JP2000299444A - Semiconductor device and manufacture of the same - Google Patents

Semiconductor device and manufacture of the same

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JP2000299444A
JP2000299444A JP11103615A JP10361599A JP2000299444A JP 2000299444 A JP2000299444 A JP 2000299444A JP 11103615 A JP11103615 A JP 11103615A JP 10361599 A JP10361599 A JP 10361599A JP 2000299444 A JP2000299444 A JP 2000299444A
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JP
Japan
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film
oxide film
tantalum oxide
semiconductor device
insulating film
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JP11103615A
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Japanese (ja)
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Shinpei Iijima
晋平 飯島
Toshio Ando
敏夫 安藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent peeling in oxidation-reforming process by using a polycrystalline tantalum oxide film as a capacitor insulating film. SOLUTION: MISFETQs Qn, Qp, a plug 30, a bit line BL, and a plug 49 are sequentially formed on the main surface of a semiconductor substrate 1, a silicon nitride film 50 and a silicone oxide film 51 are deposited on a silicon oxide film 46, a lower part electrode 55 of, for example, titanium nitride is formed in a groove 52 formed at the silicon nitride film 50 and silicon oxide film 51, and then a silicon nitride film 56 is formed over the entire surface of the semiconductor substrate 1 through, for example, LPCVD method. Furthermore, an amorphous tantalum oxide film 57 is deposited by CVD method, and the tantalum oxide film 57 is thermally processed in an oxidizing atmosphere to form a polycrystaline tantalum oxide film. At this heat treatment, the silicon nitride film 50 functions as an oxygen diffusion preventing film.

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、半導体装置および
その製造技術に関し、特に、DRAM(DynamicRandom
Access Memory)を有する半導体装置に適用して有効な
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 device and its manufacturing technology, and more particularly to a DRAM (Dynamic Random Access Memory).
The present invention relates to a technology that is effective when applied to a semiconductor device having an access memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】たとえば特開平11−26712号公報
に記載されているように、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DRAMが知られて
いる。この公報には、情報が電荷として蓄積されるキャ
パシタ(情報蓄積用容量素子)として、深い溝(孔)内
に形成された筒型の下部電極と、その下部電極上に形成
されたキャパシタ絶縁膜および上部電極とからなるキャ
パシタが記載されている。そして、下部電極は多結晶シ
リコン膜からなり、キャパシタ絶縁膜は多結晶の酸化タ
ンタル膜からなり、上部電極は窒化チタン膜からなる。
一般に素子が微細化されても耐α線等の動作信頼性の維
持・向上の観点から、素子サイズにかかわらず一定以上
の蓄積容量値が要求される。上記のようなキャパシタで
は、下部電極を深い溝内の筒型とすることにより電極の
表面積を増加し、素子の微細化に伴う占有面積の減少に
対処している。
2. Description of the Related Art As described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-26712, there is known a DRAM having a capacitor over bit line structure in which an information storage capacitor is arranged above a bit line. Have been. This publication discloses a cylindrical lower electrode formed in a deep groove (hole) and a capacitor insulating film formed on the lower electrode as a capacitor (information storage capacitance element) for storing information as electric charge. And an upper electrode. The lower electrode is made of a polycrystalline silicon film, the capacitor insulating film is made of a polycrystalline tantalum oxide film, and the upper electrode is made of a titanium nitride film.
In general, even if the element is miniaturized, a storage capacitance value equal to or higher than a certain value is required regardless of the element size from the viewpoint of maintaining and improving the operational reliability such as anti-α rays. In such a capacitor as described above, the surface area of the electrode is increased by forming the lower electrode into a cylindrical shape in a deep groove, thereby coping with a decrease in the occupied area due to miniaturization of the element.

【0003】また、たとえば、1996年11月10
日、応用物理学会発行、「応用物理」第65巻第11
号、p1106〜113に記載されているように、下部
電極であるシリコン表面に微小な凹凸を形成して粗面化
し、下部電極寸法を大きくすることなく、表面積を実質
的に大きくすることができる技術、いわゆるHSG(He
mispherical Silicon Grain )構造の技術が提案されて
いる。
[0003] For example, on November 10, 1996
Published by the Japan Society of Applied Physics, “Applied Physics” Vol. 65, No. 11
As described in pp. 1106 to 113, the surface of the silicon as the lower electrode is formed with fine irregularities and roughened, and the surface area can be substantially increased without increasing the size of the lower electrode. Technology, so-called HSG (He
A technique of a mispherical silicon grain structure has been proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前記文献記載のHSG
技術を前記公報記載の筒型下部電極に適用すれば、平面
的な占有面積を増加させることなくさらに実質的な電極
表面積を増大でき、微細化に対応した容量値の確保がで
きると期待できる。
The HSG described in the above document
If the technique is applied to the cylindrical lower electrode described in the above-mentioned publication, it is expected that a substantial electrode surface area can be further increased without increasing a planar occupied area, and a capacitance value corresponding to miniaturization can be secured.

【0005】しかし、さらに微細化を進めると、深溝
(孔)自体の平面サイズが減少し、HSG自体の大きさ
が溝(孔)内の空間を狭くする原因となる。HSGを形
成した後の孔内に十分な空間が無ければ、被覆性の良い
キャパシタ絶縁膜および上部電極が形成できず、正常な
キャパシタの形成が阻害される。また、溝径がHSGの
粒径よりも小さくなるような場合には正常なキャパシタ
を形成することは不可能となる。
However, as the miniaturization is further advanced, the plane size of the deep groove (hole) itself decreases, and the size of the HSG itself causes the space inside the groove (hole) to be narrowed. If there is not enough space in the hole after the HSG is formed, a capacitor insulating film and an upper electrode having good covering properties cannot be formed, and normal formation of a capacitor is hindered. When the groove diameter is smaller than the HSG particle diameter, it is impossible to form a normal capacitor.

【0006】そこで、更なる微細化の検討においては、
HSGを用いなくとも必要な容量値の確保が可能なキャ
パシタの構造が望まれる。このようなキャパシタ構造と
してMIM(Metal Insulator Metal )構造が挙げられ
る。下部電極材料にシリコンを採用するMIS(Metal
Insulator Semiconductor )構造の場合には、シリコン
の空乏化に起因して実質的なキャパシタ絶縁膜の膜厚が
増大し、十分な容量値を確保することが困難である。し
かし、下部電極が金属で構成されるMIM構造において
は空乏化の懸念は存在しない。
Therefore, in the study of further miniaturization,
A structure of a capacitor that can secure a required capacitance value without using HSG is desired. An example of such a capacitor structure is an MIM (Metal Insulator Metal) structure. MIS (Metal) using silicon as the lower electrode material
In the case of an Insulator Semiconductor) structure, the substantial thickness of the capacitor insulating film increases due to depletion of silicon, and it is difficult to secure a sufficient capacitance value. However, there is no concern about depletion in the MIM structure in which the lower electrode is made of metal.

【0007】本発明者らのMIM構造に関する検討で
は、ギガビットオーダー以上の集積度をターゲットとし
た、誘電体(キャパシタ絶縁膜)にBST(ストロンチ
ウム含有チタン酸バリウム結晶材料:(Ba,Sr)T
iO3 )、上下電極にBSTとの相性に優れた白金ある
いはルテニウム系材料を用いるキャパシタ構造がある。
BSTは比誘電率が100以上と大きく、小さな専有面
積での高いキャパシタ容量が実現できる材料として期待
が高い。しかし、BSTの材料開発目標は高く、容易に
良質なキャパシタ絶縁材料としてのBST薄膜を形成す
ることは困難である。そこで、より開発目標が現実的な
キャパシタ絶縁膜として酸化タンタル膜(TaO)があ
る。この場合上下電極に白金あるいはルテニウム系材料
を適用する。しかし、白金あるいはルテニウム系材料
は、従来半導体デバイス分野ではあまり用いられること
のなかった新規材料であり、材料開発のみならず加工工
程のプロセス開発を新規に行う必要がある。そこで、従
来から多用されている材料を上下電極に適用する技術が
望まれる。
In the study of the MIM structure of the present inventors, a dielectric material (capacitor insulating film) is made of BST (strontium-containing barium titanate crystal material: (Ba, Sr) T
iO 3 ), and a capacitor structure using a platinum or ruthenium-based material excellent in compatibility with BST for the upper and lower electrodes.
BST has a high relative dielectric constant of 100 or more, and is expected to be a material capable of realizing high capacitor capacity in a small occupied area. However, the material development target of BST is high, and it is difficult to easily form a BST thin film as a high quality capacitor insulating material. Therefore, there is a tantalum oxide film (TaO) as a capacitor insulating film whose development goal is more realistic. In this case, platinum or ruthenium-based material is applied to the upper and lower electrodes. However, the platinum or ruthenium-based material is a new material that has not been used so far in the semiconductor device field, and it is necessary to newly develop not only the material but also the process of the processing step. Therefore, a technique of applying a material which has been frequently used in the past to the upper and lower electrodes is desired.

【0008】このような従来良く用いられる電極材料と
してタングステンがある。絶縁膜として酸化タンタル膜
を適用し、電極材料にタングステンを適用してキャパシ
タを構成した例としては、たとえば、1988年7月2
2日発行、電子情報通信学会誌、SDM88−44、p
25〜p30に記載がある。この文献では、タングステ
ンと酸化タンタルとは熱的に反応性が低く、高温熱処理
に耐性を有するキャパシタを実現できるとしている。
[0008] As such a commonly used electrode material, there is tungsten. An example in which a capacitor is formed by applying a tantalum oxide film as an insulating film and applying tungsten to an electrode material is described in, for example, July 2, 1988.
Published on 2nd, IEICE Journal, SDM88-44, p
25 to p30. This document states that tungsten and tantalum oxide have low thermal reactivity and can realize a capacitor having resistance to high-temperature heat treatment.

【0009】しかし、本発明者らの検討では、酸化タン
タル膜のリーク電流を実用的なレベルにまで低減するに
は酸素等酸化雰囲気での熱処理(アニール)が必要であ
り、このような熱処理を前記構成の酸化タンタル膜に施
すと、酸化タンタル膜の下地であるタングステンの酸化
が生じるという不具合がある。このような酸化が発生す
ると下地であるタングステンと酸化タンタル膜との間に
剥離が発生し、キャパシタを構成できないという問題が
生じる。剥離にまで至らない場合であっても、誘電率の
低い金属酸化物の形成は避けられず、容量値の低下を招
いて結果的に所望のキャパシタ特性を得ることができな
い。
However, the present inventors have studied that heat treatment (annealing) in an oxidizing atmosphere such as oxygen is necessary to reduce the leak current of the tantalum oxide film to a practical level. When applied to the tantalum oxide film having the above-described structure, there is a problem that tungsten, which is a base of the tantalum oxide film, is oxidized. When such oxidation occurs, separation occurs between the underlying tungsten and the tantalum oxide film, causing a problem that a capacitor cannot be formed. Even in the case where separation does not occur, formation of a metal oxide having a low dielectric constant is unavoidable, resulting in a decrease in the capacitance value, and as a result, desired capacitor characteristics cannot be obtained.

【0010】また、一方で、下地電極の酸化に至らない
ような酸化タンタル膜の改質処理が考えうる。たとえば
オゾン(O3 )プラズマや、オゾン雰囲気での低温熱処
理である。このような改質処理では酸化力が強い一方、
処理温度を300〜400度に低減できる。このことか
ら酸化タンタル膜の剥離が生じるほどの下地金属の酸化
は生じず、初期的なリーク電流を十分低いレベルに抑え
る程度の酸化タンタル膜の膜質改善が行える。しかし、
改質温度が低いことから、酸化タンタル膜はアズデポ状
態と同じ非晶質状態であり結晶化することができない。
非晶質酸化タンタル膜は誘電率が低く、耐熱性に乏し
く、また機械的強度にも弱いという問題がある。よっ
て、安定かつ良好な特性のキャパシタを得ることは困難
である。
On the other hand, a modification treatment of the tantalum oxide film so as not to oxidize the underlying electrode can be considered. For example, ozone (O 3 ) plasma or low-temperature heat treatment in an ozone atmosphere. In such a reforming process, while the oxidizing power is strong,
The processing temperature can be reduced to 300 to 400 degrees. From this, the underlying metal is not oxidized to such an extent that the tantalum oxide film is peeled off, and the film quality of the tantalum oxide film can be improved such that the initial leak current is suppressed to a sufficiently low level. But,
Since the reforming temperature is low, the tantalum oxide film is in the same amorphous state as the as-deposited state and cannot be crystallized.
The amorphous tantalum oxide film has a problem that it has a low dielectric constant, poor heat resistance, and low mechanical strength. Therefore, it is difficult to obtain a capacitor having stable and good characteristics.

【0011】なお、下部電極にタングステン以外の従来
多用される金属性導電材料、たとえば窒化チタン、窒化
タングステンまたは窒化タンタル等を用いても同様に酸
化され剥離が生じることを確認している。
It has been confirmed that the lower electrode is similarly oxidized and peeled even when a metallic conductive material other than tungsten, such as titanium nitride, tungsten nitride or tantalum nitride, is used.

【0012】本発明の目的は、下部電極にタングステン
等従来多用される金属あるいは金属化合物材料を用い、
キャパシタ絶縁膜に酸化タンタル膜を用いたキャパシタ
において、酸化タンタル膜の酸化熱処理の際に剥離の発
生、または、低誘電率の金属酸化物の形成を抑制できる
キャパシタ構造あるいは製造の技術を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to use a metal or a metal compound material, such as tungsten, which has been widely used in the past for the lower electrode,
To provide a capacitor structure or a technology for manufacturing a capacitor using a tantalum oxide film as a capacitor insulating film, which can suppress occurrence of peeling or formation of a metal oxide having a low dielectric constant during oxidation heat treatment of the tantalum oxide film. It is in.

【0013】また、本発明の目的は、安定な下部電極構
成を提供し、半導体装置の製造歩留まりの向上および信
頼性の向上を図るものである。
It is another object of the present invention to provide a stable lower electrode configuration and improve the production yield and reliability of a semiconductor device.

【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.本発明の半導体装置は、絶縁膜の孔内
に内面を覆うように形成された金属もしくは金属化合物
からなる下部電極と、下部電極に対向して配置された上
部電極と、上部電極および下部電極の間に形成されたキ
ャパシタ絶縁膜とからなる情報蓄積用容量素子を含む半
導体装置であって、キャパシタ絶縁膜には多結晶酸化タ
ンタル膜と、金属および酸素拡散防止膜が含まれ、酸素
拡散防止膜は、下部電極と多結晶酸化タンタル膜との間
に形成されている。
1. The semiconductor device of the present invention includes a lower electrode made of a metal or a metal compound formed so as to cover an inner surface in a hole of an insulating film, an upper electrode disposed to face the lower electrode, and an upper electrode and a lower electrode. What is claimed is: 1. A semiconductor device including an information storage capacitor comprising a capacitor insulating film formed therebetween, wherein the capacitor insulating film includes a polycrystalline tantalum oxide film and a metal and oxygen diffusion preventing film. Are formed between the lower electrode and the polycrystalline tantalum oxide film.

【0017】このような半導体装置によれば、下部電極
と多結晶酸化タンタル膜との間に拡散防止膜が含まれて
いるため、多結晶酸化タンタル膜を形成する際の酸化性
雰囲気下の熱処理において、拡散防止膜が酸化タンタル
膜を透過してきた酸素のブロッキング膜として作用し、
酸素を下部電極に達し得ないようにできる。これにより
下部電極の酸化を抑制して多結晶酸化タンタル膜の剥離
を抑制できる。また、下部電極を構成する金属元素が多
結晶酸化タンタル膜中に拡散するのを防止することもで
きる。
According to such a semiconductor device, since the diffusion preventing film is included between the lower electrode and the polycrystalline tantalum oxide film, the heat treatment in the oxidizing atmosphere when forming the polycrystalline tantalum oxide film is performed. In, the diffusion prevention film acts as a blocking film of oxygen that has passed through the tantalum oxide film,
Oxygen can be prevented from reaching the lower electrode. Thereby, oxidation of the lower electrode can be suppressed, and peeling of the polycrystalline tantalum oxide film can be suppressed. Further, it is possible to prevent the metal element forming the lower electrode from diffusing into the polycrystalline tantalum oxide film.

【0018】なお、酸素拡散防止膜としてはシリコン酸
窒化膜を例示できる。
Incidentally, a silicon oxynitride film can be exemplified as the oxygen diffusion preventing film.

【0019】また、酸化タンタル膜と上部電極との間に
シリコン窒化膜を配置できる。この場合、上部電極側が
相対的に正にバイアスされたときのリーク電流を低減で
きる。
Further, a silicon nitride film can be arranged between the tantalum oxide film and the upper electrode. In this case, the leakage current when the upper electrode side is relatively positively biased can be reduced.

【0020】また、多結晶酸化タンタル膜は、複数層で
構成できる。この場合、多結晶酸化タンタル膜が2層で
構成されるため、リーク電流を低減できる。すなわち、
リーク電流の発生あるいは耐電圧の低下は、本発明者ら
の検討によれば、酸化タンタル結晶の粒界部分で発生し
ている場合が多い。このような場合、結晶粒界が多結晶
酸化タンタル膜の表面から裏面まで貫通しているときに
はリーク電流が生じやすい。しかし、多結晶酸化タンタ
ル膜を2層で構成する場合には、結晶粒界が多結晶酸化
タンタル膜の表面から裏面まで貫通することはなく、こ
れによりリーク電流を低減できる。また、多結晶酸化タ
ンタル膜を2層で構成すれば、一層で構成する場合と比
較して各層が薄く形成できる。薄い酸化タンタル膜であ
れば熱処理の負荷を小さくしても良好な膜質が得られる
ため、結果的にトータルの熱負荷が軽減され、酸化タン
タル膜の剥離が生じ難くなる。さらに各層を薄く形成す
るため、結晶粒を均一にまた、粒径を小さく緻密に形成
できる。
The polycrystalline tantalum oxide film can be composed of a plurality of layers. In this case, since the polycrystalline tantalum oxide film is composed of two layers, the leakage current can be reduced. That is,
According to the study of the present inventors, the occurrence of a leak current or a decrease in withstand voltage often occurs at a grain boundary portion of a tantalum oxide crystal. In such a case, when the crystal grain boundary penetrates from the front surface to the back surface of the polycrystalline tantalum oxide film, a leak current is likely to occur. However, when the polycrystalline tantalum oxide film is composed of two layers, the crystal grain boundaries do not penetrate from the front surface to the back surface of the polycrystalline tantalum oxide film, thereby reducing the leak current. In addition, when the polycrystalline tantalum oxide film is composed of two layers, each layer can be formed thinner as compared with the case where it is composed of one layer. In the case of a thin tantalum oxide film, good film quality can be obtained even if the load of the heat treatment is reduced, so that the total thermal load is reduced, and peeling of the tantalum oxide film hardly occurs. Further, since each layer is formed thin, the crystal grains can be formed uniformly and the grain size can be small and dense.

【0021】なお、下部電極は、窒化チタン、タングス
テン、窒化タングステンまたは窒化タンタルから選択さ
れる何れかの材料またはこれらの化合物とし、上部電極
は、窒化チタンとすることができる。このようにMIM
構造を構成することにより、シリコン材料を採用した場
合のような空乏化の問題は生じず、良好なキャパシタ特
性を得ることができる。
The lower electrode may be made of any material selected from titanium nitride, tungsten, tungsten nitride or tantalum nitride or a compound thereof, and the upper electrode may be made of titanium nitride. Thus MIM
By configuring the structure, the problem of depletion unlike when a silicon material is employed does not occur, and good capacitor characteristics can be obtained.

【0022】また、下部電極は、DRAMのビット線よ
りも上層に形成された第1絶縁膜の溝内に形成され、下
部電極の先端の標高は第1絶縁膜表面の標高よりも高い
ものとすることができる。この場合、下部電極が第1絶
縁膜上に突出して形成されるため、下部電極の表面積を
大きく利用できる。
The lower electrode is formed in a groove of the first insulating film formed above the bit line of the DRAM, and the height of the tip of the lower electrode is higher than the height of the surface of the first insulating film. can do. In this case, since the lower electrode is formed so as to protrude above the first insulating film, a large surface area of the lower electrode can be utilized.

【0023】あるいは下部電極は、DRAMのビット線
よりも上層に形成された第1絶縁膜および第2絶縁膜の
溝内に形成され、下部電極の先端の標高は第2絶縁膜表
面の標高と同じにすることができる。この場合、下部電
極が第1絶縁膜および第2絶縁膜の溝内に突出すること
なく形成されるため、下部電極の機械的強度を向上し、
DRAMの歩留まりと信頼性を向上できる。
Alternatively, the lower electrode is formed in a groove of the first insulating film and the second insulating film formed above the bit line of the DRAM, and the height of the tip of the lower electrode is equal to the height of the surface of the second insulating film. Can be the same. In this case, since the lower electrode is formed without protruding into the grooves of the first insulating film and the second insulating film, the mechanical strength of the lower electrode is improved,
The yield and reliability of the DRAM can be improved.

【0024】2.本発明の半導体装置の製造方法は、半
導体基板の主面のMISFETと、MISFETを覆う
第1絶縁膜上のビット線と、ビット線上の第2絶縁膜上
に形成された情報蓄積用の容量素子とを有する半導体装
置の製造方法であって、(a)第2絶縁膜上に第3絶縁
膜を形成し、第3絶縁膜に溝を形成する工程、(b)溝
の内面を覆う金属膜または金属化合物膜を半導体基板の
全面に形成し、金属膜または金属化合物膜上に溝を埋め
込む第4絶縁膜を形成し、溝以外の第4絶縁膜と金属膜
または金属化合物膜とを除去する工程、(c)溝内の第
4絶縁膜を除去し、金属膜または金属化合物膜からなる
情報蓄積用のキャパシタの下部電極を露出する工程、
(d)半導体基板の全面にシリコン窒化膜を形成する工
程、(e)シリコン窒化膜上に非晶質酸化タンタル膜を
堆積する工程、(f)非晶質酸化タンタル膜に酸化性雰
囲気での熱処理を施し、非晶質酸化タンタル膜を結晶化
して多結晶酸化タンタル膜を形成する工程、(g)多結
晶酸化タンタル膜上に金属膜または金属化合物膜を形成
する工程、を含む。
2. According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, there is provided a MISFET on a main surface of a semiconductor substrate, a bit line on a first insulating film covering the MISFET, and a capacitor for storing information formed on a second insulating film on the bit line. (A) forming a third insulating film on a second insulating film and forming a groove in the third insulating film, and (b) a metal film covering an inner surface of the groove. Alternatively, a metal compound film is formed over the entire surface of the semiconductor substrate, a fourth insulating film that fills the groove is formed on the metal film or the metal compound film, and the fourth insulating film other than the groove and the metal film or the metal compound film are removed. (C) removing the fourth insulating film in the trench and exposing the lower electrode of the information storage capacitor made of a metal film or a metal compound film;
(D) forming a silicon nitride film on the entire surface of the semiconductor substrate, (e) depositing an amorphous tantalum oxide film on the silicon nitride film, and (f) forming the amorphous tantalum oxide film in an oxidizing atmosphere. Performing a heat treatment to crystallize the amorphous tantalum oxide film to form a polycrystalline tantalum oxide film; and (g) forming a metal film or a metal compound film on the polycrystalline tantalum oxide film.

【0025】このような半導体装置の製造方法によれ
ば、前記した半導体装置を製造できる。
According to such a method of manufacturing a semiconductor device, the above-described semiconductor device can be manufactured.

【0026】また、(f)工程の後に、さらに、第2多
結晶酸化タンタル膜を形成する工程を有することができ
る。これにより、第1の多結晶酸化タンタル膜を薄く形
成して、その形成時の熱負荷を低減できる。また、第2
多結晶酸化タンタル膜の形成時には、あらかじめ第1の
多結晶酸化タンタル膜が下地として形成されているた
め、第2多結晶酸化タンタル膜を形成するための被膜の
堆積時に一種のエピタキシャル成長が生じ、アズデポ状
態である程度結晶化した被膜が得られる。このため、第
2多結晶酸化タンタル膜を形成するための熱負荷を小さ
くすることが可能となる。よって、第2多結晶酸化タン
タル膜に施す酸化性雰囲気における熱処理は、非晶質酸
化タンタル膜への熱処理よりも、低温度または短時間で
行うことができる。
Further, after the step (f), a step of forming a second polycrystalline tantalum oxide film may be further provided. Thus, the first polycrystalline tantalum oxide film can be formed thin, and the heat load during the formation can be reduced. Also, the second
When the polycrystalline tantalum oxide film is formed, the first polycrystalline tantalum oxide film is previously formed as a base, so that a kind of epitaxial growth occurs when depositing the film for forming the second polycrystalline tantalum oxide film, and as-deposition occurs. A film crystallized to some extent in the state is obtained. Therefore, the heat load for forming the second polycrystalline tantalum oxide film can be reduced. Therefore, the heat treatment in the oxidizing atmosphere for the second polycrystalline tantalum oxide film can be performed at a lower temperature or in a shorter time than the heat treatment for the amorphous tantalum oxide film.

【0027】また、(g)工程の前に、さらに、多結晶
酸化タンタル膜または第2多結晶酸化タンタル膜上にシ
リコン窒化膜を形成する工程を有することができる。
Further, before the step (g), a step of forming a silicon nitride film on the polycrystalline tantalum oxide film or the second polycrystalline tantalum oxide film may be further provided.

【0028】また、(a)工程において、第3絶縁膜上
に、第3絶縁膜よりもエッチング速度の遅い、または、
CMP法による研磨速度の遅い第5絶縁膜を形成し、
(b)工程における第4絶縁膜と金属膜または金属化合
物膜との除去工程において、第5絶縁膜をエッチングま
たはCMP法による研磨のストッパ膜として用いること
ができる。
In the step (a), the etching rate is lower on the third insulating film than on the third insulating film, or
Forming a fifth insulating film having a low polishing rate by the CMP method,
In the step of removing the fourth insulating film and the metal film or the metal compound film in the step (b), the fifth insulating film can be used as a stopper film for etching or polishing by the CMP method.

【0029】[0029]

【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.

【0030】(実施の形態1)図1は、実施の形態1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1
A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M
ARY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W
D、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。
(First Embodiment) FIG. 1 is an overall plan view of a semiconductor chip on which a DRAM according to a first embodiment is formed.
As shown, a semiconductor chip 1 made of single crystal silicon
X direction (long side direction of semiconductor chip 1A) on the main surface of A
And a large number of memory arrays MARY are arranged in a matrix along the Y direction (the short side direction of the semiconductor chip 1A). Memory arrays M adjacent to each other along the X direction
A sense amplifier SA is arranged between ARY. A word driver W is provided at the center of the main surface of the semiconductor chip 1A.
D, control circuits such as data line selection circuits, input / output circuits,
Bonding pads and the like are arranged.

【0031】図2は、実施の形態1の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(MARY)は、マトリクス状に配置された複数のワ
ード線WL(WL0 、WL1 、WLn …)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個の情報蓄積用容量素
子Cとこれに直列に接続された1個のメモリセル選択用
MISFETQsとで構成されている。メモリセル選択
用MISFETQsのソース、ドレインの一方は、情報
蓄積用容量素子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 of the first embodiment. As shown, the memory array (MARY) of the DRAM includes a plurality of word lines WL (WL0, WL1, WLn...) And a plurality of bit lines BL arranged in a matrix and a plurality of bit lines BL arranged at intersections thereof. It is composed of memory cells (MC). One memory cell that stores one bit of information is composed of one information storage capacitor C and one memory cell selection MISFET Qs connected in series to the capacitor C. One of the source and the drain of the memory cell selection MISFET Qs is electrically connected to the information storage 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 a sense amplifier SA.

【0032】次に、本実施の形態のDRAMの製造方法
を図面を用いて工程順に説明する。図3〜図19は、実
施の形態1のDRAMの製造工程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 the drawings. 3 to 19 are cross-sectional views showing an example of a manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of processes.

【0033】まず、図3に示すように、素子分離領域お
よび不純物が導入されたウェル領域を形成する。
First, as shown in FIG. 3, an element isolation region and a well region into which impurities are introduced are formed.

【0034】すなわち、p型で比抵抗が10Ωcm程度の
単結晶シリコンからなる半導体基板1を用意し、たとえ
ば850℃程度でウェット酸化して形成した膜厚10nm
程度の薄いシリコン酸化膜(図示せず)およびたとえば
CVD(Chemical Vapor Deposition )法で形成した膜
厚140nm程度のシリコン窒化膜(図示せず)を半導体
基板1上に堆積する。ここでは単結晶シリコンの半導体
基板1を例示するが、表面に単結晶シリコン層を有する
SOI(Silicon On Insulator)基板、あるいは、表面
に多結晶シリコン膜を有するガラス、セラミックス等の
誘電体基板であってもよい。
That is, a semiconductor substrate 1 made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 10 Ωcm is prepared, and a film thickness of 10 nm formed by wet oxidation at about 850 ° C.
A thin silicon oxide film (not shown) and a silicon nitride film (not shown) having a thickness of about 140 nm formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method are deposited on the semiconductor substrate 1. Here, a semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon is exemplified, but an SOI (Silicon On Insulator) substrate having a single crystal silicon layer on the surface or a dielectric substrate such as glass or ceramics having a polycrystalline silicon film on the surface is used. You may.

【0035】次に、フォトレジスト膜(図示せず)をマ
スクにして、溝5が形成される領域の前記シリコン窒化
膜およびシリコン酸化膜をパターニングし、このシリコ
ン窒化膜をマスクとして半導体基板1をドライエッチン
グすることにより、素子分離領域の半導体基板1に深さ
300〜400nm程度の溝5を形成する。
Next, using the photoresist film (not shown) as a mask, the silicon nitride film and the silicon oxide film in the region where the groove 5 is to be formed are patterned, and the semiconductor substrate 1 is formed using the silicon nitride film as a mask. A groove 5 having a depth of about 300 to 400 nm is formed in the semiconductor substrate 1 in the element isolation region by dry etching.

【0036】次に、前記フォトレジスト膜を除去した
後、前記のエッチングによって溝5の内壁に生じたダメ
ージ層を除去するために、たとえば850〜900℃程
度のウェット酸化による薄い(膜厚10nm程度の)シリ
コン酸化膜6を溝5の内壁に形成し、たとえばオゾン
(O3 )とテトラエトキシシラン(TEOS)とをソー
スガスに用いたプラズマCVD法で堆積されたシリコン
酸化膜(図示せず)を300〜400nm程度の膜厚で堆
積する。このシリコン酸化膜は、1000℃程度でドラ
イ酸化によりシンタリング(焼き締め)を行なってもよ
い。
Next, after removing the photoresist film, in order to remove a damaged layer formed on the inner wall of the groove 5 by the etching, a thin film (about 10 nm in film thickness) is formed by wet oxidation at about 850 to 900 ° C. A silicon oxide film 6) is formed on the inner wall of the groove 5 and is deposited by a plasma CVD method using ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas (not shown). Is deposited in a thickness of about 300 to 400 nm. This silicon oxide film may be sintered (baked) at about 1000 ° C. by dry oxidation.

【0037】次に、このシリコン酸化膜をCMP法によ
り研磨して溝5以外の領域のシリコン酸化膜を除去し、
溝5の内部にシリコン酸化膜7を残して素子分離領域を
形成する。なお、このCMP法による研磨の前に、溝5
の領域にシリコン窒化膜を形成して、溝5領域のシリコ
ン酸化膜が過剰に深く研磨されるディッシングを防止す
ることができる。
Next, the silicon oxide film is polished by a CMP method to remove the silicon oxide film in a region other than the groove 5.
An element isolation region is formed with the silicon oxide film 7 left inside the groove 5. Before polishing by the CMP method, grooves 5
By forming a silicon nitride film in the region of the above, dishing in which the silicon oxide film in the region of the groove 5 is polished excessively deep can be prevented.

【0038】次に、半導体基板1の表面に残存している
シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜をたとえば熱リン
酸を用いたウェットエッチングで除去した後、メモリセ
ルを形成する領域(メモリアレイ)の半導体基板1にn
型不純物、たとえばP(リン)をイオン打ち込みしてn
型半導体領域10を形成し、メモリアレイと周辺回路の
一部(nチャネル型MISFETを形成する領域)にp
型不純物、たとえばB(ホウ素)をイオン打ち込みして
p型ウエル11を形成し、周辺回路の他の一部(pチャ
ネル型MISFETを形成する領域)にn型不純物、た
とえばP(リン)をイオン打ち込みしてn型ウエル12
を形成する。また、このイオン打ち込みに続いて、MI
SFETのしきい値電圧を調整するための不純物、たと
えばBF2 (フッ化ホウ素)をp型ウエル11およびn
型ウエル12にイオン打ち込みする。n型半導体領域1
0は、入出力回路などから半導体基板1を通じてメモリ
アレイのp型ウエル11にノイズが侵入するのを防止す
るために形成される。
Next, after the silicon oxide film and the silicon nitride film remaining on the surface of the semiconductor substrate 1 are removed by wet etching using, for example, hot phosphoric acid, the semiconductor in a region (memory array) where a memory cell is to be formed is formed. Substrate 1 with n
Type impurity, for example, P (phosphorus) is ion-implanted into n
The semiconductor region 10 is formed, and p is formed in a part of the memory array and the peripheral circuit (region for forming the n-channel MISFET).
A p-type well 11 is formed by ion-implanting a B-type impurity, for example, B (boron), and an N-type impurity, for example, P (phosphorus) is ion-implanted in another part of the peripheral circuit (a region for forming a p-channel MISFET). Driving and n-type well 12
To form Following this ion implantation, MI
An impurity for adjusting the threshold voltage of the SFET, for example, BF 2 (boron fluoride) is added to the p-type wells 11 and n.
The mold well 12 is ion-implanted. n-type semiconductor region 1
0 is formed to prevent noise from entering the p-type well 11 of the memory array from the input / output circuit or the like through the semiconductor substrate 1.

【0039】次に、半導体基板1の表面をたとえばHF
(フッ酸)系の洗浄液を使って洗浄した後、半導体基板
1を850℃程度でウェット酸化してp型ウエル11お
よびn型ウエル12の各表面に膜厚7nm程度の清浄なゲ
ート酸化膜13を形成する。特に限定はされないが、上
記ゲート酸化膜13を形成した後、半導体基板1をNO
(酸化窒素)雰囲気中またはN2 O(亜酸化窒素)雰囲
気中で熱処理することによって、ゲート酸化膜13と半
導体基板1との界面に窒素を偏析させてもよい(酸窒化
処理)。ゲート酸化膜13が7nm程度まで薄くなると、
半導体基板1との熱膨張係数差に起因して両者の界面に
生じる歪みが顕在化し、ホットキャリアの発生を誘発す
る。半導体基板1との界面に偏析した窒素はこの歪みを
緩和するので、上記の酸窒化処理は、極めて薄いゲート
酸化膜13の信頼性を向上できる。
Next, the surface of the semiconductor substrate 1 is
After cleaning using a (hydrofluoric acid) -based cleaning solution, the semiconductor substrate 1 is wet-oxidized at about 850 ° C., and a clean gate oxide film 13 having a thickness of about 7 nm is formed on each surface of the p-type well 11 and the n-type well 12. To form Although not particularly limited, after the gate oxide film 13 is formed, the semiconductor substrate 1 is
Nitrogen may be segregated at the interface between the gate oxide film 13 and the semiconductor substrate 1 by performing a heat treatment in a (nitrogen oxide) atmosphere or an N 2 O (nitrous oxide) atmosphere (oxynitridation treatment). When the gate oxide film 13 is thinned to about 7 nm,
Distortion occurring at the interface between the semiconductor substrate 1 and the semiconductor substrate 1 due to the difference in thermal expansion coefficient becomes apparent, and induces generation of hot carriers. Since the nitrogen segregated at the interface with the semiconductor substrate 1 relaxes the distortion, the oxynitridation can improve the reliability of the extremely thin gate oxide film 13.

【0040】次に、図4に示すように、ゲート電極およ
びキャップ絶縁膜、さらに低濃度不純物半導体領域を形
成する。
Next, as shown in FIG. 4, a gate electrode, a cap insulating film, and a low-concentration impurity semiconductor region are formed.

【0041】すなわち、ゲート酸化膜13の上部にゲー
ト電極14A、14B、14Cを形成する。ゲート電極
14Aは、メモリセル選択用MISFETの一部を構成
し、活性領域以外の領域ではワード線WLとして使用さ
れる。このゲート電極14A(ワード線WL)の幅、す
なわちゲート長は、メモリセル選択用MISFETの短
チャネル効果を抑制して、しきい値電圧を一定値以上に
確保できる許容範囲内の最小寸法(たとえば0.24μm
程度)で構成される。また、隣接するゲート電極14A
(ワード線WL)同士の間隔は、フォトリソグラフィの
解像限界で決まる最小寸法(たとえば0.22μm)で構
成される。ゲート電極14Bおよびゲート電極14C
は、周辺回路のnチャネル型MISFETおよびpチャ
ネル型MISFETの各一部を構成する。
That is, the gate electrodes 14A, 14B and 14C are formed on the gate oxide film 13. The gate electrode 14A forms a part of the memory cell selecting MISFET, and is used as a word line WL in a region other than the active region. The width of the gate electrode 14A (word line WL), that is, the gate length, is a minimum dimension (for example, an allowable range) that can suppress the short channel effect of the memory cell selecting MISFET and ensure a threshold voltage of a certain value or more. 0.24μm
Degree). Also, the adjacent gate electrode 14A
The interval between the (word lines WL) is constituted by a minimum dimension (for example, 0.22 μm) determined by the resolution limit of photolithography. Gate electrode 14B and gate electrode 14C
Constitute part of each of the n-channel MISFET and the p-channel MISFET of the peripheral circuit.

【0042】ゲート電極14A(ワード線WL)および
ゲート電極14B、14Cは、たとえばP(リン)など
のn型不純物がドープされた膜厚70nm程度の多結晶シ
リコン膜を半導体基板1上にCVD法で堆積し、次いで
その上部に膜厚50nm程度のWN(タングステンナイト
ライド)膜と膜厚100nm程度のW膜とをスパッタリン
グ法で堆積し、さらにその上部に膜厚150nm程度のシ
リコン窒化膜15をCVD法で堆積した後、フォトレジ
スト膜をマスクにしてこれらの膜をパターニングするこ
とにより形成する。WN膜は、高温熱処理時にW膜と多
結晶シリコン膜とが反応して両者の界面に高抵抗のシリ
サイド層が形成されるのを防止するバリア層として機能
する。バリア層は、WN膜の他、TiN(チタンナイト
ライド)膜などを使用することもできる。
The gate electrode 14A (word line WL) and the gate electrodes 14B and 14C are formed by forming a polycrystalline silicon film having a thickness of about 70 nm doped with an n-type impurity such as P (phosphorus) on the semiconductor substrate 1 by a CVD method. Then, a WN (tungsten nitride) film having a thickness of about 50 nm and a W film having a thickness of about 100 nm are deposited thereon by a sputtering method, and a silicon nitride film 15 having a thickness of about 150 nm is further formed thereon. After deposition by the CVD method, these films are formed by patterning these films using a photoresist film as a mask. The WN film functions as a barrier layer that prevents the W film and the polycrystalline silicon film from reacting during the high-temperature heat treatment to form a high-resistance silicide layer at the interface between them. As the barrier layer, a TiN (titanium nitride) film or the like can be used in addition to the WN film.

【0043】次に、フォトレジスト膜を除去した後、フ
ッ酸などのエッチング液を使って、半導体基板1の表面
に残ったドライエッチング残渣やフォトレジスト残渣な
どを除去する。このウェットエッチング後に半導体基板
1を900℃程度でウェット酸化することによって、削
れたゲート酸化膜13の膜質を改善してもよい。
Next, after removing the photoresist film, a dry etching residue, a photoresist residue, and the like remaining on the surface of the semiconductor substrate 1 are removed using an etching solution such as hydrofluoric acid. After the wet etching, the semiconductor substrate 1 may be wet-oxidized at about 900 ° C. to improve the quality of the cut gate oxide film 13.

【0044】次に、n型ウエル12にp型不純物、たと
えばB(ホウ素)をイオン打ち込みしてゲート電極14
Cの両側のn型ウエル12にp- 型半導体領域17を形
成する。また、p型ウエル11にn型不純物、たとえば
P(リン)をイオン打ち込みしてゲート電極14Bの両
側のp型ウエル11にn- 型半導体領域18を形成し、
ゲート電極14Aの両側のp型ウエル11にn型半導体
領域19を形成する。これにより、メモリアレイにメモ
リセル選択用MISFETQsが形成される。
Next, a p-type impurity, for example, B (boron) is ion-implanted into n-type well 12 to form gate electrode 14.
Ap type semiconductor region 17 is formed in the n type well 12 on both sides of C. Further, an n-type impurity, for example, P (phosphorus) is ion-implanted into the p-type well 11 to form an n - type semiconductor region 18 in the p-type well 11 on both sides of the gate electrode 14B.
An n-type semiconductor region 19 is formed in the p-type well 11 on both sides of the gate electrode 14A. As a result, the memory cell selecting MISFET Qs is formed in the memory array.

【0045】次に、図5に示すように、ゲート電極の両
側にサイドウォールスペーサを形成し、さらに高濃度の
不純物半導体領域を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, sidewall spacers are formed on both sides of the gate electrode, and a high-concentration impurity semiconductor region is formed.

【0046】すなわち、半導体基板1上にCVD法で膜
厚50〜100nm程度のシリコン窒化膜20を堆積した
後、メモリアレイのシリコン窒化膜20をフォトレジス
ト膜で覆い、周辺回路のシリコン窒化膜20を異方性エ
ッチングすることにより、ゲート電極14B、14Cの
側壁にサイドウォールスペーサ20aを形成する。この
エッチングは、ゲート酸化膜13や素子分離溝5に埋め
込まれたシリコン酸化膜7の削れ量を最少とするため
に、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜20のエッ
チングレートが大きくなるようなエッチングガスを使用
して行う。また、ゲート電極14B、14C上のシリコ
ン窒化膜15の削れ量を最少とするために、オーバーエ
ッチング量を必要最小限にとどめるようにする。
That is, after a silicon nitride film 20 having a thickness of about 50 to 100 nm is deposited on the semiconductor substrate 1 by the CVD method, the silicon nitride film 20 of the memory array is covered with a photoresist film, and the silicon nitride film 20 of the peripheral circuit is formed. Is anisotropically etched to form sidewall spacers 20a on the side walls of the gate electrodes 14B and 14C. In this etching, an etching gas that increases the etching rate of the silicon nitride film 20 with respect to the silicon oxide film is used in order to minimize the shaving amount of the silicon oxide film 7 buried in the gate oxide film 13 and the element isolation trench 5. Use to do. In order to minimize the amount of the silicon nitride film 15 on the gate electrodes 14B and 14C, the amount of over-etching is kept to a minimum.

【0047】次に、フォトレジスト膜を除去した後、周
辺回路領域のn型ウエル12にp型不純物、たとえばB
(ホウ素)をイオン打ち込みしてpチャネル型MISF
ETのp+ 型半導体領域22(ソース、ドレイン)を形
成し、周辺回路領域のp型ウエル11にn型不純物、た
とえばAs(ヒ素)をイオン打ち込みしてnチャネル型
MISFETのn+ 型半導体領域23(ソース、ドレイ
ン)を形成する。これにより、周辺回路領域にLDD(L
ightly Doped Drain) 構造を備えたpチャネル型MIS
FETQpおよびnチャネル型MISFETQnが形成
される。
Next, after removing the photoresist film, a p-type impurity such as B
P-channel type MISF by ion implantation of (boron)
An ET p + -type semiconductor region 22 (source, drain) is formed, and an n-type impurity, for example, As (arsenic) is ion-implanted into the p-type well 11 in the peripheral circuit region to form an n + -type MISFET n + -type semiconductor region. 23 (source, drain) are formed. As a result, LDD (L
ightly Doped Drain) p-channel MIS with structure
The FET Qp and the n-channel MISFET Qn are formed.

【0048】次に、図6に示すように、第1層目の層間
絶縁膜およびプラグを形成する。
Next, as shown in FIG. 6, a first interlayer insulating film and a plug are formed.

【0049】すなわち、半導体基板1上に膜厚300nm
程度のSOG(Spin On Glass )膜24をスピン塗布し
た後、半導体基板1を800℃、1分程度熱処理してS
OG膜24をシンタリング(焼き締め)する。また、S
OG膜24の上部に膜厚600nm程度のシリコン酸化膜
25を堆積した後、このシリコン酸化膜25をCMP法
で研磨してその表面を平坦化する。さらに、シリコン酸
化膜25の上部に膜厚100nm程度のシリコン酸化膜2
6を堆積する。このシリコン酸化膜26は、CMP法で
研磨されたときに生じた前記シリコン酸化膜25の表面
の微細な傷を補修するために堆積する。シリコン酸化膜
25、26は、たとえばオゾン(O3 )とテトラエトキ
シシラン(TEOS)とをソースガスに用いたプラズマ
CVD法で堆積する。シリコン酸化膜26に代えてPS
G(Phospho Silicate Glass)膜などを堆積してもよい。
That is, a film thickness of 300 nm is formed on the semiconductor substrate 1.
After spin-coating about SOG (Spin On Glass) film 24, the semiconductor substrate 1 is heat-treated at 800 ° C. for about 1 minute to form S
The OG film 24 is sintered (baked). Also, S
After a silicon oxide film 25 having a thickness of about 600 nm is deposited on the OG film 24, the silicon oxide film 25 is polished by a CMP method to flatten the surface. Further, a silicon oxide film 2 having a thickness of about 100 nm is formed on the silicon oxide film 25.
6 is deposited. The silicon oxide film 26 is deposited to repair fine scratches on the surface of the silicon oxide film 25 generated when the silicon oxide film 25 is polished by the CMP method. The silicon oxide films 25 and 26 are deposited by a plasma CVD method using, for example, ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas. PS instead of silicon oxide film 26
A G (Phospho Silicate Glass) film or the like may be deposited.

【0050】次に、フォトレジスト膜をマスクにしたド
ライエッチングでメモリセル選択用MISFETQsの
n型半導体領域19(ソース、ドレイン)の上部のシリ
コン酸化膜26、25およびSOG膜24を除去する。
このエッチングは、シリコン窒化膜20に対するシリコ
ン酸化膜26、25およびSOG膜24のエッチングレ
ートが大きくなるような条件で行い、n型半導体領域1
9や素子分離溝5の上部を覆っているシリコン窒化膜2
0が完全には除去されないようにする。続いて、上記フ
ォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングでメモ
リセル選択用MISFETQsのn型半導体領域19
(ソース、ドレイン)の上部のシリコン窒化膜20とゲ
ート酸化膜13とを除去することにより、n型半導体領
域19(ソース、ドレイン)の一方の上部にコンタクト
ホール28を形成し、他方の上部にコンタクトホール2
9を形成する。このエッチングは、シリコン酸化膜(ゲ
ート酸化膜13および素子分離溝5内のシリコン酸化膜
7)に対するシリコン窒化膜15のエッチングレートが
大きくなるような条件で行い、n型半導体領域19や素
子分離溝5が深く削れないようにする。また、このエッ
チングは、シリコン窒化膜20が異方的にエッチングさ
れるような条件で行い、ゲート電極14A(ワード線W
L)の側壁にシリコン窒化膜20が残るようにする。こ
れにより、フォトリソグラフィの解像限界以下の微細な
径を有するコンタクトホール28、29がゲート電極1
4A(ワード線WL)に対して自己整合で形成される。
コンタクトホール28、29をゲート電極14A(ワー
ド線WL)に対して自己整合で形成するには、あらかじ
めシリコン窒化膜20を異方性エッチングしてゲート電
極14A(ワード線WL)の側壁にサイドウォールスペ
ーサを形成しておいてもよい。
Next, the silicon oxide films 26, 25 and the SOG film 24 above the n-type semiconductor region 19 (source, drain) of the memory cell selecting MISFET Qs are removed by dry etching using a photoresist film as a mask.
This etching is performed under such conditions that the etching rates of the silicon oxide films 26 and 25 and the SOG film 24 with respect to the silicon nitride film 20 are increased.
9 and the silicon nitride film 2 covering the upper part of the isolation trench 5
Ensure that 0 is not completely removed. Subsequently, the n-type semiconductor region 19 of the MISFET Qs for memory cell selection is dry-etched using the photoresist film as a mask.
By removing the silicon nitride film 20 and the gate oxide film 13 above the (source, drain), a contact hole 28 is formed in one upper part of the n-type semiconductor region 19 (source, drain) and in the other upper part. Contact hole 2
9 is formed. This etching is performed under such conditions that the etching rate of the silicon nitride film 15 with respect to the silicon oxide film (the gate oxide film 13 and the silicon oxide film 7 in the element isolation trench 5) is increased. Make sure that 5 is not sharpened. This etching is performed under such conditions that the silicon nitride film 20 is anisotropically etched, and the gate electrode 14A (word line W
The silicon nitride film 20 is left on the side wall of L). As a result, the contact holes 28 and 29 having a fine diameter smaller than the resolution limit of photolithography are formed in the gate electrode 1.
4A (word line WL) is formed in a self-aligned manner.
In order to form the contact holes 28 and 29 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 14A (word line WL), the silicon nitride film 20 is anisotropically etched in advance to form a sidewall on the side wall of the gate electrode 14A (word line WL). A spacer may be formed.

【0051】次に、フォトレジスト膜を除去した後、フ
ッ酸+フッ化アンモニウム混液などのエッチング液を使
って、コンタクトホール28、29の底部に露出した基
板表面のドライエッチング残渣やフォトレジスト残渣な
どを除去する。
Next, after removing the photoresist film, dry etching residues and photoresist residues on the substrate surface exposed at the bottoms of the contact holes 28 and 29 are etched using an etching solution such as a mixed solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride. Is removed.

【0052】次に、コンタクトホール28、29の内部
にプラグ30を形成する。プラグ30は、シリコン酸化
膜26の上部にn型不純物(たとえばP(リン))をド
ープした多結晶シリコン膜をCVD法で堆積した後、こ
の多結晶シリコン膜をCMP法で研磨してコンタクトホ
ール28、29の内部に残すことにより形成する。
Next, a plug 30 is formed inside the contact holes 28 and 29. The plug 30 is formed by depositing a polycrystalline silicon film doped with an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) on the silicon oxide film 26 by a CVD method, and polishing the polycrystalline silicon film by a CMP method to form a contact hole. It is formed by leaving inside of 28 and 29.

【0053】次に、図7に示すように、ビット線および
第1層配線(M1)を形成する。
Next, as shown in FIG. 7, a bit line and a first layer wiring (M1) are formed.

【0054】すなわち、シリコン酸化膜26の上部に膜
厚200nm程度のシリコン酸化膜31を堆積した後、半
導体基板1を800℃程度で熱処理する。シリコン酸化
膜31は、たとえばオゾン(O3 )とテトラエトキシシ
ラン(TEOS)とをソースガスに用いたプラズマCV
D法で堆積する。この熱処理によって、プラグ30を構
成する多結晶シリコン膜中のn型不純物がコンタクトホ
ール28、29の底部からメモリセル選択用MISFE
TQsのn型半導体領域19(ソース、ドレイン)に拡
散し、n型半導体領域19が低抵抗化される。
That is, after depositing a silicon oxide film 31 having a thickness of about 200 nm on the silicon oxide film 26, the semiconductor substrate 1 is heat-treated at about 800.degree. The silicon oxide film 31 is formed, for example, by a plasma CV using ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas.
Deposit by D method. As a result of this heat treatment, n-type impurities in the polycrystalline silicon film forming plug 30 are removed from the bottoms of contact holes 28 and 29 by MISFE for memory cell selection.
The TQs diffuses into the n-type semiconductor region 19 (source, drain), and the resistance of the n-type semiconductor region 19 is reduced.

【0055】次に、フォトレジスト膜をマスクにしたド
ライエッチングで前記コンタクトホール28の上部のシ
リコン酸化膜31を除去してプラグ30の表面を露出さ
せる。
Next, the silicon oxide film 31 above the contact hole 28 is removed by dry etching using a photoresist film as a mask to expose the surface of the plug 30.

【0056】次に、前記フォトレジスト膜を除去した
後、新たなフォトレジスト膜を形成し、これをマスクに
したドライエッチングで周辺回路領域のシリコン酸化膜
31、26、25、SOG膜24およびゲート酸化膜1
3を除去する。これにより、nチャネル型MISFET
Qnのn+ 型半導体領域23(ソース、ドレイン)の上
部にコンタクトホール34、35を形成し、pチャネル
型MISFETQpのp+ 型半導体領域22(ソース、
ドレイン)の上部にコンタクトホール36、37を形成
する。
Next, after removing the photoresist film, a new photoresist film is formed, and the silicon oxide films 31, 26, 25, the SOG film 24 and the gate of the peripheral circuit region are formed by dry etching using the photoresist film as a mask. Oxide film 1
3 is removed. Thereby, the n-channel MISFET
Contact holes 34 and 35 are formed above the n + -type semiconductor region 23 (source and drain) of Qn, and the p + -type semiconductor region 22 (source and drain) of the p-channel type MISFET Qp is formed.
Contact holes 36 and 37 are formed above the drain).

【0057】次に、前記フォトレジスト膜を除去した
後、シリコン酸化膜31の上部にビット線BLおよび周
辺回路の第1層配線38、39を形成する。ビット線B
Lおよび第1層配線38、39を形成するには、まずシ
リコン酸化膜31の上部に膜厚50nm程度のTi膜をス
パッタリング法で堆積し、半導体基板1を800℃程度
で熱処理する。次いで、Ti膜の上部に膜厚50nm程度
のTiN膜をスパッタリング法で堆積し、さらにその上
部に膜厚150nm程度のW膜と膜厚200nm程度のシリ
コン窒化膜40とをCVD法で堆積した後、フォトレジ
スト膜をマスクにしてこれらの膜をパターニングする。
Next, after removing the photoresist film, the bit line BL and first layer wirings 38 and 39 of the peripheral circuit are formed on the silicon oxide film 31. Bit line B
To form the L and first layer wirings 38 and 39, first, a Ti film having a thickness of about 50 nm is deposited on the silicon oxide film 31 by a sputtering method, and the semiconductor substrate 1 is heat-treated at about 800.degree. Next, a TiN film having a thickness of about 50 nm is deposited on the Ti film by a sputtering method, and a W film having a thickness of about 150 nm and a silicon nitride film 40 having a thickness of about 200 nm are further deposited thereon by a CVD method. These films are patterned using the photoresist film as a mask.

【0058】シリコン酸化膜31の上部にTi膜を堆積
した後、半導体基板1を800℃程度で熱処理すること
により、Ti膜と下地Siとが反応し、nチャネル型M
ISFETQnのn+ 型半導体領域23(ソース、ドレ
イン)の表面とpチャネル型MISFETQpのp+
半導体領域22(ソース、ドレイン)の表面とプラグ3
0の表面とに低抵抗のTiSi2 (チタンシリサイド)
層42が形成される。これにより、n+ 型半導体領域2
3、p+ 型半導体領域22およびプラグ30に接続され
る配線(ビット線BL、第1層配線38、39)のコン
タクト抵抗を低減することができる。また、ビット線B
LをW膜/TiN膜/Ti膜で構成することにより、そ
のシート抵抗を2Ω/□以下にまで低減できるので、情
報の読み出し速度および書き込み速度を向上させること
ができると共に、ビット線BLと周辺回路の第1層配線
38、39とを一つの工程で同時に形成することができ
るので、DRAMの製造工程を短縮することができる。
さらに、周辺回路の第1層配線(38、39)をビット
線BLと同層の配線で構成した場合には、第1層配線を
メモリセルの上層のAl配線で構成する場合に比べて周
辺回路のMISFET(nチャネル型MISFETQ
n、pチャネル型MISFETQp)と第1層配線とを
接続するコンタクトホール(34〜37)のアスペクト
比が低減されるため、第1層配線の接続信頼性が向上す
る。
After a Ti film is deposited on the silicon oxide film 31, the semiconductor substrate 1 is heat-treated at about 800 ° C., so that the Ti film reacts with the underlying Si to form an n-channel type M.
Surface of n + -type semiconductor region 23 (source, drain) of ISFET Qn, surface of p + -type semiconductor region 22 (source, drain) of p-channel MISFET Qp, and plug 3
0 surface and low resistance TiSi 2 (titanium silicide)
Layer 42 is formed. Thereby, the n + type semiconductor region 2
3. The contact resistance of the wiring (bit line BL, first layer wirings 38 and 39) connected to p + type semiconductor region 22 and plug 30 can be reduced. In addition, bit line B
By configuring L with a W film / TiN film / Ti film, the sheet resistance can be reduced to 2 Ω / □ or less, so that the information reading speed and the writing speed can be improved, and the bit line BL and the periphery can be improved. Since the first layer wirings 38 and 39 of the circuit can be formed simultaneously in one step, the DRAM manufacturing steps can be shortened.
Further, when the first layer wirings (38, 39) of the peripheral circuit are formed of the same layer as the bit line BL, the peripheral wiring is more peripheral than the case where the first layer wiring is formed of the upper layer Al wiring of the memory cell. MISFET (n-channel MISFETQ)
Since the aspect ratio of the contact holes (34 to 37) connecting the n-channel and p-channel MISFETs Qp) to the first layer wiring is reduced, the connection reliability of the first layer wiring is improved.

【0059】ビット線BLは、隣接するビット線BLと
の間に形成される寄生容量をできるだけ低減して情報の
読み出し速度および書き込み速度を向上させるために、
その間隔がその幅よりも長くなるように形成する。ビッ
ト線BLの間隔はたとえば0.24μm程度とし、その幅
はたとえば0.22μm程度とする。
The bit line BL is used to reduce the parasitic capacitance formed between the bit line BL and the adjacent bit line BL as much as possible to improve the information reading speed and the writing speed.
The gap is formed so as to be longer than the width. The interval between the bit lines BL is, for example, about 0.24 μm, and the width is, for example, about 0.22 μm.

【0060】次に、前記フォトレジスト膜を除去した
後、ビット線BLの側壁と第1層配線38、39の側壁
とにサイドウォールスペーサ43を形成する。サイドウ
ォールスペーサ43は、ビット線BLおよび第1層配線
38、39の上部にCVD法でシリコン窒化膜を堆積し
た後、このシリコン窒化膜を異方性エッチングして形成
する。
Next, after removing the photoresist film, sidewall spacers 43 are formed on the side walls of the bit lines BL and the side walls of the first layer wirings 38 and 39. The sidewall spacer 43 is formed by depositing a silicon nitride film on the bit line BL and the first layer wirings 38 and 39 by the CVD method, and then anisotropically etching the silicon nitride film.

【0061】次に、図8に示すように、第2層間絶縁膜
とプラグを形成する。
Next, as shown in FIG. 8, a second interlayer insulating film and a plug are formed.

【0062】すなわち、ビット線BLおよび第1層配線
38、39の上部に膜厚300nm程度のSOG膜44を
スピン塗布する。次いで、半導体基板1を800℃、1
分程度熱処理してSOG膜44をシンタリング(焼き締
め)する。SOG膜44は、BPSG膜に比べてリフロ
ー性が高く、微細な配線間のギャップフィル性に優れて
いるので、フォトリソグラフィの解像限界程度まで微細
化されたビット線BL同士の隙間を良好に埋め込むこと
ができる。
That is, an SOG film 44 having a thickness of about 300 nm is spin-coated on the bit lines BL and the first layer wirings 38 and 39. Next, the semiconductor substrate 1 is heated at 800 ° C.,
The heat treatment is performed for about a minute, and the SOG film 44 is sintered (sintered). The SOG film 44 has a higher reflow property than the BPSG film and an excellent gap fill property between fine wirings, so that the gap between the bit lines BL miniaturized to the resolution limit of the photolithography can be improved. Can be embedded.

【0063】次に、SOG膜44の上部に膜厚600nm
程度のシリコン酸化膜45を堆積した後、このシリコン
酸化膜45をCMP法で研磨してその表面を平坦化す
る。シリコン酸化膜45は、たとえばオゾン(O3 )と
テトラエトキシシラン(TEOS)とをソースガスに用
いたプラズマCVD法で堆積する。
Next, a 600 nm thick film is formed on the SOG film 44.
After the silicon oxide film 45 is deposited to a degree, the silicon oxide film 45 is polished by a CMP method to planarize the surface. The silicon oxide film 45 is deposited by, for example, a plasma CVD method using ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas.

【0064】次に、シリコン酸化膜45の上部に膜厚1
00nm程度のシリコン酸化膜46を堆積する。このシリ
コン酸化膜46は、CMP法で研磨されたときに生じた
前記シリコン酸化膜45の表面の微細な傷を補修するた
めに堆積する。シリコン酸化膜46は、たとえばオゾン
(O3 )とテトラエトキシシラン(TEOS)とをソー
スガスに用いたプラズマCVD法で堆積する。
Next, a film thickness of 1
A silicon oxide film 46 of about 00 nm is deposited. The silicon oxide film 46 is deposited to repair fine scratches on the surface of the silicon oxide film 45 generated when the silicon oxide film 45 is polished by the CMP method. The silicon oxide film 46 is deposited by, for example, a plasma CVD method using ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas.

【0065】次に、フォトレジスト膜をマスクにしたド
ライエッチングでコンタクトホール29の上部のシリコ
ン酸化膜46、45、SOG膜44およびシリコン酸化
膜31を除去してプラグ30の表面に達するスルーホー
ル48を形成する。このエッチングは、シリコン酸化膜
46、45、31およびSOG膜44に対するシリコン
窒化膜のエッチングレートが小さくなるような条件で行
い、スルーホール48とビット線BLの合わせずれが生
じた場合でも、ビット線BLの上部のシリコン窒化膜4
0やサイドウォールスペーサ43が深く削れないように
する。これにより、スルーホール48がビット線BLに
対して自己整合で形成される。
Next, the silicon oxide films 46 and 45, the SOG film 44 and the silicon oxide film 31 above the contact hole 29 are removed by dry etching using a photoresist film as a mask, and the through hole 48 reaching the surface of the plug 30 is formed. To form This etching is performed under such a condition that the etching rate of the silicon nitride film with respect to the silicon oxide films 46, 45, 31 and the SOG film 44 becomes small. Silicon nitride film 4 above BL
0 and the side wall spacer 43 are not cut deeply. As a result, the through hole 48 is formed in self alignment with the bit line BL.

【0066】次に、フォトレジスト膜を除去した後、フ
ッ酸+フッ化アンモニウム混液などのエッチング液を使
って、スルーホール48の底部に露出したプラグ30の
表面のドライエッチング残渣やフォトレジスト残渣など
を除去する。
Next, after removing the photoresist film, a dry etching residue and a photoresist residue on the surface of the plug 30 exposed at the bottom of the through hole 48 using an etching solution such as a mixed solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride. Is removed.

【0067】次に、スルーホール48の内部にプラグ4
9を形成する。プラグ49は、たとえばシリコン酸化膜
からなる。プラグ49は、シリコン酸化膜46の上部
に、たとえば多結晶シリコン膜をCVD法により堆積
し、これをエッチバックしてスルーホール48の内部に
残すことにより形成する。エッチバック法をCMP法に
代えてもよい。
Next, the plug 4 is inserted into the through hole 48.
9 is formed. Plug 49 is made of, for example, a silicon oxide film. The plug 49 is formed by depositing, for example, a polycrystalline silicon film on the silicon oxide film 46 by a CVD method, etching back the film, and leaving it inside the through hole 48. The etch-back method may be replaced with the CMP method.

【0068】次に、図9に示すように、キャパシタ(情
報蓄積用容量素子)形成のための絶縁膜を形成し、さら
に、前記絶縁膜にキャパシタ形成用の溝を形成する。
Next, as shown in FIG. 9, an insulating film for forming a capacitor (capacitive element for storing information) is formed, and a groove for forming a capacitor is formed in the insulating film.

【0069】すなわち、シリコン酸化膜46上にシリコ
ン窒化膜50およびシリコン酸化膜51を順次堆積す
る。シリコン窒化膜50およびシリコン酸化膜51は、
たとえばCVD法により形成できる。
That is, a silicon nitride film 50 and a silicon oxide film 51 are sequentially deposited on the silicon oxide film 46. The silicon nitride film 50 and the silicon oxide film 51
For example, it can be formed by a CVD method.

【0070】シリコン窒化膜50は、後に説明する溝5
2の加工の際のエッチングストッパとして機能するのも
であり、ストッパ機能を果たすに必要な膜厚を選択でき
る。シリコン窒化膜50の膜厚はたとえば200nmと
することができる。
The silicon nitride film 50 is formed in a groove 5 described later.
It also functions as an etching stopper in the processing of No. 2 and the film thickness necessary to fulfill the stopper function can be selected. The thickness of the silicon nitride film 50 can be, for example, 200 nm.

【0071】シリコン酸化膜51は、キャパシタ下部電
極の加工のために形成されるものであり、その膜厚は、
必要な容量値が確保できる下部電極表面積(電極面積)
から逆算して求められる。下部電極に要求される電極面
積は、キャパシタに許容される占有面積、あるいはキャ
パシタ絶縁膜の膜厚および誘電率に左右される。
The silicon oxide film 51 is formed for processing the lower electrode of the capacitor.
Lower electrode surface area (electrode area) that can secure required capacitance value
Can be calculated from The electrode area required for the lower electrode depends on the area occupied by the capacitor, or the thickness and dielectric constant of the capacitor insulating film.

【0072】次に、シリコン酸化膜51上にフォトレジ
スト膜をパターニングし、これをマスクとしてプラグ4
9が露出するように溝52を形成する。溝52の加工
は、異方性を有するドライエッチング法を用いる。ま
ず、シリコン酸化膜のエッチング速度が高く、シリコン
窒化膜のエッチング速度が小さい選択的なエッチング条
件で第1のエッチングを行う。この際、シリコン窒化膜
50はエッチングされ難いので、第1のエッチングにお
けるエッチングストッパとして機能する。次にシリコン
窒化膜がエッチングされやすい条件で第2のエッチング
を行う。これによりシリコン窒化膜50をエッチングし
て溝52を形成する。このような2段階のエッチングを
用いることにより、シリコン酸化膜46の過剰なエッチ
ングを防止できる。
Next, a photoresist film is patterned on the silicon oxide film 51 and the plug 4
A groove 52 is formed so that 9 is exposed. The groove 52 is processed by a dry etching method having anisotropy. First, the first etching is performed under selective etching conditions in which the etching rate of the silicon oxide film is high and the etching rate of the silicon nitride film is low. At this time, since the silicon nitride film 50 is hard to be etched, it functions as an etching stopper in the first etching. Next, a second etching is performed under the condition that the silicon nitride film is easily etched. Thereby, the silicon nitride film 50 is etched to form the groove 52. By using such two-stage etching, excessive etching of the silicon oxide film 46 can be prevented.

【0073】なお、溝52の形成後に、エッチングによ
り受けたプラグ49表面のダメージ層を除去することが
好ましい。
After the formation of the groove 52, it is preferable to remove the damaged layer on the surface of the plug 49 which has been subjected to the etching.

【0074】次に、図10に示すように、たとえば窒化
チタン(TiN)からなる金属化合物膜53を堆積す
る。金属化合物膜53は、プラグ49に電気的に接続さ
れる。金属化合物膜53は、後に説明するようにキャパ
シタの下部電極となるものであり、図示するように、溝
52の内面に沿うように堆積する。溝52は一般的に微
細に加工されているため、ステップカバレッジ(段差被
覆性)に優れた状態で金属化合物膜53を形成する必要
がある。金属化合物膜53の形成には、たとえば窒化チ
タンの場合、四塩化チタン(TiCl4 )とアンモニア
(NH3 )を原料ガスとし、大気圧以下の圧力雰囲気、
700度以下の温度条件でのCVD法により形成でき
る。CVD法を用いることにより、ステップカバレッジ
に優れた窒化チタン膜を形成できる。
Next, as shown in FIG. 10, a metal compound film 53 made of, for example, titanium nitride (TiN) is deposited. The metal compound film 53 is electrically connected to the plug 49. The metal compound film 53 is to be a lower electrode of the capacitor as described later, and is deposited along the inner surface of the groove 52 as shown. Since the groove 52 is generally finely processed, it is necessary to form the metal compound film 53 with excellent step coverage (step coverage). For the formation of the metal compound film 53, for example, in the case of titanium nitride, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and ammonia (NH 3 ) are used as source gases,
It can be formed by a CVD method under a temperature condition of 700 degrees or less. By using the CVD method, a titanium nitride film having excellent step coverage can be formed.

【0075】また、金属化合物膜53は、前記の通り溝
52の内面に沿うように形成する必要があるため、すな
わち、溝52内の金属化合物膜53表面が凹形状となる
必要があるため、その膜厚は前記要求が満足される膜厚
を選択する。たとえば40nmを例示できる。
Further, since the metal compound film 53 needs to be formed along the inner surface of the groove 52 as described above, that is, since the surface of the metal compound film 53 in the groove 52 needs to be concave, As the film thickness, a film thickness satisfying the above requirements is selected. For example, 40 nm can be exemplified.

【0076】このように、後に下部電極となる導電膜と
して金属化合物膜53を形成するため、従来多用される
多結晶シリコン膜と比較して空乏化の問題が生じない。
これにより、キャパシタ特性を向上できる。また、多結
晶シリコン膜を用いた場合には、空乏化の問題を抑制す
るために高温度での熱処理(不純物の活性化)が必要で
あるが、本実施の形態では、高温度の熱処理は必要でな
く、既に形成された不純物半導体領域の拡散や、コンタ
クト部分の耐熱性に生じる問題を低減できる。
As described above, since the metal compound film 53 is formed as a conductive film to be a lower electrode later, the problem of depletion does not occur as compared with a conventionally used polycrystalline silicon film.
Thereby, the capacitor characteristics can be improved. When a polycrystalline silicon film is used, heat treatment at a high temperature (impurity activation) is required to suppress the problem of depletion. In this embodiment, the heat treatment at a high temperature is not performed. It is not necessary, and it is possible to reduce the problem of the diffusion of the impurity semiconductor region already formed and the heat resistance of the contact portion.

【0077】なお、金属化合物膜53には、窒化チタン
に代えてタングステン(W)、窒化タングステン(W
N)または窒化タンタル(TaN)を用いることができ
る。
The metal compound film 53 is made of tungsten (W) or tungsten nitride (W) instead of titanium nitride.
N) or tantalum nitride (TaN) can be used.

【0078】次に、図11に示すように、溝52を埋め
込むように絶縁膜54を形成する。絶縁膜54は、たと
えばSOG膜とすることができる。SOG膜とした場合
には、後に説明する絶縁膜54の除去の際に、絶縁膜5
4を選択的に除去できる。絶縁膜54の埋め込みは、半
導体基板1上の全面に絶縁膜54を形成後、これをエッ
チバック法等により除去することにより行える。なお、
絶縁膜54は、SOG膜の他にレジスト膜等を用いるこ
ともできる。
Next, as shown in FIG. 11, an insulating film 54 is formed so as to fill the groove 52. The insulating film 54 can be, for example, an SOG film. In the case of using the SOG film, the insulating film 5 is removed when the insulating film 54 described later is removed.
4 can be selectively removed. The burying of the insulating film 54 can be performed by forming the insulating film 54 over the entire surface of the semiconductor substrate 1 and then removing the insulating film 54 by an etch-back method or the like. In addition,
As the insulating film 54, a resist film or the like can be used instead of the SOG film.

【0079】次に、図12に示すように、CMP法を用
いて溝52の領域以外の金属化合物膜53を除去する。
これにより金属化合物膜53からなるキャパシタの下部
電極55が溝52内に形成される。金属化合物膜53の
除去にはエッチバック法を用いることもできるが、エッ
チバック法を用いた場合には下部電極55の先端部が鋭
利な形状に加工される傾向にあり、絶縁膜の信頼性、電
界集中の緩和の観点から好ましくない。この点、CMP
法を用いた場合には、下部電極55の先端部は平坦に形
成され、前記のような電界集中、絶縁膜の信頼性低下の
問題が生じにくい。
Next, as shown in FIG. 12, the metal compound film 53 other than the region of the groove 52 is removed by using the CMP method.
Thereby, the lower electrode 55 of the capacitor made of the metal compound film 53 is formed in the groove 52. An etch-back method can be used to remove the metal compound film 53. However, when the etch-back method is used, the tip of the lower electrode 55 tends to be formed into a sharp shape, and the reliability of the insulating film is reduced. This is not preferable from the viewpoint of alleviating the electric field concentration. This point, CMP
When the method is used, the tip of the lower electrode 55 is formed flat, and the above-mentioned problems of electric field concentration and lowering of the reliability of the insulating film hardly occur.

【0080】次に、図13に示すように、絶縁膜54を
たとえばウエットエッチング法を用いて除去する。この
とき、シリコン酸化膜51の表面も一部エッチングさ
れ、下部電極55の上端部が一部突出した形状となる。
このように下部電極55の上端部が一部突出して形成さ
れるため、この突出部分については下部電極55の表面
および裏面の両面が電極面積に寄与する。これにより、
同一の占有平面積、同一の高さの場合に溝52内にほぼ
完全に下部電極55が埋め込まれて形成された場合と比
較して電極面積を増加し、キャパシタ容量を増加でき
る。
Next, as shown in FIG. 13, the insulating film 54 is removed by, for example, a wet etching method. At this time, the surface of the silicon oxide film 51 is also partially etched, so that the upper end of the lower electrode 55 is partially protruded.
As described above, since the upper end of the lower electrode 55 is formed so as to partially protrude, both surfaces of the front surface and the back surface of the lower electrode 55 contribute to the electrode area in this protruding portion. This allows
When the same occupied plane area and the same height are used, the electrode area can be increased and the capacitor capacitance can be increased as compared with the case where the lower electrode 55 is almost completely embedded in the groove 52.

【0081】次に、図14に示すように、半導体基板1
の全面にシリコン窒化膜56を形成する。シリコン窒化
膜56は、後に酸化タンタル膜が酸化性雰囲気において
熱処理されるときに下部電極55が酸化されることを抑
制する酸素拡散防止膜として機能するものである。ま
た、熱処理により下部電極を構成する金属が多結晶酸化
タンタル膜中に拡散するのを防止する機能をも有する。
シリコン窒化膜56はたとえばLPCVD(Low Pressu
re Chemical Vapor Deposition)法を用いることができ
る。形成条件としては、原料ガスをジクロルシラン(S
iH2 Cl2 )とアンモニア、温度を700度、雰囲気
を大気圧以下の圧力とすることができる。シリコン窒化
膜56の膜厚は3nm以下とし、好ましくは1〜1.5
nmとする。成膜装置としては、残留酸素濃度が低く、
また熱負荷の小さな枚葉式(2枚葉式を含む)処理装置
が好ましい。
Next, as shown in FIG.
A silicon nitride film 56 is formed on the entire surface of the substrate. The silicon nitride film 56 functions as an oxygen diffusion preventing film for suppressing the lower electrode 55 from being oxidized when the tantalum oxide film is subsequently heat-treated in an oxidizing atmosphere. Further, it has a function of preventing the metal constituting the lower electrode from diffusing into the polycrystalline tantalum oxide film by the heat treatment.
The silicon nitride film 56 is formed, for example, by LPCVD (Low Pressu).
re Chemical Vapor Deposition) method can be used. As a forming condition, the raw material gas is dichlorosilane (S
iH 2 Cl 2 ) and ammonia, the temperature can be 700 ° C., and the atmosphere can be a pressure lower than the atmospheric pressure. The thickness of the silicon nitride film 56 is 3 nm or less, preferably 1 to 1.5
nm. As a film forming device, the residual oxygen concentration is low,
Further, a single-wafer (including two-wafer) processing apparatus having a small heat load is preferable.

【0082】次に、図15に示すように、半導体基板1
の全面に膜厚10nm程度の酸化タンタル膜57を堆積す
る。酸化タンタル膜57の堆積は、たとえばペンタエト
キシタンタル(Ta(C2 5 O)5 )と酸素(O2
を原料ガスとし、500℃以下(たとえば450℃〜5
00℃)の温度で、大気圧以下の減圧状態(たとえば4
00mTorr)における熱CVD法により形成でき
る。
Next, as shown in FIG.
A tantalum oxide film 57 having a thickness of about 10 nm is deposited on the entire surface of the substrate. The tantalum oxide film 57 is deposited by, for example, pentaethoxy tantalum (Ta (C 2 H 5 O) 5 ) and oxygen (O 2 ).
Is used as a raw material gas and is 500 ° C. or less (for example, 450 ° C. to 5
00 ° C.) and reduced pressure below atmospheric pressure (eg,
(00 mTorr) by a thermal CVD method.

【0083】このように、酸化タンタル膜57を熱CV
D法により堆積することにより、ステップカバレッジに
優れた酸化タンタル膜57とすることができる。
As described above, the tantalum oxide film 57 is heated CV
By depositing by the D method, a tantalum oxide film 57 having excellent step coverage can be obtained.

【0084】この段階で形成された酸化タンタル膜57
は、アモルファス薄膜である。また、アズデポ状態では
酸素欠陥が多いためリーク電流が大きくキャパシタ絶縁
膜として実用には耐えない。
The tantalum oxide film 57 formed at this stage
Is an amorphous thin film. In addition, in the as-deposited state, there are many oxygen vacancies, so that the leakage current is large and cannot be practically used as a capacitor insulating film.

【0085】次に、図16に示すように、酸化タンタル
膜57に熱処理(なお、図では熱処理を白抜きの下矢印
で示している。)を施し、多結晶酸化タンタル膜58を
形成する。酸化タンタル膜57の熱処理は、酸化性雰囲
気(たとえば酸素雰囲気)において820℃以下(たと
えば800℃程度、3分間の条件)で行う。このような
酸化熱処理により非晶質状態の酸化タンタル膜57を結
晶化して多結晶酸化タンタル膜58を形成できる。この
酸化熱処理は、酸素欠陥に酸素を補充して欠陥を回復す
る手段であり、また、非晶質酸化タンタル膜を結晶化す
る手段である。結晶化された酸化タンタル膜は誘電率が
大きく、キャパシタの表面積を低減できるため、高集積
化が可能となる。
Next, as shown in FIG. 16, a heat treatment is applied to the tantalum oxide film 57 (the heat treatment is indicated by a white down arrow in the figure) to form a polycrystalline tantalum oxide film 58. The heat treatment of the tantalum oxide film 57 is performed in an oxidizing atmosphere (for example, an oxygen atmosphere) at 820 ° C. or lower (for example, at about 800 ° C. for 3 minutes). By such an oxidizing heat treatment, the amorphous tantalum oxide film 57 can be crystallized to form the polycrystalline tantalum oxide film 58. This oxidation heat treatment is a means for replenishing oxygen to oxygen defects to recover the defects, and a means for crystallizing the amorphous tantalum oxide film. Since the crystallized tantalum oxide film has a large dielectric constant and can reduce the surface area of the capacitor, high integration is possible.

【0086】また、本実施の形態では、下部電極55と
酸化タンタル膜57の界面にシリコン窒化膜56を形成
しているため、酸化性雰囲気からの酸素(この酸素は熱
活性化されており反応性が強いと思われる)が酸化タン
タル膜57を透過してきてもシリコン窒化膜56でその
透過が阻害(ブロッキング)されるため、活性な酸素が
下部電極55の表面にまで到達しない。この結果、下部
電極55を構成する窒化チタンが酸化されることがな
く、酸化タンタル膜57(多結晶酸化タンタル膜58)
の剥離や低誘電率の金属酸化物(たとえばTiO)が形
成されない。これにより高性能なキャパシタを構成でき
る。
In this embodiment, since the silicon nitride film 56 is formed at the interface between the lower electrode 55 and the tantalum oxide film 57, oxygen from an oxidizing atmosphere (this oxygen is thermally activated and reacts However, the active oxygen does not reach the surface of the lower electrode 55 because the silicon nitride film 56 impedes (blocks) the permeation of the tantalum oxide film 57 even though it permeates the tantalum oxide film 57. As a result, the titanium nitride forming the lower electrode 55 is not oxidized, and the tantalum oxide film 57 (polycrystalline tantalum oxide film 58)
And no metal oxide (for example, TiO) having a low dielectric constant is formed. Thereby, a high-performance capacitor can be formed.

【0087】透過してきた酸素はシリコン窒化膜56と
反応し、この段階でシリコン窒化膜56がシリコン酸窒
化(SiON)膜59に転換される。
The permeated oxygen reacts with the silicon nitride film 56. At this stage, the silicon nitride film 56 is converted into a silicon oxynitride (SiON) film 59.

【0088】なお、ここではシリコン窒化膜56を例示
しているが、それ以外の被膜であっても酸素の拡散を防
止する機能を有する被膜であればシリコン窒化膜には限
られない。この際、その被膜の誘電率は大きい方が有利
である。
Although the silicon nitride film 56 is illustrated here, any other film is not limited to the silicon nitride film as long as it has a function of preventing diffusion of oxygen. At this time, it is advantageous that the dielectric constant of the coating is large.

【0089】次に、図17に示すように、多結晶酸化タ
ンタル膜58上に窒化チタン膜60を堆積する。窒化チ
タン膜60の堆積は前記した方法と条件を選択できる。
窒化チタン膜60は、後にキャパシタの上部電極となる
ものであり、このように上部電極を窒化チタン膜60で
構成することにより、下部電極55を金属化合物膜53
(たとえば窒化チタン)で構成した場合と同様に空乏化
の問題が生じない。
Next, as shown in FIG. 17, a titanium nitride film 60 is deposited on the polycrystalline tantalum oxide film 58. For the deposition of the titanium nitride film 60, the above-described method and conditions can be selected.
The titanium nitride film 60 is to be the upper electrode of the capacitor later. By forming the upper electrode with the titanium nitride film 60 in this manner, the lower electrode 55
(For example, titanium nitride) does not cause the problem of depletion.

【0090】次に、図18に示すように、窒化チタン膜
60上にフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジス
ト膜をマスクとして窒化チタン膜60、多結晶酸化タン
タル膜58およびシリコン酸窒化膜59をエッチングし
て、多結晶酸化タンタル膜58およびシリコン酸窒化膜
59からなるキャパシタ絶縁膜と窒化チタン膜60から
なる上部電極61とを形成する。このようにしてたとえ
ば窒化チタンからなる下部電極55、多結晶酸化タンタ
ル膜58およびシリコン酸窒化膜59からなるキャパシ
タ絶縁膜および窒化チタンからなる上部電極61で構成
される情報蓄積用容量素子Cを形成する。これにより、
メモリセル選択用MISFETQsとこれに直列に接続
された情報蓄積用容量素子Cとで構成されるDRAMの
メモリセルが完成する。
Next, as shown in FIG. 18, a photoresist film is formed on titanium nitride film 60, and using this photoresist film as a mask, titanium nitride film 60, polycrystalline tantalum oxide film 58 and silicon oxynitride film 59 are formed. Is etched to form a capacitor insulating film composed of a polycrystalline tantalum oxide film 58 and a silicon oxynitride film 59 and an upper electrode 61 composed of a titanium nitride film 60. In this manner, an information storage capacitor C composed of a lower electrode 55 made of, for example, titanium nitride, a capacitor insulating film made of a polycrystalline tantalum oxide film 58 and a silicon oxynitride film 59 and an upper electrode 61 made of titanium nitride is formed. I do. This allows
A memory cell of the DRAM constituted by the memory cell selection MISFET Qs and the information storage capacitor C connected in series to the MISFET Qs is completed.

【0091】なお、上部電極61を構成する材料として
は、窒化チタン膜に代えて、タングステン膜等を用いる
ことができる。
As a material for forming the upper electrode 61, a tungsten film or the like can be used instead of the titanium nitride film.

【0092】次に、情報蓄積用容量素子Cの上部に膜厚
40nm程度のシリコン酸化膜62を堆積する。シリコン
酸化膜62は、たとえばオゾン(O3 )とテトラエトキ
シシラン(TEOS)とをソースガスに用いたプラズマ
CVD法で堆積する。さらにSOG膜63を塗布してメ
モリセルの形成された領域を平坦化すると同時に、周辺
回路領域との段差を緩和する。
Next, a silicon oxide film 62 having a thickness of about 40 nm is deposited on the information storage capacitor C. The silicon oxide film 62 is deposited by, for example, a plasma CVD method using ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas. Further, the region where the memory cell is formed is flattened by applying the SOG film 63, and at the same time, the level difference from the peripheral circuit region is reduced.

【0093】次に、図19に示すように、フォトレジス
ト膜をマスクにしたドライエッチングで周辺回路の第1
層配線38の上部のSOG膜63等を除去することによ
り、スルーホール64を形成する。また、同様に上部電
極61の上部のSOG膜63、シリコン酸化膜62を除
去することにより、スルーホール65を形成する。その
後、スルーホール64、65の内部にプラグ66を形成
し、続いてSOG膜63の上部に第2層配線67を形成
する。プラグ66は、SOG膜63の上部にスパッタリ
ング法で膜厚100nm程度のTiN膜を堆積し、さらに
その上部にCVD法で膜厚500nm程度のW膜を堆積し
た後、これらの膜をエッチバックしてスルーホール6
4、65の内部に残すことにより形成する。第2層配線
67は、SOG膜63の上部に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形成する。
Next, as shown in FIG. 19, first etching of the peripheral circuit is performed by dry etching using a photoresist film as a mask.
By removing the SOG film 63 and the like above the layer wiring 38, a through hole 64 is formed. Similarly, a through hole 65 is formed by removing the SOG film 63 and the silicon oxide film 62 on the upper electrode 61. After that, a plug 66 is formed inside the through holes 64 and 65, and then a second layer wiring 67 is formed above the SOG film 63. The plug 66 is formed by depositing a TiN film having a thickness of about 100 nm on the SOG film 63 by a sputtering method and further depositing a W film having a thickness of about 500 nm on the TiN film by a CVD method. Through hole 6
4 and 65 are formed by leaving them inside. The second layer wiring 67 is formed by depositing a TiN film having a thickness of about 50 nm, an Al (aluminum) film having a thickness of about 500 nm, and a Ti film having a thickness of about 50 nm on the SOG film 63 by sputtering.
These films are formed by patterning by dry etching using a photoresist film as a mask.

【0094】その後、層間絶縁膜を介して第3層配線を
形成し、その上部にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜と
で構成されたパッシベーション膜を堆積するが、その図
示は省略する。以上の工程により、本実施の形態のDR
AMが略完成する。
Thereafter, a third layer wiring is formed via an interlayer insulating film, and a passivation film composed of a silicon oxide film and a silicon nitride film is deposited thereon, but is not shown. Through the above steps, the DR of the present embodiment
AM is almost completed.

【0095】なお、第3層配線およびそれに接続するプ
ラグは第2層配線の場合と同様に形成することができ、
層間絶縁膜は、たとえば膜厚300nm程度のシリコン酸
化膜、膜厚400nm程度のSOG膜および膜厚300nm
程度のシリコン酸化膜で構成できる。シリコン酸化膜
は、たとえばオゾン(O3 )とテトラエトキシシラン
(TEOS)とをソースガスに用いたプラズマCVD法
で堆積できる。
The third layer wiring and the plugs connected to it can be formed in the same manner as the second layer wiring.
The interlayer insulating film is, for example, a silicon oxide film having a thickness of about 300 nm, an SOG film having a thickness of about 400 nm, and a film having a thickness of 300 nm.
It can be composed of a silicon oxide film of a degree. The silicon oxide film can be deposited, for example, by a plasma CVD method using ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas.

【0096】本実施の形態によれば、下部電極55と酸
化タンタル膜57(多結晶酸化タンタル膜58)との間
にシリコン窒化膜56が形成されているため、酸化タン
タル膜57の酸化熱処理の際に酸化タンタル膜57側か
らの酸素の透過(拡散)を防止し、下部電極55(たと
えば窒化チタン)の酸化を防止できる。これにより、多
結晶酸化タンタル膜58の剥離や下部電極55表面での
低誘電率金属酸化物(たとえばTiO)の形成が抑制さ
れる。これにより高性能なキャパシタを構成し、DRA
Mの高集積化と性能向上をはかることができる。
According to the present embodiment, since silicon nitride film 56 is formed between lower electrode 55 and tantalum oxide film 57 (polycrystalline tantalum oxide film 58), the oxidation heat treatment of tantalum oxide film 57 is performed. At this time, permeation (diffusion) of oxygen from the tantalum oxide film 57 side can be prevented, and oxidation of the lower electrode 55 (for example, titanium nitride) can be prevented. Thereby, peeling of the polycrystalline tantalum oxide film 58 and formation of a low dielectric constant metal oxide (for example, TiO) on the surface of the lower electrode 55 are suppressed. This constitutes a high-performance capacitor,
M can be highly integrated and performance can be improved.

【0097】また、下部電極55の上端部がシリコン酸
化膜51表面の標高よりも高く形成されているため、下
部電極55の上端部分においてキャパシタの電極面積を
増大でき、DRAMの高集積化(微細化)に寄与でき
る。
Further, since the upper end of the lower electrode 55 is formed higher than the elevation of the surface of the silicon oxide film 51, the electrode area of the capacitor can be increased at the upper end of the lower electrode 55, so that the DRAM can be highly integrated (miniaturized). ).

【0098】なお、図29に示すように、多結晶シリコ
ンからなるプラグ49の上部に金属シリサイド膜74を
形成することができる。このような金属シリサイド膜7
4により、金属または金属化合物からなる下部電極55
とシリコンからなるプラグ49との熱的な反応を防止す
ることができる。上記したような窒化チタンからなる下
部電極55であっても、酸化タンタル膜の酸化熱処理の
際に窒化チタンとシリコンとの熱反応が発生する場合が
ある。このような反応が生じると、反応部での体積膨張
によりキャパシタ特性を劣化する場合があり、これを防
止できる。下部電極55にタングステンを用いる場合に
は容易にシリコンとタングステンとの反応が生じるの
で、特に効果が大きい。
As shown in FIG. 29, a metal silicide film 74 can be formed on plug 49 made of polycrystalline silicon. Such a metal silicide film 7
4. Lower electrode 55 made of metal or metal compound
And the plug 49 made of silicon can be prevented from being thermally reacted. Even with the lower electrode 55 made of titanium nitride as described above, a thermal reaction between titanium nitride and silicon may occur during the oxidation heat treatment of the tantalum oxide film. When such a reaction occurs, the capacitor characteristics may be degraded due to volume expansion in the reaction section, and this can be prevented. In the case where tungsten is used for the lower electrode 55, the reaction between silicon and tungsten easily occurs, so that the effect is particularly large.

【0099】また、タングステンを下部電極55に用い
る場合には、溝52にタングステン膜を形成する前に薄
い窒化チタン膜を堆積し、続いてたとえばCVD法によ
りタングステン膜を堆積することができる。その後、前
記の通り下部電極55を形成できる。
When tungsten is used for the lower electrode 55, a thin titanium nitride film can be deposited before forming a tungsten film in the trench 52, and then a tungsten film can be deposited by, for example, a CVD method. Thereafter, the lower electrode 55 can be formed as described above.

【0100】また、下部電極55に窒化タンタル(Ta
N)を用いる場合には、下記のように酸化タンタル膜を
アンモニア還元することにより窒化タンタル膜を形成で
きる。すなわち、前記した金属化合物膜53の代わり
に、誘電体として形成する条件で半導体基板1の全面に
酸化タンタル膜を形成する。この膜厚は任意に設定でき
る。その後、アンモニア雰囲気中で熱処理を行う。酸化
タンタル膜の膜厚をたとえば50nmとした場合、1気
圧程度のアンモニア雰囲気中で750℃、5分間の条件
で処理すれば、その全ての酸化タンタル膜を窒化タンタ
ル膜に変換することができる。酸化タンタル膜は絶縁体
であるが、窒化タンタル膜に変換されると導電体とな
り、下部電極55に適用できる。熱処理条件は酸化タン
タル膜の膜厚に応じて設定でき、たとえば酸化タンタル
膜が10nm程度であれば、700℃、1気圧のアンモ
ニア雰囲気中で3分程度処理すれば十分に窒化タンタル
膜に変換できる。なお、通常、酸化タンタルとシリコン
またはチタン化合物とが接触状態で熱処理されると酸化
タンタル中の酸素が酸化剤となり、シリコン酸化物ある
いはチタン酸化物が界面に形成されキャパシタ特性を劣
化させる。しかし、上記のようなアンモニア雰囲気中で
熱処理した場合には、好ましくない酸化物の形成は為さ
れない。よって、前記のような金属シリサイド膜74を
プラグ49表面に形成する必要は少ない。
The lower electrode 55 is formed of tantalum nitride (Ta).
When N) is used, a tantalum nitride film can be formed by reducing the tantalum oxide film with ammonia as described below. That is, instead of the metal compound film 53, a tantalum oxide film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 under conditions for forming a dielectric. This film thickness can be set arbitrarily. After that, heat treatment is performed in an ammonia atmosphere. When the thickness of the tantalum oxide film is, for example, 50 nm, all the tantalum oxide film can be converted to a tantalum nitride film by performing the treatment at 750 ° C. for 5 minutes in an ammonia atmosphere of about 1 atm. The tantalum oxide film is an insulator, but when converted to a tantalum nitride film, it becomes a conductor and can be applied to the lower electrode 55. The heat treatment conditions can be set according to the thickness of the tantalum oxide film. For example, if the tantalum oxide film is about 10 nm, it can be sufficiently converted into a tantalum nitride film by treating at 700 ° C. in an ammonia atmosphere at 1 atm for about 3 minutes. . In general, when the tantalum oxide and the silicon or titanium compound are heat-treated in a contact state, oxygen in the tantalum oxide becomes an oxidizing agent, and silicon oxide or titanium oxide is formed at the interface to deteriorate the capacitor characteristics. However, when heat treatment is performed in an ammonia atmosphere as described above, formation of an undesirable oxide is not performed. Therefore, there is little need to form the metal silicide film 74 on the surface of the plug 49 as described above.

【0101】(実施の形態2)図20〜図23は、実施
の形態2のDRAMの製造工程の一例を工程順に示した
断面図である。本実施の形態のDRAMは、キャパシタ
絶縁膜の構造と製造方法において実施の形態1と相違
し、他の構成は実施の形態1と同様である。従って、以
下の説明では相違する部分について説明し、実施の形態
1と共通する説明は省略する。
(Embodiment 2) FIGS. 20 to 23 are sectional views showing an example of a manufacturing process of a DRAM of Embodiment 2 in the order of steps. The DRAM of the present embodiment is different from the first embodiment in the structure and manufacturing method of the capacitor insulating film, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. Therefore, in the following description, different parts will be described, and description common to the first embodiment will be omitted.

【0102】本実施の形態の製造方法は、実施の形態1
における図14までの工程については同様である。実施
の形態1で説明したと同様にシリコン窒化膜56を形成
し、その後図20に示すように、シリコン窒化膜56上
に第1の酸化タンタル膜68を堆積する。第1の酸化タ
ンタル膜68の堆積方法は実施の形態1の酸化タンタル
膜57と同様であるが、膜厚が相違する。第1の酸化タ
ンタル膜68の膜厚は4nmとする。アズデポ状態の第
1の酸化タンタル膜68は、実施の形態1の酸化タンタ
ル膜57と同様に非晶質(アモルファス)である。
The manufacturing method of this embodiment is the same as that of the first embodiment.
Are similar to the steps up to FIG. A silicon nitride film 56 is formed in the same manner as described in the first embodiment, and then a first tantalum oxide film 68 is deposited on silicon nitride film 56 as shown in FIG. The method of depositing the first tantalum oxide film 68 is the same as that of the tantalum oxide film 57 of the first embodiment, but the thickness is different. The thickness of the first tantalum oxide film 68 is 4 nm. The first tantalum oxide film 68 in the as-deposited state is amorphous similarly to the tantalum oxide film 57 of the first embodiment.

【0103】次に、図21に示すように、第1の酸化タ
ンタル膜68に、実施の形態1と同様に酸化性雰囲気で
の熱処理を行い、第1の酸化タンタル膜68を結晶化し
て第1の多結晶酸化タンタル膜69を形成する。このと
き、シリコン窒化膜56はシリコン酸窒化膜70にな
る。
Next, as shown in FIG. 21, the first tantalum oxide film 68 is subjected to a heat treatment in an oxidizing atmosphere in the same manner as in the first embodiment, and the first tantalum oxide film 68 is crystallized. One polycrystalline tantalum oxide film 69 is formed. At this time, the silicon nitride film 56 becomes the silicon oxynitride film 70.

【0104】上記のとおり実施の形態1と同様な熱処理
を行うが、本実施の形態では熱処理条件が相違する。す
なわち、被処理膜である第1の酸化タンタル膜68の膜
厚が4nmと薄いため、実施の形態1よりも熱負荷を低
減して酸化熱処理を行うことができる。本実施の形態で
はこの熱処理を800℃、1分とする。実施の形態1と
比較すれば2分間の時間短縮が図られる。なお、ここで
は処理時間を短縮して熱負荷を低減する例を示している
が、時間は同一(3分)にして処理温度を下げることも
可能である。このように低減された熱負荷条件で酸化熱
処理が行われるため、シリコン窒化膜56の酸素拡散防
止効果に余裕ができ、あるいは、シリコン窒化膜56の
シリコン酸窒化膜への変換の度合いが軽減される。この
ため、シリコン酸窒化膜70の誘電率の低下を抑えて、
キャパシタ容量を大きくすることができる。また、シリ
コン窒化膜56の酸素拡散防止効果に余裕があるため、
シリコン窒化膜56の設計膜厚を薄くできる。シリコン
窒化膜56の膜厚を小さくできれば実効的なキャパシタ
絶縁膜の膜厚を効果的に小さくでき、キャパシタ容量を
大きくしてキャパシタの高集積化、性能向上を図れる。
As described above, the same heat treatment as in Embodiment 1 is performed, but the heat treatment conditions are different in this embodiment. That is, since the thickness of the first tantalum oxide film 68, which is the film to be processed, is as thin as 4 nm, the oxidation heat treatment can be performed with a lower thermal load than in the first embodiment. In this embodiment, the heat treatment is performed at 800 ° C. for one minute. Compared with the first embodiment, the time can be reduced by two minutes. Here, an example in which the processing time is shortened to reduce the heat load is shown, but the processing time may be reduced by setting the same time (3 minutes). Since the oxidation heat treatment is performed under the reduced heat load condition, the effect of preventing the oxygen diffusion of the silicon nitride film 56 can be given, or the degree of conversion of the silicon nitride film 56 to the silicon oxynitride film can be reduced. You. Therefore, a decrease in the dielectric constant of the silicon oxynitride film 70 is suppressed,
The capacitance of the capacitor can be increased. Also, since the silicon nitride film 56 has a sufficient oxygen diffusion preventing effect,
The designed thickness of the silicon nitride film 56 can be reduced. If the thickness of the silicon nitride film 56 can be reduced, the effective film thickness of the capacitor insulating film can be effectively reduced, and the capacitance of the capacitor can be increased to achieve higher integration and higher performance of the capacitor.

【0105】次に、図22に示すように、第1の多結晶
酸化タンタル膜69上に第2の酸化タンタル膜71を堆
積する。第2の酸化タンタル膜71の堆積方法は実施の
形態1の酸化タンタル膜57と同様であるが、膜厚は6
nmとする。
Next, as shown in FIG. 22, a second tantalum oxide film 71 is deposited on the first polycrystalline tantalum oxide film 69. The method of depositing the second tantalum oxide film 71 is the same as that of the tantalum oxide film 57 of the first embodiment, but the thickness is 6
nm.

【0106】この第2の酸化タンタル膜71は、第1の
多結晶酸化タンタル膜69上に形成されるため、下地の
結晶性を反映して一種のエピタキシャル成長が生じる。
このため、第2の酸化タンタル膜71はアズデポ状態で
既に結晶化されており、多結晶酸化タンタル膜となって
いる。従って、第2の酸化タンタル膜71を結晶化する
ための熱処理は必要でない。
Since the second tantalum oxide film 71 is formed on the first polycrystalline tantalum oxide film 69, a kind of epitaxial growth occurs due to the crystallinity of the base.
Therefore, the second tantalum oxide film 71 has already been crystallized in an as-deposited state, and is a polycrystalline tantalum oxide film. Therefore, heat treatment for crystallizing the second tantalum oxide film 71 is not required.

【0107】しかし、結晶化は前記のとおり成膜段階で
行われるが、酸素欠陥は存在しており、欠陥回復のため
の酸化熱処理をすることが好ましい。本実施の形態で
は、図23に示すように、同様な酸化熱処理を行い、多
結晶酸化タンタル膜である第2の酸化タンタル膜71の
酸素欠陥の回復を行う。ただし、この欠陥回復のための
熱処理は結晶化のための熱処理に比較して高い熱負荷は
必要でなく、短時間の熱処理で十分である。このような
熱処理の条件として、酸化性雰囲気における800℃、
0.5分の条件が例示できる。
However, although crystallization is performed at the film formation stage as described above, oxygen defects are present, and it is preferable to perform oxidation heat treatment for defect recovery. In this embodiment, as shown in FIG. 23, similar oxidation heat treatment is performed to recover oxygen defects in the second tantalum oxide film 71, which is a polycrystalline tantalum oxide film. However, the heat treatment for this defect recovery does not require a higher heat load than the heat treatment for crystallization, and a short heat treatment is sufficient. The conditions of such heat treatment are 800 ° C. in an oxidizing atmosphere,
A condition of 0.5 minutes can be exemplified.

【0108】このように本実施の形態では、下層(第1
の多結晶酸化タンタル膜69)と上層(第2の酸化タン
タル膜71)との2層で構成される酸化タンタル膜キャ
パシタ絶縁膜が提供される。上記したとおり、2層構成
とすれば、各層の結晶化あるいは酸素欠陥の回復のため
の熱処理負荷が軽減され前記したとおりの効果を生じる
が、さらに、キャパシタ絶縁膜を形成するためのトータ
ルの熱負荷を軽減できる。これにより、既に形成された
不純物半導体領域の不純物拡散を抑制し、コンタクト部
分等の耐熱性に余裕のない部分の信頼性を向上できる。
As described above, in the present embodiment, the lower layer (first
A tantalum oxide film capacitor insulating film composed of two layers, a polycrystalline tantalum oxide film 69) and an upper layer (second tantalum oxide film 71) is provided. As described above, the two-layer structure reduces the heat treatment load for crystallization of each layer or the recovery of oxygen vacancies and produces the above-described effect. However, the total heat for forming the capacitor insulating film is further reduced. The load can be reduced. Accordingly, impurity diffusion in the impurity semiconductor region that has already been formed can be suppressed, and the reliability of a portion where the heat resistance is insufficient, such as a contact portion, can be improved.

【0109】また、酸化タンタル膜68を薄い膜厚で形
成しこれを結晶化処理しているため結晶粒を均一に形成
でき、最終的に均一な結晶を有するキャパシタ絶縁膜を
構成することができる。また、結晶の粒界が多結晶酸化
タンタル膜の膜厚方向で分断されるため、リーク電流を
低減することができる。それらの結果、キャパシタ絶縁
膜の信頼性を向上してDRAMの信頼を向上できる。
Further, since the tantalum oxide film 68 is formed with a small thickness and is crystallized, crystal grains can be formed uniformly, and finally a capacitor insulating film having a uniform crystal can be formed. . In addition, since the crystal grain boundaries are divided in the thickness direction of the polycrystalline tantalum oxide film, leakage current can be reduced. As a result, the reliability of the capacitor insulating film can be improved and the reliability of the DRAM can be improved.

【0110】以下の工程は実施の形態1と同様であるた
め説明を省略する。
The following steps are the same as those in the first embodiment, and the description is omitted.

【0111】なお、ここでは2層構成の多結晶酸化タン
タル膜を例示したが、2層以上の多層で構成してもよ
い。
[0111] Although a polycrystalline tantalum oxide film having a two-layer structure has been illustrated here, a multi-layer structure of two or more layers may be used.

【0112】本実施の形態の2層構造の多結晶酸化タン
タル膜を有するキャパシタでは、図30に示す曲線Bの
ようにリーク電流特性を大幅に改善できる。図30は本
発明の効果を実験したデータを示すグラフである。横軸
は上部電極に加わる電圧であり、縦軸はリーク電流密度
を示す。この場合下部電極は接地電位であり、上部電極
印加電圧がキャパシタ絶縁膜間に印加される電圧であ
る。
In the capacitor having a two-layered polycrystalline tantalum oxide film of the present embodiment, the leakage current characteristic can be greatly improved as shown by a curve B in FIG. FIG. 30 is a graph showing data obtained by experimenting the effect of the present invention. The horizontal axis indicates the voltage applied to the upper electrode, and the vertical axis indicates the leak current density. In this case, the lower electrode is at the ground potential, and the voltage applied to the upper electrode is the voltage applied between the capacitor insulating films.

【0113】図30において曲線Aは厚さ10nmの酸
化タンタル膜を1回で形成し、酸化改質処理(熱処理)
を行わない場合の特性である。絶縁性は極めて乏しく、
実用には耐えない。また、シリコン窒化膜56を形成せ
ず、酸化タンタル膜のみを形成した場合の剥離しなかっ
た部分を選択して実験しても同様の結果が得られた。
In FIG. 30, a curve A indicates that a 10-nm-thick tantalum oxide film is formed at one time and is subjected to an oxidation reforming treatment (heat treatment).
Is not performed. Very poor insulation
Not practical. Similar results were obtained when an experiment was conducted by selecting a portion that was not peeled off when only the tantalum oxide film was formed without forming the silicon nitride film 56.

【0114】これに対し、本実施の形態の場合の特性
(曲線B)はリーク電流が大幅に改善され、極めて良好
な特性を示している。なお、曲線Cについては後に説明
する。
On the other hand, the characteristic (curve B) in the case of the present embodiment has a significantly improved leak current and shows extremely excellent characteristics. The curve C will be described later.

【0115】(実施の形態3)図24は、実施の形態3
のDRAMの製造工程の一例を示した断面図である。本
実施の形態のDRAMは、キャパシタ絶縁膜の構造にお
いて実施の形態1と相違し、他の構成は実施の形態1と
同様である。従って、以下の説明では相違する部分につ
いて説明し、実施の形態1と共通する説明は省略する。
(Embodiment 3) FIG. 24 shows Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing one example of a manufacturing process of the DRAM of FIG. The DRAM of the present embodiment is different from the first embodiment in the structure of the capacitor insulating film, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. Therefore, in the following description, different parts will be described, and description common to the first embodiment will be omitted.

【0116】本実施の形態の製造方法は、実施の形態1
における図16までの工程については同様である。実施
の形態1で説明したと同様に多結晶酸化タンタル膜58
を形成し、さらに図24に示すように、シリコン窒化膜
72を形成する。シリコン窒化膜72は実施の形態1と
同様にLPCVDで形成できる。また、シリコン窒化膜
72の膜厚は1.5nmとする。シリコン窒化膜72が
キャパシタ絶縁膜として付加されるため、容量損失(実
効的な絶縁膜膜厚の増加による容量値の低下)を抑える
ため、実施の形態1では多結晶酸化タンタル膜58の膜
厚を10nmとしたが、ここでは5nmとする。多結晶
酸化タンタル膜58の膜厚低減に従い酸化熱処理時間も
短縮できる。熱処理時間はたとえば1分とする。他の熱
処理条件は実施の形態1と同様である。その後の工程は
実施の形態1と同様である。
The manufacturing method of this embodiment is the same as that of the first embodiment.
The same applies to the steps up to FIG. Polycrystalline tantalum oxide film 58 as described in the first embodiment.
Then, as shown in FIG. 24, a silicon nitride film 72 is formed. The silicon nitride film 72 can be formed by LPCVD as in the first embodiment. The thickness of the silicon nitride film 72 is 1.5 nm. Since the silicon nitride film 72 is added as a capacitor insulating film, the thickness of the polycrystalline tantalum oxide film 58 is reduced in the first embodiment in order to suppress a capacitance loss (a decrease in capacitance value due to an effective increase in the insulating film thickness). Is set to 10 nm, but is set to 5 nm here. As the thickness of the polycrystalline tantalum oxide film 58 decreases, the oxidation heat treatment time can be shortened. The heat treatment time is, for example, 1 minute. Other heat treatment conditions are the same as in the first embodiment. Subsequent steps are the same as in the first embodiment.

【0117】本実施の形態のようにキャパシタ絶縁膜を
シリコン酸窒化膜/多結晶酸化タンタル膜/シリコン窒
化膜の3層構成とすることにより、上部電極61側が相
対的に正にバイアスされたときのリーク電流を低減でき
る。すなわち、本実施の形態のように上部電極61側に
シリコン窒化膜が形成されていないとき、上部電極61
側が相対的に正バイアスされた場合には、負バイアスさ
れたときと比較してリーク電流が増加するという問題が
ある。しかし、本実施の形態のようなキャパシタ絶縁膜
の構成とすれば、前記問題が回避できる。本実施の形態
のキャパシタのリーク電流特性を図30の曲線Cで示
す。正バイアス側でのリーク電流が実施の形態2の場合
(曲線B)と比較して低減されていることがわかる。シ
リコン窒化膜72をシリコン酸窒化膜に変換すればなお
効果的である。
When the capacitor insulating film has a three-layer structure of a silicon oxynitride film / a polycrystalline tantalum oxide film / a silicon nitride film as in this embodiment, when the upper electrode 61 side is relatively positively biased. Leakage current can be reduced. That is, when the silicon nitride film is not formed on the upper electrode 61 side as in the present embodiment, the upper electrode 61
When the sides are relatively positively biased, there is a problem that the leakage current increases as compared with when the side is negatively biased. However, the above problem can be avoided if the capacitor insulating film is configured as in the present embodiment. The leakage current characteristic of the capacitor of the present embodiment is shown by a curve C in FIG. It can be seen that the leakage current on the positive bias side is reduced as compared with the case of the second embodiment (curve B). It is more effective to convert the silicon nitride film 72 to a silicon oxynitride film.

【0118】なお、本実施の形態では、多結晶酸化タン
タル膜が単一層の場合を説明したが、実施の形態2の方
法を適用して多結晶酸化タンタル膜を多層構成にするこ
とも可能である。
In this embodiment, the case where the polycrystalline tantalum oxide film has a single layer has been described. However, the polycrystalline tantalum oxide film may have a multilayer structure by applying the method of the second embodiment. is there.

【0119】(実施の形態4)図25〜図28は、実施
の形態4のDRAMの製造工程の一例を工程順に示した
断面図である。本実施の形態のDRAMは、下部電極と
それを形成するための絶縁膜の構造および製造方法にお
いて実施の形態1と相違し、他の構成は実施の形態1と
同様である。従って、以下の説明では相違する部分につ
いて説明し、実施の形態1と共通する説明は省略する。
(Fourth Embodiment) FIGS. 25 to 28 are cross-sectional views showing an example of a manufacturing process of a DRAM of a fourth embodiment in the order of processes. The DRAM of the present embodiment is different from the first embodiment in the structure and the manufacturing method of the lower electrode and the insulating film for forming the lower electrode, and the other configuration is the same as the first embodiment. Therefore, in the following description, different parts will be described, and description common to the first embodiment will be omitted.

【0120】本実施の形態の製造方法は、実施の形態1
における図8までの工程については同様である。実施の
形態1で説明したと同様にシリコン窒化膜50、シリコ
ン酸化膜51を形成し、さらにシリコン窒化膜73を堆
積する。シリコン窒化膜73はCVD法により、または
スパッタ法により堆積できる。
The manufacturing method of the present embodiment is similar to that of the first embodiment.
The same applies to the steps up to FIG. As described in the first embodiment, a silicon nitride film 50 and a silicon oxide film 51 are formed, and a silicon nitride film 73 is further deposited. The silicon nitride film 73 can be deposited by a CVD method or a sputtering method.

【0121】次に、実施の形態1の図9の工程と同様
に、シリコン窒化膜73、シリコン酸化膜51およびシ
リコン窒化膜50をエッチングして溝52を加工する。
その後、実施の形態1の図10の工程と同様に金属化合
物膜53を形成する(図25)。
Next, as in the step of FIG. 9 of the first embodiment, the silicon nitride film 73, the silicon oxide film 51, and the silicon nitride film 50 are etched to form the groove 52.
Thereafter, a metal compound film 53 is formed in the same manner as in the step of FIG. 10 of the first embodiment (FIG. 25).

【0122】次に、実施の形態1の図11および図12
の工程と同様に、溝52を埋め込む絶縁膜54の形成
と、溝52の領域以外の金属化合物膜53の除去を行な
い、下部電極55の形成を行う(図26)。
Next, FIGS. 11 and 12 of the first embodiment.
In the same manner as in the step, the insulating film 54 filling the groove 52 and the metal compound film 53 other than the region of the groove 52 are removed to form the lower electrode 55 (FIG. 26).

【0123】次に、実施の形態1の図13の工程と同様
に、絶縁膜54の除去を行う(図27)。このとき、シ
リコン窒化膜73が形成されているため、たとえばSO
Gからなる絶縁膜54にウェットエッチングを施して
も、シリコン窒化膜73はほとんどエッチングされな
い。このため、下部電極55の上端部が突出することが
ない。
Next, the insulating film 54 is removed in the same manner as in the step of FIG. 13 of the first embodiment (FIG. 27). At this time, since the silicon nitride film 73 has been formed,
Even if wet etching is performed on the insulating film 54 made of G, the silicon nitride film 73 is hardly etched. Therefore, the upper end of the lower electrode 55 does not protrude.

【0124】下部電極55上端部の突出は、その突出部
の外壁部分もキャパシタを形成する電極面積に寄与する
ため、容量値を増加する効果を有する。しかし、セルサ
イズが縮小され、下部電極自体の厚みを薄くせざるを得
ないようになると、突起部分に割れが生じ、飛び散る等
の問題を生ずる。このような問題は製造歩留まりの低下
原因となり好ましくない。ところが、本実施の形態では
下部電極55の上端部に突起が生じないため、下部電極
55の膜厚が薄くなっても、機械的強度を十分な強さに
保つことができる。このため前記問題に起因するDRA
Mの製造歩留まりの低下を生じない。
The protrusion of the upper end of the lower electrode 55 has the effect of increasing the capacitance value since the outer wall portion of the protrusion also contributes to the electrode area forming the capacitor. However, when the cell size is reduced and the thickness of the lower electrode itself has to be reduced, cracks occur at the protruding portions, causing problems such as scattering. Such a problem undesirably causes a decrease in manufacturing yield. However, in the present embodiment, no projection is formed at the upper end of the lower electrode 55, so that the mechanical strength can be maintained at a sufficient level even if the film thickness of the lower electrode 55 is reduced. Therefore, DRA caused by the above problem
The production yield of M does not decrease.

【0125】その後、実施の形態1と同様の工程でDR
AMを完成する(図28)。
Thereafter, DR is performed in the same process as in the first embodiment.
The AM is completed (FIG. 28).

【0126】本実施の形態によれば、安定な下部電極5
5の構造を提供でき、DRAMの製造歩留まりの低下を
防止できる。
According to the present embodiment, stable lower electrode 5
5 can be provided, and a decrease in the manufacturing yield of the DRAM can be prevented.

【0127】なお、本実施の形態の下部電極構造に実施
の形態2および3のキャパシタ絶縁膜の構成を適用でき
ることは言うまでもない。
It goes without saying that the structure of the capacitor insulating film of the second and third embodiments can be applied to the lower electrode structure of the present embodiment.

【0128】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 scope of the invention. Needless to say, it can be changed.

【0129】例えば、前記実施の形態1〜4ではDRA
Mについて説明したが、DRAMと演算回路等ロジック
回路が1チップに混載されたシステムLSI等にも本発
明を適用できる。
For example, in the first to fourth embodiments, the DRA
Although M has been described, the present invention is also applicable to a system LSI or the like in which a DRAM and a logic circuit such as an arithmetic circuit are mounted on one chip.

【0130】[0130]

【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.

【0131】すなわち、下部電極にタングステン等従来
多用される金属あるいは金属化合物材料を用い、キャパ
シタ絶縁膜に酸化タンタル膜を用いたキャパシタにおい
て、酸化タンタル膜の酸化熱処理の際に剥離の発生、ま
たは、低誘電率の金属酸化物の形成を抑制できる。
That is, in a capacitor using a conventionally used metal or metal compound material such as tungsten for the lower electrode and using a tantalum oxide film for the capacitor insulating film, peeling occurs during the oxidation heat treatment of the tantalum oxide film, or The formation of a metal oxide having a low dielectric constant can be suppressed.

【0132】また、安定な下部電極構成を提供し、半導
体装置の製造歩留まりの向上および信頼性の向上を図れ
る。
Further, it is possible to provide a stable lower electrode configuration, and to improve the production yield and reliability of the semiconductor 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1のDRAMの等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the DRAM of the first embodiment.

【図3】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps;

【図4】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 4 is a sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps;

【図5】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 5 is a sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps.

【図6】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the DRAM according to the first embodiment in the order of steps;

【図7】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps;

【図8】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 8 is a sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps.

【図9】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を工
程順に示した断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps;

【図10】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 10 is a sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps;

【図11】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 11 is a sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps.

【図12】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 12 is a sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps;

【図13】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を
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 manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps;

【図14】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 14 is a sectional view illustrating an example of the manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps;

【図15】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を
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 manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps;

【図16】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を
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 manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps;

【図17】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps;

【図18】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 18 is a sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the DRAM according to the first embodiment in the order of steps;

【図19】実施の形態1のDRAMの製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 19 is a sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the DRAM of the first embodiment in the order of steps.

【図20】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造工程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 an example of a manufacturing step of the DRAM according to another embodiment of the present invention in the order of steps;

【図21】実施の形態2のDRAMの製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the DRAM according to the second embodiment in the order of steps;

【図22】実施の形態2のDRAMの製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the DRAM according to the second embodiment in the order of steps;

【図23】実施の形態2のDRAMの製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the DRAM of the second embodiment in the order of steps;

【図24】本発明のさらに他の実施の形態であるDRA
Mの製造工程の一例を示した断面図である。
FIG. 24 shows a DRA according to still another embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which showed an example of the manufacturing process of M.

【図25】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造工程の一例を工程順に示した断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing an example of a manufacturing step of the DRAM according to another embodiment of the present invention in the order of steps;

【図26】実施の形態4のDRAMの製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 26 is a sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the DRAM of the fourth embodiment in the order of steps;

【図27】実施の形態4のDRAMの製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 27 is a cross sectional view showing an example of a manufacturing process of the DRAM of the fourth embodiment in the order of steps.

【図28】実施の形態4のDRAMの製造工程の一例を
工程順に示した断面図である。
FIG. 28 is a sectional view illustrating an example of a manufacturing process of the DRAM of the fourth embodiment in the order of steps.

【図29】本発明のさらに他の実施の形態であるDRA
Mの製造工程の一例を示した断面図である。
FIG. 29 shows a DRA according to still another embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which showed an example of the manufacturing process of M.

【図30】本発明の効果を実験したデータを示すグラフ
である。
FIG. 30 is a graph showing data obtained by experimenting the effect 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 5 溝(素子分離溝) 6 シリコン酸化膜 7 シリコン酸化膜 10 n型半導体領域 11 p型ウエル 12 n型ウエル 13 ゲート酸化膜 14A ゲート電極 14B ゲート電極 14C ゲート電極 15 シリコン窒化膜 17 p- 型半導体領域 18 n- 型半導体領域 19 n型半導体領域 20 シリコン窒化膜 20a サイドウォールスペーサ 22 p+ 型半導体領域 23 n+ 型半導体領域 24 SOG膜 25、26 シリコン酸化膜 28、29 コンタクトホール 30 プラグ 31 シリコン酸化膜 34、36 コンタクトホール 38 第1層配線 40 シリコン窒化膜 42 TiSi2 層 43 サイドウォールスペーサ 44 SOG膜 45、46 シリコン酸化膜 48 スルーホール 49 プラグ 50 シリコン窒化膜 51 シリコン酸化膜 52 溝 53 金属化合物膜 54 絶縁膜 55 下部電極 56 シリコン窒化膜 57 酸化タンタル膜 58 多結晶酸化タンタル膜 59 シリコン酸窒化膜 60 窒化チタン膜 61 上部電極 62 シリコン酸化膜 63 SOG膜 64、65 スルーホール 66 プラグ 67 第2層配線 68 第1の酸化タンタル膜 69 第1の多結晶酸化タンタル膜 70 シリコン酸窒化膜 71 第2の酸化タンタル膜 72、73 シリコン窒化膜 74 金属シリサイド膜 A、B、C 曲線 BL ビット線 C 情報蓄積用容量素子 MARY メモリアレイ Qn nチャネル型MISFET Qp pチャネル型MISFET 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 5 groove (element isolation groove) 6 silicon oxide film 7 silicon oxide film 10 n-type semiconductor region 11 p-type well 12 n-type well 13 gate oxide film 14A gate electrode 14B gate electrode 14C gate electrode 15 silicon nitride Film 17 p - type semiconductor region 18 n - type semiconductor region 19 n-type semiconductor region 20 silicon nitride film 20 a sidewall spacer 22 p + type semiconductor region 23 n + type semiconductor region 24 SOG film 25, 26 silicon oxide film 28, 29 contact hole 30 plug 31 silicon oxide film 34, 36 contact hole 38 first layer wiring 40 silicon nitride film 42 TiSi 2 layer 43 sidewall spacers 44 SOG film 45 and silicon oxide film 48 through hole 49 plug 50 silicon nitride film 5 Silicon oxide film 52 groove 53 metal compound film 54 insulating film 55 lower electrode 56 silicon nitride film 57 tantalum oxide film 58 polycrystalline tantalum oxide film 59 silicon oxynitride film 60 titanium nitride film 61 upper electrode 62 silicon oxide film 63 SOG film 64; 65 through hole 66 plug 67 second layer wiring 68 first tantalum oxide film 69 first polycrystalline tantalum oxide film 70 silicon oxynitride film 71 second tantalum oxide film 72, 73 silicon nitride film 74 metal silicide film A, B, C curve BL bit line C information storage capacitance element MARY memory array Qn n-channel MISFET Qp p-channel MISFET Qs MISFET for memory cell selection SA sense amplifier WD word driver WL word line

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁膜の孔内に内面を覆うように形成さ
れた、金属もしくは金属化合物からなる下部電極と、前
記下部電極に対向して配置された上部電極と、前記上部
電極および下部電極の間に形成されたキャパシタ絶縁膜
とからなる情報蓄積用容量素子を含む半導体装置であっ
て、 前記キャパシタ絶縁膜には多結晶酸化タンタル膜と、金
属および酸素拡散防止膜が含まれ、前記金属および酸素
拡散防止膜は、前記金属もしくは金属化合物からなる下
部電極と前記多結晶酸化タンタル膜との間に形成されて
いることを特徴とする半導体装置。
1. A lower electrode made of a metal or a metal compound and formed in a hole of an insulating film so as to cover an inner surface thereof, an upper electrode disposed to face the lower electrode, and the upper electrode and the lower electrode. A semiconductor device including an information storage capacitive element including a capacitor insulating film formed therebetween, wherein the capacitor insulating film includes a polycrystalline tantalum oxide film, a metal and an oxygen diffusion preventing film, A semiconductor device, wherein the oxygen diffusion preventing film is formed between the lower electrode made of the metal or the metal compound and the polycrystalline tantalum oxide film.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置であって、 前記金属および酸素拡散防止膜は、シリコン酸窒化膜で
あることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said metal and oxygen diffusion preventing films are silicon oxynitride films.
【請求項3】 請求項1または2記載の半導体装置であ
って、 前記キャパシタ絶縁膜には、さらに、シリコン窒化膜が
含まれ、前記シリコン窒化膜は、前記多結晶酸化タンタ
ル膜と前記上部電極との間に形成されていることを特徴
とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the capacitor insulating film further includes a silicon nitride film, wherein the silicon nitride film includes the polycrystalline tantalum oxide film and the upper electrode. And a semiconductor device formed between the semiconductor device and the semiconductor device.
【請求項4】 請求項1〜3の何れか一項に記載の半導
体装置であって、 前記多結晶酸化タンタル膜は、複数層で構成されること
を特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein said polycrystalline tantalum oxide film is composed of a plurality of layers.
【請求項5】 請求項1〜4の何れか一項に記載の半導
体装置であって、 前記下部電極は、窒化チタン、タングステン、窒化タン
グステンまたは窒化タンタルから選択される何れかの材
料またはこれらの化合物からなり、前記上部電極は、窒
化チタンからなることを特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said lower electrode is made of any material selected from titanium nitride, tungsten, tungsten nitride or tantalum nitride, or a material selected from the group consisting of titanium nitride, tungsten, tungsten nitride, and tantalum nitride. A semiconductor device comprising a compound, wherein the upper electrode is made of titanium nitride.
【請求項6】 請求項1〜5の何れか一項に記載の半導
体装置であって、 前記下部電極は、DRAMのビット線よりも上層に形成
された第1絶縁膜の孔内に形成され、前記下部電極の先
端の標高は前記第1絶縁膜表面の標高よりも高いことを
特徴とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the lower electrode is formed in a hole of a first insulating film formed above a bit line of the DRAM. A height of the tip of the lower electrode is higher than an elevation of a surface of the first insulating film.
【請求項7】 請求項1〜5の何れか一項に記載の半導
体装置であって、 前記下部電極は、DRAMのビット線よりも上層に形成
された第1絶縁膜および第2絶縁膜の孔内に形成され、
前記下部電極の先端の標高は前記第2絶縁膜表面の標高
と同じであることを特徴とする半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein said lower electrode is formed of a first insulating film and a second insulating film formed above a bit line of a DRAM. Formed in the hole,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the elevation of the tip of the lower electrode is the same as the elevation of the surface of the second insulating film.
【請求項8】 半導体基板の主面のMISFETと、前
記MISFETを覆う第1絶縁膜上のビット線と、前記
ビット線上の第2絶縁膜上に形成された情報蓄積用の容
量素子とを有する半導体装置の製造方法であって、 (a)前記第2絶縁膜上に第3絶縁膜を形成し、前記第
3絶縁膜に複数個の孔を形成する工程、 (b)前記孔の内面を覆う金属膜または金属化合物膜を
前記半導体基板の全面に形成し、前記金属膜または金属
化合物膜上に前記孔を埋め込む第4絶縁膜を形成し、前
記孔以外の前記第4絶縁膜と前記金属膜または金属化合
物膜とを除去する工程、 (c)前記孔内の前記第4絶縁膜を除去し、前記金属膜
または金属化合物膜からなる情報蓄積用のキャパシタの
下部電極を露出する工程、 (d)前記半導体基板の全面にシリコン窒化膜を形成す
る工程、 (e)前記シリコン窒化膜上に非晶質酸化タンタル膜を
堆積する工程、 (f)前記非晶質酸化タンタル膜に酸化性雰囲気での熱
処理を施し、前記非晶質酸化タンタル膜を結晶化して多
結晶酸化タンタル膜を形成する工程、 (g)前記多結晶酸化タンタル膜上に金属膜または金属
化合物膜を形成する工程、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A semiconductor device comprising: a MISFET on a main surface of a semiconductor substrate; a bit line on a first insulating film covering the MISFET; and a capacitor for storing information formed on a second insulating film on the bit line. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: (a) forming a third insulating film on the second insulating film and forming a plurality of holes in the third insulating film; (b) forming an inner surface of the hole. Forming a covering metal film or a metal compound film on the entire surface of the semiconductor substrate; forming a fourth insulating film for filling the hole on the metal film or the metal compound film; Removing a film or a metal compound film; (c) removing the fourth insulating film in the hole to expose a lower electrode of the information storage capacitor formed of the metal film or the metal compound film; d) silicon over the entire surface of the semiconductor substrate (E) depositing an amorphous tantalum oxide film on the silicon nitride film; and (f) subjecting the amorphous tantalum oxide film to a heat treatment in an oxidizing atmosphere to form the amorphous tantalum oxide film. Forming a polycrystalline tantalum oxide film by crystallizing the polycrystalline tantalum oxide film; and (g) forming a metal film or a metal compound film on the polycrystalline tantalum oxide film. Production method.
【請求項9】 請求項8記載の半導体装置の製造方法で
あって、 前記(f)工程の後に、さらに、第2多結晶酸化タンタ
ル膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising a step of forming a second polycrystalline tantalum oxide film after the step (f). Production method.
【請求項10】 請求項9記載の半導体装置の製造方法
であって、 前記第2多結晶酸化タンタル膜に施す酸化性雰囲気にお
ける熱処理は、前記非晶質酸化タンタル膜への熱処理よ
りも、低温度または短時間で行うことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein heat treatment in an oxidizing atmosphere applied to said second polycrystalline tantalum oxide film is lower than heat treatment to said amorphous tantalum oxide film. A method for manufacturing a semiconductor device, which is performed at a temperature or in a short time.
【請求項11】 請求項8〜10の何れか一項に記載の
半導体装置の製造方法であって、 前記(g)工程の前に、さらに、前記多結晶酸化タンタ
ル膜または第2多結晶酸化タンタル膜上にシリコン窒化
膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
11. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the polycrystalline tantalum oxide film or the second polycrystalline oxide is further added before the step (g). A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a silicon nitride film on a tantalum film.
【請求項12】 請求項8〜11の何れか一項に記載の
半導体装置の製造方法であって、 前記(a)工程において、前記第3絶縁膜上に、前記第
3絶縁膜よりもエッチング速度の遅い、または、CMP
法による研磨速度の遅い第5絶縁膜を形成し、前記
(b)工程における前記第4絶縁膜と前記金属膜または
金属化合物膜との除去工程において、前記第5絶縁膜を
エッチングまたはCMP法による研磨のストッパ膜とし
て用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein in the step (a), the third insulating film is etched more than the third insulating film. Slow or CMP
Forming a fifth insulating film having a low polishing rate by a polishing method, and in the step of removing the fourth insulating film and the metal film or the metal compound film in the step (b), etching the fifth insulating film by a CMP method; A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the method is used as a polishing stopper film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8404603B2 (en) 2009-07-01 2013-03-26 Hitachi Kokusai Electric Inc. Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing system

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