JPS5928369A - 半導体装置用キヤパシタの製造方法 - Google Patents
半導体装置用キヤパシタの製造方法Info
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- JPS5928369A JPS5928369A JP13901482A JP13901482A JPS5928369A JP S5928369 A JPS5928369 A JP S5928369A JP 13901482 A JP13901482 A JP 13901482A JP 13901482 A JP13901482 A JP 13901482A JP S5928369 A JPS5928369 A JP S5928369A
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- tantalum oxide
- oxide film
- ta2o5
- capacitor
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
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
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体装置用キャパシタの製造方法に関する。
従来、半導体装置用キャパシタには、金属あるいは半導
体へ絶縁膜を付着し、さらに金属等の電極を被着した構
造のものが用いられて来た。絶縁膜としては２酸化シリ
コン（ＳｉＯり、アルミナ（ＡＡ！ｔＯｓ）、窒化シリ
コン（ＳｉｓＮ４）等の膜が用いられて来た。実装密度
の増加が望まれているためにこれらの絶縁膜よりも大き
な誘電率をもち、かつ極端に薄い防電体膜が要求されて
来た。１９８１年春季応用物理学会学術講演会講演予稿
集第５８８頁にタンタル酸化物の誘電体を有する薄膜キ
ャパシタの形成方法が示されている。上記の方法では、
第１のキャパシタ電極となるシリコン基板上にタンタル
の薄膜が几−Ｆスパッタで被着される。このタンタル薄
膜を有するシリコン基板はそれから５２５℃の酸素雰囲
気中で熱処理される。タンタルはすべてタンタル酸化物
に変換される。第２のキャパシタ電極がタンタル酸化物
の膜の上に付着される。
体へ絶縁膜を付着し、さらに金属等の電極を被着した構
造のものが用いられて来た。絶縁膜としては２酸化シリ
コン（ＳｉＯり、アルミナ（ＡＡ！ｔＯｓ）、窒化シリ
コン（ＳｉｓＮ４）等の膜が用いられて来た。実装密度
の増加が望まれているためにこれらの絶縁膜よりも大き
な誘電率をもち、かつ極端に薄い防電体膜が要求されて
来た。１９８１年春季応用物理学会学術講演会講演予稿
集第５８８頁にタンタル酸化物の誘電体を有する薄膜キ
ャパシタの形成方法が示されている。上記の方法では、
第１のキャパシタ電極となるシリコン基板上にタンタル
の薄膜が几−Ｆスパッタで被着される。このタンタル薄
膜を有するシリコン基板はそれから５２５℃の酸素雰囲
気中で熱処理される。タンタルはすべてタンタル酸化物
に変換される。第２のキャパシタ電極がタンタル酸化物
の膜の上に付着される。
上記の方法に於いて不利な点はこのキャパシタはリーク
電流が大きいことである。上記方法に於いてタンタル薄
膜を５２５℃の酸素雰囲気中で熱処理してタンタル酸化
物に変換した後、さらに１０００℃の酸素雰囲気中で熱
処理するとタンタル酸化膜とシリコン基板の間に薄いシ
リコン酸化膜が形成されそのためにリーク電流が減少す
ることが述べられている。しかしながら新たにタンタル
酸化膜とシリコン基板の界面に形成されるシリコン酸化
膜は誘電率が小さいためにタンタル酸化膜のみの場合と
くらべると全体の容量が低下してしまうという欠点があ
った。又タンタルがタンタル酸化物に変換される時、タ
ンタル酸化物の膜厚はタンタル膜の膜厚の約２倍になる
ためシリコン基板内のタンタル膜厚バ２ツキの絶対値は
２倍に拡大されてタンタル酸化膜厚のバラツキの絶対値
になってあられれるのでタンタル酸化膜の膜厚制御とい
う面で製造技術上の問題点があった。
電流が大きいことである。上記方法に於いてタンタル薄
膜を５２５℃の酸素雰囲気中で熱処理してタンタル酸化
物に変換した後、さらに１０００℃の酸素雰囲気中で熱
処理するとタンタル酸化膜とシリコン基板の間に薄いシ
リコン酸化膜が形成されそのためにリーク電流が減少す
ることが述べられている。しかしながら新たにタンタル
酸化膜とシリコン基板の界面に形成されるシリコン酸化
膜は誘電率が小さいためにタンタル酸化膜のみの場合と
くらべると全体の容量が低下してしまうという欠点があ
った。又タンタルがタンタル酸化物に変換される時、タ
ンタル酸化物の膜厚はタンタル膜の膜厚の約２倍になる
ためシリコン基板内のタンタル膜厚バ２ツキの絶対値は
２倍に拡大されてタンタル酸化膜厚のバラツキの絶対値
になってあられれるのでタンタル酸化膜の膜厚制御とい
う面で製造技術上の問題点があった。
本発明はタンタル酸化膜とシリコン基板の間に超薄窒化
シリコン膜を形成することによりタンタル酸化膜とシリ
コン基板が直接的に相互反応することを阻止してかつメ
ンタル酸化膜のリーク電流を減少させ、さらにタンタル
酸化膜のシリコン基板内の膜厚制御を良くするためにタ
ンタル膜を被着してからその後の熱処理でタンタル酸化
膜に変換するのではなく高周波スパッタを用いてタンタ
ル酸化物を被着形成してシリコン基板内の膜厚制御を良
クシ、さらにタンタル酸化膜と超薄背比シリコン膜との
界面近傍に窒素含有濃度の高いタンタル酸化膜層を形成
することによりタンタル酸化膜と超薄窒化７リコン膜と
の界面の応力を減少させることによりタンタル酸化膜の
リーク電流を減少させ、さらにまたシリコン酸化膜より
も誘電率の大きな超薄窒化シリコン膜を使うことによっ
て全体の容量低下も少なくして上記の欠点を解消した半
導体装置用キャパシタの製造方法を提供するものである
。
シリコン膜を形成することによりタンタル酸化膜とシリ
コン基板が直接的に相互反応することを阻止してかつメ
ンタル酸化膜のリーク電流を減少させ、さらにタンタル
酸化膜のシリコン基板内の膜厚制御を良くするためにタ
ンタル膜を被着してからその後の熱処理でタンタル酸化
膜に変換するのではなく高周波スパッタを用いてタンタ
ル酸化物を被着形成してシリコン基板内の膜厚制御を良
クシ、さらにタンタル酸化膜と超薄背比シリコン膜との
界面近傍に窒素含有濃度の高いタンタル酸化膜層を形成
することによりタンタル酸化膜と超薄窒化７リコン膜と
の界面の応力を減少させることによりタンタル酸化膜の
リーク電流を減少させ、さらにまたシリコン酸化膜より
も誘電率の大きな超薄窒化シリコン膜を使うことによっ
て全体の容量低下も少なくして上記の欠点を解消した半
導体装置用キャパシタの製造方法を提供するものである
。
以下本発明を第１図（、）〜（ｄ）を参照しながら実施
例について説明する。まず第１図（ａ）に示すように３
Ω・ｃｍの比抵抗のＮ型シリコン半導体基板１を用い、
１００％アンモニア（ＮＨｓ）ガス中で、１２００℃１
時間加熱して第１図（ｂ）に示すようにシリコン半導体
基板ｌの表面約３ＯＡの厚みの部分を超薄窒化シリコン
膜２に変換する。次に第１図（Ｃ）に示すように超薄窒
化シリコン膜２の上に、５酸化タンタルをターゲット電
極として几−Ｆスパッタ法により、はじめにアルゴンと
酸素の混合ガス雰囲気中に一定時間窒素を導入して１０
０Ａの厚みの窒素含有濃度の高いタンタル酸化膜層３を
被着形成し、次にスパッタ状態を継持しながらチャンバ
ー内への窒素の導入を止めてアルゴンと酸素の混合ガス
雰囲気中でスパッタすることにより上記の窒素含有濃度
の高いタンタル酸化膜層３上に４０ＯＡの厚みの窒素含
有濃度の低いタンタル酸化膜層４を被着形成する。上記
の几−Ｆスパッタに於いてはじめにアルゴンと酸素の混
合ガス雰囲気中に導入された窒素は一定時間窒素後チャ
ンバー内への新たな導入は止めるが、チャンバー内に残
存している窒素は徐々にチャンバーより排気されるため
にタンタル酸化膜５中の窒素含有濃度がその膜厚方向に
対してタンタル酸化膜５と超薄窒化シリコン膜２との界
面６の近傍で大きくタンタル酸化膜表面７に向って漸次
減少する窒素濃度勾配が自動的に形成される。上記の窒
素含有濃度の高いタンタル酸化膜層３は窒素含有濃度の
低いり／タル酸化膜層４と超薄窒化シリコン膜２との中
間の熱膨張率を持つためにタンタル酸化膜５と超薄窒化
シリコン膜２との熱膨張率の違いに起因する応力を緩和
する緩衝層として働らく。このためにタンタル酸化膜中
のリーク電流を減少させることが出来る。ここで窒素含
有濃度の高いタンタル酸化膜層は窒素含有濃度の低いタ
ンタル酸化膜層に比べて誘電率が小さいので本発明の目
的のためには窒素含有濃度の高いタンタル酸化膜層の膜
厚はできる限り薄くすることが望ましい。次に上記構造
体は５００℃ドライ酸素中で３０分間熱処理される。こ
の熱処理によって几−Ｆスパッタで被着形成されたタン
タル酸化膜５の非化学量論的酸素不足が減少する。上記
の熱処理時に於いてりンタル酸化膜とシリコン半導体基
板との間にあるちみつな超薄窒化シリコン膜２のために
タンタル酸化膜５とシリコン半導体基板１との間の直接
的な相互作用は阻止されて、導電性をもつタンタルシリ
サイドの形成を防ぐことが出来てタンタル酸化膜のリー
ク電流を減少させることができる。さらにタンタル酸化
物ターゲットを用いて几−Ｆスパッタで形成したタンタ
ル酸化膜は結晶構造であるために粒界を介して電流が流
れるためにリーク電流が多いが上記の窒素含有濃度の高
いタンタル酸化膜層３はリーク電流を減少させるのに効
果がある。かかる絶縁膜２，３．４上に第１図（ｄ）に
示すように１μｍ厚さのアルミニウムを被着しパタニン
グして電極８を作る。次に４００℃のＮ２雰囲気中で１
０分間熱処理を行ないキャパシタとする。
例について説明する。まず第１図（ａ）に示すように３
Ω・ｃｍの比抵抗のＮ型シリコン半導体基板１を用い、
１００％アンモニア（ＮＨｓ）ガス中で、１２００℃１
時間加熱して第１図（ｂ）に示すようにシリコン半導体
基板ｌの表面約３ＯＡの厚みの部分を超薄窒化シリコン
膜２に変換する。次に第１図（Ｃ）に示すように超薄窒
化シリコン膜２の上に、５酸化タンタルをターゲット電
極として几−Ｆスパッタ法により、はじめにアルゴンと
酸素の混合ガス雰囲気中に一定時間窒素を導入して１０
０Ａの厚みの窒素含有濃度の高いタンタル酸化膜層３を
被着形成し、次にスパッタ状態を継持しながらチャンバ
ー内への窒素の導入を止めてアルゴンと酸素の混合ガス
雰囲気中でスパッタすることにより上記の窒素含有濃度
の高いタンタル酸化膜層３上に４０ＯＡの厚みの窒素含
有濃度の低いタンタル酸化膜層４を被着形成する。上記
の几−Ｆスパッタに於いてはじめにアルゴンと酸素の混
合ガス雰囲気中に導入された窒素は一定時間窒素後チャ
ンバー内への新たな導入は止めるが、チャンバー内に残
存している窒素は徐々にチャンバーより排気されるため
にタンタル酸化膜５中の窒素含有濃度がその膜厚方向に
対してタンタル酸化膜５と超薄窒化シリコン膜２との界
面６の近傍で大きくタンタル酸化膜表面７に向って漸次
減少する窒素濃度勾配が自動的に形成される。上記の窒
素含有濃度の高いタンタル酸化膜層３は窒素含有濃度の
低いり／タル酸化膜層４と超薄窒化シリコン膜２との中
間の熱膨張率を持つためにタンタル酸化膜５と超薄窒化
シリコン膜２との熱膨張率の違いに起因する応力を緩和
する緩衝層として働らく。このためにタンタル酸化膜中
のリーク電流を減少させることが出来る。ここで窒素含
有濃度の高いタンタル酸化膜層は窒素含有濃度の低いタ
ンタル酸化膜層に比べて誘電率が小さいので本発明の目
的のためには窒素含有濃度の高いタンタル酸化膜層の膜
厚はできる限り薄くすることが望ましい。次に上記構造
体は５００℃ドライ酸素中で３０分間熱処理される。こ
の熱処理によって几−Ｆスパッタで被着形成されたタン
タル酸化膜５の非化学量論的酸素不足が減少する。上記
の熱処理時に於いてりンタル酸化膜とシリコン半導体基
板との間にあるちみつな超薄窒化シリコン膜２のために
タンタル酸化膜５とシリコン半導体基板１との間の直接
的な相互作用は阻止されて、導電性をもつタンタルシリ
サイドの形成を防ぐことが出来てタンタル酸化膜のリー
ク電流を減少させることができる。さらにタンタル酸化
物ターゲットを用いて几−Ｆスパッタで形成したタンタ
ル酸化膜は結晶構造であるために粒界を介して電流が流
れるためにリーク電流が多いが上記の窒素含有濃度の高
いタンタル酸化膜層３はリーク電流を減少させるのに効
果がある。かかる絶縁膜２，３．４上に第１図（ｄ）に
示すように１μｍ厚さのアルミニウムを被着しパタニン
グして電極８を作る。次に４００℃のＮ２雰囲気中で１
０分間熱処理を行ないキャパシタとする。
上記の方法で作製したキャパシタはタンタル膜をタンタ
ル酸化膜に変換する工程を経ずに直接比−Ｆスパッタで
タンタル酸化膜を形成するのでシリコン基板内のタンタ
ル酸化膜の膜厚制御性が良いものがえられる。またタン
タル酸化膜とシリコン半導体基板の間に超薄窒化シリコ
ン膜があるために従来メンタル酸化膜のみの場合問題と
なっていたリーク電流を減少させることが出来る。さら
にタンタル酸化膜中のタンタル酸化膜と超薄窒化シリコ
ン膜界面近傍に窒素含有濃度の高いタンタル酸化膜層が
あるためにタンタル酸′化膜と超薄窒化シリコン膜との
界面での応力を緩和させてリーク電流を減らすことが出
来る。父上記の窒素含有濃度の高いタンタル酸化膜層は
メンタル酸化膜のリーク電流を減少させるのに効果があ
る。さらにタンタル酸化膜とシリコン半導体基板との間
に酸化雰囲気中で熱処理することによって２酸化シリコ
ン膜を形成してリーク電流を減少させる公知の方法は、
熱処理時間を増すとそれにともなっ゛Ｃ２酸化シリコン
膜厚が増加しそのため全体の容量価が時間と共に減少す
る。さらに高温で熱処理すると薄い２酸化シリコン膜で
は、タンタルシリサイドの形成を防ぐことが出来ないと
いう欠点があるが、本発明の方法は、ちみつな超薄法化
シリコン膜を使っているので、熱処理時間を長くしても
容量値は変化せず、タンタルシリサイドの形成も防ぐこ
とが出来、リーク電流の少ないキャパシタが得られる。
ル酸化膜に変換する工程を経ずに直接比−Ｆスパッタで
タンタル酸化膜を形成するのでシリコン基板内のタンタ
ル酸化膜の膜厚制御性が良いものがえられる。またタン
タル酸化膜とシリコン半導体基板の間に超薄窒化シリコ
ン膜があるために従来メンタル酸化膜のみの場合問題と
なっていたリーク電流を減少させることが出来る。さら
にタンタル酸化膜中のタンタル酸化膜と超薄窒化シリコ
ン膜界面近傍に窒素含有濃度の高いタンタル酸化膜層が
あるためにタンタル酸′化膜と超薄窒化シリコン膜との
界面での応力を緩和させてリーク電流を減らすことが出
来る。父上記の窒素含有濃度の高いタンタル酸化膜層は
メンタル酸化膜のリーク電流を減少させるのに効果があ
る。さらにタンタル酸化膜とシリコン半導体基板との間
に酸化雰囲気中で熱処理することによって２酸化シリコ
ン膜を形成してリーク電流を減少させる公知の方法は、
熱処理時間を増すとそれにともなっ゛Ｃ２酸化シリコン
膜厚が増加しそのため全体の容量価が時間と共に減少す
る。さらに高温で熱処理すると薄い２酸化シリコン膜で
は、タンタルシリサイドの形成を防ぐことが出来ないと
いう欠点があるが、本発明の方法は、ちみつな超薄法化
シリコン膜を使っているので、熱処理時間を長くしても
容量値は変化せず、タンタルシリサイドの形成も防ぐこ
とが出来、リーク電流の少ないキャパシタが得られる。
以上詳細に説明したように本発明はシリコン半導体基板
に超薄窒化シリコン膜を形成しその後、窒素含有濃度の
高いタンタル酸化膜層と窒素含有濃度の低いタンタル酸
化膜層を順次被着形成することによってタンタル酸化膜
の膜厚制御性が良く容量密度が大きくしかもリーク電流
の小さいキャパシタが得られる。
に超薄窒化シリコン膜を形成しその後、窒素含有濃度の
高いタンタル酸化膜層と窒素含有濃度の低いタンタル酸
化膜層を順次被着形成することによってタンタル酸化膜
の膜厚制御性が良く容量密度が大きくしかもリーク電流
の小さいキャパシタが得られる。
第１図（ａ）〜（ｄ）は各々本頼明に係るキャパシタの
製造工程を説明する工程順断面図である。 なお図において、１・・・・・・シリコン半導体基板、
２・・・・・・超薄窒化ンリコン膜、３・・・・・・窒
素含有濃度の高いタンタル酸化膜層、４・・・・・・窒
素含有濃度の低いタンタル酸化膜層、５・・・・・・タ
ンタル酸化膜、６・・・・・・タンタル酸化膜之超薄窒
化シリコン膜との界面、７・・・・・・タンタル酸化膜
表面、８・・・・・・金属電極、である。
製造工程を説明する工程順断面図である。 なお図において、１・・・・・・シリコン半導体基板、
２・・・・・・超薄窒化ンリコン膜、３・・・・・・窒
素含有濃度の高いタンタル酸化膜層、４・・・・・・窒
素含有濃度の低いタンタル酸化膜層、５・・・・・・タ
ンタル酸化膜、６・・・・・・タンタル酸化膜之超薄窒
化シリコン膜との界面、７・・・・・・タンタル酸化膜
表面、８・・・・・・金属電極、である。
Claims (1)
- 半導体装置用キャパシタの製造方法において、キャパシ
タの第１電極となるシリコン基板を窒素を構成原子とし
てふくむ雰囲気中で熱処理して該シリコン基板の表面部
に超薄窒化シリコン膜を形成し、該超薄窒化シリコン膜
表面にタンタル酸化物ターゲットを用いて高周波スパッ
タ法でスパッタガス雰囲気中に一定時間窒素を導入して
メンタル酸化膜を被着形成し、該タンタル酸化膜中の窒
素含有濃度をその膜厚方向に対して該タンタル酸化膜と
該超薄窒化シリコン膜界面近傍で大きく、該タンタル酸
化膜表面に向って漸次減少する窒素濃度勾配をもたせか
かる絶縁膜に該キャパシタの第２電極を被着することを
特徴とする半導体装置用キャパシタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13901482A JPS5928369A (ja) | 1982-08-10 | 1982-08-10 | 半導体装置用キヤパシタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13901482A JPS5928369A (ja) | 1982-08-10 | 1982-08-10 | 半導体装置用キヤパシタの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5928369A true JPS5928369A (ja) | 1984-02-15 |
Family
ID=15235457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13901482A Pending JPS5928369A (ja) | 1982-08-10 | 1982-08-10 | 半導体装置用キヤパシタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5928369A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61145854A (ja) * | 1984-12-20 | 1986-07-03 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPS61198665A (ja) * | 1985-02-27 | 1986-09-03 | Nec Corp | 半導体装置 |
| US6475927B1 (en) | 1998-02-02 | 2002-11-05 | Micron Technology, Inc. | Method of forming a semiconductor device |
-
1982
- 1982-08-10 JP JP13901482A patent/JPS5928369A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61145854A (ja) * | 1984-12-20 | 1986-07-03 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPS61198665A (ja) * | 1985-02-27 | 1986-09-03 | Nec Corp | 半導体装置 |
| US6475927B1 (en) | 1998-02-02 | 2002-11-05 | Micron Technology, Inc. | Method of forming a semiconductor device |
| US6589877B1 (en) | 1998-02-02 | 2003-07-08 | Micron Technology, Inc. | Method of providing an oxide |
| US7135417B2 (en) | 1998-02-02 | 2006-11-14 | Micron Technology, Inc. | Method of forming a semiconductor device |
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