专利名称：半导体存储器件的电容器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体存储器件的电容器及其制造方法，特别是涉及能够不发生漏电流并且增大电荷存储容量的半导体存储器件的电容器及其制造方法。
近来，随着半导体技术的发展，目前对存储器件的需求激增。因此，要求存储器件在狭小的面积上具有大的电容量。这种电容器的静电容量(capacitance)是通过扩大下部电极表面积、采用高介电常数的电介质来增大的。已有的电容器是采用介电常数比氮化物-氧化物(NO)膜更高的氧化钽(Ta2O5)作为电介质膜、形成三雏的下部电极的结构。
图1是已有的半导体存储器件的电容器的剖面图。如图所示，在预定部位形成场氧化膜11的半导体衬底10上，按公知方式形成下部带有栅绝缘膜12的栅电极13。在栅电极13两侧的半导体衬底10上形成结区14，形成MOS晶体管。在形成了MOS晶体管的半导体衬底10上形成第一层间绝缘膜16和第二层间绝缘膜18。采用公知方式在存储结点接触孔h内形成圆筒状的下部电极20，与露出的结区14接触。为了进一步增大下部电极20的表面积，在下部电极20的表面形成HSG(半球形颗粒)膜21。此时，在后续工序中形成氧化钽膜23。首先，在形成氧化钽23之前，对HSG层21的表面清洗，再按非原位(ex-situ)方式进行RTN(快速热氮化)处理。由RTN处理在HSG膜21表面上形成氮化硅膜22。然后，在约400-450℃的温度下，形成53-57厚的第一氧化钽膜。之后，在低温进行退火处理后，采用与第一氧化钽膜相同的工序和相同的厚度形成第二氧化钽膜。之后，进行连续的低温和高温退火处理，在氧化钽膜23和第二层间绝缘膜18的上部蒸镀上部电极24，制成电容器。
但是，以氧化钽膜为电介质膜的已有电容器，存在以下问题。
首先，由于一般的氧化钽膜具有不稳定的化学计量比(stoichiometry)，所以Ta和O的组成比例发生差异。因此，在薄膜内产生置换型Ta原子即空位原子(vacancy atom)。这种空位原子是夺取了氧的位置，所以成为漏电流的原因。可以通过构成氧化钽膜的构成要素的含量和结合程度来调节空位原子，但是难以完全去除。
现在，为了稳定氧化钽膜的不稳定化学计量比，对氧化钽膜进行氧化，以便去除氧化钽膜内的置换型Ta原子。但是，如果氧化用于防止漏电流的氧化钽膜，则出现以下问题。即，氧化钽膜与多晶硅或TiN形成的上部和下部电极的氧化反应性大。因此，进行为了氧化置换型Ta原子而进行氧化处理时，氧化钽膜与上部电极或下部电极反应，从而在界面产生介电常数低的氧化膜，氧在氧化钽膜和下部电极的界面移动，降低了界面的均匀性。
而且，作为前体(precusor)使用的Ta(OC2H5)5的有机物和O2(或者N2O)气体发生反应，从而在氧化钽膜内产生碳原子(C)、碳化合物(CH4、C2H4)和H2O等杂质。这些杂质增大了电容器的漏电流，并且降低了氧化钽膜的介电常数，所以不能获得大容量的电容器。
并且，使用氧化钽膜作为电介质膜的方法，在形成氧化钽膜之前进行清洗处理，因此必须进行非原位(ex-situ)处理，必须按2阶段蒸镀氧化钽膜，形成氧化钽膜之后必须进行经过低温和高温2次的热处理工序。所以工序复杂。
因此，本发明的目的在于提供一种能够减少漏电流的发生，具有介电常数高的电介质膜，确保大容量的半导体元件的电容器。
本发明的另一目的在于，提供一种制造工序能够简化的半导体元件的电容器的制造方法。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供一种半导体元件的电容器，包括下部电极，在下部电极上形成的电介质膜，和在电介质膜上形成的上部电极，其中所述电介质膜是TaON膜。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种半导体元件的制造方法，包括以下步骤在半导体衬底上形成下部电极；在所述下部电极上蒸镀作为电介质膜的TaON膜；和在所述TaON膜上形成上部电极。
而且，根据本发明，一种半导体元件的制造方法，包括以下步骤在半导体衬底上形成下部电极；在下部电极表面上进行阻止自然氧化膜发生的表面处理；在所述下部电极上蒸镀作为电介质膜的TaON膜；一边释放所述TaON膜内杂质一边结晶化；和在所述TaON膜上形成上部电极。
再有，根据本发明，一种半导体元件的制造方法，包括在半导体衬底上形成下部电极的阶段，在下部电极表面上进行阻止自然氧化膜发生的表面处理的阶段，在所述下部电极上蒸镀作为电介质膜的TaON膜的阶段，一边释放所述TaON膜内杂质一边结晶化的阶段，和在所述TaON膜上形成上部电极的阶段，所述蒸镀TaON膜的阶段，是保持0.1-10乇的压力和300-600℃的温度，在供给O2气体、NH3气体的LPCVD反应室内，通过O2气体、NH3气体和从前体获得的Ta化学蒸汽的表面化学反应，形成TaON膜。
再有，根据本发明，一种半导体元件的制造方法，包括，在半导体衬底上形成下部电极的阶段，在下部电极表面上进行阻止自然氧化膜发生的表面处理的阶段，在所述下部电极上蒸镀作为电介质膜的TaON膜的阶段，一边释放所述TaON膜内杂质一边结晶化的阶段，和在所述TaON膜上形成上部电极的阶段，蒸镀所述TaON膜的阶段，是保持0.1-10乇的压力和300-600℃的温度，在供给O2气体、NH3气体的LPCVD反应室内，通过O2气体、NH3气体和从前体获得的Ta化学蒸汽的表面化学反应，形成TaON膜，采用等离子体在LPCVD反应室内按原位(in-situ)方式进行所述下部电极的表面处理，在NH3气体或N2/H2气体气氛中，300-600℃的温度下，持续30秒-5分钟，在下部电极表面上形成氮化膜。
图1是已有的半导体元件的电容器的剖面图。
图2A-图2D是本发明第一实施例的半导体元件的电容器的剖面图。
图3-图5是本发明实施例的半导体元件的电容器的剖面图。
图6A和图6B是本发明实验1的具有TaON膜的电容器的最小和最大电容量的测定曲线。
图7A和图7B是已有技术的Ta2O5电容器的最小和最大电容量的测定曲线。
图8A和图8B是本发明实验2的TaON电容器的负向漏电流和正向漏电流的测定曲线。
图9A和图9B是已有技术的Ta2O5电容器的负向漏电流和正向漏电流的测定曲线。
图10A和图10B是本发明实验3的TaON膜电容器的负向绝缘击穿电压和正向绝缘击穿电压的测定曲线。
图11A和图11B是已有技术的Ta2O5电容器的负向绝缘击穿电压和正向绝缘击穿电压的测定曲线。
图12A是蒸镀TaON膜后，在700℃、N2O气体气氛中进行60分钟退火时的TaON膜的SEM照片。
图12B是蒸镀Ta2O5膜后，在700℃、N2O气体气氛中进行60分钟退火时的Ta2O5膜的SEM照片。
图13是以NO膜作为电介质膜的NO电容器、Ta2O5电容器和TaON电容器的电容曲线。
以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例。
参见图2A，在具有预定导电性的半导体衬底30的预定部位，按公知方式形成场氧化膜31。在半导体衬底30上的预定部位形成底部具有绝缘膜32的栅电极33，在栅电极33的两侧按公知方式形成隔离层34。在栅电极33两侧的半导体衬底30上形成结区35，制成MOS晶体管。在形成了MOS晶体管的半导体衬底30上形成第一层间绝缘膜36和第二层间绝缘膜38。之后，对第二和第一层间绝缘膜38、36进行布图，以便露出结区35之中的任一个，形成存储结点接触孔。形成圆筒状的下部电极40，与露出的结区14接触。为了增大下部电极40的表面积，采用公知方法在下部电极40的表面形成HSG膜41。
参见图2B，在下部电极40表面形成作为电介质膜的TaON膜43。采用化学汽相淀积方式例如LPCVD方式形成本发明的TaON膜43，Ta(OC2H5)5(乙醇钽)、Ta(N(CH3)2)5(戊-二甲基-氨基-钽)物质用做前体。其中，Ta(OC2H5)5、Ta(N(CH3)2)5由公知的液体状态转变为蒸汽状态后，供给LPCVD反应室内。亦即，采用与MFC(质流控制器，mass flow controller)同样的流量调节器使溶液状态的前体定量化后，采用包括小孔(orifice)或喷嘴(nozzle)的蒸发器或蒸发管进行蒸发，形成Ta化学蒸汽。此时，应按80-100mg/分钟的流量向LPCVD反应室内供给Ta化学蒸汽。而且，蒸发器和成为Ta蒸汽的流动路径(flow path)的供给管的温度应保持在150-200℃，以便能够防止Ta化学蒸汽冷凝。采用这种方法向LPCVD反应室内供给的Ta化学蒸汽、反应气体的O2气体(过量气体)和NH3气体相互反应，在HSG膜41上形成厚约100-150的非晶态的TaON膜43。
此时，为了使产生的颗粒最小化，抑制Ta化学蒸汽、O2气体和NH3气体在反应室内的汽相反应(gas phase reaction)，使化学反应仅产生于晶片表面。这里，通过反应气体等的流量和反应室内的压力来调节汽相反应。而且，在本实施例中，为了能够抑制汽相反应，分别按10-1000sccm程度的流量供给反应气体O2气体和NH3气体，LPCVD反应室内的温度保持在300-600℃，压力保持在0.1-10乇。再有，LPCVD反应室内淀积的TaON膜43是非晶态。
之后，如图2C所示，在热处理工序使TaON膜43结晶化，保持更稳定的状态。此时，结晶化工序是采用原位或者非原位方式，在保持N2O或O2气氛和600-950℃温度的反应室内，进行30秒-10分钟的快速热处理(RTP)。通过这种结晶化，非晶态TaON膜43成为结晶态TaON膜43a，释放出这种膜43a内的C、CH4、C2H4、H2O等杂质，改善TaON膜43a的介电常数。而且，在保持N2O、O2或N2气氛和600-950℃温度的电炉中完成结晶化工序。再有，结晶化工序是在包含氮的气体例如NH3、N2、N2／H2气氛和600-950℃温度下，采用RTP或电炉进行退火。此时，如果在氮气氛中进行退火，非晶态的TaON膜结晶化，释放出膜内的杂质，TaON膜表面氮化，能够在表面形成薄膜的氮化膜。
TaON膜43退火后，在结晶化的TaON膜43a上形成导电阻挡层44例如TiN膜。在导电阻挡层44上用掺杂的多晶硅膜形成上部电极45。而且，如图4所示，可采用TiN、TaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt等金属层47作为上部电极，代替掺杂的多晶硅层。此时，形成厚约100-600的金属层47。这种金属层47可以采用LPCVD、PECVD、RF磁溅射法中的任一种来形成。为了防止电容器的电特性劣化，在金属层47构成的上部电极上形成缓冲层48。采用多晶硅膜作为缓冲层48。再有，下部电极也采用与上部电极同样的金属层形成。
这样，电介质如果采用TaON，则有以下的优点。
首先，由于TaON膜43a具有20-26的高介电常数，所以比NO膜介电特性优秀。而且，由于TaON膜43具有Ta-O-N键合结构，所以具有比氧化钽膜更稳定的化学计量比。由此，能够耐受由外部施加的电冲击，绝缘击穿电压(breakdown voltage)高，漏电流非常低。而且，由于TaON膜43的氧化反应性非常低，所以电容器的下部电极40、41和上部电极44的氧化反应基本没有。由此，由于等效电介质膜厚比已有的氧化钽膜更薄，所以具有TaON层的电容器的电容比具有Ta2O5层的电容器的电容高。
根据一个实施例，参照图3，在形成TaON膜之前，为了阻止下部电极40表面上发生自然氧化膜，对下部电极40和第二层间绝缘膜38的表面进行氮化处理。在采用等离子体的LPCVD(低压化学汽相淀积)室内，按原位方式在NH3气体或N2/H2气体气氛和300-600℃温度下，进行30秒-5分钟的这种氮化处理。通过这种等离子体原位氮化处理，含有HSG膜41的下部电极40和第二层间绝缘膜38的表面氮化，然后在其表面形成薄膜的氮化膜42。在后续的热处理工序时氮化膜42抑制了下部电极40表面的自然氧化。而且，由于等离子体原位氮化处理是在保持真空状态下进行的，所以极少发生自然氧化膜。因此，可以防止电介质膜增厚。
根据另一实施例，在蒸镀TaON膜之前，为了阻止下部电极40表面上发生自然氧化膜，在650-950℃温度和NH3气氛中，对下部电极40和第二层间绝缘膜38的表面进行RTP处理。通过RTP处理，下部电极40和第二层间绝缘膜38的表面氮化后，在其表面上形成薄膜的氮化膜42。接着，按原位或者非原位方式蒸镀TaON膜43。
而且，在蒸镀TaON膜之前，为了阻止下部电极40表面上发生自然氧化膜，按原位或者非原位方式，对直至下部电极40所形成的半导体衬底的所得物进行电炉退火。此时，应在500-1000℃温度和NH3气氛中进行电炉退火。通过这种电炉退火，含有HSG膜4l的下部电极40和第二层间绝缘膜38的表面氮化，然后在其表面形成薄膜的氮化膜42。
根据又一实施例，在蒸镀TaON膜之前，为了阻止下部电极40表面上发生自然氧化膜，采用HF蒸汽(HF vapor)、HF溶液(solution)或者含有HF的化合物，对下部电极40和第二层间绝缘膜38的表面进行清洗。再有，在清洗工序的前后，为了进一步改善界面的均匀性，可以采用NH4OH溶液或者H2SO4溶液等，对下部电极40和第二层间绝缘膜38的表面进行界面处理。
根据再一实施例，为了从根本上防止低介电自然氧化膜的发生，在N2O或O2气氛中对直至下部电极40所形成的半导体衬底的所得物进行热处理。由此，改善了多晶硅膜的悬空键造成的缺陷和不均匀性，提高了抗氧化性。之后，在热处理的所得物表面上淀积厚5-30的氮化硅膜Si3N4，然后立刻淀积TaON膜。
而且，如图5所示，下部电极400可以形成为层叠结构。即使层叠结构的下部电极400的表面积小于圆柱形的下部电极的表面积，由于TaON膜43的介电常数优异，所以也能获得期望容量RAM元件。此时，在层叠结构的下部电极400表面上形成HSG膜41。
(实验1)图6A和图6B是展示具有本发明TaON膜的电容器(以下称为TaON膜电容器)的最小和最大电容量的曲线图，图7A和图7B是展示具有已有技术的Ta2O5膜的电容器(以下称为Ta2O5电容器)的最小和最大电容的曲线图。
本实验是随着TaON膜和Ta2O5膜的厚度调节电容量。在本实验中，按能作为电介质膜使用的起码最小厚度，形成TaON膜电容器和Ta2O5电容器的电介质膜。其中，TaON膜具有25的等效厚度，Ta2O5膜具有35的等效厚度。此时，TaON膜和Ta2O5膜的实际淀积厚度相同，其等效厚度随着自然氧化特性而变化。其中，等效厚度按下式表示Tox=tsio2+(εsio2／εTaoN或Ta2O5)×tTaON或Ta2O5……(式1)Tox电介质膜的等效厚度tsio2自然氧化膜的产生厚度εsio2自然氧化膜的介电常数εTaON或Ta2O5TaON膜(或Ta2O5膜)的介电常数tTaON或Ta2O5TaON膜(或Ta2O5膜)的厚度根据上述公式，电介质膜的等效厚度随着用做电介质膜的物质的介电常数和自然氧化膜的厚度而变化。从而，即使蒸镀同样厚度的TaON膜或Ta2O5膜，由于TaON膜的自然氧化率低，所以能够具有更低的等效厚度。
图6A和图7A中的最小电容量，是在各电容器仅施加-1.25V电压时测定的。图6B和图7B中的最大电容量，是在各电容器仅施加+1．25V电压时测定的。参见图6A和图7A，在各电容器施加-1.25V电压时，TaON电容器和Ta2O5电容器的最小电容量Cmin，在大部分样品中分别呈现约30-35fF/cell的程度。另一方面，参见图6B和图7B，在各电容器施加+1.25V电压时，TaON电容器和Ta2O5电容器的最大电容量Cmax，在大部分样品中分别呈现约30-40fF/cell的程度。
从本实验结果可知，虽然TaON电容器具有比Ta2O5电容器更薄的等效厚度，但是却能够保证与Ta2O5电容器类似的高电容量。
(实验2)
图8A和图8B是展示本发明的TaON电容器的负向漏电流和正向漏电流的测定曲线，图9A和图9B是展示已有技术的Ta2O5电容器的负向漏电流和正向漏电流的曲线。
本实验是在施加同样电压时测定TaON电容器和Ta2O5电容器的漏电流，测定稳定性。此时，一边在电容器施加-1.25V一边测定各电容器的负向漏电流，一边在电容器施加+1.25V一边测定各电容器的正向漏电流。而且，与实验1相同地，按能作为电介质膜使用的起码最小厚度，形成各电介质膜的厚度，本实验中的TaON膜形成25的等效厚度，Ta2O5膜形成35的等效厚度。
参见图8A和图9A，在电容器施加-1.25V时，TaON电容器和Ta2O5电容器的负向漏电流分别测定为10-16A/cell的低值。参见图8B和图9B，TaON电容器和Ta2O5电容器的正向漏电流也测定为10-15A/cell的低值。这里，两个电容器具有大容量适合的低漏电流。但是，本发明的TaON电容器的等效厚度如果确定比Ta2O5电容器的薄10，则可知具有TaON膜的电容器的漏电流特性更为优秀。因此，TaON电容器比Ta2O5电容器在安全性方面更为优秀。
(实验3)图10A和图10B是展示本发明的具有TaON膜的电容器的负向绝缘击穿电压和正向绝缘击穿电压的曲线，图11A和图11B是展示已有技术的具有Ta2O5膜的电容器的负向绝缘击穿电压和正向绝缘击穿电压的曲线。
本实验是在电容器中流过预定电流时测定绝缘击穿电压，用于比较与实验2同样的电容器稳定性。本实验中，一边施加-1pA/Cell的电流一边测定各电容器的负向绝缘击穿电压，一边施加+1pA/cell的电流一边测定各电容器的正向绝缘击穿电压。各电介质膜的等效厚度与实验1和实验2的相同，TaON膜为25，Ta2O5膜为35。
参见图10A和图11A，施加-1pA／Cell的电流时，TaON膜电容器和Ta2O5膜电容器的负向绝缘击穿电压测定为-3.8～4.2V的程度。另一方面，参见图10B和图11B，施加+1pA／Cell的电流时，TaON膜电容器和Ta2O5膜电容器的正向绝缘击穿电压测定为3.8～4.2V的程度。
这里，两个电容器具有大容量适合的低漏电流。但是，本发明的TaON电容器的等效厚度即使比Ta2O5电容器的薄10，由于具有与Ta2O5膜基本相同的绝缘击穿电压，则可知具有TaON膜的电容器在绝缘击穿电压特性方面更为优秀。
(实验4)图12A是蒸镀TaON膜后，在700℃、N2O气体气氛中进行60分钟退火时的TaON膜的SEM照片，图12B是蒸镀Ta2O5膜后，在700℃、N2O气体气氛中进行60分钟退火时的Ta2O5膜的SEM照片。此时，TaON膜和Ta2O5膜分别蒸镀60。
参见图12A，蒸镀TaON膜后如果在700℃、N2O气体气氛中进行60分钟退火，则TaON膜的厚度增大约0.5程度，产生约20的自然氧化膜。另一方面，参见图12B，蒸镀Ta2O5膜后如果在700℃、N2O气体气氛中进行60分钟退火，则Ta2O5膜的厚度增大约7程度，产生约27度的自然氧化膜。由此可见TaON膜退火工序后产生的自然氧化膜少。
(实验5)图13是以NO膜作为电介质膜的NO电容器、Ta2O5电容器和TaON电容器的电容曲线。根据图13可知，在同样条件下，与NO电容器和Ta2O5电容器相比，TaON电容器的电容量非常优秀。
正如以上详细说明那样，采用TaON作为电介质，具有如下效果。
TaON膜具有20-26程度的高介电常数，具有Ta-O-N的稳定键合结构。由此，比NO膜的介电特性优秀，具有比氧化钽膜更为稳定的化学计量比。从而能够抗外加电冲击，绝缘击穿电压高，漏电流非常低。
而且，由于TaON膜内不存在氧化钽膜那样的置换型Ta原子，所以可省略其他氧化工序。而且，由于TaON膜的氧化反应性非常低，所以电容器下部电极和上部电极的氧化反应不存在。因此，可以控制等效电介质膜厚度薄到不足35。
而且，形成TaON膜后，通过进行热处理，除去TaON膜内的杂质，实现结晶化。因此，TaON膜的介电常数增加，漏电流大幅度降低。
在制造方法方面，本实施例的TaON膜的制造工序，是在蒸镀前按原位方式进行氮化处理工序，形成单一层的TaON膜。蒸镀后为了释放杂质可以仅进行一次退火。由此，比已有的氧化钽膜的制造方法非常简单。
为薄膜形式并且具有高的介电常数的TaON膜用做电容器的电介质膜，可使下部电极的状态单纯化。由此，下部电极的制造工序能够简单化。
权利要求
1．一种半导体存储器件的电容器，包括下部电极；在所述下部电极上形成的电介质膜；和在所述电介质膜上形成的上部电极，其中，所述电介质膜是TaON膜。
2．根据权利要求1的半导体存储器件的电容器，其中，还有氮化硅膜介于所述下部电极和所述上部电极之间。
3．根据权利要求1的半导体存储器件的电容器，其中，所述下部电极是表面具有布图的圆柱形结构。
4．根据权利要求1的半导体存储器件的电容器，其中，所述下部电极是表面具有布图的层叠结构。
5．根据权利要求1的半导体存储器件的电容器，其中，所述下部电极或者所述上部电极由掺杂的多晶硅膜形成。
6．根据权利要求1的半导体存储器件的电容器，其中，所述下部电极或者所述上部电极由金属层形成。
7．根据权利要求6的半导体存储器件的电容器，其中，所述金属层是TiN、TaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt中的任意一种。
8．一种半导体元件的电容器的制造方法，包括以下步骤在半导体衬底上形成下部电极；在所述下部电极上蒸镀作为电介质膜的TaON膜；和在所述TaON膜上形成上部电极。
9．根据权利要求8的半导体元件的电容器的制造方法，其中，采用选自Ta(OC2H5)5、Ta(N(CH3)2)5构成的含Ta有机金属化合物中的一种前体形成所述TaON膜。
10．根据权利要求9的半导体元件的电容器的制造方法，其中，保持在0.1-10乇的压力和300-600℃的温度，向LPCVD反应室内供给O2气体、NH3气体和从所述前体获得的Ta化学蒸汽，通过它们的表面化学反应，形成所述TaON膜。
11．根据权利要求10的半导体元件的电容器的制造方法，其中，分别按10-1000sccm气体流量供给所述O2气体、NH3气体。
12．根据权利要求10的半导体元件的电容器的制造方法，其中，采用流量调节器使99.999％以上的前体定量化后，通过蒸发器或蒸发管蒸发获得所述Ta化学蒸汽。
13．根据权利要求12的半导体元件的电容器的制造方法，其中，仅按50-500mg/分钟的流量供给所述Ta化学蒸汽。
14．根据权利要求12的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述蒸发器或蒸发管保持在150-200℃的温度。
15．根据权利要求8的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述TaON膜的蒸镀厚度是50-150。
16．根据权利要求8的半导体元件的电容器的制造方法，其中，在所述下部电极形成阶段和所述TaON蒸镀阶段之间，对下部电极表面进行用于阻止自然氧化膜发生的表面处理。
17．根据权利要求16的半导体元件的电容器的制造方法，其中，在LPCVD反应室内按原位方式，采用等离子体进行所述下部电极的表面处理，在NH3气体或者N2/H2气体气氛中，在300-600℃的温度下持续30秒-5分钟，使下部电极表面氮化。
18．根据权利要求16的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极的表面处理是在NH3气体气氛中、650-950℃温度下进行RTP处理，使下部电极表面氮化。
19．根据权利要求16的半导体元件的电容器的制造方法，其中，在500-1000℃温度下，在NH3气体气氛的电炉内，按原位或者非原位方式进行所述下部电极的表面处理，使下部电极的表面氮化。
20．根据权利要求16的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极的表面处理是采用HF蒸汽(HF vapor)、HF溶液(solution)或者含有HF的化合物进行清洗。
21．根据权利要求20的半导体元件的电容器的制造方法，其中，在所述清洗工序前后，利用NH4OH溶液或者H2SO4溶液再进行界面处理。
22．根据权利要求16的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极的表面处理包括，在N2O或者O2气体气氛中对所得物进行热处理的阶段，在热处理后的表面蒸镀厚5-30的氮化膜(Si3N4)的阶段。
23．根据权利要求8的半导体元件的电容器的制造方法，其中，在所述TaON膜蒸镀阶段和上部电极形成阶段之间，再进行一边释放TaO膜内的杂质一边结晶化的工序。
24．根据权利要求23的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述一边释放TaON膜内杂质一边结晶化的工序，是在600-950℃温度、含有氮的气氛中，采用RTP或者电炉对蒸镀了TaON膜的所得物进行退火。
25．根据权利要求23的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述一边释放TaON膜内杂质一边结晶化的工序，是在600-950℃温度、含有氧的气氛中，采用RTP或者电炉对蒸镀了TaON膜的所得物进行退火。
26．根据权利要求8的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极和上部电极中的至少一个是由掺杂的多晶硅形成的。
27．根据权利要求8的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极和上部电极中的至少一个是由金属层形成的。
28．根据权利要求27的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述金属层是TiN、TaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt中的任意一种。
29．根据权利要求28的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述金属层是由LPCVD、PECVD、RF磁溅射法中的任意一种形成的。
30．一种半导体元件的电容器的制造方法，包括在半导体衬底上形成下部电极的阶段；在下部电极表面上进行阻止自然氧化膜发生的表面处理的阶段；在所述下部电极上蒸镀作为电介质膜的TaON膜的阶段；和在所述TaON膜上形成上部电极的阶段。
31．根据权利要求30的半导体元件的电容器的制造方法，其中，采用选自Ta(OC2H5)5、Ta(N(CH3)2)5构成的含Ta有机金属化合物中的一种前体形成所述TaON膜。
32．根据权利要求31的半导体元件的电容器的制造方法，其中，保持在0.1-10乇的压力和300-600℃的温度，向LPCVD反应室内供给O2气体、NH3气体和从所述前体获得的Ta化学蒸汽，通过它们的表面化学反应，形成所述TaON膜。
33．根据权利要求32的半导体元件的电容器的制造方法，其中，分别按10-1000sccm气体流量供给所述O2气体、NH3气体。
34．根据权利要求32的半导体元件的电容器的制造方法，其中，采用流量调节器使99.999％以上的前体定量化后，通过蒸发器或蒸发管蒸发获得所述Ta化学蒸汽。
35．根据权利要求34的半导体元件的电容器的制造方法，其中，仅按50-500mg/分钟的流量供给所述Ta化学蒸汽。
36．根据权利要求35的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述蒸发器或蒸发管保持在150-200℃的温度。
37．根据权利要求30的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述TaON膜的蒸镀厚度是50-150。
38．根据权利要求30的半导体元件的电容器的制造方法，其中，在LPCVD反应室内按原位方式，采用等离子体进行所述下部电极的表面处理，在NH3气体或者N2/H2气体气氛中，在300-600℃的温度下持续30秒-5分钟，使下部电极表面氮化。
39．根据权利要求30的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极的表面处理是在NH3气体气氛中、650-950℃温度下进行RTP处理，使下部电极表面氮化。
40．根据权利要求30的半导体元件的电容器的制造方法，其中，在500-1000℃温度下，在NH3气体气氛的电炉内，按原位或者非原位方式进行所述下部电极的表面处理，使下部电极的表面氮化。
41．根据权利要求30的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极的表面处理是采用HF蒸汽(HF vapor)、HF溶液(solution)或者含有HF的化合物进行清洗。
42．根据权利要求30的半导体元件的电容器的制造方法，其中，在所述清洗工序前后，利用NH4OH溶液或者H2SO4溶液再进行界面处理。
43．根据权利要求30的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极的表面处理包括，在N2O或者O2气氛中对所得物进行热处理的阶段，在热处理后的表面蒸镀厚5-30的氮化膜(Si3N4)的阶段。
44．根据权利要求30的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述一边释放TaON膜内杂质一边结晶化的工序，是在600-950℃温度、含有氮的气氛中，采用RTP或者电炉对蒸镀了TaON膜的所得物进行退火。
45．根据权利要求30的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述一边释放TaON膜内杂质一边结晶化的工序，是在600-950℃温度、含有氧的气氛中，采用RTP或者电炉对蒸镀了TaON膜的所得物进行退火。
46．根据权利要求30的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极和上部电极中的至少一个是由掺杂的多晶硅形成的。
47．根据权利要求30的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极和上部电极中的至少一个是由金属层形成的。
48．根据权利要求47的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述金属层是TiN、TaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt中的任意一种。
49．根据权利要求48的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述金属层是由LPCVD、PECVD、RF磁溅射法中的任意一种形成的。
50．一种半导体元件的电容器的制造方法，包括在半导体衬底上形成下部电极的阶段；在下部电极表面上进行阻止自然氧化膜发生的表面处理的阶段；在所述下部电极上蒸镀作为电介质膜的TaON膜的阶段；一边释放所述TaON膜内杂质一边结晶化的阶段；和在所述TaON膜上形成上部电极的阶段，其中，所述TaON膜蒸镀阶段，是保持0.1-10乇的压力和300-600℃的温度，在供给O2气体、NH3气体的LPCVD反应室内，通过O2气体、NH3气体和从前体获得的Ta化学蒸汽的表面化学反应，形成所述TaON膜。
51．根据权利要求50的半导体元件的电容器的制造方法，其中，分别按10-1000sccm气体流量供给所述O2气体、NH3气体。
52．根据权利要求50的半导体元件的电容器的制造方法，其中，采用选自Ta(OC2H5)5、Ta(N(CH3)2)5构成的含Ta有机金属化合物中的一种前体形成所述TaON膜。
53．根据权利要求52的半导体元件的电容器的制造方法，其中，采用流量调节器使99.999％以上的前体通过蒸发器或蒸发管蒸发，向反应室内供给所述Ta化学蒸汽。
54．根据权利要求53的半导体元件的电容器的制造方法，其中，向所述反应室内供给的Ta化学蒸汽量是50-500mg/分钟。
55．根据权利要求53的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述蒸发器或蒸发管保持在150-200℃的温度。
56．根据权利要求53的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述TaON膜的蒸镀厚度是50-150。
57．根据权利要求50的半导体元件的电容器的制造方法，其中，在LPCVD反应室内按原位方式，采用等离子体进行所述下部电极的表面处理，在NH3气体或者N2/H2气体气氛中，在300-600℃温度下持续30秒-5分钟，使下部电极表面氮化。
58．根据权利要求50的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极的表面处理是在NH3气体气氛中、650-950℃温度下进行RTP处理，使下部电极表面氮化。
59．根据权利要求50的半导体元件的电容器的制造方法，其中，在500-1000℃温度下，在NH3气体气氛的电炉内，按原位或者非原位方式进行所述下部电极的表面处理，使下部电极的表面氮化。
60．根据权利要求50的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极的表面处理是采用HF蒸汽(HF vapor)、HF溶液(solution)或者含有HF的化合物进行清洗。
61．根据权利要求60的半导体元件的电容器的制造方法，其中，在所述清洗工序前后，利用NH4OH溶液或者H2SO4溶液再进行界面处理。
62．根据权利要求50的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极的表面处理包括，在N2O或者O2气体气氛中对所得物进行热处理的阶段，在热处理后的表面蒸镀厚5-30的氮化膜(Si3N4)的阶段。
63．根据权利要求50的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述一边释放TaON膜内杂质一边结晶化的工序，是在600-950℃温度、含有氮的气氛中，采用RTP或者电炉对蒸镀了TaON膜的所得物进行退火。
64．根据权利要求50的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述一边释放TaON膜内杂质一边结晶化的工序，是在600-950℃温度、含有氧的气氛中，采用RTP或者电炉对蒸镀了TaON膜的所得物进行退火。
65．根据权利要求50的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极和上部电极中的至少一个是由掺杂的多晶硅形成的。
66．根据权利要求50的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述下部电极和上部电极中的至少一个是由金属层形成的。
67．根据权利要求27的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述金属层是TiN、TaN、W、WN、WSi、Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt中的任意一种。
68．根据权利要求28的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述金属层是由LPCVD、PECVD、RF磁溅射法中的任意一种形成的。
69．一种半导体元件的电容器的制造方法，其中，包括在半导体衬底上形成下部电极的阶段；在下部电极表面上进行阻止自然氧化膜发生的表面处理的阶段；在所述下部电极上蒸镀作为电介质膜的TaON膜的阶段；一边释放所述TaON膜内杂质一边结晶化的阶段；和在所述TaON膜上形成上部电极的阶段，其中，所述TaON膜蒸镀阶段，是保持0.1-10乇的压力和300-600℃的温度，在供给O2气体、NH3气体的LPCVD反应室内，通过O2气体、NH3气体和从前体获得的Ta化学蒸汽的表面化学反应，形成所述TaON膜，在LPCVD反应室内按原位方式，采用等离子体进行所述下部电极的表面处理，在NH3气体或者N2／H2气体气氛中，在300-600℃温度下持续30秒-5分钟，使下部电极表面氮化。
70．根据权利要求69的半导体元件的电容器的制造方法，其中，分别按10-1000sccm气体流量供给所述O2气体和NH3气体。
71．根据权利要求69的半导体元件的电容器的制造方法，其中，采用选自Ta(OC2H5)5、Ta(N(CH3)2)5构成的含Ta有机金属化合物中的一种前体形成所述TaON膜。
72．根据权利要求69的半导体元件的电容器的制造方法，其中，采用流量调节器使99.999％以上的前体通过蒸发器或蒸发管蒸，向反应室内供给所述Ta化学蒸汽。
73．根据权利要求69的半导体元件的电容器的制造方法，其中，向所述反应室内供给的Ta化学蒸汽量是50-500mg/分钟。
74．根据权利要求69的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述蒸发器或蒸发管保持在150-200℃的温度。
75．根据权利要求69的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述TaON膜的蒸镀厚度是50-150。
76．根据权利要求69的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述一边释放TaON膜内杂质一边结晶化的工序，是在600-950℃温度、含有氮的气氛中，采用RTP或者电炉对蒸镀了TaON膜的所得物进行退火。
77．根据权利要求69的半导体元件的电容器的制造方法，其中，所述一边释放TaON膜内杂质一边结晶化的工序，是在600-950℃温度、含有氧的气氛中，采用RTP或者电炉对蒸镀了TaON膜的所得物进行退火。
全文摘要
一种能够减少漏电流的发生,具有介电常数高的电介质膜,确保大容量的半导体元件的电容器及其制造方法。本发明包括在半导体衬底上形成下部电极。在下部电极表面上进行阻止自然氧化膜发生的表面处理。在下部电极上蒸镀作为电介质膜的TaON膜。然后,一边释放TaON膜内的杂质一边结晶化。之后在TaON膜上形成上部电极。
文档编号H01L21/8242GK1287386SQ0012681
公开日2001年3月14日 申请日期2000年6月25日 优先权日1999年6月25日
发明者李起正, 韩一根, 梁洪善 申请人:现代电子产业株式会社