(57)【要約】【課題】耐酸化性が大きくて誘電率が高いサイクルＳｉ３Ｎ４またはＳｉＯｘＮｙを誘電体で使用してＴｅｆｆを低くして漏洩電流の特性を改善させることができる半導体素子のコンデンサ製造方法を提供する。【解決手段】半導体ウェハ上にストレージノード電極を形成する段階と、前記ストレージノード電極の表面上にサイクルシリコン窒化膜（サイクルＳｉ３Ｎ４またはＳｉＯｘＮｙ）で構成された誘電体膜を形成する段階と、前記誘電体膜上に上部電極を形成する段階とを含んで構成される。【選択図】　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ上にストレージノード電極を形成する段階と、前記ストレージノード電極の表面上にサイクルシリコン窒化膜で構成された誘電体膜を形成する段階と、
前記誘電体膜上に上部電極を形成する段階とを含んで構成されることを特徴とする半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項２】
前記ストレージノード電極を形成する段階は、ドーパント濃度が高いイン−シトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）ドープト非晶質シリコン形成が完了すると、直ちに半導体ウェハを反応炉にそのまま置いてガスフロー量を変更してドーパント濃度が低い非晶質シリコンをイン−シトゥで蒸着する段階でなされることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項３】
前記誘電体膜を構成するサイクルシリコン窒化膜は、サイクルＳｉ３Ｎ４及びサイクルＳｉＯｘＮｙ（ｘは０．１〜０．９、ｙは０．１〜２）のうちいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項４】
前記誘電体膜を構成するサイクルシリコン窒化膜は、ＳｉソースとしてはＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２及びＳｉＣｌ４ガスを使用し、Ｎ（窒素）ソースとしてはＮＨ３及びＮ２ガスを使用してＳｉパルスとＮパルスを１サイクルとするサイクルＳｉ３Ｎ４を蒸着することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項５】
前記誘電体膜を構成するサイクルシリコン窒化膜は、ＳｉソースにはＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２及びＳｉＣｌ４ガスを使用し、ＮソースにはＮＨ３及びＮ２ガスを使用し、ＯソースにはＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏを使用してＳｉパルスとＮパルス及びＯパルスを１サイクルとしてサイクルＳｉＯｘＮｙ（ｘは０．１〜０．９、ｙは０．１〜２）を蒸着することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項６】
前記誘電体膜の蒸着以前に蒸着温度より高温、または、高圧でＮパルスを追加してストレージノード電極の表面を窒化処理する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項７】
前記誘電体膜を蒸着した後、前記誘電体膜の表面を酸化処理する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項８】
前記上部電極は、シリコンを蒸着して形成するときに、シリコンを蒸着するために不純物の濃度を高める方法、蒸着工程の温度を低くする方法及び不純物原料の注入圧力を高める方法の中から一つを選択して用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項９】
前記不純物の濃度を高める方法は、蒸着ガスとしてはＤＳ（Ｓｉ２Ｈ６）またはＭＳ（ＳｉＨ４）を使用し、不純物の原料ガスとしては１〜５％ＰＨ３／Ｈ２（またはＰＨ３／ＳｉＨ４）ガスを使用し、工程圧力は２Ｔｏｒｒ以下で実行することを特徴とする請求項８に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項１０】
前記蒸着工程温度を低くする方法の工程温度は５００〜５７０℃で、シリコンを非晶質状態で蒸着するときに使用するガス量はベースガス８００〜２０００ｍｌ（ｃｃ）、不純物のガスは１５０〜５００ｍｌ程度を使用することを特徴とする請求項８に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項１１】
前記不純物原料の注入圧力を高める方法の工程温度は、５００〜５７０℃で、シリコンが非晶質状態で蒸着されるときに使用するガス量はベースガスが１０００〜１５００ｍｌ（ｃｃ）、不純物ガスが５００〜１５００ｍｌ（ｃｃ）であり、工程圧力は１〜２Ｔｏｒｒで実行することを特徴とする請求項８に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項１２】
前記上部電極の形成後リン（ｐｈｏｓｐｏｒｏｕｓ）をイオン注入することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項１３】
前記上部電極を形成する段階は、２段階以上で蒸着し、１段階工程での蒸着の厚さは１００乃至１０００Åであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項１４】
前記上部電極を前記２段階で蒸着した以後の後続工程で、蒸着温度を５５０乃至６００℃に増加させることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【請求項１５】
不純物ガスの量は、３００ｍｌ以下で使用することを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子のコンデンサ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子のコンデンサ製造方法に関し、より詳細にはサイクルＳｉ３Ｎ４（ＳｉＯｘＮｙ）を利用した半導体素子のコンデンサ製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＮＯ（Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＯ２）コンデンサは、図１に示すように、色々な要素が備わったウェハ（図示せず）に層間絶縁膜１１を蒸着した後、これを選択的にパターニングして半導体ウェハの一部分を露出させるコンタクトホール（図示せず）を形成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
続いて、コンタクトホール（図示せず）内にコンタクトプラグ１３を形成した後全体構造の上面に多様な形状、例えばシリンダー型、凹型等で、ストレージノード１５を形成した後、ＨＦ溶液でストレージノード１５表面の酸化膜を除去（前洗浄工程）する。
【０００４】
次に、ＬＰＣＶＤ方式でＳｉ３Ｎ４薄膜１７を蒸着（ＯＮＯ第２工程）した後酸化工程（ＯＮＯ第３工程）を進行した後続き上部電極１９を形成してコンデンサ製造を完了する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２１４６２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、デザインルールの減少によってセル面積も減少するために必要な充電容量を得ようとするなら誘電体のＴｅｆｆ（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）を減少させなければならない。
従来のＮＯ誘電体はＬＰＣＶＤによりＳｉ３Ｎ４の酸化抵抗性が４０Å以下の厚さで急速に減少するために後続ＯＮＯ第３工程時にストレージノード及びビットラインのようなコンデンサ下部の構成要素が酸化される問題があって、５０Å以下の厚さでは漏洩電流の増加及び絶縁破壊の電圧減少でＴｅｆｆを４５Å以下に低くするのに困難さがあった。
【０００７】
そこで、本発明は上記従来の半導体素子のコンデンサ製造方法における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、耐酸化性が大きくて誘電率が高いサイクルＳｉ３Ｎ４またはＳｉＯｘＮｙ（ｘは０．１〜０．９、ｙは０．１〜２）を誘電体で使用してＴｅｆｆを低くして漏洩電流の特性を改善させることができる半導体素子のコンデンサ製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体素子のコンデンサ製造方法は、半導体ウェハ上にストレージノード電極を形成する段階と、前記ストレージノード電極の表面上にサイクルシリコン窒化膜で構成された誘電体膜を形成する段階と、前記誘電体膜上に上部電極を形成する段階とを含んで構成されることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る半導体素子のコンデンサ製造方法の実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図２は、本発明による半導体素子のコンデンサ製造方法を説明するための工程断面図である。
【００１１】
図３は、本発明による半導体素子のコンデンサ製造方法において、サイクルＳｉ３Ｎ４蒸着システムを示した概略図である。
【００１２】
図４は、本発明による半導体素子のコンデンサ製造方法において、既存のＬＰＣＶＤＳｉ３Ｎ４と本発明でのサイクルＳｉ３Ｎ４の適用結果を示した表である。
【００１３】
本発明による半導体素子のコンデンサ製造方法は、図２に示すように、色々な要素が備わった半導体ウェハ（図示せず）上に層間絶縁膜２１を蒸着した後これを選択的にパターニングして半導体ウェハの一部分を露出させるコンタクトホール（図示せず）を形成する。
【００１４】
続いて、コンタクトホール（図示せず）内にコンタクトプラグ２３を形成した後全体構造の上面に多様な形状、例えばシリンダー型、凹型等でストレージノード２５を形成する。
【００１５】
次に、ストレージノード電極２５の上面にサイクルＳｉ３Ｎ４またはＳｉＯｘＮｙ（ｘは０．１〜０．９、ｙは０．１〜２）でなされた誘電体膜２５を蒸着する。　この時、ストレージノード電極２５はＰ濃度を極大化しながらＭＰＳによる面積増加のために２段階以上の多層で蒸着する。すなわち、ストレージノード電極の非晶質シリコン膜の形成は、ドーピング濃度が高いイン−シトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）ドープされた非晶質シリコン膜の形成が完了すると、直ちに半導体基板を反応炉にそのまま置いてガスフロー量を変更してドーパント濃度が低い非晶質シリコン膜をイン−シトゥ方法で蒸着する。
【００１６】
また、誘電体膜の蒸着時に使用するＳｉソースとしてはＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４などのガスを利用して、ＮソースとしてはＮＨ３、Ｎ２などのガスを使用し、ＯのソースとしてはＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏなどのガスを使用して、図３で示すように、各ソースの反応チャンバへの引入をサイクルしながらＳｉ３Ｎ４を蒸着する。
【００１７】
すなわち、サイクルＳｉ３Ｎ４蒸着時にＬＰＣＶＤＳｉ３Ｎ４と蒸着工程と同一なソースを使用するがソース引入を短絡させ、図３に示すように、窒素ソース（ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｓｏｕｒｃｅ）とシリコンソースの反応チャンバへの引入をパルス形態で与えて蒸着される薄膜内の組成を窒素（Ｎ）リーチ（ｒｉｃｈ）に誘導する。この時、誘電体膜でＳｉ３Ｎ４を利用する場合に、シリコンパルスと窒素パルスを一つのサイクルとして蒸着する。また、誘電体膜でＳｉＯｘＮｙ（ｘは０．１〜０．９、ｙは０．１〜２）を利用する場合に、シリコンパルスと窒素パルス及び酸素パルスを一つのサイクルとして蒸着する。
【００１８】
一方、誘電体膜２７を蒸着する前に蒸着温度より高温、または、高圧でＮパルスを追加してストレージノード電極の表面を窒化させ漏洩電流特性及び遺伝特性を増加させることができる。
【００１９】
次に、誘電体膜であるＳｉ３Ｎ４を蒸着した後表面を酸化工程により酸化させて絶縁特性を高める。
【００２０】
続いて、酸化工程を実行した後、非晶質シリコンを蒸着して上部電極２９を形成する。この時、非晶質シリコン蒸着時にＰ（リン）固溶限界より高くドーピングしたり蒸着圧力を高めてＰ濃度を高めたり、ＰをインプラントしてＰ濃度を高める。
【００２１】
また、上部電極２９として使用するためのシリコンを蒸着するために不純物の濃度を高める方法や、蒸着工程温度を低くする方法または不純物原料の注入圧力を高める方法のうちからひとつを選択して実行する。
【００２２】
まず、このうちで不純物濃度を高める工程を使用する場合、蒸着時のベースガスとしてはＤＳ（Ｓｉ２Ｈ６）またはＭＳ（ＳｉＨ４）ガスを使用し、不純物原料のガスとしては１〜５％ＰＨ３／Ｈ２（またはＰＨ３／ＳｉＨ４）ガスを使用し、工程圧力は２Ｔｏｒｒ以下とする。
【００２３】
また、蒸着工程温度を低くする方法を使用する場合、工程温度は５００〜５７０℃でシリコンが非晶質状態で蒸着されるようにする。この時、使用するガス量はベースガス８００〜２０００ｍｌ（ｃｃ）、不純物ガスは１５０〜５００ｍｌ程度を使用する。
【００２４】
そして、不純物原料の注入圧力を高める方法を使用する場合、工程温度は５００〜５７０℃でシリコンが非晶質状態で蒸着されるようにする。この時、使用するガス量はベースガスが１０００〜１５００ｍｌ（ｃｃ）、不純物ガスは５００〜１５００ｍｌ（ｃｃ）を使用する。工程圧力は１〜２Ｔｏｒｒで使用する。
【００２５】
さらに、上部電極蒸着工程は２段階以上で蒸着するが、１段階工程では上記で言及した条件を用い、この時、蒸着の厚さは１００〜１０００Å程度とする。
【００２６】
そして、上部電極２９の蒸着後リン（ｐｈｏｓｐｏｒｏｕｓ）をイオン注入した後、２段階で蒸着した以後の後続工程の場合、蒸着速度を高めるために蒸着温度を５５０〜６００℃程度に増加させる。この時、不純物ガス量は約３００ｍｌ（ｃｃ）以下に減少させる。
【００２７】
また、図４に示す表では、本発明の実施例の結果として、既存のＬＰＣＶＤＳｉ３Ｎ４と本発明でのサイクルＳｉ３Ｎ４が同一な充電容量を示したが、絶縁破壊電圧は０．３５Ｖ〜０．５Ｖで高く現れた。
この結果は絶縁破壊電圧を同一な水準に合せた場合サイクルＳｉ３Ｎ４の充電容量が３ｆＦ／セル〜６ｆＦ／セルで高く現れることを示している。
【００２８】
尚、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
上述したようになされた本発明による半導体素子のコンデンサ製造方法によれば、蒸着されるＳｉ３Ｎ４薄膜の組成がＣＶＤＳｉ３Ｎ４よりＮが豊富であるために酸化抵抗性が増大され、遺伝率が増大される。
したがって、誘電体の厚さを減少させてＴｅｆｆを４０Å以下に低くすることができてＮＯコンデンサの充電容量を極大化することができ、高い充電容量によってコンデンサの高さを低くすることができて前後工程が容易になる利点があり欠陥発生の頻度を減少させることができる効果がある。
【００３０】
また、ＡＬＤ工程のような高価の装備導入が不必要であり、現在使用中であるＣＶＤ装備を使用することができる。
したがって、本発明によると高い充電容量と少ない欠陥発生によって素子の信頼性、リフレッシュ特性を改善させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による半導体素子のコンデンサ製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２】本発明による半導体素子のコンデンサ製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３】本発明による半導体素子のコンデンサ製造方法において、サイクルＳｉ３Ｎ４蒸着システムを図示した概略図である。
【図４】本発明による半導体素子のコンデンサ製造方法において、既存のＬＰＣＶＤＳｉ３Ｎ４と本発明でのサイクルＳｉ３Ｎ４の適用結果を示した表である。
【符号の説明】
２１　　　　層間絶縁膜
２３　　　　コンタクトプラグ
２５　　　　ストレージノード電極
２７　　　　誘電体膜
２９　　　　上部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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