半导体装置制造方法及其半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术防止在强电介质膜电容器中，强电介质膜的成分在膜厚方向上的不均匀，以实现具有良好电气特性的电容器。本发明专利技术的半导体装置的制造方法是，在半导体基板上形成下部电极（Ｓ１１）；接着，通过使用第一原料气体的ＣＶＤ法，在下部电极上形成第一强电介质膜（Ｓ１３ａ）；然后，通过使用第二原料气体的ＣＶＤ法，在第一强电介质膜上形成第二强电介质膜（Ｓ１３ｂ）；此后，在第二强电介质膜上形成上部电极（Ｓ１４）；其中，包含于形成第一强电介质膜工序（Ｓ１３ａ）中使用的第一原料气体中的铋浓度与包含于形成第二强电介质膜工序（Ｓ１３ｂ）中使用的第二原料气体中的铋浓度不同。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有使用CVD法形成的强电介质膜的半导体装置及其制造方法。
技术介绍
近年，在强电介质存储器领域中，要求能实现更细微化。但是，现有的通过涂覆法形成强电介质膜的方法，仅能在平坦的衬底上形成强电介质膜。为此，现有的方法限制了存储单元的缩小化。这里，为对应存储单元缩小化，提议了使用能够在有阶梯差的衬底上成膜的热CVD法、以形成强电介质膜的方法。下面，参照图15说明一下关于现有的半导体装置的制造方法。图15是表示现有的半导体装置的制造方法的流程图。事先，在半导体基板上，形成由氧化铱、铱、氮化铝钛构成的层叠膜后，在半导体基板上形成硅氧化膜以覆盖该层叠膜。进而，在硅氧化膜处形成露出该层叠膜表面的凹部(上述内容图中未表示)。接着，在步骤S81中，使用溅射法，沿着硅氧化膜的凹部内面形成由铂(Pt)、氧化铱(IrOx)的层叠膜构成的下部电极。然后，在步骤S82中，使用光刻技术及蚀刻技术，对在步骤S81形成的下部电极进行图案形成。接着，在步骤S83中，使用CVD法，在温度350℃、压力1.33×102Pa(1Torr)条件下，边控制在ECH(乙基环己烷)中ST-1[Sr(Ta(OEt)5(OC2H4OMe))2]被稀释为0.1mol％浓度的气体以流量100×10-3ml/min、在ECH(乙基环己烷)中Bi(MMP)3被稀释为0.2mol％浓度的气体以流量200×10-3ml/min、在ECH(乙基环己烷)中PET[Ta(OC2H5)5]被稀释为0.1mol％浓度的气体以流量100×10-3ml/min、氧(O2)气以流量1000×10-3ml/min、以及氩(Ar)气以流量1900×10-3ml/min流经，边使这些源气反应约30分钟，从而形成作为膜厚约为60nm的强电介质膜的SBT(SrBi2Ta2O9)膜。此后，在步骤S84中，使用溅射法，在步骤S83中形成的SBT膜上形成作为上部电极的铂膜。然后，在步骤S85中，使用光刻技术及蚀刻技术，对在步骤S84中形成的上部电极图案形成。下面参照图16，说明依照上述步骤形成的现有的半导体装置。如图16所示，在图中未表示的半导体基板上，形成由氧化铱103/铱102/氮化铝钛101形成的层叠膜，在半导体基板上形成了具有露出层叠膜表面的凹部104a的硅氧化膜104，以覆盖该层叠膜。另外，在含凹部104a的硅氧化膜104上，以沿着凹部104a的形态，由下开始顺次形成有由铂、氧化铱层叠膜构成的下部电极105、作为强电介质膜的SBT膜106及由铂膜构成的上部电极107。另外，使用涂覆法，作为在平坦衬底上形成强电介质膜情况的现有例，例如专利文献1中，公开了由多层形成强电介质膜的方法，但针对下面说明的使用CVD法形成强电介质膜情况的问题点，没有公开其解决办法。但是，所述现有的半导体装置制造方法及半导体装置中存在所形成的强电介质膜的成分不能实现在膜厚方向的均匀这一问题。强电介质膜的成分在膜厚方向不均匀情况下，电容器的电气特性就不会良好。专利文献1特许第2964780号公报。
技术实现思路
借鉴上述课题，本专利技术的目的，就是防止强电介质膜的成分在膜厚方向不均匀问题的发生，提供一种具有良好电气特性的半导体装置及其制造方法。为解决上述课题，本申请的专利技术人经多次深刻研讨，发现造成强电介质膜的成分在膜厚方向不均匀的原因是使用CVD法成膜时的热量。本专利技术是借鉴于上述见解而得出的，具体而言，本专利技术涉及的第一种半导体装置制造方法，其特征在于，包括在半导体基板上形成下部电极的工序；通过使用第一原料气体的CVD法，在下部电极上形成第一强电介质膜的工序；通过使用第二原料气体的CVD法，在第一强电介质膜上形成第二强电介质膜的工序；在第二强电介质膜上形成上部电极的工序；其中，包含于第一原料气体中的铋浓度与包含于第二原料气体中的铋浓度不同。如按照本专利技术涉及的第一种半导体装置制造方法，通过使包含于用以形成第一强电介质膜而使用的CVD用第一原料气体中的铋浓度与包含于用以形成第二强电介质膜而使用的CVD用第二原料气体中的铋浓度不同，可以防止由成为第一强电介质膜衬底的下部电极材料造成的第一强电介质膜中铋浓度的变化。例如，用铂等材料构成下部电极的情况下，考虑到成为CVD法中温度原因造成的铋向下部电极的热扩散，设定包含于第一原料气体中的铋浓度比包含于第二原料气体中的铋浓度要高。另外，用氧化铱等材料构成下部电极的情况下，为防止在第一强电介质膜与下部电极界面处形成铋浓度高的氧化铋、铱化合物，设定包含于第一原料气体中铋浓度比包含于第二原料气体中铋浓度要低。通过这样，可以防止第一强电介质膜及第二强电介质膜的铋浓度在膜厚方向不均匀的发生。其结果，可以实现电气特性优异的半导体装置。本专利技术涉及的第一种半导体装置制造方法中，第一强电介质膜与第二强电介质膜是由同种成分构成，包含于第一强电介质膜的铋浓度与包含于第二强电介质膜的铋浓度大致相等。这样，如将第一强电介质膜与第二强电介质膜由同种成分构成，可以实现第一强电介质膜与第二强电介质膜的铋浓度在膜厚方向上基本均匀。本专利技术涉及的第二种半导体装置制造方法，其特征在于，包括在半导体基板上形成下部电极的工序；通过使用第一原料气体的CVD法，在下部电极上形成第一强电介质膜的工序；通过使用第二原料气体的CVD法，在第一强电介质膜上形成第二强电介质膜的工序；在第二强电介质膜上形成上部电极的工序；其中，包含于第一原料气体中的氧浓度比包含于第二原料气体中的氧浓度高。按照本专利技术涉及的第二种半导体装置制造方法，通过设定包含于用以形成第一强电介质膜而使用的CVD用第一原料气体中的氧浓度比包含于用以形成第二强电介质膜而使用的CVD用第二原料气体中的氧浓度高，可以防止在CVD法中由温度原因造成的铋向下部电极中热扩散而使第一强电介质膜中的铋浓度减少。例如，在300～350℃左右热量下的CVD法是在气体限速反应支配下成膜，特别是这种情况下，通过设定包含于第一原料气体中的氧浓度比包含于第二原料气体中的氧浓度高，可以防止铋向下部电极热扩散，从而可以防止第一强电介质膜及第二强电介质膜的铋浓度在膜厚方向不均匀的情况。其结果，可以实现电气特性优异的半导体装置。本专利技术涉及的第二种半导体装置制造方法中，第一强电介质膜与第二强电介质膜是由同种成分构成，包含于第一强电介质膜的铋浓度与包含于第二强电介质膜的铋浓度大致相等。这样，如将第一强电介质膜与第二强电介质膜由同种成分构成，可以实现第一强电介质膜与第二强电介质膜的铋浓度在膜厚方向上基本均匀。本专利技术涉及的第三种半导体装置制造方法，其特征在于，包括在半导体基板上形成下部电极的工序；通过使用第一原料气体的CVD法，在下部电极上形成第一强电介质膜的工序；通过使用第二原料气体的CVD法，在第一强电介质膜上形成第二强电介质膜的工序；在第二强电介质膜上形成上部电极的工序；其中，包含于第一原料气体中的钽浓度比包含于第二原料气体中的钽浓度低。按照本专利技术涉及的第三种半导体装置制造方法，通过设定包含于用以形成第一强电介质膜而使用的CVD用第一原料气体中的钽浓度比包含于用以形成第二强电介质膜而使用的CVD用第二原料气体中的钽浓度低，可以防止第一强电介质膜中钽浓度的上升。即，在CVD法中由于温度原因造成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置制造方法，其特征在于，包括：在半导体基板上形成下部电极的工序；通过使用第一原料气体的ＣＶＤ法，在所述下部电极上形成第一强电介质膜的工序；通过使用第二原料气体的ＣＶＤ法，在所述第一强电介质膜上形成第二强电 介质膜的工序；在所述第二强电介质膜上形成上部电极的工序；其中，包含于所述第一原料气体中的铋浓度与包含于所述第二原料气体中的铋浓度不同。

【技术特征摘要】
JP 2004-1-8 2004-0030711.一种半导体装置制造方法，其特征在于，包括在半导体基板上形成下部电极的工序；通过使用第一原料气体的CVD法，在所述下部电极上形成第一强电介质膜的工序；通过使用第二原料气体的CVD法，在所述第一强电介质膜上形成第二强电介质膜的工序；在所述第二强电介质膜上形成上部电极的工序；其中，包含于所述第一原料气体中的铋浓度与包含于所述第二原料气体中的铋浓度不同。2.根据权利要求1所述的半导体装置制造方法，其特征在于，所述第一强电介质膜与所述第二强电介质膜由同种成分构成，包含于所述第一强电介质膜中的铋浓度与包含于所述第二强电介质膜中的铋浓度大致相等。3.根据权利要求1所述的半导体装置制造方法，其特征在于，所述第一强电介质膜与所述第二强电介质膜，分别由铋层状结构的强电介质构成。4.根据权利要求1所述的半导体装置制造方法，其特征在于，在所述半导体基板上形成所述下部电极工序之前，还具有在所述半导体基板上形成有凹部的绝缘膜工序；所述下部电极、所述第一强电介质膜、所述第二强电介质膜及所述上部电极，分别形成为沿着所述凹部的内面。5.一种半导体装置制造方法，其特征在于，包括在半导体基板上形成下部电极的工序；通过使用第一原料气体的CVD法，在所述下部电极上形成第一强电介质膜的工序；通过使用第二原料气体的CVD法，在所述第一强电介质膜上形成第二强电介质膜的工序；在所述第二强电介质膜上形成上部电极的工序；其中，包含于所述第一原料气体中的氧浓度与比包含于所述第二原料气体中的氧浓度高。6.根据权利要求5所述的半导体装置制造方法，其特征在于，所述第一强电介质膜与所述第二强电介质膜由同种成分构成，包含于所述第一强电介质膜中的铋浓度与包含于所述第二强电介质膜中的铋浓度大致相等。7.根据权利要求5所述的半导体装置制造方法，其特征在于，所述第一强电介质膜与所述第二强电介质膜，分别由铋层状结构的强电介质构成。8.根据权利要求5所述的半导体装置制造方法，其特征在于，在所述半导体基板上形成所述下部电极工序之前，还具有在所述半导体基板上形成有凹部的绝缘膜工序；所述下部电极、所述第一强电介质膜、所述第二强电介质膜及所述上部电极，分别形成为沿着所述凹部的内面。9.一种半导体装置制造方法，其特征在于，包括在半导体基板上形成下部电极的工序；通过使用第一原料气体的CVD法，在所述下部电极上形成第一强电介质膜的工序；通过使用第二原料气体的CVD法，在所述第一强电介质膜上形成第二强电介质膜的工序；在所述第二强电介质膜上形成上部电极的工序；其中，包含于所述第一原料气体中的钽浓度比包含于所述第二原料气体中的钽浓度低。10.根据权利要求9所述的半导体装置制造方法，其特征在于，所述第一强电介质膜与所述第二强电介质膜由同种成分构成，包含于所述第一强电介质膜中的钽浓度与包含于所述第二强电介质膜中的钽浓度大致相等。11.根据权利要求9所述的半导体装置制造方法，其特征在于，所述第一强电介质膜与所述第二强电介质膜，分别由铋层状结构的强电介质构成。12.根据权利要求9所述的半导体装置制造方法，其特征在于，在所述半导体基板上形成所述下部电极工序之前，还具有在所述半导体基板上形成有凹部的绝缘膜工序；所述下部电极、所述第一强电介质膜、所述第二强电介质膜及所述上部电极，分别形成为沿着所述凹部的内面。13.一种半导体装置制造方法，其特征在于，包括在半导体基板上形成下部电极的工序；通过使用第一原料气体的CVD法，在所述下部电极上形成第一强电介质膜的工序；通过使用第二原料气体的CVD...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢野尚，林慎一郎，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]