JP2003229542A - Manufacturing method for semiconductor device and heat treatment apparatus - Google Patents

Manufacturing method for semiconductor device and heat treatment apparatus

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JP2003229542A
JP2003229542A JP2002025972A JP2002025972A JP2003229542A JP 2003229542 A JP2003229542 A JP 2003229542A JP 2002025972 A JP2002025972 A JP 2002025972A JP 2002025972 A JP2002025972 A JP 2002025972A JP 2003229542 A JP2003229542 A JP 2003229542A
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JP
Japan
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film
hydrogen
substrate
gas
conductive
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JP2002025972A
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Japanese (ja)
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Yasutaka Ozaki
康孝 尾崎
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple manufacturing method for a semiconductor device for preventing the deterioration of characteristics in a ferroelectric capacitor due to hydrogen, and at the same time for recovering characteristics in a transistor due to the supply of the hydrogen. <P>SOLUTION: The manufacturing method includes a process for forming transistors T1, T2, and T3 on one surface of a semiconductor substrate 10, a process for forming an interlayer dielectric containing an insulating hydrogen barrier film 19, a process for forming contact holes 17a to 17e at a given section in the interlayer dielectric, a process for forming metal plugs 22a to 22e containing conductive hydrogen barrier films 20a to 20e in the contact holes 17a to 17e, a process for forming a ferroelectric capacitor Q connected to the predetermined metal plugs 22b and 22c, and a process for exposing the other surface of the semiconductor substrate 10 to a hydrogen-containing atmosphere and at the same time for heat-treatment the semiconductor substrate 10 without exposing one surface to the hydrogen-containing atmosphere. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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の製造方
法及び熱処理装置に係り、より詳しくは、強誘電体キャ
パシタを有する半導体装置の製造方法及びこの製造方法
で使用する熱処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a heat treatment apparatus, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having a ferroelectric capacitor and a heat treatment apparatus used in this method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電源を切っても情報を保持でき、
しかも省電力で書き込みや読み出しのできるメモリとし
て、強誘電体不揮発性メモリ(FeRAM)が注目され
ている。FeRAMは転送トランジスタと強誘電体キャ
パシタからなるメモリセルを有している。
2. Description of the Related Art In recent years, information can be retained even when the power is turned off,
Moreover, a ferroelectric non-volatile memory (FeRAM) has been attracting attention as a memory capable of writing and reading with low power consumption. The FeRAM has a memory cell including a transfer transistor and a ferroelectric capacitor.

【0003】強誘電体キャパシタを構成する強誘電体膜
は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、LaドープPZT
(PLZT)等のPZT系材料や、SrBi2Ta29
(SBT、Y1)、SrBi2(Ta,Nb)29(SB
TN、YZ)等のBi層状構造化合物材料等からなり、
それらの材料は、ゾルゲル法、スパッタ法、MOCVD
法等によって成膜される。通常、強誘電体膜は、下部電
極上にアモルファス相の強誘電体膜を形成した後に、熱
処理によって強誘電体膜をペロブスカイト構造へと結晶
化させる。次いで、上部電極を強誘電体膜上に形成して
キャパシタ構造を得る。
Ferroelectric films forming a ferroelectric capacitor are lead zirconate titanate (PZT) and La-doped PZT.
PZT-based materials such as (PLZT) and SrBi 2 Ta 2 O 9
(SBT, Y1), SrBi 2 (Ta, Nb) 2 O 9 (SB
TN, YZ) or other Bi layer structure compound material,
These materials are sol-gel method, sputtering method, MOCVD
The film is formed by a method or the like. Usually, a ferroelectric film is formed by forming a ferroelectric film in an amorphous phase on a lower electrode and then crystallizing the ferroelectric film into a perovskite structure by heat treatment. Then, an upper electrode is formed on the ferroelectric film to obtain a capacitor structure.

【0004】このようなFeRAMの一般的な製造方法
の概略を図6を参照しながら説明する。図6に示すよう
に、まず、n型又はp型のシリコン(半導体)基板10
0のトランジスタ形成領域の周囲に素子分離絶縁膜10
2を形成する。続いて、シリコン基板100のトランジ
スタ形成領域にp型不純物を導入してpウェル100a
を形成する。さらに、シリコン基板100のトランジス
タ形成領域表面を熱酸化してゲート絶縁膜103を形成
する。
An outline of a general manufacturing method of such an FeRAM will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, first, an n-type or p-type silicon (semiconductor) substrate 10 is formed.
Element isolation insulating film 10 around the 0 transistor formation region.
Form 2. Then, a p-type impurity is introduced into the transistor formation region of the silicon substrate 100 to form the p-well 100a.
To form. Further, the surface of the transistor formation region of the silicon substrate 100 is thermally oxidized to form the gate insulating film 103.

【0005】次いで、ゲート絶縁膜103上の所定部分
にシリコン膜とタングステンシリサイド膜からなるゲー
ト電極104aを形成する。
Next, a gate electrode 104a made of a silicon film and a tungsten silicide film is formed on a predetermined portion of the gate insulating film 103.

【0006】次いで、pウェル100aのうちゲート電
極104aの両側にn型不純物をイオン注入してソース
/ドレインとなる第1〜第3n型不純物拡散領域105
a〜105cを形成する。
Next, first to third n-type impurity diffusion regions 105 to be the source / drain are formed by ion-implanting n-type impurities into both sides of the gate electrode 104a in the p-well 100a.
a to 105c are formed.

【0007】さらに、CVD法により絶縁膜をシリコン
基板100の全面に形成した後に、その絶縁膜をエッチ
バックしてゲート電極104aの両側部分にサイドウォ
ールスペーサ106を形成する。
Further, after an insulating film is formed on the entire surface of the silicon substrate 100 by the CVD method, the insulating film is etched back to form sidewall spacers 106 on both sides of the gate electrode 104a.

【0008】続いて、ゲート電極104とサイドウォー
ルスペーサ106をマスクに使用して、第1〜第3n型
不純物拡散領域105a〜105cに再びn型不純物を
イオン注入することにより、第1〜第3のn型不純物拡
散領域105a〜105cをLDD構造にする。
Then, using the gate electrode 104 and the side wall spacer 106 as a mask, the first to third n-type impurity diffusion regions 105a to 105c are ion-implanted again with the n-type impurity. The n-type impurity diffusion regions 105a to 105c are made to have an LDD structure.

【0009】以上の工程により、pウェル100aには
ゲート電極104aとLDD構造のn型不純物拡散層1
05a〜105cを有する2つのMOSトランジスタT
1,T2が形成される。
Through the above steps, the n-type impurity diffusion layer 1 having the LDD structure and the gate electrode 104a is formed in the p well 100a.
Two MOS transistors T having 05a to 105c
1, T2 are formed.

【0010】次いで、MOSトランジスタT1,T2を
覆うカバー絶縁膜107をシリコン基板100の全面に
形成した後、第1層間絶縁膜108を形成する。続い
て、カバー絶縁膜107と第1層間絶縁膜108をパタ
ーニングして、第1〜第3の不純物拡散領域105a〜
105cに到達する深さの第1のコンタクトホール10
8aを形成する。その後、コンタクトホール108a内
にそれぞれ第1〜第3導電性プラグ109a〜109c
を形成する。
Next, a cover insulating film 107 that covers the MOS transistors T1 and T2 is formed on the entire surface of the silicon substrate 100, and then a first interlayer insulating film 108 is formed. Then, the cover insulating film 107 and the first interlayer insulating film 108 are patterned to form the first to third impurity diffusion regions 105a to 105a.
First contact hole 10 having a depth reaching 105c
8a is formed. After that, the first to third conductive plugs 109a to 109c are respectively placed in the contact holes 108a.
To form.

【0011】その後に、第2及び第3導電性プラグ10
9b,109cにそれぞれ接続されるようにして、下部
電極115と強誘電体膜116と上部電極117により
構成される強誘電体キャパシタQを形成する。
After that, the second and third conductive plugs 10 are formed.
A ferroelectric capacitor Q composed of the lower electrode 115, the ferroelectric film 116 and the upper electrode 117 is formed so as to be connected to 9b and 109c, respectively.

【0012】その後、強誘電体キャパシタQを覆う第2
層間絶縁膜120を形成し、第1導電性プラグ109a
上の第2層間絶縁膜120にビアホール120aを形成
する。さらに、ビアホール120a内に第4導電性プラ
グ121を埋め込んで形成する。続いて、強誘電体キャ
パシタQ上の第2層間絶縁膜120にビアホール120
bを形成する。
After that, the second capacitor which covers the ferroelectric capacitor Q
The interlayer insulating film 120 is formed, and the first conductive plug 109a is formed.
A via hole 120a is formed in the upper second interlayer insulating film 120. Furthermore, the fourth conductive plug 121 is formed by being embedded in the via hole 120a. Then, the via hole 120 is formed in the second interlayer insulating film 120 on the ferroelectric capacitor Q.
b is formed.

【0013】次いで、強誘電体キャパシタQの上部電極
117及び第4導電性プラグ121にそれぞれ接続され
る1層目金属配線123及び導電性パッド123aを形
成する。
Next, a first layer metal wiring 123 and a conductive pad 123a connected to the upper electrode 117 of the ferroelectric capacitor Q and the fourth conductive plug 121 are formed.

【0014】さらに、第2層間絶縁膜120、一層目金
属配線123及び導電性パッド123aの上に第3層間
絶縁膜124を形成する。続いて、第3層間絶縁膜12
4をパターニングして導電性パッド123a上にビアホ
ール124aを形成し、そのビアホール124a内に第
5導電性プラグ125を埋め込んで形成する。その後
に、二層目配線を第3層間絶縁膜上に形成するなどして
所定の多層配線を形成する。
Further, a third interlayer insulating film 124 is formed on the second interlayer insulating film 120, the first layer metal wiring 123 and the conductive pad 123a. Then, the third interlayer insulating film 12
4 is patterned to form a via hole 124a on the conductive pad 123a, and a fifth conductive plug 125 is embedded in the via hole 124a. After that, a second multilayer wiring is formed on the third interlayer insulating film to form a predetermined multilayer wiring.

【0015】以上説明したように、FeRAMの一般的
な製造方法では、半導体基板100の上にトランジスタ
T1,T2を形成し、その後、トランジスタT1、T2
の上方に絶縁膜を介して強誘電体キャパシタQを形成す
る。その後に、トランジスタT1,T2や強誘電体キャ
パシタQなどの基本素子を相互に接続する多層配線を形
成する。
As described above, in a general FeRAM manufacturing method, the transistors T1 and T2 are formed on the semiconductor substrate 100, and then the transistors T1 and T2 are formed.
A ferroelectric capacitor Q is formed above the substrate via an insulating film. After that, a multilayer wiring for connecting the basic elements such as the transistors T1 and T2 and the ferroelectric capacitor Q to each other is formed.

【0016】トランジスタT1,T2においては、強誘
電体キャパシタQ及び多層配線の形成工程で行われる熱
処理やプラズマ処理などに基づいたプロセスダメージに
より、その半導体能動層(チャネル部、ソース部及びド
レイン部など)にダングリングボンドが発生しやすいた
め、トランジスタT1,T2のしきい値電圧のばらつき
やずれが起こりやすい。
In the transistors T1 and T2, semiconductor active layers (channel portion, source portion, drain portion, etc.) of the semiconductor active layer (channel portion, source portion, drain portion, etc.) are caused by process damage based on heat treatment or plasma treatment performed in the step of forming the ferroelectric capacitor Q and the multilayer wiring. Since dangling bonds are likely to occur in), variations and deviations in the threshold voltage of the transistors T1 and T2 are likely to occur.

【0017】このため、多層配線を形成した後に、水素
含有ガス雰囲気でアニールして半導体能動層のダングリ
ングボンドの修復を行うことによりトランジスタのしき
い値電圧のばらつきやずれを抑制する手法がとられてい
る。
Therefore, after forming the multilayer wiring, there is a method of suppressing variation or deviation of the threshold voltage of the transistor by annealing in a hydrogen-containing gas atmosphere to repair the dangling bond of the semiconductor active layer. Has been.

【0018】ところが一方で、強誘電体キャパシタQの
強誘電体膜116は、還元雰囲気、特に水素によりその
特性が劣化することがよく知られている。このため、水
素含有ガス雰囲気でアニールを行うと、トランジスタT
1,T2のしきい値電圧は所望の値で安定するが、強誘
電体キャパシタQの特性が劣化することになる。
On the other hand, it is well known that the ferroelectric film 116 of the ferroelectric capacitor Q has its characteristics deteriorated by a reducing atmosphere, especially hydrogen. Therefore, when annealing is performed in a hydrogen-containing gas atmosphere, the transistor T
The threshold voltages of 1 and T2 are stable at desired values, but the characteristics of the ferroelectric capacitor Q are deteriorated.

【0019】この問題を解決するため、例えば、特開平
11−126881号公報(従来技術1)には、強誘電
体キャパシタが形成された領域のキャパシタとトランジ
スタとの間、さらに強誘電体キャパシタ上に水素拡散防
止層を部分的に形成することにより、強誘電体キャパシ
タの上下からの水素の侵入を防ぐことが記載されてい
る。
In order to solve this problem, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-126881 (Prior Art 1) discloses that between a capacitor in a region where a ferroelectric capacitor is formed and a transistor, and further on the ferroelectric capacitor. It is described that by partially forming a hydrogen diffusion preventing layer in the above, the entry of hydrogen from above and below the ferroelectric capacitor is prevented.

【0020】また、特開平11−8355号公報(従来
技術2)には、メモリセルアレイ全体を覆うようにして
強誘電体キャパシタの上下にそれぞれ第1の水素バリア
膜及び及び第2の水素バリア膜を形成することにより、
強誘電体キャパシタの上下からの水素の侵入を防ぐこと
が記載されている。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-8355 (Prior Art 2), a first hydrogen barrier film and a second hydrogen barrier film are formed above and below a ferroelectric capacitor so as to cover the entire memory cell array. By forming
It is described that hydrogen is prevented from entering from above and below the ferroelectric capacitor.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術1では、周辺トランジスタに十分な水素熱処
理を行ってその特性を修復できるようにするため、メモ
リセルトランジスタ及び周辺トランジスタのうちの周辺
トランジスタ上には、第1及び第2水素バリア膜を形成
しないようにしている。このため、第1及び第2水素バ
リア膜をそれぞれ成膜する工程と、これらの膜をそれぞ
れパターニングする工程が必要であり、その製造方法が
複雑になり、その結果製品コストの上昇を招くことにな
る。
However, in the above-mentioned prior art 1, in order to restore the characteristics of the peripheral transistor by performing sufficient hydrogen heat treatment on the peripheral transistor, the peripheral transistor of the memory cell transistor and the peripheral transistor is not affected. In addition, the first and second hydrogen barrier films are not formed. Therefore, a step of forming the first and second hydrogen barrier films and a step of patterning these films are required, which complicates the manufacturing method, resulting in an increase in product cost. Become.

【0022】また、上記した従来技術2においても、強
誘電体キャパシタの上下にそれぞれ第1及び第2の水素
バリア膜を成膜する必要があるため、その製造方法が複
雑になる。
Also, in the above-mentioned conventional technique 2, it is necessary to form the first and second hydrogen barrier films on the upper and lower sides of the ferroelectric capacitor, respectively, which complicates the manufacturing method.

【0023】本発明は以上の問題点を鑑みて創作された
ものであり、簡易な製造方法により、水素による強誘電
体キャパシタの特性劣化を防止でき、かつ水素の供給に
よるトランジスタの特性回復を行うことができる半導体
装置の製造方法及びその製造方法で使用される熱処理装
置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to prevent the characteristic deterioration of the ferroelectric capacitor due to hydrogen and to recover the characteristic of the transistor by supplying hydrogen by a simple manufacturing method. An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a heat treatment apparatus used in the manufacturing method.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は半導体装置の製造方法に係り、半導体基板
の一方の面に所定のトランジスタを形成する工程と、前
記トランジスタ及び前記半導体基板の上に絶縁性水素バ
リア膜を含む層間絶縁膜を形成する工程と、前記トラン
ジスタ上の前記層間絶縁膜の所定部にコンタクトホール
を形成する工程と、前記コンタクトホール内に導電性水
素バリア膜及び導電膜により構成される導電性プラグを
形成する工程と、所定の前記導電性プラグに接続され、
下部電極、上部電極及び前記下部電極と前記上部電極と
に挟まれた強誘電体膜により構成される強誘電体キャパ
シタを形成する工程と、前記半導体基板の他方の面を水
素ガス又は水素含有ガスの雰囲気に曝し、かつ前記半導
体基板の前記一方の面を前記水素ガス又は水素含有ガス
の雰囲気に曝さない状態で、前記半導体基板を熱処理す
る工程とを有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, including a step of forming a predetermined transistor on one surface of a semiconductor substrate, and a step of forming the transistor and the semiconductor substrate. A step of forming an interlayer insulating film including an insulating hydrogen barrier film thereon, a step of forming a contact hole in a predetermined portion of the interlayer insulating film on the transistor, and a conductive hydrogen barrier film and a conductive film in the contact hole. Forming a conductive plug formed of a film, and connecting to the predetermined conductive plug,
Forming a ferroelectric capacitor composed of a lower electrode, an upper electrode and a ferroelectric film sandwiched between the lower electrode and the upper electrode; and hydrogen gas or hydrogen-containing gas on the other surface of the semiconductor substrate. And heat treating the semiconductor substrate in a state where the one surface of the semiconductor substrate is not exposed to the atmosphere of the hydrogen gas or the hydrogen-containing gas.

【0025】本発明は、強誘電体キャパシタの上下にそ
れぞれ水素バリア膜を形成することなく、すなわちトラ
ンジスタと強誘電体キャパシタとを水素バリア膜で分離
する簡易な構造で、強誘電体キャパシタの水素による劣
化を防止しながら、トランジスタの特性修復のための水
素アニールを行うことができるように工夫されたもので
ある。
The present invention has a simple structure in which a hydrogen barrier film is not formed above and below the ferroelectric capacitor, that is, the transistor and the ferroelectric capacitor are separated by the hydrogen barrier film. It is devised so that hydrogen annealing for repairing the characteristics of the transistor can be performed while preventing deterioration due to the above.

【0026】本発明では、まず、半導体基板上に形成さ
れたトランジスタの上方部に基板全体にわたって絶縁性
水素バリア膜(例えばアルミナ膜)を含む層間絶縁膜が
形成され、また、層間絶縁膜の所定部に形成されたコン
タクトホール内に導電性水素バリア膜(例えばチタン窒
化膜)を含む導電性プラグが形成される。その後、所定
の導電性プラグに強誘電体キャパシタが接続される。
In the present invention, first, an interlayer insulating film including an insulating hydrogen barrier film (for example, an alumina film) is formed over the entire substrate above a transistor formed on a semiconductor substrate, and a predetermined interlayer insulating film is formed. A conductive plug including a conductive hydrogen barrier film (for example, a titanium nitride film) is formed in the contact hole formed in the portion. Then, the ferroelectric capacitor is connected to the predetermined conductive plug.

【0027】これにより、トランジスタはその上方部と
側部とがそれぞれ絶縁性水素バリア膜と導電性水素バリ
ア膜とにより囲まれ、トランジスタと強誘電体キャパシ
タとが絶縁性水素バリア膜及び導電性水素バリア膜によ
って完全に分離される。
As a result, the upper and side portions of the transistor are surrounded by the insulating hydrogen barrier film and the conductive hydrogen barrier film, respectively, and the transistor and the ferroelectric capacitor are separated by the insulating hydrogen barrier film and the conductive hydrogen barrier film. It is completely separated by the barrier film.

【0028】その後、トランジスタの特性修復のための
水素熱処理を行う際、半導体基板のトランジスタなどが
形成されていない面(他方の面(裏面))に水素含有ガ
スを供給し、かつ半導体基板のトランジスタなどが形成
された面(一方の面(表面))に例えば不活性ガスを供
給して基板表面側に水素が回り込まない状態で、半導体
基板の裏面から水素熱処理を施す。
After that, when hydrogen heat treatment is performed to restore the characteristics of the transistor, a hydrogen-containing gas is supplied to the surface of the semiconductor substrate on which the transistor or the like is not formed (the other surface (back surface)), and the transistor of the semiconductor substrate is also supplied. For example, an inert gas is supplied to the surface on which the above is formed (one surface (front surface)) and hydrogen heat treatment is performed from the back surface of the semiconductor substrate in a state where hydrogen does not wrap around the front surface of the substrate.

【0029】このような熱処理方法を採用することで、
半導体基板の裏面から供給される水素はトランジスタ領
域を拡散した後に水素バリア膜でブロックされ、一方、
半導体基板の表面側からは水素が供給されなくなる。つ
まり、トランジスタと強誘電体キャパシタとが水素バリ
ア膜で分離された簡易な構造でありながら、強誘電体キ
ャパシタへの水素の拡散が阻止された状態で、トランジ
スタの能動層に水素を供給してその特性を修復すること
ができるようになる。
By adopting such a heat treatment method,
Hydrogen supplied from the back surface of the semiconductor substrate is blocked by the hydrogen barrier film after diffusing in the transistor region, while
Hydrogen is no longer supplied from the front surface side of the semiconductor substrate. In other words, while the transistor and the ferroelectric capacitor have a simple structure in which they are separated by the hydrogen barrier film, hydrogen is supplied to the active layer of the transistor while the diffusion of hydrogen into the ferroelectric capacitor is blocked. It becomes possible to restore its characteristics.

【0030】従って、従来例と違って、強誘電体キャパ
シタの上下にそれぞれ水素バリア膜を形成したり、水素
バリア膜をパターニングしたりする工程が不要になり、
製造方法を簡易とすることができ、その結果、半導体装
置の歩留りを向上させることができると共に、製造コス
トの上昇を抑えることができるようになる。
Therefore, unlike the conventional example, the steps of forming the hydrogen barrier film on the upper and lower sides of the ferroelectric capacitor and patterning the hydrogen barrier film are unnecessary,
The manufacturing method can be simplified, and as a result, the yield of the semiconductor device can be improved and the increase in manufacturing cost can be suppressed.

【0031】また、上記問題を解決するため、本発明は
熱処理装置に係り、水素ガス又は水素含有ガスを導入す
るガス導入部、及びガス排出部を備えた反応室と、前記
反応室内に配置されると共に、不活性ガスを導入するガ
ス孔を備え、かつ基板を支持する基板支持部と、前記反
応室の上部に配置され、かつ前記基板に熱を照射するラ
ンプとを有し、前記基板は、該基板の素子が形成された
素子面と反対面が前記ランプ側になって前記基板支持部
に載置されると共に、前記反対面が前記水素ガス又は水
素含有ガスに曝され、かつ前記素子面に前記不活性ガス
が供給された状態で熱処理されることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a heat treatment apparatus, and a reaction chamber having a gas introduction part for introducing hydrogen gas or a hydrogen-containing gas, and a gas discharge part, and arranged in the reaction chamber. With a gas hole for introducing an inert gas, and has a substrate supporting portion for supporting the substrate, and a lamp arranged above the reaction chamber and radiating heat to the substrate, the substrate is An element surface of the substrate opposite to the element surface on which the element is formed is placed on the substrate supporting portion with the lamp side, and the opposite surface is exposed to the hydrogen gas or hydrogen-containing gas, and It is characterized in that the surface is heat-treated while the inert gas is supplied.

【0032】本発明の熱処理装置は、上記した半導体装
置の製造方法で使用されるRTA装置であって、熱処理
される基板の一方の面に水素ガスが供給され、かつ他方
の面には水素ガスが回り込まないように不活性ガスが供
給された状態で、基板を水素熱処理することができるよ
うになっている。
The heat treatment apparatus of the present invention is an RTA apparatus used in the above-described method for manufacturing a semiconductor device, wherein hydrogen gas is supplied to one surface of the substrate to be heat-treated and hydrogen gas is supplied to the other surface. The substrate can be heat-treated with hydrogen while the inert gas is supplied so as not to go around.

【0033】熱処理される基板の素子が形成された素子
面と反対面(裏面)が水素ガス雰囲気となるランプ側に
なり、また、基板の素子面(表面)が基板支持部側にな
るようにして、つまり表裏が逆になった状態で基板が基
板支持部上に載置される。そして、基板の裏面を水素ガ
ス雰囲気に曝すと同時に、基板の表面に基板支持部のガ
ス孔から不活性ガスを供給して基板の裏面から表面に水
素ガスが回り込まないような状態で、基板の裏面側から
水素熱処理を行うことができる。
The surface (back surface) of the substrate to be heat-treated opposite to the element surface on which the elements are formed is the lamp side in which the hydrogen gas atmosphere is provided, and the element surface (front surface) of the substrate is the substrate supporting portion side. That is, the substrate is placed on the substrate support with the front and back reversed. Then, at the same time as exposing the back surface of the substrate to a hydrogen gas atmosphere, an inert gas is supplied to the front surface of the substrate from the gas holes of the substrate supporting portion to prevent the hydrogen gas from flowing from the back surface of the substrate to the front surface of the substrate. Hydrogen heat treatment can be performed from the back surface side.

【0034】このような構成の熱処理装置を使用するこ
とにより、上記した半導体装置の製造方法を容易に行う
ことができるようになる。
By using the heat treatment apparatus having such a structure, the above-described method for manufacturing a semiconductor device can be easily performed.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0036】図1〜図3は本発明の実施形態の半導体装
置の製造方法を示す断面図である。なお、本実施形態の
半導体装置としてFeRAMを例に挙げて説明する。
1 to 3 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. An FeRAM will be described as an example of the semiconductor device of this embodiment.

【0037】まず、図1に示す断面構造を得るまでの工
程を説明する。図1に示すように、p型シリコン(半導
体)基板10表面に、LOCOS(Local Oxidation of
Silicon)法により素子分離絶縁膜11を選択的に形成
する。素子分離絶縁膜11としてSTI (Shallow Trench
Isolation)を採用してもよい。続いて、シリコン基板1
0のFeRAM領域となるメモリセル領域1、Logi
c領域となる周辺回路領域2における所定の活性領域
(トランジスタ形成領域)にそれぞれp型不純物及びn
型不純物を選択的に導入して、pウェル12a及びnウ
ェル12bを形成する。なお、図1には示していない
が、周辺回路領域2ではCMOSを形成するためにpウ
ェル(不図示)も形成される。
First, steps required until a sectional structure shown in FIG. 1 is obtained will be described. As shown in FIG. 1, LOCOS (Local Oxidation of) is formed on the surface of a p-type silicon (semiconductor) substrate 10.
The element isolation insulating film 11 is selectively formed by the silicon method. As the element isolation insulating film 11, STI (Shallow Trench)
Isolation) may be adopted. Then, the silicon substrate 1
Memory cell area 1, which becomes the FeRAM area of 0, Logi
A p-type impurity and an n-type impurity are respectively added to predetermined active regions (transistor formation regions) in the peripheral circuit region 2 which becomes the c region.
A p-well 12a and an n-well 12b are formed by selectively introducing a type impurity. Although not shown in FIG. 1, a p-well (not shown) is also formed in the peripheral circuit region 2 to form a CMOS.

【0038】その後、シリコン基板10の活性領域表面
を熱酸化して、ゲート絶縁膜10aとしてシリコン酸化
膜を形成する。
After that, the surface of the active region of the silicon substrate 10 is thermally oxidized to form a silicon oxide film as the gate insulating film 10a.

【0039】次いで、シリコン基板10の上側全面にア
モルファスシリコン膜及びタングステンシリサイド膜を
順次形成し、これらのアモルファスシリコン膜及びタン
グステンシリサイド膜をフォトリソグラフィ法により所
定の形状にパターニングして、ゲート電極13a〜13
cを形成する。なお、ゲート電極13a〜13cを構成
するアモルファスシリコン膜の代わりにポリシリコン膜
を形成してもよい。
Next, an amorphous silicon film and a tungsten silicide film are sequentially formed on the entire upper surface of the silicon substrate 10, and the amorphous silicon film and the tungsten silicide film are patterned into a predetermined shape by a photolithography method, so that the gate electrodes 13a ... Thirteen
form c. A polysilicon film may be formed instead of the amorphous silicon film forming the gate electrodes 13a to 13c.

【0040】メモリセル領域1では、1つのpウェル1
2a上には2つのゲート電極13a,13bが並列に配
置され、それらのゲート電極13a、13bはワード線
WLの一部を構成する。
In the memory cell region 1, one p well 1
Two gate electrodes 13a and 13b are arranged in parallel on 2a, and these gate electrodes 13a and 13b form a part of the word line WL.

【0041】次いで、メモリセル領域1において、ゲー
ト電極13a,13bの両側のpウェル12a内にn型
不純物をイオン注入して、nチャネルMOSトランジス
タのソース・ドレインとなる第1、第2及び第3n型不
純物拡散領域15a,15b,15cを形成する。これ
と同時に、周辺回路領域2のpウェル(不図示)にもn
型不純物拡散領域を形成してもよい。
Next, in the memory cell region 1, n-type impurities are ion-implanted into the p-well 12a on both sides of the gate electrodes 13a and 13b to form the first, second and first n-channel MOS transistors. 3n-type impurity diffusion regions 15a, 15b, 15c are formed. At the same time, the p-well (not shown) in the peripheral circuit region 2 has an n
A type impurity diffusion region may be formed.

【0042】続いて、周辺回路領域2において、ゲート
電極13cの両側のnウェル12bにp型不純物をイオ
ン注入して、pチャネルMOSトランジスタのソース・
ドレインとなる第1及び第2p型不純物拡散領域15
d,15eを形成する。n型不純物とp型不純物の打ち
分けは、レジストパターンを使用して行われる。
Subsequently, in the peripheral circuit region 2, p-type impurities are ion-implanted into the n-wells 12b on both sides of the gate electrode 13c to form the source / source of the p-channel MOS transistor.
First and second p-type impurity diffusion regions 15 to be drains
d, 15e are formed. The n-type impurities and the p-type impurities are separately implanted using a resist pattern.

【0043】その後に、シリコン基板10の全面に絶縁
膜を形成した後、その絶縁膜をエッチバックしてゲート
電極13a〜13cの両側部分に側壁絶縁膜16として
残す。その絶縁膜として、例えばCVD(化学気相成
長)法により酸化シリコン(SiO2)膜を形成する。
After that, an insulating film is formed on the entire surface of the silicon substrate 10, and then the insulating film is etched back to leave side wall insulating films 16 on both sides of the gate electrodes 13a to 13c. As the insulating film, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film is formed by the CVD (chemical vapor deposition) method.

【0044】さらに、ゲート電極13a,13bと側壁
絶縁膜16をマスクに使用して、メモリセル領域1の第
1、第2及び第3n型不純物拡散領域15a,15b,
15c内に再びn型不純物をイオン注入することによ
り、第1、第2及び第3n型不純物拡散領域15a,1
5b,15cをLDD構造にする。これと同時に周辺回
路領域2における第1及び第2n型不純物拡散領域15
d、15eもLDD構造にする。また、周辺回路領域2
における第1及び第2p型不純物拡散領域15d,15
e内に再びp型不純物をイオン注入することにより、第
1及び第2p型不純物拡散領域15d,15eをLDD
構造にする。
Further, using the gate electrodes 13a, 13b and the sidewall insulating film 16 as a mask, the first, second and third n-type impurity diffusion regions 15a, 15b,
The first, second and third n-type impurity diffusion regions 15a, 1 are formed by ion-implanting n-type impurities into 15c again.
5b and 15c have an LDD structure. At the same time, the first and second n-type impurity diffusion regions 15 in the peripheral circuit region 2 are formed.
d and 15e also have an LDD structure. In addition, the peripheral circuit area 2
In the first and second p-type impurity diffusion regions 15d, 15
The first and second p-type impurity diffusion regions 15d and 15e are LDDed by ion-implanting p-type impurities into e.
Make it a structure.

【0045】以上の工程により、pウェル12aにはゲ
ート電極13a,13bとLDD構造の第1、第2及び
第3n型不純物拡散層15a,15b,15cを有する
2つのMOSトランジスタT1、T2が形成される。ま
た、nウェル12bにはゲート電極13cとLDD構造
の第1及び第2p型不純物拡散層15d,15eを有す
るMOSトランジスタT3が形成される。
Through the above steps, two MOS transistors T1 and T2 having the gate electrodes 13a and 13b and the first, second and third n-type impurity diffusion layers 15a, 15b and 15c of the LDD structure are formed in the p well 12a. To be done. Further, a MOS transistor T3 having a gate electrode 13c and first and second p-type impurity diffusion layers 15d and 15e having an LDD structure is formed in the n-well 12b.

【0046】次いで、MOSトランジスタT1,T2,
T3を覆うカバー絶縁膜14として約200nmの厚さ
の酸窒化シリコン(SiON)膜をプラズマCVD法に
よりシリコン基板10の全面に形成する。その後、TE
OSガスを用いるプラズマCVD法により、中間絶縁膜
17として膜厚1.0μm程度の酸化シリコン(SiO
2)膜をカバー絶縁膜14の上に成長させる。
Next, the MOS transistors T1, T2,
A silicon oxynitride (SiON) film having a thickness of about 200 nm is formed as a cover insulating film 14 covering T3 on the entire surface of the silicon substrate 10 by the plasma CVD method. Then TE
By a plasma CVD method using OS gas, silicon oxide (SiO 2) having a thickness of about 1.0 μm is formed as the intermediate insulating film 17.
2 ) A film is grown on the cover insulating film 14.

【0047】続いて、中間絶縁膜17の緻密化処理とし
て、例えば常圧の窒素雰囲気中で中間絶縁膜17を70
0℃の温度で30分間熱処理する。その後に、中間絶縁
膜17の上面を化学的機械研磨(CMP)法により平坦
化する。
Then, as a densification treatment of the intermediate insulating film 17, the intermediate insulating film 17 is formed in a nitrogen atmosphere at a normal pressure, for example.
Heat treatment is performed at a temperature of 0 ° C. for 30 minutes. After that, the upper surface of the intermediate insulating film 17 is flattened by the chemical mechanical polishing (CMP) method.

【0048】次いで、中間絶縁膜17上に、例えば膜厚
50nmのアルミナ膜18(絶縁性水素バリア膜)を成
膜する。これにより、トランジスタT1,T2,T3が
形成されたシリコン基板10上に、下から順に、カバー
絶縁膜14、中間絶縁膜17及びアルミナ膜18(絶縁
性水素バリア膜)により構成される第1層間絶縁膜19
が形成される。
Next, an alumina film 18 (insulating hydrogen barrier film) having a film thickness of 50 nm, for example, is formed on the intermediate insulating film 17. As a result, the first interlayer including the cover insulating film 14, the intermediate insulating film 17, and the alumina film 18 (insulating hydrogen barrier film) is sequentially arranged from the bottom on the silicon substrate 10 on which the transistors T1, T2, T3 are formed. Insulating film 19
Is formed.

【0049】なお、本実施形態では、第1層間絶縁膜1
9として、最上層にアルミナ膜18が形成されたものを
例示したが、これに限定されるものではなく、第1層間
絶縁膜19がアルミナ膜18を含む形態であればよい。
また、絶縁性水素バリア膜としてアルミナ膜18を例示
したが、アルミナ膜18の代わりに、シリコン窒化酸化
膜(SiON膜)又はシリコン窒化膜(SiN膜)を用
いてもよい。
In this embodiment, the first interlayer insulating film 1
Although the example in which the alumina film 18 is formed as the uppermost layer is shown as 9, the invention is not limited to this, and the first interlayer insulating film 19 may include the alumina film 18.
Although the alumina film 18 is illustrated as the insulating hydrogen barrier film, a silicon oxynitride film (SiON film) or a silicon nitride film (SiN film) may be used instead of the alumina film 18.

【0050】このようにして、まず、図1(a)に示す
断面構造が得られる。
In this way, first, the sectional structure shown in FIG. 1A is obtained.

【0051】次いで、図1(b)に示すように、フォト
リソグラフィ法により、アルミナ膜18、中間絶縁膜1
7及びカバー絶縁膜14をパターニングして、各不純物
拡散領域15a〜15eに到達する深さのコンタクトホ
ール17a〜17eをそれぞれ形成する。
Then, as shown in FIG. 1B, the alumina film 18 and the intermediate insulating film 1 are formed by photolithography.
7 and the cover insulating film 14 are patterned to form contact holes 17a to 17e having a depth reaching the impurity diffusion regions 15a to 15e, respectively.

【0052】続いて、アルミナ膜18上面とコンタクト
ホール17a〜17e内面に膜厚30nmのTi(チタ
ン)薄膜と膜厚50nmのTiN(チタンナイトライ
ド)薄膜とをスパッタ法により順次形成してグルー膜と
する。さらに、CVD法によりタングステン(W)をグ
ルー膜上に成長する。これにより、コンタクトホール1
7a〜17e内にタングステン膜が埋め込まれた状態と
なる。
Subsequently, a Ti (titanium) thin film having a film thickness of 30 nm and a TiN (titanium nitride) thin film having a film thickness of 50 nm are sequentially formed on the upper surface of the alumina film 18 and the inner surfaces of the contact holes 17a to 17e by a sputtering method to form a glue film. And Further, tungsten (W) is grown on the glue film by the CVD method. As a result, the contact hole 1
The tungsten film is embedded in 7a to 17e.

【0053】その後、図1(c)に示すように、アルミ
ナ膜18上面が露出するまでタングステン膜、グルー膜
をCMP法により研磨することにより、コンタクトホー
ル17a〜17e内にグルー膜20a〜20e及びタン
グステンプラグ21a〜21eを埋め込む。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, the tungsten film and the glue film are polished by the CMP method until the upper surface of the alumina film 18 is exposed, whereby the glue films 20a to 20e and the glue films 20a to 20e are formed in the contact holes 17a to 17e. The tungsten plugs 21a to 21e are embedded.

【0054】これにより、メモリセル領域1の1つのp
ウェル12aにおいては、2つのゲート電極13a,1
3bに挟まれる第1n型不純物拡散領域15a上に第1
導電性プラグ22aが形成され、また、第2及び第3n
型不純物拡散領域15b,15c上にはそれぞれ第2及
び第3導電性プラグ22b,22cが形成される。ま
た、同時に、周辺回路領域2の第1及び第2p型不純物
拡散領域15d,15e上にはそれぞれ第4及び第5導
電性プラグ22d,22eが形成される。そして、第1
導電性プラグ22aは後述するビット線に接続され、さ
らに、第2及び第3導電性プラグ22b,22cはそれ
ぞれ後述する強誘電体キャパシタに接続される。
As a result, one p in the memory cell area 1 is
In the well 12a, two gate electrodes 13a, 1
The first n-type impurity diffusion region 15a sandwiched between
The conductive plug 22a is formed, and the second and third n
Second and third conductive plugs 22b and 22c are formed on the type impurity diffusion regions 15b and 15c, respectively. At the same time, fourth and fifth conductive plugs 22d and 22e are formed on the first and second p-type impurity diffusion regions 15d and 15e of the peripheral circuit region 2, respectively. And the first
The conductive plug 22a is connected to a bit line described later, and the second and third conductive plugs 22b and 22c are connected to ferroelectric capacitors described later, respectively.

【0055】これらの第1〜第5導電性プラグ22a〜
22eのグルー膜20a〜20eは少なくともTiN膜
を含む膜であるため、導電性水素バリア膜として機能す
る。
These first to fifth conductive plugs 22a ...
Since the glue films 20a to 20e of 22e are films containing at least a TiN film, they function as a conductive hydrogen barrier film.

【0056】このようにして、トランジスタT1,T
2,T3は、その上方部が基板全体にわたってアルミナ
膜18(絶縁性水素バリア膜)で覆われ、かつその側方
部がコンタクトホール17a〜17e内に形成されたT
iN膜を含むグルー膜20a〜20e(導電性水素バリ
ア膜)により覆われる。
In this way, the transistors T1, T
2, T3 has an upper portion covered with an alumina film 18 (insulating hydrogen barrier film) over the entire substrate, and has side portions formed in the contact holes 17a to 17e.
It is covered with glue films 20a to 20e (conductive hydrogen barrier film) including an iN film.

【0057】次いで、図2(a)に示すように、第1〜
第5導電性プラグ22a〜22e及びアルミナ膜18上
に、下から順に例えば膜厚300nmのイリジウム(I
r)膜23x、膜厚230nmのプラチナ(Pt)酸化
膜23y及び膜厚50nmのプラチナ膜23zを形成し
て第1導電膜23aとする。
Then, as shown in FIG.
On the fifth conductive plugs 22a to 22e and the alumina film 18, for example, iridium (I
r) A film 23x, a platinum (Pt) oxide film 23y having a thickness of 230 nm, and a platinum film 23z having a thickness of 50 nm are formed as a first conductive film 23a.

【0058】なお、第1導電膜23aを形成する前又は
後に、膜剥がれ防止のためにシリコン基板10をアニー
ルする。この場合のアニールは、例えば、アルゴン雰囲
気中、基板温度750℃のRTA(Rapid Thermal Annea
ling)により行われる。
Before or after forming the first conductive film 23a, the silicon substrate 10 is annealed to prevent film peeling. The annealing in this case is performed by, for example, RTA (Rapid Thermal Annea) at a substrate temperature of 750 ° C. in an argon atmosphere.
ling).

【0059】次に、第1導電膜23a上に、強誘電体膜
24aとして例えば膜厚200nmのPZT膜をスパッ
タ法により形成する。強誘電体膜24aの形成方法は、
その他に、MOD(metal organic deposition)法、MO
CVD(有機金属CVD)法、ゾル・ゲル法などがある。
また、強誘電体膜24aの材料としては、PZTの他
に、PLCSZT、PLZTのような他のPZT系材料
や、SrBi2Ta2O9、SrBi2(Ta,Nb)2O9 等のBi層状構造化合
物材料、その他の金属酸化物強誘電体であってもよい。
Next, a PZT film having a film thickness of, for example, 200 nm is formed as the ferroelectric film 24a on the first conductive film 23a by the sputtering method. The method for forming the ferroelectric film 24a is
In addition, MOD (metal organic deposition) method, MO
There are a CVD (organic metal CVD) method, a sol-gel method, and the like.
In addition to PZT, other PZT-based materials such as PLCSZT and PLZT, and Bi such as SrBi 2 Ta 2 O 9 and SrBi 2 (Ta, Nb) 2 O 9 may be used as the material of the ferroelectric film 24a. It may be a layered structure compound material or other metal oxide ferroelectric material.

【0060】続いて、酸素雰囲気中で強誘電体膜24a
をアニールにより結晶化する。アニールとして、例えば
アルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で基板温度600
℃、時間90秒の条件を第1ステップ、酸素雰囲気中で
基板温度750℃、時間60秒の条件を第2ステップと
する2ステップのRTA処理を採用する。
Then, in the oxygen atmosphere, the ferroelectric film 24a is formed.
Is crystallized by annealing. As the annealing, for example, in a mixed gas atmosphere of argon and oxygen, the substrate temperature 600
A two-step RTA process is employed in which the first step is a condition of 90 ° C. for 90 seconds, and the second step is a substrate temperature of 750 ° C. for 60 seconds in an oxygen atmosphere.

【0061】さらに、強誘電体膜24a上に第2導電膜
25aとして例えば膜厚200nmの酸化イリジウム
(IrO2)膜をスパッタ法により形成する。
Further, as the second conductive film 25a on the ferroelectric film 24a, for example, iridium oxide having a film thickness of 200 nm is formed.
A (IrO 2 ) film is formed by the sputtering method.

【0062】この後に、第2及び第3導電性プラグ22
b,22c上の第2導電膜25a上の所定部に、下から
順にTiN膜及びSiO2膜からなるハードマスク26
を形成する。このハードマスク26はフォトリソグラフ
ィ法によりキャパシタ平面形状となるようにパターンさ
れる。
After this, the second and third conductive plugs 22 are formed.
A hard mask 26 made of a TiN film and a SiO 2 film is formed on a predetermined portion of the second conductive film 25a on the surfaces b and 22c in order from the bottom.
To form. The hard mask 26 is patterned by photolithography so as to have a planar shape of the capacitor.

【0063】次に、図2(b)に示すように、ハードマ
スク26に覆われない領域の第2導電膜25a、強誘電
体膜24a及び第1導電膜23aを順次エッチングす
る。この場合、強誘電体膜24aは、塩素とアルゴンを
含む雰囲気中でスパッタ反応によりエッチングされる。
また、第2導電25aと第1導電膜23aは、臭素(B
2)導入雰囲気中、Brを含む雰囲気中又はHBrと酸
素のみを導入した雰囲気中などでスパッタ反応によりエ
ッチングされる。
Next, as shown in FIG. 2B, the second conductive film 25a, the ferroelectric film 24a and the first conductive film 23a in the region not covered with the hard mask 26 are sequentially etched. In this case, the ferroelectric film 24a is etched by the sputter reaction in the atmosphere containing chlorine and argon.
The second conductive film 25a and the first conductive film 23a are made of bromine (B
r 2 ) Introduced atmosphere, in an atmosphere containing Br, or in an atmosphere in which only HBr and oxygen are introduced, etching is performed by a sputter reaction.

【0064】以上により、下部電極25とキャパシタ用
誘電体膜24と第2導電膜23より構成される強誘電体
キャパシタQが形成される。そして、トランジスタ形成
領域1では、一方の下部電極23は第2導電性プラグ2
2bを介して第2不純物拡散領域15bに電気的に接続
され、また、他方の下部電極23は第3導電性プラグ2
2cを介して第3不純物拡散領域15cに電気的に接続
される。その後に、ハードマスク26を除去する。
As described above, the ferroelectric capacitor Q composed of the lower electrode 25, the capacitor dielectric film 24, and the second conductive film 23 is formed. In the transistor formation region 1, one lower electrode 23 is connected to the second conductive plug 2
2b is electrically connected to the second impurity diffusion region 15b, and the other lower electrode 23 is connected to the third conductive plug 2
It is electrically connected to the third impurity diffusion region 15c via 2c. After that, the hard mask 26 is removed.

【0065】続いて、エッチングによる強誘電体膜24
のダメージを回復するために、回復アニールを行う。こ
の場合の回復アニールは、例えば、基板温度650℃、
60分間の条件で酸素雰囲気中で行われる。
Subsequently, the ferroelectric film 24 by etching
Recovery anneal is performed to recover the damage. Recovery annealing in this case is performed, for example, at a substrate temperature of 650 ° C.
It is carried out in an oxygen atmosphere under the condition of 60 minutes.

【0066】この工程が終了した時点で、トランジスタ
T1,T2,T3と強誘電体キャパシタQとがアルミナ
膜18(絶縁性水素バリア膜)及び導電性プラグ22a
〜22eのグルー膜20a〜20e(導電性水素バリア
膜)により完全に分離された構造が得られる。これによ
り、後の工程で、トランジスタT1,T2,T3の特性
修復のための水素アニールが施される際、まず第1に、
トランジスタT1,T2,T3の下方側からの水素の強
誘電体キャパシタへの拡散が完全に防止されることが理
解できる。
When this step is completed, the transistors T1, T2, T3 and the ferroelectric capacitor Q are separated by the alumina film 18 (insulating hydrogen barrier film) and the conductive plug 22a.
A structure completely separated by the glue films 20a to 20e (conductive hydrogen barrier film) of .about.22e is obtained. As a result, when hydrogen annealing for repairing the characteristics of the transistors T1, T2, T3 is performed in a later step, first of all,
It can be seen that the diffusion of hydrogen from the lower side of the transistors T1, T2, T3 into the ferroelectric capacitor is completely prevented.

【0067】その後、図2(c)に示すように、TEO
Sガスを用いるプラズマCVD法により、強誘電体キャ
パシタQを覆う第2層間絶縁膜28として膜厚1.0μ
m程度の酸化シリコン(SiO2)膜を図2(b)の構
造上に形成する。さらに、第2層間絶縁膜28の上面を
CMP法により平坦化する。この例では、CMP後の第
2層間絶縁膜28の残りの膜厚は、強誘電体キャパシタ
Qの上部電極25上で300nm程度とする。
After that, as shown in FIG.
As the second interlayer insulating film 28 covering the ferroelectric capacitor Q, the film thickness is 1.0 μm by the plasma CVD method using S gas.
A silicon oxide (SiO 2 ) film of about m is formed on the structure of FIG. Further, the upper surface of the second interlayer insulating film 28 is flattened by the CMP method. In this example, the remaining film thickness of the second interlayer insulating film 28 after CMP is about 300 nm on the upper electrode 25 of the ferroelectric capacitor Q.

【0068】続いて、レジストマスク(不図示)を用い
て、第2層間絶縁膜28を選択的にエッチングすること
により第1、第4及び第5導電プラグ22a,22d,
22e上にそれぞれビアホール28a,28d,28e
を形成する。そのエッチング後に、キャパシタ用強誘電
体膜24をダメージから回復させるために、例えば酸素
雰囲気にて基板温度を550℃として60分間のアニー
ルを施す。
Subsequently, the second interlayer insulating film 28 is selectively etched by using a resist mask (not shown), so that the first, fourth and fifth conductive plugs 22a, 22d,
Via holes 28a, 28d, and 28e on 22e, respectively.
To form. After the etching, in order to recover the capacitor ferroelectric film 24 from damage, annealing is performed for 60 minutes at a substrate temperature of 550 ° C. in an oxygen atmosphere, for example.

【0069】さらに、ビアホール28a,28d,28
e内と第2層間絶縁膜28上に、グルー膜として膜厚3
0nmのTi膜と膜厚50nmのTiN膜をスパッタ法
により順に形成する。さらに、CVD法によりW膜をグ
ルー層上に成長すると共にビアホール28a,28d,
28e内を完全に埋め込む。
Further, the via holes 28a, 28d, 28
A film having a thickness of 3 as a glue film is formed in the inside of e and on the second interlayer insulating film 28.
A 0 nm Ti film and a 50 nm thick TiN film are sequentially formed by a sputtering method. Further, a W film is grown on the glue layer by the CVD method and the via holes 28a, 28d,
28e is completely embedded.

【0070】続いて、W膜、TiN 膜及びTi膜をC
MP法により研磨して第2層間絶縁膜28の上面上から
除去する。そして、ビアホール28a,28d,28e
内に埋め込んだタングステン膜及びグルー層を、それぞ
れ第6、第7及び第8導電性プラグ29a,29b,2
9cとする。この第6導電性プラグ29aは、第1導電
性プラグ22aを介して第1n型不純物拡散領域15a
に電気的に接続される。
Subsequently, the W film, the TiN film and the Ti film are replaced with C
Polishing is performed by the MP method and removed from the upper surface of the second interlayer insulating film 28. And the via holes 28a, 28d, 28e
The tungsten film and the glue layer embedded in the inside are respectively replaced by sixth, seventh and eighth conductive plugs 29a, 29b and 2
9c. The sixth conductive plug 29a has the first n-type impurity diffusion region 15a via the first conductive plug 22a.
Electrically connected to.

【0071】次いで、第2層間絶縁膜28をフォトリソ
グラフィ法によりパターニングして2つの強誘電体キャ
パシタQの上部電極27上にそれぞれビアホール28
b,28cを形成する。
Then, the second interlayer insulating film 28 is patterned by photolithography to form via holes 28 on the upper electrodes 27 of the two ferroelectric capacitors Q, respectively.
b, 28c are formed.

【0072】ビアホール28b,28cを形成すること
によりダメージを受けたキャパシタQはアニールによっ
て回復される。そのアニールは、例えば酸素雰囲気中で
基板温度550℃として60分間行われる。
The capacitor Q damaged by forming the via holes 28b and 28c is recovered by annealing. The annealing is performed for 60 minutes at a substrate temperature of 550 ° C. in an oxygen atmosphere, for example.

【0073】次いで、図3に示すように、図2(c)の
構造の上に多層金属膜を形成し、この多層金属膜をパタ
ーニングすることにより、一層目金属配線30aと導電
性パッド30bを形成する。メモリセル領域1において
は、一層目金属配線30aはビアホール28b,28c
を通して強誘電体キャパシタQの上部電極25に接続さ
れ、また、導電性パッド30bは第6導電性プラグ29
aに接続される。一方、周辺回路領域2においては、一
層目金属配線30aは第8導電性プラグ29cに接続さ
れ、また、導電性パッド30bは第7導電性プラグ29
bに接続される。
Next, as shown in FIG. 3, a multi-layer metal film is formed on the structure of FIG. 2C, and this multi-layer metal film is patterned to form the first-layer metal wiring 30a and the conductive pad 30b. Form. In the memory cell region 1, the first-layer metal wiring 30a has via holes 28b and 28c.
Is connected to the upper electrode 25 of the ferroelectric capacitor Q through, and the conductive pad 30b is connected to the sixth conductive plug 29.
connected to a. On the other hand, in the peripheral circuit region 2, the first-layer metal wiring 30a is connected to the eighth conductive plug 29c, and the conductive pad 30b is connected to the seventh conductive plug 29.
connected to b.

【0074】この多層金属膜として、例えば、膜厚60
nmのTi膜、膜厚30nmのTiN膜、膜厚400n
mのAl−Cu膜、膜厚5nmのTi膜、及び膜厚70
nmのTiN膜を順次形成する。
As this multilayer metal film, for example, a film thickness 60
nm Ti film, 30 nm thick TiN film, 400 n thick
m Al—Cu film, 5 nm thick Ti film, and 70 nm thick
nm TiN film is sequentially formed.

【0075】なお、多層金属膜のパターニング方法とし
て、多層金属膜の上に膜厚31nmのSiON膜からな
る反射防止膜(不図示)を形成し、この反射防止膜上に
レジストを塗布した後に、レジストを露光、現像して配
線形状等のレジストパターンを形成し、そのレジパター
ンを用いてエッチングする方法を採用する。
As a method for patterning the multilayer metal film, an antireflection film (not shown) made of a SiON film having a film thickness of 31 nm is formed on the multilayer metal film, and after applying a resist on the antireflection film, A method is used in which a resist is exposed and developed to form a resist pattern such as a wiring shape, and the resist pattern is used for etching.

【0076】さらに、第2層間絶縁膜28、一層目金属
配線30a及び導電性パッド30bの上に第3層間絶縁
膜31を形成する。続いて、第3層間絶縁膜31をパタ
ーニングすることにより、メモリセル領域1の導電性パ
ッド30b上及び周辺回路領域2の一層目金属配線30
a上にそれぞれビアホール31a,31bを形成する。
続いて、このビアホール31a,31b内に下から順に
Ti膜、TiN膜及びW膜からなる第9及び第10導電
性プラグ32a,32bを埋め込んで形成する。
Further, a third interlayer insulating film 31 is formed on the second interlayer insulating film 28, the first-layer metal wiring 30a and the conductive pad 30b. Then, by patterning the third interlayer insulating film 31, the first-layer metal wiring 30 on the conductive pad 30b in the memory cell region 1 and in the peripheral circuit region 2 is patterned.
Via holes 31a and 31b are formed on a, respectively.
Subsequently, the via holes 31a and 31b are formed by burying the ninth and tenth conductive plugs 32a and 32b made of a Ti film, a TiN film and a W film in order from the bottom.

【0077】その後に、特に図示しないが、ビット線を
含む二層目配線を第3層間絶縁膜31上に形成する。そ
のビット線は、メモリセル領域1の第9導電性プラグ3
2aとその下にスタック構造で形成された導電性パッド
30b、第6導電性プラグ29a及び第1導電性プラグ
22aを介して第1n型不純物拡散領域15aに電気的
に接続される。それに続いて、二層目配線層を覆う絶縁
膜等が形成されて所定の多層配線が形成されるが、その
詳細については省略する。
After that, although not particularly shown, a second layer wiring including a bit line is formed on the third interlayer insulating film 31. The bit line is connected to the ninth conductive plug 3 in the memory cell area 1.
It is electrically connected to the first n-type impurity diffusion region 15a through 2a and the conductive pad 30b formed below it in a stack structure, the sixth conductive plug 29a, and the first conductive plug 22a. Subsequently, an insulating film or the like covering the second wiring layer is formed to form a predetermined multilayer wiring, but the details thereof will be omitted.

【0078】以上のようにして、シリコン基板10上に
所定のトランジスタT1,T2,T3が形成され、その
後、メモリセル領域1のトランジスタT1,T2の上方
に強誘電体キャパシタQが形成され、次いで、トランジ
スタT1,T2,T3や強誘電体キャパシタQなどの相
互接続を行う多層配線が形成される。
As described above, the predetermined transistors T1, T2 and T3 are formed on the silicon substrate 10, the ferroelectric capacitors Q are formed above the transistors T1 and T2 in the memory cell region 1, and then the ferroelectric capacitors Q are formed. , Multilayer interconnections for interconnecting the transistors T1, T2, T3 and the ferroelectric capacitor Q are formed.

【0079】シリコン基板10に形成されたトランジス
タT1,T2,T3のチャネル部、ソース部及びドレイ
ン部などの能動層には、前述した製造工程を経ること
で、強誘電体キャパシタの形成に係る熱処理、絶縁膜の
成膜工程及びエッチング工程などで使用されるプラズマ
処理に起因するプロセスダメージにより、ダングリング
ボンドが形成される。
The active layers such as the channel portion, the source portion and the drain portion of the transistors T1, T2 and T3 formed on the silicon substrate 10 are subjected to the heat treatment for forming the ferroelectric capacitor by undergoing the above-mentioned manufacturing process. Dangling bonds are formed due to process damage caused by plasma treatment used in the insulating film forming step and the etching step.

【0080】このため、所定の条件でトランジスタT
1,T2,T3を作成しても、そのしきい値電圧(Vt
h)がばらついたり、ずれたりするなどの特性不良が発
生する場合がある。特に、ゲート長が短い高性能トラン
ジスタでは、このような特性不良が起こりやすくなる。
For this reason, the transistor T
Even if 1, T2 and T3 are created, the threshold voltage (Vt
In some cases, characteristic defects such as variation or deviation of h) may occur. In particular, in a high-performance transistor having a short gate length, such characteristic defects are likely to occur.

【0081】このため、前述したような多層配線の形成
工程が終了した半導体基板10を水素アニールすること
により、トランジスタT1,T2,T3の能動層のダン
グリングボンドを修復して、そのトランジスタ特性を修
復することが好ましい。
Therefore, the semiconductor substrate 10 on which the above-described multi-layer wiring formation process has been completed is annealed with hydrogen to restore the dangling bonds in the active layers of the transistors T1, T2 and T3, and to improve the transistor characteristics. It is preferable to repair.

【0082】本実施形態の半導体装置の製造方法では、
前述しように、トランジスタT1,T2,T3の上方部
にはアルミナ膜18(絶縁性水素バリア膜)がシリコン
基板10全体にわたって形成され、かつトランジスタT
1,T2,T3の側方部にはTiN膜を含むグルー膜2
0a〜20e(導電性水素バリア膜)が形成された構造
が形成される。
In the method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment,
As described above, the alumina film 18 (insulating hydrogen barrier film) is formed over the entire silicon substrate 10 above the transistors T1, T2 and T3, and the transistor T
Glue film 2 including a TiN film on the side of 1, T2, T3
A structure having 0a to 20e (conductive hydrogen barrier film) is formed.

【0083】すなわち、水素アニールを行う際に、トラ
ンジスタT1,T2,T3の下方側(シリコン基板10
側)から拡散する水素は、アルミナ膜18(絶縁性水素
バリア膜)及びグルー膜20a〜20e(導電性水素バ
リア膜)に完全にブロックされるため、強誘電体キャパ
シタQの水素による特性劣化が防止される。
That is, when hydrogen annealing is performed, the lower side of the transistors T1, T2, T3 (silicon substrate 10
Hydrogen diffused from the side) is completely blocked by the alumina film 18 (insulating hydrogen barrier film) and the glue films 20a to 20e (conductive hydrogen barrier film), so that the characteristics of the ferroelectric capacitor Q are deteriorated by hydrogen. To be prevented.

【0084】一方、水素アニールを行う際に、トランジ
スタT1,T2,T3の上方側(多層配線側)から強誘
電体キャパシタQに拡散する水素については、以下のよ
うな熱処理装置を用いることにより、強誘電体キャパシ
タQの上方側(多層配線側)に水素バリア膜を形成しな
くとも、水素が強誘電体キャパシタに拡散しないように
することができる。
On the other hand, when hydrogen annealing is carried out, hydrogen diffused from the upper side of the transistors T1, T2, T3 (the side of the multi-layer wiring) into the ferroelectric capacitor Q can be obtained by using the following heat treatment apparatus. Even if the hydrogen barrier film is not formed on the upper side (multilayer wiring side) of the ferroelectric capacitor Q, hydrogen can be prevented from diffusing into the ferroelectric capacitor.

【0085】図4は本実施形態の半導体装置の製造方法
に係るシリコン基板が水素アニールされる様子を示す断
面図、図5は本発明の実施形態の熱処理装置を示す断面
図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing how the silicon substrate according to the method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment is annealed by hydrogen, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing the heat treatment device of the embodiment of the present invention.

【0086】図5に示すように、本実施形態の熱処理装
置52は、RTA装置であって、シリコン基板10を熱
処理する反応室34と、反応室34上方に配置された赤
外線ランプ収納部46と、シリコン基板10を加熱し、
赤外線ランプ収納部46に収納された赤外線ランプ44
(加熱手段)と、反応室34内に円筒状に形成された基
板支持部38と、シリコン基板10を固定する基板チャ
ック36とにより基本構成されている。
As shown in FIG. 5, the heat treatment apparatus 52 of the present embodiment is an RTA apparatus, and includes a reaction chamber 34 for heat treating the silicon substrate 10 and an infrared lamp housing section 46 arranged above the reaction chamber 34. , Heating the silicon substrate 10,
Infrared lamp 44 stored in infrared lamp storage section 46
It is basically configured by (heating means), a substrate supporting portion 38 formed in a cylindrical shape in the reaction chamber 34, and a substrate chuck 36 for fixing the silicon substrate 10.

【0087】反応室34のうちの水素雰囲気の領域の周
囲には、水素ガス又は水素含有ガスを導入するガス導入
部33及びガスを排出するガス排出部35が接続され、
それらにはそれぞれバルブ33a及び35aが備えられ
ている。また、反応室34と赤外線ランプ収納部46と
は石英板48により遮断されている。さらに、基板支持
部38の周辺部の下部には、移動軸42が伸縮可能な金
属ベローズ40を介して接続されている。
Around the region of the hydrogen atmosphere in the reaction chamber 34, a gas introducing portion 33 for introducing hydrogen gas or hydrogen-containing gas and a gas discharging portion 35 for discharging gas are connected,
They are provided with valves 33a and 35a, respectively. Further, the reaction chamber 34 and the infrared lamp housing 46 are shut off by a quartz plate 48. Further, a moving shaft 42 is connected to a lower portion of the peripheral portion of the substrate supporting portion 38 via a metal bellows 40 capable of expanding and contracting.

【0088】また、基板支持部38の下部中央部には、
その厚み方向に貫通するガス孔38a(ガス導入手段)
が形成され、このガス孔38の下部にはバルブ37aを
備えた不活性ガス供給部37が伸縮可能な金属ベローズ
40aを介して接続されている。
Further, in the lower central portion of the substrate supporting portion 38,
Gas holes 38a penetrating in the thickness direction (gas introducing means)
Is formed, and an inert gas supply portion 37 having a valve 37a is connected to the lower portion of the gas hole 38 through a stretchable metal bellows 40a.

【0089】そして、まず、シリコン基板10が熱処理
装置52内の基板支持部38上に搬送されて載置され
る。このとき、シリコン基板10はトランジスタや強誘
電体キャパシタなどが形成された面(表面)が基板支持
部36側になるようにして載置される。
Then, first, the silicon substrate 10 is carried and placed on the substrate supporting portion 38 in the heat treatment apparatus 52. At this time, the silicon substrate 10 is mounted so that the surface (front surface) on which the transistors, the ferroelectric capacitors, and the like are formed faces the substrate supporting portion 36 side.

【0090】つまり、図4に示すように、図3の多層配
線工程まで終了したシリコン基板10が表裏逆になって
裏面が赤外線ランプ44側になり、表面が基板支持部3
8側になるようにして載置される。その後、基板支持部
38が移動軸42の動きに協動して上に移動することに
より、シリコン基板10の周縁部が基板支持部38と基
板チャック36によって挟まれて固定される。
That is, as shown in FIG. 4, the silicon substrate 10 which has been subjected to the multi-layer wiring process of FIG. 3 is turned upside down so that the back surface is the infrared lamp 44 side and the front surface is the substrate supporting portion 3.
It is placed so that it is on the 8 side. After that, the substrate supporting portion 38 moves upward in cooperation with the movement of the moving shaft 42, so that the peripheral portion of the silicon substrate 10 is sandwiched and fixed by the substrate supporting portion 38 and the substrate chuck 36.

【0091】次いで、バルブ33aを開けてガス供給部
33から水素ガス又は水素含有ガス、例えば好適には3
〜10%の水素含有の水素/窒素の混合ガスを2000
sccmの流量で反応室34に供給してガス排出部のバ
ルブ35aを開けてガスを排出して所定のガス圧力に制
御する。これにより、図4に示すように、シリコン基板
10のトランジスタや強誘電体キャパシタなどが形成さ
れていない面(裏面)が水素含有ガス雰囲気に曝される
ようになる。
Next, the valve 33a is opened and hydrogen gas or hydrogen-containing gas, for example, preferably 3 is supplied from the gas supply unit 33.
2000% hydrogen / nitrogen mixed gas containing 10% hydrogen
The gas is supplied to the reaction chamber 34 at a flow rate of sccm, the valve 35a of the gas discharge part is opened to discharge the gas, and the gas pressure is controlled to a predetermined value. As a result, as shown in FIG. 4, the surface (rear surface) of the silicon substrate 10 on which the transistors and the ferroelectric capacitors are not formed is exposed to the hydrogen-containing gas atmosphere.

【0092】これと同時に、基板支持部30のガス孔3
8aからは、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガ
ス又はこれらの混合ガス、好適には例えば窒素ガス10
0sccmの流量でシリコン基板10のトランジスタや
強誘電体キャパシタなどが形成された面(表面)に供給
する。この不活性ガスはシリコン基板10の表面の中心
部から周辺部に流れ、シリコン基板10の表面が不活性
ガス雰囲気となる。
At the same time, the gas holes 3 of the substrate supporting portion 30.
From 8a, an inert gas such as nitrogen, argon, helium or a mixed gas thereof, preferably, for example, nitrogen gas 10
It is supplied at a flow rate of 0 sccm to the surface (front surface) of the silicon substrate 10 on which transistors, ferroelectric capacitors, and the like are formed. This inert gas flows from the central portion of the surface of the silicon substrate 10 to the peripheral portion, and the surface of the silicon substrate 10 becomes an inert gas atmosphere.

【0093】基板チャック36は基板支持部38と共
に、シリコン基板10の表面が曝される水素雰囲気の領
域とその裏面が曝される不活性ガス雰囲気の領域とを分
ける仕切りとしても機能する。
The substrate chuck 36, together with the substrate supporting portion 38, also functions as a partition for separating the hydrogen atmosphere region to which the front surface of the silicon substrate 10 is exposed and the inert gas atmosphere region to which the back surface thereof is exposed.

【0094】次いで、シリコン基板10の表面及び裏面
を上記したガス雰囲気にした状態で、赤外線ランプ44
により基板温度が450℃程度になるようにしてランプ
加熱を30分間行う。
Next, with the front and back surfaces of the silicon substrate 10 in the above-mentioned gas atmosphere, the infrared lamp 44
The lamp heating is carried out for 30 minutes so that the substrate temperature becomes about 450 ° C.

【0095】このとき、シリコン基板10の裏面は水素
含有ガス雰囲気中で加熱されるので、水素がシリコン基
板10の裏面からトランジスタT1,T2,T3の能動
層に拡散してダングリングボンドに結合する。これによ
り、トランジスタT1,T2,T3の特性劣化を引き起
こすダングリングボンドが修復されて、トランジスタT
1,T2,T3のしきい値電圧などの特性が所望の値に
修復される。
At this time, since the back surface of the silicon substrate 10 is heated in the hydrogen-containing gas atmosphere, hydrogen diffuses from the back surface of the silicon substrate 10 to the active layers of the transistors T1, T2 and T3 and is bonded to the dangling bond. . As a result, the dangling bond that causes the characteristic deterioration of the transistors T1, T2, T3 is restored, and the transistor T1 is restored.
Characteristics such as threshold voltages of 1, T2 and T3 are restored to desired values.

【0096】しかも、トランジスタT1,T2,T3と
強誘電体キャパシタQとの間にはアルミナ膜18(絶縁
性水素バリア膜)が基板全体にわたって形成されている
と共に、コンタクトホール17a〜17eにはグルー膜
20a〜20e(導電性水素バリア膜)が形成されてい
る。このため、シリコン基板10の裏面から拡散する水
素がこれらの水素バリア膜によりブロックされるので、
強誘電体キャパシタQに水素が拡散してその特性が劣化
する恐れがなくなる。
Moreover, the alumina film 18 (insulating hydrogen barrier film) is formed between the transistors T1, T2, T3 and the ferroelectric capacitor Q over the entire substrate, and the contact holes 17a to 17e are covered with glue. Films 20a to 20e (conductive hydrogen barrier film) are formed. Therefore, hydrogen diffusing from the back surface of the silicon substrate 10 is blocked by these hydrogen barrier films,
There is no fear that hydrogen will diffuse into the ferroelectric capacitor Q and its characteristics will deteriorate.

【0097】一方、シリコン基板10の表面側では、窒
素ガスなどの不活性ガス、すなわち強誘電体キャパシタ
Qの特性劣化を引き起こさないガスが水素アニール時に
随時供給されるため、シリコン基板10の裏面に供給さ
れている水素がシリコン基板10の表面側に回り込む恐
れはない。つまり、水素アニール時にシリコン基板10
の表面側に水素が回り込まないように工夫されているの
で、強誘電体キャパシタQ上方の多層配線側に水素バリ
ア膜を特別に形成する必要がない。
On the other hand, on the front surface side of the silicon substrate 10, an inert gas such as nitrogen gas, that is, a gas that does not cause the characteristic deterioration of the ferroelectric capacitor Q is supplied at any time during hydrogen annealing, so that the back surface of the silicon substrate 10 is There is no possibility that the supplied hydrogen will go around to the surface side of the silicon substrate 10. That is, during hydrogen annealing, the silicon substrate 10
Since it is devised so that hydrogen does not wrap around to the surface side of, the hydrogen barrier film need not be specially formed on the multilayer wiring side above the ferroelectric capacitor Q.

【0098】このようにして、本実施形態の半導体装置
の製造方法により、図4に示す半導体装置50が製造さ
れる。本実施形態の半導体装置の製造方法では、トラン
ジスタT1,T2,T3の上方部及び側方部をそれぞれ
アルミナ膜18(絶縁性水素バリア膜)及びグルー膜2
0a〜20e(導電性水素バリア膜)で囲む構造を形成
し、シリコン基板10の表面から水素が拡散しないよう
に工夫された熱処理装置52を使用して、シリコン基板
10の裏面のみから水素をトランジスタT1,T2,T
3に供給するようにしている。
In this way, the semiconductor device 50 shown in FIG. 4 is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment. In the method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment, the alumina film 18 (insulating hydrogen barrier film) and the glue film 2 are formed on the upper and side portions of the transistors T1, T2, T3, respectively.
0a to 20e (conductive hydrogen barrier film) is used to form a structure, and the heat treatment device 52 is devised so that hydrogen does not diffuse from the front surface of the silicon substrate 10. T1, T2, T
I am trying to supply to 3.

【0099】このため、トランジスタT1,T2,T3
と強誘電体キャパシタQとの間に水素バリア膜を設ける
ことで、トランジスタT1,T2,T3に十分な水素を
供給してその特性の修復を行うことができると同時に、
強誘電体キャパシタの水素による特性劣化が防止される
ようになる。
Therefore, the transistors T1, T2 and T3 are
By providing a hydrogen barrier film between the ferroelectric capacitor Q and the ferroelectric capacitor Q, sufficient hydrogen can be supplied to the transistors T1, T2, T3 to restore their characteristics, and at the same time,
It is possible to prevent the characteristic deterioration of the ferroelectric capacitor due to hydrogen.

【0100】また、従来技術1及び2とは違って、強誘
電体キャパシタQの上下に水素バリア膜を2層設けた
り、それらをそれぞれパターニングしたりする必要がな
いので、製造工程を簡易とすることができ、その結果、
半導体装置の歩留りを向上させることができると共に、
コスト上昇を抑えることができるようになる。
Further, unlike the prior arts 1 and 2, it is not necessary to provide two layers of hydrogen barrier films above and below the ferroelectric capacitor Q and to pattern each of them, so that the manufacturing process is simplified. And as a result,
It is possible to improve the yield of semiconductor devices and
It will be possible to suppress the cost increase.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、半導
体基板上に形成されたトランジスタと強誘電体キャパシ
タとが、絶縁性水素バリア膜を含む層間絶縁膜及びその
所定部に形成されたコンタクトホール内の導電性水素バ
リア膜によって完全に分離された構造が形成される。そ
の後、トランジスタの特性修復のための水素熱処理を行
う際、半導体基板のトランジスタなどが形成されていな
い面(裏面)に水素含有ガスを供給し、かつ半導体基板
のトランジスタなどが形成された面(表面)に不活性ガ
スを供給して表面に水素が回り込まない状態で、半導体
基板の裏面から水素熱処理を施す。
As described above, according to the present invention, the transistor and the ferroelectric capacitor formed on the semiconductor substrate are the interlayer insulating film including the insulating hydrogen barrier film and the contact formed on the predetermined portion thereof. A completely separated structure is formed by the conductive hydrogen barrier film in the hole. After that, when hydrogen heat treatment is performed to restore the characteristics of the transistor, a hydrogen-containing gas is supplied to the surface of the semiconductor substrate on which the transistor is not formed (rear surface), and the surface of the semiconductor substrate on which the transistor is formed (front surface). ) Is supplied with an inert gas to prevent hydrogen from wrapping around the surface of the semiconductor substrate, and hydrogen heat treatment is performed from the back surface of the semiconductor substrate.

【0102】このような熱処理方法を採用することで、
半導体基板の裏面から供給される水素は水素バリア膜で
ブロックされ、一方、半導体基板の表面からは水素が供
給されないので、強誘電体キャパシタへの水素の拡散が
阻止された状態で、トランジスタの能動層に水素を供給
してその特性を修復することができるようになる。
By adopting such a heat treatment method,
Hydrogen supplied from the back surface of the semiconductor substrate is blocked by the hydrogen barrier film, while hydrogen is not supplied from the front surface of the semiconductor substrate, so the diffusion of hydrogen into the ferroelectric capacitor is blocked and the active transistor is activated. It will be possible to supply hydrogen to the layer and restore its properties.

【0103】このように、強誘電体キャパシタの上下に
水素バリア膜を形成したり、それらをパターニングした
りする必要がないので、製造方法を簡易なものとするこ
とができる。このため、半導体装置の歩留りを向上させ
ることができると共に、製造コストの上昇を抑えること
ができるようになる。
As described above, since it is not necessary to form the hydrogen barrier films above and below the ferroelectric capacitor and to pattern them, the manufacturing method can be simplified. Therefore, the yield of the semiconductor device can be improved, and the increase in manufacturing cost can be suppressed.

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

【図1】図1は本発明の実施形態の半導体装置の製造方
法を示す断面図(その1)である。
FIG. 1 is a sectional view (No. 1) showing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2は本発明の実施形態の半導体装置の製造方
法を示す断面図(その2)である。
FIG. 2 is a sectional view (No. 2) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図3】図3は本発明の実施形態の半導体装置の製造方
法を示す断面図(その3)である。
FIG. 3 is a sectional view (3) showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図4】図4は本発明の実施形態の半導体装置の製造方
法に係るシリコン基板が水素アニールされる様子を示す
断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing how the silicon substrate according to the method for manufacturing a semiconductor device of the embodiment of the present invention is subjected to hydrogen annealing.

【図5】図5は本発明の実施形態の熱処理装置を示す断
面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図6】図6は従来の半導体装置の製造方法を示す断面
図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…シリコン基板(半導体基板)、11…素子分離絶
縁膜、12a,12b…ウェル領域、13a,13b,
13c…ゲート電極、14…カバー絶縁膜、15a,1
5b,15c…n型不純物拡散層、15d,15e…p
型不純物拡散領域、16・・・サイドウォール、17…
中間絶縁膜、17a〜17e…コンタクトホール、20
a〜20e…グルー膜(導電性水素バリア膜)、18…
アルミナ膜(絶縁性水素バリア膜)、19…第1層間絶
縁膜、21a〜21e…タングステンプラグ、22a〜
22e…導電性プラグ、23x…イリジウム膜、23y
…プラチナ酸化膜、23z…プラチナ膜、23a…第1
導電膜、24a…強誘電体膜、25a…第2導電膜、2
3…下部電極、24…キャパシタ用強誘電体膜、25…
上部電極、26…ハードマスク、22a〜22e,29
a〜29c,32a,32b…導電性プラグ、30a…
1層目金属配線、30b…導電性パッド、28…第2層
間絶縁膜、28a〜28e,31a,31b…ビアホー
ル、31…第3層間絶縁膜、33…ガス導入部、33
a,35a,37a…バルブ、34…反応室、35…ガ
ス排出部、36…基板チャック、37…不活性ガス供給
部、38…基板支持部、38a…ガス孔、40,40a
…金属ベローズ、42…移動軸、44…赤外線ランプ、
46…赤外線ランプ収納部、48…石英板、50…半導
体装置、52…熱処理装置。
10 ... Silicon substrate (semiconductor substrate), 11 ... Element isolation insulating film, 12a, 12b ... Well regions, 13a, 13b,
13c ... Gate electrode, 14 ... Cover insulating film, 15a, 1
5b, 15c ... N-type impurity diffusion layers, 15d, 15e ... p
Type impurity diffusion region, 16 ... Sidewall, 17 ...
Intermediate insulating film, 17a to 17e ... Contact hole, 20
a to 20e ... Glue film (conductive hydrogen barrier film), 18 ...
Alumina film (insulating hydrogen barrier film), 19 ... First interlayer insulating film, 21a to 21e ... Tungsten plug, 22a to
22e ... Conductive plug, 23x ... Iridium film, 23y
... Platinum oxide film, 23z ... Platinum film, 23a ... First
Conductive film, 24a ... Ferroelectric film, 25a ... Second conductive film, 2
3 ... Lower electrode, 24 ... Ferroelectric film for capacitor, 25 ...
Upper electrode, 26 ... Hard mask, 22a to 22e, 29
a to 29c, 32a, 32b ... Conductive plug, 30a ...
First layer metal wiring, 30b ... Conductive pad, 28 ... Second interlayer insulating film, 28a to 28e, 31a, 31b ... Via hole, 31 ... Third interlayer insulating film, 33 ... Gas introducing part, 33
a, 35a, 37a ... Valve, 34 ... Reaction chamber, 35 ... Gas discharge part, 36 ... Substrate chuck, 37 ... Inert gas supply part, 38 ... Substrate support part, 38a ... Gas hole, 40, 40a
... metal bellows, 42 ... moving shaft, 44 ... infrared lamp,
46 ... Infrared lamp storage section, 48 ... Quartz plate, 50 ... Semiconductor device, 52 ... Heat treatment apparatus.

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Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の一方の面に所定のトランジ
スタを形成する工程と、 前記トランジスタ及び前記半導体基板の上に絶縁性水素
バリア膜を含む層間絶縁膜を形成する工程と、 前記トランジスタ上の前記層間絶縁膜の所定部にコンタ
クトホールを形成する工程と、 前記コンタクトホール内に導電性水素バリア膜及び導電
膜により構成される導電性プラグを形成する工程と、 所定の前記導電性プラグに接続され、下部電極、上部電
極及び前記下部電極と前記上部電極とに挟まれた強誘電
体膜により構成される強誘電体キャパシタを前記層間絶
縁膜の上に形成する工程と、 前記半導体基板の他方の面を水素ガス又は水素含有ガス
の雰囲気に曝し、かつ前記半導体基板の前記一方の面を
前記水素ガス又は水素含有ガスの雰囲気に曝さない状態
で、前記半導体基板を熱処理する工程とを有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A step of forming a predetermined transistor on one surface of a semiconductor substrate; a step of forming an interlayer insulating film including an insulating hydrogen barrier film on the transistor and the semiconductor substrate; Forming a contact hole in a predetermined portion of the interlayer insulating film; forming a conductive plug composed of a conductive hydrogen barrier film and a conductive film in the contact hole; connecting to the predetermined conductive plug And forming a ferroelectric capacitor composed of a lower electrode, an upper electrode, and a ferroelectric film sandwiched between the lower electrode and the upper electrode on the interlayer insulating film, and the other of the semiconductor substrates. Is exposed to the atmosphere of hydrogen gas or hydrogen-containing gas, and the one surface of the semiconductor substrate is not exposed to the atmosphere of hydrogen gas or hydrogen-containing gas. In method of manufacturing a semiconductor device characterized by a step of annealing the semiconductor substrate.
【請求項2】 前記半導体基板を熱処理する工程におい
て、前記半導体基板の前記一方の面に不活性ガスを供給
することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製
造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of heat treating the semiconductor substrate, an inert gas is supplied to the one surface of the semiconductor substrate.
【請求項3】 前記絶縁性水素バリア膜はアルミナ膜、
シリコン窒化酸化膜又はシリコン窒化膜であって、前記
導電性水素バリア膜はチタン窒化膜又はチタン窒化膜を
含む積層膜であることを特徴とする請求項1又は2に記
載の半導体装置の製造方法。
3. The insulating hydrogen barrier film is an alumina film,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive hydrogen barrier film is a silicon oxynitride film or a silicon nitride film, and the conductive hydrogen barrier film is a titanium nitride film or a laminated film including a titanium nitride film. .
【請求項4】 基板の一方の面を水素ガス雰囲気に曝
し、かつ前記基板の他方の面を不活性ガス雰囲気に曝し
て、前記基板を熱処理する熱処理装置であって、 前記水素ガス雰囲気に水素ガス又は水素含有ガスを導入
するガス導入部、及びガス排出部を備えた反応室と、 前記反応室内に配置されると共に、前記基板を支持し、
かつ前記不活性ガス雰囲気に不活性ガスを導入するガス
導入手段を備えた基板支持部と、 前記反応室の上部に配置され、かつ前記基板に熱を照射
する加熱手段とを有することを特徴とする熱処理装置。
4. A heat treatment apparatus for heat-treating the substrate by exposing one surface of the substrate to a hydrogen gas atmosphere and exposing the other surface of the substrate to an inert gas atmosphere, wherein the hydrogen gas atmosphere contains hydrogen. A gas introducing part for introducing a gas or a gas containing hydrogen, and a reaction chamber provided with a gas exhausting part, and being arranged in the reaction chamber, supporting the substrate,
And a substrate supporting part having a gas introducing means for introducing an inert gas into the inert gas atmosphere, and a heating means arranged above the reaction chamber and irradiating the substrate with heat. Heat treatment equipment.
【請求項5】 前記基板の一方の面は素子が形成された
素子面であって、前記基板の他方の面は前記素子面と反
対面であることを特徴とする請求項4に記載の熱処理装
置。
5. The heat treatment according to claim 4, wherein one surface of the substrate is an element surface on which elements are formed, and the other surface of the substrate is an opposite surface to the element surface. apparatus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006108152A (en) * 2004-09-30 2006-04-20 Oki Electric Ind Co Ltd Semiconductor memory device
JP2008004910A (en) * 2006-06-23 2008-01-10 Interuniv Micro Electronica Centrum Vzw Manufacturing method of strain multi-gate transistor and device obtained therefrom
US7378329B2 (en) 2004-06-09 2008-05-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing semiconductor device
US7598557B2 (en) 2004-06-28 2009-10-06 Fujitsu Microelectronics Limited Semiconductor device and method for fabricating a semicondutor device including first and second hydrogen diffusion preventing films

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