[发明专利]半导体器件的制造方法

说明书

本发明涉及具有强电介质(强诱电体)电容的半导体器件的制造方法。

在半导体存储器件中，主要采用动态随机存取存储器(DRAM)，它利用存储单元电容中所蓄电荷的有无，来存储数据。以往，把氧化硅膜或氮化硅膜用作该存储单元电容的电介质膜。但，最近开发了采用由钛酸钡之类的强电介质材料构成的电介质膜的存储单元电容。且，实现了通过装载该强电介质电容达到存储数据非易失性的半导体存储器件。

这样的半导体器件，除单独使用外，往往作为微计算机等的存储区用。以往采用这种强电介质电容的半导体存储器件，用下述方法制作。

首先，在硅衬底上形成用于隔离元件的氧化膜，进而形成由扩散层和栅绝缘膜及栅极构成的MOS晶体管。且，在用于元件隔离的氧化膜上，形成下电极、强电介质膜和上电极顺次层叠的强电介质电容，再用由氧化硅膜组成的层间绝缘膜全部加以覆盖。

然后，在层间绝缘膜上分别形成与扩散层相通的第1接触孔及与强电介质电容的下电极及上电极相通的第2接触孔。此后，在氢气氛中作热处理。又，形成通过第1接触孔与扩散层接触的电极布线及通过第2接触孔与下电极和上电极分别接触的电极布线。

在MOS晶体管的制造步骤中，硅衬底和其上形成的绝缘膜(尤其是栅绝缘膜)的界面上存在的界面能级一般会升高，使晶体管特性变坏。因而，为了降低界面能级，接触孔形成后必须在氢中进行热处理。但是，在存储单元电容中，尤其在采用强电介质氧化物作为电介质膜时，存在的问题是：在上述氢热处理步骤中，强电介质氧化物膜从第2接触孔吸收氢，引起电气特性变坏。

本发明的目的在于提供一种不使强电介质膜的特性变坏，且能降低MOS晶体管界面能级的半导体存储器件的制造方法。

本发明的半导体存储器器件的制造方法包括；在已形成由MOS晶体管等构成的集成电路的半导体衬底上，形成由下电极、强电介质膜和上电极组成的强电介质电容的步骤；形成覆盖集成电路及强电介质电容的层间绝缘膜的步骤；在层间绝缘膜上形成与集成电路的扩散层相通的第1接触孔的步骤；在第1接触孔形成后，在氢气氛中作热处理的步骤；热处理后，在层间绝缘膜上形成分别与强电介质电容的下电极和上电极相通的第2接触孔的步骤；分别形成经第1及第2接触孔与集成电路的扩散层及强电介质电容的上电极和下电极相连的电极布线的步骤。

根据该制造方法，由于在与强电介质电容相通的第2接触孔不开启的状态下进行氢中热处理，氢难于到达强电介质电容。因此，可抑制强电介质膜电气特性变坏。另一方面，由于通过第1接触孔提供氢至半导体衬底和栅绝缘膜的界面上，比较容易降低界面能级。

再者，在该制造方法中，氢气氛中的热处理步骤最好通过等离子体氢处理来进行。利用该等离子体氢处理中的活性氢，能比只在氢中作热处理更容易降低界面能级。

又，层间绝缘膜最好由氮化硅膜构成。由于氮化硅膜膜质致密，能充分防止氢气进入强电介质膜。因而，即使在氢中作热处理，也不易引起强电介质膜电气特性变坏。

图1(a)、1(b)、1(c)、1(d)是用于说明本发明的半导体存储器件制造步骤的器件剖面图。

图2(a)、2(b)是用于说明本发明的其它半导体存储器件制造步骤的器件剖面图。

下面，参照附图，说明本发明的实施例。

首先，如图1(a)所示，在硅衬底1上形成用于隔离元件的氧化膜2，然后形成由扩散层3、栅绝缘膜4和栅电极5组成的MOS晶体管10。该MOS晶体管10用通常的半导体制作工艺形成。又，用溅射法在元件隔离用氧化膜2上形成下电极6、钛酸钡强电介质膜7和上电极8顺次叠层的强电介质电容9。然后，通过CVD法，用氧化硅膜(NSG膜)构成的层间绝缘膜11覆盖硅衬底1的整个面，在该衬底上已形成了MOS晶体管10及强电介质电容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膜用于层间绝缘膜11。

然后，如图1(b)所示，采用蚀刻技术在层间绝缘膜11上形成与MOS晶体管10的扩散层3相通的第1接触孔12a。接着，在氢气氛中以450℃温度对其进行30分钟热处理。

在该氢热处理步骤中，由于强电介质电容9用层间绝缘膜11加以覆盖，氢难于到达强电介质膜7，但通过第1接触孔12a氢容易到达MOS晶体管10。因而，不会导致强电介质电容9的特性变坏，但能降低硅衬底1和栅绝缘膜4的界面的界面能级。