DE10064068B4 - Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren von Halbleitereinrichtungen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kondensators für eine Halbleitereinrichtung, das die Schritte aufweist: ein Halbleitersubstrat (1) wird zur Verfügung gestellt, auf welchem ausgewählte untere Strukturen ausgebildet worden sind; eine Zwischenisolationsschicht (2) wird auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet; eine untere Elektrode (3) wird auf der Zwischenisolationsschicht (2) ausgebildet; eine Dünnschicht (4) aus amorphem TaON wird auf der unteren Elektrode (3) abgeschieden; die Dünnschicht (4) aus amorphem TaON wird unter einem Druck von weniger als 133,32 × 102 Pa (100 Torr) in einer N2- oder NH3-Atmosphäre getempert, um eine dielektrische Dünnschicht (4a) auszubilden, die kristallines TaON aufweist; und einen zusätzlichen Temperungsschritt, wobei der zusätzliche Temperungsschritt nach dem Schritt zum Tempern der Dünnschicht aus amorphem TaON (4) unter einem Druck von weniger als 133,32 × 102 Pa und vor dem Schritt zur Ausbildung einer oberen Elektrode (6) vervollständigt wird; eine obere Elektrode (6) wird auf der kristallisierten dielektrischen...

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren für Halbleitereinrichtungen und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren, die eine dielektrische Schicht aus TaON haben, die sowohl die verbesserten elektrischen Charakteristiken als auch die hohen Kapazitätswerte zeigt, die für fortschrittliche Halbleitereinrichtungen erforderlich sind.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Wie es wohlbekannt ist, haben jüngste Entwicklungen der Halbleiterherstellungstechnologien die erfolgreiche Herstellung von Halbleiterprodukten ermöglicht, die wachsend hohe Integrationsniveaus haben. Im Ergebnis werden aktive Forschungs- und Entwicklungsbemühungen fortgesetzt sowohl auf die Verringerung des Zellenbereiches als auch die Verringerung der Betriebsspannung der Einrichtung gerichtet. Die Verringerung des Zellenbereiches bzw. der Zellenfläche hat jedoch eine allgemeine entsprechende Verringerung der Fläche erfordert, die zur Ausbildung des Kondensators verfügbar ist, während immer noch gleiche Kapazitätsniveaus erforderlich sind. Im Lichte dieser konkurrierenden Anforderungen hat es sich deshalb als schwierig erwiesen, die höher integrierten Speichereinrichtungen herzustellen.
  • Dementsprechend gibt es einen Bedarf nach Kondensatoren, die dazu in der Lage sind, eine ausreichende Kapazität in einer verringerten Fläche bzw. Bereich zur Verfügung zu stellen, um die Herstellung von hochintegrierten Halbleitereinrichtungen zu unterstützen, z. B. einer Speichereinrichtung, die mehr als 256M Speicherzellen hat. Insbesondere beträgt die Kapazität, die für einen stabilen Betrieb der Speichereinrichtung erforderlich ist, ungefähr 25fF pro Zelle. Kapazitätswerte von dieser Größenordnung sind nötig, um die Erzeugung von Softfehlern und die entsprechende Verringerung der Auffrischzeit trotz der Verringerung der Fläche (bzw. des Bereiches), die für die Ausbildung des Kondensators verfügbar ist, zu verringern.
  • Die grundsätzliche Kondensatorstruktur, eine dielektrische Schicht, die zwischen einer unteren Elektrode und einer oberen Elektrode liegt, ist wohlbekannt. Gleichermaßen ist es wohlbekannt, dass die Kapazität eines gegebenen Kondensators proportional sowohl zu dem Oberflächenbereich der Elektrode als auch der dielektrischen Konstante der dielektrischen Schicht ist und umgekehrt proportional zu der Beabstandung zwischen den Elektroden ist, das heißt, der Dicke der dielektrischen Schicht.
  • Bemühungen um die Kapazität des Kondensators zu vergrößern, ohne die Zellengröße zu steigern, haben die Ausbildung unterer Elektroden, die komplexe dreidimensionale Strukturen, wie etwa Zylinder, Stufen und Stege bzw. Rippen, haben, und die Verwendung von Materialien mit größerem Oberflächenbereich enthalten, wie etwa halbsphärischer Körner (HSG) aus Polysilizium. Bemühungen, die Kapazitanz bzw. Kapazität steigern, haben auch die Verwendung von dielektrischen Materialien enthalten, die höhere hoch-dielektrische Konstanten haben.
  • Weil jedoch das Verfahren, das nötig ist, um untere Elektroden von Kondensatoren auszubilden, die dreidimensionale Strukturen haben, zusätzliche Schwierigkeiten und Komplikationen in den Herstellungsprozess einführt, sind kürzliche Bemühungen auf die Entwicklung einer dielektrischen Schicht konzentriert worden, die eine höhere dielektrische Konstante hat.
  • Zum Beispiel wird eine dielektrische Schicht, die eine Mehrfachschicht mit Oxid/Nitrid/Oxid(ONO)-Struktur oder eine Nitrid/Oxid(NO)-Struktur hat, üblicherweise als eine dielektrische Schicht eines Kondensators verwendet. Weil jedoch die dielektrische Konstante (ε) der NO-Struktur nur 4–5 oder dergleichen beträgt, ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, eine dielektrische NO-Schicht zu verwenden und immer noch ausreichend Kapazität zu erhalten, um die Erzeugung von Softfehlern und die Verringerung der Aufrischzeit zu verhindern. Bemühungen sind dabei, die die dielektrische NO-Schicht und ihre dielektrische Konstante von 4~5 durch eine Dünnschicht aus Ta2O5 zu ersetzen, die eine dielektrische Konstante von 25~27 hat. Die höhere dielektrische Konstante der Ta2O5-Schicht ermöglicht den Aufbau von Kondensatoren, die eine wesentlich höherer Kapazität haben als ähnlich bzw. gleich abgemessenen NO-Kondensatoren.
  • Die Dünnschicht aus Ta2O5 verschlechtert jedoch den Leckstrom und die dielektrische Charakteristik eines Kondensators. Folglich ist es schwierig, die Dünnschicht aus Ta2O5 als eine dielektrische Schicht zu verwenden.
  • In einer nominellen Dünnschicht aus Ta2O5 kommen jedoch substituierte Ta-Atome unvermeidlich als ein Ergebnis von Variationen des Zusammensetzungsverhältnisses zwischen Ta- und O-Atomen innerhalb der Schicht vor. Die nominelle Stöchiometrie gibt einfach nicht die chemische Instabilität der Dünnschicht aus Ta2O5 wieder. Mit anderen Worten, es sind immer substituierte Ta-Atome in der Form von freien Sauerstoffbindungen in der Dünnschicht aus Ta2O5 auf Grund der variablen und instabilen Stöchiometrie des Ta2O5-Materials vorhanden. Diese freien Sauerstoffbindungen verursachen dann einen Leckstrom, der in einem Kondensator erzeugt wird. Deshalb ist es schwierig, die Dünnschicht aus Ta2O5 als die dielektrische Schicht ohne zusätzliche Behandlung zu verwenden.
  • Während der Ausbildung der Dünnschicht aus Ta2O5 können organische Komponenten von dem Ta(OC2H5)5, einer Vorgängerzusammensetzung, die allgemein zur Ausbildung der Schicht aus Ta2O5 verwendet wird, mit O2- oder N2O-Gas reagieren, so dass Verunreinigungen, das heißt Kohlenstoff (C), Kohlenstoffverbindungen (wie etwa CH4 und C2H4) und Wasserdampf (H2O) ausgebildet und in die Dünnschicht einbezogen werden. Als ein Ergebnis dieser Verunreinigung wie auch anderer Ionen, freier Radiale und der freien Sauerstoffbindungen in der Schicht aus Ta2O5 neigen die sich ergebenden Kondensatoren dazu, einen erhöhten Leckstrom und verschlechterte dielektrische Charakteristiken vorzuweisen.
  • Aus diesem Grund ist es nötig, um die Erzeugung von Leckstrom in den Ta2O5-Kondensatoren zu vermeiden, sowohl einen getrennten Oxidationsprozess, um die Stöchiometrie der Dünnschicht aus Ta2O5 durch Oxidation der Ta-Substitutionsatome, die in der dielektrischen Dünnschicht vorhanden sind, zu stabilisieren, als auch eine Reihe von thermischen Erhitzungs- bzw. Temperungsprozessen bei niedrigen Temperaturen durchzuführen. Die Verwendung einer Dünnschicht aus Ta2O5 als der dielektrischen Schicht neigt deshalb dazu, den gesamten Prozess zur Herstellung eines Kondensators komplizierter zu machen. Ferner kann eine Oxidationsreaktion an der Zwischenfläche zwischen der unteren Elektrode, üblicherweise aus Polysilizium, und der Dünnschicht aus Ta2O5 während des thermischen Erhitzungs- bzw. Temperungsprozesses bei niedrigen Temperaturen erzeugt werden. Diese Reaktion und die sich ergebende Ausbildung einer dünnen Oxidschicht an der Zwischenfläche verschlechtern die dielektrischen Charakteristiken des Kondensators weiter.
  • Folglich ist eine Dünnschicht aus TaON als eine alternative dielektrische Schicht vorgeschlagen worden, die dazu in der Lage ist, die gewünschte hohe Kapazität, den niedrigen Leckstrom und gute dielektrische Charakteristiken zu erhalten. Wie die Dünnschicht aus Ta2O5 wird die Dünnschicht aus TaON durch die Reaktion zwischen einer organischen Metallverbindung (Ta(OC2H5)5) und O2-Gas ausgebildet und neigt deshalb dazu, die gleichen Verunreinigungen, wie etwa Kohlenstoff, Kohlenstoffverbindungen und Wasserdampf zu enthalten. Deshalb werden Dünnschichten aus TaON üblicherweise unter einer N2O- oder O2-Gasatmosphäre erhitzt bzw. getempert, um die einbezogenen Verunreinigungen zu entfernen oder zu verringern.
  • Andererseits werden Konzentrationen von Atomen, die in der dielektrischen Schicht eines Kondensators gemäß dem herkömmlichen Stand der Technik unter Bezugnahme auf die 4A und 4B vorkommen, wie folgt beschrieben.
  • Wie in den 4A und 4B gezeigt, ist im Vergleich mit Zusammensetzungen von Atomen, die Ta, O, N, C, Si umfassen, in einer Dünnschicht aus TaON, wenn eine amorphe Dünnschicht aus TaON nach dem herkömmlichen Stand der Technik zusammengesetzt wird und eine Erhitzung von N2O im Ofen ausgeführt wird, der Stickstoffverlust durch die Erhitzung bzw. das Tempern im Ofen größer als der durch die Abscheidung einer amorphen Dünnschicht aus TaON.
  • Das heißt, ein substituiertes Ta-Atom auf Grund einer Differenz der Zusammensetzung zwischen Ta und O kommt in einer Dünnschicht aus TaON vor.
  • Auf Grund dessen wird ein Kohlenstoffatom und eine Kohlenstoffverbindung, die C, CH4O, C2H4 usw. und H2O enthalten, auf Grund der Reaktion von organischem von Ta(OC2H5)H5 bei der Abscheidung einer dielektrischen Schicht erzeugt. Demgemäß wird eine Zusammensetzung von Stickstoff in der Dünnschicht aus TaON verringert, wodurch ein Leckstrom eines Kondensators erhöht wird und eine Charakteristik einer dielektrischen Schicht stark verschlechtert wird.
  • In dem Falle einer Dünnschicht aus TaON kann jedoch die Erhitzung bzw. das Tempern unter einer N2O- oder O2-Gasatomsphäre Stickstoff dazu veranlassen, durch aktivierten Sauerstoff ersetzt zu werden, wodurch die effektive dielektrische Konstante der Schicht verringert wird. Die Notwendigkeit, die Schicht aus TaON zu erhitzen bzw. zu tempern und die resultierende Verschlechterung der dielektrischen Konstante verursachen die Begrenzung der Kapazitätsniveaus, die durch einen Kondensator erreicht werden können, der eine derartige Dünnschicht aus TaON verwendet.
  • Die US 5 677 015 A und die nachveröffentlichte DE 100 55 431 A1 beschreiben jeweils Verfahren zur Herstellung eines Kondensators für eine Halbleitereinrichtung, bei denen eine Dünnschicht aus amorphen TaON auf einer unteren Elektrode abgeschieden wird, die Dünnschicht aus amorphen TaON getempert wird, um eine kristalline dielektrische Schicht auszubilden, und eine obere Elektrode auf der kristallinen dielektrischen Schicht ausgebildet wird. Die nachveröffentlichte DE 100 55 431 A1 beschreibt weiterhin einen zusätzlichen Temperschritt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators für eine Halbleitereinrichtung zur Verfügung zu stellen, der einen verbesserten Leckstrom und verbesserte dielektrische Charakteristiken vorzuweisen hat, wobei eine Dünnschicht aus TaON als eine dielektrische Schicht verwendet wird.
  • Die obige Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Vorteile und die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung können leichter im Licht der folgenden im Einzelnen dargelegten Beschreibung und den beigefügten Figuren verstanden werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER DARSTELLUNGEN
  • 1A bis 1D sind querschnittliche Ansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators unter Verwendung einer Dünnschicht aus TaON als einer dielektrischen Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 2 ist eine querschnittliche Ansicht, die einen Kondensator zeigt, der eine MIS- Struktur hat, der gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
  • 3 ist eine querschnittliche Ansicht, die einen Kondensator zeigt, der eine MIS- Struktur hat, der gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
  • 4A und 4B zeigen Zusammensetzungen von Atomen, die Ta, O, N, C, Si in einer Dünnschicht aus TaON enthalten, wenn eine Dünnschicht aus amorphem TaON zusammengesetzt wird und eine Erhitzung bzw. ein Tempern in einem Ofen in N2O gemäß einem der Anmelderin bekannten, herkömmlichen Stand der Technik jeweils ausgeführt wird.
  • 5 zeigt Zusammensetzungen von Atomen, die Ta, O, N, C, Si in einer Dünnschicht aus TaON enthalten, wenn eine Dünnschicht aus amorphem TaON zusammengesetzt wird und eine Vakuumtemperung bzw. –erhitzung oder –glühung unter N2-Atmosphäre nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die 1A stellt ein Halbleitersubstrat 1 dar, auf dem eine untere Struktur bzw. ein unteres Muster, wie etwa ein Transistor (nicht gezeigt), ausgebildet worden ist. Eine Schicht aus einem isolierenden Material, wie etwa USG, BPSG oder SiON, wird dann auf dem Substrat 1 abgeschieden, um das untere Muster bzw. die untere Struktur abzudecken und wird planarisiert, um eine Zwischenisolationsschicht 2 auszubilden. Ein Kontaktloch wird auf der Zwischenisolationsschicht 2 ausgebildet, um einen ausgewählten Abschnitt von dem Substrat 1 freizulegen, bevorzugt einen Sourcebereich. Eine dotierte Polysiliziumschicht wird dann auf der Zwischenisolationsschicht 2 in einer LPCVD-Kammer abgeschieden. Die Polysiliziumschicht, die ausreichend dick ist (näherungsweise 30~50 nm), um das Kontaktloch vollständig zu vergraben, wird dann mit einer Struktur versehen und geätzt, um eine untere Elektrode 3 auszubilden, die eine einfache Stapelstruktur hat.
  • Obwohl die untere Elektrode 3 dargestellt ist, als ob sie nur einen einfachen gestapelten Aufbau hat, kann sie auch als eine dreidimensionale Struktur, wie etwa ein Zylinder, eine Stufe oder eine Rippenstruktur konfiguriert sein und kann eine halbsphärisch gekörnte (HSG) Oberfläche aus Polysilizium enthalten.
  • Bezugnehmend auf 1B wird dann eine Dünnschicht 4 aus amorphem TaON (näherungsweise 5~15 nm) auf der unteren Elektrode 3 durch eine chemische Oberflächenreaktion zwischen einem chemischen Ta-Dampf und einem Reaktionsgas, Ammoniak (5–500 cm3/min unter Standardbedingungen (sccm) NH3) in einer LPCVD-Kammer, die auf einer Temperatur von zwischen 300 und 600 °C und bei einem Druck von weniger als 133,32 × 102 Pa (100 Torr) gehalten wird, abgeschieden. Der chemische Dampf von Ta wird durch Verdampfen einer 99,99%igen Lösung von Ta(OC2H5)5 in einem Verdampfer bei einer Temperatur von mehr als 150 °C und bevorzugt zwischen 150 und 200 °C, erhalten. Die Ta(OC2H5)5-Lösung wird in den Verdampfer bei einer gesteuerten Rate eingespeist, bevorzugt bei einer Rate von weniger als 300 mg/Minute, wobei eine Strömungssteuerung, wie etwa eine Massenflusssteuerung (MFC) verwendet wird. Der vollständige Strömungsweg des chemischen Ta-Dampfes von dem Verdampfer zu der LPCVD-Kammer, einschließlich einer Öffnung, einem Ventil oder Zufuhrrohren, wird auch bei einer Temperatur von zwischen 150 und 200 °C gehalten, um die Kondensation des chemischen Ta-Dampfes zu verhindern.
  • Die untere Elektrode 3 des Kondensators kann gereinigt werden, bevor die amorphe Dünnschicht 4 aus TaON abgeschieden wird, um eine natürliche Oxidationsschicht und Partikel zu entfernen, die auf die Oberfläche der unteren Elektrode 3 gebracht worden sind. Der Reinigungsprozess kann entweder eine Trockenreinigung unter Verwendung von HF-Dampf oder eine Nassreinigung unter Verwendung einer HF-Lösung enthalten.
  • Die untere Elektrode 3 des Kondensators kann während eines nachfolgenden thermischen Prozesses nitriert werden, bevor die Dünnschicht 4 aus amorphem TaON abgeschieden wird. Die Nitrierung der unteren Elektrode 3 verhindert die Verschlechterung der Qualität der Dünnschicht aus TaON und einen gesteigerten Leckstrom, der durch die Gegenwart einer Oxidschicht, wie etwa SiO2, an der Zwischenschicht zwischen der unteren Elektrode 3 und der Dünnschicht 4 aus TaON entstehen würde. Diese Nitrierung kann unter Verwendung eines in-situ Plasmas unter einer NH3-Atmosphäre über 1 bis 50 Minuten in die Tat umgesetzt werden.
  • Bezugnehmend auf 1C wird eine kristallisierte Dünnschicht 4a aus TaON, um als dielektrische Schicht zu dienen, durch Tempern der Dünnschicht aus amorphem TaON in einer N2- oder NH3-Atmosphäre unter Verwendung eines Ofens (bei einer Temperatur von 700~800 °C und einem Druck von weniger als 133,32 × 102 Pa) ausgebildet. Durch Tempern der Dünnschicht aus amorphem TaON unter reduziertem Druck und in einer Umgebung, die keinen flüchtigen Sauerstoff hat, kristallisiert die Dünnschicht aus TaON 4a in einem Stickstoffzustand und behält die Bindungsstruktur der Ta-O-N-Struktur bei.
  • Demgemäß hat die Dünnschicht 4a aus TaON, die in einer stickstoffreichen Atmosphäre gemäß der vorliegenden Erfindung getempert worden ist, eine hohe Dielektrizitätskonstante und enthält typischerweise 15~30% Stickstoff. Als ein Ergebnis des Temperns der Dünnschicht aus TaON 4a werden austauschbare Ta-Atome, die in der Dünnschicht aus amorphem TaON verblieben sind, entfernt, wodurch die Leckstromcharakteristiken der sich ergebenden Kondensatoren verbessert werden.
  • Eine Oxidschicht 5 (näherungsweise 2~3 nm) wird dann auf der Oberfläche der Dünnschicht 4a aus TaON durch weiteres Tempern der Oberfläche der Dünnschicht 4a aus TaON unter einem reduzierten Druck ausgebildet, z. B. bei weniger als 133,32 × 102 Pa. Dieser zusätzliche Temperungsprozess für die Dünnschicht 4a aus TaON wird unter O2- oder N2O-Gasatmosphäre bei 600~950°C unter Verwendung eines Plasmas (bei einer Temperatur von 400~500°C und einem Druck von 933,25 × 102~999,91 × 102Pa (700–750 Torr)) oder unter Verwendung von RTP (bei einer Temperatur von 750~950°C und einem Druck von 933,25 × 102~999,91 × 102 Pa (700–750 Torr)) durchgeführt, um den Leckstrom und die Durchbruchspannungscharakteristiken des sich ergebenden Kondensators zu verbessern.
  • Bezugnehmend auf 1D wird eine obere Elektrode 6 eines Kondensators durch Abscheiden einer dotierten Schicht aus Polysilizium (näherungsweise 50~200 nm) auf der Oxidschicht ausgebildet. Diese Schicht aus dotiertem Polysilizium wird dann strukturiert und geätzt, um den gewünschten TaON-Kondensator zu erhalten, der eine Silizium-Isolator-Silizium(SIS)-Struktur mit der Dünnschicht aus TaON hat, die als die dielektrische Schicht wirkt.
  • Alternativ kann die obere Elektrode 6 des Kondensators aus einem metallischen Material ausgebildet werden (näherungsweise 20~80 nm), wie etwa einem, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus TiN, TaN, W, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 und Pt, eher als dotiertes Polysilizium. In diesem Fall, wie in 2 gezeigt, ist die gesamte Struktur des Kondensators aus TaON eine Metall-Isolator-Silizium(MIS)-Struktur. Und wie es auch in 2 gezeigt ist, kann die obere Elektrode mit einer gestapelten Struktur ausgebildet sein, die eine dotierte Pufferschicht 8 aus Polysilizium (näherungsweise 50~200 nm) enthält, die über einer oberen Elektrode 7, die aus einer Metallschicht gebildet ist, ausgebildet ist.
  • Es wird bevorzugt, die untere Elektrode 3 des Kondensators aus der Schicht aus dotiertem Polysilizium herzustellen. Jedoch kann, wie die obere Elektrode, die untere Elektrode 3 des Kondensators aus einem Metallmaterial ausgebildet werden, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus TiN, TaN, W, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 und Pt besteht. In einem derartigen Fall eist die gesamte Struktur des Kondensators aus TaON eine Metall-Isolator-Metall(MIM)-Struktur. Insbesondere in den Fällen, in denen eine Metallschicht als die untere Elektrode verwendet wird, ist es unnötig, die untere Elektrode, wie zuvor erörtert, zu reinigen und zu nitrieren.
  • Wie in 3 gezeigt, hat jede untere Elektrode 30 an ihrer oberen Oberfläche eine halbsphärische Kornstruktur (HSG-Struktur), die durch Aufwachsen von Polysilizium in der Form von HSGS erhalten wird. Danach wird eine dielektrische Schicht 92 aus TaON über den unteren Elektroden 30 in der gleichen Weise nach 2 ausgebildet.
  • Schließlich werden obere Elektroden 36 auf der dielektrischen Schicht 32 aus Ta-ON ausgebildet. Folglich ist die Herstellung von Kondensatoren vervollständigt.
  • Wie in 5 gezeigt, falls eine Erhitzung bzw. eine Temperung oder Glühung im Vakuumzustand unter NH3 oder N2 durchgeführt wird, beträgt der Gehalt von Stickstoff von Ta, O, N, C, Si, das in der Dünnschicht aus TaON vorkommt, durch einen Vakuumerhitzungs- bzw. -glüh- oder -temperungsprozess sofort von 15 bis 30%.
  • Demgemäß ist es dazu in der Lage, eine Dünnschicht aus TaON zu erhalten, die einen höheren dielektrischen Faktor hat, als wenn ein Ofenprozess oder ein schneller thermischer Prozess unter N2O- oder O2-Atmosphäre nach dem herkömmlichen Stand der Technik durchgeführt wird.
  • Wie oben beschrieben, wird bei dem Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach der vorliegenden Erfindung die Dünnschicht aus TaON, die eine hohe Dielektrizitätskonstante in der Größenordnung von 25~27 hat, als die dielektrische Schicht verwendet, um wesentliche Steigerungen der Kapazität im Vergleich mit herkömmlichen NO- oder ONO-Dielektrika zu erhalten. Ferner kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden, weil eine einfach gestapelte Struktur dazu in der Lage ist, eine ausreichende Kapazität zur Verfügung zu stellen. Der Verlust des Stickstoffgehaltes in der Dünnschicht aus TaON kann durch eine Erhitzung bzw. Glühung oder Temperung der Dünnschicht aus TaON unter einem reduzierten Druck in einer stickstoffreichen Atmosphäre verhindert werden und dadurch wird ein TaON-Kondensator hergestellt, der sowohl einen guten Leckstrom als auch gute dielektrische Charakteristiken vorzuweisen hat.
  • Weil die TaON-Kondensatoren, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, die gewünschte hohe Kapazität, den stabilen Leckstrom und gute dielektrische Charakteristiken zur Verfügung stellen können, sind derartige Kondensatoren zur Verwendung in der nächsten Generation sehr hoch integrierter Speichereinrichtungen, wie etwa DRAMs, zweckmäßig, die mehr als 256M Zellen haben.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines TaON-Kondensators, der eine hohe Kapazität hat, das die Schritte aufweist, dass eine Zwischenisolationsschicht auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet wird; eine untere Elektrode auf der Zwischenisolationsschicht ausgebildet wird; eine TaON- Dünnschicht in einem amorphen Zustand auf der oberen Elektrode abgeschieden wird; die Dünnschicht aus amorphem TaON in einem Vakuumzustand geglüht bzw. getempert wird, um eine Dünnschicht aus kristallinem TaON auszubilden, die als eine dielektrische Schicht dienen wird; ein zusätzlicher Temperschritt wird durchgeführt; und eine obere Elektrode wird auf der dielektrischen Schicht, die aus der Dünnschicht aus TaON gemacht ist, ausgebildet.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators für eine Halbleitereinrichtung, das die Schritte aufweist: ein Halbleitersubstrat (1) wird zur Verfügung gestellt, auf welchem ausgewählte untere Strukturen ausgebildet worden sind; eine Zwischenisolationsschicht (2) wird auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet; eine untere Elektrode (3) wird auf der Zwischenisolationsschicht (2) ausgebildet; eine Dünnschicht (4) aus amorphem TaON wird auf der unteren Elektrode (3) abgeschieden; die Dünnschicht (4) aus amorphem TaON wird unter einem Druck von weniger als 133,32 × 102 Pa (100 Torr) in einer N2- oder NH3-Atmosphäre getempert, um eine dielektrische Dünnschicht (4a) auszubilden, die kristallines TaON aufweist; und einen zusätzlichen Temperungsschritt, wobei der zusätzliche Temperungsschritt nach dem Schritt zum Tempern der Dünnschicht aus amorphem TaON (4) unter einem Druck von weniger als 133,32 × 102 Pa und vor dem Schritt zur Ausbildung einer oberen Elektrode (6) vervollständigt wird; eine obere Elektrode (6) wird auf der kristallisierten dielektrischen Dünnschicht aus TaON (4a) ausgebildet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die untere Elektrode (3) dotiertes Polysilizium aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die untere Elektrode (3) aus einem Material besteht, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus TiN, TaN, W, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 und Pt besteht.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, das ferner den Schritt aufweist, die untere Elektrode (3) nach dem Schritt zur Ausbildung der unteren Elektrode (3) und vor dem Schritt zur Abscheidung der TaON-Schicht (4) zu reinigen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Reinigungsschritt durch ein Trockenverfahren unter Verwendung von HF-Dampf oder ein Nassverfahren unter Verwendung von HF-Lösung durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, das ferner den Schritt zur Nitrierung der Oberfläche der unteren Elektrode (3) nach dem Schritt zur Ausbildung der unteren Elektrode (3) aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Nitrierungsschritt unter Verwendung eines insitu Plasmas unter NH3-Gasatmosphäre über 1 bis 5 Minuten durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Abscheiden der Dünnschicht aus amorphem TaON (4) ferner aufweist, dass eine vorbestimmte Menge eines Dampfes einer Ta-Verbindung und ein Reaktionsgas zur Reaktion gebracht werden, wobei das Reaktionsgas NH3 oder O2 aufweist, in einer LPCVD-Kammer bei einer Temperatur von zwischen 300 und 600°C und bei einem Druck von weniger als 133,32 × 102 Pa.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Dampf der Ta-Verbindung durch Zufuhr einer ausgewählten Menge einer Ta(OC2H5)5-Lösung in einem Verdampfer erhalten wird, wobei der Verdampfer bei einer Temperatur von zwischen 150 und 200°C aufrechterhalten wird, wobei die Ta(OC2H5)5-Lösung verdampft wird, um den Dampf der Ta-Verbindung auszubilden, und der Dampf der Ta-Verbindung wird in die LPCVD-Kammer eingeführt bzw. injiziert.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Temperungsschritt der Dünnschicht aus amorphem TaON (4), der in der N2- oder NH3-Atmosphäre erfolgt, bei einer Temperatur zwischen 600 und 950°C erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zusätzliche Temperungsschritt unter einer O2- oder N2O-Atmosphäre oder unter einer UV-O3- oder O3-Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen 600 und 950°C durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die obere Elektrode (6) dotiertes Polysilizium aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die obere Elektrode (6) aus einem Material besteht, das aus einem ausgewählten von einer Gruppe hergestellt ist, die aus TiN, TaN, W, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 und Pt besteht.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die obere Elektrode (6) eine mehrschichtige Struktur aufweist, wobei die mehrschichtige Struktur eine Pufferschicht (8) aufweist, die auf einer Metallschicht (7) ausgebildet ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Metallschicht (7) aus einem Material besteht, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus TiN, TaN, W, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 und Pt besteht, und wobei ferner die Pufferschicht (8) dotiertes Polysilizium aufweist.
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