專利名稱：具有電容元件的半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有以強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜為電容絕緣膜的電容元件的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
近些年，隨著微機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理機(jī)等半導(dǎo)體裝置的更為高速，功率消耗更低，民用電器的性能也進(jìn)一步提高。但另一面，這些電器所產(chǎn)生的電磁噪音這種無(wú)用輻射又正成為大問題。因此，不用說電器，就是用在這些電器中的半導(dǎo)體裝置，也需要應(yīng)付無(wú)用輻射的辦法。半導(dǎo)體裝置最具效果的對(duì)付無(wú)用輻射的措施，是在電源線與接地線之間設(shè)置大容量電容元件，以往則是在半導(dǎo)體裝置以外外接電容元件。
另外，最近正在開發(fā)具有將強(qiáng)電介質(zhì)膜用作電容絕緣膜的電容元件的單純構(gòu)成的非易失隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，和將采用高介電常數(shù)電介質(zhì)膜的電容元件作為保持電容的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。
以下具體說明現(xiàn)有的具有電容元件的半導(dǎo)體裝置。


圖1是這種代表性半導(dǎo)體裝置的部分剖面圖。圖1中，在硅襯底1上分隔區(qū)域2所包圍的區(qū)域內(nèi)，形成了以擴(kuò)散區(qū)域3、柵氧化膜4以及柵電極5所代表的集成電路6。在這硅襯底1上還形成了絕緣膜7，該絕緣膜7上的規(guī)定區(qū)域則形成有下電極8、電容絕緣膜9以及上電極10所組成的電容元件11。而且形成了層間絕緣膜12，以至少覆蓋電容元件11。此外，還分別形成有通過第一接觸孔13a與擴(kuò)散區(qū)域3連接的電極配線14a，通過第二接觸孔13b與電容元件11的下電極8連接的電極配線14b，通過第三接觸孔13c與電容元件11的上電極10連接的電極配線14c。再形成保護(hù)電極配線14a、14b、14c用的保護(hù)膜15。
以下參照?qǐng)D1和圖2示出的制造工序流程圖說明圖1所示現(xiàn)有的具有電容元件的半導(dǎo)體裝置的制造方法。首先，由工序(1)在硅襯底1上形成集成電路6等。其次，由工序(2)在硅襯底1上形成絕緣膜7。接下來，由工序(3)在絕緣膜7上形成電容元件11。該電容元件11是在順序淀積了作為下電極8的第一導(dǎo)電膜、電容絕緣膜9、作為上電極10的第二導(dǎo)電膜之后，再由光刻分別制出圖版形成的。電容絕緣膜9采用強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜，而下電極8以及上電極10則采用從電容絕緣膜9相接一側(cè)順序由鉑膜和鈦膜組成的雙層膜。接下來，在工序(4)中由CVD法形成至少覆蓋電容元件11、由PSG膜(磷摻雜氧化硅膜)組成的層間絕緣膜12。接下來，在工序(5)中形成達(dá)到集成電路6的擴(kuò)散區(qū)域3的第一接觸孔13a，達(dá)到電容元件11的下電極8的第二接觸孔13b，和達(dá)到電容元件11的上電極10的第三接觸孔13c。接著由工序(6)形成電極配線14a、14b和14c，此后再由工序(7)中等離子CVD法，形成由耐濕性好的氮化硅膜或氮化氧化硅膜等組成的保護(hù)膜15。
但是，上面所述現(xiàn)有的具有電容元件的半導(dǎo)體裝置中，層間絕緣膜12采用PSG膜，為的是達(dá)到緩和對(duì)于電容元件11應(yīng)力這種的，但PSG膜吸收用CVD法形成PSG膜時(shí)所產(chǎn)生的水份，這種水份擴(kuò)散至構(gòu)成電容絕緣膜9的強(qiáng)電介質(zhì)膜，使得電阻降低。這種現(xiàn)象正是導(dǎo)致電容元件11泄漏電流增大和絕緣耐壓下降，引起電容絕緣膜9絕緣損壞的原因。
而且，上面所述現(xiàn)有的具有電容元件的半導(dǎo)體裝置中，保護(hù)膜15采用等離子CVD法形成的氮化硅膜或氮化氧化硅膜，為的是可以防止電容元件11外部來的水份進(jìn)入，但是借助于等離子CVD法成膜當(dāng)中產(chǎn)生活化氫，這種活化氫擴(kuò)散到構(gòu)成電容絕緣膜9的強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜中，成為引起電容元件11泄漏電流增大和壽命特性變差的原因。一般，由等離子CVD法成膜的氮化膜中氫原子含量多達(dá)1022個(gè)/cm3，成膜后經(jīng)熱處理，就使得氫向電容絕緣膜9中的擴(kuò)散加速，進(jìn)一步成為使電容元件11特性變差的原因。
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有可靠性高的電容元件的半導(dǎo)體裝置。而且，還提供一種避免使半導(dǎo)體襯底上形成的集成電路變差來制造上述半導(dǎo)體裝置的方法。
本發(fā)明半導(dǎo)體裝置的一種形態(tài)，其構(gòu)成是，在制作有集成電路的半導(dǎo)體襯底上的絕緣膜上，形成由下電極、電容絕緣膜和上電極所組成的電容元件，覆蓋該電容元件形成的層間絕緣膜中的水份含量，按層間絕緣膜每1cm3來算，不超過0.5g。
經(jīng)證實(shí)，按照這種構(gòu)成，可以抑制水份往電容絕緣膜中擴(kuò)散，可以防止電容絕緣膜絕緣耐壓下降，提高可靠性以及壽命。
而且本發(fā)明半導(dǎo)體裝置另一形態(tài)，其構(gòu)成是，覆蓋電極配線形成的保護(hù)膜是氫含量低于1021個(gè)/cm3的氮化硅膜。
經(jīng)證實(shí)，按照這種構(gòu)成，對(duì)這種氮化硅膜在形成后即使以400℃溫度熱處理，擴(kuò)散至電容絕緣膜中的氫原子數(shù)還是很少，電容元件沒有發(fā)生特性變差的情況。
而且本發(fā)明半導(dǎo)體裝置另一形態(tài)，其構(gòu)成是，從電極配線一側(cè)依次淀積PSG膜(磷摻雜氧化硅膜)、NSG膜(無(wú)摻雜氧化硅膜)作為覆蓋電極配線而形成的保護(hù)膜。
按照這種構(gòu)成，與現(xiàn)有等離子CVD法形成的氮化硅膜和氮化氧化硅膜不同，保護(hù)膜中不含氫，因而避免使電容絕緣膜變差。此外，PSG膜具有使電容元件的應(yīng)力緩和，其上形成的NSG膜可以彌補(bǔ)PSG膜具有吸濕性的不足，可以實(shí)現(xiàn)電容元件不出現(xiàn)應(yīng)力，并且具有高可靠性。
而且本發(fā)明半導(dǎo)體裝置另一形態(tài)，其構(gòu)成是，在電容元件上形成的層間絕緣膜之上，按覆蓋電容元件的形狀，再形成氮化鈦膜或鈦鎢膜。
按照這種構(gòu)成，由于氮化鈦膜，鈦鎢膜與層間絕緣膜的密合性好，且致密，因而可以防止水份進(jìn)入電容絕緣膜，電容元件未出現(xiàn)特性變差的情況。而且，在此構(gòu)成基礎(chǔ)上再在電容元件以外區(qū)域形成氮化硅膜，電容元件就不出現(xiàn)應(yīng)力，而且可以防止水份進(jìn)入，其它區(qū)域也可以得到氮化硅膜全面的保護(hù)。
本發(fā)明半導(dǎo)體裝置制造方法的一個(gè)形態(tài)，是除上述制造半導(dǎo)體裝置用的方法以外，還包括除去電容元件上部保護(hù)膜或者保護(hù)膜與層間絕緣膜，熱處理電容絕緣膜的步驟。
按照此構(gòu)成，可以方便地使電容絕緣膜中所含的氫單體或氫化合物放出，因而可以防止電容元件泄漏電流增大以及絕緣耐壓下降。
圖1是示意現(xiàn)有的具有電容元件的半導(dǎo)體裝置的主要部分構(gòu)造的部分剖面圖。
圖2是說明現(xiàn)有的具有電容元件的半導(dǎo)體裝置的制造方法用的流程圖。
圖3是示意本發(fā)明實(shí)施例1具有電容元件的半導(dǎo)體裝置的主要部分構(gòu)造的部分剖面圖。
圖4是說明本發(fā)明實(shí)施例1具有電容元件的半導(dǎo)體裝置的制造方法用的流程圖。
圖5示出的是PSG膜水份脫除量相對(duì)于溫度的變化關(guān)系圖。
圖6示出的是本發(fā)明實(shí)施例1具有電容元件的半導(dǎo)體裝置的壽命試驗(yàn)結(jié)果圖。
圖7是示意本發(fā)明實(shí)施例2具有電容元件的半導(dǎo)體裝置的主要部分構(gòu)造的部分剖面圖。
圖8、圖9、圖10是示意本發(fā)明實(shí)施例2具有電容元件的半導(dǎo)體裝置的制造方法的部分剖面圖。圖8示出的是在制作有集成電路的半導(dǎo)體襯底上的絕緣膜上形成電容元件，在該電容元件上形成層間絕緣膜，形成好接觸孔之后再形成了電極配線的狀態(tài)。圖9示出的是形成了保護(hù)電極配線用的保護(hù)膜的狀態(tài)。圖10示出的是在圖9所示的保護(hù)膜上再形成第二保護(hù)膜的狀態(tài)。
圖11是本發(fā)明實(shí)施例2具有電容元件的半導(dǎo)體裝置在電極配線形成以后各工序中電容元件泄漏電流的測(cè)定圖。
圖12示出的是本發(fā)明實(shí)施例2具有電容元件的半導(dǎo)體裝置在電極配線形成以后各工序中電容元件所加的電壓與直至破壞的時(shí)間的關(guān)系圖。
圖13是示意本發(fā)明實(shí)施例3具有電容元件的半導(dǎo)體裝置的主要部分構(gòu)造的部分剖面圖。
圖14、圖15、圖16是示意本發(fā)明實(shí)施例3具有電容元件的半導(dǎo)體裝置的制造方法的部分剖面圖。圖14示出的是制作有集成電路的半導(dǎo)體襯底上的絕緣膜上形成電容元件，在該電容元件上形成層間絕緣膜，再形成接觸孔的狀態(tài)。圖15示出的是形成了電極配線的狀態(tài)。圖16示出的是形成了保護(hù)電極配線用的雙層保護(hù)膜的狀態(tài)。
圖17是示意本發(fā)明實(shí)施例4半導(dǎo)體裝置的主要部分構(gòu)造的部分剖面圖。
圖18、圖19是示意實(shí)施例4制造方法的部分剖面圖。圖18示出的是電極配線形成后形成了具有與電容元件相應(yīng)的開口的第二保護(hù)膜的狀態(tài)。圖19示出的是形成了保護(hù)電極配線用的雙層保護(hù)膜的狀態(tài)。
圖20是示意本發(fā)明實(shí)施例5具有電容元件的半導(dǎo)體裝置的主要部分構(gòu)造的部分剖面圖。
圖21是示意本發(fā)明實(shí)施例6半導(dǎo)體裝置的電容元件構(gòu)造的部分剖面圖。
圖22、圖23、圖24、圖25、圖26是示意本發(fā)明實(shí)施例7具有電容元件的半導(dǎo)體裝置的制造方法的部分剖面圖。圖22示出的是在制作有集成電路的半導(dǎo)體襯底上的絕緣膜上形成電容元件，在該電容元件上形成層間絕緣膜，形成了接觸孔的狀態(tài)。圖23示出的是形成了電極配線的狀態(tài)。圖24示出的是形成了保護(hù)電極配線用的保護(hù)膜的狀態(tài)。圖25示出的是電極配線形成后形成了具有與電容元件上電極相應(yīng)開口的第二保護(hù)膜的狀態(tài)。
圖27示出的是本發(fā)明實(shí)施例7具有電容元件的半導(dǎo)體裝置在各工序后其泄漏電流的測(cè)定結(jié)果圖。
圖28示出的是本發(fā)明實(shí)施例7具有電容元件的半導(dǎo)體裝置其壽命試驗(yàn)結(jié)果圖。
實(shí)施例1圖3所示的本發(fā)明半導(dǎo)體裝置，在硅襯底31上形成了分隔氧化膜32，該分隔氧化膜32所包圍的區(qū)域形成了由擴(kuò)散區(qū)域33、柵絕緣膜34以及柵電極35組成的晶體管所代表的集成電路36。
硅襯底31上形成由氧化硅膜組成的絕緣膜37，在該絕緣膜37上形成了電容元件41，它由鉑膜以及鈦膜的下電極38，強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜的電容絕緣膜39，和鉑膜以及鈦膜的上電極40組成。接著再形成一層間絕緣膜42覆蓋該電容元件41，它由水份含量以每cm3來算低于0.5克的PSG膜組成。而現(xiàn)有的具有電容元件的半導(dǎo)體裝置中，層間絕緣膜42的水份含量按每cm3來算超過0.9克。
在集成電路36的上部，絕緣膜37以及層間絕緣膜42形成有達(dá)到擴(kuò)散區(qū)域33的第一接觸孔43a。在電容元件41的上部，層間絕緣膜42形成有達(dá)到下電極38的第二接觸孔43b，和達(dá)到上電極40的第三接觸孔43c。形成通過第一接觸孔43a與擴(kuò)散區(qū)域33連接的由鋁膜或鋁合金膜組成的電極配線44a，再形成分別通過第二和第三接觸孔43b、43c與下電極38和上電極40連接的由鋁膜或鋁合金膜組成的電極配線44b、44c。接下來形成保護(hù)這些電極配線44a、44b、44c的由氮化硅膜或氮化氧化硅膜組成的保護(hù)膜45。
按照這種實(shí)施例1的構(gòu)成，層間絕緣膜42其水份含量控制在每cm3為0.5克以下，以后的工序即使進(jìn)行熱處理，也可以防止水份向電容絕緣膜39中擴(kuò)散，因而可以防止電容元件41泄漏電流增大以及絕緣耐壓下降，可以實(shí)現(xiàn)與以往相比不容易因絕緣損壞而發(fā)生故障的內(nèi)置電容元件41的半導(dǎo)體裝置。
以下參照?qǐng)D3以及圖4所示的制造方法流程圖說明上述半導(dǎo)體裝置的制造方法。首先，由工序1在硅襯底31上形成集成電路36等。其次由工序(2)，在硅襯底31上形成絕緣膜37。接下來由工序(3)，在絕緣膜37上形成電容元件41。該電容元件41是在順序淀積作為下電極38的第一導(dǎo)電膜、電容絕緣膜39、和作為上電極40的第二導(dǎo)電膜之后，分別靠光刻制成圖版形成的。電容絕緣膜39則采用強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜，而下電極38以及上電極40則采用與電容絕緣膜39相接一側(cè)開始順序由鉑膜、鈦膜組成的雙層膜。接下來，在工序(4)當(dāng)中，進(jìn)行電容元件41的熱處理，使得電容絕緣膜39特性提高、穩(wěn)定。接下來在工序(5)當(dāng)中由CVD法等形成一PSG膜(磷摻雜氧化硅膜)組成的層間絕緣膜42，至少覆蓋電容元件41。此后，在工序(6)中通過在氮?dú)猸h(huán)境中熱處理層間絕緣膜42，將層間絕緣膜42中所含的水份除去，直至每cm3層間絕緣膜42中的水份低于0.5克。
以后，在工序(7)中形成到達(dá)集成電路36擴(kuò)散區(qū)域33的第一接觸孔43a，到達(dá)電容元件41的下電極38以及上電極40的第二、第三接觸孔43b、43c。接下來，由工序(8)形成電極配線44a、44b、44c后，再由工序(9)中的等離子CVD法形成由耐濕性高的氮化硅膜或氮化氧化硅膜等組成的保護(hù)膜45。
另外，上述構(gòu)成以及制造方法是就CVD法形成PSG膜作為層間絕緣膜42，再由此后的熱處理工藝從PSG膜除去水份的例子說明的，但本發(fā)明不限于此，例如也可以在高溫減壓狀態(tài)下形成氧化硅膜，而省略熱處理。
而且，上述制造方法是就氮?dú)庵羞M(jìn)行圖4工序(6)中層間絕緣膜42熱處理的例子說明的，但也可以在氦氣、氬氣等惰性氣體中或真空中進(jìn)行。
以下參照?qǐng)D5說明對(duì)通常CVD法形成的PSG膜的吸水量測(cè)定的結(jié)果。圖5的橫軸表示溫度，縱軸表示在此溫度釋出的水份量，這些關(guān)系與吸水強(qiáng)度是對(duì)應(yīng)的。如圖5所示，將PSG膜中吸收的水份脫除的峰值溫度，其第一峰值位于300℃-350℃，第二峰值位于450℃-530℃。這當(dāng)中，相當(dāng)于第二峰值的水份是由足夠強(qiáng)的吸力吸進(jìn)PSG膜的，因而可以認(rèn)為通常使用時(shí)對(duì)于可靠性而言幾乎沒有影響。與此相反，第一峰值則是下坡至低溫一側(cè)，在比較接近于使用溫度的條件下，就釋出水，而成為使電容絕緣膜9變差的原因。
另外，發(fā)明人等還發(fā)現(xiàn)，在靠CVD法成膜之后要將圖4中相當(dāng)于第一峰值的吸收水份釋出，希望在350℃以上熱處理。還知道，對(duì)作為層間絕緣膜42，含6wt%以下磷的硅氧化膜進(jìn)行熱處理，對(duì)于緩和電容元件41上出現(xiàn)的應(yīng)力也是有益的。
圖6還示出了對(duì)于由本實(shí)施例制造出的電容元件41的可靠性作出的研究結(jié)果。這里，電容絕緣膜39采用的是鈦酸鋇鍶薄膜。橫軸表示電容元件41上加的電場(chǎng)的倒數(shù)，縱軸則表示泄漏電流達(dá)到一定值之前的時(shí)間。直線(a)是對(duì)以往方法制造出的電容元件41邊加電壓邊觀察泄漏電流得出的結(jié)果，層間絕緣膜42采用的PSG膜其水份含量為0.93g/cm3。直線(b)是按本實(shí)施例制造出的電容元件41的結(jié)果，作為層間絕緣膜42的PSG膜的水份含量是0.45g/cm3。由這些直線比較證實(shí)，按層間絕緣膜42的水份含量少的本實(shí)施例作出的電容元件41與現(xiàn)有例相比遠(yuǎn)為優(yōu)異。另外，PSG膜中的水份含量在0.5g/cm3以下為好。
還有，本實(shí)施例是就形成層間絕緣膜42，進(jìn)行了熱處理之后再形成接觸孔43a、43b、43c的例子說明的，但也可以改變熱處理順序，在形成了層間絕緣膜42，接觸孔43a、43b、43c之后，再進(jìn)行熱處理。這時(shí)，接觸孔43a、43b、43c為通氣孔，容易除去電容元件41所吸收的水份。
還有，本實(shí)施例是就層間絕緣膜42進(jìn)行一次熱處理的例子說明的，但也可以將熱處理工序分成多次來實(shí)施。例如，可以在形成層間絕緣膜42之后進(jìn)行第一次熱處理，再在形成接觸孔43a、43b、43c之后進(jìn)行第二次熱處理。這時(shí)，在第一次與第二次熱處理工序中還可以改變熱處理?xiàng)l件。
實(shí)施例2圖7所示的半導(dǎo)體裝置是圖3所示的實(shí)施例1的變形例。本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于，在電容元件41的上面形成由氧化硅膜組成的層間絕緣膜46，為保護(hù)鋁膜或鋁合金膜的電極配線44a、44b、44c，形成了由膜中氫原子含量在1021個(gè)/cm3以下的氮化硅膜組成的保護(hù)膜47。
按照這種實(shí)施例2的構(gòu)成，與電容元件41直接相接的層間絕緣膜46采用氫含量低的氧化硅膜，保護(hù)膜47則采用氫原子含量在1021個(gè)/cm3以下的氮化硅膜，因而氫不滲透到電容絕緣膜39中，而且用作保護(hù)膜47的氮化硅膜可以防止水從外部進(jìn)入，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性好的半導(dǎo)體裝置。
另外，本實(shí)施例是就保護(hù)膜47采用氫含量在1021個(gè)/cm3以下的單層氮化硅膜的例子說明的，但使保護(hù)膜47厚度在100nm以下，再在其上淀積氧化硅膜、氮化硅膜或氮化氧化硅膜作為保護(hù)膜，也可以獲得同樣效果。
而且，通過在保護(hù)膜47之下形成氧化硅膜，還可以使電容元件41上出現(xiàn)的應(yīng)力減小。
以下參照?qǐng)D8、圖9以及圖10說明上述半導(dǎo)體裝置的制造方法。圖8示出了在硅襯底31上形成集成電路36等，在這上面形成絕緣膜37，在該絕緣膜37上形成電容元件41，并且覆蓋該電容元件41形成層間絕緣膜46，形成第一接觸孔43a，第二、第三接觸孔43b、43c以后，再形成電極配線44a、44b、44c的狀態(tài)，可以與現(xiàn)有制造方法相同。接下來，如圖9所示，由濺射法形成氮化硅膜，作成保護(hù)膜47。
象這樣，保護(hù)膜47的形成方法采用濺射法，可以在室溫-200℃的低溫比較簡(jiǎn)便地形成致密且化學(xué)理想配比的Si3N4膜，避免給鋁膜或鋁合金膜組成的電極配線44a、44b、44c造成損傷。而且，采用濺射法，靶和氣體均不含氫原子，因而成膜當(dāng)中不產(chǎn)生活化氫。而且，得到的氮化硅膜的氫原子濃度非常低，為1021個(gè)/cm3以下，即使成膜后進(jìn)行熱處理，若為400℃以下，幾乎沒有對(duì)于電容絕緣膜39的氫擴(kuò)散，而不致于使電容元件41的特性變差。
另外，濺射法有多種方法。例如，在采用硅靶，以氮離子進(jìn)行活性濺射的離子束濺射法場(chǎng)合，在室溫下成膜是可能的。而且，離子束濺射法得到的氮化硅膜其膜中氫原子濃度非常少，為1021個(gè)/cm3以下，可與800℃高溫CVD法形成的氮化硅膜媲美。此外，用氮化硅陶瓷靶和氮化硅粉末靶的RF濺射法，或者是RF平面型磁控管濺射法等，也可以獲得相同效果。
而且，如圖10所示，通過在圖9所示工序中形成的保護(hù)膜47上面由等離子CVD法形成氮化硅膜組成的第二保護(hù)膜48，可以使濺射法得到的氮化硅膜的膜厚變薄，從而減小電容元件41上出現(xiàn)的應(yīng)力。
而且，保護(hù)膜47采用濺射法得到的氮化硅膜時(shí)，通過在保護(hù)膜47的下面形成氧化硅膜，可進(jìn)一步減小電容元件41上出現(xiàn)的應(yīng)力。
以下參照?qǐng)D11、圖12說明電容絕緣膜39采用鈦酸鋇膜的電容元件41的特性變動(dòng)。這些圖中，橫軸表示形成電極配線44a、44b、44c后的各個(gè)工序，A表示形成電極配線44a、44b、44c后的值，B表示形成保護(hù)膜47后的值，C表示形成保護(hù)膜47后，在氮?dú)馀c氫氣的混合氣體環(huán)境中在380℃熱處理7分鐘后的值。而且，黑球表示的是由等離子CVD法形成氮化硅膜作為保護(hù)膜47的情況，而白球表示由離子束濺射法形成氮化硅膜作為保護(hù)膜47的情況。另外，圖11、圖12分別表示電容元件41上加1.5V電壓時(shí)的泄漏電流，在125℃電容絕緣膜39上加1MV/cm電壓直至破壞的時(shí)間。
如圖11所示，形成電極配線44a、44b、44c以后(A)的場(chǎng)合，泄漏電流當(dāng)然是不隨硅氮化膜形成方法的不同而有所改變，均為10-8A/cm2，但對(duì)于電極配線44a、44b、44c上形成硅氮化膜之后(B)的場(chǎng)合，可以發(fā)現(xiàn)由等離子CVD法形成硅氮化膜的試樣中泄漏電流有所增加?？梢哉J(rèn)為，這是因?yàn)榈入x子CVD法中活化氫在等離子體中大量存在，在成膜過程中進(jìn)入電容絕緣膜39中，而致使構(gòu)成電容絕緣膜39的強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜變差的緣故。而且，在熱處理后(C)的場(chǎng)合，由等離子CVD法形成硅氮化膜的試樣中，泄漏電流進(jìn)一步增加。與之相反，由離子束濺射法形成的試樣在工序(A)、(B)、(C)后，各試樣間泄漏電流沒有差異。
如圖12所示，由等離子CVD法形成了硅氮化膜的試樣每經(jīng)一道工序其破壞時(shí)間就變短，故可以認(rèn)為，這也是因?yàn)楸Ｗo(hù)膜47中氫原子進(jìn)入電容絕緣膜39，致使構(gòu)成電容絕緣膜39的強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜變差的緣故。與之相反，離子束濺射法形成的試樣其工序(A)、(B)、(C)后各試樣間的破壞時(shí)間沒有差別。
另外，本實(shí)施例中是就電極配線44a、44b、44c采用單層鋁膜或鋁合金膜的情況說明的，通過在這些膜下面形成鈦鎢膜，可以在電容元件41的電極采用鉑膜時(shí)提高密合性，降低接觸阻抗。
實(shí)施例3
圖13所示的半導(dǎo)體裝置是圖3所示的實(shí)施例1的另一變形例。本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于，為了保護(hù)電極配線44a、44b、44c，形成的是由第一層為PSG膜的第一保護(hù)膜49與第二層為NSG膜(無(wú)摻雜氧化硅膜)的第二保護(hù)膜50所組成的多層保護(hù)膜。另外，第一保護(hù)膜49與第二保護(hù)膜50是由除成膜工藝中氫參與的等離子CVD法以外的方法，例如由減壓CVD法或常壓CVD法來形成的。
按照這種實(shí)施例3的構(gòu)成，與現(xiàn)有的等離子CVD法形成的氮化硅膜和氮化氧化硅膜不同，由于保護(hù)膜中不含氫，因而不會(huì)使電容絕緣膜變差。而且，可以由PSG膜緩和對(duì)于電容元件的應(yīng)力，而由其上形成的NSG膜來彌補(bǔ)PSG膜具有吸濕性的不足，可以實(shí)現(xiàn)電容元件上不出現(xiàn)應(yīng)力，且可靠性高。
以下參照?qǐng)D14、圖15以及圖16說明上述半導(dǎo)體裝置的制造方法。圖14示出了在硅襯底31上形成集成電路36等，在其上形成絕緣膜37，在該絕緣膜37上形成電容元件41，再覆蓋該電容元件41形成層間絕緣膜46，最后形成第一接觸孔43a，第二以及第三接觸孔43b、43c的狀態(tài)，與現(xiàn)有的制造方法相同就可以。接下來，如圖15所示，形成電極配線44a、44b、44c。再如圖16所示，由減壓CVD法順序形成PSG膜組成的第一保護(hù)膜49、NSG膜組成的第二保護(hù)膜50，覆蓋電極配線44a、44b、44c。另外，第一保護(hù)膜49、第二保護(hù)膜50由常壓CVD法形成也可以。
實(shí)施例4圖17是圖13所示實(shí)施例3的另一變形例。本實(shí)施例與實(shí)施例3不同之處在于，在第一保護(hù)膜49下面形成了具有與電容元件41對(duì)應(yīng)開口52的、由氮化硅膜或氮化氧化硅膜組成的第二層間絕緣膜51。
通過這樣構(gòu)成，在形成好電容元件41之后，即使熱處理電容絕緣膜39，也可以由氮化硅膜組成的第二層間絕緣膜51隔斷構(gòu)成電容絕緣膜39的強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜產(chǎn)生的氫或氫化合物，從而防止集成電路36變差。而且，最后在電容元件41上形成了PSG膜組成的第一保護(hù)膜49與NSG膜組成的第二保護(hù)膜50，所以，第一保護(hù)膜49緩和電容元件41出現(xiàn)的應(yīng)力的同時(shí)，還防止離子性雜質(zhì)從外部進(jìn)入，第二保護(hù)膜50彌補(bǔ)了PSG膜的弱點(diǎn)耐濕性以及耐水性。
以下，參照?qǐng)D18、圖19說明圖17所示的半導(dǎo)體裝置制造方法。在圖15所示的形成有電極配線44a、44b、44c的狀態(tài)，形成由氮化硅膜或氮化氧化硅膜組成的第二層間絕緣膜51，以覆蓋電極配線44a、44b、44c。接下來，如圖18所示，由通常光刻法形成與電容元件41相對(duì)應(yīng)的開口52。再如圖19所示，由減壓CVD法或常壓CVD法順序在整個(gè)面上形成由PSG膜組成的第一保護(hù)膜49與由NSG膜組成的第二保護(hù)膜50。
另外，通過由等離子CVD法在低溫形成致密的氮化硅膜作為第二層間絕緣膜51，在第二層間絕緣膜51上設(shè)有與電容元件41相對(duì)應(yīng)的開口52之后再熱處理電容元件41，可以使該氮化硅膜形成工序當(dāng)中膜吸收的氫釋放出來。
而且，電容元件41的熱處理分兩次進(jìn)行，即先經(jīng)過在惰性氣體或真空中熱處理的第一熱處理工序，再經(jīng)過在含氧的氣體中熱處理的第二熱處理工序，這樣就可以獲得更好的效果。具體來說，由第一熱處理工序可以使電容絕緣膜39中的氫放出，由第二熱處理工序可以導(dǎo)入氧，恢復(fù)電容絕緣膜39的特性。
另外，本實(shí)施例是就第二層間絕緣膜51上形成與電容元件41相對(duì)應(yīng)的開口52的例子說明的，但是，即使開口設(shè)置成對(duì)應(yīng)于上電極40而非整體，由熱處理工序也能夠使電容絕緣膜39中的氫放出。
實(shí)施例5圖20所示的半導(dǎo)體裝置是圖7所示的實(shí)施例2的變形例。本實(shí)施例與實(shí)施例2不同之處在于，在電極配線44a、44b、44c的下面，包含第一接觸孔43a、第二接觸孔43b、第三接觸孔43c及其邊緣在內(nèi)，形成了鈦膜組成的第一導(dǎo)電膜53a、53b、53c以及氮化鈦膜組成的第二導(dǎo)電膜54a、54b、54c，電容元件41的上部還通過層間絕緣膜46由第一導(dǎo)電膜53c、第二導(dǎo)電膜54c、電極配線44c覆蓋，并且形成了由氮化硅膜或氮化氧化硅膜組成的保護(hù)膜55覆蓋電極配線44a、44b、44c。
若按照這種實(shí)施例5的構(gòu)成，選取氫通不過的膜作為第二導(dǎo)電膜54c的話，即使由等離子CVD法形成氮化硅膜或氮化氧化硅膜作為保護(hù)膜55，也可以防止等離子體中的氫原子、原子團(tuán)或離子還原電容絕緣膜39。
另外，第一導(dǎo)電膜53a、53b、53c適用鈦膜或鈦鎢膜，而第二導(dǎo)電膜54a、54b、54c則適用氮化鈦膜。還有，即使采用第一導(dǎo)電膜53c與電極配線44c的組合，作為覆蓋在電容元件41上面的膜，而省去第二導(dǎo)電膜54c，與以往相比，還是可以防止保護(hù)膜55形成工序當(dāng)中電容絕緣膜39變差。
實(shí)施例6圖21是實(shí)施例5的變形例，其中省略了與本實(shí)施例無(wú)直接關(guān)系的集成電路等處的圖示。本實(shí)施例與實(shí)施例5不同之處在于，電容元件41的上部是通過層間絕緣膜46由第一導(dǎo)電膜56a以及電極配線44c覆蓋的，而且在電容元件41的邊緣第一導(dǎo)電膜56a以及電極配線44c具有重疊部分，并設(shè)置了具有與電容元件41上電極40對(duì)應(yīng)開口58的氮化硅組成的第二層間絕緣膜57。
通過這樣構(gòu)成，由鈦鎢膜等組成的第一導(dǎo)電膜56a隔斷水從電容元件41的上面進(jìn)入，其它區(qū)域由氮化硅膜等組成的第二層間絕緣膜57隔斷，因而可以進(jìn)一步有效地提高耐濕耐水方面的可靠性。
實(shí)施例7圖22、圖23、圖24、圖25以及圖26是說明實(shí)施例1中設(shè)有第二層間絕緣膜59的半導(dǎo)體裝置制造工序用的圖。
首先，如圖22所示，在制作有集成電路36的硅襯底31上形成絕緣膜37，在該絕緣膜37上形成電容元件41，形成氧化硅膜等層間絕緣膜46覆蓋該電容元件41，再形成第一接觸孔43a、第二接觸孔43b、第三接觸孔43c。電容元件41的下電極38以及上電極40采用的是在電容絕緣膜39一側(cè)介有鈦膜的鉑膜。
接下來，在如圖23所示形成電極配線44a、44b、44c之后，再如圖24所示，由等離子CVD法等在整個(gè)面上形成氮化硅膜或氮化氧化硅膜組成的第二層間絕緣膜59。接下來，如圖25所示，在電容元件41上部第二層間絕緣膜59中形成與電容元件41相對(duì)應(yīng)的開口60。在此狀態(tài)下，為了排出電容絕緣膜39中的氫或氫化合物，采用氮?dú)?、氬氣或這些氣體的混合氣進(jìn)行熱處理，或者在真空中進(jìn)行熱處理。為了接著此熱處理向電容絕緣膜39供氧，采用氧氣或氧氣與氮?dú)狻鍤獾鹊幕旌蠚膺M(jìn)行熱處理。接下來，如圖26所示，形成氧化硅膜或有機(jī)絕緣膜組成的保護(hù)膜55。
按照這種實(shí)施例7的構(gòu)成，在除去電容元件41上第二層間絕緣膜59之后，通過在氮?dú)?、氬氣或這些氣體的混合氣中或真空中在400℃以下進(jìn)行電容元件41的熱處理(即電容絕緣膜39的熱處理)，可以很容易地使引起強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜變差的氫或氫化合物排出。通過再在400℃以下接著進(jìn)行采用氧氣，或者氧氣與氮?dú)狻鍤獾鹊幕旌蠚獾臒崽幚?，就可以填滿使強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜電導(dǎo)變大的氧空穴。
以下，參照?qǐng)D27、圖28說明在電容元件41上形成氮化硅膜前后以及熱處理之后電容絕緣膜39泄漏電流的測(cè)定結(jié)果以及壽命試驗(yàn)結(jié)果。
圖27示出的是采用鈦酸鋇鍶膜作為電容絕緣膜39時(shí)泄漏電流的測(cè)定結(jié)果，由等離子CVD法形成氮化硅膜作為第二層間絕緣膜59之后，泄漏電流增加了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，但經(jīng)熱處理泄漏電流又下降2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，返回至形成氮化硅膜以前的狀態(tài)。
圖28示出了加在電容元件41上的電場(chǎng)強(qiáng)度E(MV/cm)的倒數(shù)與壽命的關(guān)系，虛線表示形成氮化硅膜作為第二層間絕緣59，不進(jìn)行熱處理時(shí)的壽命，實(shí)線表示形成氮化硅膜作為第二層間絕緣膜59再熱處理時(shí)的壽命。任何一種情況，氮化硅膜都是由等離子CVD法形成的。
這樣，通過由等離子CVD法形成氮化硅膜或氮化氧化硅膜作為第二層間絕緣59后再熱處理，就可以使因等離子CVD工序而變差的在高溫、高電場(chǎng)中的壽命，恢復(fù)到可以足夠耐用的水平。
另外，上述半導(dǎo)體裝置制造方法是就形成電極配線44a、44b、44c前后進(jìn)行電容元件41熱處理的例子說明的，除此以外，為了在形成圖22所示的第一、第二、第三接觸孔43a、43b、43c之后排出電容絕緣膜39中的氫或氫化合物，通過采用氮?dú)?、氬氣或這些氣體的混合氣進(jìn)行熱處理，或者在真空中進(jìn)行熱處理;為了接著向電容絕緣膜39供氧，通過采用氧氣，或者氧氣與氮?dú)?、氬氣等的混合氣進(jìn)行熱處理，也可以獲得相同的效果。這時(shí)，第二層間絕緣膜59最好是以等離子CVD法以外的方法成膜的。這時(shí)，就不需要上述制造方法中形成電極配線44a、44b、44c前后所需的熱處理。
另外，本實(shí)施例是就第二層間絕緣膜59中設(shè)置與電容元件41相對(duì)應(yīng)開口60的例子說明的，但是，開口60即使與電容元件41的上電極相對(duì)應(yīng)設(shè)置，也能夠由熱處理工序使電容絕緣膜39中的氫或氫化合物排出。
本發(fā)明并非限于上面所述的種種實(shí)施例。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)以及保護(hù)范圍內(nèi)的變形例均為權(quán)利要求書所包含。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，由集成電路與該集成電路上形成的電容元件組成，其特征在于，所述電容元件包括所述集成電路的絕緣膜上形成的導(dǎo)電性膜組成的下電極；所述下電極上形成的強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜組成的電容絕緣膜；所述電容絕緣膜上形成的導(dǎo)電性膜組成的上電極，所述電容元件的上電極以及下電極，通過設(shè)于覆蓋所述電容元件形成的層間絕緣膜中的接觸孔，與所述集成電路的電極配線連接，所述層間絕緣膜的水份含量按每一cm3來算在0.5克以下。
2.一種半導(dǎo)體裝置，由集成電路與該集成電路上形成的電容元件組成，其特征在于，所述電容元件包括所述集成電路的絕緣膜上形成的導(dǎo)電性膜組成的下電極;所述下電極上形成的強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜組成的電容絕緣膜;所述電容絕緣膜上形成的導(dǎo)電性膜組成的上電極，所述電容元件的上電極以及下電極，通過設(shè)于覆蓋所述電容元件形成的層間絕緣膜中的接觸孔，與所述集成電路的電極配線連接，覆蓋所述電極配線形成的保護(hù)膜是氫原子含量在1021個(gè)/cm3以下的氮化硅膜。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述氮化硅膜厚度在100nm以下，其上面形成了別的保護(hù)膜。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述氮化硅膜的下面形成了硅氧化膜。
5.一種半導(dǎo)體裝置，由集成電路與該集成電路上形成的電容元件組成，其特征在于，所述電容元件包括所述集成電路的絕緣膜上形成的導(dǎo)電性膜組成的下電極;所述下電極上形成的強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜組成的電容絕緣膜;所述電容絕緣膜上形成的導(dǎo)電性膜組成的上電極，所述電容元件的上電極以及下電極，通過設(shè)于覆蓋所述電容元件形成的層間絕緣膜中的接觸孔，與所述集成電路的電極配線連接，形成有保護(hù)膜以覆蓋所述電極配線，所述保護(hù)膜是從電極配線一側(cè)順序由摻磷的氧化硅膜與無(wú)摻雜氧化硅膜組成的。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述保護(hù)膜的下面具有第二層間絕緣膜，該層間絕緣膜在所述電容元件上電極相對(duì)應(yīng)部分具有開口。
7.一種半導(dǎo)體裝置，由集成電路與該集成電路上形成的電容元件組成，其特征在于，所述電容元件包括所述集成電路的絕緣膜上形成的導(dǎo)電性膜組成的下電極;所述下電極上形成的強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜組成的電容絕緣膜;所述電容絕緣膜上形成的導(dǎo)電性膜組成的上電極，所述電容元件的上電極以及下電極，通過設(shè)于覆蓋所述電容元件形成的層間絕緣膜中的接觸孔，與所述集成電路的電極配線連接，形成有保護(hù)膜以覆蓋所述電極配線，所述電容元件的上部通過層間絕緣膜由氮化鈦膜以及鈦鎢膜中至少之一覆蓋。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述保護(hù)膜下面具有氮化硅膜，該氮化硅膜在所述電容元件上電極相對(duì)應(yīng)部分具有開口。
9.一種半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于包括在制作有集成電路的半導(dǎo)體基板的絕緣膜上形成電容元件的工序，此電容元件包括，由導(dǎo)電性膜組成的下電極;所述下電極上形成的強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜組成的電容絕緣膜;所述電容絕緣膜上形成的導(dǎo)電性膜組成的上電極;形成層間絕緣膜覆蓋所述電容元件的工序;熱處理所述層間絕緣膜的工序;形成通過所述絕緣膜以及層間絕緣膜到達(dá)集成電路以及電容元件上電極、下電極的接觸孔的工序;形成通過所述接觸孔與集成電路以及電容元件電連接的電極配線的工序;形成保護(hù)膜覆蓋所述電極配線的工序。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于所述層間絕緣膜的熱處理溫度在350℃以上。
11.一種半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于包括在制作有集成電路的半導(dǎo)體基板的絕緣膜上形成電容元件的工序，此電容元件包括，由導(dǎo)電性膜組成的下電極;所述下電極上形成的強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜組成的電容絕緣膜;所述電容絕緣膜上形成的導(dǎo)電性膜組成的上電極;形成層間絕緣膜覆蓋所述電容元件的工序;形成通過所述絕緣膜以及層間絕緣膜到達(dá)集成電路以及電容元件上電極、下電極的接觸孔的工序;形成通過所述接觸孔與集成電路以及電容元件電連接的電極配線的工序;形成由氫原子含量在1021個(gè)/cm3以下的氮化硅膜組成的保護(hù)膜來覆蓋所述電極配線的工序。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于形成所述保護(hù)膜的工序借助于濺射蒸鍍。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于接在形成所述保護(hù)膜的工序之后，增加由等離子化學(xué)氣相生長(zhǎng)法形成第二氮化硅膜的工序。
14.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于在形成所述保護(hù)膜的工序之前，增加形成氧化硅膜的工序。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于所述氧化硅膜含有硼以及磷中至少一種。
16.一種半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于包括在制作有集成電路的半導(dǎo)體基板的絕緣膜上形成電容元件的工序，此電容元件包括，由導(dǎo)電性膜組成的下電極;所述下電極上形成的強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜組成的電容絕緣膜;所述電容絕緣膜上形成的導(dǎo)電性膜組成的上電極;形成層間絕緣膜覆蓋所述電容元件的工序;形成通過所述絕緣膜以及層間絕緣膜到達(dá)集成電路以及電容元件上電極、下電極的接觸孔的工序;形成通過所述接觸孔與集成電路以及電容元件電連接的電極配線的工序;順序形成摻磷的氧化硅膜與無(wú)摻雜氧化硅膜組成的膜來覆蓋所述電極配線的工序。
17.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，在形成所述保護(hù)膜的工序之前，增加形成第二層間絕緣膜的工序，與除去電容元件上電極上部的第二層間絕緣膜的工序。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，形成所述第二層間絕緣膜的工序是由等離子CVD法形成氮化硅膜的，在除去所述第二層間絕緣膜的工序以后，增加了熱處理電容元件的工序。
19.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述電容元件的熱處理工序包括，惰性氣體中或者真空中進(jìn)行熱處理的第一工序，以及在含氧的氣體中熱處理的第二工序。
20.一種半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于包括在制作有集成電路的半導(dǎo)體基板的絕緣膜上形成電容元件的工序，此電容元件包括，由導(dǎo)電性膜組成的下電極;所述下電極上形成的強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜組成的電容絕緣膜;所述電容絕緣膜上形成的導(dǎo)電性膜組成的上電極;形成層間絕緣膜覆蓋所述電容元件的工序;形成通過所述絕緣膜以及層間絕緣膜到達(dá)集成電路以及電容元件上電極、下電極的接觸孔的工序;形成通過所述接觸孔與集成電路以及電容元件電連接的電極配線的工序;形成保護(hù)膜覆蓋所述電極配線的工序;僅除去所述電容元件上電極的上部保護(hù)膜或除去層間絕緣膜與保護(hù)膜兩部分的工序;熱處理所述電容元件的工序;形成第二保護(hù)膜來覆蓋所述上電極上部的工序。
21.如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述電容元件的熱處理工藝包括，在惰性氣體或真空中熱處理的第一工序，以及在含氧的氣體中熱處理的第二工序。
22.一種半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于包括在制作有集成電路的半導(dǎo)體基板的絕緣膜上形成電容元件的工序，此電容元件包括，由導(dǎo)電性膜組成的下電極;所述下電極上形成的強(qiáng)電介質(zhì)膜或高電介質(zhì)膜組成的電容絕緣膜;所述電容絕緣膜上形成的導(dǎo)電性膜組成的上電極;形成層間絕緣膜覆蓋所述電容元件的工序;形成通過所述絕緣膜以及層間絕緣膜到達(dá)集成電路以及電容元件上電極、下電極的接觸孔的工序;形成通過所述接觸孔與集成電路以及電容元件電連接的電極配線的工序;形成保護(hù)膜覆蓋所述電極配線的工序;還包括在形成所述電極配線工序之前或之后熱處理電容元件的工序。
23.如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于所述電容元件熱處理工序包括，在惰性氣體中或在真空中熱處理的第一工序，以及在含氧的氣體中熱處理的第二工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在形成有集成電路的半導(dǎo)體基板上通過層間絕緣膜形成電容元件的半導(dǎo)體裝置。這種半導(dǎo)體裝置，一種是形成膜中水分含量在0.5克/cm
文檔編號(hào)H01L21/8246GK1102731SQ9410946
公開日1995年5月17日 申請(qǐng)日期1994年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月5日
發(fā)明者有田浩二, 藤井英治, 田恭博, 上本康裕, 那須徹, 松田明浩, 長(zhǎng)野能久 申請(qǐng)人:松下電子工業(yè)株式會(huì)社