半导体装置的电容器的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的主要目的是提供既具有优良电气特性又能确保高容量的半导体装置的电容器制造方法。该半导体装置的电容器制造方法包含如下工序：在半导体衬底的下部结构物上形成下部电极；在所述下部电极上形成非晶质ＴａＯＮ薄膜之后，在ＮＨ３气氛中实施热处理工序，形成Ｔａ３Ｎ５电介质膜；在所述Ｔａ３Ｎ５电介质膜上形成上部电极。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及能充分确保半导体装置所要求的充电容量的。现在，为了实现半导体装置的高度集成化，正在活跃地进行有关单元面积减少和动作电压低电压化的研究和开发。随着高度集成化的进展，电容器的面积急剧减少。但是，尽管单元面积减少，为了防止软差错(soft error)的发生以及恢复时间的缩短，存储器件的动作所必要的充电容量必须在25fF/cell以上。因此，迄今为止，为了确保DRAM用电容器的充分的容量，提出了各种方法。例如改变通常的圆柱结构来增大电容器的面积或者使电介质膜的厚度减少，以此来确保充分大的电容器容量。最近，正在研究形成具有NO(氮-氧)或ONO(氧-氮-氧)结构的电介质膜来代替原先使用的硅氧化物，或者用能确保高容量(介电常数ε20～25)的Ta2O5或BST(BaSrTiO3)等来代替由硅氧化物构成的电介质膜。但是，具有NO电介质膜的电容器在确保256M以上的下一代存储器所必要的容量方面有限度，所以正在进行下一代电介质材料例如T2O5电介质的研究开发。然而，所述Ta2O5薄膜具有不稳定的化学当量比(stoichiometry)，所以由Ta和O的组成比的差引起的置换型Ta原子必然存在于薄膜内。而且在形成Ta2O5电介质膜时，Ta2O5的先驱物即有机化合物Ta(OC2H5)5与O2(或N2O)气体的反应会形成杂质即碳原子和碳氢化合物(C、CH4、C2H4等)以及水。结果，存在于Ta2O5薄膜内的氧空洞和作为杂质存在的碳原子、离子和原子团使电容器的漏电流增大，而使介电特性劣化。这样的Ta2O5薄膜内的杂质有可能通过进行二次或三次低温热处理(例如等离子体N2O或UV-O3处理)而除掉，但是，这种热处理工艺烦杂。而且，因为Ta2O5薄膜的抗氧化性低，所以这种工艺中会发生下部电极的氧化。因此，为解决上述现有技术的诸问题，本专利技术的主要目的是提供具有优良的电气特性又能确保高容量的。本专利技术的目的是提供一种半导体装置的电容器制造方法，所述方法省略了增加确保电容器的高容量所必要的下部电极的断面积的制造工序，减少单位工序数的同时使工序时间缩短，从而能够降低生产成本。按照本专利技术的第一半导体装置的电容器制造方法，包含如下步骤在半导体衬底的下部结构物上形成下部电极；在所述下部电极上形成非晶质TaON薄膜后，在NH3气氛中实施热处理工序，从而形成Ta3N5电介质膜；在所述Ta3N5电介质膜上形成上部电极。按照本专利技术的第二半导体装置的电容器制造方法，包含如下步骤在半导体衬底的下部结构物上形成下部电极；在所述下部电极上形成非晶质TaON薄膜后，在600～950℃温度及NH3气氛中实施热处理工序，由此形成Ta3N5电介质膜；对所述Ta3N5电介质膜进行退火处理；在所述Ta3N5电介质膜上形成上部电极。按照本专利技术的第三半导体装置的电容器制造方法，包含如下步骤在半导体衬底的下部结构物上形成下部电极；在NH3气氛中进行氮化处理；在所述下部电极上形成非晶质TaON薄膜后，在600～950℃温度及NH3气氛中实施热处理工序，从而形成Ta3N5电介质膜；对所述Ta3N5电介质膜进行退火处理；在所述Ta3N5电介质膜上形成上部电极。附图的简要说明如下附图说明图1是为说明按照本专利技术的一个实施例的具有高介电常数体Ta3N5的的工序图的一部分；图2是为说明按照本专利技术的一个实施例的具有高介电常数体Ta3N5的的工序图的一部分，表示继图1之后的步骤；图3是为说明按照本专利技术的一个实施例的具有高介电常数体Ta3N5的半导体装置的电容器制造方法的工序图的一部分，表示继图2之后的步骤；图4是为说明按照本专利技术的一个实施例的具有高介电常数体Ta3N5的的工序图的一部分，表示继图3之后的最后步骤；图5和图6是本专利技术的电容器中组成非晶质TaON电介质膜时和制造本专利技术的电容器时在NH3气氛退火后组成Ta3N5电介质膜时，比较存在于电介质膜内的元素等的浓度的曲线图7是为说明按照本专利技术的其他实施例的半导体装置的电容器制造方法的半导体器件的剖面图；图8是为说明按照本专利技术的另外的实施例的半导体装置的电容器制造方法的半导体器件的剖面图。以下根据附图详细说明按照本专利技术的半导体装置的电容器制造方法。图1至图4是表示根据本专利技术制造具备高介电常数的Ta3N5电介质薄膜的半导体装置的电容器的一连串工序的剖面图。虽然没有图示，但是在按照本专利技术的中，首先是按照常规方法在作为半导体衬底的硅衬底10的活性区上面形成具有栅电极、源/漏极等规定的电路要素至电路元件的半导体器件(未图示)。此后，如图1所示，在硅衬底10的整个面上蒸镀从USG(无掺杂硅酸盐玻璃)、BPSG(磷硼硅酸盐玻璃)和SiON选出来的物质之后，以化学机械性研磨工艺研磨其表面，由此形成层间绝缘膜20。然后，为了确保与所述硅衬底10相关连的活性区相接的电容器所要的断面积，利用采用光刻法的曝光和显影工艺，有选择地除去所述层间绝缘膜20的一部分，形成接触孔(未示出)。此后，在所述接触孔内蒸镀掺杂多晶硅或非晶质掺杂多晶硅之类的导电性物质后，再利用采用光刻法的曝光和显影工艺，有选择地除去所蒸镀的导电性物质，在形成了所述接触孔的层间绝缘膜20的对应部分上形成下部电极30。这时，各个按照本专利技术方法形成的下部电极30就具有堆积结构。所述下部电极30的结构可以选择堆积(stack)形、圆柱(cylinder)形、扇(fin)形和堆积圆柱(stack,cylinder)形的某一种而形成。此后，如图2所示，在所述下部电极30的上面蒸镀非晶质TaON薄膜之后，在NH3气氛中对其实施热处理，来形成Ta3N5电介质膜32。这时，在所述非晶质TaON薄膜蒸镀工序中，最好在维持于300～600℃(最好是350℃～550℃，更可取的是370～540℃)的温度的低压化学气相蒸镀容器内用化学气相蒸镀法使作为先驱物即有机金属化合物的Ta(OC2H5)5或Ta(N(CH3)2)5气化后，与NH3气反应。在所述非晶质TaON薄膜蒸镀工序中所使用的Ta成分的化学蒸汽(Ta化合物的蒸汽)由如下工序来得到。首先，把纯度99.999％以上的液态Ta(OC2H5)5或Ta(N(CH3)2)5通过质量流量控制器(Mass Flow Controller)，按300～1000mg/min(最好是320～800mg/min，更可取的是310～700mg/min)的速度定量供给到维持于150℃～300℃(最好是160～250℃，更可取的是150℃～200℃)温度的蒸发器或蒸发管中。这时，为了防止Ta蒸气的凝结，为完全蒸发所述Ta(OC2H5)5或Ta(N(CH3)2)5而使用的包含注孔或喷嘴的蒸发器和构成Ta蒸汽通路的供给管通常始终维持在150～200℃的温度范围内。送到低压化学气相蒸镀容器内的规定量的Ta蒸汽在规定量的NH3反应气体(5～500sccm)和100乇以下的压力下进行表面反应，形成非晶质TaON薄膜。为了使非晶质TaON薄膜结晶，在600～950℃的温度范围内实施NH3气氛下进行的热处理工序。该热处理工序用快速热处理工艺(rapid thermal process)或定压/常压方式的电炉进行。然后，如图3所示，对在所述NH3气氛下热处理过的Ta2N5电介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的电容器制造方法，其特征在于，包含如下步骤： 在半导体衬底上形成下部电极； 在所述下部电极上形成非晶质ＴａＯＮ膜之后，在ＮＨ↓［３］气氛中实施热处理，形成Ｔａ↓［３］Ｎ↓［５］电介质膜； 在所述Ｔａ↓［３］Ｎ↓［５］电介质膜上形成上部电极。

【技术特征摘要】
KR 1999-12-23 61345/991．一种半导体装置的电容器制造方法，其特征在于，包含如下步骤在半导体衬底上形成下部电极；在所述下部电极上形成非晶质TaON膜之后，在NH3气氛中实施热处理，形成Ta3N5电介质膜；在所述Ta3N5电介质膜上形成上部电极。2．根据权利要求1的半导体装置的电容器制造方法，其特征在于，分别用掺杂多晶硅和金属物质单独形成所述下部电极和上部电极，或者把它们层叠形成所述下部电极和上部电极。3．根据权利要求2的半导体装置的电容器制造方法，其特征在于，所述金属物质是从TiN、Ti、TaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir和Pt构成的组中选出的一种。4．根据权利要求2的半导体装置的电容器制造方法，其特征在于，在使用掺杂多晶硅作为所述下部电极形成材料的情况下，实施在所述下部电极的表面生长凸状半球形多晶硅的步骤。5．根据权利要求2的半导体装置的电容器制造方法，其特征在于，在使用掺杂多晶硅作为所述下部电极形成材料的情况下，在形成Ta3N5电介质膜之前，还包含在NH3气氛中实施1～5分钟氮化处理的步骤。6．根据权利要求1的半导体装置的电容器制造方法，其特征在于，在蒸镀所述Ta3N5之前，还包含如下步骤通过用HF蒸气的干洗工序或用HF溶液的湿洗工序之一种的清洗工序除掉下部电极表面的自然氧化膜和粒子。7．根据权利要求1的半导体装置的电容器制造方法，其特征在于，在600～950℃的温度下实施所述热处理工序。8．根据权利要求1的半导体装置的电容器制造方法，其特征在于，用维持在150～200℃的温度的蒸发器或蒸发管把Ta(OC2H5)5或Ta(N(CH3)2)5注入到低压化学气相蒸镀(LP-CVD)容器内来蒸镀形成所述非晶质TaON膜。9．根据权利要求8的半导体装置的电容器制造方法，其特征在于，通过流量调节器分别把Ta化学蒸汽及其反应气体NH3气体定量供给到300～600℃的低压化学气相蒸镀容器内之后，使它们在100乇以下的气氛中发生表面反应，从而蒸镀形成所述非晶质TaON膜。10．根据权利要求1的半导体装置的电容器制造方法，其特征在于，还包含如下步骤为调节所述Ta3N5电介质膜内的N含量，对所述Ta3N5电介质膜进行退火工序。11．根据权利要求10的半导体装置的电容器制造方法，其特征在于，按照在O2或N2O气氛中实施的等离子体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李起正，梁洪善，
申请(专利权)人：现代电子产业株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]