(57)【要約】      （修正有）【課題】表面の粗さが低い導電薄膜の堆積を可能とする半導体プロセス、並びに連続的な粒子境界の存在しない導電薄膜の堆積を可能とする半導体プロセスを提供する。【解決手段】導電膜１１は、２つ以上の異なる金属窒化物２１，２２，２３からなり、基板１０に堆積されている。これによって、チタン窒化物のみを用いて導電膜１１を製造する場合より小さな寸法を有する粒子構造が製造される。また、より平滑な表面を有する膜の製造と、純粋なチタン窒化物膜に比較した全膜厚の減少とが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体プロセスにおける導電膜の製造方法において、膜（１１）は基板（１０）上に堆積される２つ以上の異なる金属窒化物からなる方法。
【請求項２】
ａ）基板（１０）を設ける工程と、
ｂ）基板の表面に第１の金属窒化物膜（２１）を堆積する工程と、
ｃ）第１の金属窒化物膜（２１）の表面に第２の金属窒化物膜（２２）を堆積する工程と、
ｄ）第２の金属窒化物膜（２２）の表面に第３の金属窒化物膜（２３）を堆積する工程とを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
金属窒化物膜（２１，２２，２３）はＡＬＤプロセスにより堆積される請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
第１の金属窒化物膜（２１）はチタン窒化物を含む請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
第２の金属窒化物膜（２２）はハフニウム窒化物を含む請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
第３の金属窒化物膜（２３）の化学組成は第１の金属窒化物膜（２１）の化学組成に相当する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
第１の金属窒化物膜に相当する第３の金属窒化物膜を用いて工程ｃ）及び工程ｄ）が１回以上繰り返される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
第１の金属窒化物膜（２１）及び第３の金属窒化物膜（２３）のうちの１つ以上は厚さ５ｎｍ未満、特に好適には厚さ５ｎｍ未満である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
第２の金属窒化物膜（２２）は厚さ５ｎｍ未満、特に好適には厚さ１ｎｍ未満である請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
金属窒化物膜（２１，２２，２３）のうちの１つ以上はハフニウム窒化物及びチタン窒化物を含む請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセスにおける導電膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明を半導体基板におけるキャパシタの製造に関連して記載しているが、本発明はその特定用途に限定されず、導電薄膜の製造一般に関連する。
周知のように、半導体技術においては、半導体部品に可能な最高の集積密度を与えるプロセスを用いることが好適である。非常に頻繁に必要とされる半導体部品の一例はキャパシタであり、特に半導体メモリ部品において必要とされる。キャパシタの製造では、通常、半導体基板内に高アスペクト比のトレンチがエッチングされるとともに、トレンチ底部及びトレンチ側壁に第１の電極、絶縁膜、及び第２の電極が連続的に堆積される。典型的なキャパシタの形状は、トレンチに堆積される個々の膜の順番に従って命名され、例えば、ＭＩＭ（金属・絶縁体・金属）キャパシタや、或いはＭＩＳ（金属・絶縁体・半導体）キャパシタなどを含む。キャパシタの静電容量は絶縁膜の表面積に比例する。可能な限り高い静電容量を達成するため、トレンチ、特にトレンチ底部の領域においては、第１の電極が可能な限り薄い必要がある。第１の電極用の周知の材料の１つはチタン窒化物である。チタン窒化物は、トレンチ底部において垂直な粒子構造を備えて成長する傾向にある。この粒子構造の典型的な寸法は約５ｎｍである。粒子構造の寸法と同じ厚さからなる膜は、膜の上部表面から下部表面へ続く粒子境界を有する。半導体製造プロセス中、この粒子境界に沿って不純物が拡散し得る。典型的な不純物には塩素又は酸素が含まれる。これらの不純物により、半導体基板には中間状態が生じる。この中間状態のため電荷キャリアが局在化されることにより、寄生容量が生じる。寄生容量の回避が必要なため、拡散は抑制される必要があり、したがって、チタン窒化物の最小膜厚はチタン窒化物の粒子構造より、すなわち５ｎｍより有意に大きいように選択される必要がある。
【０００３】
上述のように、チタン窒化物膜上に続いてさらなる膜が堆積される。これに関連して、後続して堆積される膜の品質はチタン窒化物膜の表面の粗さに大きく依存することが見出されている。チタン窒化物の薄膜は、粒子構造のため約１ｎｍの平均粗さを生じる。この結果、さらなる膜は低品質のチタン窒化物薄膜上に堆積されるか、或いはそれらの膜の堆積に多額の費用が必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的の１つは、表面の粗さが低い導電薄膜の堆積を可能とする半導体プロセスを提供することである。本発明のさらなる目的は、連続的な粒子境界の存在しない導電薄膜の堆積を可能とするプロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、請求項１に記載の特徴を有するプロセスによって、これらの目的を達成する。
本発明の着想の１つは、２つ以上の異なる金属窒化物からなる膜が基板上に堆積されるプロセスを提供することである。
【０００６】
本発明の利点は、第２の金属窒化物膜が第１の金属窒化物膜において粒子構造の形成を防止するか、或いは少なくとも粒子構造の寸法を減少させることである。
下位の請求項には、請求項１に記載のプロセスの有利な改良及び構成が与えられる。
【０００７】
特に好適な一改良においては、基板が設けられるとともに、基板の表面に第１の金属窒化物膜が堆積され、第１の金属窒化物膜の表面に第２の金属窒化物膜が堆積され、第２の金属窒化物膜の表面に第３の金属窒化物膜が堆積される。この場合には、中間の第２の金属窒化物膜が、第１及び第３の金属窒化物膜における大きな粒子構造の形成を防止する。
【０００８】
本発明のさらなる一構成においては、金属窒化物膜はＡＬＤプロセスによって堆積される。
本発明のさらなる一改良においては、第１の金属窒化物膜はチタン窒化物を含む。
【０００９】
第２の金属窒化物膜はハフニウム窒化物を含んでもよい。ハフニウム窒化物の薄膜でも、チタン窒化物における大きな粒子構造の形成を抑制することが見出されている。この場合には、第２の金属窒化物膜は厚さ５ｎｍ未満、好適には厚さ１ｎｍ未満である。粒子構造の寸法を減少させるため、この場合、第１の金属窒化物膜及び第３の金属窒化物膜のうちの１つ以上は厚さ１０ｎｍ未満である。
【００１０】
本発明のさらなる一構成においては、金属窒化物膜のうちの１つ以上は同時にハフニウム窒化物及びチタン窒化物を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の例示的な実施形態及び有利な改良を、図面の図において示し、以下の記載においてより詳細に説明する。
図においては他に記載のない限り、同一の参照符号は同一の又は機能的に等価な構成要素を指す。
【００１２】
図１には、半導体基板１０におけるキャパシタ構造を示す。通常、シリコン又はシリコン酸化物を含む半導体基板内に、トレンチ１がエッチングされている。有利には、トレンチ１は高アスペクト比、すなわち、狭い幅及び高深度を有する。第１の導電膜１１をトレンチに堆積し、続いて第１の電極を形成させることによって、トレンチにキャパシタを形成する。この第１の電極上に、好適には高誘電率を備える絶縁膜１２を堆積する。続いて、第２の電極を形成するために、絶縁膜１２上に第２の導電膜１３を堆積する。最後に、好適には高濃度ドープされた半導体基板である半導体基板により、このトレンチを満たすことが可能である。両電極間の絶縁膜１２の表面積が増大するにつれて、キャパシタの静電容量は増加する。第１の導電膜１１が薄くなると、絶縁膜１２の表面積は大きくなりトレンチ１の表面積に近づく。
【００１３】
図２には、本発明の一実施形態を示す。図１に示した導電膜１１は、チタン窒化物膜２３、ハフニウム窒化物膜２２、及び第２のチタン窒化物膜２１からなる。これらの膜は挙げた順に基板１０に堆積されている。チタン窒化物膜２１，２３の厚さは、ほぼ４ｎｍ〜５ｎｍである。驚くべきことに、この膜の順番によって、チタン窒化物において粒子構造が形成されないか、或いは、ほぼ５ｎｍの寸法を有する純粋なチタン窒化物において通常形成されるよりも有意に小さい寸法を、粒子構造が有することが見出された。この結果、１つの表面から第２の表面へ続く連続的な粒子境界を形成することなく、より薄い膜圧にチタン窒化物膜を堆積させることが可能である。したがって、チタン窒化物膜は、塩素又は酸素などの不純物に対する拡散バリヤを形成する。チタン窒化物の粒子構造がより小さいことの別の効果は、平均してより平滑な表面が形成されることである。この膜（図２）の全厚での表面粗さは、その全厚に相当する厚さを有する純粋なチタン窒化物膜の表面粗さの約１／３より小さい。したがって、純粋なチタン窒化物膜より改良された表面特性を有する、チタン窒化物膜、ハフニウム窒化物膜２２、及びチタン窒化物膜２１の順番からなる膜に、より均一に誘電体膜１２及び第２の導電膜１３を堆積することが可能である。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、チタン窒化物膜にハフニウム窒化物膜を堆積し、続いてハフニウム窒化物膜にチタン窒化物膜を堆積することが、何回か繰り返される。
本発明の第３の実施形態では、半導体基板に同時にハフニウム窒化物及びチタン窒化物が堆積される。混合比は、３分の１のハフニウム窒化物に対し、３分の２のチタン窒化物が好適である。上述のプロセスに対する第３の実施形態の利点は、膜成長と比較してプロセス制御が単純なことである。チタン−ハフニウム窒化物混合膜の表面粗さは、同じ厚さのチタン窒化物膜の５分の１より小さい。
【００１５】
有利なことに、上述のチタン−ハフニウム窒化物膜は１０５０℃で６０秒以上のアニール工程において安定であることが見出された。これによって、この３つの実施形態のプロセスを既存の半導体プロセスに統合することが可能となる。
【００１６】
本発明を好適な例示的実施形態に関連して記載しているが、本発明は例示的実施形態に限定されない。
特に、本発明はＭＩＭキャパシタの第１の電極の製造における使用に限定されない。表面粗さの低い導電薄膜が必要とされるいずれの場合においても、当業者には本発明によるプロセスが使用されよう。
【００１７】
金属窒化物薄膜を適用するための好適な堆積プロセスには、ＡＬＤ（原子層堆積）プロセス及びＣＶＤ（化学蒸着）プロセスが含まれる。特に、ＡＬＤプロセスにおいては、数ナノメートル程度の所定の厚さに膜を堆積することが可能となる。
【００１８】
この実施形態ではハフニウム窒化物膜が好適である。適切な修正を用いると、異なる金属窒化物を含む膜により、このハフニウム窒化物膜を置き換えることが可能である。同様に、膜厚は単なる例であり、詳細には示した寸法より薄くてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】キャパシタの膜構造の図。
【図２】本発明の第１の実施形態の図。
【符号の説明】
【００２０】
１…トレンチ、１０…基板、１１…第１の電極、１２…誘電体、１３…第２の電極、２１…第１の金属窒化物膜、２２…第２の金属窒化物膜、２３…第３の金属窒化物膜。
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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