專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有強(qiáng)電介質(zhì)(強(qiáng)誘電體)電容的半導(dǎo)體器件的制造方法。
在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件中，主要采用動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)，它利用存儲(chǔ)單元電容中所蓄電荷的有無(wú)，來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。以往，把氧化硅膜或氮化硅膜用作該存儲(chǔ)單元電容的電介質(zhì)膜。但，最近開(kāi)發(fā)了采用由鈦酸鋇之類(lèi)的強(qiáng)電介質(zhì)材料構(gòu)成的電介質(zhì)膜的存儲(chǔ)單元電容。且，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)裝載該強(qiáng)電介質(zhì)電容達(dá)到存儲(chǔ)數(shù)據(jù)非易失性的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。
這樣的半導(dǎo)體器件，除單獨(dú)使用外，往往作為微計(jì)算機(jī)等的存儲(chǔ)區(qū)用。以往采用這種強(qiáng)電介質(zhì)電容的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，用下述方法制作。
首先，在硅襯底上形成用于隔離元件的氧化膜，進(jìn)而形成由擴(kuò)散層和柵絕緣膜及柵極構(gòu)成的MOS晶體管。且，在用于元件隔離的氧化膜上，形成下電極、強(qiáng)電介質(zhì)膜和上電極順次層疊的強(qiáng)電介質(zhì)電容，再用由氧化硅膜組成的層間絕緣膜全部加以覆蓋。
然后，在層間絕緣膜上分別形成與擴(kuò)散層相通的第1接觸孔及與強(qiáng)電介質(zhì)電容的下電極及上電極相通的第2接觸孔。此后，在氫氣氛中作熱處理。又，形成通過(guò)第1接觸孔與擴(kuò)散層接觸的電極布線(xiàn)及通過(guò)第2接觸孔與下電極和上電極分別接觸的電極布線(xiàn)。
在MOS晶體管的制造工序中，硅襯底和其上形成的絕緣膜(尤其是柵絕緣膜)的界面上存在的界面能級(jí)一般會(huì)升高，使晶體管特性變壞。因而，為了降低界面能級(jí)，接觸孔形成后必須在氫中進(jìn)行熱處理。但是，在存儲(chǔ)單元電容中，尤其在采用強(qiáng)電介質(zhì)氧化物作為電介質(zhì)膜時(shí)，存在的問(wèn)題是在上述氫熱處理工序中，強(qiáng)電介質(zhì)氧化物膜從第2接觸孔吸收氫，引起電氣特性變壞。
本發(fā)明的目的在于提供一種不使強(qiáng)電介質(zhì)膜的特性變壞，且能降低MOS晶體管界面能級(jí)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法。
本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器器件的制造方法包括在已形成由MOS晶體管等構(gòu)成的集成電路的半導(dǎo)體襯底上，形成由下電極、強(qiáng)電介質(zhì)膜和上電極組成的強(qiáng)電介質(zhì)電容的工序;形成覆蓋集成電路及強(qiáng)電介質(zhì)電容的層間絕緣膜的工序;在層間絕緣膜上形成與集成電路的擴(kuò)散層相通的第1接觸孔的工序;在第1接觸孔形成后，在氫氣氛中作熱處理的工序;熱處理后，在層間絕緣膜上形成分別與強(qiáng)電介質(zhì)電容的下電極和上電極相通的第2接觸孔的工序;分別形成經(jīng)第1及第2接觸孔與集成電路的擴(kuò)散層及強(qiáng)電介質(zhì)電容的上電極和下電極相連的電極布線(xiàn)的工序。
根據(jù)該制造方法，由于在與強(qiáng)電介質(zhì)電容相通的第2接觸孔不開(kāi)啟的狀態(tài)下進(jìn)行氫中熱處理，氫難于到達(dá)強(qiáng)電介質(zhì)電容。因此，可抑制強(qiáng)電介質(zhì)膜電氣特性變壞。另一方面，由于通過(guò)第1接觸孔提供氫至半導(dǎo)體襯底和柵絕緣膜的界面上，比較容易降低界面能級(jí)。
再者，在該制造方法中，氫氣氛中的熱處理工序最好通過(guò)等離子體氫處理來(lái)進(jìn)行。利用該等離子體氫處理中的活性氫，能比只在氫中作熱處理更容易降低界面能級(jí)。
又，層間絕緣膜最好由氮化硅膜構(gòu)成。由于氮化硅膜膜質(zhì)致密，能充分防止氫氣進(jìn)入強(qiáng)電介質(zhì)膜。因而，即使在氫中作熱處理，也不易引起強(qiáng)電介質(zhì)膜電氣特性變壞。


圖1(a)、1(b)、1(c)、1(d)是用于說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件制造工序的器件剖面圖。
圖2(a)、2(b)是用于說(shuō)明本發(fā)明的其它半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件制造工序的器件剖面圖。
下面，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
首先，如圖1(a)所示，在硅襯底1上形成用于隔離元件的氧化膜2，然后形成由擴(kuò)散層3、柵絕緣膜4和柵電極5組成的MOS晶體管10。該MOS晶體管10用通常的半導(dǎo)體制作工藝形成。又，用濺射法在元件隔離用氧化膜2上形成下電極6、鈦酸鋇強(qiáng)電介質(zhì)膜7和上電極8順次疊層的強(qiáng)電介質(zhì)電容9。然后，通過(guò)CVD法，用氧化硅膜(NSG膜)構(gòu)成的層間絕緣膜11覆蓋硅襯底1的整個(gè)面，在該襯底上已形成了MOS晶體管10及強(qiáng)電介質(zhì)電容9。再者，也可以把含磷的氧化硅膜(PSG膜)或含硼和磷的氧化硅膜(BPSG膜)代替NSG膜用于層間絕緣膜11。
然后，如圖1(b)所示，采用蝕刻技術(shù)在層間絕緣膜11上形成與MOS晶體管10的擴(kuò)散層3相通的第1接觸孔12a。接著，在氫氣氛中以450℃溫度對(duì)其進(jìn)行30分鐘熱處理。
在該氫熱處理工序中，由于強(qiáng)電介質(zhì)電容9用層間絕緣膜11加以覆蓋，氫難于到達(dá)強(qiáng)電介質(zhì)膜7，但通過(guò)第1接觸孔12a氫容易到達(dá)MOS晶體管10。因而，不會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)電介質(zhì)電容9的特性變壞，但能降低硅襯底1和柵絕緣膜4的界面的界面能級(jí)。
又，熱處理溫度最好為350℃-550℃的范圍。即，MOS晶體管10中存在的問(wèn)題是，硅襯底1和柵絕緣膜4的界面上產(chǎn)生的界面能級(jí)在各種膜形成過(guò)程中會(huì)升高。該界面能級(jí)通過(guò)以比較低的溫度作短時(shí)間的氫中熱處理可降低相當(dāng)多，晶體管特性易于恢復(fù)。又，熱處理溫度低，強(qiáng)電介質(zhì)電容9的特性劣化也較少。
然后，如圖1(c)所示，在層間絕緣膜11上分別形成與強(qiáng)電介質(zhì)電容9的下電極6和上電極8相通的第2接觸孔12b。
接著，如圖1(d)所示，采用通常的電極布線(xiàn)技術(shù)形成通過(guò)第1接觸孔12a與擴(kuò)散層3接觸的電極布線(xiàn)13a和通過(guò)第2接觸孔12b與下電極6和上電極8分別接觸的電極布線(xiàn)13b。又，電極布線(xiàn)13a、13b是由由鈦-鎢合金構(gòu)成的第一層14和由鋁合金構(gòu)成的第二層15兩層膜組成的。
再者，雖然在圖1(d)中沒(méi)有圖示，實(shí)際上電極布線(xiàn)13a、13b上均形成保護(hù)膜。在該保護(hù)膜的電極布線(xiàn)13a、13b應(yīng)連至外部的區(qū)域開(kāi)有窗口，形成結(jié)合區(qū)。
上述制造方法中，由于在連通至強(qiáng)電介質(zhì)電容9的下電極6及上電極8的第2接觸孔12b封閉的狀態(tài)下進(jìn)行氫熱處理，氫難于到達(dá)強(qiáng)電介質(zhì)膜7。因此，抑制了強(qiáng)電介質(zhì)膜7的電氣特性的劣化。另一方面，通過(guò)第1接觸孔12a向半導(dǎo)體襯底1和柵絕緣膜4的界面提供氫，能容易地降低界面能級(jí)。
上述制造方法在氫氣氛中進(jìn)行熱處理，下面對(duì)在等離子體氫氣氛中作處理的例子加以說(shuō)明。
首先，把物體在上述制造方法的氫中熱處理步驟前置于等離子體裝置內(nèi)，在0.05乇的減壓狀態(tài)下產(chǎn)生氫等離子體，作30分鐘處理。在這種氫等離子體處理中，由于暴露于活性氫中，能比通常氫熱處理更易于降低界面能級(jí)。氫等離子體處理的壓力最好在0.01乇至0.1乇的范圍內(nèi)。在該范圍內(nèi)，更易降低界面能級(jí)。
在上述制造方法中，形成由NSG膜構(gòu)成的層間絕緣膜11，但最好形成由氮化硅膜構(gòu)成的層間絕緣膜來(lái)代替NSG膜。
這種場(chǎng)合，與上述制造方法相同，在硅襯底上形成元件隔離用的氧化膜、MOS晶體管、強(qiáng)電介質(zhì)電容后，通過(guò)減壓CVD法形成氮化硅膜。該氮化硅膜是在0.5乇壓力下的二氯硅烷和氨的混合氣體中(溫度為750℃)形成的。又，采用蝕刻技術(shù)在氮化硅膜上形成與MOS晶體管的擴(kuò)散層相通的第1接觸孔后，與上述制造方法同樣地進(jìn)行氫中熱處理。
然后，在氮化硅膜上形成與強(qiáng)電介質(zhì)電容的下電極及上電極相通的第2接觸孔。且，與上述制造方法同樣地進(jìn)行電極布線(xiàn)工序。
再者，在氮化硅形成工序中，除上述混合氣體外也可使用甲硅烷(SiH4)與氨的混合氣體、乙硅烷(Si2H6)與氨的混合氣體等，氮化硅膜的形成溫度最好為700℃-800℃的范圍。
這樣，在層間絕緣膜采用氮化硅膜時(shí)，氮化硅膜比NSG膜致密，不易受氫氣影響。因而，與采用NSG膜時(shí)相比，強(qiáng)電介質(zhì)電容的特性更不易劣化。
又，由減區(qū)CVD法形成膜對(duì)MOS晶體管特性的不良影響小，后續(xù)的氫中熱處理變得簡(jiǎn)單。
圖2(a)和圖2(b)表示用氮化硅膜22及PSG膜23兩層構(gòu)成層間絕緣膜21的一個(gè)例子。
此時(shí)如圖2(a)所示，通過(guò)與上述制造方法相同的方法，先在硅襯底1上形成元件隔離用氧化膜2、MOS晶體管10、強(qiáng)電介質(zhì)電容9，再形成氮化硅膜22。然后，通過(guò)CVD法在該氮化硅膜22上形成PSG膜23，接著采用蝕刻技術(shù)在層間絕緣膜21上形成與擴(kuò)散層3相通的第1接觸孔12a。且，與上述制造方法同樣，進(jìn)行氫中熱處理。
接著，如圖2(b)所示，在層間絕緣膜21上形成與強(qiáng)電介質(zhì)電容9的下電極6及上電極8相通的第2接觸孔12b。又，用與上述相同的方法進(jìn)行電極布線(xiàn)。
這樣，由于用氮化硅膜22及PSG膜23兩層構(gòu)成層間絕緣膜21，完全排除了氫中熱處理工序中氫氣的不良影響，不會(huì)引起強(qiáng)電介質(zhì)電容9特性劣化。
又，兩層構(gòu)成的層間絕緣膜，除這種氮化硅膜與PSG膜的組合外，也可以用氮化硅膜與NSG膜的組合或氮化硅膜與BPSG膜的組合來(lái)構(gòu)成。且層間絕緣膜也可以例如是氮化硅膜、BPSG膜、氮化硅膜順次疊置三層等，組合成至少含有氮化硅膜作絕緣膜的三層以上的結(jié)構(gòu)。
在上述實(shí)施例中，用減壓CVD形成氮化硅膜，也可以用濺射法代替減壓CVD法。由濺射法形成氮化硅膜時(shí)，最好用氮化硅的燒結(jié)靶在氬氣中濺射，或用硅靶在氮和氬混合氣體中濺射。由濺射法形成的氮化硅膜其膜質(zhì)致密，防止氫中熱處理時(shí)強(qiáng)電介質(zhì)膜特性劣化的效果顯著。
本發(fā)明不限定于上述實(shí)施例。例如，在上述實(shí)施例中，示出了在硅襯底上形成一個(gè)MOS晶體管的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的例子，本發(fā)明還可以包含由在硅襯底上形成多個(gè)MOS晶體管構(gòu)成的集成電路組成的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。本發(fā)明不限于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，也可以是具有強(qiáng)電介質(zhì)電容的半導(dǎo)體器件。進(jìn)而，強(qiáng)電介質(zhì)膜不僅可用鈦酸鋇這種強(qiáng)電介質(zhì)氧化物，而且可用鈦酸鍶、鈦酸鉛、鈦酸鋇鍶等多種強(qiáng)電介質(zhì)材料。
因而，在本發(fā)明實(shí)質(zhì)及其精神范圍內(nèi)的各種變換均應(yīng)認(rèn)為包含在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括下述工序在已形成集成電路的半導(dǎo)體襯底上形成由下電極、強(qiáng)電介質(zhì)膜和上電極構(gòu)成的強(qiáng)電介質(zhì)電容的工序；形成覆蓋所述集成電路和所述強(qiáng)電介質(zhì)電容的層間絕緣膜的工序；在所述層間絕緣膜上形成與所述集成電路的擴(kuò)散層相通的第1接觸孔工序；所述第1接觸孔形成后，在氫氣氛中作熱處理的工序；所述熱處理后，在上述層間絕緣膜上形成與上述下電極和上電極分別相通的第2接觸孔的工序；分別形成經(jīng)所述第1和第2接觸孔連至上述擴(kuò)散層、上電極及下電極的電極布線(xiàn)的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述熱處理工序是在350℃-550℃范圍內(nèi)進(jìn)行的。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述熱處理工序包括在等離子體氫中作處理的工序。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述等離子體氫中的處理是在0.01-0.1乇的壓力范圍中進(jìn)行的。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述形成層間絕緣膜的工序包括形成氮化硅膜的工序。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述形成氮化硅膜的工序包括減壓CVD法。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述形成氮化硅膜的工序包括濺射法。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述形成層間絕緣膜的工序包括形成含氮化硅膜的兩層以上的多層膜的工序。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述形成多層膜的工序包括減壓CVD法。
10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述形成多層膜的工序包括濺射法。
11.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述形成多層膜的工序包括形成氮化硅膜和含有磷的氧化硅膜兩層膜的工序。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種具有強(qiáng)電介質(zhì)電容的半導(dǎo)體器件的制造方法，其工序包括在已形成MOS晶體管的半導(dǎo)體襯底上形成強(qiáng)電介質(zhì)電容，形成覆蓋其全部表面的層間絕緣膜，在該絕緣膜上形成與MOS晶體管擴(kuò)散層相通的第一接觸孔，在氫中作熱處理，在層間絕緣膜上形成與上述電容的上電極和下電極相通的第2接觸孔，最后進(jìn)行電極布線(xiàn)。在第二接觸孔形成前進(jìn)行氫中熱處理，上述電容特性不會(huì)劣化，且能降低半導(dǎo)體襯底和MOS晶體管柵極絕緣膜間的界面能級(jí)。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1111036SQ95100639
公開(kāi)日1995年11月1日 申請(qǐng)日期1995年2月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月15日
發(fā)明者那須徹, 長(zhǎng)野能久, 松田明浩, 有田浩二, 井上敦雄 申請(qǐng)人:松下電子工業(yè)株式會(huì)社