造工程の概要を示す図であ
る。
【図3】本発明の実施例が対象とする容量素子の概要を
示す断面図である。
【符号の説明】
1 低抵抗多結晶Si層の下部電極形成工程 2 薄膜形成工程 3 N+ イオン注入工程 4 熱処理工程 5 薄膜除去工程 6 エッチバック工程 10 半導体基板 11 酸化Si膜(薄膜) 12 N+ イオン 13 窒化Si層 13′ 極薄窒化Si層 14 窒化Si膜 20 厚い絶縁層 30 低抵抗多結晶Si層の下部電極 40 容量絶縁膜(容量誘電体膜) 50 低抵抗多結晶Si層の上部電極
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/318 A 7352−4M 27/04 C 8427−4M 8617−4M H01L 21/265 A

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下部電極としての低抵抗多結晶Si層上
    に薄膜を形成する工程と、前記薄膜と前記低抵抗多結晶
    Si層との界面にN+ イオンを注入する工程と、注入さ
    れたN原子を活性化する熱処理工程と、前記薄膜を除去
    する工程と、N+ イオン注入によって生成した窒化Si
    層をエッチバックして極薄窒化Si層を残す工程と、前
    記極薄窒化Si層上に絶縁膜を形成することによって容
    量絶縁膜を設けることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 下部電極としての低抵抗多結晶Si層の
    表面にN+ イオンを注入する工程と、注入されたN原子
    を活性化する熱処理工程と、N+ イオン注入によって生
    成した窒化Si層をエッチバックして極薄窒化Si層を
    残す工程と、前記極薄窒化Si層上に絶縁膜を形成する
    ことによって容量絶縁膜を設けることを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 下部電極としての低抵抗多結晶Si層の
    結晶内部にN+ イオンを注入する工程と、注入されたN
    原子を活性化する熱処理工程と、多結晶Si層の表層部
    分を除去する工程と、前記工程によって表面に露出する
    + イオン注入によって生成された窒化Si層をエッチ
    バックして極薄窒化Si層を残す工程と、前記極薄窒化
    Si層上に絶縁膜を形成することによって容量絶縁膜を
    設けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP5031038A 1993-02-22 1993-02-22 半導体装置の製造方法 Expired - Lifetime JPH0773113B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005026442A (ja) * 2003-07-02 2005-01-27 Renesas Technology Corp 半導体装置の製造方法

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