JPH11224938A5 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH11224938A5 JPH11224938A5 JP1998339477A JP33947798A JPH11224938A5 JP H11224938 A5 JPH11224938 A5 JP H11224938A5 JP 1998339477 A JP1998339477 A JP 1998339477A JP 33947798 A JP33947798 A JP 33947798A JP H11224938 A5 JPH11224938 A5 JP H11224938A5
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- capacitor
- tungsten
- refractory metal
- forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Description
【特許請求の範囲】
【請求項1】 半導体基板に接続される、5×10 20 atoms/cm 3 以上の不純物を含有した半導体膜を形成する工程と、
タングステン含有ガスを用いて前記半導体膜と反応させて前記半導体膜の表面に選択的にタングステン膜よりなるキャパシタの下部電極を形成する工程と、
窒素ガス又は窒素含有ガスを用いて前記タングステン膜の表面に窒化タングステン膜を形成する工程と、
前記窒化タングステン膜上に酸素化合物よりなるキャパシタ誘電体膜を形成する工程と、
前記キャパシタ誘電体膜を酸素含有ガス中で加熱処理する工程と、
前記キャパシタ誘電体膜上に導電膜からなる前記キャパシタの上部電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項2】 半導体基板の不純物拡散領域と接続する不純物含有の半導体膜と、
前記半導体膜上にキャパシタの下部電極として形成されたタングステン膜と、
前記タングステン膜上に形成された窒化タングステン膜と、
前記窒化タングステン膜上に形成された酸素を含むキャパシタ誘電体膜と、
前記キャパシタ誘電体膜上に形成された導電膜からなる前記キャパシタの上部電極と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項3】 不純物を導入したシリコン又はシリコン化合物よりなる半導体膜を半導体基板に接続させて形成する工程と、
還元ガスを含まない雰囲気内に高融点金属ハロゲン化物ガスを導入して、該雰囲気内で前記半導体膜の表面に選択的に高融点金属膜を形成する工程と、
前記高融点金属膜の表面を窒化して高融点金属窒化膜を形成する工程と、
4A族元素、5A族元素の酸化物誘電体膜を前記高融点金属窒化膜の上に形成する工程と、
前記酸化物誘電体膜を500℃以上の熱処理で結晶化する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項4】 前記酸化物誘電体膜を結晶化する工程の前か後に、前記酸化物に酸素を補う工程を含む工程を有することを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】 前記半導体膜は、非晶質又は多結晶であることを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
[Claims]
1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a semiconductor film connected to a semiconductor substrate, the semiconductor film containing impurities at a concentration of 5×10 20 atoms/cm 3 or more;
a step of reacting a tungsten-containing gas with the semiconductor film to selectively form a lower electrode of a capacitor made of a tungsten film on the surface of the semiconductor film;
forming a tungsten nitride film on the surface of the tungsten film using nitrogen gas or a nitrogen-containing gas;
forming a capacitor dielectric film made of an oxygen compound on the tungsten nitride film;
a step of heat-treating the capacitor dielectric film in an oxygen-containing gas;
forming an upper electrode of the capacitor made of a conductive film on the capacitor dielectric film.
2. A semiconductor film including impurities connected to an impurity diffusion region of a semiconductor substrate;
a tungsten film formed on the semiconductor film as a lower electrode of a capacitor;
a tungsten nitride film formed on the tungsten film;
a capacitor dielectric film containing oxygen formed on the tungsten nitride film;
and an upper electrode of the capacitor, the upper electrode being made of a conductive film formed on the capacitor dielectric film.
3. A process for forming a semiconductor film made of silicon or a silicon compound into which an impurity has been introduced, in contact with a semiconductor substrate;
a step of introducing a refractory metal halide gas into an atmosphere not containing a reducing gas, and selectively forming a refractory metal film on the surface of the semiconductor film in the atmosphere;
a step of nitriding a surface of the refractory metal film to form a refractory metal nitride film;
forming a dielectric film of an oxide of a Group 4A element or a Group 5A element on the refractory metal nitride film ;
and crystallizing the oxide dielectric film by heat treatment at 500° C. or higher.
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, further comprising a step of supplementing said oxide with oxygen before or after said step of crystallizing said oxide dielectric film.
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor film is amorphous or polycrystalline.
また、特開平6−275776号公報に記載されているように、ポリシリコンよりなる下部電極と酸化タンタル膜との間にシリコン酸化膜が介在すると、キャパシタ全体としての容量が低下する。 Furthermore, as described in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 6-275776 , if a silicon oxide film is interposed between the lower electrode made of polysilicon and the tantalum oxide film, the capacitance of the entire capacitor decreases.
これにより、複雑な構造のキャパシタを作成することができるとともに、キャパシタ全体のリーク電流を抑制することができる。
(2)上記した課題は、図12、図13、図14、図15に例示するように、不純物を導入したシリコン又はシリコン化合物よりなる半導体膜13を半導体基板11に接続させて形成する工程と、還元ガスを含まない雰囲気内に高融点金属ハロゲン化物ガスを導入して、該雰囲気内で前記半導体膜13の表面に選択的に高融点金属膜14を形成する工程と、前記高融点金属膜14の表面を窒化して高融点金属窒化膜15を形成する工程と、4A族元素、5A族元素の酸化物誘電体膜16を前記高融点金属窒化膜15の上に形成する工程と、前記酸化物誘電体膜16を500℃以上の熱処理で結晶化する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
This makes it possible to create a capacitor with a complex structure and to suppress the leakage current of the entire capacitor.
(2) The above-mentioned problems are solved by a method for manufacturing a semiconductor device, as illustrated in FIGS. 12, 13, 14, and 15 , which comprises the steps of: forming a semiconductor film 13 made of silicon or a silicon compound doped with an impurity in contact with a semiconductor substrate 11; introducing a refractory metal halide gas into an atmosphere not containing a reducing gas and selectively forming a refractory metal film 14 on the surface of the semiconductor film 13 in the atmosphere; nitriding the surface of the refractory metal film 14 to form a refractory metal nitride film 15; forming an oxide dielectric film 16 of a Group 4A element or a Group 5A element on the refractory metal nitride film 15; and crystallizing the oxide dielectric film 16 by heat treatment at 500° C. or higher.
上記した課題は、図1、図2に例示するように、不純物を含む半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜の上に高融点金属膜を形成する工程と、前記高融点金属膜の上に高融点金属窒化膜を形成する工程と、前記高融点金属窒化膜の上に酸素化合物のキャパシタ誘電体膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決する。この場合、前記高融点金属窒化膜は窒化タングステン膜であり、前記金属膜は、ルテニウムであってもよい。 The above -mentioned problems are solved by a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises the steps of forming a semiconductor film containing an impurity, forming a refractory metal film on the semiconductor film, forming a refractory metal nitride film on the refractory metal film, and forming a capacitor dielectric film of an oxygen compound on the refractory metal nitride film, as illustrated in Figures 1 and 2. In this case, the refractory metal nitride film may be a tungsten nitride film, and the metal film may be ruthenium.
したがって、高融点金属膜を窒化して得られた高融点金属窒化膜に半導体元素が含まれなくなるので、その高融点金属窒化膜の上の酸化物誘電体膜の形成時又はその後に500℃で加熱されても、高融点金属窒化膜と酸化物誘電体膜の間に低誘電率の酸化膜、例えば酸化シリコンの形成が防止される。 Therefore, the refractory metal nitride film obtained by nitriding the refractory metal film does not contain any semiconductor elements, so even if the refractory metal nitride film is heated at 500°C during or after the formation of the oxide dielectric film on the refractory metal nitride film, the formation of an oxide film with a low dielectric constant , such as silicon oxide, between the refractory metal nitride film and the oxide dielectric film is prevented.
キャパシタ形成領域の下のシリコン基板11には、図1に示したように、燐又は砒素を導入した不純物拡散層2aを予め形成しておいてもよい。 As shown in FIG. 1 , an impurity diffusion layer 2a into which phosphorus or arsenic has been introduced may be formed in advance in the silicon substrate 11 below the capacitor formation region.
なお、図14(b)に示す非晶質シリコン膜13は、フォトリソグラフィー法により、パターニングされてキャパシタ形成領域及びその周辺のフィールド酸化膜12の上に残した状態を示している。 The amorphous silicon film 13 shown in FIG. 14(b) is patterned by photolithography and remains on the field oxide film 12 in the capacitor formation region and its periphery.
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1(a)〜(c)は、本発明の第1実施形態に係るキャパシタの作成工程を示す断面図(その1)である。
【図2】
図2(a)〜(c)は、本発明の第1実施形態に係るキャパシタの作成工程を示す断面図(その2)である。
【図3】
図3は、本発明の第1実施形態に係るキャパシタの作成方法について示す断面図(その3)である。
【図4】
図4は、従来のキャパシタにおいて、タングステン膜の表面を窒化せずに、タングステン膜の上にTa2O5膜を直に形成した場合のそれらの膜中の構成元素の膜厚方向の分布図である。
【図5】
図5は、本発明の第1実施形態のキャパシタにおいて、タングステン膜の表面を窒化して、タングステン膜の上に窒化タングステン膜を介してTa2O5膜を形成した場合のそれらの膜中の構成元素の膜厚方向の分布図である。
【図6】
図6は、従来のキャパシタを構成する膜の断面写真である。
【図7】
図7は、図6を模式化した図面である。
【図8】
図8は、本発明の第1実施形態のキャパシタを構成する膜の断面写真である。
【図9】
図9は、図8を模式化した図面である。
【図10】
図10は、本発明の第1実施形態に係るキャパシタのリーク電流と印加電圧の関係を示す図である。
【図11】
図11は、従来のキャパシタのリーク電流と印加電圧の関係を示す図である。
【図12】
図12は、本発明の第2実施形態に係るキャパシタの作成工程を示す断面図である。
【図13】
図13は、本発明の第3実施形態に係るDRAMのキャパシタの部分を示す断面図である。
【図14】
図14(a)〜(c)は、本発明の第4実施形態に係るキャパシタの作成工程を示す断面図(その1)である。
【図15】
図15(a)〜(c)は、本発明の第4実施形態に係るキャパシタの作成工程を示す断面図(その2)である。
【図16】
図16は、本発明の第4実施形態に係るキャパシタの製造工程において、高い不純物濃度のシリコン膜の上に形成したタングステン膜とシリコン膜の加熱後のXRDスペクトラムである。
【図17】
図17は、従来のキャパシタの製造工程において、低い不純物濃度のシリコン膜の上に形成したタングステン膜とシリコン膜の加熱後のXRDスペクトラムである。
【図18】
図18は、本発明の第4実施形態のキャパシタの製造工程において、シランを用いずに成長したタングステン膜とその下のシリコン膜の加熱後のXRDスペクトラムである。
【図19】
図19は、従来のキャパシタの製造工程において、シランを用いて成長したタングステン膜とその下のシリコン膜の加熱後のXRDスペクトラムである。
【図20】
図20は、本発明のキャパシタの製造工程において、1×1020 atoms/cm3の不純物濃度を有するシリコン膜とタングステン膜形成後の加熱温度によるタングステンシリサイドの発生を示す図である。
【図21】
図21は、本発明のキャパシタの製造工程において、5×1020 atoms/cm3の不純物濃度を有するシリコン膜とタングステン膜形成後の加熱温度によるタングステンシリサイドの発生を示す図である。
【図22】
図22は、本発明のキャパシタの製造工程において、1×1021 atoms/cm3の不純物濃度を有するシリコン膜とタングステン膜形成後の加熱温度によるタングステンシリサイドの発生を示す図である。
【図23】
図23は、本発明の第5実施形態のキャパシタを示す断面図である。
【符号の説明】
1…シリコン基板、2a…ソース拡散領域、2b…ドレイン拡散領域、3…絶縁膜、4…コンタクトホール、5…ポリシリコン膜、6…タングステン膜、7、9…窒化タングステン膜(バリアメタル膜)、8…酸化タンタル膜、101、101a…下部電極、102、102a…上部電極、103、103a…キャパシタ、11…シリコン基板(半導体基板)、12…フィールド酸化膜、13…シリコン膜、14…タングステン膜、15…窒化タングステン膜、16…Ta2O5膜、17…窒化チタン膜、18…層間絶縁膜、30…ルテニウム金属膜。
[Brief explanation of the drawings]
Figure 1
1A to 1C are cross-sectional views (part 1) illustrating a process for fabricating a capacitor according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2
2A to 2C are cross-sectional views (part 2) illustrating the steps of forming the capacitor according to the first embodiment of the present invention.
Figure 3
3A to 3C are cross-sectional views (part 3) illustrating the method for producing a capacitor according to the first embodiment of the present invention.
Figure 4
FIG. 4 is a distribution diagram of constituent elements in the film thickness direction in a conventional capacitor in which a Ta 2 O 5 film is formed directly on a tungsten film without nitriding the surface of the tungsten film.
Figure 5
FIG. 5 is a distribution diagram of the constituent elements in the film thickness direction in the case where the surface of the tungsten film is nitrided and a Ta2O5 film is formed on the tungsten film via a tungsten nitride film in the capacitor according to the first embodiment of the present invention.
Figure 6
FIG. 6 is a cross-sectional photograph of a film constituting a conventional capacitor.
Figure 7
FIG. 7 is a diagram that schematically illustrates FIG.
Figure 8
FIG. 8 is a cross-sectional photograph of a film constituting the capacitor according to the first embodiment of the present invention.
Figure 9
FIG. 9 is a diagram that schematically illustrates FIG.
Figure 10
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the leakage current and the applied voltage of the capacitor according to the first embodiment of the present invention.
Figure 11
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the leakage current and the applied voltage of a conventional capacitor.
Figure 12
12A to 12C are cross-sectional views showing a process for fabricating a capacitor according to a second embodiment of the present invention.
Figure 13
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a capacitor portion of a DRAM according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14
14A to 14C are cross-sectional views (part 1) showing the steps of forming a capacitor according to the fourth embodiment of the present invention.
Figure 15
15A to 15C are cross-sectional views (part 2) showing the steps of forming a capacitor according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16
FIG. 16 shows XRD spectra of a tungsten film and a silicon film formed on a silicon film with a high impurity concentration after heating in the manufacturing process of a capacitor according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 17
FIG. 17 shows XRD spectra of a tungsten film and a silicon film formed on a silicon film with a low impurity concentration in a conventional capacitor manufacturing process after heating.
FIG. 18
FIG. 18 shows an XRD spectrum of a tungsten film grown without using silane and an underlying silicon film after heating in the manufacturing process of a capacitor according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 19
FIG. 19 shows an XRD spectrum of a tungsten film grown using silane and an underlying silicon film after heating in a conventional capacitor manufacturing process.
Figure 20
FIG. 20 is a diagram showing the generation of tungsten silicide depending on the heating temperature after forming a silicon film and a tungsten film having an impurity concentration of 1×10 20 atoms/cm 3 in the manufacturing process of the capacitor of the present invention.
Figure 21
FIG. 21 is a diagram showing the generation of tungsten silicide depending on the heating temperature after forming a silicon film and a tungsten film having an impurity concentration of 5×10 20 atoms/cm 3 in the manufacturing process of the capacitor of the present invention.
Figure 22
FIG. 22 is a diagram showing the generation of tungsten silicide depending on the heating temperature after forming a silicon film and a tungsten film having an impurity concentration of 1×10 21 atoms/cm 3 in the manufacturing process of the capacitor of the present invention.
Figure 23
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a capacitor according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1...silicon substrate, 2a...source diffusion region, 2b...drain diffusion region, 3...insulating film, 4...contact hole, 5...polysilicon film, 6...tungsten film, 7, 9...tungsten nitride film (barrier metal film), 8...tantalum oxide film, 101, 101a...lower electrode, 102, 102a...upper electrode, 103, 103a...capacitor, 11...silicon substrate (semiconductor substrate), 12...field oxide film, 13...silicon film, 14...tungsten film, 15...tungsten nitride film, 16... Ta2O5 film, 17...titanium nitride film, 18...interlayer insulating film, 30...ruthenium metal film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10339477A JPH11224938A (en) | 1997-12-04 | 1998-11-30 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33398597 | 1997-12-04 | ||
| JP9-333985 | 1997-12-04 | ||
| JP10339477A JPH11224938A (en) | 1997-12-04 | 1998-11-30 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11224938A JPH11224938A (en) | 1999-08-17 |
| JPH11224938A5 true JPH11224938A5 (en) | 2005-11-04 |
Family
ID=26574692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10339477A Withdrawn JPH11224938A (en) | 1997-12-04 | 1998-11-30 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11224938A (en) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100373159B1 (en) * | 1999-11-09 | 2003-02-25 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device |
| KR100376268B1 (en) * | 1999-09-10 | 2003-03-17 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device |
| JP2001217403A (en) * | 2000-02-04 | 2001-08-10 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same |
| JP4485701B2 (en) * | 2000-03-02 | 2010-06-23 | 東京エレクトロン株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US7253076B1 (en) * | 2000-06-08 | 2007-08-07 | Micron Technologies, Inc. | Methods for forming and integrated circuit structures containing ruthenium and tungsten containing layers |
| KR100411302B1 (en) * | 2001-06-30 | 2003-12-18 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method of forming capacitor in memory device |
| KR100434701B1 (en) * | 2001-12-24 | 2004-06-07 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for manufacturing capacitor of semiconductor device |
| JP2004039821A (en) | 2002-07-02 | 2004-02-05 | Elpida Memory Inc | Method for manufacturing semiconductor device |
-
1998
- 1998-11-30 JP JP10339477A patent/JPH11224938A/en not_active Withdrawn
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR960012298B1 (en) | Method of manufacturing semiconductor devices | |
| US7993992B2 (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
| JPH11238736A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH02273934A (en) | Semiconductor element and manufacture thereof | |
| US5599741A (en) | Method for making semiconductor device with metal deposited on electron donating surface of gate electrode | |
| KR100377593B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2004214602A (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device | |
| JPH11224938A5 (en) | ||
| US5663103A (en) | Method of manufacturing an insulated-gate field-effect transistor in a semiconductor device in which source/drain electrodes are defined by formation of silicide on a gate electrode and a field-effect transistor | |
| JPH0794731A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US5324686A (en) | Method of manufacturing semiconductor device using hydrogen as a diffusion controlling substance | |
| JP3156590B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2830705B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH11224938A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP3033526B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH11289087A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JPH10209299A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP3251256B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP3316848B2 (en) | Method for manufacturing capacitor structure using tantalum oxide film | |
| JPS6315749B2 (en) | ||
| KR100315037B1 (en) | Method for forming gate electrode in semiconductor device | |
| JPH0637108A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH08306802A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JP2600972B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH07107933B2 (en) | Method of forming polycide pattern |