半导体器件的电容器的制造方法技术

一种半导体器件的电容器的制造方法，使用ＴａＯＮ薄膜作为电介质膜，充分确保高集成度半导体要求的充电容量，具有优秀的电气特性。该方法包括以下工序：在半导体衬底上形成下部电极，所述衬底上形成了用于形成半导体器件的各种结构物；在所述下部电极上形成非晶ＴａＯＮ薄膜之后，进行热处理，形成ＴａＯＮ电介质膜；和在所述ＴａＯＮ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，特别是涉及一种，能够充分确保半导体器件所要求的充电容量同时能够获得优秀的电气特性。一般，由于细微化的半导体工程技术的开发，加速了存储器产品的高集成化，单位单元的面积当然随之大大地减小，实现了工作电压的低电压化。但是，在存储元件工作所必需的充电容量方面，尽管单元面积减小了，但是为了防止发生软错误(soft error)和缩短刷新时间(refresh time)，要求25fF/单元以上充分的充电容量。以往，在象氮化膜/氧化膜(NO)结构那样，使用氮化膜作为电介质的DRAM用的电容器的情况下，为了增大有效表面积、确保充电容量，下部电极形成立体结构，或使下部电极的高度增大。但是，下部电极形成为立体结构，由于工程上有难度，在确保充电容量方面存在极限。而且，如果下部电极高度增大，由于高度增加所产生的单元区域与周边电路区域之间的台阶，在后续的曝光工序时，不能确保焦点深度(Depth ofFocus)，使布线工序后的集成工序受到不利影响。但是，采用以往的NO结构的电容器，在确保256M以上的第二代DRAM元件所必需的充电容量方面存在限制。最近，为了克服这种NO电容器的极限，代替介电常数为4～5的NO薄膜，开发了使用介电常数为25～27的Ta2O5薄膜作为电介质膜的Ta2O5电容器。但是，由于Ta2O5薄膜的化学计量比不稳定，薄膜内存在Ta与O的组成比例差引起的置换型Ta原子。即，Ta2O5薄膜由于物质本身的化学组成比例不稳定，所以薄膜内常常局部存在氧空位(Oxygen vacancy)状态的置换型Ta原子。特别是，虽然Ta2O5薄膜的氧空位的数量根据成分含量和结合程度不同，多少会有些差异，但不能完全去除。结果，为了防止电容器的泄漏电流，使Ta2O5薄膜的不稳定的化学计量比例稳定化，使电介质薄膜内残存的置换型Ta原子氧化的其他氧化工序是必需的。而且，由于Ta2O5薄膜与作为上部电极和下部电极使用的多晶硅(氧化物系电极)或TiN(金属系电极)的氧化反应性大，所以薄膜内残存的氧在界面移动，形成低介电氧化层，同时界面的均匀性大幅度降低。因此，形成薄膜时，通过作为Ta2O5薄膜前驱物的Ta(OC2H5)有机物与O2或者N2O气体的反应，作为杂质的碳(C)原子和CH4、C2H4等碳化合物以及水分(H2O)同时存在。结果，由于Ta2O5薄膜内以杂质存在的碳原子、离子和游离基，产生电容器的泄漏电流增大、介电特性劣化的问题。因此，本专利技术是为了解决上述以往诸多问题而开发的，本专利技术的目的在于提供一种，能够充分确保高集成元件所要求的充电容量，同时获得优秀的电气特性。本专利技术的又一目的在于提供一种，可以省略下部电极面积增加所带来的各种复杂的电容器制造工序，减少单位工序数量，缩短单位工序时间，降低生产成本。本专利技术的另一目的在于提供一种，省略形成电介质膜之前实施的热处理和氧化工序，降低成本，同时提高生产率。为了实现上述目的，本专利技术的包括以下工序在形成有用于形成半导体器件的各种构造物的半导体衬底上形成下部电极；在所述下部电极上形成非晶TaON薄膜后，实施低温和高温热处理工序，形成TaON电介质膜；在所述TaON电介质膜上形成上部电极。本专利技术的包括以下工序在形成有用于形成半导体器件的各种构造物的半导体衬底上形成下部电极；在所述下部电板上形成非晶TaON薄膜后，实施300～500℃的低温热处理工序和650～950℃的高温热处理工序，形成TaON电介质膜；在所述TaON电介质膜上形成上部电极。本专利技术的包括以下工序在形成有用于形成半导体器件的各种构造物的半导体衬底上形成下部电极；对所述下部电极表面进行氮化处理形成氮化膜；在所述下部电板上形成非晶TaON薄膜后，通过300～500℃的低温热处理工序和650～950℃的高温热处理工序，形成TaON电介质膜；在所述TaON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～图4是用于介绍本专利技术的的半导体器件剖面图。以下，参考附图对本专利技术的进行详细说明。图l～图4是用于介绍本专利技术的的半导体器件剖面图。如图1所示，根据本专利技术的，首先在形成有用于形成半导体器件的各种构造(图中未示出)的半导体衬底11上，形成层间绝缘膜12，在所述层间绝缘膜12内，形成用于接触所述下部电极的接点(图中未示出)。之后，在含所述接点的层间绝缘膜12的上面形成下部电极用导电物质层，对此进行构图，形成电容器的下部电极13。此时，所述下部电极13由掺杂的多晶硅、掺杂的非晶硅等硅系物质形成，或使用TiN、TaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt这些金属系物质中的任意一种形成。而且，所述下部电极13形成为简单的层叠结构(simple stacked structure)，或者如图所示，形成以圆筒结构为基本的双重和三重结构等三维结构，增大有效表面积，也可进一步形成为半球形多晶硅，增大有效表面积。之后，如图2所示，氮化(nitridation)所述下部电极13的表面，在所述下部电极13的表面形成薄氮化膜14。此时，所述氮化膜14的作用是，防止通过后续工序进行的电容器电介质膜形成时或后续的热处理，在电介质膜与下部电极的界面生成具有低介电常数的自然氧化膜(SiO2)。而且，在低压化学汽相淀积(LPCVD)室形成电介质膜之前，采用本地(In-situ)或非本地(Ex-situ)状态等离子体放电，在NH3气体或者N2/H2气体气氛氮化，形成所述氮化膜14。此时，所述半导体衬底11保持在300～500℃的温度。代替使用等离子体氮化的方法，可以采用快速热处理(Rapid ThermalProcess；RTP)，在650～950℃的温度和NH3气氛中退火，形成所述氮化膜14，也可以采用电炉，在500～1000℃的温度和NH3气氛中形成所述氮化膜14。另一方面，为了防止因后续工序进行的电容器电介质膜形成时或后续的热处理，而在电介质膜与下部电极的界面生成具有低介电常数的自然氧化膜(SiO2)，可以采用HF蒸汽(HF vapor)或者HF溶液除去自然氧化膜，在所述下部电极13表面形成电介质膜，以代替形成氮化膜14。而且，代替所述氮化膜14，可以在采用HF化合物处理下部电极13表面前后清洗界面，或者为了提高均匀性(uniformity)的目的，使用NH4ON溶液或H2SO4溶液等化合物，进行界面处理之后，形成电介质膜。如上所述，为了在电容器电介质膜形成前提高抗氧化性，可采用等离子体或快速热处理工序(RTP)，在NH3气体或者N2/H2气体气氛中，在300～950℃的温度范围，氮化下部电极13表面，或在NO2或O2气氛中热处理，改善因悬挂键(dangling bond)引起的结构缺陷以及结构不均匀性，提高泄漏电流特性。其次，如图3所示，在含有所述氮化膜14的整体结构上部面，形成TaON薄膜15，作为电容器电介质膜使用。此时，所述TaON薄膜15是这样形成的，向低压化学汽相淀积室内定量供给Ta化合物蒸汽气体和反应气体，反应气体是10～1000sccm的NH3气体或0～300sccm的O2气，利用MFC(Mass Flow Controller)保持在300～600℃的温度和10乇以下的压力，通过晶片上产生的表面化学反应形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的电容器的制造方法，其特征在于，包括以下工序： 在半导体衬底上形成下部电极，所述衬底上形成了用于形成半导体器件的各种结构物； 在所述下部电极上形成非晶ＴａＯＮ薄膜之后，进行低温和高温热处理，形成ＴａＯＮ电介质膜； 在所述ＴａＯＮ电介质膜上形成上部电极。

【技术特征摘要】
KR 1999-11-9 49499/991．一种半导体器件的电容器的制造方法，其特征在于，包括以下工序在半导体衬底上形成下部电极，所述衬底上形成了用于形成半导体器件的各种结构物；在所述下部电极上形成非晶TaON薄膜之后，进行低温和高温热处理，形成TaON电介质膜；在所述TaON电介质膜上形成上部电极。2．根据权利要求1的半导体器件的电容器的制造方法，其特征在于，所述下部电极由掺杂多晶硅或非晶硅这样的硅系物质形成。3．根据权利要求1的半导体器件的电容器的制造方法，其特征在于，还包括在所述下部电极表面上形成半球形多晶硅的工序。4．根据权利要求1的半导体器件的电容器的制造方法，其特征在于，所述下部电极由TiN、TaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt中的任意一种金属系物质形成。5．根据权利要求1的半导体器件的电容器的制造方法，其特征在于，还包括在所述TaON电介质膜形成之前，对所述下部电极表面进行氮化处理，形成氮化膜的工序。6．根据权利要求5的半导体器件的电容器的制造方法，其特征在于，在低压化学汽相淀积室内的半导体衬底温度保持在300～500℃的状态下，进行等离子体放电，在NH3气体或N2/H2气体气氛中氮化下部电极表面，形成所述氮化膜。7．根据权利要求5的半导体器件的电容器的制造方法，其特征在于，在650～950℃温度和NH3气体气氛中通过快速热处理(RTA)工序，形成所述氮化膜。8．根据权利要求5的半导体器件的电容器的制造方法，其特征在于，在500～1000℃温度和NH3气体气氛中形成所述氮化膜。9．根据权利要求1的半导体器件的电容器的制造方法，其特征在于，还包括以下工序在形成所述TaON电介质膜之前，采用HF蒸汽或HF溶液这样的HF化合物，去除所述下部电极表面的自然氧化膜。10．根据权利要求1的半导体器件的电容器的制造方法，其特征在于，利用流量调节器，向低压化学汽相淀积室内定量供给Ta化合物蒸汽气体和作为反应气体的NH3气体或O2气体，保持在300～600℃的温度和10乇以下的压力，通过半导体衬底上产生的表面化学反应，形成50～150厚的所述非晶TaON薄膜。11．根据权利要求10的半导体器件的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李起正，朱光喆，
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]