[发明专利]半导体器件的电容器的制造方法

说明书

本发明涉及半导体器件的电容器的制造方法，特别是涉及一种半导体器件的电容器的制造方法，能够充分确保半导体器件所要求的充电容量同时能够获得优秀的电气特性。

一般，由于细微化的半导体工程技术的开发，加速了存储器产品的高集成化，单位单元的面积当然随之大大地减小，实现了工作电压的低电压化。

但是，在存储元件工作所必需的充电容量方面，尽管单元面积减小了，但是为了防止发生软错误(soft error)和缩短刷新时间(refresh time)，要求25fF/单元以上充分的充电容量。

以往，在象氮化膜/氧化膜(NO)结构那样，使用氮化膜作为电介质的DRAM用的电容器的情况下，为了增大有效表面积、确保充电容量，下部电极形成立体结构，或使下部电极的高度增大。

但是，下部电极形成为立体结构，由于工程上有难度，在确保充电容量方面存在极限。

而且，如果下部电极高度增大，由于高度增加所产生的单元区域与周边电路区域之间的台阶，在后续的曝光工序时，不能确保焦点深度(Depth ofFocus)，使布线工序后的集成工序受到不利影响。

但是，采用以往的NO结构的电容器，在确保256M以上的第二代DRAM元件所必需的充电容量方面存在限制。

最近，为了克服这种NO电容器的极限，代替介电常数为4～5的NO薄膜，开发了使用介电常数为25～27的Ta₂O₅薄膜作为电介质膜的Ta₂O₅电容器。

但是，由于Ta₂O₅薄膜的化学计量比不稳定，薄膜内存在Ta与O的组成比例差引起的置换型Ta原子。

即，Ta₂O₅薄膜由于物质本身的化学组成比例不稳定，所以薄膜内常常局部存在氧空位(Oxygen vacancy)状态的置换型Ta原子。

特别是，虽然Ta₂O₅薄膜的氧空位的数量根据成分含量和结合程度不同，多少会有些差异，但不能完全去除。

结果，为了防止电容器的泄漏电流，使Ta₂O₅薄膜的不稳定的化学计量比例稳定化，使电介质薄膜内残存的置换型Ta原子氧化的其他氧化工序是必需的。

而且，由于Ta₂O₅薄膜与作为上部电极和下部电极使用的多晶硅(氧化物系电极)或TiN(金属系电极)的氧化反应性大，所以薄膜内残存的氧在界面移动，形成低介电氧化层，同时界面的均匀性大幅度降低。

因此，形成薄膜时，通过作为Ta₂O₅薄膜前驱物的Ta(OC₂H₅)有机物与O₂或者N₂O气体的反应，作为杂质的碳(C)原子和CH₄、C₂H₄等碳化合物以及水分(H₂O)同时存在。

结果，由于Ta₂O₅薄膜内以杂质存在的碳原子、离子和游离基，产生电容器的泄漏电流增大、介电特性劣化的问题。

因此，本发明是为了解决上述以往诸多问题而开发的，本发明的目的在于提供一种半导体器件的电容器的制造方法，能够充分确保高集成元件所要求的充电容量，同时获得优秀的电气特性。

本发明的又一目的在于提供一种半导体器件的电容器的制造方法，可以省略下部电极面积增加所带来的各种复杂的电容器制造工序，减少单位工序数量，缩短单位工序时间，降低生产成本。

本发明的另一目的在于提供一种半导体器件的电容器的制造方法，省略形成电介质膜之前实施的热处理和氧化工序，降低成本，同时提高生产率。

为了实现上述目的，本发明的半导体器件的电容器的制造方法包括以下工序：在形成有用于形成半导体器件的各种构造物的半导体衬底上形成下部电极；在所述下部电极上形成非晶TaON薄膜后，实施低温和高温热处理工序，形成TaON电介质膜；在所述TaON电介质膜上形成上部电极。

本发明的半导体器件的电容器的制造方法包括以下工序：在形成有用于形成半导体器件的各种构造物的半导体衬底上形成下部电极；在所述下部电板上形成非晶TaON薄膜后，实施300～500℃的低温热处理工序和650～950℃的高温热处理工序，形成TaON电介质膜；在所述TaON电介质膜上形成上部电极。