JPS61131557A - コンデンサを形成する方法 - Google Patents

コンデンサを形成する方法

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JPS61131557A JP60268246A JP26824685A JPS61131557A JP S61131557 A JPS61131557 A JP S61131557A JP 60268246 A JP60268246 A JP 60268246A JP 26824685 A JP26824685 A JP 26824685A JP S61131557 A JPS61131557 A JP S61131557A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、集積回路内にコンデンサを形成する方法に関
するものであって、更に詳細には、CMO5(相補型金
属酸化物シリコン)技術を使用して集積回路内にコンデ
ンサを形成する方法に関するものである。
コンデンサは、電荷を蓄積す□る為に使用されるデバイ
スであり、通常絶縁層によって一隅された2つの導電層
から構成される。コンデンサが蓄積することの可能な電
荷量は、該コンデンサの表面積と共に増加し、又絶縁層
を薄くするに従い増加する。然し乍ら、薄い絶縁層゛と
子ると該コンデンサに対しての最大電圧が低下し薇って
ブレークダンラン電圧が低下することとなる。ブレーク
ダウン電圧は、コンデンサが最早゛付加的な電荷を蓄積
することが出来ず、電流”が該コンデンサを介して流れ
ることとなる電圧であ□る。−更に、絶縁層を薄くする
と、コンデンサを介しての電iの漏れが増加する。漏れ
電流はコンナンサから蓄積された電荷を引き出すので不
都合である。         □MO3(金属酸化物
シリコン)集積回路内に形成されたコンデンサは、2つ
の゛シリコン層の間又はシリコン層と金属層の間に半導
体物質(通常、二酸化シリコン)の酸化物の層をサンド
インチさせることによって最も一般的に形成される。M
O8技術において、チップ上にトランジスタや分離領域
を位置させ構成することにより不本□意な(即ち、□寄
生の)容量が発生する。2つのシリコン層の間又はシリ
コン層と金属層との間に二酸化シリコン層が存在すると
きには、寄生容量が発生する。
従っ゛ぞ、寄生容量は、半うンジスタ間又はトランジス
タの要素間に発生することが可能である。□意図的に形
成される一ンデンサ(時々、「アクディプ」コンデンサ
と呼称される)は通常フィールド酸化物層上に形成され
て該コンデンサをその他の回路要素から分離する。二酸
化シリコンのフィールド領域は電気的分遣を与える為に
多くのタイプのMO5集積向路において使用されている
フィールド酸化物の厚さが該コンデンサ内の絶縁層とし
て使用される酸化物層の厚さと同等であ゛ると、アクテ
ィブ容量の値とi主容量の値とめ比は非常側こ劣ってい
る。然し乍ら、該コンデンサ内の酸化物層の厚さを減少
すると、ブレークダウン電圧は減少され、且つ漏れ電流
が増加される。従って、アクティブ容量と寄生容量の比
を増加する為に絶縁層を薄くすることが望ましいが、ブ
レークダウン電圧を高くし且つ漏れ電流を低くする為に
その厚さを厚くすることが望ましい。
MOS及び0MO5技術においてコンデンサとして多結
晶シリコン(通常、「ポリシリコン」と呼称される)が
屡々使用される。ポリシリコン上に形成される二酸化シ
リコン絶縁層は、通常、少なくとも1000人の厚さで
ある。これより薄い層とすると、一様な層を得ることが
困難であり且つブレークダウン電圧及び漏れ電流の問題
があるので、これより薄い層とすることはあまりない。
アクティブ/寄生容量比を改善する為に使用される1技
術は、化学蒸着(CVD)を使用して酸化層内に窒化シ
リコンを付着させることである。
4、     窒化物を使用することにより、容量の絶
縁特性、即ちそのブレークダウン及び漏れに対する耐性
が改善される。然し乍ら、この様な窒化物付着は困難で
ある。何故ならば、一様な窒化物の付着は、婦られず、
その際にコンデンサ全体に渡り非一様な特性が発生する
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであっ。
−て、−上述した如き従来技術の欠点を解消し、改良し
た集積回路内にコンデンサを形成する方法を提供するこ
とを目的とする。
本発明は、高いブレークダウン電圧及び低い漏れ電流を
維持しながらアクティブ/寄生容量比を改善する為に薄
い二酸化シリコン絶縁層を使用するCMOS技術内にお
いて、改良したコンデンサを形成する方法を提供してい
る。
好適実施例において、半導体シリコンのウェハ上のフィ
ールド酸化物層上にポリシリコン層を形成する。N導電
型イオン、好適には燐又は砒素、を約80及び100K
eVの間の注入エネルギで該ポリシリコン層内に注入さ
せる6次いで、該ポリシリコン層の表面を酸化させて、
中間ポリ二酸化シリコン層を形成する。との初期の燐注
入の注入ドーズ及び酸化温度は、該中間ポリ酸化物層が
約770及び2000人の間の厚さとなる様に選択され
ている。酸化に続いて、該構成体を高温度、約1100
℃、で酸素とHClの混合物内でアニールさせる。次い
で、第2ポリシリコン層を該中間ポリ酸化物層上に形成
する。その後、本プロセスを、メタルコンタクトの形成
を包含する通常の方法で完了する。
第1ポリシリコン層内への燐の注入は所望の絶縁特性を
与える上で貢献する。燐を注入する為に減少したエネル
ギを使用することによって、燐のピーク濃度はポリシリ
コン層の表面により近接しており、従って酸化プロセス
を向上させている。
燐での注入乃至はドーピングは、従来の液体(POC3
,)乃至は気体(PH3)源を使用して行われる。注入
プロセスの使用は、燐付着の一様性を確保している。注
入ドーズは、大きなステップにおける次の酸化物層の厚
さを制御する。使用される注入エネルギは、所望の厚さ
の約50人以内の厚さに微調整することを可能としてい
る。
上記プロセスは、単−操作内及び単一操作から次の操作
へのシリコンウェハ全体に渡り非常に一様な厚さの酸化
膜を提供する。このプロセスは又高容量値を与え、漏れ
電流は低く且つブレークダウン電圧は高い。
以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。
以下の説明では、最初に、本発明の改良したコンデンサ
を形成するのに必要なプロセスステップのみを説明し、
その後に、この様なプロセスステップが如何にしてCM
OS集積回路の従来の処理と適合するのかを説明する。
第1図は、ウェハ10上に完成した0M03回路の断面
を示している。本発明のコンデンサは点線12内に位置
されている。ポリシリコン層16は、低圧力CVDを使
用して、フィールド酸化物層14上に付着されている。
低温度(600’C)の使用により、ポリシリコン層の
凹凸が除去される。好適には、付着形成されたポリシリ
コン層は約4750人の厚さである二次いで、従来の液
体(Foci3)又は気体(PHa)源の何れかを使用
して、燐をポリシリコン層16内に注入させる。
ポリシリコン層16内への燐の注入は、好適には、約8
×1015イオン/cm”の注入ドーズ量で行われる。
注入エネルギは好適には約80乃至100KaVである
。エネルギが低いと、燐のピーク濃度は表面により近接
し、爾後の酸化を向上させる。
燐が好適であるが、別に砒素を使用することも可能であ
る0次いで、従来のマスクプロセスを使用して、本発明
のコンデンサを形成することを所望する箇所を除いてそ
の他の全てからポリシリコン層をエツチング除去する。
次いで、二酸化シリコン層18を形成する。初期の注入
した燐イオンの注入ドーズ量及び酸化温度は、層18を
略770人の厚さとさせるべく選択される。この酸化プ
ロセスは更に好適には、約1100℃の酸素と塩酸(H
Cl)との混合物を、、、        使用するア
ニールステ・プを包含するものである。
好適な酸化プロセスを以下更に詳細に説明する。
PLCVD (低圧力化学蒸着)を使用して約4750
人の厚さのポリシリコン層20を発生させることにより
、酸化物層18上に第2ポリシリコン層20を付着形成
させる。次いで、本回路の処理を従来の態様でメタル接
続の形成を介して継続し、コンデンサ12へのメタルコ
ンタクト22を。
−形成する。
この酸化プロセスは好適には以下のサイクルに従って行
われるドライ酸化プロセスである。拡散炉を850±1
℃の温度に設定し、窒素と酸素(N!+O1)を300
5 CCMの流量で注入させる0次いで、ウェハを収納
するボートを拡散炉内に押し込み、該炉を毎分8℃の割
合で1000℃へランプ動作させる0次いで、20分間
、高流量(30005CCM)1’酸素(OX) 全注
入することによってドライ酸化を行う0次いで、更に付
加的な期間の21分±2分の間同じ流量で3%のHCl
と97%の酸素の混合物を注入する1次いで、OXtt
N、(55505C:(、M(7)流量)で置換させ、
且つ拡散炉を20分の期間に渡り1100℃へランプ動
作させる。
次いで、60分の期間の間、95.4%のNtと3.4
%の03と1.2%のHClとの混合物内においてアニ
ールを行う0次いで、上記混合物を再度N、(5550
5CCM)で置換し、且つ拡散炉を60分の期間に渡っ
て850℃の温度へランプ動作させる。次いで、ウェハ
を収納するボートを拡散炉から取り出す。この酸化プロ
セスは。
注入エネルギ□が約100KeVで注入ドース量が約3
 X 10”ゞイオン/cll!である初期の燐注入と
結合されて、約770人の厚さの酸化物層を発生させる
上述したコンデンサを製造するプロセスを盛り込んだC
MOSプロセス全体に付いて以下説明する。第2図は、
好適に(100>の結晶配向面を持っており且つ0 、
02ohm−cmの一有抵抗を持ったN型シリコンウェ
ハ24を示している。好適には3 ohm−cmの固有
抵抗のエピタキシャル層26をN型シリコン24上に形
成する。次いで、エピタキシャル層26を酸化して、約
6500人の厚さの二酸化シリコン層28を形成し、マ
スクを使用して所望のPウェル30にイオン注入すべき
箇所から酸化物を除去させる。注入エネルギ60Ka■
で注入ドーズ量7.5×1015イオン/cya”でボ
ロンを使用して、Pウェルにイオン注入を行う。
次いで、ウェハを加熱して更にボロンを拡散させる。P
ウェルの深さは好適には約6ミクロンである。
次いで、LPGVDを使用して約1200人の厚さの窒
化物層を発生させて窒化シリコン(Si。
N、)を付着形成させる1次いで、従来のホトリソグラ
フィ及びエッチジグプロセスにおいてデバイスウェルマ
スクを使用して、NPN及びPNPトランジスタを夫々
設けるべき箇所である領域32及び34を除いたその他
のすべてから窒化物を除去する。
次いで、ウェハ10にフィールド注入マスクを 。
附与して、績フィールドを注入し且つ酸化を行つ   
 −て、第3図に示した如く、厚い二酸化シリコンフィ
ールド領域36を形成する。窒化物32及び34で保護
されている元の酸゛化物層28は、このフィールド注入
及び酸化の後に残存する。フイールド酸化物層の好適深
さは約1.4ミクロンである。
次いで、第2図の窒化物層32及び34を該ウェハから
剥離し、約6500人の厚さの前ゲート酸化物層を形成
する。
次に、約4750人の厚さの第1ポリシリコン層38を
LPGVDを使用して付着形成する。次いで、層38を
燐でイオン注入し、且つマスクする。従来の工、ツチン
グプロセスを使用して、所望のコンデンサを設けるべき
箇所(第1図乃至第4図にはこの様なコンデンサを1つ
だけ示しである)を除いたその他の全ての箇所から層3
8を除去する。第3図における層38は、上述した如く
第1図の層16に対応して、コンデンサの一方のプレー
トを形成している1次いで、該2つのトランジスタのゲ
ート区域から酸化物層28をエツチング除去する。
第4図に示す如く、約770人の厚さの別の二〇、  
   酸化シリコンの層40,42.44を、上述した
酸化プロセスに従って、発生させて、中間ポリ酸化物層
40とゲート酸化物層42及び44を形成する0次いで
、該トランジスタのスレッシュホールド電圧を、1.2
×1015イオン/C■2のドーズ量で40 K e’
 Vのエネルギでボロンのイオン注入を行うことによっ
て調節される。このイオンへ、人はトランジスタ区域に
制限されている。
次いで、LPGVDプロセスを使用して、第2ポリシリ
コン層46を付着形成させる。 POCl、を使用して
第2ポリシリコン層に燐をイオン注入させ、マスクし、
且つエツチングして、約4750人の厚さのポリシリコ
ン領域46を形成する。領域46は第1図に示した層2
0に対応する。
このエツチングは更にポリシリコン領域48及び50を
画定し、これらは2つの相補的トランジスタのゲートと
して機能することとなる。
コンデンサ12が完成されると1次いで、ウェハを従来
の如くプロセスして、メタル相互接続を包含する、第1
図に示した最終的な回路を形成する。第1図に示した如
く、このプロセスにより、Nチャンネルソース52、N
チャンネルドレイン54、Pチャンネルソース56、P
チャンネルドレイン58、第2酸化物層60、pvx層
62゜メタルコンタクト64及び22が形成される。
上述した方法によって、中間ポリ(interpoly
)酸化物に対する最大電界強度が約7.5X10’v/
cffiであるコンデンサが形成され、その電界強度は
、単結晶シリコン上に成長された酸化物の場合に得られ
る電界強度と同等である。この値は。
従来技術を使用して得られるポリシリコンコンデンサに
おける約5 X I O@V/c麿の値と比較される。
以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く1本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の好適実施例の断面図、第2@乃至第4
図は第1図に示した好適実施例を形成する為に使用され
るプロセスステップにおける中間構成を示した各断面概
略図、である。 (符号の説明) 10:ウェハ 12:コンデンサ 14:フィールド酸化層 16:ポリシリコン層 18二二酸化シリコン層 20:第2ポリシリコン層 22:メタルコンタクト 特許出願人    フェアチアイルド カメラアンド 
インストルメント コーポレーション

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、集積回路構成体にコンデンサを形成する方法におい
    て、第1多結晶シリコン層を形成し、約80及び100
    KeVの間の注入エネルギで該第1多結晶シリコン層内
    にN導電型イオンを注入し、該多結晶シリコン層の表面
    を酸化して中間ポリ酸化層を形成し、該酸化は該N導電
    型イオンの注入に対して該中間ポリ層を約770及び2
    000Åの間の厚さとさせる様な温度であり、該中間ポ
    リ酸化層をHClを含有するガス混合物中において約1
    100℃の温度でアニールし、前記中間ポリ酸化層上に
    第2多結晶シリコン層を形成する、上記各ステップを有
    することを特徴とする方法。 2、特許請求の範囲第1項において、該第1多結晶シリ
    コン層は絶縁層上に形成されることを特徴とする方法。 3、特許請求の範囲第2項において、該絶縁層は約14
    00Åの厚さの二酸化シリコンからなるフィールド分離
    領域を有していることを特徴とする方法。 4、特許請求の範囲第1項において、該N導電型イオン
    は燐か砒素の一方を有していることを特徴とする方法。 5、特許請求の範囲第1項において、該第1多結晶シリ
    コン層は約600℃の温度で形成されることを特徴とす
    る方法。 6、特許請求の範囲第1項において、該集積回路構成体
    を標準圧力で約850℃で流量が約300cc/分でN
    _2とO_2を有する拡散炉内に挿入し、約8℃/分の
    割合で約850℃から約1000℃へ該拡散炉内部の温
    度を増加させ、標準圧力及び約3000cc/分の流量
    で約20分の間に該N_2とO_2をO_2で置換し、
    該O_2を約21分の間に約3%のHClと97%のO
    _2の混合物で置換し、標準圧力及び約5000cc/
    分の流量で該O_2及びHClをN_2と置換し、約2
    0分の期間に渡り該拡散炉内部の温度を約1100℃へ
    上昇させ、約60分の間に該N_2を約95.4%のN
    _2と3.4%のO_2お1.2%のHClとからなる
    混合物で置換し、標準圧力及び約5000cc/分の流
    量で該混合物をN_2で置換し、約60分の期間に渡っ
    て該拡散炉内部の温度を約850℃へ減少させ、該集積
    回路構成体を該拡散炉から取り出すことを特徴とする方
    法。 7、集積回路構成体上の二酸化シリコン絶縁層上にコン
    デンサを形成する方法において、約600℃の温度で第
    1多結晶シリコン層を形成し、約3×10^1^5イオ
    ン/cm^2の注入ドーズ量及び約80と100KeV
    の間の注入エネルギで該第1多結晶シリコン層内にN導
    電型イオンを注入し、該第1多結晶シリコン層の表面を
    酸化して中間ポリ酸化層を形成する、上記各ステップを
    有しており、前記酸化を行うステップにおいて、標準圧
    力及び約850℃で約300cc/分の流量でN_2及
    びO_2を有する拡散炉内に該集積回路構成体を挿入し
    、約8℃/分の割合で該拡散炉内部の温度を約850℃
    から約1000℃へ上昇させ、標準圧力及び約3000
    cc/分の流量で約20分の間に該N_2及びO_2を
    O_2と置換し、約21分の間に該O_2を約3%のH
    Clと97%のO_2の混合物で置換し、標準圧力及び
    約5000cc/分の流量で該O_2HClをN_2で
    置換し、約20分の期間に渡り該拡散炉内部の温度を約
    1100℃へ増加させ、約60分の間に該N_2を約9
    5.4%のN_2と3.4%のO_2と1.2%のHC
    lとの混合物で置換し、標準圧力及び約5000cc/
    分の流量で該混合物をN_2と置換し、約60分の期間
    に渡って該拡散炉内部の温度を約850℃へ減少させ、
    該中間ポリ酸化層上に第2多結晶シリコン層を形成する
    ことを特徴とする方法。 8、特許請求の範囲第1項において、該N導電型イオン
    は砒素を有していることを特徴とする方法。 9、特許請求の範囲第1項において、該N導電型イオン
    は燐を有することを特徴とする方法。
JP60268246A 1984-11-28 1985-11-28 コンデンサを形成する方法 Expired - Fee Related JPH0691183B2 (ja)

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