JP3646013B2 - Dramコンデンサの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)コンデンサの製造方法に係り、特に、タングステンナイトライド(WN)を用いたDRAMコンデンサの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のコンデンサは、金属−絶縁体−シリコン(MIS)を積層した構造を有している。コンデンサの電極として使用されるポリシリコン層は、その表面が容易に酸化して、自然の酸化物の層が形成される。この自然の酸化物の層は、誘電体層の誘電率を低下させ、その容量を減らし、それにより誘電体層の品質を低下させる。
【0003】
このため、従来の方法は、ポリシリコン層の代わりに金属層を使用することにより、上記問題を改善する。これは、コンデンサの構造が、金属−絶縁体−金属(MIM)の積層体であることを意味する。さらに、このコンデンサの構造は、集積度の高いDRAMで使用されているように、不揮発性強誘電体メモリ(FeRAM)および高い誘電率を持つコンデンサの製造の際にも使用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、MIMコンデンサの従来の構造のコンタクト部に、金属材料を直接充填するのは難しい。金属のステップ・カバレージは不完全なので、コンデンサの下部(底部)電極として金属層を供給する前に、コンタクト部を充填するためのポリシリコン層およびバリヤ層(または接着層)を供給しなければならない。この作業により、プロセスはさらに複雑になる。また、容量を増大するために、下部電極の表面積の増大が行われる。上記目的を達成するために、厚い金属が通常使用される。しかし、金属層を厚く形成するとマイクロ・ローディング効果が起こり、エッチング・プロセスがさらに複雑になり、時間がかかることになる。
【0005】
タングステンナイトライドは、前記コンデンサの金属層としての使用に適している。何故なら、酸化に対する抵抗力が高く、化学蒸着法プロセスと整合性が良いからである。しかし、タングステンナイトライドがポリシリコンに直接触れると、タングステンナイトライドとポリシリコンとの間の接着が弱いので、タングステンナイトライドは剥落する恐れがある。それ故、タングステンナイトライドとポリシリコンとの間に拡散バリヤ層を設ける必要がある。
【0006】
さらに、タングステンナイトライドを形成する従来の方法では、タングステンナイトライドに窒素を導入した後で、迅速に加熱処理を行う必要がある。しかし、この方法で形成したタングステンナイトライドは、成長速度が遅く、均一性が低く、そのため、タングステンナイトライドの導電率が低下する。
【0007】
それ故、本発明の目的は、DRAMコンデンサの従来の製造方法を改良し、また簡単にした製造方法を提供することである。この方法は、タングステンナイトライドを、MIMコンデンサ構造として使用する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、DRAMコンデンサの製造方法を提供することにより、上記目的を達成する。タングステンナイトライドは、簡単な構造のコンデンサを製造する際に使用される。また、このコンデンサの形成プロセスは、容易に実行することができる。コンデンサの下部電極より小さい一部の中に、ドーピングされたポリシリコン層が供給される。その後、タングステンシリサイド層が形成され、このタングステンシリサイド層の上にタングステンナイトライド層が形成される。
【0009】
添付の図面を参照しながら、以下に本発明を説明する。
【0010】
【発明の実施の形態】
<第一の実施形態>
図1〜図6は、DRAMコンデンサを製造するための第一の実施形態のプロセスの複数のステップを示す断面図である。
【0011】
図1について説明すると、例えば、Pタイプの基板のような半導体基板100が供給される。電界効果トランジスタ105が、半導体基板100の表面上に形成される。電界効果トランジスタ105は、半導体基板100の活性領域上に形成される。フィールド酸化領域、浅いトレンチ絶縁体(STI)または類似の他の構造が、絶縁分離構造として使用される。電界効果トランジスタ105は、ゲート構造体104およびソース/ドレイン領域102および103を備える。例えば、酸化物のような絶縁材が、基板100上に形成される。その後、接触窓107が前記絶縁材上に形成され、図1に示すような絶縁層106が形成される。これにより、以降のステップで形成されるコンデンサと電気的に接続するソース/ドレイン領域102が露出する。
【0012】
その材質が、例えば、ドーピングされたポリシリコンである導電層108が、絶縁材106上に形成され、接触窓107が充填され、ソース/ドレイン領域102と接触する。
【0013】
次に、図2について説明すると、下部電極のパターンを形成するための第一のステップが実行される。フォトレジストが、導電層108上に形成され、後続のステップ中に形成される下部電極より小さい、パターン化された導電層(図示せず)を形成するようにパターニングされる。導電層108は、導電層108aを形成するように、フォトレジストを用いてパターン形成される。導電層108aの臨界寸法はCD1 である。導電層108aは、例えば、エッチングにより形成される。フォトレジストで覆われていない導電層108は、絶縁層106の上にそのまま残り、約50〜500Åの厚さを持つ。この厚さ109の導電層により、後続のプロセス中、形成されたタングステンシリサイドが絶縁材106と接触するのが防止される。タングステンシリサイドと絶縁層との間の界面での粒子形成を防止し、タングステンシリサイドが剥離するのを防止するために、導電層を形成する必要がある。図3について説明すると、約500〜1500Åの厚さを持つタングステンシリサイド層110が、導電層108a上に形成される。
【0014】
図4について説明すると、下部電極をパターン形成するための第二のステップが実行される。フォトレジスト(図示せず)がタングステンシリサイド110上に供給され、下部電極の領域を形成するためにパターン形成される。フォトレジストにより臨界寸法CD2 を持つ導電層108aがパターン化され、導電層108bとタングステンシリサイド層110aとが形成される。臨界寸法CD2 は、臨界寸法CD1 より大きく、エッチングにより形成される。
【0015】
下部電極の領域を、フォトレジストを用いてパターン形成する場合には、フォトレジストの整合のズレおよびエッチング・バイアスの問題を考慮する必要がある。フォトレジストの整合のズレの数値、およびエッチング・バイアスが「s」であり、蒸着したタングステンシリサイドの厚さが「t」である場合には、両者の間の関係は下記式により表わされる。
【0016】
(CD2 −t−CD1 )>s
図5について説明すると、窒素導入プロセスが実行され、その場合、タングステンシリサイド110aに窒素を均等に導入するために基板100を回転する。導入エネルギは、約10〜30keVであり、窒素のドーズ量は約5×1014〜5×1015cm-2である。その後、アンモニア(NH3 )の存在下、温度800〜1000℃で急速な加熱処理が行われる。タングステンシリサイドの表面上にタングステンナイトライド層111を形成するために、約15〜90秒の間、タングステンシリサイド110aの一部の上で窒化が行われる。タングステンシリサイド層110bは、窒化を行った後に残留しているタングステンシリサイド110aから形成される。タングステンシリサイドのシリコン原子が2(x<2)以下である場合には、窒化により形成されたタングステンナイトライド層の厚さはもっと厚くなる。
【0017】
タングステンナイトライド層は、上記方法で形成されるが、物理蒸着法(PVD)または化学蒸着法(CVD)によっても形成することができる。
【0018】
タングステンナイトライドを形成する従来の方法は、窒素をタングステンシリサイドに導入した後で、急速な加熱処理を行う。形成速度は遅く、形成されたタングステンナイトライドの質は均一ではない。本発明は、アンモニア・ガスの存在下で、急速な加熱処理を行うタングステンナイトライドの形成方法を提供する。上記方法は、タングステンナイトライドの形成速度を速めるばかりでなく、その均一性も大きく改善する。
【0019】
さらに、導電層108bの露出した部分の中の一部が、アンモニア・ガスの存在下で行われる前記急速な加熱処理中に反応して、酸化窒化シリコン層112(SiOx Ny )を形成する。この酸化窒化シリコン層112が形成されると、元の酸化物の形成が減少する。酸化窒化シリコン層112の誘電率は、元の酸化物の誘電率より高いので、コンデンサの容量が増大する。上部電極を形成するためのバック・エンディング処理中、導電層108bの露出した部分は、MISコンデンサ構造体を形成するのに使用される。すべてのコンデンサ構造体の約5%はMISコンデンサ構造体であり、95%は、MIMコンデンサ構造体である。
【0020】
図6について説明すると、厚さ約10〜16Åの誘電体層113が、下部電極の露出面上に形成される。誘電体層113は、酸化シリコン層であっても、酸化窒化物(NO)構造体であっても、酸化物−窒化物−酸化物(ONO)構造体であっても、または、例えば、五酸化タンタル(Ta2 O5 )、チタン酸ジルコン酸鉛(PbZrTiO3 、PZT)またはチタン酸ストロンチウム酸バリウム(BaSrTiO3 、BST)のような高い誘電率を持つ他の誘電体材料であってもよい。その後、上部電極としての導電層114が、誘電体層113の表面上に形成される。これで、コンデンサ構造体の製造は終了する。
【0021】
前記実施形態のDRAMコンデンサの製造方法は、MIM構造体130を約95%含み、MIS構造体120を約5%含む。さらに、本発明のMIM構造体は、従来技術の際に発生した漏洩電流を防止する。MIM構造体は簡単で、その製造方法も容易に実行することができる。
【0022】
<第二の実施形態>
図7〜図10は、DRAMコンデンサの製造方法の第二の実施形態の複数の処理ステップを示す断面図である。
【0023】
図7について説明すると、構造体および材質は図1のものと同じものであり、同じ参照番号が使用されているので、ここでの説明は省略する。
【0024】
図8について説明すると、以降のステップで形成される下部電極より小さい領域140は、例えば、乾式エッチングによりパターン形成される。絶縁層106は、エッチング阻止層として使用され、導電層108は、導電層108cを形成するためにパターン形成される。
【0025】
図9について説明すると、例えば、チタンナイトライド層115のようなバリヤ層が、導電層108c上に形成される。その後、タングステンナイトライド層116が、例えば、化学蒸着法または物理蒸着法により、チタンナイトライド層115上に蒸着される。チタンナイトライド層115は、ポリシリコン層108cとタングステンナイトライド層116とが直接接触するのを防止する。このような接触が起こると、タングステンナイトライド層が剥離する。図10について説明すると、下部電極117をパターン形成するために、エッチング処理が行われる。チタンナイトライド層115は、チタンナイトライド層115aを形成するためにパターン形成され、タングステンナイトライド層116は、タングステンナイトライド層116aを形成するためにパターン形成される。DRAMコンデンサの下部電極117は、チタンナイトライド層115a、タングステンナイトライド層116a、および導電層108cを備える。
【0026】
次に、DRAMコンデンサの形成プロセスが実行される。これらのプロセスは、図6のプロセスと同じであるので、説明は省略する。
【0027】
さらに、図8に示す構造体の仕上げが終了した後、他の方法としては、タングステンシリサイド層を導電層108c上に蒸着することもできる。その後、窒素がタングステンシリサイド層に導入され、タングステンシリサイド層の表面上にタングステンナイトライド層を形成するために、アンモニアの存在下で急速な加熱処理が行われる。タングステンナイトライド層を形成するプロセスは、第一の実施形態の場合と同じであるので、説明は省略する。
【0028】
本発明は、下記の特徴を持つ。
【0029】
(1)本発明は、タングステンナイトライドの形成方法を提供する。タングステンシリサイド層上にタングステンナイトライド層を形成するために、窒素がタングステンシリサイド層に導入され、アンモニア・ガスの存在下で急速な加熱処理が行われる。
【0030】
(2)本発明は、タングステンナイトライドの形成速度を速め、均一性を高めることができる方法を提供する。
【0031】
(3)本発明は、漏洩電流の問題を防止することができる。
【0032】
(4)本発明のDRAM構造体は構造が簡単で、構造体の形成プロセスを容易に行うことができる。
【0033】
(5)本発明は、タングステンシリサイド層と絶縁層との境界でのタングステンシリサイドの粒子の形成およびその剥離を防止することができる。
【0034】
好適な実施形態を参照しながら、本発明を説明してきたが、これは単に例示としてのものに過ぎない。上記説明は、種々の修正および類似の装置および手順をカバーすることを目的とする。それ故、特許請求の範囲は、すべての上記修正および類似の装置および手順を包含するように広義に解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】DRAMコンデンサを製造するための第一の実施形態のプロセスの複数のステップを示す断面図である(その1)。
【図2】DRAMコンデンサを製造するための第一の実施形態のプロセスの複数のステップを示す断面図である(その2)。
【図3】DRAMコンデンサを製造するための第一の実施形態のプロセスの複数のステップを示す断面図である(その3)。
【図4】DRAMコンデンサを製造するための第一の実施形態のプロセスの複数のステップを示す断面図である(その4)。
【図5】DRAMコンデンサを製造するための第一の実施形態のプロセスの複数のステップを示す断面図である(その5)。
【図6】DRAMコンデンサを製造するための第一の実施形態のプロセスの複数のステップを示す断面図である(その6)。
【図7】DRAMコンデンサを製造するための第二の実施形態のプロセスの複数のステップを示す断面図である(その1)。
【図8】DRAMコンデンサを製造するための第二の実施形態のプロセスの複数のステップを示す断面図である(その2)。
【図9】DRAMコンデンサを製造するための第二の実施形態のプロセスの複数のステップを示す断面図である(その3)。
【図10】DRAMコンデンサを製造するための第二の実施形態のプロセスの複数のステップを示す断面図である(その4)。
【符号の説明】
100:基板
102,103:ソース/ドレイン領域
106:絶縁層
107:接触窓
108,108a,108b:導電層
110a,110b:タングステンシリサイド層
111:タングステンナイトライド層
112:酸化窒化シリコン層
113:誘電体層
114:導電層
115a:チタンナイトライド層
116a:タングステンナイトライド層
117:下部電極
Claims (6)
- ソース/ドレイン領域とMOSトランジスタ上に形成され第一の開口部を持つ絶縁層とを備え、前記MOSトランジスタを含む半導体基板を使用するDRAMコンデンサの製造方法であって、
・前記第一の開口部を充填し、前記ソース/ドレイン領域と接続するように、前記絶縁層上に導電層を形成するステップと、
・前記導電層をパターン化して第一の寸法パターンを形成すると共に、前記第一の寸法パターン以外の前記絶縁層上の前記導電層を所定の厚さに保つステップと、
・前記導電層上にタングステンシリサイド層を形成するステップと、
・前記第一の寸法パターン上の前記タングステンシリサイド層をパターン化して前記絶縁層上の前記導電層を除去し、前記第一の寸法パターンより大きな第二の寸法パターンを前記絶縁層に接触させることなく前記第一の寸法パターンを覆うように形成するステップと、前記タングステンシリサイド層および前記導電層と相俟って前記DRAMコンデンサの下部電極を形成するように、前記タングステンシリサイド層の表面上に、タングステンナイトライド層を形成するステップと、
・前記DRAMコンデンサの構造体の仕上げを行うために、前記下部電極上に誘電体層と上部電極とを形成するステップとを備える方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記導電層の材料がドーピングされたポリシリコンを含むことを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記第一の寸法パターン以外の前記絶縁層上の前記導電層の所定の厚さが50〜500Åであることを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記タングステンシリサイド層の厚さが500〜1500Åであることを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記タングステンシリサイド層上に、タングステンナイトライド層を形成するステップが、さらに、前記タングステンシリサイド層への窒素の導入と、アンモニア・ガスの存在下での急速な加熱処理とを含むことを特徴とする方法。 - 請求項5記載の方法において、
前記急速な加熱処理が、800〜1000℃の温度範囲で、15〜90秒間行われることを特徴とする方法。
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