JPH11261031A - 集積回路内における拡散放出を減少する方法及びコンデンサ装置 - Google Patents
集積回路内における拡散放出を減少する方法及びコンデンサ装置Info
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Abstract
又は特性を害することなく、積み重ねコンデンサにおけ
る汚染物の拡散放出及びシリコンの拡散を減少する方法
及び装置を提供する。 【解決手段】 基板内に接合領域を形成し;基板上に第
1の酸化物層を形成し;第1の酸化物層を通してシリコ
ンプラグを形成し、その際、シリコンプラグが、接合領
域に接触し;シリコンプラグ上に第1の障壁膜を形成
し;かつ第1の酸化物層上に誘電体層を形成する。
Description
コンデンサを集積化する方法及び装置に関する。さらに
特定すれば、本発明は、積み重ねコンデンサのプロセス
の間に、積み重ねコンデンサの高誘電体の層からシリコ
ン内に移動する汚染物の量を減少するため、及びシリコ
ンから高誘電体の層へ移動する汚染物を減少するための
方法及び装置に関する。
(DRAM)集積回路のような集積回路に対する要求が
増大すると、効率的に製造される集積回路に対する必要
性も増大している。集積プロセスの完全性が製造プロセ
ス全体にわたって保護することができるような集積回路
の製造は、集積回路の総合的な歩留りを増大する。
ようなコンデンサを含んでいる。図1は、集積回路上に
形成された積み重ねコンデンサの図式的な横断面表示で
ある。積み重ねコンデンサ構造104は、典型的には集
積回路の、例えばDRAM集積回路の一部として含まれ
ている。積み重ねコンデンサ構造104は、集積回路の
基板106上に形成される。基板106は、一般にシリ
コンから形成され、かつ接合領域107を含んでいる。
接合領域107は、一般に基板106におけるドーピン
グされた領域であり、これは、FETのソース又はドレ
イン要素である。基板106は、集積回路の形成に関連
するその他の種々の層を含んでいてもよい。一例として
基板106は、種々の絶縁層及び導体層を含むことがで
きる。
6を覆っている。一般に多結晶シリコンプラグ110
は、ほう素、りん又はひ素のようなドーパントを利用し
てドーピングすることができる。二酸化シリコン層11
2は、基板106上に配置され、かつ多結晶シリコンプ
ラグ110の回りに配置されている。
110の上に配置されている。粘着層114は、基本的
に底部電極116をその位置に保持するために、底部電
極116とポリシリコンプラグ110との間に配置され
る。図示したように粘着層114は、一部二酸化シリコ
ン層112も覆っている。
8、例えば“高誘電体層”は、底部電極116及び二酸
化シリコン層112の一部の上に配置されている。頂部
電極120は、高誘電体層118の上に形状的に一致し
て配置されている。高誘電体層118は、一般に頂部電
極120から底部電極116を絶縁するように配置され
ている。さらに高誘電体層118は、コンデンサ構造1
04の電荷保持能力を増加することができ、かつしたが
って記憶装置の動作を改善することができる。
が、集積回路内に組込まれると、コンデンサの高誘電体
層内の材料は、おそらく一般にほぼ800℃より高い温
度で起こる焼きなましプロセスの間に、その下にある接
合範囲に垂直に拡散する。その下にある接合範囲内に拡
散することがある高誘電体層内の材料は、鉛ジルコニウ
ムチタネート(PZT)、バリウムストロンチウムチタ
ネート(BST)及びストロンチウムビスマスチタネー
ト(SBT)のような材料を含むが、これに限定される
わけではない。このような材料が、高誘電体層から拡散
放出すると、その下にある接合範囲の完全性は、汚染さ
れることがある。例として接合範囲において漏れが起こ
ることがある。
れるもののような焼きなましプロセスの間に、総合的な
積み重ねコンデンサ構造の一部である多結晶シリコンプ
ラグからのシリコンは、多結晶シリコンプラグから高誘
電体層に垂直及び側方に拡散することがある。シリコン
が高誘電体層内に拡散すると、とくに高誘電体層と電極
との間の境界面に、シリコン酸化物(SiOx)のよう
な化合物が形成されることがある。シリコン酸化物は、
一般に比較的高い抵抗を有し、かつさらに低い誘電率を
有するので、積み重ねコンデンサ内におけるシリコン酸
化物の形成は、コンデンサの全誘電体特性を著しく劣化
させることがある。
グされた多結晶シリコンから形成されるとき、ドーパン
トが、ポリシリコンプラグから電極及び高誘電体層に拡
散することがあり、それにより高誘電体層の特性を変化
させる。焼きなましプロセスの間にドーピングされた多
結晶シリコンプラグから拡散放出したドーパントの量
が、ドーピングされた多結晶シリコンプラグ内のドーパ
ントの総量のほぼ50%より多いことが、例えばほぼ5
0%ないしほぼ70%の範囲にあることが観察されてい
る。
ことは、一般に積み重ねコンデンサ内における拡散の減
少には効果的であるが、しばしば望ましくないとわかっ
た。例えば熱履歴を減少すると、全集積回路の製造に関
連する高温ステップ、すなわち800℃より高い温度で
起こるステップは、短縮されることがある。このような
ステップは、例えば誘電体のリフロー及びドーピングさ
れた接合部の活性化を含む。さらにDRAMに対して、
治癒することがある転移の数の減少は、装置の漏れの増
加によりDRAMに関連した保持時間を著しく妥協させ
る。保持時間は、DRAMセルがその蓄積された電荷を
保持する時間であり、かつ蓄積された電荷が漏れ去る速
度によって制限される。
は、積み重ねコンデンサを含む集積回路の完全性又は特
性を害することなく、積み重ねコンデンサにおける汚染
物の拡散放出及びシリコンの拡散を減少する方法及び装
置である。
層を含む積み重ねコンデンサ構造を製造する方法及び装
置を開示する。本発明の1つの様相によれば、集積回路
内において拡散放出を最小にする方法は、基板上にソー
ス/ドレイン領域又は接合領域を形成し、かつさらにソ
ース又はドレイン領域上にシリコンプラグを形成するこ
とを含む。ソース/ドレイン領域上に二酸化シリコン層
が形成され、かつそれからシリコンプラグのための開口
を形成するためにエッチングされる。シリコンプラグが
形成されると、シリコンプラグ上に第1の障壁膜が形成
され、二酸化シリコン層上に誘電体層が形成され、かつ
粘着層を含む第1の電極が形成される。最後に誘電体層
上に第2の電極が形成される。
形成は、シリコンプラグ上に第1の酸化物層を形成し、
第1の酸化物層を窒化し、かつ窒化した第1の酸化物層
をエッチングすることを含む。このような実施態様にお
いて、窒化した第1の酸化物層のエッチングは、シリコ
ンプラグの粒子境界において窒化物を露出する。別の実
施態様において、第1の障壁膜の形成は、シリコンプラ
グ上にオキシニトライド膜を形成するために、化学蒸着
を行ない、かつオキシニトライド膜をエッチングするこ
とを含み、シリコンの粒子境界において、とくに頂部表
面の近くの粒子境界において窒化物を露出する。
する集積回路チップ上における積み重ねコンデンサ装置
は、接合領域の一部の上に配置されたシリコンプラグを
含む。二酸化シリコン層は、接合領域上に、かつ少なく
とも部分的にシリコンプラグの回りに配置され、かつ第
1の障壁膜は、シリコンプラグ上に形成される。第1の
電極は、粘着層によってシリコンプラグ上に取付けら
れ、かつ高誘電体材料の層は、第1の電極の上に配置さ
れる。一実施態様において、シリコンプラグは、ポリシ
リコンプラグであり、第1の障壁膜は、窒化物を含む。
別の実施態様において、高誘電体材料の層は、汚染物を
含み、かつ第1の障壁膜は、高誘電体材料の層からシリ
コンプラグへ汚染物の拡散を防止するように構成されて
いる。
積回路チップ上のコンデンサ装置は、接合領域を有する
基板を含む。シリコンプラグ構造は、接合領域上に配置
されている。第1の障壁膜は、シリコンプラグ構造と電
極装置との間に配置されている。最後に高誘電体材料の
層は、第1の障壁膜の上に配置されている。高誘電体材
料は、少なくとも1つの汚染物を含み、かつ第1の障壁
膜は、高誘電体材料の層から接合領域へ汚染物の通過を
妨害するように構成されている。
は、本発明の次の詳細な説明及び関連する図において、
さらに詳細に提示されるであろう。
添付の図面に関連して行なわれる次の説明によりもっと
も良好に理解することができる。
そのいくつかの実施態様を引用して、本発明を詳細に説
明する。次の説明において、数値的に特定した詳細は、
本発明の完全な理解を提供するために示されている。し
かしながら本発明が、これら特定の詳細のいくつか又は
すべてを用いることなく、実施することができること
は、当該技術分野の専門家にとって明らかであろう。そ
の他の点において、よく知られた構造及びステップは、
本発明を不必要に不明瞭にしないようにするために、詳
細には説明されていない。
デンサにおける高誘電体材料の層からその下にある接合
領域に通過して拡散する材料の量を減少するために、積
み重ねコンデンサ構造内に障壁層を形成することができ
る。このような障壁層は、焼きなましプロセスの間にお
けるポリシリコンプラグから高誘電体材料の層へのドー
パント及びシリコンの拡散に抗するためにも有効である
ことができる。換言すれば、障壁層は、積み重ねコンデ
ンサ構造の層の間における汚染物、ドーパント及びシリ
コンの拡散に抗するために有効であることができる。
内における積み重ねコンデンサ構造内の層の図式的な横
断面表示を示している。図解のために、積み重ねコンデ
ンサ構造のいくつかの特徴が誇張されているが、その他
のものは示されていないことは明らかである。積み重ね
コンデンサ構造204は、ダイナミックランダムアクセ
スメモリ(DRAM)のような集積回路の一部として含
まれており、かつ基板206を含む。当該技術分野の専
門家には明らかなように、基板206は、一般に集積回
路の基板であり、又はさらに一般的には半導体ウエハの
基板である。基板206は、典型的にはシリコンから形
成され、ゲート構造204の形成に関連するその他の種
々の層を含んでいてもよく、又はさらに一般的にはゲー
ト構造204がその一部である集積回路を含んでいても
よい。例えば基板206は、絶縁層、導体層及び接合領
域207のような種々の接合領域を含んでいてもよい。
一実施態様において、接合領域207はドーピングされ
ていることができる。
上に形成される。典型的には多結晶シリコン又は“ポリ
シリコン”から形成されるシリコンプラグ210は、ほ
う素、りん及びひ素を含むがこれに限定されるわけでは
ない種々の異なったドーパントを利用してドーピングさ
れていてもよい。
210は層状にすることができる。すなわちポリシリコ
ンプラグ210は、ドーピングされた又はドーピングさ
れないポリシリコンの種々の層から形成することができ
る。層状のポリシリコンプラグ210を形成する1つの
プロセスを、図4を引用して以下に説明する。障壁層2
22は、シリコンプラグ210上に形成されている。障
壁層222の機能を、以下に説明する。
プラグ210の回りに配置されている。二酸化シリコン
層212は、以下に説明するように、高い誘電率を有す
る隣接する装置又は層のようなその他の装置部品にポリ
シリコンプラグ210が接触することを防止するために
利用される。底部電極216は、ポリシリコンプラグ2
10上に配置されている。底部電極は、例えばPt、R
u又はRuO2のような実質的にあらゆる金属材料から
形成することができる。一般に積み重ねコンデンサ構造
204内における底部電極216の位置は、基本的にポ
リシリコンプラグ210への底部電極216の物理的な
連結によって維持されている。説明された実施態様にお
いて、粘着層214が、ポリシリコンプラグ210に対
して底部電極216を保持するために利用されている。
図示したように、粘着層214は、少なくとも部分的に
二酸化シリコン層212を覆っている。
8、例えば“高誘電体層”は、頂部電極220から底部
電極216を絶縁するために、底部電極216上に配置
されている。頂部電極220は、高誘電体層218上に
形状的に一致して配置されている。高誘電体層218
は、一般に頂部電極120から底部電極116を絶縁す
るように配置されている。
T及びSBTのような材料を含む。このような材料が、
基板206の接合領域に拡散すると、汚染が起こること
があり、かつ接合領域、例えば接合領域207における
大きな接合部漏れが起こることがあり、それにより積み
重ねコンデンサ構造204が含まれる集積回路の総合特
性を害する。障壁層222は、高誘電体層218と積み
重ねコンデンサ構造204のその他の層との間の拡散の
量を減少するように配置されている。
2は、窒化物、例えばシリコンオキシニトライドを含
み、これは、一般にポリシリコンプラグ210の粒子境
界に配置されている。窒化物は、一般にポリシリコンプ
ラグ210の頂部表面の近くにおける障壁層222の粒
子境界に配置されている。障壁層222は、焼きなまし
プロセスの間に、例えば積み重ねコンデンサ構造204
における所望の誘電体特性を達成するために利用される
焼きなましプロセスの間に、ポリシリコンプラグ210
を通して拡散する汚染物の量を、かつポリシリコンプラ
グ210から拡散放出するドーパントの量を減少するよ
うに配置されている。一般に障壁層222は、高い温度
における焼きなましの間に、例えばほぼ900℃より高
い温度におけるプロセスの間に、その完全性を維持す
る。すなわち障壁層222は、低い接触抵抗を維持し、
一方誘電体材料を焼きなますため、例えば高誘電体層2
18を焼きなますために大きなプロセスウインドウを可
能にする。
の総合的な寸法、例えば厚さ及び補助部品は、一般に広
い範囲において変更することができる。積み重ねコンデ
ンサ構造204におけるそれぞれの層の厚さは、積み重
ねコンデンサ構造204を使用すべき用途に依存するこ
とができる。例えば一般に0.175ミクロンDRAM
世代に対して層の厚さは、0.25ミクロンDRAM世
代に対するものより薄い。一実施態様において、ポリシ
リコンプラグは、ほぼ1000オングストロームないし
ほぼ10000オングストロームの範囲の厚さを有する
ことができる。
い積み重ねコンデンサ構造において、ほぼ800℃より
高い温度における焼きなましプロセスの間にドーピング
されたポリシリコンプラグから外へ拡散し又は移動する
ドーパントの量は、ドーピングされたポリシリコンプラ
グ内のドーパントの総量のほぼ50%より大きいと、例
えばほぼ50%ないしほぼ70%の範囲にあると観察さ
れた。障壁層を利用することにより、ドーピングされた
ポリシリコンプラグから拡散放出するドーパントの量
は、ほぼ3ないしほぼ10倍の範囲の係数だけ減少する
ことができる。すなわち障壁層を利用したときのドーパ
ントの拡散は、障壁層を利用しないときのドーパント拡
散よりもほぼ3ないしほぼ10倍の範囲内で少なくする
ことができる。
における障壁層を含む積み重ねコンデンサ構造を、例え
ば図2の積み重ねコンデンサ構造204を製造するため
に利用することができる1つのプロセスに関するステッ
プを図解するプロセスフローチャートを示している。プ
ロセス302は、ステップ304において始まり、ここ
では基板が、例えば半導体ウエハ基板が形成される。基
板は、一般にシリコンから形成することができ、かつ典
型的には接合領域を含む。さらに基板は、集積回路の総
合的な形成に関連するその他の層を含むことができる。
このような層は、導体層及び酸化物層を含むが、これに
限定されるわけではない。
おいて、ドーピングされた接合領域が形成される。それ
からプロセスフローは、ステップ308に移り、ここに
おいて二酸化シリコン層が形成される。二酸化シリコン
層は、なんらかの適当な方法を利用して成長させること
ができる。一実施態様において、二酸化シリコン層は、
化学蒸着技術を利用して成長させられる。ステップ31
0において、基板上に、又はさらに特定すれば酸化物層
を通して、ポリシリコンプラグが形成される。一実施態
様において、ポリシリコンプラグは、当該技術分野の専
門家には明らかなように、次に焼きなましプロセスを行
なうドーパントのその場におけるドーピング又は注入の
ようななんらかの適当な方法を利用して、ドーピングす
ることができる。ポリシリコンプラグを形成するために
なんらかの適当なプロセスが利用できるが、一方ポリシ
リコンプラグは、当該技術分野の専門家には明らかなよ
うに、しばしば次に化学的機械的研磨(CMP)プロセ
ス又は切り欠きエッチングプロセスを利用して平面化さ
れる形状的に一致する(conformal)低圧化学蒸着(LP
CVD)によって形成される。一般にポリシリコンプラ
グは、基本的にポリシリコンの単一の層であるとはい
え、ある種の実施態様において、ポリシリコンプラグ
は、その代わりに、以下に図4によりさらに詳細に説明
するように、その間に形成される障壁層を有する複数の
ポリシリコン層を含むことができる。
テップ312において、ポリシリコンプラグ上に酸化物
層が形成され、例えば成長させられる。二酸化シリコン
層であることができる酸化物層は、多数の適当な方法の
うちのなんらかの1つを利用して、ポリシリコンプラグ
の表面に、すなわち頂部表面に成長させることができ
る。典型的には酸化物層は、ほぼ30秒ないしほぼ12
0秒の範囲の、例えばほぼ60秒のような期間にわたっ
て、ほぼ900℃ないしほぼ1100℃の範囲の、例え
ばほぼ925℃のような温度で、酸素中における急速熱
酸化(RTO)を利用して成長させることができる。酸
化物層の厚さは、広い範囲において変更できるが、一実
施態様において、酸化物層の厚さは、ほぼ40オングス
トロームないしほぼ100オングストロームの範囲内に
ある。
テップ314に進み、ここにおいてポリシリコンプラグ
上に成長させられた酸化物層上において、窒化プロセス
が実行される。換言すれば、酸化物が窒化される。酸化
物は、一般にほぼ20秒ないし120秒の範囲の、例え
ばほぼ30秒の期間にわたってほぼ900℃ないしほぼ
1100℃の範囲の、例えばほぼ1050℃の温度で、
アンモニア(NH3)を利用した急速熱窒化(RTN)
のようななんらかの適当な方法を利用して窒化すること
ができる。
ド、例えばシリコンオキシニトライドは、ポリシリコン
プラグの表面に生じ、かつ窒化物、例えばシリコン窒化
物は、ポリシリコンプラグの粒子境界に生じる。すなわ
ちシリコンオキシニトライド膜は、酸化物層との間の境
界面及びその下にあるポリシリコンプラグの粒子境界に
生じる。一般に窒素は、ポリシリコンプラグの粒子境界
に沿って拡散する。例えばポリシリコンプラグの厚さが
比較的薄い場合のようなある種の実施態様において、窒
素は、酸化物層が窒化されるとき、実質的に全ポリシリ
コンプラグに浸透することができる。窒化物が実質的に
全ポリシリコンプラグに浸透するとき、ポリシリコンプ
ラグを通した両方の垂直及び横向きの拡散、例えばドー
パント及び汚染物の拡散は、著しく減少することができ
る。
が完了した後に、ステップ316において、ポリシリコ
ンプラグの粒子境界において窒素を露出するために、窒
化した酸化物層が引きはがされ、又はさもなければエッ
チングされる。ポリシリコンプラグの表面における粒子
境界において露出した窒素は、ポリシリコンプラグを通
る垂直方向における拡散を防止する障壁層を形成する。
障壁層が、側方方向における拡散の量も減少できること
は明らかである。
ラグ上に粘着層が形成され、かつステップ320におい
て、粘着層上に底部電極が形成される。前記のように、
基本的に粘着層は、基板に対して底部電極をその場に保
持する。底部電極が形成された、例えば配置されかつパ
ターニングされた後に、ステップ322において、底部
電極上に絶縁層が形成される。一般に絶縁層は、当該技
術分野の専門家には明らかなように、高誘電率を有する
誘電体材料から形成される。
底部電極、及びステップ308において形成された二酸
化シリコン層の一部上に順応して堆積される。高誘電体
材料層は、ステップ324において高誘電体材料層上に
形成される、例えば順応して堆積される頂部電極から底
部電極を絶縁するために使われる。頂部電極が形成され
た後に、積み重ねコンデンサを形成するプロセスは完了
する。
リシリコンプラグの形成に関するステップを説明する。
換言すれば、図3のステップ310の一実施態様を説明
する。前に述べたように、ポリシリコンプラグは、基本
的にポリシリコンの単一の層から形成することができる
が、ポリシリコンプラグは、層状の構造を持っていても
よい。とくにポリシリコンプラグは、複数のポリシリコ
ン層、及びポリシリコン層の間に配置された障壁層を有
するように形成することができる。
310’は、ステップ402において始まり、ここにお
いてポリシリコン層が、ゲート酸化物層上に形成され
る。酸化物層、例えば二酸化シリコン層は、ステップ4
04において、ポリシリコン層上に形成される。酸化物
層は、ほぼ30秒ないしほぼ120秒の範囲の期間にわ
たって、ほぼ900℃ないしほぼ1100℃の範囲の温
度において、酸素中のRTOのような方法を利用して、
ポリシリコン層の表面上に成長させることができる。酸
化物層の厚さは、広い範囲内において変更することがで
きるが、一実施態様において、酸化物層の厚さは、ほぼ
40オングストロームないしほぼ1000オングストロ
ームの範囲にある。
上に酸化物層が形成された後に、ステップ406におい
て、酸化物層上において窒化プロセスが行なわれる。前
記のように、酸化物は、ほぼ20秒ないし120秒の範
囲の期間にわたって、ほぼ900℃ないしほぼ1100
℃の範囲の温度で、アンモニア(NH3)を利用したR
TNのような方法を利用して窒化することができる。酸
化物層が窒化されたとき、オキシニトライド、例えばシ
リコンオキシニトライドは、ポリシリコン層の表面上に
生じ、かつ窒化物、例えばシリコン窒化物は、ポリシリ
コン層の粒子境界に生じる。すなわちシリコンオキシニ
トライド膜は、酸化物層とその下にあるポリシリコン層
との間の境界面に生じる。
化が完了した後に、ステップ408において、ポリシリ
コン層の粒子境界における窒素を露出するために、窒化
された酸化物層がエッチングされる。粒子境界における
露出した窒素は、とくにポリシリコン層の頂部表面の近
くの粒子境界は、障壁膜又は層を形成し、これは、ポリ
シリコン層を通したかつこの中への垂直方向における拡
散を防止する。障壁層は、側方方向における拡散の量も
減少することができる。
コン層上に追加的なポリシリコン層を形成するかどうか
に関する判定が行なわれる。判定が、追加的なポリシリ
コン層を形成することであれば、指示は、さらに厚いポ
リシリコンプラグが望まれていることである。一実施態
様において、さらに厚いポリシリコンプラグは、積み重
ねコンデンサ構造内における垂直及び側方両方の拡散の
量をさらに減少するために、積み重ねコンデンサ構造に
複数の障壁層を設けるために利用することができる。層
状のシリコンプラグが望まれる場合、別のポリシリコン
層が、前に堆積されたポリシリコン層の頂部表面におけ
る粒子境界上に、したがって障壁層上に堆積される。こ
の新しい“頂部”ポリシリコン層は、第1の障壁層を基
本的に“サンドイッチ”するために有効である。
リシリコン層上に少なくとも1つの追加的なポリシリコ
ン層を形成することである場合、プロセスフローは、ス
テップ404に戻り、ここにおいて酸化物層が、頂部の
新しいポリシリコン層上に形成される。その代わりに、
判定が、追加的なポリシリコン層を形成しないであれ
ば、層状ポリシリコンプラグを製造するプロセスは完了
する。
造を、窒化プロセスを利用して説明したが、障壁層は、
一般にあらゆる適当なプロセスを利用して製造すること
ができる。例えば障壁層の形成に、化学蒸着(CVD)
プロセスを利用することができる。図5は、障壁層を含
むゲート構造を製造するために利用することができる第
2のプロセスに関連するステップを図解するプロセスフ
ローチャートであり、本発明の実施態様に関連して説明
する。プロセス502は、ステップ504において始ま
り、ここにおいて基板が形成される。基板は、積み重ね
コンデンサが一部である集積回路の全体的な形成に関連
した種々の層を含むことができる。
おいて、ドーピングされた接合領域が形成される。ステ
ップ506からプロセスフローは、ステップ508に移
り、ここにおいて基板上に酸化物層が形成される。ステ
ップ510において、その下にあるドーピングされた接
合領域に接触するために、酸化物層を通してポリシリコ
ンプラグが形成される。一実施態様において、ポリシリ
コンプラグは、当該技術分野の専門家には明らかなよう
に、次に焼きなましプロセスが続くドーパントのその場
におけるドーピング又は注入のようなあらゆる適当な方
法を利用してドーピングすることができる。一実施態様
において、ポリシリコンプラグは、ポリシリコン層の間
に配置された障壁層を有する複数のポリシリコン層を含
む。
ド膜が、CVDプロセスを利用してシリコン層上に堆積
される。当該技術分野の専門家には明らかなように、オ
キシニトライド膜の堆積のために、低圧化学蒸着(LP
CVD)及びプラズマ増強化学蒸着(PECVD)を含
む種々の異なったCVDが利用できる。
ラグの頂部表面の近くの粒子境界における窒素を露出す
るために、オキシニトライド層が引きはがされ、又はさ
もなければエッチングされる。粒子境界において露出し
た窒素は、その下にあるポリシリコンプラグを通したか
つここからの垂直方向におけるドーパントの拡散を防止
する障壁層を形成する。ステップ518において、ポリ
シリコンプラグの上に粘着層が形成され、かつステップ
520において、粘着層の上に底部電極が形成される。
2において、底部電極の上に絶縁層が形成される。絶縁
層は、一般に高誘電率を有する誘電体材料から形成され
る。高誘電体材料層は、底部電極及び二酸化シリコン層
の一部の上に順応して堆積され、これは、ステップ50
8において形成される。高誘電体材料は、ステップ52
4において、高誘電体材料層の上に形成される、例えば
順応して堆積される頂部電極から底部電極の間の絶縁を
提供するように配置されている。頂部電極が形成された
後に、障壁層を含む積み重ねコンデンサ構造を形成する
第2のプロセスは完了する。
たが、本発明が、本発明の精神又は権利範囲から外れる
ことなく、その他多数の特定の形において実施できるこ
とは明らかである。例えば障壁層を含む積み重ねコンデ
ンサ構造の製造に含まれるステップは、並べ変え、取り
除き、又は付け加えることができる。一般に本発明の方
法に含まれるステップは、本発明の精神又は権利範囲か
ら外れることなく、並べ変え、取り除き、又は付け加え
ることができる。
ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)のよ
うな集積回路の製造に利用するために適しているとして
説明した。しかしながら一般に障壁層を含む積み重ねコ
ンデンサ構造は、その他の種々の用途に利用するために
適することができる。
コン層としての二酸化シリコンの成長、及び窒化プロセ
スに利用するための二酸化シリコンの成長は、分離して
起こるものとして説明したが、一実施態様において、二
酸化シリコンが、両方の目的のために実質的に同時に成
長できることは明らかである。換言すれば、二酸化シリ
コンは、本発明の精神又は権利範囲から外れることな
く、ポリシリコンプラグの回りに二酸化シリコンが形成
されると実質的に同時に、ポリシリコンプラグの上に形
成することができる。
料も、広い範囲において変更することができる。例えば
ドーピングされていても又はされていなくともよいポリ
シリコンプラグは、本発明に利用するために適当なもの
として説明したが、一方プラグを形成するために、別の
タイプのシリコンを利用してもよいことは明らかであ
る。シリコンの別のタイプは、アモルファスの又はスパ
ッタリングされたシリコンであるが、これに限定される
わけではない。別のタイプのシリコンは、ドーピングさ
れていても、又はされていなくともよい。
どのような数の異なったポリシリコン層を含んでいても
よい。一般にポリシリコンプラグ内におけるポリシリコ
ン層の数は、プラグの全体的に望ましい厚さ、及び個々
の層及び障壁層の厚さに依存している。ポリシリコンプ
ラグの全体の厚さは、広い範囲において変更することが
できる。例えば厚さは、ほぼ1000オングストローム
ないしほぼ1500オングストロームの範囲にあること
ができる。同様にプラグ内におけるポリシリコン層及び
障壁層の厚さは、広い範囲において変更することができ
る。一実施態様において、それぞれのポリシリコン層の
厚さは、ほぼ100オングストロームないしほぼ500
オングストロームの範囲内にあることができる。
グされる酸化物層、又はCVDのようなプロセスを利用
して堆積されそれからエッチングされるオキシニトライ
ド層を利用するものとして説明した。しかしながら一般
に本発明の精神又は権利範囲から外れることなく、層状
シリコン構造内の粒子境界における窒化物からなるST
ET層を製造するために、あらゆる適当な方法が利用で
きることは明らかである。
ロセスを利用して形成される障壁層を含むものとして説
明したが、層状ポリシリコンプラグ内における障壁層
は、本発明の精神又は権利範囲から外れることなく、C
VDプロセスを利用して形成してもよい。それ故にここ
における例は、例示と考えるべきものであって、かつ限
定と考えるべきものではなく、かつ本発明は、ここに与
えられた詳細に限定されるものではなく、その均等物の
全範囲とともに、添付の特許請求の範囲の権利範囲内に
おいて変更することができる。
図式的な横断面図である。
重ねコンデンサ構造内の層の図式的な横断面図である。
ねコンデンサ構造を製造する1つの方法に関連したステ
ップを例示するプロセスフローチャートである。
グの製造に関連するステップを例示するプロセスフロー
チャートである。
造内の障壁層を製造する第2の方法に関連したステップ
を例示するプロセスフローチャートである。
207 接合領域、210 シリコンプラグ、 212
二酸化シリコン層、 214 粘着層、216 底部
電極、 218 高誘電体層、 220 頂部電極、
222 障壁層
Claims (18)
- 【請求項1】 基板内に接合領域を形成し;基板上に第
1の酸化物層を形成し;第1の酸化物層を通してシリコ
ンプラグを形成し、その際、シリコンプラグが、接合領
域に接触し;シリコンプラグ上に第1の障壁膜を形成
し;かつ第1の酸化物層上に誘電体層を形成することを
特徴とする、集積回路内における拡散放出を減少する方
法。 - 【請求項2】 第1の障壁膜の形成が、シリコンプラグ
上に第2の酸化物層を形成し;第2の酸化物層を窒化
し;かつ窒化した第2の酸化物層をエッチングし、その
際、窒化した第2の酸化物層のエッチングによりシリコ
ンプラグの粒子境界において窒化物を露出することを含
む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 第2の酸化物層の窒化によりシリコンプ
ラグ内へ窒素を拡散する、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 シリコン上における第1の酸化物層の形
成が、ほぼ900℃ないしほぼ1000℃の範囲の第1
のプロセス温度における第2の酸化物層の成長を含み;
かつ第2の酸化物層の窒化が、ほぼ900℃ないしほぼ
1100℃の範囲の第2のプロセス温度における第2の
酸化物層の窒化を含む、請求項2に記載の方法。 - 【請求項5】 シリコンプラグの形成が、接合領域上に
第1のドーピングされたシリコン層を堆積し;第1のド
ーピングされたシリコン層上に第3の酸化物層を形成
し;第3の酸化物層を窒化し;窒化した第3の酸化物層
をエッチングし、その際、窒化した第3の酸化物層のエ
ッチングにより第1のドーピングしたシリコン層の粒子
境界において窒化物を露出し;かつ第1のドーピングし
たシリコン層の粒子境界において露出した窒化物上に第
2のシリコン層を堆積することを含む、請求項1に記載
の方法。 - 【請求項6】 第1の障壁膜の形成が、シリコンプラグ
上にオキシニトライド膜を形成するために、化学蒸着を
行ない;かつオキシニトライド膜をエッチングし、その
際、オキシニトライド膜のエッチングによりシリコンの
粒子境界において窒化物を露出することを含む、請求項
1に記載の方法。 - 【請求項7】 さらに第1の障壁膜上に粘着層を形成
し;粘着層上に第1の電極を形成し、その際、第1の酸
化物層上に形成された誘電体層が、第1の電極上に形成
され;かつ誘電体層上に第2の電極を形成することを含
む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 集積回路チップが、接合領域、及び接合
領域上に配置されたゲート酸化物層を含み、積み重ねコ
ンデンサ装置が:接合領域上に配置されたシリコンプラ
グを含み;基板上に配置された二酸化シリコン層を含
み、その際、二酸化シリコン層が、さらに少なくとも部
分的にシリコンプラグの回りに配置され;シリコンプラ
グ上に配置された第1の障壁膜を含み;シリコンプラグ
上に配置された粘着層を含み;粘着層上に配置された第
1の電極を含み;かつ第1の電極上に配置された高誘電
体材料の層を含む、ことを特徴とする、集積回路チップ
上における積み重ねコンデンサ装置。 - 【請求項9】 シリコンプラグがポリシリコンプラグで
あり、かつ第1の障壁膜が窒化物を含む、請求項8に記
載の積み重ねコンデンサ装置。 - 【請求項10】 障壁膜が、シリコンオキシニトライド
を含む、請求項9に記載の積み重ねコンデンサ装置。 - 【請求項11】 さらに高誘電体材料の層上に配置され
た第2の電極を含む、請求項8に記載の積み重ねコンデ
ンサ装置。 - 【請求項12】 高誘電体材料の層が、汚染物を含み、
第1の障壁膜が、高誘電体材料の層からシリコンプラグ
への汚染物の拡散を防止するように構成されている、請
求項8に記載の積み重ねコンデンサ装置。 - 【請求項13】 障壁膜が、シリコンオキシニトライド
を含む、請求項8に記載の積み重ねコンデンサ装置。 - 【請求項14】 集積回路が、ダイナミックランダムア
クセスメモリ集積回路である、請求項8に記載の積み重
ねコンデンサ装置。 - 【請求項15】 基板を含み、基板が接合領域を含み;
接合領域上に配置されたシリコンプラグ構造を含み;シ
リコンプラグ上に配置された第1の障壁膜を含み;第1
の障壁膜上に配置された電極装置を含み;かつ第1の障
壁膜上に配置された高誘電体材料の層を含み、高誘電体
材料が、少なくとも1種の汚染物を含み、その際、第1
の障壁膜が、高誘電体材料の層から基板への汚染物の通
過を妨害するように構成されていることを特徴とする、
集積回路チップ上におけるコンデンサ装置。 - 【請求項16】 シリコンプラグ構造が、ポリシリコン
プラグである、請求項15に記載のコンデンサ装置。 - 【請求項17】 シリコンプラグ構造が:第1のポリシ
リコン層を含み;第1のポリシリコン層上に配置された
第2の障壁膜を含み;かつ第2の障壁膜上に配置された
第2のポリシリコン層を含む、請求項15に記載のコン
デンサ装置。 - 【請求項18】 集積回路が、デジタルランダムアクセ
スメモリ集積回路である、請求項15に記載の積み重ね
コンデンサ装置。
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