JP2001053250A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JP2001053250A
JP2001053250A JP11223476A JP22347699A JP2001053250A JP 2001053250 A JP2001053250 A JP 2001053250A JP 11223476 A JP11223476 A JP 11223476A JP 22347699 A JP22347699 A JP 22347699A JP 2001053250 A JP2001053250 A JP 2001053250A
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JP
Japan
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film
oxide film
metal oxide
electrode
silicon
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Pending
Application number
JP11223476A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinpei Iijima
晋平 飯島
Masato Kunitomo
正人 國友
Ryoichi Furukawa
亮一 古川
Yuzuru Oji
譲 大路
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable formation of a capacitor insulation film of high uniformity even in a deep hole of a high aspect ratio by specifying a film thickness of a metal oxide compound film of high dielectric constant. SOLUTION: After a lover electrode 43 of a solid structure is formed, a film-like or island-like first metallic oxide is formed. Thereafter, the first metallic oxide is crystallized and a second metallic oxide of the same composition is further formed on the first metallic oxide. A capacitor insulation film 44 consisting of a polycrystalline tantalum oxide film with a two-layer structure of an upper layer and a lower layer and a silicon nitride film is formed in this way. Since the polycrystalline tantalum oxide film 44 is formed in a hot wall CVD device by making a substrate temperature low, the film thickness in an upper and bottom parts of a deep hole 42 is formed uniform and the film thickness is 7 to 4 nm and film thickness distribution is formed within 20%. Thereby, it is possible to form a polycrystalline tantalum oxide film uniform and to improve reliability by enlarging a capacity value of a DRAM.

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、p1106〜1113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、平面的な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(Hemispherical 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
No. pp. 1106 to 1113, the surface of the silicon, which is the lower electrode, is roughened by forming fine irregularities, and the surface area is substantially increased without increasing the planar lower electrode dimension. A technology that can perform such a process, that is, a technology of a so-called HSG (Hemispherical Silicon Grain) structure has been proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前記した深孔すなわち
立体構造のキャパシタは、半導体記憶装置(DRAM)
としての動作信頼度を確保する手段、すなわち一定以上
の容量値を確保する手段の一つとして有効である。しか
し、半導体装置の世代が進み、さらに微細化が進展する
と、必然的に孔の開口径は小さく、また孔の深さは深く
ならざるを得ない。孔内にキャパシタを形成しようとす
れば、その孔内にキャパシタ絶縁膜を一様に形成するこ
とが必要となるが、前記のような開口が狭く且つその深
さが深い孔にキャパシタ絶縁膜を一様に形成するのは困
難である。すなわち、このような深い孔内にもできるだ
け一様な膜を形成するためにステップカバレッジに優れ
た成膜方法であるCVD法が用いられる。しかし、孔径
が小さくなり、その孔深さも深くなれば、孔開口部から
供給される原料ガスが、孔底部にまで十分に供給され
ず、孔底面の膜厚が孔上部の膜厚に比較して薄く形成さ
れる。前記した酸化タンタル膜をキャパシタ絶縁膜に用
いる場合には、たとえば、ペンタエトキシタンタル(T
a(OC2 5 5 )などの有機液体材料を気化器で気
化させ、基板温度を450℃程度、雰囲気圧力を0.5
Torr程度の圧力に維持した反応室に導入し、同時に
導入する酸素(O2 )と反応させて酸化タンタル膜を形
成する。このような酸化タンタル膜の場合、開口サイズ
が0.3μm以下で、深さが1.0μmを越えるような
サイズバランス(アスペクト比が3以上)の深孔になれ
ば、その底部の膜厚は孔上部の膜厚に比較して著しく薄
くなることが本発明者らの検討により明らかになってい
る。なお、このような状況は深孔型の下部電極構造に限
られず、単純スタック型の下部電極構造においても同様
である。本明細書において、立体構造の下部電極と言う
場合には、深孔型の場合とスタック型の両方を含むこと
とする。
The above-mentioned deep hole, that is, a capacitor having a three-dimensional structure is a semiconductor memory device (DRAM).
This is effective as one of means for securing the operation reliability as described above, that is, a means for securing a capacitance value equal to or more than a certain value. However, as the generation of the semiconductor device advances and the miniaturization further progresses, the opening diameter of the hole is inevitably small, and the depth of the hole is inevitably increased. In order to form a capacitor in a hole, it is necessary to uniformly form a capacitor insulating film in the hole. However, as described above, a capacitor insulating film is formed in a hole having a narrow opening and a large depth. It is difficult to form uniformly. That is, in order to form a film as uniform as possible even in such a deep hole, a CVD method which is a film forming method excellent in step coverage is used. However, if the hole diameter becomes smaller and the hole depth becomes deeper, the source gas supplied from the hole opening is not sufficiently supplied to the hole bottom, and the film thickness at the hole bottom is smaller than the film thickness at the hole upper portion. It is formed thin. When the above-described tantalum oxide film is used for a capacitor insulating film, for example, pentaethoxy tantalum (T
a) (OC 2 H 5 ) 5 ) is vaporized by a vaporizer, and the substrate temperature is set to about 450 ° C. and the atmospheric pressure is set to 0.5.
The tantalum oxide film is formed by introducing into a reaction chamber maintained at a pressure of about Torr and simultaneously reacting with oxygen (O 2 ) to be introduced. In the case of such a tantalum oxide film, if a deep hole having a size balance (an aspect ratio of 3 or more) with an opening size of 0.3 μm or less and a depth exceeding 1.0 μm is formed, the thickness of the bottom portion is It has been clarified by the study of the present inventors that the thickness becomes significantly smaller than the film thickness at the upper portion of the hole. Note that such a situation is not limited to the deep hole type lower electrode structure, and the same applies to the simple stack type lower electrode structure. In this specification, a lower electrode having a three-dimensional structure includes both a deep hole type and a stack type.

【0005】このようにキャパシタ絶縁膜の膜厚に厚い
領域や薄い領域が混在した場合、膜厚の厚い領域ではキ
ャパシタの容量値の低下を招き、膜厚の薄い領域ではキ
ャパシタ絶縁膜を経由するリーク電流の増大を招くこと
となる。
As described above, when a thick region and a thin region are mixed in the film thickness of the capacitor insulating film, the capacitance value of the capacitor is reduced in the thick film region, and the thin film passes through the capacitor insulating film in the thin film region. This leads to an increase in leakage current.

【0006】なお、このような膜厚分布の増大(膜厚一
様性の低下)は、キャパシタ下部電極を粗面化し、凹凸
を設けたような場合に特に顕著に現れる。
[0006] Such an increase in the film thickness distribution (a decrease in the film thickness uniformity) is particularly prominent when the capacitor lower electrode is roughened to provide irregularities.

【0007】本発明の目的は、アスペクト比がたとえば
3以上と高い深孔内においても、均一性の高いキャパシ
タ絶縁膜を形成できる技術を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a technique capable of forming a highly uniform capacitor insulating film even in a deep hole having an aspect ratio as high as, for example, 3 or more.

【0008】また、本発明の目的は、表面に凹凸が形成
された下部電極を深孔内に形成した場合であっても、均
一性の高いキャパシタ絶縁膜を形成できる技術を提供す
ることにある。
Another object of the present invention is to provide a technique capable of forming a highly uniform capacitor insulating film even when a lower electrode having an uneven surface is formed in a deep hole. .

【0009】さらに、本発明の目的は、キャパシタの容
量値確保が容易であり、また、信頼度が高く、低消費電
力化に有利な技術を提供することにある。
It is a further object of the present invention to provide a technique that can easily secure the capacitance value of a capacitor, has high reliability, and is advantageous in reducing power consumption.

【0010】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.

【0011】[0011]

【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.

【0012】(1)本発明の半導体装置は、情報蓄積用
容量素子(キャパシタ)のキャパシタ絶縁膜に含まれる
高誘電率の酸化金属化合物膜の膜厚を、キャパシタを構
成する電極間のいずれの領域においても4nm〜7nm
の範囲内、または、膜厚分布を20%以内にするもので
ある。
(1) In the semiconductor device of the present invention, the thickness of the metal oxide compound film having a high dielectric constant contained in the capacitor insulating film of the information storage capacitor element (capacitor) may be set to any value between the electrodes constituting the capacitor. 4 nm to 7 nm in the region
Or a film thickness distribution within 20%.

【0013】このような半導体装置によれば、高誘電率
の酸化金属化合物膜の膜厚が4nm〜7nmの範囲内ま
たは膜厚分布が20%以内であるため、キャパシタの容
量値を大きくし、かつ、信頼性の高いキャパシタが構成
できる。すなわち、キャパシタ絶縁膜の膜厚が7nm以
上になる領域ではキャパシタ絶縁膜の実効膜厚が大き
く、容量値を低下させる要因となる。一方、キャパシタ
絶縁膜の膜厚が4nm以下の領域ではキャパシタ電極間
のリーク電流が大きくなる。つまり、キャパシタ全体の
特性はこれら各領域の特性を反映し、キャパシタの容量
値が小さく、リーク電流の大きいキャパシタになってし
まう。本発明の半導体装置では、このような膜厚の大き
な領域や小さな領域が混在しないため、キャパシタの特
性は、容量値が大きく、リーク電流の小さなものとする
ことができる。これにより、DRAMの微細化に対応で
き、また、リフレッシュ特性を改善してDRAMを含む
半導体装置の特性を改善できる。
According to such a semiconductor device, since the thickness of the metal oxide compound film having a high dielectric constant is within the range of 4 nm to 7 nm or the thickness distribution is within 20%, the capacitance value of the capacitor is increased. In addition, a highly reliable capacitor can be configured. That is, in a region where the thickness of the capacitor insulating film is 7 nm or more, the effective thickness of the capacitor insulating film is large, which causes a reduction in the capacitance value. On the other hand, in the region where the thickness of the capacitor insulating film is 4 nm or less, the leak current between the capacitor electrodes increases. That is, the characteristics of the entire capacitor reflect the characteristics of each of these regions, resulting in a capacitor having a small capacitance value and a large leak current. In the semiconductor device of the present invention, since such a region having a large film thickness and a region having a small film thickness do not coexist, the characteristics of the capacitor can be a large capacitance value and a small leakage current. Thereby, it is possible to cope with miniaturization of the DRAM, and it is possible to improve the characteristics of a semiconductor device including the DRAM by improving the refresh characteristics.

【0014】なお、酸化金属化合物膜として結晶化酸化
タンタル膜を例示できる。酸化タンタル膜は後述するホ
ットウォール型のCVD法を用いて均一に形成でき、ま
た、結晶構造を有することから比誘電率を大きくしてキ
ャパシタ絶縁膜の実効膜厚を薄くできる。
The crystallized tantalum oxide film can be exemplified as the metal oxide compound film. The tantalum oxide film can be formed uniformly using a hot wall type CVD method described later, and since it has a crystal structure, the relative dielectric constant can be increased and the effective film thickness of the capacitor insulating film can be reduced.

【0015】また、結晶化酸化タンタル膜は、下部電極
(第1電極)側の第1酸化タンタル膜と上部電極(第2
電極)側の第2酸化タンタル膜との二層構成としても良
い。このとき、第1酸化タンタル膜の膜厚は、結晶化酸
化タンタル膜の全膜厚の2分の1未満であることが好ま
しい。
The crystallized tantalum oxide film comprises a first tantalum oxide film on the lower electrode (first electrode) side and an upper electrode (second electrode).
It may have a two-layer structure with the second tantalum oxide film on the (electrode) side. At this time, it is preferable that the thickness of the first tantalum oxide film is less than half of the total thickness of the crystallized tantalum oxide film.

【0016】このように結晶化酸化タンタル膜を二層構
成にすることにより、結晶化酸化タンタル膜を貫通する
リーク電流を低減できる。すなわち、結晶化酸化タンタ
ル膜は多結晶状態で構成されるため結晶粒界が存在し、
この結晶粒界がリーク電流の経路として作用する場合が
ある。この点、結晶化酸化タンタル膜を二層構成にすれ
ば、膜を貫通する結晶粒界は形成されず、第1または第
2酸化タンタル膜の何れかがその他方の結晶粒界を分断
することとなる。つまり、結晶化酸化タンタル膜を貫通
する結晶粒界が形成されず、リーク電流経路を遮断する
ことができる。このためキャパシタ絶縁膜間のリーク電
流を低減できる。
By thus forming the crystallized tantalum oxide film into a two-layer structure, it is possible to reduce the leak current passing through the crystallized tantalum oxide film. That is, since the crystallized tantalum oxide film is constituted in a polycrystalline state, crystal grain boundaries exist,
This crystal grain boundary may act as a path for leakage current. In this regard, if the crystallized tantalum oxide film has a two-layer structure, no crystal grain boundary penetrating the film is formed, and either the first or second tantalum oxide film separates the other crystal grain boundary. Becomes That is, a crystal grain boundary penetrating through the crystallized tantalum oxide film is not formed, and the leakage current path can be cut off. Therefore, the leakage current between the capacitor insulating films can be reduced.

【0017】また、第1酸化タンタル膜の膜厚を薄くす
れば、第1酸化タンタル膜を結晶化する熱処理の熱負荷
を低減でき、半導体装置の信頼性を高く維持することが
可能となる。
Further, if the thickness of the first tantalum oxide film is reduced, the heat load of the heat treatment for crystallizing the first tantalum oxide film can be reduced, and the reliability of the semiconductor device can be maintained high.

【0018】また、キャパシタ絶縁膜には、下部電極
(第1電極)に接して形成されたシリコン酸窒化膜が含
まれる。このシリコン酸窒化膜は、シリコン窒化膜を下
部電極表面に形成し、そのシリコン窒化膜上に形成され
る酸化金属膜(たとえば酸化タンタル膜)の酸素欠陥を
回復するための酸化熱処理の際に、シリコン窒化膜が酸
化されて形成される膜である。シリコン窒化膜はこの酸
化熱処理の際に下部電極の酸化を防止する膜として機能
する。
The capacitor insulating film includes a silicon oxynitride film formed in contact with the lower electrode (first electrode). This silicon oxynitride film is formed by forming a silicon nitride film on the lower electrode surface and performing an oxidizing heat treatment for recovering oxygen defects of a metal oxide film (for example, a tantalum oxide film) formed on the silicon nitride film. This is a film formed by oxidizing a silicon nitride film. The silicon nitride film functions as a film for preventing oxidation of the lower electrode during the oxidation heat treatment.

【0019】なお、下部電極(第1電極)は、その表面
が粗面化された多結晶シリコン、または、金属または金
属化合物からなる。このような粗面化された下部電極上
に本発明を適用する場合にその効果が大きい。
The lower electrode (first electrode) is made of polycrystalline silicon having a roughened surface, a metal or a metal compound. The effect is great when the present invention is applied on such a roughened lower electrode.

【0020】(2)本発明の半導体装置の製造方法は、
キャパシタ絶縁膜の一部として機能する金属酸化膜を、
立体構造として形成される下部電極(第1電極)のいず
れの領域においても、その膜厚が4nm〜7nmの範囲
内、または、その膜厚分布が20%以内で形成する。
(2) The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises:
A metal oxide film that functions as a part of the capacitor insulating film,
In any region of the lower electrode (first electrode) formed as a three-dimensional structure, the film thickness is formed in a range of 4 nm to 7 nm, or the film thickness distribution is formed within 20%.

【0021】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
立体構造の下部電極(第1電極)を形成後、膜状または
アイランド状の第1金属酸化物を形成し、この第1金属
酸化物を結晶化し、さらに第1金属酸化物上に同じ組成
の第2金属酸化膜を形成するものであり、第1金属酸化
物および第2金属酸化膜からなる積層金属酸化膜の膜厚
を下部電極のいずれの領域においても、その膜厚が4n
m〜7nmの範囲内、または、その膜厚分布が20%以
内で形成するものである。
Further, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
After forming a lower electrode (first electrode) having a three-dimensional structure, a film-shaped or island-shaped first metal oxide is formed, the first metal oxide is crystallized, and the same composition is formed on the first metal oxide. The second metal oxide film is formed, and the thickness of the laminated metal oxide film including the first metal oxide and the second metal oxide film is set to 4 n in any region of the lower electrode.
It is formed within a range of m to 7 nm or within a film thickness distribution of 20% or less.

【0022】このような膜厚が4nm〜7nmの範囲
内、または、その膜厚分布が20%以内の積層金属酸化
膜は、ホットウォールを備えたCVD装置を用いて、ウ
ォール(壁)の温度が基板温度と同じか、より高い条件
で形成できる。このとき、酸素供給用の原料ガスとして
酸素(O2 )を用いる。
Such a laminated metal oxide film having a film thickness in the range of 4 nm to 7 nm or a film thickness distribution of 20% or less is formed by using a CVD apparatus provided with a hot wall to measure the temperature of the wall (wall). Can be formed under the same or higher conditions as the substrate temperature. At this time, oxygen (O 2 ) is used as a source gas for supplying oxygen.

【0023】また、このような積層金属酸化膜は、CV
D装置を用いて、基板温度がCVD装置の壁面温度より
高い条件で形成し、反応温度を高くして反応生成物の表
面拡散を促進させるために酸素供給用の原料ガスとして
酸化二窒素(N2 O)を用いることにより形成できる。
Further, such a laminated metal oxide film has a CV
Using a D apparatus, the substrate temperature is formed under conditions higher than the wall temperature of the CVD apparatus. In order to increase the reaction temperature and promote the surface diffusion of the reaction product, dinitrogen oxide (N) is used as a source gas for supplying oxygen. It can be formed by using 2O).

【0024】なお、積層金属酸化膜として酸化タンタル
を例示できる。また、本製造方法は、シリコン膜を粗面
化し、不純物をシリコン膜に気相ドープして形成された
下部電極(第1電極)に適用でき、この場合、シリコン
膜の表面を熱窒化することができる。また、下部電極に
金属膜または金属化合物を適用でき、さらに、下部電極
を金属膜または金属化合物にした場合に、その表面にC
VD法を用いてシリコン窒化膜を形成しても良い。
Tantalum oxide can be exemplified as the laminated metal oxide film. Further, the present manufacturing method can be applied to a lower electrode (first electrode) formed by roughening a silicon film and vapor-phase doping impurities into the silicon film. In this case, the surface of the silicon film is thermally nitrided. Can be. Further, a metal film or a metal compound can be applied to the lower electrode, and when the lower electrode is made of a metal film or a metal compound,
The silicon nitride film may be formed by using the VD method.

【0025】[0025]

【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機能を有するものには同一の
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, components having the same functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted.

【0026】本発明の実施の形態1であるDRAMの製
造方法を、図1〜図10を用いて工程順に説明する。な
お、基板の断面を示す各図の左側部分はDRAMのメモ
リセルが形成される領域(メモリセルアレイ)を示し、
右側部分は周辺回路領域を示す。
A method of manufacturing a DRAM according to the first embodiment of the present invention will be described in the order of steps with reference to FIGS. The left part of each drawing showing the cross section of the substrate shows a region (memory cell array) in which a memory cell of the DRAM is formed.
The right part shows the peripheral circuit area.

【0027】図1に示すように、半導体基板(以下、単
に基板という)1の主面上にメモリセルの選択MISF
ETQs、周辺回路のnチャネル型MISFETQn、
pチャネル型MISFETQpを形成する。これらMI
SFETは以下のようにして形成される。
As shown in FIG. 1, a memory cell selection MISF is formed on a main surface of a semiconductor substrate (hereinafter, simply referred to as a substrate) 1.
ETQs, n-channel MISFETs Qn of peripheral circuits,
A p-channel type MISFET Qp is formed. These MI
The SFET is formed as follows.

【0028】基板1に素子分離溝2を形成し、素子分離
溝2内にたとえばシリコン酸化膜を埋め込んだ後、これ
をCMP(Chemical Mechanical Polishing )法により
研磨して素子分離領域7を形成する。その後、基板1に
p型不純物(ホウ素)およびn型不純物(例えばリン)
をイオン打ち込みした後、約1000℃の熱処理で上記
不純物を拡散させることによって、メモリセルアレイの
基板1にp型ウエル3およびn型ウエル5を形成し、周
辺回路領域の基板1にp型ウエル3およびn型ウエル4
を形成する。次に、たとえば熱酸化法を用いてp型ウエ
ル3およびn型ウエル4の各領域に清浄なゲート酸化膜
8を形成し、たとえばリン(P)をドープした低抵抗多
結晶シリコン膜、WN膜、W膜、さらにシリコン酸化膜
およびシリコン窒化膜を順次堆積する。このシリコン窒
化膜を所定のパターンにエッチングした後、パターニン
グされたシリコン窒化膜をマスクとしてシリコン酸化
膜、W膜、WN膜および多結晶シリコン膜をエッチング
する。これにより、メモリセルアレイおよび周辺回路領
域に多結晶シリコン膜、WN膜およびW膜からなるゲー
ト電極9を形成し、これらゲート電極9の上部にシリコ
ン酸化膜およびシリコン窒化膜からなるキャップ絶縁膜
10を形成する。なお、メモリセルアレイに形成された
ゲート電極9は、ワード線WLとして機能する。
An element isolation groove 2 is formed in a substrate 1 and, for example, a silicon oxide film is buried in the element isolation groove 2 and then polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method to form an element isolation region 7. Then, a p-type impurity (boron) and an n-type impurity (for example, phosphorus)
Are implanted, and the impurities are diffused by a heat treatment at about 1000 ° C. to form a p-type well 3 and an n-type well 5 on the substrate 1 of the memory cell array, and the p-type well 3 is formed on the substrate 1 of the peripheral circuit region. And n-type well 4
To form Next, a clean gate oxide film 8 is formed in each of the p-type well 3 and the n-type well 4 by using, for example, a thermal oxidation method, and for example, a low-resistance polycrystalline silicon film doped with phosphorus (P) and a WN film. , W film, and further, a silicon oxide film and a silicon nitride film are sequentially deposited. After the silicon nitride film is etched into a predetermined pattern, the silicon oxide film, the W film, the WN film, and the polycrystalline silicon film are etched using the patterned silicon nitride film as a mask. Thereby, a gate electrode 9 made of a polycrystalline silicon film, a WN film and a W film is formed in the memory cell array and the peripheral circuit region, and a cap insulating film 10 made of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed on the gate electrode 9. Form. Note that the gate electrode 9 formed in the memory cell array functions as a word line WL.

【0029】次に、ゲート電極9の両側のp型ウエル3
にn型不純物(リンまたはヒ素)をイオン打ち込みする
ことによってn- 型半導体領域11を形成し、n型ウエ
ル4にp型不純物(ホウ素)をイオン打ち込みすること
によってp- 型半導体領域12を形成する。その後、基
板1上にたとえばCVD法でシリコン窒化膜13を堆積
した後、メモリセルアレイの基板1の上部をフォトレジ
スト膜(図示せず)で覆い、周辺回路領域のシリコン窒
化膜13を異方的にエッチングすることによって、周辺
回路領域のゲート電極9の側壁にサイドウォールスペー
サ13aを形成する。さらに、周辺回路領域のp型ウエ
ル3にn型不純物(リンまたはヒ素)をイオン打ち込み
することによってn+ 型半導体領域14(ソース、ドレ
イン)を形成し、n型ウエル4にp型不純物(ホウ素)
をイオン打ち込みすることによってp+ 型半導体領域1
5(ソース、ドレイン)を形成する。ここまでの工程
で、周辺回路領域にLDD(Lightly Doped Drain) 構造
のソース、ドレインを備えたnチャネル型MISFET
Qnおよびpチャネル型MISFETQpが形成され
る。
Next, the p-type wells 3 on both sides of the gate electrode 9 are formed.
-Type semiconductor region 12 - p by -type semiconductor region 11, ion implantation of p-type impurity (boron) in the n-type well 4 - n by ion implantation of n-type impurity (phosphorus or arsenic) to I do. Thereafter, a silicon nitride film 13 is deposited on the substrate 1 by, for example, a CVD method, and then the upper part of the substrate 1 of the memory cell array is covered with a photoresist film (not shown), and the silicon nitride film 13 in the peripheral circuit region is anisotropically. To form a sidewall spacer 13a on the side wall of the gate electrode 9 in the peripheral circuit region. Further, an n + -type semiconductor region 14 (source, drain) is formed by ion-implanting an n-type impurity (phosphor or arsenic) into the p-type well 3 in the peripheral circuit region, and the p-type impurity (boron) is formed in the n-type well 4. )
Implanted into the p + type semiconductor region 1
5 (source, drain) is formed. In the steps up to this point, the n-channel MISFET with the source and drain of LDD (Lightly Doped Drain) structure in the peripheral circuit area
Qn and p-channel type MISFETs Qp are formed.

【0030】次に、図2に示すように、ゲート電極9お
よびキャップ絶縁膜10を覆う層間絶縁膜(シリコン酸
化膜16)を形成し、プラグ20、27およびビット線
BL、第1層目の配線30〜33を形成する。これらの
形成は以下のように行う。
Next, as shown in FIG. 2, an interlayer insulating film (silicon oxide film 16) covering the gate electrode 9 and the cap insulating film 10 is formed, and the plugs 20 and 27, the bit line BL, and the first layer are formed. The wirings 30 to 33 are formed. These are formed as follows.

【0031】ゲート電極9の上部にCMP法により平坦
化されたシリコン酸化膜16を形成し、フォトレジスト
膜(図示せず)をマスクにしてメモリセルアレイのシリ
コン酸化膜16をドライエッチングする。その後、シリ
コン酸化膜16の下層のシリコン窒化膜13をドライエ
ッチングすることによって、n- 型半導体領域11の上
部にコンタクトホール18、19を形成する。なお、シ
リコン酸化膜16のエッチングは、窒化シリコンに比べ
て酸化シリコンのエッチング速度が大きくなるような条
件で行い、シリコン窒化膜13が完全には除去されない
ようにする。また、シリコン窒化膜13のエッチング
は、シリコン(基板)や酸化シリコンに比べて窒化シリ
コンのエッチング速度が大きくなるような条件で行い、
基板1や素子分離領域7が深く削れないようにする。さ
らに、シリコン窒化膜13のエッチングは、シリコン窒
化膜13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9(ワード線WL)の側壁にシリコン窒
化膜13を残すようにする。これにより、微細な径を有
するコンタクトホール18、19がゲート電極9(ワー
ド線WL)に対して自己整合(セルフアライン)で形成
される。
A silicon oxide film 16 flattened by the CMP method is formed on the gate electrode 9, and the silicon oxide film 16 of the memory cell array is dry-etched using a photoresist film (not shown) as a mask. Thereafter, the silicon nitride film 13 under the silicon oxide film 16 is dry etched to form contact holes 18 and 19 above the n type semiconductor region 11. The etching of the silicon oxide film 16 is performed under conditions such that the etching rate of silicon oxide is higher than that of silicon nitride, so that the silicon nitride film 13 is not completely removed. The etching of the silicon nitride film 13 is performed under such conditions that the etching rate of silicon nitride is higher than that of silicon (substrate) or silicon oxide.
The substrate 1 and the element isolation region 7 are prevented from being shaved deeply. Further, the etching of the silicon nitride film 13 is performed under such a condition that the silicon nitride film 13 is anisotropically etched, so that the silicon nitride film 13 is left on the side wall of the gate electrode 9 (word line WL). Thus, contact holes 18 and 19 having a fine diameter are formed in a self-alignment (self-alignment) with the gate electrode 9 (word line WL).

【0032】続いて、コンタクトホール18、19を通
じてメモリセルアレイのp型ウエル3(n- 型半導体領
域11)にn型不純物(リンまたはヒ素)をイオン打ち
込みする。これによりn+ 型半導体領域17(ソース、
ドレイン)を形成する。ここまでの工程で、メモリセル
アレイにnチャネル型で構成されるメモリセル選択用M
ISFETQsが形成される。
Subsequently, an n-type impurity (phosphorus or arsenic) is ion-implanted into the p-type well 3 (n - type semiconductor region 11) of the memory cell array through the contact holes 18 and 19. Thereby, the n + type semiconductor region 17 (source,
Drain). In the steps up to this point, the memory cell selection M
ISFET Qs is formed.

【0033】その後、コンタクトホール18、19の内
部に、たとえばリン(P)などのn型不純物をドープし
た低抵抗多結晶シリコン膜をCVD法で堆積し、続いて
この多結晶シリコン膜をエッチバック(またはCMP法
で研磨)することによりプラグ20を形成する。さら
に、シリコン酸化膜16の上部にたとえばCVD法でシ
リコン酸化膜21を堆積した後、フォトレジスト膜(図
示せず)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21およびその下層のシリコン酸化
膜16をドライエッチングすることによって、nチャネ
ル型MISFETQnのソース、ドレイン(n+ 型半導
体領域14)の上部にコンタクトホール22を形成し、
pチャネル型MISFETQpのソース、ドレイン(p
+ 型半導体領域15)の上部にコンタクトホール23を
形成する。また、このとき同時に、周辺回路領域のpチ
ャネル型MISFETQpのゲート電極9(およびnチ
ャネル型MISFETQnの図示しない領域のゲート電
極9)の上部にコンタクトホール24を形成し、メモリ
セルアレイのコンタクトホール18の上部にスルーホー
ル25を形成する。
Thereafter, a low-resistance polycrystalline silicon film doped with an n-type impurity such as phosphorus (P) is deposited inside the contact holes 18 and 19 by a CVD method, and then the polycrystalline silicon film is etched back. The plug 20 is formed by polishing (or polishing by a CMP method). Further, after depositing a silicon oxide film 21 on the silicon oxide film 16 by, for example, the CVD method, the silicon oxide film 21 in the peripheral circuit region and the silicon under the silicon oxide film 21 by dry etching using a photoresist film (not shown) as a mask. By dry-etching the oxide film 16, a contact hole 22 is formed above the source and drain (n + type semiconductor region 14) of the n-channel type MISFET Qn.
The source and drain (p) of the p-channel type MISFET Qp
A contact hole 23 is formed above the + type semiconductor region 15). At this time, simultaneously, a contact hole 24 is formed above the gate electrode 9 of the p-channel MISFET Qp in the peripheral circuit region (and the gate electrode 9 in a region (not shown) of the n-channel MISFET Qn). A through hole 25 is formed in the upper part.

【0034】次に、nチャネル型MISFETQnのソ
ース、ドレイン(n+ 型半導体領域14)の表面、pチ
ャネル型MISFETQpのソース、ドレイン(p+
半導体領域15)の表面およびコンタクトホール18の
内部のプラグ20の表面にそれぞれシリサイド膜26を
形成した後、コンタクトホール22、23、24の内部
およびスルーホール25の内部にプラグ27を形成す
る。シリサイド膜26は、例えばコンタクトホール2
2、23、24の内部およびスルーホール25の内部を
含むシリコン酸化膜21の上部にたとえばスパッタリン
グ法でTi膜とTiN膜とを堆積した後、基板1を熱処
理することによって形成する。プラグ27は、例えば上
記TiN膜の上部にCVD法でTiN膜およびW膜を堆
積した後、シリコン酸化膜21の上部のW膜、TiN膜
およびTi膜をCMP法で研磨し、これらの膜をコンタ
クトホール22、23、24の内部およびスルーホール
25の内部のみに残すことによって形成する。
Next, the surface of the source and drain (n + type semiconductor region 14) of the n-channel MISFET Qn, the surface of the source and drain (p + type semiconductor region 15) of the p-channel MISFET Qp, and the inside of the contact hole 18 After forming the silicide films 26 on the surfaces of the plugs 20, respectively, the plugs 27 are formed inside the contact holes 22, 23, 24 and inside the through holes 25. The silicide film 26 is formed, for example, in the contact hole 2
The substrate 1 is formed by depositing a Ti film and a TiN film on the silicon oxide film 21 including the insides of 2, 23 and 24 and the inside of the through hole 25 by, for example, a sputtering method, and then subjecting the substrate 1 to a heat treatment. The plug 27 is formed, for example, by depositing a TiN film and a W film on the TiN film by the CVD method, and then polishing the W film, the TiN film and the Ti film on the silicon oxide film 21 by the CMP method, and polishing these films. It is formed by leaving only inside the contact holes 22, 23, and 24 and inside the through hole 25.

【0035】次に、メモリセルアレイのシリコン酸化膜
21の上部にビット線BLを形成し、周辺回路領域のシ
リコン酸化膜21の上部に第1層目の配線30〜33を
形成する。ビット線BLおよび第1層目の配線30〜3
3は、例えばシリコン酸化膜21の上部にたとえばスパ
ッタリング法でW膜を堆積した後、フォトレジスト膜を
マスクにしてこのW膜をドライエッチングすることによ
って形成する。このとき、ビット線BLおよび配線30
〜33の下層のシリコン酸化膜16が平坦化されている
ので、ビット線BLおよび配線30〜33を高い寸法精
度でパターニングすることができる。
Next, a bit line BL is formed above the silicon oxide film 21 in the memory cell array, and first-layer wirings 30 to 33 are formed above the silicon oxide film 21 in the peripheral circuit region. Bit line BL and first layer wirings 30 to 3
3 is formed by, for example, depositing a W film on the silicon oxide film 21 by, for example, a sputtering method, and then dry-etching the W film using a photoresist film as a mask. At this time, the bit line BL and the wiring 30
Since the silicon oxide film 16 under the layers 33 to 33 is flattened, the bit lines BL and the wirings 30 to 33 can be patterned with high dimensional accuracy.

【0036】次に、図3に示すように、ビット線BLお
よび第1層目の配線30〜33の上部にシリコン酸化膜
16と同様の方法でシリコン酸化膜34を形成し、シリ
コン酸化膜34にスルーホール38を形成する。スルー
ホール38は、多結晶シリコン膜をハードマスクに用
い、その多結晶シリコン膜に開口した孔にサイドウォー
ルを形成することにより開口径を小さくして形成でき
る。その後、スルーホール38の内部にプラグ39を形
成する。プラグ39は、たとえばn型不純物(リン)を
ドープした低抵抗多結晶シリコン膜のCVD法を用いた
堆積とエッチバックとにより、スルーホール38の内部
のみに多結晶シリコン膜を残すことによって形成でき
る。さらに、シリコン酸化膜34の上部にたとえばCV
D法でシリコン窒化膜40を堆積し、続いてシリコン窒
化膜40の上部にたとえばCVD法でシリコン酸化膜4
1を堆積する。その後、フォトレジスト膜( 図示せず)
をマスクにしてメモリアレイのシリコン酸化膜41をド
ライエッチングし、続いてこのシリコン酸化膜41の下
層のシリコン窒化膜40をドライエッチングすることに
より、スルーホール38の上部に深孔42を形成する。
情報蓄積用容量素子の下部電極は、この深孔42の内壁
に沿って形成されるので、下部電極の表面積を大きくし
て蓄積電荷量を増やすためには、深孔42を形成するシ
リコン酸化膜41を厚い膜厚(例えば1. 3μm程度)
で堆積する。また、この深孔42の開口径は0.3μm
程度であり、高集積のDRAMに対応した寸法で形成さ
れる。このように本実施の形態の深孔42のアスペクト
比は3以上であり、通常の方法によるキャパシタ絶縁膜
の形成では、深孔42の底部とその上部の膜厚に分布が
存在する。しかし、本実施の形態では、後に説明するよ
うにキャパシタ絶縁膜が均一に(一様に)形成される。
Next, as shown in FIG. 3, a silicon oxide film 34 is formed on the bit line BL and the first layer wirings 30 to 33 in the same manner as the silicon oxide film 16. Then, a through hole 38 is formed. The through hole 38 can be formed with a small opening diameter by using a polycrystalline silicon film as a hard mask and forming a sidewall in a hole opened in the polycrystalline silicon film. After that, a plug 39 is formed inside the through hole 38. The plug 39 can be formed, for example, by depositing a low-resistance polycrystalline silicon film doped with an n-type impurity (phosphorus) using a CVD method and etching back to leave the polycrystalline silicon film only inside the through hole 38. . Further, for example, CV
A silicon nitride film 40 is deposited by the D method, and then the silicon oxide film 4 is formed on the silicon nitride film 40 by, for example, the CVD method.
1 is deposited. Then, a photoresist film (not shown)
Is used as a mask to dry-etch the silicon oxide film 41 of the memory array, and then dry-etch the silicon nitride film 40 under the silicon oxide film 41 to form a deep hole 42 above the through hole 38.
Since the lower electrode of the information storage capacitance element is formed along the inner wall of the deep hole 42, a silicon oxide film forming the deep hole 42 is required to increase the surface area of the lower electrode and increase the amount of accumulated charge. 41 is a thick film (for example, about 1.3 μm)
Is deposited. The opening diameter of the deep hole 42 is 0.3 μm.
And formed with dimensions corresponding to a highly integrated DRAM. As described above, the aspect ratio of the deep hole 42 of the present embodiment is 3 or more, and in the formation of the capacitor insulating film by a normal method, there is a distribution in the film thickness at the bottom portion and the upper portion of the deep hole 42. However, in the present embodiment, as described later, the capacitor insulating film is formed uniformly (uniformly).

【0037】次に、図4に示すように、深孔42の内部
を含むシリコン酸化膜41の上部に、n型不純物(リ
ン)をドープしたアモルファスシリコン膜43aをCV
D法で堆積した後、シリコン酸化膜41の上部のアモル
ファスシリコン膜43aをエッチバックすることによ
り、深孔42の内壁に沿ってアモルファスシリコン膜4
3aを残す。アモルファスシリコン膜43aの膜厚は5
0nm程度とする。
Next, as shown in FIG. 4, an amorphous silicon film 43a doped with an n-type impurity (phosphorus) is formed on the silicon oxide film 41 including the inside of the deep hole 42 by CV.
After the deposition by the method D, the amorphous silicon film 43a on the silicon oxide film 41 is etched back to form the amorphous silicon film 4 along the inner wall of the deep hole 42.
Leave 3a. The thickness of the amorphous silicon film 43a is 5
It is about 0 nm.

【0038】なお、前記した方法に代えて、アモルファ
スシリコン膜43aをCVD法で堆積した後、深孔42
を埋め込むたとえばシリコン酸化膜あるいはSOG膜を
形成し、このシリコン酸化膜あるいはSOG膜とともに
深孔42以外の領域のアモルファスシリコン膜43aを
たとえばCMP法あるいはエッチバック法により除去
し、その後深孔42内のシリコン酸化膜あるいはSOG
膜を除去して深孔42の内壁に沿ってアモルファスシリ
コン膜43aを残しても良い。
In place of the above-described method, after the amorphous silicon film 43a is deposited by the CVD method,
For example, a silicon oxide film or an SOG film is formed to bury the amorphous silicon film 43a in a region other than the deep hole 42 together with the silicon oxide film or the SOG film by, for example, a CMP method or an etch-back method. Silicon oxide film or SOG
The film may be removed to leave the amorphous silicon film 43a along the inner wall of the deep hole 42.

【0039】次に、図5に示すように、深孔42の内部
に残った上記アモルファスシリコン膜43aの表面をフ
ッ酸系の洗浄液でウェット洗浄した後、減圧雰囲気中で
アモルファスシリコン膜43aの表面にモノシラン(S
iH4 )を供給し、続いて基板1を熱処理してアモルフ
ァスシリコン膜43aを多結晶化すると共に、その表面
にシリコン粒を成長させる。これにより、表面が粗面化
された多結晶シリコン膜43が深孔42の内壁に沿って
形成される。この多結晶シリコン膜43は、情報蓄積用
容量素子の下部電極として使用される。
Next, as shown in FIG. 5, after the surface of the amorphous silicon film 43a remaining inside the deep hole 42 is wet-cleaned with a hydrofluoric acid-based cleaning solution, the surface of the amorphous silicon film 43a is reduced in a reduced pressure atmosphere. Monosilane (S
iH 4 ) is supplied, and then the substrate 1 is heat-treated to polycrystallize the amorphous silicon film 43a and grow silicon grains on the surface thereof. Thus, a polycrystalline silicon film 43 having a roughened surface is formed along the inner wall of deep hole 42. This polycrystalline silicon film 43 is used as a lower electrode of an information storage capacitor.

【0040】容量増大のために下部電極に凹凸を形成す
る(粗面化する)方法には種々の方法が存在する。本実
施の形態では、凹凸(シリコン粒)の密度や大きさの制
御性の良さから前記した非晶質(アモルファス)シリコ
ンからの結晶粒成長の方法を採用する。この方法は、非
晶質シリコンが多結晶化する遷移温度領域での熱処理に
よりシリコン原子が移動して半球状の結晶粒を形成し、
この半球形状により表面に凹凸を形成する手段である。
これは非晶質シリコンに特有の現象であり、結晶化した
時点で自己整合的に凹凸の形成が終了するという特徴が
ある。このように、アモルファスシリコン膜からの結晶
化の過程でシリコン粒が成長されるため、多結晶シリコ
ン膜からシリコン粒が形成されることはなく、原理的に
出発材料は非晶質(アモルファスシリコン膜43a)で
あることが必要である。
There are various methods for forming irregularities (roughening) on the lower electrode to increase the capacitance. In the present embodiment, the above-described method of growing crystal grains from amorphous silicon is employed because of good controllability of the density and size of the irregularities (silicon grains). According to this method, silicon atoms move by heat treatment in a transition temperature region where amorphous silicon is polycrystallized to form hemispherical crystal grains,
This is a means for forming irregularities on the surface by this hemispherical shape.
This is a phenomenon peculiar to amorphous silicon, and is characterized in that the formation of the irregularities is completed in a self-aligned manner at the time of crystallization. As described above, since silicon grains are grown during the crystallization process from the amorphous silicon film, no silicon grains are formed from the polycrystalline silicon film, and the starting material is in principle amorphous (amorphous silicon film). 43a).

【0041】また、シリコン粒の成長には出発材料(ア
モルファスシリコン膜43a)に含有される不純物量が
影響する。すなわち、不純物は多結晶化を促進する要因
となるため、多くの不純物を含む場合には十分な大きさ
のシリコン粒が形成される前に結晶化が終了し、必要な
大きさのシリコン粒が成長できない。このため、出発材
料であるアモルファスシリコン膜43aに含有される不
純物は2×1020atoms/cm-3以下にすることが好まし
い。このようにアモルファスシリコン膜43a中の不純
物濃度を少なく抑制することにより、シリコン粒を十分
な大きさに成長できる。
The amount of impurities contained in the starting material (amorphous silicon film 43a) affects the growth of silicon grains. That is, since impurities are a factor that promotes polycrystallization, when many impurities are contained, crystallization ends before silicon grains of a sufficient size are formed, and silicon grains of a required size are formed. I can't grow. For this reason, it is preferable that the impurity contained in the amorphous silicon film 43a as the starting material be 2 × 10 20 atoms / cm −3 or less. Thus, by suppressing the impurity concentration in the amorphous silicon film 43a to a small value, silicon grains can be grown to a sufficient size.

【0042】また、前記の通り、アモルファスシリコン
膜43a中に含まれる不純物量を抑制する結果、多結晶
シリコン膜43内の不純物量が少なくなり、下部電極で
ある多結晶シリコン膜43のキャパシタ絶縁膜との界面
に空乏領域が形成される空乏化の問題が生じる可能性が
ある。これを抑制するために、結晶化後(多結晶シリコ
ン膜43の形成後)にたとえばフォスフィン等不純物を
含有するガス雰囲気で多結晶シリコン膜43を熱処理す
る気相ドープを適用できる。これにより多結晶シリコン
膜43の表面に不純物を高密度にドープすることができ
る。このような気相ドープを施すことにより、多結晶シ
リコン膜43内の不純物量を増加し、空乏化の問題を回
避できる。
As described above, as a result of suppressing the amount of impurities contained in the amorphous silicon film 43a, the amount of impurities in the polycrystalline silicon film 43 is reduced, and the capacitor insulating film of the polycrystalline silicon film 43 as the lower electrode is formed. There is a possibility that a depletion problem in which a depletion region is formed at the interface with the semiconductor may occur. In order to suppress this, after the crystallization (after the formation of the polycrystalline silicon film 43), for example, vapor-phase doping that heat-treats the polycrystalline silicon film 43 in a gas atmosphere containing impurities such as phosphine can be applied. As a result, the surface of the polycrystalline silicon film 43 can be doped with impurities at a high density. By performing such gas phase doping, the amount of impurities in the polycrystalline silicon film 43 can be increased, and the problem of depletion can be avoided.

【0043】次に、図6に示すように、深孔42の内部
を含むシリコン酸化膜41上にキャパシタ絶縁膜44を
形成する。キャパシタ絶縁膜44の形成は、以下のよう
に行う。図7を用いて詳しく説明する。図7(a)〜
(d)は、図6におけるA部を拡大した断面図である。
なお、図7(a)〜(d)においては、粒状シリコンの
形状は省略している。
Next, as shown in FIG. 6, a capacitor insulating film 44 is formed on the silicon oxide film 41 including the inside of the deep hole 42. The formation of the capacitor insulating film 44 is performed as follows. This will be described in detail with reference to FIG. FIG.
FIG. 7D is an enlarged sectional view of a portion A in FIG. 6.
In FIGS. 7A to 7D, the shape of the granular silicon is omitted.

【0044】まず、図7(a)に示すように、多結晶シ
リコン膜43上にシリコン窒化膜44aを形成する。シ
リコン窒化膜44aは、たとえばアンモニア(NH3
雰囲気中での熱処理による熱窒化により形成する。シリ
コン窒化膜44aの膜厚はたとえば1.5nmとする。
First, as shown in FIG. 7A, a silicon nitride film 44a is formed on a polycrystalline silicon film 43. The silicon nitride film 44a is made of, for example, ammonia (NH 3 ).
It is formed by thermal nitridation by heat treatment in an atmosphere. The thickness of the silicon nitride film 44a is, for example, 1.5 nm.

【0045】このシリコン窒化膜44aの形成は、前記
多結晶シリコン膜43への不純物の気相ドープ工程から
大気雰囲気を介することなく連続的に行う。これによ
り、不純物の気相ドープを実効ならしめることができ
る。すなわち、仮に気相ドープ後に基板を大気解放すれ
ば、多結晶シリコン膜43表面に自然酸化膜(シリコン
酸化膜)が形成される。このような自然酸化膜はキャパ
シタ絶縁膜44の実効膜厚を増大させるため好ましくな
く、フッ酸等によりエッチングする必要がある。しか
し、この段階でフッ酸等によるエッチングを施せば、気
相ドープされた多結晶シリコン膜43の表面部分も同時
にエッチングされ、ドーピングされた不純物も同時にエ
ッチングされて除去されてしまい、気相ドープの効果が
減殺される。しかし、真空破壊することなく、すなわち
大気雰囲気に解放することなく連続的にシリコン窒化膜
44aを形成する本実施の形態によれば、このような気
相ドープの効果の減殺はない。なお、シリコン窒化膜4
4aはCVD法による膜堆積により形成しても良い。
The formation of the silicon nitride film 44a is performed continuously from the step of doping impurities in the polycrystalline silicon film 43 in the vapor phase without passing through the atmosphere. As a result, vapor-phase doping of impurities can be performed effectively. That is, if the substrate is exposed to the atmosphere after the gas phase doping, a natural oxide film (silicon oxide film) is formed on the surface of the polycrystalline silicon film 43. Such a natural oxide film is not preferable because it increases the effective film thickness of the capacitor insulating film 44, and needs to be etched with hydrofluoric acid or the like. However, if etching with hydrofluoric acid or the like is performed at this stage, the surface portion of the vapor-doped polycrystalline silicon film 43 is also etched at the same time, and the doped impurities are also etched and removed at the same time. The effect is diminished. However, according to the present embodiment in which the silicon nitride film 44a is formed continuously without breaking in vacuum, that is, without releasing to the atmosphere, the effect of the gas-phase doping is not reduced. The silicon nitride film 4
4a may be formed by film deposition by the CVD method.

【0046】次に、シリコン窒化膜44a上にたとえば
3nmの膜厚の第1酸化タンタル膜44bを堆積する。
酸化タンタル膜44bの堆積は、たとえばペンタエトキ
シタンタルと酸素とを原料ガスとしたCVD法により形
成する。CVD法を用いることにより、ステップカバレ
ッジよく第1酸化タンタル膜44bが堆積できるが、本
実施の形態のようにアスペクト比が3以上の深孔42内
に均一に堆積することは困難である。そこで、本実施の
形態では、反応圧力を50Pa程度と低くし、また、反
応容器の壁面を加熱するホットウォール型のCVD装置
を用いる。また、基板温度を440℃程度と低くして第
1酸化タンタル膜44bを堆積する。
Next, a first tantalum oxide film 44b having a thickness of, for example, 3 nm is deposited on the silicon nitride film 44a.
The tantalum oxide film 44b is deposited, for example, by a CVD method using pentaethoxy tantalum and oxygen as source gases. By using the CVD method, the first tantalum oxide film 44b can be deposited with good step coverage, but it is difficult to deposit uniformly in the deep hole 42 having an aspect ratio of 3 or more as in this embodiment. Therefore, in this embodiment mode, a hot-wall type CVD apparatus in which the reaction pressure is reduced to about 50 Pa and the wall surface of the reaction vessel is heated is used. Further, the first tantalum oxide film 44b is deposited by lowering the substrate temperature to about 440 ° C.

【0047】このように反応圧力を低くすることにより
反応室内のガスの平均自由行程を長くし、ガス供給を促
進して深孔42の底部にもガスが行き渡るようにする。
深孔42底部にも原料ガスが供給されれば、深孔42底
部の膜厚と上部の膜厚を均一にする効果がある。
By lowering the reaction pressure in this manner, the mean free path of the gas in the reaction chamber is lengthened, and the gas supply is promoted so that the gas reaches the bottom of the deep hole 42.
If the raw material gas is also supplied to the bottom of the deep hole 42, there is an effect of making the film thickness of the bottom of the deep hole 42 and the film thickness of the upper portion uniform.

【0048】また、ホットウォール型のCVD装置を用
いて基板温度を440℃程度と低くすることにより、反
応ガス分子の基板表面における表面拡散を促進できる。
表面拡散の促進は第1酸化タンタル膜44bの一様性を
向上し、膜厚分布を均一にする効果がある。これらの効
果により、第1酸化タンタル膜44bの深孔42底部の
膜厚と、上部の膜厚を均一にすることができる。なお、
この段階での第1酸化タンタル膜44bは、低温で堆積
されることから非晶質で形成される。
By lowering the substrate temperature to about 440 ° C. using a hot-wall type CVD apparatus, the surface diffusion of the reactive gas molecules on the substrate surface can be promoted.
The promotion of surface diffusion has the effect of improving the uniformity of the first tantalum oxide film 44b and making the film thickness distribution uniform. By these effects, the thickness of the bottom portion of the deep hole 42 of the first tantalum oxide film 44b and the thickness of the top portion thereof can be made uniform. In addition,
At this stage, the first tantalum oxide film 44b is amorphous because it is deposited at a low temperature.

【0049】なお、ホットウォール型のCVD装置の壁
面温度は、基板温度よりも高くすることが好ましい。壁
面温度は、熱平衡状態ではガス温度であり、反応ガスの
温度が基板温度よりも高いことを意味する。基板温度よ
りも高い反応ガスは、基板表面に到達しても容易に基板
表面を離脱することができ、表面への吸着離脱を繰り返
し、現象論的には表面を泳動するように観察される。こ
のような現象はすなわち表面拡散の促進であり、被膜の
均一性向上に寄与する。なお、このような現象は、本発
明者らの検討によれば、酸化剤に酸素を用いた場合にみ
られる。
It is preferable that the wall surface temperature of the hot wall type CVD apparatus be higher than the substrate temperature. The wall surface temperature is a gas temperature in a thermal equilibrium state, which means that the temperature of the reaction gas is higher than the substrate temperature. The reaction gas having a temperature higher than the substrate temperature can easily desorb from the substrate surface even when it reaches the substrate surface, and is repeatedly adsorbed and desorbed on the surface, and is observed phenomenologically to migrate to the surface. Such a phenomenon is the promotion of surface diffusion, which contributes to the improvement of the uniformity of the coating. According to the study of the present inventors, such a phenomenon is observed when oxygen is used as the oxidizing agent.

【0050】次に、図7(b)に示すように、第1酸化
タンタル膜44bに熱処理を施し、第1酸化タンタル膜
44bを結晶化し、多結晶酸化タンタル膜44cを形成
する。熱処理は、たとえば酸素雰囲気中での800℃、
3分間の条件を例示できる。酸素雰囲気で熱処理するこ
とにより第1酸化タンタル膜44bを結晶化するととも
に、多結晶酸化タンタル膜44c中の酸素欠陥を回復し
て多結晶酸化タンタル膜44cのリーク電流を低減でき
る。
Next, as shown in FIG. 7B, the first tantalum oxide film 44b is subjected to a heat treatment, and the first tantalum oxide film 44b is crystallized to form a polycrystalline tantalum oxide film 44c. The heat treatment is performed, for example, at 800 ° C. in an oxygen atmosphere.
A condition for 3 minutes can be exemplified. By performing the heat treatment in an oxygen atmosphere, the first tantalum oxide film 44b is crystallized, and oxygen defects in the polycrystalline tantalum oxide film 44c can be recovered to reduce the leak current of the polycrystalline tantalum oxide film 44c.

【0051】この熱処理のとき、シリコン窒化膜44a
は、多結晶酸化タンタル膜44cを透過する酸素原子の
多結晶シリコン膜43表面への拡散を防止する拡散防止
膜あるいは酸化防止膜として機能する。これにより、多
結晶シリコン膜43表面での低誘電率なシリコン酸化膜
の形成を防止し、キャパシタ絶縁膜44の実効膜厚の増
大を防止できる。この熱処理の際に、シリコン窒化膜4
4aはシリコン酸窒化膜44dに変換される。シリコン
酸窒化膜44dの膜厚は3.0nmとなり、シリコン窒
化膜44aの1.5nmより厚くなる。
At the time of this heat treatment, the silicon nitride film 44a
Functions as a diffusion preventing film or an oxidation preventing film for preventing diffusion of oxygen atoms permeating the polycrystalline tantalum oxide film 44c to the surface of the polycrystalline silicon film 43. This prevents formation of a silicon oxide film having a low dielectric constant on the surface of the polycrystalline silicon film 43 and prevents an increase in the effective film thickness of the capacitor insulating film 44. During this heat treatment, the silicon nitride film 4
4a is converted to a silicon oxynitride film 44d. The thickness of the silicon oxynitride film 44d is 3.0 nm, which is larger than 1.5 nm of the silicon nitride film 44a.

【0052】なお、本熱処理工程では、酸素雰囲気での
熱処理を例示したが、酸素に限られず、酸化性雰囲気で
あれば良い。また、結晶化と酸化の処理を同時に行う例
を示したが、これらの処理を別々に行っても良い。すな
わち、窒素等の非酸化性雰囲気での熱処理により結晶化
した後、酸化性雰囲気における処理により酸素欠陥の回
復を図っても良い。また、結晶化処理の後、酸化処理を
行わず、次に説明する第2酸化タンタル膜の形成後にま
とめて酸化処理を施しても良い。
In the present heat treatment step, the heat treatment in an oxygen atmosphere has been described as an example. However, the heat treatment is not limited to oxygen, and may be an oxidizing atmosphere. In addition, the example in which the crystallization and the oxidation are performed simultaneously has been described. However, these processes may be performed separately. That is, after crystallization by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen, recovery of oxygen defects may be achieved by treatment in an oxidizing atmosphere. After the crystallization treatment, the oxidation treatment may not be performed, and the oxidation treatment may be collectively performed after the formation of the second tantalum oxide film described below.

【0053】次に、図7(c)に示すように、第1酸化
タンタル膜44bの場合と同様の条件で、第2酸化タン
タル膜44eを形成する。すなわち、第2酸化タンタル
膜44eを、ホットウォール型CVD装置を用いて低圧
力で、かつ、基板温度を低くして形成する。第2酸化タ
ンタル膜44eの膜厚はたとえば4nmとする。第1酸
化タンタル膜44bと第2酸化タンタル膜44eとを併
せてその膜厚は7nmとなるようにする。なおここで膜
厚は、深孔42の上部あるいはシリコン酸化膜41の上
面部分での膜厚をいう。前記した第1酸化タンタル膜4
4bと同様に、ホットウォール型CVD装置を用いて第
2酸化タンタル膜44eを形成するため、第2酸化タン
タル膜44eは、深孔42の底部あるいは上部において
も均一に形成される。
Next, as shown in FIG. 7C, a second tantalum oxide film 44e is formed under the same conditions as those for the first tantalum oxide film 44b. That is, the second tantalum oxide film 44e is formed using a hot wall type CVD apparatus at a low pressure and at a low substrate temperature. The thickness of the second tantalum oxide film 44e is, for example, 4 nm. The total thickness of the first tantalum oxide film 44b and the second tantalum oxide film 44e is set to 7 nm. Here, the film thickness refers to the film thickness above the deep hole 42 or the upper surface of the silicon oxide film 41. The above-mentioned first tantalum oxide film 4
Similarly to 4b, since the second tantalum oxide film 44e is formed using the hot wall type CVD apparatus, the second tantalum oxide film 44e is formed even at the bottom or the top of the deep hole 42.

【0054】第2酸化タンタル膜44eは、この段階で
結晶化の熱処理を施していないにも関わらず、すでに結
晶化した状態で成膜される。すなわち、第2酸化タンタ
ル膜44eの下地である多結晶酸化タンタル膜44cは
多結晶状態であるため、これが結晶核となり、一種のエ
ピタキシャル成長が生ずる。このため、第2酸化タンタ
ル膜44eは低温(約440℃)で形成されているにも
関わらず、多結晶薄膜として形成される。
The second tantalum oxide film 44e is formed in a state where it has already been crystallized, although the crystallization heat treatment is not performed at this stage. That is, since the polycrystalline tantalum oxide film 44c, which is the base of the second tantalum oxide film 44e, is in a polycrystalline state, it becomes a crystal nucleus and a kind of epitaxial growth occurs. Therefore, the second tantalum oxide film 44e is formed as a polycrystalline thin film, despite being formed at a low temperature (about 440 ° C.).

【0055】なお、第2酸化タンタル膜44eは多結晶
状態で形成されるため、アズデポ状態でキャパシタ絶縁
膜を構成しても実用上問題の無いレベルのリーク電流が
実現できる。しかし、第2酸化タンタル膜44eには酸
素欠陥が存在し、より確実にリーク電流を抑制するには
酸素欠陥回復のための酸化熱処理を施すことが好まし
い。この熱処理の条件として、酸素雰囲気における80
0℃、2分間の条件を例示できる。酸素雰囲気に限らず
酸化性雰囲気であれば良いことは前記と同様である。
Since the second tantalum oxide film 44e is formed in a polycrystalline state, even if the capacitor insulating film is formed in an as-deposited state, a leak current at a level that does not cause any practical problem can be realized. However, oxygen vacancies exist in the second tantalum oxide film 44e, and it is preferable to perform an oxidizing heat treatment for recovering the oxygen vacancies in order to more reliably suppress the leak current. The conditions of this heat treatment are as follows:
A condition at 0 ° C. for 2 minutes can be exemplified. It is the same as described above that an oxidizing atmosphere may be used instead of the oxygen atmosphere.

【0056】このようにして上層(第2酸化タンタル膜
44e)および下層(多結晶酸化タンタル膜44c)の
2層構成を有する多結晶酸化タンタル膜とシリコン酸窒
化膜44dとからなるキャパシタ絶縁膜44が形成され
る。
Thus, the capacitor insulating film 44 composed of the polycrystalline tantalum oxide film having the two-layer structure of the upper layer (second tantalum oxide film 44e) and the lower layer (polycrystalline tantalum oxide film 44c) and the silicon oxynitride film 44d Is formed.

【0057】このようにして形成された多結晶酸化タン
タル膜は、前記した条件でホットウォールCVD装置に
より形成されるため、深孔42の上部あるいは底部での
膜厚が均一に形成され、その膜厚は7nm〜4nmの範
囲で形成される。すなわち、最も膜厚の厚くなる深孔4
2の上部でその膜厚は7nm以下であり、深孔42の底
部では4nm以上の膜厚で形成される。また、このよう
にして形成された2層構成の多結晶酸化タンタル膜の膜
厚は、深孔42のいずれの領域でもその膜厚分布は20
%以内で形成される。このように多結晶酸化タンタル膜
が均一に形成されることにより、DRAMの容量値を大
きくし、また信頼性を高くできる。
Since the polycrystalline tantalum oxide film thus formed is formed by the hot wall CVD apparatus under the above-mentioned conditions, the film thickness at the top or bottom of the deep hole 42 is formed uniformly. The thickness is formed in the range of 7 nm to 4 nm. That is, the deep hole 4 having the largest film thickness
The upper portion 2 has a thickness of 7 nm or less, and the bottom portion of the deep hole 42 has a thickness of 4 nm or more. The thickness of the two-layered polycrystalline tantalum oxide film formed in this manner has a thickness distribution of 20 in any region of the deep hole 42.
% Is formed. By uniformly forming the polycrystalline tantalum oxide film in this manner, the capacitance value of the DRAM can be increased and the reliability can be increased.

【0058】また、多結晶酸化タンタル膜を2層構成に
することにより、リーク電流を低減できる。すなわち、
リーク電流の経路となる粒界が上層(第2酸化タンタル
膜44e)あるいは下層(多結晶酸化タンタル膜44
c)で互いに分断されるため、粒界が多結晶酸化タンタ
ル膜を貫通することがない。このため、粒界に起因する
リーク電流を小さく抑制できる。
Further, by forming the polycrystalline tantalum oxide film into a two-layer structure, the leakage current can be reduced. That is,
The grain boundary that serves as a path for the leakage current may be an upper layer (second tantalum oxide film 44e) or a lower layer (polycrystalline tantalum oxide film 44e).
Since they are separated from each other in c), the grain boundaries do not penetrate the polycrystalline tantalum oxide film. For this reason, the leakage current caused by the grain boundary can be suppressed to a small value.

【0059】なお、下層(多結晶酸化タンタル膜44
c)の膜厚は上層(第2酸化タンタル膜44e)の膜厚
より薄く構成される。このように下層を薄くすることに
より、トータルの熱負荷を低減できる。すなわち、下層
となる第1酸化タンタル膜44bはアズデポ状態では非
晶質であるため、これを結晶化する熱処理が必要である
が、上層となる第2酸化タンタル膜44eはアズデポ状
態で多結晶である。このため第2酸化タンタル膜44e
を結晶化するための熱処理は不要である。この分だけ熱
処理負荷を低減できる。そして、第1酸化タンタル膜4
4bの結晶化熱処理の負荷は第1酸化タンタル膜44b
の膜厚が薄いほど低減できる。従って、本実施の形態の
ように下層が薄く構成されている場合には、トータルの
熱処理負荷を低減できる。下層が薄くても、上層を成膜
する際に下層が結晶化されていればよく、トータルの多
結晶酸化タンタル膜厚は、上層の第2酸化タンタル膜4
4eで稼ぐことができる。なお、下層の第1酸化タンタ
ル膜44b(多結晶酸化タンタル膜44c)は、完全な
膜である必要はない。第1酸化タンタル膜44b(多結
晶酸化タンタル膜44c)が膜ではなく、アイランド状
に形成されていても、トータルの多結晶酸化タンタル膜
厚は、上層の第2酸化タンタル膜44eで維持でき、ま
た、第1酸化タンタル膜44b(多結晶酸化タンタル膜
44c)がアイランド状に形成されていても、第2酸化
タンタル膜44eの堆積の際にはアイランド状の多結晶
酸化タンタル膜44cが結晶核として機能するため、第
2酸化タンタル膜44eはアズデポ状態で結晶化して形
成されるためである。
The lower layer (polycrystalline tantalum oxide film 44)
The thickness of c) is smaller than the thickness of the upper layer (second tantalum oxide film 44e). By thus making the lower layer thin, the total heat load can be reduced. That is, since the lower first tantalum oxide film 44b is amorphous in the as-deposited state, a heat treatment for crystallizing it is necessary. However, the upper second tantalum oxide film 44e is polycrystalline in the as-deposited state. is there. Therefore, the second tantalum oxide film 44e
No heat treatment for crystallizing is required. The heat treatment load can be reduced by this amount. Then, the first tantalum oxide film 4
The load of the crystallization heat treatment of 4b is the first tantalum oxide film 44b.
Can be reduced as the film thickness is smaller. Therefore, when the lower layer is configured to be thin as in the present embodiment, the total heat treatment load can be reduced. Even if the lower layer is thin, it is sufficient that the lower layer is crystallized when forming the upper layer, and the total polycrystalline tantalum oxide film thickness is
You can earn 4e. Note that the lower first tantalum oxide film 44b (polycrystalline tantalum oxide film 44c) does not need to be a complete film. Even if the first tantalum oxide film 44b (polycrystalline tantalum oxide film 44c) is formed not in a film but in an island shape, the total polycrystalline tantalum oxide film thickness can be maintained by the upper second tantalum oxide film 44e, Even if the first tantalum oxide film 44b (polycrystalline tantalum oxide film 44c) is formed in an island shape, the island-shaped polycrystalline tantalum oxide film 44c becomes a crystal nucleus during the deposition of the second tantalum oxide film 44e. This is because the second tantalum oxide film 44e is formed by crystallization in an as-deposited state.

【0060】図8は、前記した方法で形成された下部電
極(多結晶シリコン膜43)およびキャパシタ絶縁膜4
4を透過電子顕微鏡(TEM)で観察した結果の模式断
面図である。図8に示すように、粒状シリコン(凹凸)
の表面を含む全て領域にわたって、多結晶シリコン膜4
3(下部電極)上にシリコン酸窒化膜44d、多結晶酸
化タンタル膜44c(下層)および第2酸化タンタル膜
44e(上層)が一様(均一)な膜厚で形成されている
ことがわかる。このような断面TEM観察において、多
結晶酸化タンタル膜44c(下層)および第2酸化タン
タル膜44e(上層)の膜厚は、深孔42の底部に位置
する領域では5.5nmであり、深孔42の上部に位置
する領域では6.5nmであった。また、深孔42の全
領域において、膜厚は7〜4nmの範囲内に収まってい
た。
FIG. 8 shows the lower electrode (polycrystalline silicon film 43) and capacitor insulating film 4 formed by the method described above.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the result of observing No. 4 with a transmission electron microscope (TEM). As shown in FIG. 8, granular silicon (unevenness)
Over the entire region including the surface of the polysilicon film 4
It can be seen that a silicon oxynitride film 44d, a polycrystalline tantalum oxide film 44c (lower layer), and a second tantalum oxide film 44e (upper layer) are formed on 3 (lower electrode) with a uniform (uniform) film thickness. In such a cross-sectional TEM observation, the thickness of the polycrystalline tantalum oxide film 44c (lower layer) and the thickness of the second tantalum oxide film 44e (upper layer) are 5.5 nm in the region located at the bottom of the deep hole 42. It was 6.5 nm in the region located above 42. Further, in the entire region of the deep hole 42, the film thickness was within the range of 7 to 4 nm.

【0061】次に、図7(d)に示すように、第2酸化
タンタル膜44e(キャパシタ絶縁膜44)上に、たと
えばCVD法とスパッタリング法とを併用してTiN膜
45を堆積する。その後、フォトレジスト膜(図示せ
ず)をマスクにしてTiN膜45とキャパシタ絶縁膜4
4とをドライエッチングすることにより、TiN膜45
からなる上部電極、キャパシタ絶縁膜44および多結晶
シリコン膜43からなる下部電極で構成される情報蓄積
用容量素子Cを形成する(図9)。ここまでの工程によ
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とからなるDRAMの
メモリセルが完成する。
Next, as shown in FIG. 7D, a TiN film 45 is deposited on the second tantalum oxide film 44e (capacitor insulating film 44) by using, for example, a CVD method and a sputtering method. Thereafter, using a photoresist film (not shown) as a mask, the TiN film 45 and the capacitor insulating film 4 are formed.
4 is dry-etched to form a TiN film 45.
An information storage capacitance element C composed of an upper electrode made of, a capacitor insulating film 44 and a lower electrode made of a polycrystalline silicon film 43 is formed (FIG. 9). Through the steps so far, a DRAM memory cell including the memory cell selecting MISFET Qs and the information storage capacitor C connected in series thereto is completed.

【0062】次に、図10に示すように、情報蓄積用容
量素子Cの上部に以下のような方法で第2層のAl配線
を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, a second layer Al wiring is formed on the information storage capacitor C by the following method.

【0063】まず、情報蓄積用容量素子Cの上部にたと
えばCVD法でシリコン酸化膜50を堆積し、フォトレ
ジスト膜(図示せず)をマスクにして周辺回路領域の第
1層配線30、33の上部のシリコン酸化膜50、4
1、シリコン窒化膜40およびシリコン酸化膜34をド
ライエッチングすることによってスルーホール51、5
2を形成する。その後、スルーホール51、52の内部
にプラグ53を形成する。プラグ53は、例えばシリコ
ン酸化膜50の上部にスパッタリング法でTiN膜を堆
積し、さらにその上部にCVD法で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51、52
の内部に残すことにより形成する。
First, a silicon oxide film 50 is deposited on the information storage capacitive element C by, for example, the CVD method, and the first layer wirings 30 and 33 in the peripheral circuit region are formed using a photoresist film (not shown) as a mask. Upper silicon oxide film 50, 4
1. Through-holes 51, 5 are formed by dry-etching silicon nitride film 40 and silicon oxide film 34.
Form 2 After that, a plug 53 is formed inside the through holes 51 and 52. The plug 53 is formed, for example, by depositing a TiN film on the silicon oxide film 50 by a sputtering method and further depositing a W film on the TiN film by a CVD method.
These films are etched back to form through holes 51 and 52.
It is formed by leaving inside.

【0064】次に、シリコン酸化膜50の上部に第2層
目の配線54〜56を形成する。配線54〜56は、例
えばシリコン酸化膜50の上部にスパッタリング法でT
iN膜、Al(アルミニウム)合金膜およびTi膜を堆
積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにし
てこれらの膜をドライエッチングすることにより形成す
る。
Next, second layer wirings 54 to 56 are formed on the silicon oxide film 50. The wirings 54 to 56 are formed on the silicon oxide film 50 by sputtering, for example.
After depositing an iN film, an Al (aluminum) alloy film and a Ti film, these films are formed by dry etching using a photoresist film (not shown) as a mask.

【0065】この後、同様にして第3層の配線、さらに
上層の配線、およびパッシベーション膜等を形成できる
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DRAMが略完成する。
Thereafter, a third-layer wiring, a further upper-layer wiring, a passivation film, and the like can be formed in the same manner, but illustration thereof is omitted. Through the above steps, the DRAM of the present embodiment is substantially completed.

【0066】図11および図12は、本実施の形態で形
成したキャパシタ(情報蓄積用容量素子C)の特性を評
価したグラフである。特性評価は8000ビット分のキ
ャパシタを並列接続した状態のキャパシタ群において下
部電極を接地し上部電極に電圧を印加して上下電極間に
流れるリーク電流を検出した。各グラフにおいてリーク
電流は1ビットあたりの電流値に換算している。
FIGS. 11 and 12 are graphs for evaluating the characteristics of the capacitor (information storage capacitance element C) formed in the present embodiment. In the evaluation of characteristics, in a group of capacitors in which 8000 bits of capacitors were connected in parallel, the lower electrode was grounded, a voltage was applied to the upper electrode, and a leak current flowing between the upper and lower electrodes was detected. In each graph, the leak current is converted into a current value per bit.

【0067】図11は、典型的なリーク電流特性を示
す。横軸は上部電極への印加電圧を、縦軸は1ビットあ
たりのリーク電流値を示す。DRAMにおいて重要な特
性パラメータに情報保持時間がある。この情報保持時間
を長くするにはリーク電流が限りなく小さいことが好ま
しい。しかし、実際にはリーク電流をゼロにすることは
できないので、その良否を判断する指標としてたとえば
1V印加時のリーク電流値が1fAを越えているか否か
の基準を採用できる。図11において本実施の形態のD
RAMでは1fAを越えておらず、良好な特性と判断で
きる。
FIG. 11 shows typical leakage current characteristics. The horizontal axis shows the voltage applied to the upper electrode, and the vertical axis shows the leak current value per bit. An important characteristic parameter in a DRAM is information retention time. In order to lengthen the information holding time, it is preferable that the leak current is as small as possible. However, since the leak current cannot be actually reduced to zero, for example, a criterion for determining whether or not the leak current value when 1 V is applied exceeds 1 fA can be adopted as an index for judging the quality. Referring to FIG.
The RAM does not exceed 1 fA, and it can be determined that the characteristics are good.

【0068】図12は、リーク電流とキャパシタの容量
値の酸化タンタル膜厚依存性を示したグラフである。キ
ャパシタの容量値は、シリコン酸化膜に換算した実効膜
厚で示している。左縦軸は、1V印加したときのリーク
電流値(図11におけるポイントAに相当する電流値)
を、右縦軸は1ビットあたりに得られる容量から求めた
実効膜厚を示す。実効膜厚が小さいほど容量は大きいこ
とを示している。
FIG. 12 is a graph showing the dependence of the leakage current and the capacitance value of the capacitor on the thickness of the tantalum oxide film. The capacitance value of the capacitor is represented by an effective film thickness converted into a silicon oxide film. The left vertical axis shows the leak current value when 1 V is applied (current value corresponding to point A in FIG. 11).
The right vertical axis indicates the effective film thickness obtained from the capacitance obtained per bit. The smaller the effective film thickness, the larger the capacity.

【0069】図12に示すように、リーク電流は酸化タ
ンタル膜(多結晶酸化タンタル膜44cおよび第2酸化
タンタル膜44e)の膜厚が薄くなるに従い急激に増加
する。膜厚が4nmを下回るあたりから1fA以下のリ
ーク電流値を確保することが困難になる。これは、膜厚
が4nmを下回るあたりから膜の連続性が失われはじ
め、さらに薄くなるとアイランド状(島状)にしか酸化
タンタル膜が形成されなくなると考えられ、これに起因
してリーク電流が増大すると思われる。
As shown in FIG. 12, the leak current sharply increases as the thickness of the tantalum oxide film (polycrystalline tantalum oxide film 44c and second tantalum oxide film 44e) decreases. It becomes difficult to secure a leak current value of 1 fA or less when the film thickness is less than 4 nm. This is thought to be because the continuity of the film starts to be lost around the time when the film thickness is less than 4 nm, and when the film thickness is further reduced, the tantalum oxide film is formed only in an island shape (island shape), and as a result, a leakage current is reduced. Seems to increase.

【0070】一方、実効膜厚は、リーク電流とは逆の傾
向を示し、膜厚が7nmを上回るあたりから急激に厚く
なる。つまり容量値は低下する。これは、容量値が絶縁
膜の誘電率とキャパシタ電極の面積に比例し、絶縁膜の
厚さ(電極間隔)に反比例する物理の当然の結論であ
る。
On the other hand, the effective film thickness shows a tendency opposite to that of the leak current, and rapidly increases when the film thickness exceeds about 7 nm. That is, the capacitance value decreases. This is a natural conclusion of physics in which the capacitance value is proportional to the dielectric constant of the insulating film and the area of the capacitor electrode, and is inversely proportional to the thickness of the insulating film (electrode spacing).

【0071】すなわち、本実施の形態のように酸化タン
タル膜をキャパシタ絶縁膜に用いる場合、リーク電流の
低減とより大きな容量値の確保とを両立するには、酸化
タンタル膜(多結晶酸化タンタル膜44cおよび第2酸
化タンタル膜44e)の膜厚を4nm〜7nmに制御す
ることが効果的であり、本実施の形態のDRAMでは、
これが実現できている。
In other words, when a tantalum oxide film is used as a capacitor insulating film as in the present embodiment, it is necessary to reduce the leakage current and to secure a larger capacitance value. It is effective to control the thickness of the second tantalum oxide film 44e) to 4 nm to 7 nm, and in the DRAM of the present embodiment,
This has been achieved.

【0072】以上、本発明者によってなされた発明を実
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いうまでもない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say,

【0073】すなわち、前記実施の形態では、下部電極
として多結晶シリコン膜43を例示したが、金属膜ある
いは金属化合物膜でも良い。
That is, in the above embodiment, the polycrystalline silicon film 43 is exemplified as the lower electrode, but a metal film or a metal compound film may be used.

【0074】たとえば、図13に示すように、深孔42
の内面に沿うようにルテニウム(Ru)膜60を形成し
下部電極としても良い。この場合、プラグ39とルテニ
ウム膜60との間にバリアメタル61を形成することが
好ましい。また、ルテニウム膜60を下部電極に用いる
場合は、図14に示すように、シリコン窒化膜44aを
設けなくても良い。つまり、ルテニウム膜60上に直接
第1酸化タンタル膜44bを堆積し(図14(a))、
第1酸化タンタル膜44bを結晶化して多結晶酸化タン
タル膜44cとし(図14(b))、さらに、第2酸化
タンタル膜44eを形成する(図14(c))。その
後、TiN膜45を形成する(図14(d))。この場
合、第1酸化タンタル膜44bの結晶化および酸化改質
処理の際に、ルテニウム膜60が酸化されることとなる
が、ルテニウムの酸化物である酸化ルテニウム(Ru
O)は導電性であり、酸化ルテニウムが形成されてもキ
ャパシタ絶縁膜44の実効膜厚が増大することはない。
よって、下部電極表面の酸化を防止するためのシリコン
窒化膜は必要でない。なお、この酸化処理の際に、バリ
アメタル61がプラグ39の酸化防止膜として機能す
る。
For example, as shown in FIG.
A ruthenium (Ru) film 60 may be formed along the inner surface of the substrate to form a lower electrode. In this case, it is preferable to form a barrier metal 61 between the plug 39 and the ruthenium film 60. When the ruthenium film 60 is used for the lower electrode, the silicon nitride film 44a may not be provided as shown in FIG. That is, the first tantalum oxide film 44b is directly deposited on the ruthenium film 60 (FIG. 14A),
The first tantalum oxide film 44b is crystallized to form a polycrystalline tantalum oxide film 44c (FIG. 14B), and a second tantalum oxide film 44e is formed (FIG. 14C). After that, a TiN film 45 is formed (FIG. 14D). In this case, the ruthenium film 60 is oxidized during the crystallization and oxidation reforming of the first tantalum oxide film 44b, but the ruthenium oxide (Ru) which is an oxide of ruthenium is used.
O) is conductive, and the effective film thickness of the capacitor insulating film 44 does not increase even if ruthenium oxide is formed.
Therefore, a silicon nitride film for preventing oxidation of the lower electrode surface is not required. In this oxidation process, the barrier metal 61 functions as an oxidation prevention film for the plug 39.

【0075】また、図15に示すように、深孔42の内
面に沿うように窒化チタン膜62を形成し下部電極とし
ても良い。窒化チタン膜62を下部電極に用いる場合
は、図16に示すように、シリコン窒化膜44aを設け
ることが好ましい。つまり、窒化チタン膜62上にシリ
コン窒化膜44aを形成し、シリコン窒化膜44a上に
第1酸化タンタル膜44bを堆積する(図16
(a))、第1酸化タンタル膜44bを結晶化して多結
晶酸化タンタル膜44cとするとともに、シリコン窒化
膜44aをシリコン酸窒化膜44dに変換する(図16
(b))。その後、第2酸化タンタル膜44eを形成す
る(図16(c))。さらに、TiN膜45を形成する
(図16(d))。第1酸化タンタル膜44bの結晶化
および酸化改質処理の際に、窒化チタン膜62が酸化さ
れると、誘電率の低い酸化チタンが形成され、好ましく
ない。しかし、ここではシリコン窒化膜44aが形成さ
れており、窒化チタン膜62が酸化されることはない。
As shown in FIG. 15, a titanium nitride film 62 may be formed along the inner surface of the deep hole 42 to form a lower electrode. When the titanium nitride film 62 is used for the lower electrode, it is preferable to provide a silicon nitride film 44a as shown in FIG. That is, a silicon nitride film 44a is formed on the titanium nitride film 62, and a first tantalum oxide film 44b is deposited on the silicon nitride film 44a (FIG. 16).
(A)), the first tantalum oxide film 44b is crystallized into a polycrystalline tantalum oxide film 44c, and the silicon nitride film 44a is converted into a silicon oxynitride film 44d (FIG. 16).
(B)). Thereafter, a second tantalum oxide film 44e is formed (FIG. 16C). Further, a TiN film 45 is formed (FIG. 16D). If the titanium nitride film 62 is oxidized during the crystallization and oxidation reforming of the first tantalum oxide film 44b, titanium oxide having a low dielectric constant is formed, which is not preferable. However, here, the silicon nitride film 44a is formed, and the titanium nitride film 62 is not oxidized.

【0076】また、前記実施の形態では、キャパシタ絶
縁膜44として、酸化タンタル膜を含む場合を説明した
が、酸化タンタル膜に限られず、高誘電率の金属酸化物
膜が適用できる。たとえば、PZT、PLT、PLZ
T、PbTiO3 、SrTiO3 、BaTiO3 、BS
T、SBTなど、ペロブスカイト型または複合ペロブス
カイト型の結晶構造を有する高誘電体または強誘電体で
ある。これら金属酸化物膜をCVD法により堆積する場
合、酸化タンタルと同様に有機ソースを用いる。本実施
の形態の製造方法を適用すれば、同様に膜厚分布を均一
にすることができる。
In the above embodiment, the case where the capacitor insulating film 44 includes a tantalum oxide film has been described. However, the invention is not limited to the tantalum oxide film, and a metal oxide film having a high dielectric constant can be applied. For example, PZT, PLT, PLZ
T, PbTiO 3 , SrTiO 3 , BaTiO 3 , BS
It is a high dielectric or ferroelectric substance having a perovskite-type or composite perovskite-type crystal structure such as T or SBT. When these metal oxide films are deposited by the CVD method, an organic source is used similarly to tantalum oxide. When the manufacturing method of the present embodiment is applied, the film thickness distribution can be similarly made uniform.

【0077】また、前記実施の形態では、酸化タンタル
膜のCVD法による堆積の際に、酸化剤として酸素を用
い、基板温度を低くし、ホットウォール型装置を用いる
例を示したが、酸化剤として酸化二窒素(N2 O)を用
い、基板温度が前記CVD装置の壁面温度より高い条件
で酸化タンタル膜を堆積することもできる。この場合、
酸化剤として酸素を用いる場合とは相違し、N2 Oを酸
化剤として用いることにより、ペンタエトキシタンタル
との反応温度を600℃程度にまで高めることが可能と
なり、その結果基板温度を高くして成膜することがで
き、基板に付着したクラスタ、活性分子等膜形成の前駆
体を、基板の熱エネルギーにより離脱あるいは表面泳動
させることができる。このような状況は表面拡散を促進
させる効果を生じ、被膜の膜厚均一性を良好にすること
ができる。これにより、実施の形態と同様の効果が得ら
れる。
Further, in the above-described embodiment, an example has been described in which, when the tantalum oxide film is deposited by the CVD method, oxygen is used as an oxidizing agent, the substrate temperature is lowered, and a hot wall type device is used. As an example, dinitrogen oxide (N 2 O) may be used, and the tantalum oxide film may be deposited under the condition that the substrate temperature is higher than the wall surface temperature of the CVD apparatus. in this case,
Unlike the case where oxygen is used as the oxidizing agent, by using N 2 O as the oxidizing agent, the reaction temperature with pentaethoxy tantalum can be increased to about 600 ° C., and as a result, the substrate temperature can be increased. A film can be formed, and a precursor of film formation such as a cluster and an active molecule attached to the substrate can be separated or subjected to surface migration by thermal energy of the substrate. Such a situation has the effect of promoting surface diffusion, and can improve the uniformity of the film thickness. Thereby, the same effect as in the embodiment can be obtained.

【0078】また、前記実施の形態では、DRAMに適
用した場合について説明したが、これに限定されるもの
ではなく、0.25μm 以下のデザインルールで製造さ
れるLSIの絶縁膜形成方法として広く適用することが
できる。
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a DRAM has been described. However, the present invention is not limited to this, and is widely applied as a method of forming an insulating film of an LSI manufactured with a design rule of 0.25 μm or less. can do.

【0079】[0079]

【発明の効果】本願によっ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、
以下の通りである。
Advantageous effects obtained by typical ones of the inventions disclosed by the present application will be briefly described as follows.
It is as follows.

【0080】(1)アスペクト比がたとえば3以上と高
い深孔内においても、均一性の高いキャパシタ絶縁膜を
形成できる。
(1) A highly uniform capacitor insulating film can be formed even in a deep hole having an aspect ratio as high as 3 or more.

【0081】(2)表面に凹凸が形成された下部電極を
深孔内に形成した場合であっても、均一性の高いキャパ
シタ絶縁膜を形成できる。
(2) Even when the lower electrode having the irregularities formed on the surface is formed in the deep hole, a highly uniform capacitor insulating film can be formed.

【0082】(3)キャパシタの容量値確保が容易であ
り、また、信頼度が高く、低消費電力化に有利なDRA
Mを構成できる。
(3) The DRA which is easy to secure the capacitance value of the capacitor, has high reliability, and is advantageous for low power consumption
M can be configured.

【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の製造方
法を工程順に示した断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a method of manufacturing a DRAM according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】実施の形態のDRAMの製造方法を工程順に示
した断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図3】実施の形態のDRAMの製造方法を工程順に示
した断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

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

【図5】実施の形態のDRAMの製造方法を工程順に示
した断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

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

【図7】(a)〜(d)は、図6のA部を拡大して示し
た一部断面図である。
FIGS. 7A to 7D are partial cross-sectional views showing an enlarged part A of FIG. 6;

【図8】本実施の形態の下部電極およびキャパシタ絶縁
膜を透過電子顕微鏡で観察した結果の模式断面図であ
る。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a result obtained by observing a lower electrode and a capacitor insulating film of the present embodiment with a transmission electron microscope.

【図9】実施の形態のDRAMの製造方法を工程順に示
した断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図10】実施の形態のDRAMの製造方法を工程順に
示した断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the DRAM of the embodiment in the order of steps;

【図11】実施の形態で形成したキャパシタ(情報蓄積
用容量素子C)の特性を評価したグラフである。
FIG. 11 is a graph showing an evaluation of characteristics of a capacitor (information storage capacitor C) formed in the embodiment.

【図12】実施の形態で形成したキャパシタ(情報蓄積
用容量素子C)の特性を評価したグラフである。
FIG. 12 is a graph showing an evaluation of characteristics of a capacitor (information storage capacitor C) formed in the embodiment.

【図13】実施の形態のDRAMの他の例を示す一部断
面図である。
FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing another example of the DRAM of the embodiment;

【図14】(a)〜(d)は、実施の形態のDRAMの
他の例の製造方法を示す一部断面図である。
14A to 14D are partial cross-sectional views illustrating a method of manufacturing another example of the DRAM of the embodiment;

【図15】実施の形態のDRAMのさらに他の例を示す
一部断面図である。
FIG. 15 is a partial cross-sectional view showing still another example of the DRAM of the embodiment;

【図16】(a)〜(d)は、実施の形態のDRAMの
さらに他の例の製造方法を示す一部断面図である。
16A to 16D are partial cross-sectional views illustrating a method of manufacturing still another example of the DRAM according to the embodiment;

【符号の説明】 1 基板 2 素子分離溝 3 p型ウエル 4 n型ウエル 5 n型ウエル 7 素子分離領域 8 ゲート酸化膜 9 ゲート電極 10 キャップ絶縁膜 11 n- 型半導体領域 12 p- 型半導体領域 13 シリコン窒化膜 13a サイドウォールスペーサ 14、17 n+ 型半導体領域 15 p+ 型半導体領域 16 シリコン酸化膜 18、22〜24 コンタクトホール 20、27、53 プラグ 21 シリコン酸化膜 25、38、51 スルーホール 26 シリサイド膜 30〜33 第1層の配線 34 シリコン酸化膜 39 プラグ 40 シリコン窒化膜 41 シリコン酸化膜 42 深孔 43 多結晶シリコン膜 43a アモルファスシリコン膜 44 キャパシタ絶縁膜 44a シリコン窒化膜 44b 第1酸化タンタル膜 44c 多結晶酸化タンタル膜 44d シリコン酸窒化膜 44e 第2酸化タンタル膜 45 TiN膜 50 シリコン酸化膜 54〜56 第2層の配線 60 ルテニウム膜 61 バリアメタル 62 窒化チタン膜 BL ビット線 C 情報蓄積用容量素子 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 WL ワード線[Description of Signs] 1 Substrate 2 Element isolation groove 3 P-type well 4 n-type well 5 n-type well 7 element isolation region 8 gate oxide film 9 gate electrode 10 cap insulating film 11 n - type semiconductor region 12 p - type semiconductor region Reference Signs List 13 silicon nitride film 13a sidewall spacer 14, 17 n + type semiconductor region 15 p + type semiconductor region 16 silicon oxide film 18, 22-24 contact hole 20, 27, 53 plug 21 silicon oxide film 25, 38, 51 through hole 26 silicide film 30-33 First layer wiring 34 silicon oxide film 39 plug 40 silicon nitride film 41 silicon oxide film 42 deep hole 43 polycrystalline silicon film 43a amorphous silicon film 44 capacitor insulating film 44a silicon nitride film 44b first tantalum oxide Film 44c polycrystalline tantalum oxide film 4d Silicon oxynitride film 44e Second tantalum oxide film 45 TiN film 50 Silicon oxide film 54 to 56 Second layer wiring 60 Ruthenium film 61 Barrier metal 62 Titanium nitride film BL Bit line C Information storage capacitor Qnn n-channel MISFET Qp P-channel type MISFET Qs MISFET for memory cell selection WL Word line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 亮一 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 大路 譲 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 Fターム(参考) 5F083 AD10 AD31 AD48 AD49 AD60 AD62 GA06 GA25 JA05 JA06 JA13 JA14 JA15 JA35 JA38 JA39 JA40 JA43 KA20 MA03 MA06 MA17 MA19 MA20 PR12 PR15 PR21 PR23 PR33 PR39 PR40 PR42 PR43 PR44 PR45 PR52 PR53 PR54 PR55  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Ryoichi Furukawa, 6-16-16, Shinmachi, Ome-shi, Tokyo 3 Inside the Device Development Center, Hitachi, Ltd. 3 F term in Hitachi, Ltd. Device Development Center (reference) 5F083 AD10 AD31 AD48 AD49 AD60 AD62 GA06 GA25 JA05 JA06 JA13 JA14 JA15 JA35 JA38 JA39 JA40 JA43 KA20 MA03 MA06 MA17 MA19 MA20 PR12 PR15 PR21 PR23 PR33 PR39 PR40 PR42 PR43 PR44 PR45 PR52 PR53 PR54 PR55

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 立体構造を有する第1電極と、前記第1
電極に対向して形成された第2電極と、前記第1および
第2電極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は、高誘電率の酸化金属化合物膜
を含み、 前記酸化金属化合物膜は、前記第1および第2電極間の
いずれの領域においても、その膜厚が4nm〜7nmの
範囲内、または、その膜厚分布が20%以内であること
を特徴とする半導体装置。
A first electrode having a three-dimensional structure;
A semiconductor device including an information storage capacitive element including a second electrode formed to face an electrode and a capacitor insulating film formed between the first and second electrodes, wherein the capacitor insulating film comprises: A metal oxide compound film having a high dielectric constant, wherein the metal oxide compound film has a thickness in a range of 4 nm to 7 nm or a thickness distribution thereof in any region between the first and second electrodes; Is within 20%.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置であって、 前記酸化金属化合物膜は、結晶化酸化タンタル膜である
ことを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said metal oxide compound film is a crystallized tantalum oxide film.
【請求項3】 請求項2記載の半導体装置であって、 前記結晶化酸化タンタル膜は、前記第1電極側に設けら
れた第1酸化タンタル膜と、前記第2電極側に設けられ
た第2酸化タンタル膜とを有し、前記第1酸化タンタル
膜の膜厚は、前記第2酸化タンタル膜の膜厚よりも薄い
ことを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the crystallized tantalum oxide film includes a first tantalum oxide film provided on the first electrode side and a second tantalum oxide film provided on the second electrode side. A semiconductor device, comprising: a tantalum dioxide film, wherein a thickness of the first tantalum oxide film is smaller than a thickness of the second tantalum oxide film.
【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、 前記キャパシタ絶縁膜には、前記第1電極に接して形成
されたシリコン酸窒化膜が含まれることを特徴とする半
導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the capacitor insulating film includes a silicon oxynitride film formed in contact with the first electrode. Characteristic semiconductor device.
【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、 前記第1電極は、その表面が粗面化された多結晶シリコ
ン、または、金属または金属化合物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 the first electrode is made of polycrystalline silicon having a roughened surface, or a metal or a metal compound. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項6】 立体構造の第1電極を形成する工程と、
金属酸化膜を形成する工程と、前記金属酸化膜を結晶化
する工程と、を有する第1の方法、または、 立体構造の第1電極を形成する工程と、膜状またはアイ
ランド状に形成された第1金属酸化物を形成する工程
と、前記第1金属酸化物を結晶化する工程と、前記第1
金属酸化物上に、前記第1金属酸化物と同じ組成の第2
金属酸化膜を形成する工程と、を有する第2の方法、の
何れかの方法であって、 前記金属酸化膜、または前記第1金属酸化物および第2
金属酸化膜からなる積層金属酸化膜は、前記立体構造の
第1電極のいずれの領域においても、その膜厚が4nm
〜7nmの範囲内、または、その膜厚分布が20%以内
で形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. A step of forming a first electrode having a three-dimensional structure;
A first method including a step of forming a metal oxide film and a step of crystallizing the metal oxide film, or a step of forming a first electrode having a three-dimensional structure, and a step of forming a film or island. Forming a first metal oxide; crystallizing the first metal oxide;
A second metal oxide having the same composition as the first metal oxide is formed on the metal oxide.
Forming a metal oxide film, wherein the metal oxide film or the first metal oxide and the second metal oxide film
The laminated metal oxide film made of a metal oxide film has a thickness of 4 nm in any region of the first electrode having the three-dimensional structure.
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is formed within a range of about 7 nm or within a thickness distribution of 20% or less.
【請求項7】 請求項6記載の半導体装置の製造方法で
あって、 前記金属酸化膜、または、第1金属酸化物および第2金
属酸化膜を、ホットウォールを備えたCVD装置を用い
て、前記ホットウォールの温度が基板温度より高い条件
で形成し、酸素供給用の原料ガスとして酸素(O2 )を
用いる第1の方法、または、 前記金属酸化膜、または、第1金属酸化物および第2金
属酸化膜を、CVD装置を用いて、基板温度が前記CV
D装置の壁面温度より高い条件で形成し、酸素供給用の
原料ガスとして酸化二窒素(N2 O)を用いる第2の方
法、の何れかの方法を有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the metal oxide film or the first metal oxide film and the second metal oxide film are formed using a CVD device having a hot wall. A first method in which the temperature of the hot wall is higher than a substrate temperature and oxygen (O 2 ) is used as a source gas for supplying oxygen, or the metal oxide film or the first metal oxide and the first method. The bimetal oxide film is formed on the substrate by using a CVD apparatus and the substrate temperature is set at the CV.
2. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a second method in which the device is formed at a temperature higher than the wall temperature of the device D, and nitrous oxide (N 2 O) is used as a source gas for supplying oxygen. Method.
【請求項8】 請求項6または7記載の半導体装置の製
造方法であって、 前記金属酸化膜、または、第1金属酸化物および第2金
属酸化膜は、酸化タンタルからなることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the metal oxide film or the first metal oxide film and the second metal oxide film are made of tantalum oxide. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項9】 請求項6〜8の何れか一項に記載の半導
体装置の製造方法であって、 シリコン膜を粗面化し、不純物を前記シリコン膜に気相
ドープして前記第1電極を構成した後、さらに前記シリ
コン膜の表面を熱窒化する第1の工程、 金属膜または金属化合物を形成して前記第1電極を構成
する第2の工程、 金属膜または金属化合物を形成して前記第1電極を構成
した後、前記第1電極上にCVD法を用いてシリコン窒
化膜を形成する第3の工程、 の何れかの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 for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the first electrode is formed by roughening a silicon film and vapor-doping an impurity into the silicon film. After the configuration, a first step of thermally nitriding the surface of the silicon film, a second step of forming a metal film or a metal compound to form the first electrode, forming a metal film or a metal compound, And a third step of forming a silicon nitride film on the first electrode by using a CVD method after forming the first electrode.
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