DE10064068A1

DE10064068A1 - Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren von Halbleitereinrichtungen

Info

Publication number: DE10064068A1
Application number: DE10064068A
Authority: DE
Inventors: Kee Jeung Lee; Hong Seon Yang
Original assignee: Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2001-07-26
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: KR20010057939A; JP4217856B2; US6531372B2; CN1172362C; GB2365211B; CN1361549A; JP2001237398A; TW471161B; DE10064068B4; GB0031322D0; US20010036703A1; KR100504435B1; GB2365211A

Abstract

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; und eine obere Elektrode wird auf der dielektrischen Schicht, die aus der Dünnschicht aus TaON gemacht ist, ausgebildet.

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 Kondensator, die eine dielektrische Schicht aus TaON haben, die sowohl die verbesserten elektrischen Charakteristiken als auch die hohen Kapazi tätswerte zeigt, die für fortschrittliche Halbleitereinrichtungen erforderlich sind.

Beschreibung des zusammenhängenden Standes der Technik

Wie es wohlbekannt ist, haben jüngste Entwicklungen der Halbleiterherstellungs technologien die erfolgreiche Herstellung von Halbleiterprodukten ermöglicht, die wachsend hohe Integrationsniveaus haben. Im Ergebnis werden aktive Forschungs- und Entwicklungsbemühungen fortgesetzt sowohl auf die Verringerung des Zellen bereiches als auch die Verringerung der Betriebsspannung der Einrichtung gerich tet. 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 her zustellen.

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 Halbleitereinrich tungen zu unterstützen, z. B. einer Speichereinrichtung, die mehr als 256 M Spei cherzellen hat. Insbesondere beträgt die Kapazität, die für einen stabilen Betrieb der Speichereinrichtung erforderlich ist, ungefähr 25 fF 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. Glei chermaßen ist es wohlbekannt, dass die Kapazität eines gegebenen Kondensators proportional sowohl zu dem Oberflächenbereich der Elektrode als auch der die lektrischen Konstante der dielektrischen Schicht ist und umgekehrt proportional zu der Beabstandung zwischen den Elektroden ist, das heißt, der Dicke der dielektri schen Schicht.

Bemühungen um die Kapazität des Kondensators zu vergrößern, ohne die Zellen größe zu steigern, haben die Ausbildung unterer Elektroden, die komplexe dreidi mensionale 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 Kapa zitanz 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 Elektrode von Kondensatoren auszubilden, die dreidimensionale Strukturen haben, zusätzliche Schwierigkeiten und Komplikationen in den Herstellungsprozess einführt, sind kürzliche Bemühun gen auf die Entwicklung einer dielektrischen Schicht konzentriert worden, die eine höhere dielektrische Konstante hat.

Zum Beispiel wird eine dielektrische Schicht, die eine Mehrfachschicht mit O xid/Nitrid/Oxid(ONO)-Struktur oder eine Nitrid/Oxid(NO)-Struktur hat, üblicher weise 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 Soft fehlern und die Verringerung der Auffrischzeit 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 ähn lich bzw. gleich abgemessenen NO-Kondensatoren.

Die Dünnschicht aus Ta₂O₅ verschlechtert jedoch den Leckstrom und die dielektri sche 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 Zusammensetzungsverhältnis ses zwischen Ta- und O-Atomen innerhalb der Schicht vor. Die nominelle Stöchi ometrie 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 Ta2Os auf Grund der vari ablen 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 dielektri sche Schicht ohne zusätzliche Behandlung zu verwenden.

Während der Ausbildung der Dünnschicht aus Ta₂O₅ können organische Kompo nenten von dem Ta(OC₂H₅)₅, einer Vorgängerzusammensetzung, die allgemein zur Ausbildung der Schicht aus Ta₂O₅ verwendet wird, mit O₂- oder N₂O-Gas reagie ren, so dass Verunreinigungen, das heißt Kohlenstoff (C), Kohlenstoffverbindun gen (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-Substitutions atome, die in der dielektrischen Dünnschicht vorhanden sind, zu stabilisieren, als auch eine Reihe von thermischen Erhitzungs- bzw. Temperungsprozessen bei nied rigen Temperaturen durchzuführen. Die Verwendung einer Dünnschicht aus Ta₂O₅ als der dielektrischen Schicht neigt deshalb dazu, den gesamten Prozess zur Her stellung eines Kondensators komplizierter zu machen. Ferner kann eine Oxidati onsreaktion an der Zwischenfläche zwischen der unteren Elektrode, üblicherweise aus Polysilizium, und der Dünnschicht aus Ta₂O₅ während des thermischen Erhit zungs- 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 Konden sators 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 ausgebil det und neigt deshalb dazu, die gleichen Verunreinigungen, wie etwa Kohlenstoff, Kohlenstoffverbindungen und Wasserdampf zu enthalten. Deshalb werden Dünn schichten aus TaON üblicherweise unter einer N₂O- oder O₂-Gasatmosphäre erhitzt bzw. getempert, um die einbezogenen Verunreinigungen zu entfernen oder zu ver ringern.

Andererseits werden Konzentrationen von Atomen, die in der dielektrischen Schicht eines Kondensators gemäß dem herkömmlichen Stand der Technik unter Bezugnahme auf die Fig. 4A und 4B vorkommen, wie folgt beschrieben.

Wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt, ist im Vergleich mit Zusammensetzungen von Atomen, die Ta, O, N, C, Si in einer Dünnschicht aus TaON enthalten, wenn eine amorphe Dünnschichten aus TaON nach dem herkömmlichen Stand der Technik zusammengesetzt wird und eine Erhitzung von N₂O im Ofen ausgeführt wird, ist 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 Zusammenset zung 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. Dem gemäß wird eine Zusammensetzung von Stickstoff in der Dünnschicht aus TaON verringert, wodurch ein Leckstrom eines Kondensators erhöht wird und eine Cha rakteristik 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 dielektri schen Konstante verursachen die Begrenzung der Kapazitätsniveaus, die durch ei nen Kondensator erreicht werden können, der eine derartige Dünnschicht aus Ta-ON verwendet.

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 Cha rakteristiken vorzuweisen hat, wobei eine Dünnschicht aus TaON als eine dielektri sche Schicht verwendet wird.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators einer Halbleitereinrichtung ge mäß der vorliegenden Erfindung zur Verwirklichung der zuvor aufgeführten Auf gabe weist die Schritte auf: ein Halbleitersubstrat wird zur Verfügung gestellt, über dem ausgewählte untere Muster bzw. Strukturen ausgebildet sind und eine Zwischenisolationsschicht wird bedeckt; eine untere Elektrode wird auf der Zwi schenisolationsschicht ausgebildet; eine Dünnschicht aus TaON wird in einem a morphen Zustand auf der unteren Elektrode abgeschieden; die Dünnschicht aus amorphem TaON wird einem Vakuumzustand erhitzt bzw. getempert, um eine kri stalline Dünnschicht aus TaON als einer dielektrischen Schicht auszubilden; und eine obere Elektrode wird auf der dielektrischen Schicht, die aus der TaON- Dünnschicht gemacht ist, ausgebildet.

Die Aufgaben, Gesichtspunkte, Vorteile und die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung können leichter im Licht der folgenden im Einzelnen dargelegten Be schreibung und den beigefügten Figuren verstanden werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER DARSTELLUNGEN

Fig. 1A bis 1D sind querschnittliche Ansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators unter Verwendung einer Dünnschicht aus TaON als einer die lektrischen Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar stellen.

Fig. 2 ist eine querschnittliche Ansicht, die einen Kondensator zeigt, der eine MIS- Struktur hat, der gemäß einer andern Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.

Fig. 3 ist eine querschnittliche Ansicht, die einen Kondensator zeigt, der eine MIS- Struktur hat, der gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung hergestellt ist.

Fig. 4A und 4B zeigen Zusammensetzungen von Atomen, die Ta, O, N, C, Si in einer Dünnschicht aus TaON enthalten, wenn eine Dünnschicht aus amorphem Ta-ON zusammengesetzt wird und eine Erhitzung bzw. ein Tempern in einem Ofen in N₂O gemäß dem herkömmlichen Stand der Technik jeweils ausgeführt wird.

Fig. 5 zeigt Zusammensetzungen von Atomen, die Ta, O, N, C, Si in einer Dünn schicht aus TaON enthalten, wenn eine Dünnschicht aus amorphem TaON zusam mengesetzt wird und eine Vakuumtemperung bzw. -erhitzung oder -glühung unter N₂-Atmosphäre nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Fig. 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 ausgebil det, um einen ausgewählten Abschnitt von dem Substrat 1 freizulegen, bevorzugt einen Sourcebereich. Eine dotierte Polysiliziumschicht wird dann auf der Zwi schenisolationsschicht 2 in einer LPCVD-Kammer abgeschieden. Die Polysilizium schicht, die ausreichend dick ist (näherungsweise 300~500 Å), um das Kontakt loch 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 gesta pelten Aufbau hat, kann sie auch als eine dreidimensionale Struktur, wie etwa ein Zylinder, eine Stufe oder eine Rippenstruktur konfiguriert sein und kann eine halb sphärisch gekörnte (HSG) Oberfläche aus Polysilizium enthalten.

Bezugnehmend auf Fig. 1B wird dann eine Dünnschicht 4 aus amorphem TaON (näherungsweise 50~150 Å) auf der unteren Elektrode 3 durch eine chemische Oberflächenreaktion zwischen einem chemischen Ta-Dampf und einem Reaktions gas, Ammonium (5-500 sccm NH₃) in einer LPCVD-Kammer, die auf einer Temperatur von zwischen 300 und 600°C und bei einem Druck von weniger als 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 Ver dampfer 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 amor phe Dünnschicht 4 aus TaON abgeschieden wird, um eine natürliche Oxidations schicht und Partikel zu entfernen, die auf die Oberfläche der unteren Elektrode 3 gebracht worden sind. Der Reinigungsprozess kann entweder eine Trockenreini gung unter Verwendung von HF-Dampf oder eine Nassreinigung unter Verwen dung einer HF-Lösung enthalten.

Die untere Elektrode 3 des Kondensators kann während eines nachfolgenden ther mischen Prozesses nitriert werden, bevor die Dünnschicht 4 aus amorphem TaON abgeschieden wird. Die Nitrierung der unteren Elektrode 3 verhindert die Ver schlechterung 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 Ta-ON entstehen würde. Diese Nitrierung kann unter Verwendung eines in-situ Plas mas unter einer NH₃-Atmosphäre über 1 bis 50 Minuten in die Tat umgesetzt wer den.

Bezugnehmend auf Fig. 1C wird eine kristallisierte Dünnschicht 4a aus TaON, um als dielektrische Schicht zu dienen, durch Erhitzen bzw. Tempern oder Glühen der Dünnschicht aus amorphem TaON in einer N₂- oder NH₃-Atmosphäre unter Ver wendung eines Ofens (bei einer Temperatur von 700~800°C und einem Druck von weniger als 100 Torr) der durch Glühen bzw. Tempern oder Erhitzen der Schicht aus amorphem TaON (bei einer Temperatur von 750~950°C und einem Druck von etwa 700-750 Torr) ausgebildet, wobei dann ein schneller thermi scher Prozess (RTP) verwendet wird. Durch Erhitzen bzw. Glühen oder Tempern der Dünnschicht aus amorphem TaON unter reduziertem Druck und in einer Um gebung, die keinen flüchtigen Sauerstoff hat, kristallisiert die Dünnschicht aus Ta-ON 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 Atmo sphäre gemäß der vorliegenden Erfindung getempert bzw. geglüht oder erhitzt worden ist, eine hohe Dielektrizitätskonstante und enthält typischerweise 15~30% Stickstoff. Als ein Ergebnis des Glühens, Temperns bzw. Erhitzens der Dünnschicht aus TaON 4a werden austauschbare Ta-Atome, die in der Dünn schicht aus amorphem TaON verblieben sind, entfernt, wodurch die Leckstromcha rakteristiken der sich ergebenden Kondensatoren verbessert werden.

Eine Oxidschicht 5 (näherungsweise 20~30 Å) wird dann auf der Oberfläche der Dünnschicht 4a aus TaON durch weiteres Glühen bzw. Erhitzen oder Tempern der Oberfläche der Dünnschicht 4a aus TaON unter einem reduzierten Druck ausgebil det, z. B. bei weniger als 100 Torr. Dieser zusätzliche Erhitzungs-, Glüh- bzw. Temperungsprozess für die Dünnschicht 4a aus TaON wird unter O₂- oder N₂O- Gasatmosphäre bei 604~950°C unter Verwendung eines Plasmas (bei einer Temperatur von 400~500°C und einem Druck bei 700~750 Torr) oder unter Verwendung von RTP (bei einer Temperatur von 750~950°C und einem Druck bei 700~750 Torr) durchgeführt, um den Leckstrom und die Durchbruchspan nungscharakteristiken des sich ergebenden Kondensators zu verbessern.

Bezugnehmend auf Fig. 1D wird eine obere Elektrode 6 eines Kondensators durch Abscheiden einer dotierten Schicht aus Polysilizium (näherungsweise 500~2000 Å) 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 200~800 Å), 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 Fig. 2 ge zeigt, ist die gesamte Struktur des Kondensators aus TaON eine Metall-Isolator- Silizium(MIS)-Struktur. Und wie es auch in Fig. 2 gezeigt ist, kann die obere Elektrode mit einer gestapelten Struktur ausgebildet sein, die eine dotierte Puffer schicht 8 aus Polysilizium (näherungsweise 500~2000 Å) 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 Konden sators 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 Fig. 3 gezeigt, hat jede untere Elektrode 30 an ihrer oberen Oberfläche eine halbsphärische Kornstruktur (HSG-Struktur), die durch Aufwachsen von Poly silizium 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 Fig. 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 Fig. 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 her kömmlichen Stand der Technik durchgeführt wird.

Wie oben beschrieben, wird bei dem Verfahren zur Herstellung eines Kondensa tors nach der vorliegenden Erfindung die Dünnschicht aus TaON, die eine hohe Dielektrizitätskonstante in der Größenordnung von 25~27 hat, als die dielektri sche Schicht verwendet, um wesentliche Steigerungen der Kapazität im Vergleich mit herkömmlichen NO- oder ONO-Dielektrika zu erhalten. Ferner kann der Her stellungsprozess 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 reduzier ten 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 Speichereinrichtun gen, wie etwa DRAMs, zweckmäßig, die mehr als 256 M Zellen haben.

Verschiedene andere Modifikationen des grundlegenden Prozesses werden den Fachleuten im Stand der Technik vor Augen geführt und können leicht durchge führt werden, ohne den Bereich und den Geist der vorliegenden Erfindung zu ver lassen.

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 unte re 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; und eine obere Elektrode wird auf der dielektrischen Schicht, die aus der Dünnschicht aus TaON gemacht ist, ausgebildet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators für eine Halbleitereinrichtung, das die Schritte aufweist:
ein Halbleitersubstrat wird zur Verfügung gestellt, auf welchem ausgewählte untere Strukturen bzw. Muster ausgebildet worden sind;
eine Zwischenisolationsschicht wird auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet;
eine untere Elektrode wird auf der Zwischenisolationsschicht ausgebildet;
eine Dünnschicht aus amorphem TaON wird auf der unteren Elektrode abge schieden;
die Dünnschicht aus amorphem TaON wird unter einem reduzierten Druck erhitzt bzw. geglüht oder getempert, um eine dielektrische Schicht auszubilden, die kristallines TaON aufweist; und
eine obere Elektrode wird auf der dielektrischen Schicht ausgebildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die untere Elektrode dotiertes Polysilizium aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die untere Elektrode im Wesentlichen aus einem Material besteht, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, das aus TiN, TaN, W, WSi, Ru, RuO₂, Ir, IrO₂ und Pt besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 2, das ferner den Schritt aufweist, die untere Elekt rode nach dem Schritt zur Ausbildung der unteren Elektrode und vor dem Schritt zur Abscheidung der TaON-Schicht zu reinigen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Reinigungsschritt durch ein Trocken verfahren unter Verwendung von HF-Dampf oder ein Nassverfahren unter Verwen dung von HF-Lösung durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, das ferner den Schritt zur Nitrierung der Oberflä che der unteren Elektrode nach dem Schritt zur Ausbildung der unteren Elektrode aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Nitrierungsschritt unter Verwendung eines in-situ Plasmas unter NH₃-Gasatmosphäre über 1 bis 5 Minuten durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Abscheiden der Dünn schicht aus amorphem TaON 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 100 Torr.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Dampf der Ta-Verbindung durch Zu fuhr einer ausgewählten Menge einer Ta(OC₂H₅)₅-Lösung in einem Verdampfer er halten 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 die Dünnschicht aus amorphem TaON un ter einem reduzierten Druck von weniger als 100 Torr in einer N₂- oder NH₃- Atmosphäre und bei einer Temperatur zwischen 600 und 950°C geglüht bzw. erhitzt oder getempert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner einen zusätzlichen Glüh- bzw. Erhit zungs- oder Temperungsschritt aufweist, wobei der zusätzliche Glüh- bzw. Erhit zungs- oder Temperungsschritt nach dem Schritt zum Erhitzen bzw. Glühen oder Tempern der Dünnschicht aus amorphem TaON unter reduziertem Druck und vor dem Schritt zur Ausbildung der oberen Elektrode vervollständigt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der zusätzliche Glüh- bzw. Erhitzungs- oder 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.

13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die obere Elektrode dotiertes Polysilizium aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die obere Elektrode im Wesentlichen 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.

15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die obere Elektrode eine mehrschichtige Struktur aufweist, wobei die mehrschichtige Struktur eine Pufferschicht aufweist, die auf einer Metallschicht ausgebildet ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Metallschicht im Wesentlichen 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 dotiertes Polysilizium aufweist.