DE10031577A1 - Kondensator für ein Halbleiterpeicherbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Kondensator für ein Halbleiterpeicherbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kondensator für ein Halbleiterspeicherbauelement sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Kondensator weist eine höhere Speicherkapazität auf und verhindert einen Leckstrom. Der Kondensator für Halbleiterspeicherbauelemente gemäß der Erfindung umfasst: eine untere Elektrode; eine dielektrische Schicht, die auf der unteren Elektrode ausgebildet ist; und eine obere Elektrode, die auf dem oberen Abschnitt bzw. der Oberseite der dielektrischen Schicht ausgebildet ist, wobei die dielektrische Schicht eine kristalline Ta¶x¶O¶y¶N¶z¶-Schicht ist und die Summe von x, y und z in der kristallinen Ta¶x¶O¶y¶N¶z¶-Schicht 1 beträgt, wobei y zwischen 0,3 und 0,5 liegt und z zwischen 0,1 und 0,3.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kondensator bzw. eine Kapazität nach Anspruch 1 für ein Halbleiterspeicherbauelement sowie ein Verfahren nach Anspruch 3 bzw. 15 zu des­ sen Herstellung und betrifft insbesondere einen Kondensator für einen Halbleiterspeicher, der eine größere Speicherkapazität aufweist und bei dem das Auftreten eines Leckstroms (leakage current) verhindert werden kann, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Einhergehend mit dem augenblicklichen Fortschritt in der Technologie zur Herstellung von Halbleitern hat sich der Bedarf an Speichern bzw. Speicherbauelementen dramatisch erhöht. Folglich wird ein Speicherbauelement mit größerer Kapazität pro (kleiner) Abmessung bzw. Flächeneinheit benötigt. Die Kapazität des Kondensators wird dadurch erhöht, dass man einen Isolator verwendet, der eine größere Dielektrizitätskonstante aufweist, oder dass man die Oberfläche einer unteren Elektrode vergrößert. Diese herkömmlichen Kondensatoren sind mit einer Schicht aus Tantal(V)-oxid (Ta2O5) hergestellt worden, mit einer Dielektri­ zitätskonstante, die größer ist als die einer Schicht aus Nitridoxid (NO), so dass auf diese Weise die untere Elektrode mit einer dreidimensionalen Struktur ausgebildet worden ist.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Kondensators bzw. einer Kapazität in einem her­ kömmlichen Halbleiterspeicherbauelement. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist auch eine Feldoxidschicht 11 (field oxid) bei einem vorbestimmten Abschnitt des Substrats 10 ausgebildet. Ei­ ne Gateelektrode 13, die an ihrer Unterseite eine Gateisolationsschicht 12 umfasst, ist mit Hilfe eines bekannten Verfahrens an einem vorbestimmten Abschnitt des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet. Eine Übergangszone 14 ist auf dem Halbleitersubstrat 10 an jedem Ende der Gateelektrode 13 ausgebildet, so dass auf diese Weise ein MOS-Transistor ausgebildet ist. Eine erste Zwischenisolationsschicht (interlevel insulating layer) 16 und eine zweite Zwi­ schenisolationsschicht 18 sind auf dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet. Ein Speicherkno­ ten-Kontaktloch h ist in der ersten und zweiten Zwischenisolationsschicht 16, 18 ausgebil­ det, so dass die Übergangszone 14 freigelegt ist. Eine zylinderförmige untere Elektrode 20 ist mit Hilfe eine bekannten Verfahrens innerhalb des Speicherknoten-Kontaktloches h aus­ gebildet, um die freigelegte Übergangszone 14 zu kontaktieren. Eine HSG-Schicht 21 (Schicht mit hemisphärischem Korn bzw. hemi-spherical grain) ist auf einer Oberfläche der unteren Elektrode 20 ausgebildet, um die Fläche bzw. den Flächeninhalt des unteren Sub­ strats 20 zu erhöhen. Eine Ta2O5-Schicht 23 ist auf der Oberfläche der HSG-Schicht 21 ausgebildet. In diesem Stadium wird die Ta2O5-Schicht 23 wie folgt ausgebildet. Zunächst wird die Oberfläche der HSG-Schicht 21 gereinigt, bevor die Ta2O5-Schicht 23 ausgebildet wird, und dann wird außerhalb der Reaktionskammer (ex-situ) ein RTN-Verfahren (rasche thermische Nitridatium; rapid thermal nitridation) ausgeführt, um auf diese Weise eine Sili­ ziumnitridschicht 22 auf der HSG-Schicht 21 auszubilden. Als nächstes wird eine erste Ta2O5-Schicht bei einer Temperatur von etwa 400 bis 450°C mit einer Stärke von 53 bis 57 Angström ausgebildet. Anschließend wird ein Temperverfahren (annealing) bei niedriger Temperatur ausgeführt und dann wird eine zweite Ta2O5-Schicht mit der selben Dicke und mit Hilfe des selben Verfahrens wie bei der ersten Ta2O5-Schicht ausgebildet. Das Tem­ perverfahren bei niedriger Temperatur und bei hoher Temperatur wird der Reihe nach fort­ geführt, um auf diese Weise eine einzelne Ta2O5-Schicht 23 auszubilden. Eine obere Elekt­ rode 24 wird auf oberen Abschnitten der Ta2O5-Schicht 23 und der zweiten Zwischenisola­ tionsschicht 18 abgeschieden, so dass dann die Herstellung des Kondensators beendet ist.
Der nach dem vorgenannten Verfahren hergestellte herkömmliche Kondensator, bei dem eine Ta2O5-Schicht als dielektrische Schicht verwendet wird, hat jedoch die folgenden Nachteile:
Zunächst resultiert eine Variation im Mischverhältnis von Ta und O, weil Ta2O5 für ge­ wöhnlich eine instabile Stöchiometrie aufweist. Als Folge davon werden Ta-Substitutionsatome, d. h. Gitterfehlstellenatome, in der Ta2O5-Schicht erzeugt. Weil diese Fehlstellenatome Sauerstoff-Gitterfehlstellen sind, resultiert ein Leckstrom (leakage cur­ rent). Die Menge an Fehlstellenatomen in der dielektrischen Schicht kann kontrolliert wer­ den, was von der Menge und der Bindungsstärke der Komponenten in der Ta2O5-Schicht abhängt; es ist jedoch schwierig, diese vollständig zu eliminieren.
Um die instabile Stöchiometrie von Ta2O5 zu stabilisieren, wird die Ta2O5-Schicht oxi­ diert, um so die Ta-Substitutionsatome in der Ta2O5-Schicht zu entfernen. Wenn jedoch die Schicht oxidiert wird, wird eine Oxidschicht mit einer kleinen Dielektrizitätskonstante an der Grenzschicht zwischen der Ta2O5-Schicht und der unteren Elektrode oder zwischen der Ta2O5-Schicht und der oberen Elektrode ausgebildet, weil Ta2O5 leicht oxidiert, wenn die untere und obere Elektrode aus Poly-Silizium oder TiN hergestellt ist, so dass deshalb die Homogenität der Grenzschicht schlechter wird.
Wegen der Reaktion zwischen einer organischen Substanz, wie beispielsweise Ta (OC2H5)5, die als Vorprodukt verwendet wird, und O2-(oder N2O-)Gas als Reaktionsgas resultieren außerdem Störstellen bzw. Verunreinigungen, wie beispielsweise Kohlenstoffatome C, Kohlenstoffverbindungen (CH4, C2H4) und H2O, in der Ta2O5-Schicht. Diese Störstellen bzw. Verunreinigungen erhöhen den Leckstrom in dem Kondensator und verschlechtern die dielektrischen Eigenschafen der Ta2O5-Schicht. Folglich ist es schwierig, einen Kondensa­ tor herzustellen, der eine große Kapazität aufweist.
Außerdem erfordert die Verwendung der Ta2O5-Schicht als dielektrische Schicht Verfah­ rensschritte ex-situ bzw. außerhalb der Reaktionskammer, und zwar ein Schritt vor der Ausbildung der Ta2O5-Schicht und ein Schritt im Anschluss an den Reinigungsschritt. Auch werden vorzugsweise zwei thermische Verfahrensschritte, und zwar bei niedriger und hoher Temperatur, ausgeführt, nachdem die Ta2O5-Schicht ausgebildet worden ist. Deshalb ist die Ausbildung einer dielektrischen Schicht mit Ta2O5 mittels des herkömmlichen Verfahrens umständlich und mühsam.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Kondensator für ein Halbleiter­ bauelement bereitzustellen, mit dem es möglich ist, eine große Kapazität zu erzielen. Au­ ßerdem ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfacheres Verfahren zu Her­ stellung eines solchen Kondensators zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Kondensator bzw. eine Kapazität mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 3 bzw. 15 ge­ löst. Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der rückbezogenen Unter­ ansprüche.
Die vorgenannte Aufgabe wird insbesondere dadurch gelöst, dass man erfindungsgemäß eine dielektrische Schicht mit einem geringen Leckstrom und einer großen Dielektrizi­ tätskonstante bereitstellt.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kondensator für ein Halbleiterspeicherbauelement eine untere Elektrode, eine dielektrische Schicht, die auf der unteren Elektrode ausgebildet ist, und eine obere Elektrode, die auf der Oberseite bzw. dem oberen Abschnitt der dielektrischen Schicht ausgebildet ist, wobei die dielektrische Schicht eine kristalline TaxOyNz-Schicht ist und die Summe von x, y und z in der kristallinen TaxOyNz-Schicht 1 beträgt und y etwa zwischen 0,3 und 0,5 liegt und z etwa zwischen 0,1 und 0,3.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators auf einem Halbleitersubstrat die folgenden Schritte:
Es wird eine untere Elektrode auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet; eine amorphe TaxOyNz-Schicht wird als dielektrische Schicht auf der unteren Elektrode abgeschieden; die amorphe TaxOyNz-Schicht wird kristallisiert; und auf der kristallinen TaxOyNz-Schicht wird eine obere Elektrode ausgebildet, wobei die Summe von x, y und z in der TaxOyNz-Schicht 1 beträgt und y etwa zwischen 0,3 und 0,5 liegt und z etwa zwischen 0,1 und 0,3.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators auf einem Halbleitersubstrat die folgenden Schritte: eine untere Elektrode wird auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet; eine Oberflächenbehandlung wird ausgeführt, um die Entstehung einer natürlichen Oxidschicht auf der Oberfläche der unteren Elektrode zu verhindern; als dielektrische Schicht wird auf der unteren Elektrode eine amorphe TaxOyNz-Schicht abgeschieden; die amorphe TaxOyNz-Schicht wird kristalli­ siert; auf der kristallinen TaxOyNz-Schicht wird eine obere Elektrode ausgebildet, wobei die Summe von x, y und z in der TaxOyNz-Schicht 1 beträgt, y etwa zwischen 0,3 und 0,5 liegt und z zwischen 0,1 und 0,3 und wobei man die amorphe TaxOyNz-Schicht dadurch erhält, dass man einen chemischen Ta-Dampf, der von einem Vorprodukt (precursor) abgeleitet wird, O2-Gas und NH3-Gas mit einem Druck von etwa 0,1 bis 100 Torr bei einer Tempe­ ratur von etwa 300 bis 600°C einer LPCVD-Reaktionskammer zuführt und mittels einer chemischen Oberflächenreaktion.
Hierbei wird das O2-Gas mit etwa 50 bis 150 cm3/s zugeführt und NH3 mit etwa 30 bis 70 cm3/s.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Kondensators auf einem Halbleiterbauelement;
Fig. 2A bis 2C Querschnittsansichten eines Kondensators für ein Halbleiterbauelement gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische bzw. gleichwirkende Elemente bzw. Schichten.
Wie in Fig. 2A gezeigt ist, ist eine Feldoxidschicht 31 (field oxid) auf einem ausgewählten Abschnitt eines Halbleitersubstrats 30 ausgebildet, das eine bestimmte Leitfähigkeit auf­ weist; hierzu wird ein bekanntes Verfahren angewendet. Eine Gateelektrode 33 mit einer Gateisolationsschicht 32 auf deren Unterseite wird auf einem ausgewählten Abschnitt des Halbleitersubstrats 30 ausgebildet und eine Abstandsschicht 34 wird mittels eines bekannten Verfahren an beiden Seitenwänden der Gateelektrode 33 ausgebildet. Eine Übergangszone 35 wird auf dem Halbleitersubstrat 30 auf beiden Seiten der Gateelektrode ausgebildet, so dass auf diese Weise ein MOS-Transistor ausgebildet wird. Eine erste Zwischenisolations­ schicht 36 (interlevel insulating layer) und eine zweite Zwischenisolationsschicht 38 werden auf dem Halbleitersubstrat 30, auf dem der MOS-Transistor ausgebildet ist, ausgebildet. Anschließend wird die zweite und erste Zwischenisolationsschicht 38, 36 bemustert bzw. mit Mustern versehen, um einen vorausgewählten Abschnitt der Übergangszone 35 freizule­ gen, um auf diese Weise ein Speicherknoten-Kontaktloch H auszubilden. Eine untere Elekt­ rode 40 wird so ausgebildet, dass diese in Kontakt zu der freigelegten Übergangszone 35 steht. In diesem Stadium wird die untere Elektrode der vorliegenden Ausführungsform aus­ gebildet, wozu verschiedene geometrische Formen möglich sind, wie beispielsweise eine rechteckförmige oder zylindrische Säule. Eine HSG-Schicht 41 wird mit Hilfe eines be­ kannten Verfahrens auf der unteren Elektrode ausgebildet, so dass die Oberfläche bzw. der. Flächeninhalt der Oberfläche der unteren Elektrode 40 vergrößert wird. Anschließend wird die untere Elektrode 40 und die zweite Zwischenisolationsschicht 38 mit Hilfe von HF-Dampf, einer HF-Lösung oder einer Verbindung, die HF enthält, gereinigt, um die Erzeu­ gung bzw. Entstehung einer natürlichen Oxidschicht mit einer kleinen Dielektrizi­ tätskonstante auf der Oberfläche der HSG-Schicht 41 zu verhindern, d. h. den der Grenz­ schicht zwischen der unteren Elektrode 40 einschließlich der HSG-Schicht 41 und einer dielektrischen Schicht (nicht dargestellt), die später ausgebildet wird. Der Reinigungsschritt kann in in-situ (in der Reaktionskammer) oder ex-situ (außerhalb der Reaktionskammer) ausgeführt werden. Außerdem kann die Oberfläche der HSG-Schicht mit Hilfe einer NH4OH-Lösung oder einer H2SO4-Lösung grenzflächenbehandelt (interface-treated) wer­ den, um die Homogenität der Grenzschicht weiter zu verbessern, und zwar vor oder im Anschluss an die Reinigung der natürlichen Oxidschicht mit geringer Dielektrizi­ tätskonstante.
Wie in Fig. 2B gezeigt ist, wird als Dielektrikum eine amorphe TaxOyNz-Schicht 43 in-situ oder ex-situ bei einem oberen Abschnitt der oberflächenbehandelten unteren Elektrode 40 ausgebildet, und zwar mit einer Dicke von etwa 50 bis 150 Angström. Hierbei beträgt die Summe von x, y und z in der amorphen TaxOyNz-Schicht 43 1, wobei y etwa zwischen 0,3 und 0,5 liegt und vorzugsweise 0,4 beträgt und z zwischen etwa 0,1 und 0,3 liegt und vor­ zugsweise 0,2 beträgt. Die amorphe TaxOyNz-Schicht 43 wird mit Hilfe einer chemischen Reaktion eines chemischen Ta-Dampfes, den man von einem Vorprodukt ableitet, eines O2-Gases und eines NH3-Gases in einer LPCVD-Reaktionskammer (Kammer zur Abscheidung aus der chemischen Dampfphase bei niedrigem Druck). Wenn die TaxOyNz-Schicht abge­ schieden wird, tritt hierbei eine chemische Reaktion nur auf der Waferoberfläche unter der Bedingung auf, dass eine Gasphasenreaktion innerhalb der Reaktionskammer extrem einge­ schränkt wird, um die Teilchen- bzw. die Körnchenerzeugung innerhalb der Kammer zu minimieren. In diesem Stadium wird es bevorzugt, dass die Temperatur in der LPCVD-Kammer etwa 300 bis 600°C beträgt und der Druck etwa zwischen 0,1 und 10 Torr liegt. Als Vorprodukt wird eine organisches Metall verwendet, dass Tantal enthält, beispielsweise Ta(OC2H5)5 (Tantal-Ethylat) und Ta(N(CH3)2)5 (Penta-Dimethyl-Amino-Tantal). Hierbei befindet sich das Vorprodukt, wie beispielsweise Ta(OC2H5)5 und Ta(N(CH3)2)5, im flüssi­ gen Zustand, was aus dem Stand der Technik bekannt ist, so dass das Vorprodukt der LPCVD-Kammer vorzugsweise zugeführt wird, nachdem dieses in den gasförmigen bzw. dampfförmigen Zustand überführt worden ist. Eine bestimmte Menge des Vorproduktes im Flüssigzustand strömt unter Verwendung eines Steuergerätes, wie beispielsweise eines MFCs (Massenfluss-Controler), ein und wird dann in einem Verdampfer oder in einer Verdampferröhre, die eine Öffnung oder Düse umfasst, verdampft, um auf diese Weise einen chemischen Ta-Dampf zu erzeugen. In diesem Stadium wird das Vorprodukt vorzugsweise dem Verdampfer oder der Verdampferröhre mit einer Rate von etwa 100 bis 200 mg/min zugeführt. Die Temperatur des Verdampfers und eines Rohrs, das mit der Kammer verbun­ den ist, sowie der Strömungsstrecke des Ta-Dampfes wird vorzugsweise auf einer Tempe­ ratur von etwa 150 bis 200°C gehalten, um eine Kondensation des chemischen Ta-Dampfes zu verhindern. Außerdem wird ein O2-Gas mit einer Rate von etwa 50 bis 150 cm3/s (sccm) zugeführt, um sicherzustellen, dass y etwa im Bereich zwischen 0,3 bis 0,5 liegt und wird NH3-Gas mit einer Rate von etwa 30 bis 70 cm3/s (sccm) zugeführt, um sicherzustellen, dass z etwa zwischen 0,1 bis 0,3 liegt.
Wie in Fig. 2C gezeigt ist, wird anschließend die amorphe TaxOyNz-Schicht 43 mit Hilfe eines Temperschrittes kristallisiert, um einen weiteren stabilen Zustand zu erzielen. In die­ sem Stadium wird der Kristallisationsschritt als ein RTP-Verfahren (rasche thermische Nitridation) in-situ oder ex-situ in einer Kammer mit einer Atmosphäre mit N2O oder O2 und bei einer Temperatur von etwa 600 bis 950°C während einer Zeitdauer von etwa 30 Sekunden bis 10 Minuten ausgeführt. Entsprechend diesem Kristallisationsschritt wird die amorphe TaxOyNz-Schicht 43 zu einer kristallinen TaxOyNz-Schicht 43a und dann werden die Verunreinigungen bzw. Störstellen darin entfernt, um auf diese Weise die Dielektrizi­ tätskonstante der TaxOyNz-Schicht 43a zu verbessern. Die amorphe TaxOyNz-Schicht 43 kann in einem Ofen kristallisiert werden, der eine Atmosphäre mit N2O-, O2- oder N2-Gas auf­ weist und bei einer Temperatur von etwa 600 bis 950°C gehalten wird. Außerdem kann der Kristallisationsschritt mit Hilfe des RTP-Verfahrens oder in einem Ofen unter einer Gasat­ mosphäre, die Stickstoff enthält, beispielsweise einer Atmosphäre mit NH3, N2 oder einem Gemisch aus N2/H2, und bei einer Temperatur von etwa 600 bis 950°C ausgeführt wer­ den. In diesem Stadium, wenn der Temperschritt unter der Stickstoffatmosphäre ausgeführt wird, kristallisiert die amorphe TaxOyNz-Schicht 43 und werden die darin enthaltenen Ver­ unreinigungen bzw. Störstellen sämtliche zerstreut. Als Folge wird aufgrund der Oberflä­ chennitrierung eine Reaktion zwischen der oberen Elektrode und der TaxOyNz-Schicht 43a unterbunden. Anschließend wird eine Leitungssperrschicht 44 (conduction barrier) auf einem oberen Abschnitt der kristallisierten TaxOyNz-Schicht 43a ausgebildet und wird eine TiN-Schicht ausgebildet. Die obere Elektrode 45 wird aus einer dotierten Poly- Siliziumschicht ausgebildet und wird auf einem oberen Abschnitt bzw. der Oberseite der Leitungssperrschicht 44 ausgebildet.
Außerdem kann die Oberflächenbehandlung der unteren Elektrode vor dem Abscheiden der amorphen TaxOyNz-Schicht ersetzt werden durch ein Temperverfahren mit einem Plasma aus NH3-Gas oder das vorgenannte RTN-Verfahren.
Wie vorstehend beschrieben wurde, bestehen die folgenden Vorteile, wenn als Dielektrikum eine TaxOyNz-Schicht verwendet wird mit x + y + z = 1, 0,3 ≦ y ≦ 0,5 und 0,1 ≦ z ≦ 0,3.
Weil die TaxOyNz-Schicht eine große Dielektrizitätskonstante von etwa 25 bis 30 aufweist und eine stabile Ta-O-N-Struktur, sind auch die dielektrischen Eigenschaften dieser Schicht den Eigenschaften einer NO-Schicht überlegen. Außerdem besitzt die TaxOyNz-Schicht eine stabilere Stöchiometrie als eine Ta2O5-Schicht. Deshalb hat die TaxOyNz-Schicht 43 eine größere Toleranz gegen externe elektrische Durchschläge und eine größere Durchbruch­ spannung und einen sehr geringen Leckstrom.
Weil die Ta-Substitutionsatome, wie sie in der Ta2O5-Schicht vorliegen, nicht innerhalb der TaxOyNz-Schicht vorkommen, kann außerdem ein gesonderter Oxidations-Verfahrensschritt vermieden werden. Weil die TaxOyNz-Schicht eine sehr geringe Oxidations-Reaktivität zeigt, tritt außerdem kaum eine Oxidation der unteren Elektroden 40, 41 und der oberen Elektrode 44 auf. Deshalb kann die Dicke der äquivalenten dielektrischen Schicht auf weniger als 40 Angström genau kontrolliert werden.
Verunreinigungen bzw. Störstellen in der TaxOyNz-Schicht werden entfernt und kristallisiert, indem ein thermischer Verfahrensschritt im Anschluss an die Ausbildung der TaxOyNz-Schicht ausgeführt wird. Deshalb ist die Dielektrizitätskonstante der TaxOyNz-Schicht größer und deren Leckstrom kleiner.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird die TaxOyNz-Schicht in einer einzelnen Schicht ausgebildet und dann wird auf einmal ein Temperschritt zum Ausdiffundieren von Verunreinigungen bzw. Störstellen ausgeführt, nachdem die TaxOyNz-Schicht abgeschieden worden ist. Folglich ist das Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform einfacher als das der herkömmlichen Tantal(V)-Oxidschicht.
Zahlreiche weitere Modifikationen werden dem Fachmann auf diesem Gebiet beim Studium der vorstehenden Beschreibung ersichtlich werden, ohne vom Schutzbereich und dem Lö­ sungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims (24)

1. Kondensator für Halbleiterspeicherbauelemente, umfassend:
eine untere Elektrode (40);
eine dielektrische Schicht (43), die auf der unteren Elektrode (40) ausgebildet ist; und
eine obere Elektrode (45), die auf dem oberen Abschnitt bzw. der Oberseite der dielektrischen Schicht (43) ausgebildet ist, wobei
die dielektrische Schicht (43) eine kristalline TaxOyNz-Schicht ist, und die Summe von x, y und z in der kristallinen TaxOyNz-Schicht eins beträgt und y etwa zwischen 0,3 und 0,5 und z etwa zwischen 0,1 und 0,3 liegt.
2. Kondensator nach Anspruch 1, bei dem die Dicke der TaxOyNz-Schicht etwa 50 bis 150 Angström beträgt.
3. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators auf einem Halbleitersubstrat (10), mit den folgenden Schritten:
auf dem Halbleitersubstrat (10) wird eine untere Elektrode (40) ausgebildet;
auf der unteren Elektrode (40) wird als dielektrische Schicht eine amorphe TaxOyNz-Schicht (43) abgeschieden;
die amorphe TaxOyNz-Schicht wird kristallisiert; und
auf der kristallinen TaxOyNz-Schicht (43a) wird eine obere Elektrode (45) ausgebil­ det, wobei
die Summe von x, y und z in der TaxOyNz-Schicht (43) 1 beträgt und y etwa zwi­ schen 0,3 und 0,5 und z etwa zwischen 0,1 und 0,3 liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem zum Abscheiden der amorphen TaxOyNz-Schicht (43) diese Schicht durch Zuführen eines chemischen Ta-Dampfes, den man aus einem Vorprodukt erhält, eines O2-Gases und eines NH3-Gases mit einem Druck von etwa 0,1 bis 100 Torr bei einer Temperatur von etwa 300 bis 600°C in eine LPCVD-Reaktionskammer erhält und mittels einer chemischen Oberflächenre­ aktion derselben.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das O2-Gas mit etwa 50 bis 150 cm3/s und NH3 mit etwa 30 bis 70 cm3/s zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem man den chemischen Ta-Dampf durch Einstellen der Dosierung bzw. Reinheit des Vorprodukts auf mehr als etwa 99,999% entsprechend einem Strömungs-Controler erzielt und diesen dann in einem Ver­ dampfer oder einem Verdampfungsröhre verdampfen lässt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Vorprodukt der Verdampferröhre mit etwa 50 bis 500 mg/min zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Temperatur des Verdampfers oder der Verdampferröhre auf etwa 150 bis 200°C gehalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Vorprodukt Ta(OC2H5)5 oder Ta(N(CH3)2)5 ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, mit dem weiteren Schritt einer Ober­ flächenbehandlung, um die Erzeugung bzw. Entstehung eines natürlichen Oxids auf der Oberfläche der unteren Elektrode zwischen den Verfahrensschritten der Ausbil­ dung der unteren Elektrode (40) und des Abscheidens der TaxOyNz-Schicht (43) zu verhindern.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Oberflächenbehandlung der unteren Elekt­ rode als Reinigungsschritt ausgeführt wird, wozu HF-Dampf, eine HF-Lösung und eine Verbindung, die HF enthält, verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, mit dem weiteren Schritt einer Grenzflächenbehand­ lung mit Hilfe einer NH4OH-Lösung oder einer H2SO4-Lösung, und zwar vor dem oder im Anschluss an den Reinigungsschritt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, bei dem die Kristallisierung der TaxOyNz-Schicht (43) so ausgeführt wird, dass eine resultierende, abgeschiedene TaxOyNz-Schicht (43) in einer Atmosphäre mit einem Gas, das Stickstoff enthält, und bei einer Temperatur von etwa 600 bis 950°C getempert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Kristallisierung der TaxOyNz-Schicht (43) so ausgeführt wird, dass eine resultierende abgeschiedene TaxOyNz-Schicht (43) in einer Atmosphäre mit einem Gas, das Sauerstoff enthält, und bei einer Temperatur von etwa 600 bis 950°C getempert wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators auf einem Halbleitersubstrat, mit den folgenden Schritten:
auf dem Halbleitersubstrat (10) wird eine untere Elektrode (40) ausgebildet;
eine Oberflächenbehandlung wird vorgenommen, um die Bildung einer natürlichen Oxidschicht auf der Oberfläche der unteren Elektrode (40) zu verhindern;
auf der unteren Elektrode (40) wird als dielektrische Schicht eine amorphe TaxOyNz-Schicht (43) abgeschieden;
die amorphe TaxOyNz-Schicht (43) wird kristallisiert; und
auf der kristallinen TaxOyNz-Schicht (43) wird eine obere Elektrode (45) ausgebildet, wobei
die Summe von x, y und z in der TaxOyNz-Schicht (43) 1 beträgt, y etwa zwischen 0,3 und 0,5 liegt und z etwa zwischen 0,1 und 0,3 und wobei die amorphe TaxOyNz-Schicht (43) erhalten wird durch Zuführen eines chemischen Ta-Dampfes, den man aus einem Vorprodukt erhält, eines O2-Gases und eines NH3-Gases mit einem Druck von etwa 0,1 bis 100 Torr bei einer Temperatur von etwa 300 bis 600°C in eine LPCVD-Kammer und mittels einer chemischen Reaktion derselben.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das O2-Gas mit etwa 50 bis 150 cm3/s und NH3 mit etwa 30 bis 70 cm3/s zugeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem man den chemischen Ta-Dampf erhält, indem man die Dosierung bzw. Reinheit des Vorprodukts auf mehr als 99,999% einstellt, und zwar entsprechend einem Strömungs-Controler, und dann diesen in einem Ver­ dampfer oder einer Verdampferröhre verdampfen lässt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Vorprodukt der Verdampferröhre mit etwa 50 bis 500 mg/min zugeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Temperatur des Verdampfers oder der Verdampferröhre auf etwa 150 bis 200°C gehalten wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Vorprodukt Ta(OC2H5)5 oder Ta(N(CH3)2)5 ist.
21. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Oberflächenbehandlung der unteren Elekt­ rode (40) als Reinigungsschritt ausgeführt wird, wozu HF-Dampf, eine HF-Lösung und eine Verbindung, die HF enthält, verwendet wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, mit dem weiteren Schritt einer Grenzflächenbehand­ lung mit Hilfe einer NH4OH-Lösung oder einer H2SO4-Lösung, und zwar vor dem oder nach dem Reinigungsschritt.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 27, bei dem die Kristallisierung der TaxOyNz-Schicht (43) so ausgeführt wird, dass eine resultierende abgeschiedene TaxOyNz-Schicht (43) in einer Atmosphäre mit einem Gas, das Stickstoff enthält, und bei einer Temperatur von etwa 600 bis 950°C getempert wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, bei dem die Kristallisierung der TaxOyNz-Schicht (43) so ausgeführt wird, dass eine resultierende abgeschiedene TaxOyNz-Schicht (43) in einer Atmosphäre mit einem Gas, das Sauerstoff enthält, und bei einer Temperatur von etwa 600 bis 950°C getempert wird.
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