JPH1187651A - Semiconductor integrated circuit device and method for manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device and method for manufacturing the same

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JPH1187651A
JPH1187651A JP9242329A JP24232997A JPH1187651A JP H1187651 A JPH1187651 A JP H1187651A JP 9242329 A JP9242329 A JP 9242329A JP 24232997 A JP24232997 A JP 24232997A JP H1187651 A JPH1187651 A JP H1187651A
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JP
Japan
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film
insulating film
plug
iridium
lower electrode
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Application number
JP9242329A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinpei Iijima
晋平 飯島
Keiko Kushida
惠子 櫛田
Yasuhiro Sugawara
安浩 菅原
Misuzu Kanai
美鈴 金井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase a storage electric charge amount of an information storage capacity element. SOLUTION: A capacitor C for information starage comprises a lower part electrode 27, a capacity insulating film 28 and a plate electrode 29, while the lower part electrode 27 comprises a blocking layer 27a, a lower part conductive layer 27b, and a pillar part 27c. The lower part conductive layer 27b is an amorphous iridium oxide, formed under a relatively low pressure (5mTorr) by a reaction spattering method with iridium as a target, while a mixed gas of argon and oxygen (1:1) as a raw material, and the pillar part 27c is a crystalline iridium formed under a relatively high pressure (20mTorr) by the same reactive sputtering method as above and selectively grown with a main orientation plane as plane (101). In the capacity insulating film 28, a tantalium oxide film formed by CVD method is heat treated in an oxygen atmosphere at 800 deg.C for 3 minutes for crystallization.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置およびその製造技術に関し、特に、DRAM(Dynami
c Random Access Memory)の蓄積容量の増大に適用して
有効な技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device and its manufacturing technique, and more particularly to a DRAM (Dynami
The present invention relates to a technology that is effective when applied to an increase in storage capacity of a random access memory (c).

【0002】[0002]

【従来の技術】DRAM(Dynamic Random Access Memo
ry)のメモリセルは、半導体基板の主面上にマトリクス
状に配置された複数のワード線と複数のビット線との交
点に配置され、1個のメモリセル選択用MISFET(M
etal Insulator SemiconductorField Effect Transisto
r) とこれに直列に接続された1個の情報蓄積用容量素
子(キャパシタ)とで構成されている。メモリセル選択
用MISFETは、周囲を素子分離領域で囲まれた活性
領域に形成され、主としてゲート酸化膜、ワード線と一
体に構成されたゲート電極およびソース、ドレインを構
成する一対の半導体領域で構成されている。ビット線
は、メモリセル選択用MISFETの上部に配置され、
その延在方向に隣接する2個のメモリセル選択用MIS
FETによって共有されるソース、ドレインの一方と電
気的に接続されている。情報蓄積用容量素子は、同じく
メモリセル選択用MISFETの上部に配置され、上記
ソース、ドレインの他方と電気的に接続されている。
2. Description of the Related Art DRAM (Dynamic Random Access Memory)
The ry) memory cells are arranged at intersections of a plurality of word lines and a plurality of bit lines arranged in a matrix on the main surface of the semiconductor substrate, and one memory cell selecting MISFET (M
etal Insulator SemiconductorField Effect Transisto
r) and one information storage capacitance element (capacitor) connected in series to this. The memory cell selection MISFET is formed in an active region surrounded by an element isolation region, and mainly includes a gate oxide film, a gate electrode integrally formed with a word line, and a pair of semiconductor regions forming a source and a drain. Have been. The bit line is arranged above the memory cell selecting MISFET,
Two memory cell selecting MISs adjacent in the extending direction
It is electrically connected to one of the source and drain shared by the FET. The information storage capacitance element is similarly disposed above the memory cell selection MISFET, and is electrically connected to the other of the source and the drain.

【0003】特開平7−7084号公報は、ビット線の
上部に情報蓄積用容量素子を配置するキャパシタ・オー
バー・ビットライン(Capacitor Over Bitline)構造のD
RAMを開示している。この公報に記載されたDRAM
は、メモリセルの微細化に伴う情報蓄積用容量素子の蓄
積電荷量(Cs)の減少を補うために、ビット線の上部に
配置した情報蓄積用容量素子の下部電極(蓄積電極)を
円筒状に加工することによってその表面積を増やし、そ
の上部に容量絶縁膜と上部電極(プレート電極)とを形
成している。
[0003] Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-7084 discloses a capacitor over bit line (Capacitor Over Bitline) structure in which an information storage capacitor is arranged above a bit line.
A RAM is disclosed. DRAM described in this publication
The lower electrode (storage electrode) of the information storage capacitor disposed above the bit line is formed in a cylindrical shape in order to compensate for the decrease in the storage charge (Cs) of the information storage capacitor accompanying the miniaturization of the memory cell. The capacitance insulating film and the upper electrode (plate electrode) are formed thereon.

【0004】また、特願昭62−198043号公報お
よび特願昭63−10635号公報には、情報蓄積用容
量素子の下部電極として多結晶シリコン膜を用い、多結
晶シリコン膜のCVD法による成膜時に、その初期段階
において下地の表面状態に依存して粒状シリコン多結晶
が成長する現象、あるいは、多結晶シリコン膜のウェッ
トエッチングが均一には進まず表面に凹凸が生じる現象
を利用して下部電極表面に微少な凹凸を形成し、その表
面積の増加を図り、蓄積容量の確保を図る技術が開示さ
れている。
In Japanese Patent Application Nos. 62-198043 and 63-10635, a polycrystalline silicon film is used as a lower electrode of an information storage capacitor, and the polycrystalline silicon film is formed by a CVD method. At the initial stage of film formation, the phenomenon that granular silicon polycrystal grows depending on the surface condition of the base, or the phenomenon that unevenness occurs on the surface without wet etching of polycrystalline silicon film proceeding uniformly A technique has been disclosed in which minute irregularities are formed on the surface of an electrode to increase the surface area thereof and to secure a storage capacity.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、情報蓄積用容
量素子の下部電極を円筒形状とし、その表面積を増加す
る方法、あるいはその表面に微少な凹凸を形成してその
表面積を増加する方法を用いたとしても、集積度向上の
要求はメモリセル面積の更なる縮小を要求し、それに伴
う蓄積容量値の確保が困難となる。このため、さらに下
部電極の表面積を増大する必要があるが、円筒形状の高
さの増加は、下部電極の機械的強度の確保の困難性、お
よび、メモリセルアレイ領域と周辺回路領域との下部電
極の高さに起因する段差の発生が問題となり自ずと限界
が存在する。また、表面に微細な凹凸を形成する方法に
おいてもシリコンの表面状態あるいは物性に依存しやは
り限界がある。
However, a method of increasing the surface area by forming the lower electrode of the information storage capacitor element into a cylindrical shape and increasing the surface area by forming minute irregularities on the surface is used. Even so, the demand for an increase in the degree of integration demands a further reduction in the memory cell area, which makes it difficult to secure a storage capacitance value. For this reason, it is necessary to further increase the surface area of the lower electrode. However, the increase in the height of the cylindrical shape makes it difficult to secure the mechanical strength of the lower electrode and the lower electrode between the memory cell array region and the peripheral circuit region. There is a problem due to the occurrence of a step due to the height of the surface, and there is naturally a limit. Also, the method of forming fine irregularities on the surface also has a limit depending on the surface state or physical properties of silicon.

【0006】このように、下部電極の形状的な対処にお
いては限界が存在するため材料的な対処を行う必要があ
る。すなわち、情報蓄積用容量素子の容量絶縁膜に従来
用いられているシリコン酸窒化膜よりも高誘電率な材料
を用いる方策であり、たとえば、酸化タンタル膜を容量
絶縁膜に用いる方策が検討されている。
As described above, there is a limit in coping with the shape of the lower electrode, so it is necessary to cope with the material. In other words, this is a measure to use a material having a higher dielectric constant than the silicon oxynitride film conventionally used for the capacitive insulating film of the information storage capacitive element. For example, a measure to use a tantalum oxide film for the capacitive insulating film has been studied. I have.

【0007】しかしながら、酸化タンタル膜はCVD法
で形成され、アズデポ状態(成膜直後の状態)では酸素
欠陥が多数存在し、リーク電流が著しい。そこで、成膜
後に酸素雰囲気での熱処理を施すことにより酸化タンタ
ル膜の酸素欠陥を回復し、リーク電流を低減することが
必要となる。
However, a tantalum oxide film is formed by a CVD method, and in an as-deposited state (a state immediately after the film formation), a large number of oxygen defects are present and a leak current is remarkable. Therefore, it is necessary to recover the oxygen deficiency of the tantalum oxide film by performing a heat treatment in an oxygen atmosphere after the film formation, and to reduce the leak current.

【0008】しかし、このような酸化雰囲気下での熱処
理を、下部電極としてシリコン材料を用いた場合に適用
した場合には、酸化タンタル膜の下地材料であるシリコ
ン表面も酸化され、下部電極である多結晶シリコン膜と
容量絶縁膜である酸化タンタル膜との間にシリコン酸化
膜が形成されることとなる。このようなシリコン酸化膜
は低誘電率な絶縁膜として作用し、容量絶縁膜の実質的
な膜厚を厚くし、また、容量絶縁膜の実質的な誘電率を
低下させて蓄積電荷量を低下させてしまう問題がある。
However, when such a heat treatment in an oxidizing atmosphere is applied to a case where a silicon material is used as the lower electrode, the silicon surface, which is a base material of the tantalum oxide film, is also oxidized and becomes a lower electrode. A silicon oxide film is formed between the polycrystalline silicon film and the tantalum oxide film serving as the capacitor insulating film. Such a silicon oxide film acts as a low-dielectric-constant insulating film, increases the substantial thickness of the capacitive insulating film, and lowers the substantial dielectric constant of the capacitive insulating film, thereby reducing the amount of accumulated charges. There is a problem.

【0009】本発明の目的は、情報蓄積用容量素子の蓄
積電荷量を増加することにある。
It is an object of the present invention to increase the amount of charge stored in an information storage capacitor.

【0010】また、本発明の目的は、情報蓄積用容量素
子の容量絶縁膜に酸化タンタル膜を用い、酸素雰囲気に
おける熱処理を施しても実効的な容量絶縁膜の誘電率の
低下および膜厚の増加を来すことがない技術を提供する
ことにある。
Another object of the present invention is to use a tantalum oxide film as a capacitive insulating film of an information storage capacitor element and to effectively reduce the dielectric constant of the capacitive insulating film and reduce the film thickness even when heat treatment is performed in an oxygen atmosphere. It is to provide a technology that does not increase.

【0011】また、本発明の目的は、情報蓄積用容量素
子の下部電極の表面積を増加する技術を提供することに
ある。
Another object of the present invention is to provide a technique for increasing the surface area of the lower electrode of the information storage capacitor.

【0012】また、本発明の目的は、情報蓄積用容量素
子の下部電極の形成工程の簡略化を実現できる技術を提
供することにある。
Another object of the present invention is to provide a technique capable of simplifying the process of forming the lower electrode of the information storage capacitor.

【0013】また、本発明の目的は、情報蓄積用容量素
子の蓄積電荷量を増加し、DRAMのリフレッシュマー
ジンを増加して半導体集積回路装置の低電圧化、低電力
化を図ることにある。
Another object of the present invention is to reduce the voltage and power of a semiconductor integrated circuit device by increasing the amount of charge stored in an information storage capacitor and increasing the refresh margin of a DRAM.

【0014】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.

【0016】(1)本発明の半導体集積回路装置は、半
導体基板の主面上に形成されたメモリセル選択用MIS
FETに直列に接続され、下部電極、下部電極に接して
形成された酸化タンタルを主成分とする容量絶縁膜、お
よび容量絶縁膜を介し下部電極に対向して形成された上
部電極を備えた情報蓄積用容量素子を有する半導体集積
回路装置であって、下部電極を、酸化イリジウムからな
る複数の柱状部分と、柱状部分の底部に位置する導電膜
とを有するものとしたものである。
(1) A semiconductor integrated circuit device according to the present invention provides a memory cell selecting MIS formed on a main surface of a semiconductor substrate.
Information comprising a lower electrode connected in series to the FET, a lower electrode, a capacitive insulating film mainly composed of tantalum oxide formed in contact with the lower electrode, and an upper electrode formed opposite the lower electrode via the capacitive insulating film. A semiconductor integrated circuit device having a storage capacitor element, wherein a lower electrode has a plurality of columnar portions made of iridium oxide and a conductive film located at the bottom of the columnar portion.

【0017】このような半導体集積回路装置によれば、
下部電極を酸化イリジウムからなる複数の柱状部分と柱
状部分の底部に位置する導電膜とで構成し、柱状部分を
形成することにより下部電極の表面積を向上し、情報蓄
積用容量素子の蓄積電荷量を増加することができる。
According to such a semiconductor integrated circuit device,
The lower electrode is composed of a plurality of columnar portions made of iridium oxide and a conductive film located at the bottom of the columnar portion. By forming the columnar portions, the surface area of the lower electrode is improved, and the amount of charge stored in the information storage capacitor element is increased. Can be increased.

【0018】また、導電膜も柱状部分と同じ酸化イリジ
ウムとすることができ、この場合下部電極を酸化イリジ
ウムで構成することができる。このように下部電極をシ
リコン材料ではなく酸化金属で構成することにより、後
に説明するように容量絶縁膜として酸化タンタル膜を用
い、この酸化タンタル膜の酸素雰囲気における熱処理を
施しても下部電極と酸化タンタル膜との界面にはシリコ
ン酸化物のような絶縁膜が形成されず、容量絶縁膜の誘
電率を酸化タンタル固有の高い誘電率に保ち、また、容
量絶縁膜の実質的な膜厚も酸化タンタル膜固有の膜厚に
保持することができ、情報蓄積用容量素子の蓄積電荷量
を大きくすることができる。
Also, the conductive film can be made of the same iridium oxide as the columnar portion, and in this case, the lower electrode can be made of iridium oxide. By forming the lower electrode from a metal oxide instead of a silicon material in this way, as described later, a tantalum oxide film is used as a capacitive insulating film, and the lower electrode is not oxidized even if heat treatment is performed in an oxygen atmosphere of the tantalum oxide film. No insulating film such as silicon oxide is formed at the interface with the tantalum film, the dielectric constant of the capacitive insulating film is maintained at a high dielectric constant inherent to tantalum oxide, and the substantial thickness of the capacitive insulating film is also oxidized. The thickness of the tantalum film can be maintained at a specific value, and the amount of charge stored in the information storage capacitor can be increased.

【0019】なお、このような柱状部分は、主配向面が
(101)面である多結晶酸化イリジウムとすることが
できる。
Incidentally, such a columnar portion can be made of polycrystalline iridium oxide whose main orientation plane is the (101) plane.

【0020】また、このような柱状の多結晶酸化イリジ
ウムは、イリジウムをターゲットとし酸素を含むガスを
用いた反応性スパッタ法により形成することができる。
Further, such a columnar polycrystalline iridium oxide can be formed by a reactive sputtering method using iridium as a target and a gas containing oxygen.

【0021】また、メモリセル選択用MISFETと下
部電極とを接続するプラグおよび導電膜の間には、窒化
チタンまたは窒化タングステンを主成分とするブロッキ
ング膜を形成することができる。この場合、多結晶シリ
コンを主成分とするプラグを形成しても、窒化チタンま
たは窒化タングステンを主成分とするブロッキング膜が
形成されているため、酸化タンタル膜の酸素雰囲気にお
ける熱処理の際にプラグが酸化されることがない。ま
た、メモリセル選択用MISFETと下部電極とを接続
するプラグを窒化チタンまたは窒化タングステンを主成
分とする導電体とすることができる。このような場合、
酸化タンタル膜の酸素雰囲気における熱処理の際には、
プラグが窒化チタンまたは窒化タングステンを主成分と
する導電体からなるため、プラグの酸化を考慮する必要
がない。これらにより、プラグと情報蓄積用容量素子の
下部電極との電気的接続を確実にすることができる。
A blocking film containing titanium nitride or tungsten nitride as a main component can be formed between the plug and the conductive film that connect the memory cell selection MISFET and the lower electrode. In this case, even when a plug mainly composed of polycrystalline silicon is formed, the blocking film mainly composed of titanium nitride or tungsten nitride is formed. It is not oxidized. Further, the plug connecting the memory cell selection MISFET and the lower electrode can be made of a conductor mainly composed of titanium nitride or tungsten nitride. In such a case,
During the heat treatment of the tantalum oxide film in an oxygen atmosphere,
Since the plug is made of a conductor mainly containing titanium nitride or tungsten nitride, it is not necessary to consider oxidation of the plug. Thus, electrical connection between the plug and the lower electrode of the information storage capacitor can be ensured.

【0022】(2)本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、半導体基板の主面上に形成されたメモリセル選
択用MISFETに直列に接続され、下部電極、容量絶
縁膜および上部電極を備えた情報蓄積用容量素子を有す
る半導体集積回路装置の製造方法であって、(a)半導
体基板の上層の層間絶縁膜にメモリセル選択用MISF
ETに接続されるプラグを形成し、プラグの表面が露出
した層間絶縁膜の全面に、第1の圧力条件で、イリジウ
ムをターゲットとし酸素を含むガスによる反応性スパッ
タ法により酸化イリジウム膜を堆積する工程、(b)第
1の圧力条件よりも高い圧力の第2の圧力条件で、イリ
ジウムをターゲットとし酸素を含むガスによる反応性ス
パッタ法により多結晶酸化イリジウムからなる複数の柱
状体を、少なくとも酸化イリジウム膜の一部上に形成す
る工程、(c)少なくとも柱状体上に酸化タンタル膜を
堆積し、酸化タンタル膜の酸素雰囲気下における熱処理
により容量絶縁膜を形成する工程、を含むものである。
(2) A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode which are connected in series to a memory cell selecting MISFET formed on a main surface of a semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having an information storage capacitor element, comprising: (a) a memory cell selecting MISF on an interlayer insulating film on an upper layer of a semiconductor substrate;
A plug connected to the ET is formed, and an iridium oxide film is deposited on the entire surface of the interlayer insulating film where the surface of the plug is exposed by a reactive sputtering method using iridium as a target and a gas containing oxygen under the first pressure condition. And (b) oxidizing at least a plurality of columnar bodies made of polycrystalline iridium oxide by a reactive sputtering method using iridium as a target and oxygen-containing gas under a second pressure condition higher than the first pressure condition. And (c) depositing a tantalum oxide film on at least the columnar body and forming a capacitive insulating film by heat treatment of the tantalum oxide film in an oxygen atmosphere.

【0023】このような半導体集積回路装置の製造方法
によれば、第1の圧力条件、たとえば5mTorr等比
較的低い圧力条件で、イリジウムをターゲットとし酸素
を含むガスによる反応性スパッタ法により酸化イリジウ
ム膜を堆積することにより、導電率は高いものの結晶性
が低く非晶質な酸化イリジウム膜を堆積することができ
る。このような酸化イリジウム膜は平坦なものであり、
下部電極の底部を構成する導電膜とすることができる。
また、第1の圧力条件よりも高い圧力の第2の圧力条
件、たとえば20mTorrで、イリジウムをターゲッ
トとし酸素を含むガスによる反応性スパッタ法を施すこ
とにより、多結晶酸化イリジウムからなる複数の柱状体
を下部電極の底部を構成する導電膜上に形成することが
できる。このように比較的高い圧力で酸化イリジウムが
多結晶の柱状体となることは、本発明者らの実験検討に
より明らかとなったものであり、酸素分圧の増加による
酸化イリジウムの結晶性の向上に起因する選択的な結晶
成長の結果であると考えられる。なお、このような結晶
成長においては、多結晶酸化イリジウムの主配向面は
(101)面となる。このようなスパッタ条件により多
結晶酸化イリジウムの柱状体を形成することができ、こ
のような柱状体により下部電極を構成してその表面積を
増加し、情報蓄積用容量素子の蓄積電荷量を増加するこ
とができる。
According to such a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, an iridium oxide film is formed by a reactive sputtering method using an iridium target and a gas containing oxygen under a first pressure condition, for example, a relatively low pressure condition such as 5 mTorr. By depositing, an amorphous iridium oxide film having high conductivity but low crystallinity can be deposited. Such an iridium oxide film is flat,
The conductive film may form the bottom of the lower electrode.
In addition, a plurality of columnar bodies made of polycrystalline iridium oxide are formed by performing a reactive sputtering method using iridium as a target and oxygen-containing gas under a second pressure condition higher than the first pressure condition, for example, 20 mTorr. Can be formed on the conductive film constituting the bottom of the lower electrode. The fact that iridium oxide becomes a polycrystalline columnar body at a relatively high pressure has been clarified by experimental studies by the present inventors, and the improvement of iridium oxide crystallinity due to an increase in oxygen partial pressure has been clarified. This is considered to be the result of selective crystal growth caused by In such crystal growth, the main orientation plane of polycrystalline iridium oxide is the (101) plane. Under such sputtering conditions, a columnar body of polycrystalline iridium oxide can be formed. Such a columnar body constitutes a lower electrode to increase its surface area and increase the amount of charge stored in the information storage capacitor. be able to.

【0024】なお、下部電極を形成するためのパターニ
ング工程は、前記(a)工程の後、あるいは前記(b)
工程の後のいずれであってもよい。
The patterning step for forming the lower electrode may be performed after the step (a) or after the step (b).
Any after the step may be used.

【0025】また、前記半導体集積回路装置の製造方法
において、プラグを窒化チタンまたは窒化タングステン
からなる導電体とすることができ、また、プラグを多結
晶シリコンとし、酸化イリジウム膜の堆積前に層間絶縁
膜の全面に窒化チタン膜または窒化タングステン膜を堆
積する工程を含むことができる。このような場合、
(c)工程における酸化タンタル膜の酸素雰囲気におけ
る熱処理の際にプラグの酸化の防止を実現して情報蓄積
用容量素子とメモリセル選択用MISFETとの電気的
接続を確実にすることができる。
In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, the plug may be made of a conductor made of titanium nitride or tungsten nitride, and the plug may be made of polycrystalline silicon, and the interlayer insulating film may be formed before depositing the iridium oxide film. The method may include a step of depositing a titanium nitride film or a tungsten nitride film on the entire surface of the film. In such a case,
In the heat treatment of the tantalum oxide film in the oxygen atmosphere in the step (c), oxidation of the plug is prevented, and the electrical connection between the information storage capacitor and the memory cell selection MISFET can be ensured.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一の機能を有する部材には同
一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, members having the same functions are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

【0027】図1は、本実施の形態のDRAMを形成し
た半導体チップの全体平面図である。図示のように、単
結晶シリコンからなる半導体チップ1Aの主面には、X
方向(半導体チップ1Aの長辺方向)およびY方向(半
導体チップ1Aの短辺方向)に沿って多数のメモリアレ
イMARYがマトリクス状に配置されている。X方向に
沿って互いに隣接するメモリアレイMARYの間にはセ
ンスアンプSAが配置されている。半導体チップ1Aの
主面の中央部には、ワードドライバWD、データ線選択
回路などの制御回路や、入出力回路、ボンディングパッ
ドなどが配置されている。
FIG. 1 is an overall plan view of a semiconductor chip on which a DRAM of the present embodiment is formed. As shown in the drawing, the main surface of the semiconductor chip 1A made of single crystal silicon has X
A large number of memory arrays MARY are arranged in a matrix along the direction (the long side direction of the semiconductor chip 1A) and the Y direction (the short side direction of the semiconductor chip 1A). A sense amplifier SA is arranged between memory arrays MARY adjacent to each other along the X direction. In the center of the main surface of the semiconductor chip 1A, control circuits such as a word driver WD and a data line selection circuit, input / output circuits, and bonding pads are arranged.

【0028】図2は、上記DRAMの等価回路図であ
る。図示のように、このDRAMのメモリアレイ(MA
RY)は、マトリクス状に配置された複数のワード線W
L(WLn-1 、WLn 、WLn+1 …)と複数のビット線
BLおよびそれらの交点に配置された複数のメモリセル
(MC)により構成されている。1ビットの情報を記憶
する1個のメモリセルは、1個のキャパシタCとこれに
直列に接続された1個のメモリセル選択用MISFET
Qsとで構成されている。メモリセル選択用MISFE
TQsのソース、ドレインの一方は、キャパシタCと電
気的に接続され、他方はビット線BLと電気的に接続さ
れている。ワード線WLの一端は、ワードドライバWD
に接続され、ビット線BLの一端は、センスアンプSA
に接続されている。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the DRAM. As shown, the memory array of this DRAM (MA
RY) includes a plurality of word lines W arranged in a matrix.
L (WL n−1 , WL n , WL n + 1 ...), A plurality of bit lines BL, and a plurality of memory cells (MC) arranged at their intersections. One memory cell for storing one bit of information is composed of one capacitor C and one memory cell selecting MISFET connected in series with the capacitor C.
Qs. MISFE for memory cell selection
One of a source and a drain of TQs is electrically connected to the capacitor C, and the other is electrically connected to the bit line BL. One end of the word line WL is connected to a word driver WD.
And one end of the bit line BL is connected to the sense amplifier SA.
It is connected to the.

【0029】図3は、本実施の形態のDRAMの断面図
を示す。p形の単結晶シリコンからなる半導体基板1の
主面には、メモリセルアレイ領域のp形ウェル2、周辺
回路領域のp形ウェル3およびn形ウェル4が形成され
ている。また、p形ウェル2を囲むようにn形のディー
プウェル6が形成されている。なお、各ウェルには、し
きい値電圧調整層が形成されていてもよい。
FIG. 3 is a sectional view of the DRAM of the present embodiment. On a main surface of a semiconductor substrate 1 made of p-type single crystal silicon, a p-type well 2 in a memory cell array region, a p-type well 3 in a peripheral circuit region, and an n-type well 4 are formed. Further, an n-type deep well 6 is formed so as to surround the p-type well 2. Note that a threshold voltage adjustment layer may be formed in each well.

【0030】各ウェルの主面には、分離領域7が形成さ
れている。分離領域7はシリコン酸化膜からなり、半導
体基板1の主面に形成された浅溝8に熱酸化されたシリ
コン酸化膜9を介して形成されている。
An isolation region 7 is formed on the main surface of each well. The isolation region 7 is made of a silicon oxide film and is formed in a shallow groove 8 formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 via a thermally oxidized silicon oxide film 9.

【0031】p形ウェル2の主面にはDRAMのメモリ
セル選択用MISFETQsが形成されている。また、
p形ウェル3およびn形ウェル4の主面には各々nチャ
ネルMISFETQnおよびpチャネルMISFETQ
pが形成されている。
On the main surface of the p-type well 2, a MISFET Qs for selecting a memory cell of a DRAM is formed. Also,
The main surfaces of the p-type well 3 and the n-type well 4 are respectively provided with an n-channel MISFET Qn and a p-channel MISFET Q
p is formed.

【0032】メモリセル選択用MISFETQsは、p
形ウェル2の主面上にゲート絶縁膜10を介して形成さ
れたゲート電極11と、ゲート電極11の両側のp形ウ
ェル2の主面に形成された不純物半導体領域12とから
なる。ゲート絶縁膜10は、たとえば7〜8nmの膜厚
を有する熱酸化により形成されたシリコン酸化膜からな
る。ゲート電極11は、たとえば膜厚70nmの多結晶
シリコン膜11a、膜厚50nmの窒化チタン膜11b
および膜厚100nmのタングステン膜11cの積層膜
とすることができる。また、不純物半導体領域12には
n形の不純物、たとえば砒素またはリンが導入されてい
る。
The memory cell selection MISFET Qs is p
A gate electrode 11 is formed on the main surface of the p-type well 2 via a gate insulating film 10, and an impurity semiconductor region 12 is formed on the main surface of the p-type well 2 on both sides of the gate electrode 11. Gate insulating film 10 is made of, for example, a silicon oxide film having a thickness of 7 to 8 nm and formed by thermal oxidation. The gate electrode 11 is made of, for example, a polycrystalline silicon film 11a having a thickness of 70 nm and a titanium nitride film 11b having a thickness of 50 nm.
And a stacked film of the tungsten film 11c having a thickness of 100 nm. In addition, an n-type impurity, for example, arsenic or phosphorus is introduced into impurity semiconductor region 12.

【0033】メモリセル選択用MISFETQsのゲー
ト電極11の上層にはシリコン窒化膜からなるキャップ
絶縁膜13が形成され、さらにその上層をシリコン窒化
膜14で覆われる。シリコン窒化膜14は、ゲート電極
11の側壁にも形成され、後に説明する接続孔を形成す
る際の自己整合加工に利用される。なお、メモリセル選
択用MISFETQsのゲート電極11は、DRAMの
ワード線として機能するものであり、分離領域7の上面
にはワード線WLが形成されている。
A cap insulating film 13 made of a silicon nitride film is formed on the gate electrode 11 of the memory cell selection MISFET Qs, and the upper layer is covered with a silicon nitride film 14. The silicon nitride film 14 is also formed on the side wall of the gate electrode 11, and is used for a self-alignment process when forming a connection hole described later. The gate electrode 11 of the memory cell selection MISFET Qs functions as a DRAM word line, and a word line WL is formed on the upper surface of the isolation region 7.

【0034】一方、nチャネルMISFETQnおよび
pチャネルMISFETQpは、各々p形ウェル3およ
びn形ウェル4の主面上に形成され、ゲート絶縁膜10
を介して形成されたゲート電極11と、ゲート電極11
の両側の各ウェルの主面に形成された不純物半導体領域
15とから構成される。ゲート絶縁膜10およびゲート
電極11は前記と同様である。不純物半導体領域15は
低濃度不純物領域15aと高濃度不純物領域15bとか
らなり、いわゆるLDD(Lightly Doped Drain )構造
を形成している。不純物半導体領域15に導入される不
純物は、MISFETの導電形に応じてn形またはp形
の不純物が導入される。
On the other hand, n-channel MISFET Qn and p-channel MISFET Qp are formed on the main surfaces of p-type well 3 and n-type well 4, respectively.
A gate electrode 11 formed through the gate electrode 11
And impurity semiconductor regions 15 formed on the main surface of each well on both sides of the semiconductor device. The gate insulating film 10 and the gate electrode 11 are the same as described above. The impurity semiconductor region 15 includes a low-concentration impurity region 15a and a high-concentration impurity region 15b, and forms a so-called LDD (Lightly Doped Drain) structure. As the impurity introduced into the impurity semiconductor region 15, an n-type or p-type impurity is introduced depending on the conductivity type of the MISFET.

【0035】nチャネルMISFETQnおよびpチャ
ネルMISFETQpのゲート電極11の上層にはシリ
コン窒化膜からなるキャップ絶縁膜13が形成され、側
面には、たとえばシリコン窒化膜からなるサイドウォー
ルスペーサ16が形成されている。
A cap insulating film 13 made of a silicon nitride film is formed on the gate electrode 11 of the n-channel MISFET Qn and the p-channel MISFET Qp, and a sidewall spacer 16 made of, for example, a silicon nitride film is formed on the side surface. .

【0036】メモリセル選択用MISFETQs、nチ
ャネルMISFETQnおよびpチャネルMISFET
Qpは、層間絶縁膜17で覆われている。層間絶縁膜1
7は、たとえばSOG(Spin On Glass )膜17a、T
EOS(テトラメトキシシラン)を原料ガスとしプラズ
マCVD法により形成されたシリコン酸化膜(以下TE
OS酸化膜という)がCMP(Chemical Mechanical Po
lishing )法により平坦化されたTEOS酸化膜17b
およびTEOS酸化膜17c,17dの積層膜とするこ
とができる。
Memory cell selecting MISFET Qs, n-channel MISFET Qn and p-channel MISFET
Qp is covered with an interlayer insulating film 17. Interlayer insulating film 1
7 is, for example, an SOG (Spin On Glass) film 17a, T
A silicon oxide film (hereinafter referred to as TE) formed by a plasma CVD method using EOS (tetramethoxysilane) as a source gas.
OS oxide film) is a CMP (Chemical Mechanical Po
TEOS oxide film 17b planarized by the lishing) method
And a laminated film of TEOS oxide films 17c and 17d.

【0037】層間絶縁膜17上にはビット線BLおよび
第1層配線18が形成されている。ビット線BLおよび
第1層配線18は、たとえばチタン膜18a、窒化チタ
ン膜18bおよびタングステン膜18cの積層膜とする
ことができる。これにより、ビット線BLおよび第1層
配線18を低抵抗化してDRAMの性能を向上すること
ができる。また、ビット線BLと第1層配線18とは、
後に説明するように同時に形成される。これにより工程
を簡略化することができる。
On the interlayer insulating film 17, a bit line BL and a first layer wiring 18 are formed. The bit line BL and the first layer wiring 18 can be, for example, a laminated film of a titanium film 18a, a titanium nitride film 18b, and a tungsten film 18c. As a result, the resistance of the bit line BL and the first layer wiring 18 can be reduced, and the performance of the DRAM can be improved. The bit line BL and the first layer wiring 18 are
They are formed at the same time as described later. Thereby, the process can be simplified.

【0038】ビット線BLはプラグ19を介して一対の
メモリセル選択用MISFETQsに共有される不純物
半導体領域12に接続される。プラグ19は、たとえば
n形の不純物が導入された多結晶シリコン膜とすること
ができる。また、プラグ19とビット線BLとの接続部
にはチタンシリサイド層20が形成されている。これに
よりビット線BLとプラグ19との間の接続抵抗を低減
し、接続信頼性を向上することができる。
The bit line BL is connected via a plug 19 to the impurity semiconductor region 12 shared by a pair of memory cell selecting MISFETs Qs. Plug 19 can be, for example, a polycrystalline silicon film into which an n-type impurity has been introduced. In addition, a titanium silicide layer 20 is formed at a connection between the plug 19 and the bit line BL. Thereby, the connection resistance between the bit line BL and the plug 19 can be reduced, and the connection reliability can be improved.

【0039】第1層配線18は、接続孔21を介してn
チャネルMISFETQnおよびpチャネルMISFE
TQpの不純物半導体領域15に接続される。また、第
1層配線18と不純物半導体領域15との接続部にはチ
タンシリサイド層20が形成されている。これにより第
1層配線18と不純物半導体領域15との間の接続抵抗
を低減し、接続信頼性を向上することができる。
The first layer wiring 18 is connected to the n
Channel MISFET Qn and p channel MISFE
It is connected to impurity semiconductor region 15 of TQp. Further, a titanium silicide layer 20 is formed at a connection portion between the first-layer wiring 18 and the impurity semiconductor region 15. Thereby, the connection resistance between the first layer wiring 18 and the impurity semiconductor region 15 can be reduced, and the connection reliability can be improved.

【0040】ビット線BLおよび第1層配線18はシリ
コン窒化膜からなるキャップ絶縁膜22aおよびサイド
ウォールスペーサ22bで覆われ、さらに層間絶縁膜2
3で覆われている。層間絶縁膜23は、たとえばSOG
膜23a、CMP法により平坦化されたTEOS酸化膜
23b、TEOS酸化膜23cの積層膜とすることがで
きる。
The bit line BL and the first layer wiring 18 are covered with a cap insulating film 22a and a sidewall spacer 22b made of a silicon nitride film.
Covered with 3. The interlayer insulating film 23 is made of, for example, SOG
The film 23a can be a laminated film of the TEOS oxide film 23b and the TEOS oxide film 23c planarized by the CMP method.

【0041】層間絶縁膜23の上層のメモリセルアレイ
領域には情報蓄積用のキャパシタCが形成されている。
また、周辺回路領域の層間絶縁膜23の上層にはキャパ
シタCと同層に絶縁膜24が形成されている。絶縁膜2
4はたとえばシリコン酸化膜とすることができ、キャパ
シタCと同層に形成することによりキャパシタCの標高
に起因するメモリセルアレイ領域と周辺回路領域との間
の段差の発生を防止することができる。これによりフォ
トリソグラフィの焦点深度に余裕を持たせることがで
き、工程を安定にして微細加工に対応することができ
る。
A capacitor C for storing information is formed in the memory cell array region above the interlayer insulating film 23.
An insulating film 24 is formed on the interlayer insulating film 23 in the peripheral circuit region in the same layer as the capacitor C. Insulating film 2
Numeral 4 may be, for example, a silicon oxide film. By forming the silicon oxide film in the same layer as the capacitor C, it is possible to prevent a step from occurring between the memory cell array region and the peripheral circuit region due to the elevation of the capacitor C. As a result, a sufficient depth of focus can be provided for photolithography, and the process can be stabilized to cope with fine processing.

【0042】キャパシタCは、メモリセル選択用MIS
FETQsのビット線BLに接続される不純物半導体領
域12とは逆の不純物半導体領域12に接続されるプラ
グ25に、プラグ26を介して接続される下部電極27
と、たとえば酸化タンタルからなる容量絶縁膜28と、
たとえば窒化チタンからなるプレート電極29とから構
成される。プレート電極29は窒化チタンおよびタング
ステン膜の積層膜としてもよい。
The capacitor C is connected to a memory cell selecting MIS.
A lower electrode 27 connected via a plug 26 to a plug 25 connected to the impurity semiconductor region 12 opposite to the impurity semiconductor region 12 connected to the bit line BL of the FET Qs.
And a capacitance insulating film 28 made of, for example, tantalum oxide;
For example, a plate electrode 29 made of titanium nitride is used. The plate electrode 29 may be a laminated film of a titanium nitride film and a tungsten film.

【0043】下部電極27は、たとえば窒化チタン膜か
らなるブロッキング層27a、導電性は高いが結晶性が
低く非晶質な酸化イリジウムからなる下部導電層27
b、および、下部導電層27b上に形成され結晶性が高
く主配向面が(101)面である多結晶酸化イリジウム
からなる柱状部分27cからなる。ブロッキング層27
aは、後に説明する容量絶縁膜28の製造工程における
酸化タンタル膜の酸素雰囲気における熱処理の際のプラ
グ26の酸化を防止する機能を有する。また、多結晶酸
化イリジウムからなる柱状部分27cの径は、約0.05
μmであり、高さは0.1〜0.5μmとなる。
The lower electrode 27 includes a blocking layer 27a made of, for example, a titanium nitride film, and a lower conductive layer 27 made of amorphous iridium oxide having high conductivity but low crystallinity.
and a columnar portion 27c made of polycrystalline iridium oxide having a high crystallinity and a (101) main orientation plane formed on the lower conductive layer 27b. Blocking layer 27
“a” has a function of preventing oxidation of the plug 26 during heat treatment of the tantalum oxide film in an oxygen atmosphere in a process of manufacturing the capacitive insulating film 28 described later. The columnar portion 27c made of polycrystalline iridium oxide has a diameter of about 0.05.
μm, and the height is 0.1 to 0.5 μm.

【0044】キャパシタCの上層には、たとえばTEO
S酸化膜からなる絶縁膜30aが形成され、さらにその
上層にSOG膜30bが堆積されてその表面が平坦化さ
れている。なお、SOG膜30bは自己平坦性を有する
ため特にCMP法等により平坦化する必要はないが、C
MP研磨を施してもよい。また、SOG膜30bに代え
てTEOS酸化膜等を堆積し、CMP法による研磨を施
してもよい。
In the upper layer of the capacitor C, for example, TEO
An insulating film 30a made of an S oxide film is formed, and an SOG film 30b is further deposited thereon to planarize the surface. Note that the SOG film 30b has self-flatness and does not need to be particularly flattened by the CMP method or the like.
MP polishing may be performed. Further, instead of the SOG film 30b, a TEOS oxide film or the like may be deposited and polished by the CMP method.

【0045】SOG膜30bの上層には、第2層配線3
1が形成されている。第2層配線31は、たとえばチタ
ン膜31a、アルミニウム膜31bおよび窒化チタン膜
31cの積層膜とすることができる。
In the upper layer of the SOG film 30b, the second layer wiring 3
1 is formed. The second layer wiring 31 can be a laminated film of, for example, a titanium film 31a, an aluminum film 31b, and a titanium nitride film 31c.

【0046】第2層配線31は、プラグ32を介して第
1層配線18に接続され、また、プラグ33を介してキ
ャパシタCのプレート電極29に接続される。プラグ3
2,33は、たとえばチタン膜および窒化チタンの積層
膜からなる接着層32a,33aとCVD法によるタン
グステン膜32b,33bとの積層膜とすることができ
る。
The second-layer wiring 31 is connected to the first-layer wiring 18 via a plug 32 and to the plate electrode 29 of the capacitor C via a plug 33. Plug 3
Each of the layers 2 and 33 can be, for example, a laminated film of adhesive layers 32a and 33a formed of a laminated film of a titanium film and titanium nitride and tungsten films 32b and 33b formed by a CVD method.

【0047】なお、図示はしないが、第2層配線31
は、層間絶縁膜で覆われ、層間絶縁膜の上層には第2層
配線31と同様な第3層配線が形成できる。層間絶縁膜
は、たとえばTEOS酸化膜、SOG膜およびTEOS
酸化膜の積層膜とすることができ、また、第3層配線と
第2層配線31とはプラグ32,33と同様なプラグに
より接続できる。
Although not shown, the second layer wiring 31 is not shown.
Is covered with an interlayer insulating film, and a third-layer wiring similar to the second-layer wiring 31 can be formed above the interlayer insulating film. The interlayer insulating film includes, for example, a TEOS oxide film, an SOG film, and a TEOS
The third layer wiring and the second layer wiring 31 can be connected by plugs similar to the plugs 32 and 33.

【0048】次に、本実施の形態のDRAMの製造方法
を図4〜図21を用いて工程順に説明する。図4〜図2
1は本発明の実施の形態のDRAMの製造方法の一例を
工程順に示した断面図である。
Next, a method of manufacturing the DRAM of this embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. 4 and 2
1 is a sectional view showing an example of a method of manufacturing a DRAM according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【0049】まず、p形の半導体基板1を用意し、この
半導体基板1の主面に浅溝8を形成する。その後半導体
基板1に熱酸化を施し、シリコン酸化膜9を形成する。
さらにシリコン酸化膜を堆積してこれをCMP法により
研磨して浅溝8内にのみシリコン酸化膜を残し、分離領
域7を形成する(図4)。
First, a p-type semiconductor substrate 1 is prepared, and a shallow groove 8 is formed in the main surface of the semiconductor substrate 1. Thereafter, thermal oxidation is performed on the semiconductor substrate 1 to form a silicon oxide film 9.
Further, a silicon oxide film is deposited and polished by the CMP method to leave the silicon oxide film only in the shallow groove 8, thereby forming the isolation region 7 (FIG. 4).

【0050】次に、フォトレジストをマスクにして不純
物をイオン注入し、p形ウェル2,3、n形ウェル4お
よびディープウェル6を形成する(図5)。
Next, impurities are ion-implanted using the photoresist as a mask to form p-type wells 2 and 3, n-type well 4 and deep well 6 (FIG. 5).

【0051】次に、p形ウェル2,3、n形ウェル4が
形成された活性領域に熱酸化法によりゲート絶縁膜10
を形成し、さらに半導体基板1の全面に不純物がドープ
された多結晶シリコン膜、窒化チタン膜、タングステン
膜およびシリコン窒化膜を順次堆積する。その後、シリ
コン窒化膜、タングステン膜、窒化チタン膜および多結
晶シリコン膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチン
グ技術を用いてパターニングし、ゲート電極11(ワー
ド線WL)およびキャップ絶縁膜13を形成する。さら
にキャップ絶縁膜13およびゲート電極11とフォトレ
ジストをマスクとして不純物をイオン注入し、不純物半
導体領域12および低濃度不純物領域15aを形成する
(図6)。
Next, the gate insulating film 10 is formed in the active region in which the p-type wells 2 and 3 and the n-type well 4 are formed by thermal oxidation.
Is formed, and a polycrystalline silicon film doped with impurities, a titanium nitride film, a tungsten film, and a silicon nitride film are sequentially deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. Thereafter, the silicon nitride film, the tungsten film, the titanium nitride film, and the polycrystalline silicon film are patterned by using a photolithography technique and an etching technique, so that a gate electrode 11 (word line WL) and a cap insulating film 13 are formed. Further, impurities are ion-implanted using the cap insulating film 13, the gate electrode 11, and the photoresist as a mask to form an impurity semiconductor region 12 and a low-concentration impurity region 15a (FIG. 6).

【0052】次に、半導体基板1の全面にシリコン窒化
膜(図示せず)を堆積し、メモリセルが形成される領域
(メモリセルアレイ領域)にのみフォトレジスト膜(図
示せず)を形成する。その後、そのフォトレジスト膜を
マスクとして、前記シリコン窒化膜を異方性エッチング
し、メモリセルアレイ領域の半導体基板1上にのみシリ
コン窒化膜14を形成すると同時に周辺回路領域のゲー
ト電極11の側壁にサイドウォールスペーサ16を形成
する。さらに、サイドウォールスペーサ16をマスクに
して不純物を自己整合的にイオン注入し、高濃度不純物
領域15bを形成する(図7)。
Next, a silicon nitride film (not shown) is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1, and a photoresist film (not shown) is formed only in a region where a memory cell is to be formed (memory cell array region). Thereafter, using the photoresist film as a mask, the silicon nitride film is anisotropically etched to form a silicon nitride film 14 only on the semiconductor substrate 1 in the memory cell array region and at the same time to form a side wall on the side wall of the gate electrode 11 in the peripheral circuit region. A wall spacer 16 is formed. Further, impurities are ion-implanted in a self-aligned manner using the sidewall spacers 16 as a mask to form the high-concentration impurity regions 15b (FIG. 7).

【0053】次に、半導体基板1の全面にSOG膜17
aを塗布し、これをキュアした後、プラズマCVD法に
よりTEOS酸化膜17bを堆積する。このTEOS酸
化膜をCMP法を用いて研磨し、その表面を平坦化す
る。これによりこの後のフォトリソグラフィ工程のフォ
ーカスマージンを向上することができ、微細な接続孔の
開口等が可能となる。表面を洗浄後、さらにTEOS酸
化膜17cを堆積し、層間絶縁膜17を形成する(図
8)。このTEOS酸化膜17cは、CMPにより生じ
たTEOS酸化膜17b上のスクラッチによる損傷を補
修するためのものである。
Next, the SOG film 17 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1.
After a is applied and cured, a TEOS oxide film 17b is deposited by a plasma CVD method. This TEOS oxide film is polished by the CMP method to flatten the surface. As a result, the focus margin in the subsequent photolithography process can be improved, and a fine connection hole can be formed. After cleaning the surface, a TEOS oxide film 17c is further deposited to form an interlayer insulating film 17 (FIG. 8). This TEOS oxide film 17c is for repairing damage due to scratches on the TEOS oxide film 17b caused by CMP.

【0054】次に、TEOS酸化膜17c,17bおよ
びSOG膜17aに接続孔を開口し、プラグインプラを
施した後に不純物がドープされた多結晶シリコン膜を堆
積し、この多結晶シリコン膜をCMP法により研磨して
プラグ19,25を形成する(図9)。なお、この接続
孔は、2段階のエッチングにより開口することができ
る。すなわち、第1のエッチングは、シリコン酸化膜が
エッチングされやすく、シリコン窒化膜がエッチングさ
れにくい条件で行い、これによりシリコン酸化膜からな
るTEOS酸化膜17c,17bおよびSOG膜17a
のみをエッチングしてシリコン窒化膜14を残存させ
る。その後、シリコン窒化膜がエッチングされる条件で
エッチングを行い、シリコン窒化膜14を除去する。こ
のように2段階でエッチングすることによりシリコン窒
化膜14に十分なオーバーエッチを行ったとしても半導
体基板1が過剰にエッチングされることがなく、十分な
プロセスマージンを実現しつつ半導体集積回路装置の信
頼性を向上することができる。また、シリコン窒化膜1
4は、ゲート電極11を完全に覆っているため、この接
続孔の開口はゲート電極11に対して自己整合的に開口
することができ、高度な微細加工を施すことが可能とな
る。
Next, a connection hole is opened in the TEOS oxide films 17c and 17b and the SOG film 17a, a plug-in implantation is performed, a polycrystalline silicon film doped with impurities is deposited, and this polycrystalline silicon film is subjected to a CMP method. To form plugs 19 and 25 (FIG. 9). This connection hole can be opened by two-stage etching. That is, the first etching is performed under the condition that the silicon oxide film is easily etched and the silicon nitride film is hardly etched, whereby the TEOS oxide films 17c and 17b and the SOG film 17a made of the silicon oxide film are formed.
Only the silicon nitride film 14 is left by etching only. Thereafter, etching is performed under the condition that the silicon nitride film is etched, and the silicon nitride film 14 is removed. Even if the silicon nitride film 14 is sufficiently over-etched by etching in two stages in this manner, the semiconductor substrate 1 is not excessively etched, and a sufficient process margin is realized while realizing a sufficient process margin. Reliability can be improved. In addition, the silicon nitride film 1
Since the gate electrode 4 completely covers the gate electrode 11, the opening of the connection hole can be opened in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 11, and high-level fine processing can be performed.

【0055】次に、TEOS酸化膜17dを形成した
後、ビット線BLが接続されるプラグ19が露出するよ
うにTEOS酸化膜17dに開口を形成し、nチャネル
MISFETQnおよびpチャネルMISFETQpの
不純物半導体領域15が露出するように層間絶縁膜17
に接続孔21を形成する(図10)。
Next, after forming the TEOS oxide film 17d, an opening is formed in the TEOS oxide film 17d so that the plug 19 to which the bit line BL is connected is exposed, and the impurity semiconductor regions of the n-channel MISFET Qn and the p-channel MISFET Qp are formed. 15 so that the interlayer insulating film 17 is exposed.
A connection hole 21 is formed (FIG. 10).

【0056】次に、半導体基板1の全面にチタン膜を堆
積した後に半導体基板1をアニールし、プラグ19の表
面とnチャネルMISFETQnおよびpチャネルMI
SFETQpの不純物半導体領域15にチタンシリサイ
ド層20を形成する。その後、窒化チタン膜、タングス
テン膜およびシリコン窒化膜を順次半導体基板1の全面
に堆積し、これをパターニングしてビット線BLおよび
第1層配線18を形成するとともにそれらの上層にキャ
ップ絶縁膜22aを形成する。さらにシリコン窒化膜を
堆積し、このシリコン窒化膜を異方性エッチングするこ
とによりサイドウォールスペーサ22bを形成する(図
11)。チタン膜および窒化チタン膜はたとえばスパッ
タ法により堆積することができ、タングステン膜はたと
えばブランケットCVD法により堆積することができ
る。
Next, after a titanium film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1, the semiconductor substrate 1 is annealed, and the surface of the plug 19 and the n-channel MISFET Qn and the p-channel MI
A titanium silicide layer 20 is formed in the impurity semiconductor region 15 of the SFET Qp. Thereafter, a titanium nitride film, a tungsten film, and a silicon nitride film are sequentially deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1, and are patterned to form the bit lines BL and the first-layer wirings 18, and a cap insulating film 22a is formed thereon. Form. Further, a silicon nitride film is deposited, and the silicon nitride film is anisotropically etched to form a sidewall spacer 22b (FIG. 11). The titanium film and the titanium nitride film can be deposited by, for example, a sputtering method, and the tungsten film can be deposited by, for example, a blanket CVD method.

【0057】次に、半導体基板1の全面にSOG膜23
aを塗布し、これをキュアした後、プラズマCVD法に
よりTEOS酸化膜23bを堆積する。このTEOS酸
化膜23bをCMP法を用いて研磨し、その表面を平坦
化する。これによりこの後のフォトリソグラフィ工程の
フォーカスマージンを向上することができ、微細な接続
孔の開口等が可能となる。表面を洗浄後、TEOS酸化
膜23b表面のCMP研磨による損傷を修復する目的で
さらにTEOS酸化膜23cを堆積する。その後、TE
OS酸化膜23c、23b、SOG膜23aおよびTE
OS酸化膜17dに接続孔を開口し、不純物がドープさ
れた多結晶シリコン膜を堆積し、この多結晶シリコン膜
をCMP法により研磨してプラグ26を形成する(図1
2)。プラグ26はプラグ25に接続される。
Next, the SOG film 23 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1.
After a is applied and cured, a TEOS oxide film 23b is deposited by a plasma CVD method. This TEOS oxide film 23b is polished by the CMP method, and its surface is flattened. As a result, the focus margin in the subsequent photolithography process can be improved, and a fine connection hole can be formed. After cleaning the surface, a TEOS oxide film 23c is further deposited for the purpose of repairing the damage of the surface of the TEOS oxide film 23b due to the CMP polishing. Then TE
OS oxide films 23c and 23b, SOG film 23a and TE
A connection hole is opened in the OS oxide film 17d, a polycrystalline silicon film doped with impurities is deposited, and the polycrystalline silicon film is polished by a CMP method to form a plug 26 (FIG. 1).
2). Plug 26 is connected to plug 25.

【0058】次に、半導体基板1の全面にブロッキング
層27aとなる窒化チタン膜34を堆積し、さらに下部
導電層27bとなる酸化イリジウム膜35を堆積する。
その後キャパシタCが形成される領域にフォトレジスト
膜36を形成する(図13)。
Next, a titanium nitride film 34 serving as a blocking layer 27a is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1, and an iridium oxide film 35 serving as a lower conductive layer 27b is further deposited.
Thereafter, a photoresist film 36 is formed in a region where the capacitor C is formed (FIG. 13).

【0059】窒化チタン膜34はたとえばスパッタ法に
より形成することができるが、CVD法により形成して
もよい。なお、窒化チタン膜34は後に説明するように
プラグ26の酸化を防止するために堆積するものであ
る。
The titanium nitride film 34 can be formed by, for example, a sputtering method, but may also be formed by a CVD method. The titanium nitride film 34 is deposited to prevent oxidation of the plug 26 as described later.

【0060】酸化イリジウム膜35は、イリジウムをタ
ーゲットとする反応性スパッタにより堆積できる。ま
た、酸化イリジウム膜35は、比較的低い圧力、たとえ
ば5mTorrの圧力で堆積する。このような低い圧力
で堆積することにより、酸化イリジウム膜35を高い導
電性の膜質で形成することができる。また、このような
低圧力の条件では酸化イリジウム膜35の結晶性は不十
分で非晶質に近く、したがって、平坦性の高い膜とな
る。なお、他の堆積条件を例示すれば、原料ガスとして
1対1の割合で混合されたアルゴンおよび酸素を、高周
波電力として50Wを例示できる。
The iridium oxide film 35 can be deposited by reactive sputtering using iridium as a target. The iridium oxide film 35 is deposited at a relatively low pressure, for example, at a pressure of 5 mTorr. By depositing at such a low pressure, the iridium oxide film 35 can be formed with high conductivity. Also, under such low pressure conditions, the iridium oxide film 35 has insufficient crystallinity and is close to amorphous, and thus has a high flatness. If other deposition conditions are exemplified, argon and oxygen mixed at a ratio of 1: 1 can be exemplified as the source gas, and 50 W can be exemplified as the high frequency power.

【0061】次に、フォトレジスト膜36をマスクとし
てキャパシタCが形成される領域を除き窒化チタン膜3
4および酸化イリジウム膜35をエッチングして除去
し、下部電極27のブロッキング層27aおよび下部導
電層27bを形成する。さらに、柱状部分27cとなる
結晶酸化イリジウム37を形成する(図14)。
Next, using the photoresist film 36 as a mask, the titanium nitride film 3 is removed except for the region where the capacitor C is formed.
4 and the iridium oxide film 35 are removed by etching to form a blocking layer 27a of the lower electrode 27 and a lower conductive layer 27b. Further, crystalline iridium oxide 37 to be the columnar portion 27c is formed (FIG. 14).

【0062】結晶酸化イリジウム37は、酸化イリジウ
ム膜35と同様、イリジウムをターゲットとする反応性
スパッタにより堆積されるが、比較的高い圧力、たとえ
ば20mTorrの圧力で堆積する。このように高い圧
力で反応性スパッタを行うことにより、酸化イリジウム
膜35の場合とは相違して円柱状の結晶酸化イリジウム
を成長させることができる。結晶酸化イリジウム37の
平均的な寸法を例示すれば、直径が約0.05μm、高さ
がその数倍である。このように円柱状の結晶酸化イリジ
ウムが成長するのは、反応圧力を高くして酸素量を増加
させることにより酸化反応を促進し、これにより酸化イ
リジウムの結晶性を向上して選択的な結晶成長が生じる
ためと考えられる。また、このような選択的な成長は、
結晶酸化イリジウムの主配向面が(101)面となる成
長を促進し、円柱状結晶の成長を生じているものと考え
られる。なお、他の堆積条件は、酸化イリジウム膜35
の場合と同様とすることができる。
The crystalline iridium oxide 37 is deposited by reactive sputtering using iridium as a target similarly to the iridium oxide film 35, but is deposited at a relatively high pressure, for example, a pressure of 20 mTorr. By performing reactive sputtering at such a high pressure, columnar crystalline iridium oxide can be grown unlike the case of the iridium oxide film 35. As an example, the average size of the crystalline iridium oxide 37 is about 0.05 μm in diameter and several times as high. The growth of the columnar crystalline iridium oxide is achieved by increasing the reaction pressure and increasing the amount of oxygen to promote the oxidation reaction, thereby improving the crystallinity of the iridium oxide and selectively growing the crystal. It is considered that this occurs. In addition, such selective growth
It is considered that the growth in which the main orientation plane of the crystalline iridium oxide becomes the (101) plane is promoted, and the columnar crystal is grown. The other deposition conditions are as follows: the iridium oxide film 35
Can be the same as in the case of

【0063】次に、図15に示すようにメモリセルアレ
イ領域にフォトレジスト膜38を形成し、周辺回路領域
の結晶酸化イリジウム37を除去する。あるいは、図1
6に示すように、キャパシタCが形成される領域にフォ
トレジスト膜39を形成し、その他の領域の結晶酸化イ
リジウム37を除去する。その後、フォトレジスト膜3
8あるいはフォトレジスト膜39を除去して、図17に
示すように、ブロッキング層27a、下部導電層27b
および結晶酸化イリジウムで構成される柱状部分27c
からなる下部電極27が完成する。このような下部電極
27では、柱状部分27cの直径が0.05μmであるた
め下部導電層27b上に複数の柱状部分27cが形成さ
れることとなり、下部電極27の表面積を顕著に増加さ
せることができる。また、前記したとおり、柱状部分2
7cは酸化イリジウムの反応性スパッタによる堆積を比
較的高圧力で行うのみで形成することができ、フォトリ
ソグラフィおよびエッチング技術を用いた複雑な工程を
経ることなく、簡便に形成することが可能である。これ
により、微細な構造により表面積を増加した下部電極2
7を簡易に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 15, a photoresist film 38 is formed in the memory cell array region, and the crystal iridium oxide 37 in the peripheral circuit region is removed. Alternatively, FIG.
As shown in FIG. 6, a photoresist film 39 is formed in a region where the capacitor C is to be formed, and the crystalline iridium oxide 37 in other regions is removed. After that, the photoresist film 3
8 or the photoresist film 39 is removed, and as shown in FIG. 17, the blocking layer 27a and the lower conductive layer 27b are removed.
And columnar portion 27c composed of crystalline iridium oxide
Is completed. In such a lower electrode 27, since the diameter of the columnar portion 27c is 0.05 μm, a plurality of columnar portions 27c are formed on the lower conductive layer 27b, and the surface area of the lower electrode 27 can be significantly increased. it can. As described above, the columnar portion 2
7c can be formed only by depositing iridium oxide by reactive sputtering at a relatively high pressure, and can be easily formed without going through complicated steps using photolithography and etching techniques. . Thereby, the lower electrode 2 having an increased surface area due to the fine structure
7 can be easily formed.

【0064】次に、半導体基板1の全面に容量絶縁膜2
8となる酸化タンタル膜を堆積し、その改質を行った
後、半導体基板1の全面に窒化チタン膜を堆積し、フォ
トレジスト膜(図示せず)を形成してこれをマスクと
し、周辺回路領域の酸化タンタル膜および窒化チタン膜
をエッチングして除去し、容量絶縁膜28およびプレー
ト電極29を形成する(図18)。
Next, the capacitor insulating film 2 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1.
8, a tantalum oxide film is deposited and modified, and then a titanium nitride film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1, a photoresist film (not shown) is formed, and this is used as a mask. The tantalum oxide film and the titanium nitride film in the region are removed by etching to form a capacitor insulating film 28 and a plate electrode 29 (FIG. 18).

【0065】容量絶縁膜28となる酸化タンタル膜の堆
積はたとえば450℃の等温雰囲気で、ペンタエトキシ
タンタル(Ta(OC2 5 5 )を原料とするCVD
法により形成することができる。このようにして堆積し
た酸化タンタル膜は非晶質状態であり、十分に高い誘電
率とはなっていない。したがって、その後に高誘電率の
結晶酸化タンタルとするために熱処理(改質)を行う必
要がある。
The tantalum oxide film serving as the capacitance insulating film 28 is deposited, for example, in an isothermal atmosphere at 450 ° C. by CVD using pentaethoxy tantalum (Ta (OC 2 H 5 ) 5 ) as a raw material.
It can be formed by a method. The tantalum oxide film thus deposited is in an amorphous state and does not have a sufficiently high dielectric constant. Therefore, it is necessary to subsequently perform a heat treatment (modification) to obtain a high dielectric constant crystalline tantalum oxide.

【0066】熱処理は、たとえば800℃の酸素雰囲気
で3分間の熱処理条件を例示できる。この熱処理の際に
酸化タンタル膜を透過して酸素が下部電極27に拡散す
るが、柱状部分27cおよび下部導電層27bは酸化物
である酸化イリジウムで構成されているため、さらに酸
化されても導電性には影響しない。このため、容量絶縁
膜28と下部電極27の界面にシリコン材料を下部電極
に用いた場合のシリコン酸化物のような絶縁膜が形成さ
れることがなく、容量絶縁膜28の膜厚を実質的にも酸
化タンタル膜の膜厚のみとし、容量値を高く保持でき
る。また、シリコン酸化物のような低誘電率の絶縁膜が
形成されないため、容量絶縁膜28の誘電率を高く保つ
ことができ、容量値を高く保持できる。
The heat treatment can be performed, for example, under the conditions of a heat treatment in an oxygen atmosphere at 800 ° C. for 3 minutes. During this heat treatment, oxygen diffuses through the tantalum oxide film and diffuses into the lower electrode 27. However, since the columnar portions 27c and the lower conductive layer 27b are made of iridium oxide, which is an oxide, they are conductive even if they are further oxidized. Does not affect gender. Therefore, an insulating film such as silicon oxide when a silicon material is used for the lower electrode is not formed at the interface between the capacitive insulating film 28 and the lower electrode 27, and the film thickness of the capacitive insulating film 28 is substantially reduced. Also, the capacitance value can be kept high by using only the thickness of the tantalum oxide film. Further, since an insulating film having a low dielectric constant such as silicon oxide is not formed, the dielectric constant of the capacitance insulating film 28 can be kept high, and the capacitance value can be kept high.

【0067】また、本実施の形態では、ブロッキング層
27aが形成されているため、本熱処理工程で拡散する
酸素はブロッキング層27aでブロックされ、プラグ2
6に達することがない。このため、プラグ26を多結晶
シリコン膜で形成してもプラグ26が酸化されることは
なく、接続の信頼性を向上することができる。なお、酸
素がブロッキング層27aまで拡散しても、ブロッキン
グ層27aを窒化チタン膜で構成しているため、その酸
化物である酸化チタンは導電性を有し、電気的接続を阻
害する恐れはない。
In this embodiment, since the blocking layer 27a is formed, oxygen diffused in the main heat treatment step is blocked by the blocking layer 27a and the plug 2
Never reach 6. For this reason, even if the plug 26 is formed of a polycrystalline silicon film, the plug 26 is not oxidized, and the connection reliability can be improved. Note that even when oxygen diffuses to the blocking layer 27a, since the blocking layer 27a is formed of a titanium nitride film, its oxide, titanium oxide, has conductivity and does not interfere with electrical connection. .

【0068】プレート電極29となる窒化チタン膜は、
たとえばCVD法あるいはスパッタ法で堆積することが
できる。また、プレート電極29は、窒化チタン膜とタ
ングステン膜の積層膜としてもよい。
The titanium nitride film serving as the plate electrode 29 is
For example, it can be deposited by a CVD method or a sputtering method. Further, the plate electrode 29 may be a laminated film of a titanium nitride film and a tungsten film.

【0069】このようにして下部電極27、容量絶縁膜
28およびプレート電極29からなるキャパシタCを形
成し、メモリセル選択用MISFETQsとこれに直列
に接続されたキャパシタCとで構成されるDRAMのメ
モリセルが完成する。
In this way, the capacitor C comprising the lower electrode 27, the capacitor insulating film 28 and the plate electrode 29 is formed, and the DRAM memory comprising the memory cell selecting MISFET Qs and the capacitor C connected in series thereto. The cell is completed.

【0070】次に、図19に示すように、キャパシタC
の高さ程度の膜厚を有するシリコン酸化膜40をたとえ
ばCVD法により半導体基板1の全面に形成する。シリ
コン酸化膜40は、たとえばオゾンとTEOSを原料と
したCVD法により形成することができる。
Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film 40 having a thickness of about the same height as above is formed on the entire surface of semiconductor substrate 1 by, for example, a CVD method. The silicon oxide film 40 can be formed by, for example, a CVD method using ozone and TEOS as raw materials.

【0071】次に、図20に示すように、周辺回路領域
にフォトレジスト膜41を形成し、それをマスクとして
メモリセルアレイ領域のシリコン酸化膜40をたとえば
フッ酸(HF)とフッ化アンモニウム(NH4 F)の1
対20混合液への浸漬によりエッチング除去する。これ
により周辺回路領域にのみ絶縁膜30aを形成する。
Next, as shown in FIG. 20, a photoresist film 41 is formed in the peripheral circuit region, and using the photoresist film 41 as a mask, the silicon oxide film 40 in the memory cell array region is made of, for example, hydrofluoric acid (HF) and ammonium fluoride (NH). 4 F) 1
Etching is removed by immersion in a mixed solution of 20 pairs. Thus, the insulating film 30a is formed only in the peripheral circuit region.

【0072】このフォトレジスト膜41は、メモリセル
アレイ領域の最外端に位置するキャパシタCから5μm
程度離れていても問題はない。このため、フォトレジス
ト膜41を形成するために高度なフォトリソグラフィの
技術は必要ではない。これにより製造工程の負荷を低減
して製造方法を簡略化できる。また、メモリセルアレイ
領域のシリコン酸化膜40の除去にはドライエッチング
法を用いることもできるが、シリコン酸化膜40のエッ
チング端部を傾斜面にするためには等方的にエッチング
が進行する湿式エッチングの方が都合が良い。なお、シ
リコン酸化膜40のエッチングストッパ膜として、キャ
パシタCの上部または下部にシリコン窒化膜を形成する
ことが好ましい。
This photoresist film 41 is 5 μm from the capacitor C located at the outermost end of the memory cell array region.
There is no problem even if it is far away. Therefore, an advanced photolithography technique is not required to form the photoresist film 41. Thereby, the load on the manufacturing process can be reduced and the manufacturing method can be simplified. Further, a dry etching method can be used to remove the silicon oxide film 40 in the memory cell array region. However, in order to make the etching end of the silicon oxide film 40 an inclined surface, wet etching in which etching proceeds isotropically Is more convenient. Preferably, a silicon nitride film is formed above or below the capacitor C as an etching stopper film for the silicon oxide film 40.

【0073】次に、フォトレジスト膜41を除去した
後、図21に示すように、キャパシタCの上部に膜厚4
0nm程度の絶縁膜30aを堆積する。絶縁膜30aは、
例えばオゾン(O3 )とテトラエトキシシラン(TEO
S)とをソースガスに用いたプラズマCVD法で堆積す
る。その後、厚く形成してもヒビ割れの生じない厚膜の
SOG膜30bを回転塗付法により形成して表面を平坦
化する。
Next, after the photoresist film 41 is removed, as shown in FIG.
An insulating film 30a of about 0 nm is deposited. The insulating film 30a
For example, ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEO)
S) is deposited by a plasma CVD method using a source gas. Thereafter, a thick SOG film 30b that does not cause cracking even when formed thickly is formed by spin coating to flatten the surface.

【0074】SOG膜30bは自己平坦性に優れた被膜
であるため、特別な平坦化手段を施さなくとも、周辺回
路領域に絶縁膜24が形成されているため、SOG膜3
0bの表面をほぼ完全に平坦化することが可能である。
なお、ここではSOG膜30bを用いた平坦化手段を例
示しているが、さらにCMP法を用いて平坦化を完全な
ものとしてもよい。また、SOG膜30bに代えてTE
OS酸化膜等を堆積し、これにCMP研磨を施して表面
の平坦化を行ってもよい。
Since the SOG film 30b is a film having excellent self-flatness, the SOG film 30b is formed in the peripheral circuit region without any special flattening means.
0b can be almost completely flattened.
Here, the flattening means using the SOG film 30b is illustrated, but the flattening may be further completed by using the CMP method. Further, instead of the SOG film 30b, TE
An OS oxide film or the like may be deposited and subjected to CMP polishing to planarize the surface.

【0075】最後に、接続孔を開口し、その接続孔を含
むSOG膜30bの上部にスパッタリング法で膜厚10
0nm程度の窒化チタン膜33aを堆積し、さらにその上
部にCVD法で膜厚500nm程度のタングステン膜33
bを堆積する。その後、窒化チタン膜33aおよびタン
グステン膜33bをエッチバックしてプラグ32,33
を形成し、スパッタリング法で膜厚50nm程度のTiN
膜、膜厚500nm程度のAl(アルミニウム)膜、膜厚
50nm程度のTi膜を順次堆積した後、フォトレジスト
膜をマスクにしたドライエッチングでこれらの膜をパタ
ーニングして第2層配線31形成する。これにより、図
3に示すDRAMがほぼ完成する。なお、接続孔の開口
は、公知のフォトリソグラフィおよびエッチング技術を
用いることができ、窒化チタン膜33aおよびタングス
テン膜33bのエッチバックには、プラズマエッチング
あるいはCMP法による研磨を用いることができる。
Finally, a connection hole is opened, and a film thickness of 10 is formed on the SOG film 30b including the connection hole by sputtering.
A titanium nitride film 33a of about 0 nm is deposited, and a tungsten film 33 of about 500 nm thickness is further formed thereon by CVD.
b is deposited. Thereafter, the titanium nitride film 33a and the tungsten film 33b are etched back to form plugs 32, 33.
Is formed, and a TiN film having a thickness of about 50 nm is formed by a sputtering method.
After sequentially depositing a film, an Al (aluminum) film having a thickness of about 500 nm, and a Ti film having a thickness of about 50 nm, the second layer wiring 31 is formed by patterning these films by dry etching using a photoresist film as a mask. . Thereby, the DRAM shown in FIG. 3 is almost completed. The openings of the connection holes can be formed by known photolithography and etching techniques. Etching back of the titanium nitride film 33a and the tungsten film 33b can be performed by plasma etching or polishing by a CMP method.

【0076】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでも
ない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made without departing from the gist of the invention. Needless to say, it can be changed.

【0077】たとえば、前記実施の形態では、プラグ2
6として多結晶シリコンを用いた例を示したが、図22
に示すように窒化チタンからなるプラグ42としてもよ
い。この場合にはブロッキング層27aは必要でない。
窒化チタンからなるプラグ42はCVD法により堆積さ
れた窒化チタン膜のエッチバックにより形成することが
できる。
For example, in the above embodiment, the plug 2
FIG. 22 shows an example in which polycrystalline silicon is used as 6.
The plug 42 may be made of titanium nitride as shown in FIG. In this case, the blocking layer 27a is not required.
The plug 42 made of titanium nitride can be formed by etching back a titanium nitride film deposited by a CVD method.

【0078】また、ブロッキング層27aまたはプラグ
42は、窒化チタン膜からなる例を示しているが、窒化
チタンに代えて窒化タングステン(WN)であってもよ
い。
Although the blocking layer 27a or the plug 42 is made of a titanium nitride film, it may be made of tungsten nitride (WN) instead of titanium nitride.

【0079】[0079]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下のとおりである。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0080】(1)情報蓄積用容量素子の蓄積電荷量を
増加することができる。
(1) The amount of charge stored in the information storage capacitance element can be increased.

【0081】(2)情報蓄積用容量素子の容量絶縁膜に
酸化タンタル膜を用い、酸素雰囲気における熱処理を施
しても実効的な容量絶縁膜の誘電率の低下および膜厚の
増加を来すことがない技術を提供できる。
(2) Even if a tantalum oxide film is used as the capacitive insulating film of the information storage capacitive element and heat treatment is performed in an oxygen atmosphere, the effective dielectric constant of the capacitive insulating film is reduced and the film thickness is increased. There is no technology available.

【0082】(3)情報蓄積用容量素子の下部電極の表
面積を簡便に増加することができる。
(3) The surface area of the lower electrode of the information storage capacitor can be easily increased.

【0083】(4)情報蓄積用容量素子の下部電極の形
成工程を簡略化できる。
(4) The process of forming the lower electrode of the information storage capacitor can be simplified.

【0084】(5)情報蓄積用容量素子の蓄積電荷量を
増加し、DRAMのリフレッシュマージンを増加して半
導体集積回路装置の低電圧化、低電力化を図ることがで
きる。
(5) It is possible to increase the amount of charge stored in the information storage capacitor element, increase the refresh margin of the DRAM, and reduce the voltage and power of the semiconductor integrated circuit device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態であるDRAMを形成し
た半導体チップの全体平面図である。
FIG. 1 is an overall plan view of a semiconductor chip on which a DRAM according to an embodiment of the present invention is formed.

【図2】実施の形態のDRAMの等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the DRAM of the embodiment.

【図3】実施の形態のDRAMの断面図を示す。FIG. 3 is a cross-sectional view of the DRAM according to the embodiment;

【図4】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工程
順に示した断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図5】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工程
順に示した断面図である。
FIG. 5 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図6】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工程
順に示した断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the method for manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図7】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工程
順に示した断面図である。
FIG. 7 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図8】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工程
順に示した断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the method for manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図9】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工程
順に示した断面図である。
FIG. 9 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図10】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 10 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図11】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of the method for manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図12】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of the method for manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図13】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of the method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図14】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of the method for manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図15】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing an example of the method for manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図16】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing an example of the method for manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図17】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing one example of the method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図18】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing an example of the method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図19】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing one example of the method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図20】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 20 is a cross-sectional view showing one example of the method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図21】実施の形態のDRAMの製造方法の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 21 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図22】本発明の一実施の形態であるDRAMの他の
例を示した断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing another example of a DRAM according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 1A 半導体チップ 2 p形ウェル 3 p形ウェル 4 n形ウェル 6 ディープウェル 7 分離領域 8 浅溝 9 シリコン酸化膜 10 ゲート絶縁膜 11 ゲート電極 11a 多結晶シリコン膜 11b 窒化チタン膜 11c タングステン膜 12 不純物半導体領域 13 キャップ絶縁膜 14 シリコン窒化膜 15 不純物半導体領域 15a 低濃度不純物領域 15b 高濃度不純物領域 16 サイドウォールスペーサ 17 層間絶縁膜 17a SOG膜 17b TEOS酸化膜 17c TEOS酸化膜 17d TEOS酸化膜 18 第1層配線 18a チタン膜 18b 窒化チタン膜 18c タングステン膜 19 プラグ 20 チタンシリサイド層 21 接続孔 22a キャップ絶縁膜 22b サイドウォールスペーサ 23 層間絶縁膜 23a SOG膜 23b TEOS酸化膜 23c TEOS酸化膜24 絶縁膜 25 プラグ 26 プラグ 27 下部電極 27a ブロッキング層 27b 下部導電層 27c 柱状部分 28 容量絶縁膜 29 プレート電極 30a 絶縁膜 30b SOG膜 31 第2層配線 31a チタン膜 31b アルミニウム膜 31c 窒化チタン膜 32,33 プラグ 32a,33a 接着層(窒化チタン膜) 32b,33b タングステン膜 34 窒化チタン膜 35 酸化イリジウム膜 36,38,39 フォトレジスト膜 37 結晶酸化イリジウム 40 シリコン酸化膜 41 フォトレジスト膜 42 プラグ BL ビット線 C キャパシタ MARY メモリアレイ Qn nチャネルMISFETQp pチャネルMIS
FET Qs メモリセル選択用MISFET SA センスアンプ WD ワードドライバ WL ワード線
Reference Signs List 1 semiconductor substrate 1A semiconductor chip 2 p-type well 3 p-type well 4 n-type well 6 deep well 7 isolation region 8 shallow groove 9 silicon oxide film 10 gate insulating film 11 gate electrode 11a polycrystalline silicon film 11b titanium nitride film 11c tungsten film REFERENCE SIGNS LIST 12 impurity semiconductor region 13 cap insulating film 14 silicon nitride film 15 impurity semiconductor region 15 a low-concentration impurity region 15 b high-concentration impurity region 16 sidewall spacer 17 interlayer insulating film 17 a SOG film 17 b TEOS oxide film 17 c TEOS oxide film 17 d TEOS oxide film 18 First layer wiring 18a Titanium film 18b Titanium nitride film 18c Tungsten film 19 Plug 20 Titanium silicide layer 21 Connection hole 22a Cap insulating film 22b Sidewall spacer 23 Interlayer insulating film 23a SOG Film 23b TEOS oxide film 23c TEOS oxide film 24 Insulating film 25 Plug 26 Plug 27 Lower electrode 27a Blocking layer 27b Lower conductive layer 27c Columnar portion 28 Capacitive insulating film 29 Plate electrode 30a Insulating film 30b SOG film 31 Second layer wiring 31a Titanium film 31b Aluminum film 31c Titanium nitride film 32, 33 Plug 32a, 33a Adhesive layer (titanium nitride film) 32b, 33b Tungsten film 34 Titanium nitride film 35 Iridium oxide film 36, 38, 39 Photoresist film 37 Crystalline iridium oxide 40 Silicon oxide film 41 Photoresist film 42 Plug BL Bit line C Capacitor MARY Memory array Qn N-channel MISFET Qp P-channel MIS
FET Qs MISFET for memory cell selection SA Sense amplifier WD Word driver WL Word line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金井 美鈴 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Misuzu Kanai 5-2-1, Josuihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo In the Semiconductor Division, Hitachi, Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の主面上に形成されたメモリ
セル選択用MISFETに直列に接続され、下部電極、
前記下部電極に接して形成された酸化タンタルを主成分
とする容量絶縁膜、および前記容量絶縁膜を介し前記下
部電極に対向して形成された上部電極を備えた情報蓄積
用容量素子を有する半導体集積回路装置であって、 前記下部電極は、酸化イリジウムからなる複数の柱状部
分と、前記柱状部分の底部に位置する導電膜とを有する
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
A first electrode connected to a memory cell selection MISFET formed on a main surface of a semiconductor substrate;
A semiconductor having a capacitive insulating film mainly composed of tantalum oxide formed in contact with the lower electrode and an information storage capacitive element including an upper electrode formed to face the lower electrode via the capacitive insulating film An integrated circuit device, wherein the lower electrode includes a plurality of columnar portions made of iridium oxide and a conductive film located at a bottom of the columnar portion.
【請求項2】 請求項1記載の半導体集積回路装置であ
って、 前記柱状部分は、主配向面が(101)面である多結晶
酸化イリジウムからなることを特徴とする半導体集積回
路装置。
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said columnar portion is made of polycrystalline iridium oxide whose main orientation plane is a (101) plane.
【請求項3】 請求項1または2記載の半導体集積回路
装置であって、 前記柱状部分は、イリジウムをターゲットとし酸素を含
むガスを用いた反応性スパッタ法により形成されたもの
であることを特徴とする半導体集積回路装置。
3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the columnar portion is formed by a reactive sputtering method using iridium as a target and a gas containing oxygen. Semiconductor integrated circuit device.
【請求項4】 請求項1、2または3記載の半導体集積
回路装置であって、 前記メモリセル選択用MISFETと前記下部電極とを
接続するプラグおよび前記導電膜の間には、窒化チタン
または窒化タングステンを主成分とするブロッキング膜
が形成された第1の構成、前記メモリセル選択用MIS
FETと前記下部電極とを接続するプラグが窒化チタン
または窒化タングステンを主成分とする導電体からなる
第2の構成、の何れかの構成を有することを特徴とする
半導体集積回路装置。
4. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, 2 or 3, wherein titanium nitride or nitride is provided between a plug connecting the memory cell selecting MISFET and the lower electrode and the conductive film. A first configuration in which a blocking film containing tungsten as a main component is formed, the memory cell selecting MIS
A semiconductor integrated circuit device, wherein a plug for connecting an FET and the lower electrode has any one of a second configuration made of a conductor containing titanium nitride or tungsten nitride as a main component.
【請求項5】 半導体基板の主面上に形成されたメモリ
セル選択用MISFETに直列に接続され、下部電極、
容量絶縁膜および上部電極を備えた情報蓄積用容量素子
を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板の上層の層間絶縁膜に前記メモリ
セル選択用MISFETに接続されるプラグを形成し、
前記プラグの表面が露出した前記層間絶縁膜の全面に、
第1の圧力条件で、イリジウムをターゲットとし酸素を
含むガスによる反応性スパッタ法により酸化イリジウム
膜を堆積する工程、(b)前記第1の圧力条件よりも高
い圧力の第2の圧力条件で、イリジウムをターゲットと
し酸素を含むガスによる反応性スパッタ法により多結晶
酸化イリジウムからなる複数の柱状体を、少なくとも前
記酸化イリジウム膜の一部上に形成する工程、(c)少
なくとも前記柱状体上に酸化タンタル膜を堆積し、前記
酸化タンタル膜の酸素雰囲気下における熱処理により前
記容量絶縁膜を形成する工程、 を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
5. A lower electrode, which is connected in series to a memory cell selecting MISFET formed on a main surface of a semiconductor substrate.
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having an information storage capacitance element having a capacitance insulating film and an upper electrode,
(A) forming a plug connected to the memory cell selecting MISFET in an upper interlayer insulating film of the semiconductor substrate;
On the entire surface of the interlayer insulating film where the surface of the plug is exposed,
Depositing an iridium oxide film by a reactive sputtering method using iridium as a target and oxygen-containing gas under a first pressure condition; (b) under a second pressure condition higher than the first pressure condition, Forming a plurality of columnar bodies made of polycrystalline iridium oxide on at least a part of the iridium oxide film by a reactive sputtering method using iridium as a target and a gas containing oxygen; and (c) oxidizing at least the columnar bodies. Depositing a tantalum film and forming the capacitive insulating film by heat treatment of the tantalum oxide film in an oxygen atmosphere.
【請求項6】 請求項5記載の半導体集積回路装置の製
造方法であって、 前記プラグが窒化チタンまたは窒化タングステンからな
る導電体である第1の構成、または、前記プラグが多結
晶シリコンからなり、前記酸化イリジウム膜の堆積前に
前記層間絶縁膜の全面に窒化チタン膜または窒化タング
ステン膜を堆積する工程を含む第2の構成、の何れかの
構成を有することと特徴とする半導体集積回路装置の製
造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 5, wherein said plug is a first structure in which said plug is a conductor made of titanium nitride or tungsten nitride, or said plug is made of polycrystalline silicon. A second configuration including a step of depositing a titanium nitride film or a tungsten nitride film on the entire surface of the interlayer insulating film before depositing the iridium oxide film. Manufacturing method.
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