JP2003264236A - Semiconductor memory and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor memory and its manufacturing method

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JP2003264236A JP2002064648A JP2002064648A JP2003264236A JP 2003264236 A JP2003264236 A JP 2003264236A JP 2002064648 A JP2002064648 A JP 2002064648A JP 2002064648 A JP2002064648 A JP 2002064648A JP 2003264236 A JP2003264236 A JP 2003264236A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that a Ta<SB>2</SB>O<SB>5</SB>dielectric film is preferably formed on a Cu electrode when an effective MIM structure capacitor is formed by applying LSI for mix installment, but since Cu has a large diffusion coefficient and low heat resistance or oxidation resistance, electric characteristics of the capacitor deteriorate. <P>SOLUTION: Since diffusion and oxidation of Cu can be controlled by inserting an anti-reaction layer of Ta between a Cu-interconnect and a Ta<SB>2</SB>O<SB>5</SB>dielectric film, leak current density of the capacitor can be reduced. Since deficiency of oxygen in the Ta<SB>2</SB>O<SB>5</SB>dielectric film can be repaired while controlling oxidation of an underlying layer by performing post-heat-treatment of the Ta<SB>2</SB>O<SB>5</SB>dielectric film in an inert atmosphere, variation in the capacitance of the capacitor due to hysteresis and voltage can be reduced. Since an MIM structure capacitor employing a Ta<SB>2</SB>O<SB>5</SB>film having a high permittivity can be formed on the Cu-interconnect, a high integration, low cost LSI for mix installment can be realized. <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、デジタルロジック
デバイスと、高周波アナログデバイスやメモリを混載す
る半導体装置に適用して有効な酸化物誘電体キャパシタ
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxide dielectric capacitor which is effective when applied to a semiconductor device in which a digital logic device, a high frequency analog device and a memory are mounted together.

【0002】[0002]

【従来の技術】モバイルやデジタル家電関連のLSIへ
の適用を目的として、デジタルロジックデバイスと、高
周波(RF)アナログデバイスやメモリをワンチップ内
に混載することが検討されている。デジタルロジックデ
バイスはMOSトランジスタから構成されるが、RFア
ナログデバイスやメモリでは、それに加えてキャパシタ
などの素子も必要となる。
2. Description of the Related Art For the purpose of application to mobile and digital home electronics related LSIs, it is considered to mount a digital logic device, a radio frequency (RF) analog device and a memory together in one chip. Digital logic devices are composed of MOS transistors, but RF analog devices and memories also require elements such as capacitors.

【0003】上記の異なるデバイスをワンチップ化する
ためには、製造プロセスを統合する必要がある。例え
ば、アナログデバイスやメモリに用いられるキャパシタ
を、ロジックプロセスとの親和性を確保しながら形成す
る技術が必須となる。
In order to make the above different devices into one chip, it is necessary to integrate the manufacturing processes. For example, a technique for forming a capacitor used for an analog device or a memory while ensuring compatibility with a logic process is essential.

【0004】ロジックデバイスでは、配線抵抗を低減す
るために、配線材料として銅(Cu)を使用することが
検討されている。このため、製造プロセスを統合するた
めには、Cu配線上にキャパシタを形成する必要があ
る。特に、Cu配線をMIM(Metal−Insul
ator−Metal)構造キャパシタの電極として用
いれば、追加工程の最小化を図ることができる。
In logic devices, the use of copper (Cu) as a wiring material has been studied in order to reduce wiring resistance. Therefore, in order to integrate the manufacturing process, it is necessary to form a capacitor on the Cu wiring. In particular, Cu wiring is MIM (Metal-Insul).
If it is used as an electrode of an attor-metal structure capacitor, the additional process can be minimized.

【0005】また、キャパシタ誘電体膜として、五酸化
タンタル(Ta)などの高誘電体材料を適用すれ
ば、キャパシタ面積を低減できるため、LSIの高集積
化を実現できる。
Further, if a high dielectric material such as tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) is applied as the capacitor dielectric film, the capacitor area can be reduced, so that high integration of the LSI can be realized.

【0006】つまり、高集積かつ低コストの混載LSI
を実現するためには、デジタルロジックデバイスに用い
られるCu配線を、RFアナログデバイスやメモリに用
いられるMIM構造キャパシタの電極として利用し、さ
らにキャパシタ誘電体膜としてTaを用いること
が望ましい。
That is, a highly integrated and low cost embedded LSI
In order to realize the above, it is desirable to use Cu wiring used in a digital logic device as an electrode of a MIM structure capacitor used in an RF analog device or a memory, and to use Ta 2 O 5 as a capacitor dielectric film.

【0007】Ta膜は酸化物であるため、酸化性
雰囲気中で形成する必要がある。また、Ta膜の
電気的特性を向上させるためには、Ta膜の形成
後に熱処理を行う必要がある。
Since the Ta 2 O 5 film is an oxide, it must be formed in an oxidizing atmosphere. Further, in order to improve the electrical characteristics of the Ta 2 O 5 film, it is necessary to perform heat treatment after the formation of the Ta 2 O 5 film.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】Cuを電極に用いるM
IM構造キャパシタを形成する場合の問題点を説明す
る。
M using Cu as an electrode
Problems in forming an IM structure capacitor will be described.

【0009】一つ目の問題点は、Cuは拡散係数が大き
いことである。このため、Ta 膜の形成中および
後熱処理中にCuがキャパシタ誘電体膜中に拡散し、キ
ャパシタのリーク電流が増大する可能性がある。二つ目
の問題点は、Cuは耐熱性や耐酸化性が低いことであ
る。Ta膜の形成中および後熱処理中にCuが酸
化されると、キャパシタと直列に高抵抗層が形成される
ため、キャパシタの高周波特性が劣化する可能性があ
る。
The first problem is that Cu has a large diffusion coefficient.
That's a good thing. Therefore, TaTwoO 5During film formation and
Cu diffuses into the capacitor dielectric film during the post heat treatment,
The leakage current of the capacitor may increase. The second
The problem is that Cu has low heat resistance and oxidation resistance.
It TaTwoO5During the formation of the film and the post heat treatment, Cu is
Once formed, a high resistance layer is formed in series with the capacitor
Therefore, the high frequency characteristics of the capacitor may deteriorate.
It

【0010】上記のような状況のもと、本発明が解決し
ようとする第一の課題は、MIM構造キャパシタの電極
としてCuという大きい拡散係数を有する材料を用いる
場合でも、Cuの拡散によるリーク電流の増大を抑制す
ることである。このためには、CuとTaの間に
反応防止層を挿入する必要がある。本発明の目的の一つ
は、反応防止層に好適な材料を提供することである。
Under the above circumstances, the first problem to be solved by the present invention is that even when a material having a large diffusion coefficient called Cu is used as the electrode of the MIM structure capacitor, the leakage current due to the diffusion of Cu. It is to suppress the increase of. For this purpose, it is necessary to insert a reaction preventive layer between Cu and Ta 2 O 5 . One of the objects of the present invention is to provide a suitable material for the reaction-preventing layer.

【0011】本発明が解決しようとする第二の課題は、
Cuの酸化を抑制しながら電気的特性の高いTa
膜を形成することである。Cuの酸化を防ぐための手段
の一つは、酸素がCu電極まで達しないようにすること
である。第一の課題で述べた反応防止層は、酸素の拡散
防止層としての役割を兼ねることができる。つまり、拡
散防止層として、Cuと酸素の両方の拡散を抑制できる
材料を選択する必要がある。
A second problem to be solved by the present invention is
Ta 2 O 5 having high electrical characteristics while suppressing Cu oxidation
Forming a film. One of the means for preventing the oxidation of Cu is to prevent oxygen from reaching the Cu electrode. The reaction prevention layer described in the first problem can also serve as a diffusion prevention layer for oxygen. That is, it is necessary to select, as the diffusion prevention layer, a material capable of suppressing the diffusion of both Cu and oxygen.

【0012】Cuの酸化を防ぐための二つ目の手段は、
Ta膜の形成や後熱処理を、酸化性の低い条件下
で行うことである。ただし、Ta膜は酸化物であ
るため、酸素欠損が膜中に形成されると電気的特性が低
下する。このため、Ta 膜の形成条件や後熱処理
条件は、上記の反応防止膜の特性を考慮した上で検討す
る必要がある。つまり、本発明の目的の一つは、選択し
た反応防止膜上で好適なTa膜の形成条件と後熱
処理条件を提供することである。
The second means for preventing the oxidation of Cu is
TaTwoO5Film formation and post heat treatment are performed under conditions of low oxidizability.
Is to be done in. However, TaTwoO5The film is oxide
Therefore, if oxygen vacancies are formed in the film, the electrical characteristics will be poor.
Down. Therefore, TaTwoO 5Film formation conditions and post heat treatment
The conditions should be examined after considering the characteristics of the above reaction preventive film.
Need to That is, one of the objects of the present invention is to select
Suitable Ta on the reaction prevention filmTwoO5Film formation conditions and post heat
It is to provide processing conditions.

【0013】ここで、本発明が解決しようとする課題を
まとめる。デジタルロジックデバイスと、高周波アナロ
グデバイスやメモリを混載する半導体装置に適用して有
効なMIM構造キャパシタを形成するためには、Cuを
電極に用いてTa膜を誘電体膜に用いることが望
ましい。しかし、Cuは拡散係数が大きく、耐熱性や耐
酸化性が低いことが問題である。このため、Cu電極と
Ta膜の間に挿入する拡散防止層の材料選択と、
Ta膜の形成および熱処理条件の最適化が課題と
なる。
Here, the problems to be solved by the present invention will be summarized. In order to form an effective MIM structure capacitor by applying it to a semiconductor device in which a digital logic device and a high frequency analog device or a memory are mounted together, it is necessary to use Cu as an electrode and use a Ta 2 O 5 film as a dielectric film. desirable. However, Cu has a problem that it has a large diffusion coefficient and low heat resistance and oxidation resistance. Therefore, selection of the material of the diffusion prevention layer inserted between the Cu electrode and the Ta 2 O 5 film,
The formation of a Ta 2 O 5 film and optimization of heat treatment conditions are issues.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明では以下の手段を用いる。
In order to solve the above problems, the present invention uses the following means.

【0015】本発明のMIM構造キャパシタは、Cu電
極上にTa膜を形成する第1の工程と、前記Ta膜上に
Ta膜を形成する第2の工程と、前記Ta
膜を不活性雰囲気中で熱処理する第3の工程とを有す
る。
The MIM capacitor structure of the present invention includes a first step of forming a Ta film on the Cu electrode, a second step of forming a the Ta 2 O 5 film on the Ta layer, the Ta 2 O 5
A third step of heat treating the film in an inert atmosphere.

【0016】前記第1の工程で形成するTa膜は、Cu
と酸素の拡散防止層としての機能を有する。MIM構造
キャパシタにおいて、Cuとキャパシタ誘電体膜との間
に拡散防止層を挿入することは公知であり、例えば、特
開2001−237375、米国特許6,072,21
0、および米国特許6,168,991B1に記載され
ている。しかし、これらの公知例は、拡散防止層の材料
としてTa以外にもTiやWなどを列記しておりこれら
の先行文献の拡散防止層の目的はCuの拡散防止を主眼
としたものである。また、反応防止の機能についても、
Cuなどの金属材料に限定しており、酸素の拡散防止に
ついては考慮されておらずまた記述もされていない。
The Ta film formed in the first step is Cu
And has a function as an oxygen diffusion preventing layer. In a MIM structure capacitor, it is known to insert a diffusion prevention layer between Cu and a capacitor dielectric film. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-237375 and US Pat.
No. 0, and US Pat. No. 6,168,991 B1. However, in these known examples, Ti, W, etc. are listed as materials for the diffusion prevention layer in addition to Ta, and the purpose of the diffusion prevention layers in these prior art documents is to prevent diffusion of Cu. Also, regarding the function of reaction prevention,
It is limited to metallic materials such as Cu, and the diffusion prevention of oxygen is not considered or described.

【0017】本発明では、電極としてCu、誘電体膜と
してTaを用いるキャパシタの反応防止層として
好適な材料を提供し、その最適な形成方法を示すことを
目的としており、上記の先行文献とは発明の主眼が異な
るものである。
The object of the present invention is to provide a material suitable as a reaction-preventing layer of a capacitor using Cu as an electrode and Ta 2 O 5 as a dielectric film, and to show an optimum forming method thereof. The main focus of the invention is different from the literature.

【0018】Taが好適な理由として、以下の3つが挙
げられる。
The following are three reasons why Ta is suitable.

【0019】第一の理由は、キャパシタ誘電体膜である
Taとの適応性である。Ta の形成時およ
び後熱処理時に、反応防止層の表面が酸化されるのは避
けられない。反応防止層としてTaまたはTaの化合物
を選択すれば、酸化されてもTaが形成されるた
め、キャパシタ特性が大きく変化することはない。この
ため、反応防止層の材料としては、TaまたはTaNに
限定される。
The first reason is the capacitor dielectric film.
TaTwoO5And adaptability. Ta TwoO5Formation time and
The surface of the reaction preventive layer should be prevented from being oxidized during the subsequent heat treatment.
I can't avoid it. Ta or Ta compound as reaction preventing layer
If selected, TaTwoO5Was formed
Therefore, the capacitor characteristics do not change significantly. this
Therefore, Ta or TaN is used as the material of the reaction prevention layer.
Limited.

【0020】第二の理由は、電極であるCuとの適応性
である。TaとTaNを比較すると、Cuの拡散を防止
する性能は同等であると考えられる。しかし、TaNは
Taに比べてCuとの接着性が弱いため、Ta
の後熱処理時に剥離が生じる可能性がある。このため、
Ta/Cu構造を有するMIMキャパシタの反応
防止層としては、Taの方が望ましい。
The second reason is compatibility with Cu which is an electrode. Comparing Ta and TaN, it is considered that the performance of preventing Cu diffusion is equivalent. However, TaN has a weaker adhesiveness with Cu than Ta, so that peeling may occur during post heat treatment of the Ta 2 O 5 film. For this reason,
Ta is more preferable as the reaction preventing layer of the MIM capacitor having the Ta 2 O 5 / Cu structure.

【0021】第三の理由は、抵抗率である。Taの抵抗
率は約10μΩcmであるのに対し、TaNは約200
μΩcmと1桁以上大きい。キャパシタの直列抵抗が大
きくなると、高周波特性が低下する。このため、特に高
周波アナログデバイスには、抵抗率の小さいTaを用い
る方が望ましい。
The third reason is the resistivity. The resistivity of Ta is about 10 μΩcm, while that of TaN is about 200.
μΩcm, which is larger than one digit. As the series resistance of the capacitor increases, the high frequency characteristic deteriorates. For this reason, it is desirable to use Ta having a low resistivity, especially for a high frequency analog device.

【0022】本発明では、これらの基礎的な物性に加え
て、Cu電極上にTaまたはTaNを形成し、誘電体膜
としてTaを形成してキャパシタの電気的特性を
比較した。その結果、反応防止層としてTaを用いた方
が、TaNを用いた場合に比べてリーク電流が小さく、
容量が大きいことを明らかにした。詳細なデータについ
ては、後述する。
In the present invention, in addition to these basic physical properties, Ta or TaN was formed on a Cu electrode, and Ta 2 O 5 was formed as a dielectric film to compare the electrical characteristics of capacitors. As a result, the leakage current is smaller when Ta is used as the reaction prevention layer than when TaN is used.
Clarified that the capacity is large. Detailed data will be described later.

【0023】特開2001−237375では、表1に
拡散防止機能を有する材料を挙げ、耐拡散温度を比較し
ている。WNは耐拡散温度が700℃と高く、実施例で
もWNを拡散防止層に用いたキャパシタの形成方法を記
述している。この表から、同じ700℃の耐拡散温度を
有するTaNや、より耐拡散温度の高い材料を拡散防止
層として選択することは容易である。しかし、この表で
はTaの耐拡散温度が500℃と記述されているため、
本発明の主旨である、CuとTaとの間の拡散防
止材料としてTaが好適であることに関しては、むしろ
最適な材料よりふさわしくない材料の分類にはいるよう
になり、この特開2001−237375の先行文献か
らは容易に類推することはできない。
In Japanese Patent Laid-Open No. 2001-237375, Table 1 lists materials having a diffusion preventing function and compares the diffusion resistance temperatures. WN has a high diffusion resistance temperature of 700 ° C., and the examples also describe a method of forming a capacitor using WN as a diffusion prevention layer. From this table, it is easy to select TaN having the same diffusion resistance temperature of 700 ° C. or a material having a higher diffusion resistance temperature as the diffusion prevention layer. However, since the diffusion resistance temperature of Ta is described as 500 ° C. in this table,
Regarding the suitability of Ta as a diffusion preventing material between Cu and Ta 2 O 5 which is the main point of the present invention, it came to be in the classification of materials which are rather unsuitable than the optimum material. It cannot be easily inferred from the prior literature of 2001-237375.

【0024】Ta膜の形成方法としては、化学的
気相成長法(CVD法)やスパッタリング法が挙げられ
る。下地の酸化を抑制するためには、Ta膜を低
温で形成する必要がある。CVD法ではTaの有機金
属、例えばペントエトキシタンタルと酸素を原料とし
て、加熱した基板上にTa膜を堆積する。Taの
有機化合物を十分に分解して、膜中に残留する炭素量を
低減するためには、400℃以上の温度が必要である。
このため、CVD法によるTa膜の形成では下地
が酸化されやすい。一方、スパッタリング法の場合、基
板温度が300℃以下でも絶縁性の高いTa膜が
形成できるため、下地の酸化を抑制することができる。
As a method of forming the Ta 2 O 5 film, a chemical vapor deposition method (CVD method) and a sputtering method can be mentioned. In order to suppress the oxidation of the base, it is necessary to form the Ta 2 O 5 film at a low temperature. In the CVD method, a Ta 2 O 5 film is deposited on a heated substrate by using Ta organic metal such as pentoethoxy tantalum and oxygen as raw materials. A temperature of 400 ° C. or higher is necessary in order to sufficiently decompose the organic compound of Ta and reduce the amount of carbon remaining in the film.
Therefore, the base is easily oxidized in the formation of the Ta 2 O 5 film by the CVD method. On the other hand, in the case of the sputtering method, since the Ta 2 O 5 film having high insulation can be formed even when the substrate temperature is 300 ° C. or lower, the oxidation of the underlayer can be suppressed.

【0025】このため、前記第2の工程のTa
の形成工程は、スパッタリング法により、300℃以下
の形成温度で行うことが望ましい。ただし、ALCVD
法(Atomic Layer Chemical V
apor Deposition)などの低温化が可能
な形成方法を用いてもよい。
Therefore, it is desirable that the Ta 2 O 5 film forming step of the second step is performed by a sputtering method at a forming temperature of 300 ° C. or lower. However, ALCVD
Method (Atomic Layer Chemical V
A formation method capable of lowering the temperature, such as apor Deposition) may be used.

【0026】Ta膜中の酸素欠損を修復してキャ
パシタ特性を向上させるために、膜形成後に後熱処理を
行う必要がある。後熱処理温度が高温であるほど化学反
応が活性化する。
In order to repair oxygen vacancies in the Ta 2 O 5 film and improve the capacitor characteristics, it is necessary to carry out a post heat treatment after forming the film. The higher the post heat treatment temperature is, the more the chemical reaction is activated.

【0027】このため、前記第3の工程のTa
の熱処理工程は、前記第2の工程のTa膜の形成
工程よりも高温で行うことが望ましい。
Therefore, it is desirable that the heat treatment step of the Ta 2 O 5 film in the third step be performed at a higher temperature than the heat treatment step of the Ta 2 O 5 film in the second step.

【0028】後熱処理は、下地の酸化を抑制するために
不活性雰囲気中で行うことが望ましい。Ta膜の
形成中に酸素が十分に供給されていれば、Ta
中に十分な酸素が含まれている。このため、不活性雰囲
気中の熱処理でも、酸素欠損を修復することは可能であ
る。ただし、後熱処理雰囲気中の酸素分圧は0でなくて
も構わない。酸素分圧が大きいほど、より低温でTa
膜中の酸素欠損を修復できる。ただし、下地のTa
膜が全て酸化されると、Cu電極の酸化が始まってしま
うため、少なくともTaの一部が残る程度の酸素分圧を
選択する必要がある。また、後熱処理温度を高温化する
と酸化力は強くなるため、酸素分圧をより低くする必要
がある。
The post heat treatment is preferably performed in an inert atmosphere in order to suppress the oxidation of the underlayer. If oxygen in the formation of the Ta 2 O 5 film is only to be sufficiently supplied, it contains sufficient oxygen in the Ta 2 O 5 film. Therefore, the oxygen deficiency can be repaired even by the heat treatment in the inert atmosphere. However, the oxygen partial pressure in the post-heat treatment atmosphere may not be zero. The higher the oxygen partial pressure, the lower the temperature will be Ta 2
Oxygen deficiency in the O 5 film can be repaired. However, the underlying Ta
When the entire film is oxidized, the Cu electrode starts to be oxidized. Therefore, it is necessary to select an oxygen partial pressure at which at least a part of Ta remains. Further, if the post-heat treatment temperature is raised, the oxidizing power becomes stronger, so it is necessary to lower the oxygen partial pressure.

【0029】次に、下地のTaの酸化について説明す
る。
Next, the oxidation of the underlying Ta will be described.

【0030】スパッタリング法によって基板温度を低温
化して下地の酸化を抑制しても、Taが数nm酸化され
るのは避けられない。Taが酸化されれば、Ta
膜が形成されるため、キャパシタの容量は減少する。し
かし、十分に酸素を含んだTa膜を形成するため
には、下地のTaが酸化されるのは避けられない。
Even if the substrate temperature is lowered by the sputtering method to suppress the oxidation of the underlayer, it is inevitable that Ta is oxidized by several nm. If Ta is oxidized, Ta 2 O 5
Since the film is formed, the capacitance of the capacitor is reduced. However, in order to form a Ta 2 O 5 film containing sufficient oxygen, it is inevitable that the underlying Ta is oxidized.

【0031】これに加えて、Ta膜の後熱処理中
に下地のTaが酸化される。不活性雰囲気中で後熱処理
を行っても、Ta膜中に含まれる酸素によって下
地のTa膜の表面は酸化される。後熱処理の雰囲気中に
酸素を含めば、酸化されるTaの膜厚は大きくなる。T
膜の膜厚が増大すれば、キャパシタの容量が減
少するため、酸化されるTaの膜厚は小さいことが望ま
しい。しかし、Ta膜中の酸素欠損が修復される
程度の後熱処理を行えば、下地のTaが酸化されるのは
避けられない。
In addition to this, the underlying Ta is oxidized during the post heat treatment of the Ta 2 O 5 film. Even if the post heat treatment is performed in an inert atmosphere, the surface of the underlying Ta film is oxidized by the oxygen contained in the Ta 2 O 5 film. If oxygen is included in the atmosphere of the post heat treatment, the film thickness of oxidized Ta becomes large. T
Since the capacitance of the capacitor decreases as the film thickness of the a 2 O 5 film increases, it is desirable that the film thickness of oxidized Ta be small. However, if post-heat treatment is performed to the extent that oxygen deficiency in the Ta 2 O 5 film is repaired, it is unavoidable that the underlying Ta is oxidized.

【0032】このため、前記第2の工程のTa
の形成工程、および前記第3の工程のTa膜の熱
処理工程により、前記Ta膜の表面が5nm以上酸化さ
れる。その結果、スパッタリング法で形成されたTa
膜と、Taが酸化されて形成されたTa膜と
の2層構造となる。以上のような手段を用いることによ
り、課題を解決することができる。
For this reason, the surface of the Ta film is oxidized by 5 nm or more by the Ta 2 O 5 film forming step of the second step and the Ta 2 O 5 film heat treatment step of the third step. As a result, Ta 2 formed by the sputtering method
O 5 and film, Ta is a two-layer structure of Ta 2 O 5 film is formed by oxidation. The problem can be solved by using the above means.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】本発明の効果を実証するために、
電極としてCu、誘電体膜としてTa を用いたM
IMキャパシタを形成し、電気的特性を評価した。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In order to demonstrate the effect of the present invention,
Cu as an electrode and Ta as a dielectric filmTwoO 5Using M
An IM capacitor was formed and electrical characteristics were evaluated.

【0034】まず、キャパシタの形成工程を図1に従い
説明する。
First, the process of forming a capacitor will be described with reference to FIG.

【0035】シリコン基板1上に、Ta金属ターゲット
を用いたDCスパッタリング法によって、膜厚が5nm
のTaN膜2と膜厚が25nmのTa膜3を形成した。
TaN膜3は、ArとNの混合雰囲気中での反応性ス
パッタリングによって形成した。
A film thickness of 5 nm is formed on the silicon substrate 1 by the DC sputtering method using a Ta metal target.
The TaN film 2 and the Ta film 3 having a film thickness of 25 nm were formed.
The TaN film 3 was formed by reactive sputtering in a mixed atmosphere of Ar and N 2 .

【0036】次に、電極として膜厚が100nmのCu
膜4と、反応防止層として膜厚が25nmのTa膜5を
順に形成した(図1(a))。
Next, Cu having a thickness of 100 nm was used as an electrode.
A film 4 and a Ta film 5 having a film thickness of 25 nm as a reaction preventing layer were sequentially formed (FIG. 1A).

【0037】次に、Ta酸化物ターゲットを用い
たRFスパッタリング法によって、膜厚が20nmのT
膜6を形成した(図1(b))。形成条件は、
形成温度が100℃、ArガスとOガスの比率が1:
1である。
Next, a T 2 film having a thickness of 20 nm is formed by RF sputtering using a Ta 2 O 5 oxide target.
An a 2 O 5 film 6 was formed (FIG. 1 (b)). The formation conditions are
The formation temperature is 100 ° C., and the ratio of Ar gas and O 2 gas is 1 :.
It is 1.

【0038】Ta膜6の形成後、後熱処理を行っ
た。後熱処理の条件は、Nガス気流中450℃で3分
間である。
After forming the Ta 2 O 5 film 6, a post heat treatment was performed. The condition of the post heat treatment is 450 ° C. in N 2 gas stream for 3 minutes.

【0039】後熱処理後に、Au上部電極7を蒸着し、
キャパシタを完成させた(図1(c))。電気的特性を
図2から図6で説明する。
After the post heat treatment, the Au upper electrode 7 is vapor-deposited,
The capacitor was completed (FIG. 1 (c)). The electrical characteristics will be described with reference to FIGS.

【0040】図2は、Cu電極上に直接Ta膜を
形成したキャパシタにおいて、リーク電流密度の熱処理
による変化を説明する図である。Ta膜の形成後
に熱処理を行わない場合(as−depo.)、リーク
電流密度は非常に大きい。また、N中450℃の後熱
処理を行っても、リーク電流密度は大きいままほとんど
変化しない。これは、Ta膜の形成中にCu膜が
酸化され、同時に拡散係数の大きいCuがTa
中に拡散したためと考えられる。
FIG. 2 is a diagram for explaining a change in leakage current density due to heat treatment in a capacitor in which a Ta 2 O 5 film is directly formed on a Cu electrode. When the heat treatment is not performed after forming the Ta 2 O 5 film (as-depo.), The leakage current density is very large. Further, even if the post heat treatment is performed in N 2 at 450 ° C., the leakage current density remains large and hardly changes. It is considered that this is because the Cu film was oxidized during the formation of the Ta 2 O 5 film, and at the same time Cu having a large diffusion coefficient was diffused into the Ta 2 O 5 film.

【0041】図3は、Cu電極とTa膜の間に反
応防止層としてTa膜を形成したキャパシタにおいて、
リーク電流密度の熱処理による変化を説明する図であ
る。
FIG. 3 shows a capacitor in which a Ta film is formed as a reaction preventing layer between a Cu electrode and a Ta 2 O 5 film.
It is a figure explaining the change by heat treatment of a leak current density.

【0042】図2と比較すると、Ta膜の形成後
に熱処理を行わない場合(as−depo.)のリーク
電流密度は6桁以上小さい。また、N中450℃の後
熱処理を行うと、特に低電圧領域のリーク電流密度が低
減する。反応防止層としてTaを挿入することによって
リーク電流密度が大きく低減したのは、Cu電極の酸化
と拡散が防止されたためと考えられる。また、後熱処理
によってリーク電流密度が低減したのは、Ta
中の酸素欠損が修復されたためと考えられる。
Compared to FIG. 2, the leakage current density when the heat treatment is not performed after the formation of the Ta 2 O 5 film (as-depo.) Is smaller by 6 digits or more. Further, the post-heat treatment at 450 ° C. in N 2 reduces the leak current density particularly in the low voltage region. The reason that the leakage current density was greatly reduced by inserting Ta as the reaction preventing layer is considered to be that the oxidation and diffusion of the Cu electrode were prevented. Also, the reason why the leakage current density was reduced by the post heat treatment is considered to be that the oxygen deficiency in the Ta 2 O 5 film was repaired.

【0043】つまり、Cu電極とTa膜との間に
反応防止層としてTaを挿入し、Ta膜を後熱処
理することによって、キャパシタのリーク電流密度を大
きく低減できることが明らかとなった。
That is, it is clear that the leakage current density of the capacitor can be greatly reduced by inserting Ta as a reaction preventing layer between the Cu electrode and the Ta 2 O 5 film and subjecting the Ta 2 O 5 film to post heat treatment. became.

【0044】次に、Ta膜の後熱処理は、リーク
電流密度だけではなくキャパシタ容量の電圧依存にも効
果があることを説明する。
Next, it will be explained that the post heat treatment of the Ta 2 O 5 film is effective not only for the leakage current density but also for the voltage dependence of the capacitor capacitance.

【0045】図4は、Cu電極とTa膜の間に反
応防止層としてTa膜を形成したキャパシタにおいて、
形成直後のキャパシタ容量のTa膜厚依存を説明
する図である。
FIG. 4 shows a capacitor in which a Ta film is formed as a reaction preventing layer between a Cu electrode and a Ta 2 O 5 film.
Formed is a diagram illustrating a Ta 2 O 5 film thickness dependency of the capacitance immediately after.

【0046】電圧を+2V→−2V→+2Vと変化さ
せ、キャパシタ容量を測定した。
The voltage was changed from + 2V → -2V → + 2V and the capacitance of the capacitor was measured.

【0047】Taの膜厚が小さいほど容量は増大
する。しかし、いずれの膜厚においてもヒステリシスが
観察される。また、Taの膜厚が小さいほどヒス
テリシスは大きく、容量の電圧による変化も増大する。
このヒステリシスの発生と電圧による容量の変化は、デ
バイスの特性を低下させる原因となる。
The smaller the film thickness of Ta 2 O 5 , the larger the capacity. However, hysteresis is observed at any film thickness. In addition, the smaller the film thickness of Ta 2 O 5, the larger the hysteresis, and the change in the capacitance depending on the voltage also increases.
The occurrence of this hysteresis and the change of the capacitance due to the voltage cause deterioration of the device characteristics.

【0048】図5は、Cu電極とTa膜の間に反
応防止層としてTa膜を形成したキャパシタにおいて、
熱処理後のキャパシタ容量のTa膜厚依存を説明
する図である。図4と同様に、電圧を+2V→−2V→
+2Vと変化させ、キャパシタ容量を測定した。
FIG. 5 shows a capacitor in which a Ta film is formed as a reaction preventing layer between a Cu electrode and a Ta 2 O 5 film.
Is a diagram illustrating a Ta 2 O 5 film thickness dependence of capacitance after heat treatment. Similar to FIG. 4, the voltage is + 2V → -2V →
The capacitance was measured while changing to + 2V.

【0049】図4に示した後熱処理を行わない場合と同
様に、図5においてはTaの膜厚が小さいほど容
量は増大する。しかし、後熱処理を行うことによって、
ヒステリシスが消失し、容量の電圧による変化も減少す
る。これは、後熱処理によってTa膜中の酸素欠
損が修復されたためと考えられる。
As in the case of not performing the post heat treatment shown in FIG. 4, in FIG. 5, the smaller the film thickness of Ta 2 O 5 , the larger the capacity. However, by performing a post heat treatment,
Hysteresis disappears and the change in capacitance with voltage also decreases. It is considered that this is because the oxygen deficiency in the Ta 2 O 5 film was repaired by the post heat treatment.

【0050】つまり、Cu電極とTa膜との間に
反応防止層を挿入し、Ta膜を後熱処理すること
によって、容量のヒステリシスと電圧による変化を大き
く低減できることが明らかとなった。
That is, it is clear that by inserting a reaction preventive layer between the Cu electrode and the Ta 2 O 5 film and post-heat treating the Ta 2 O 5 film, the hysteresis of the capacitance and the change due to the voltage can be greatly reduced. became.

【0051】次に、反応防止層であるTa膜の表面にお
いて酸化される膜厚について説明する。
Next, the film thickness that is oxidized on the surface of the Ta film which is the reaction preventing layer will be described.

【0052】図6は、Cu電極とTa膜の間に反
応防止層としてTa膜を形成したキャパシタにおいて、
熱処理後のSiO換算膜厚のTa膜厚依存を説
明する図である。
FIG. 6 shows a capacitor in which a Ta film is formed as a reaction preventing layer between a Cu electrode and a Ta 2 O 5 film.
Is a diagram illustrating a Ta 2 O 5 film thickness dependency of the SiO 2 equivalent thickness after the heat treatment.

【0053】SiO換算膜厚とは、キャパシタの誘電
体膜の比誘電率を3.82と仮定し、キャパシタの容量
から誘電体膜の膜厚を求めたものである。
The SiO 2 converted film thickness is obtained by calculating the film thickness of the dielectric film from the capacitance of the capacitor assuming that the dielectric constant of the dielectric film of the capacitor is 3.82.

【0054】図6に示すように、横軸をTa膜の
膜厚とし、縦軸をSiO換算膜厚とすることによっ
て、傾きから誘電体膜の比誘電率が求められ、縦軸の切
片から下地の酸化膜厚が求められる。
As shown in FIG. 6, by setting the Ta 2 O 5 film thickness on the abscissa and the SiO 2 converted film thickness on the ordinate, the relative permittivity of the dielectric film can be obtained from the slope and The oxide film thickness of the underlayer can be obtained from the axis intercept.

【0055】図6の傾きから、誘電体膜の比誘電率は約
30と求められる。また、図6の切片から、下地の酸化
膜厚は約0.8nmと求められる。反応防止層であるT
a膜が酸化されると、膜表面にTa層が形成され
ると考えられる。この酸化によって形成されたTa
層の比誘電率を約30と仮定すると、膜厚は約6nm
と求められる。
From the inclination of FIG. 6, the relative permittivity of the dielectric film is found to be about 30. Further, from the section of FIG. 6, the oxide film thickness of the underlying layer is determined to be about 0.8 nm. T which is a reaction prevention layer
It is considered that when the a film is oxidized, a Ta 2 O 5 layer is formed on the film surface. Ta 2 O formed by this oxidation
Assuming the relative permittivity of 5 layers is about 30, the film thickness is about 6 nm.
Is required.

【0056】つまり、反応防止層であるTa膜上にTa
膜を形成してN雰囲気中450℃の後熱処理を
行うことによって、下地のTa膜は酸化され、約6nm
のTa膜が新たに形成されることが明らかとなっ
た。
That is, Ta is formed on the Ta film which is the reaction preventing layer.
By forming a 2 O 5 film and performing a post heat treatment at 450 ° C. in an N 2 atmosphere, the underlying Ta film is oxidized to about 6 nm.
It was revealed that the Ta 2 O 5 film of No. 1 was newly formed.

【0057】Ta膜の膜厚が増大すれば、キャパ
シタの容量が減少するため、酸化されるTaの膜厚は小
さいことが望ましい。しかし、Ta膜中の酸素欠
損が修復される程度の後熱処理を行えば、下地のTaが
酸化されるのは避けられない。
As the film thickness of the Ta 2 O 5 film increases, the capacitance of the capacitor decreases, so it is desirable that the film thickness of oxidized Ta be small. However, if post-heat treatment is performed to the extent that oxygen deficiency in the Ta 2 O 5 film is repaired, it is unavoidable that the underlying Ta is oxidized.

【0058】以上の実験結果から明らかなように、Cu
電極とTa膜との間に反応防止層を挿入すること
によってCu電極の酸化と拡散が抑制され、Ta
膜を後熱処理することによってTa膜中の酸素欠
損が修復される結果、キャパシタのリーク電流密度が低
減され、加えて容量のヒステリシスと電圧による変化が
低減される。
As is clear from the above experimental results, Cu
Diffusion and oxidation of the Cu electrode is suppressed by inserting a reaction-preventing layer between the electrode and the Ta 2 O 5 film, Ta 2 O 5
The oxygen deficiency in the Ta 2 O 5 film is repaired by post-heat treatment of the film, and as a result, the leakage current density of the capacitor is reduced, and in addition, the capacitance hysteresis and the change due to voltage are reduced.

【0059】また、反応防止層であるTa膜が酸化され
る結果、スパッタリング法で形成されたTa
と、Taが酸化されて形成されたTa膜との2層
構造の誘電体膜となる。
[0059] In addition, a reaction preventing layer Ta result film is oxidized, and the Ta 2 O 5 film formed by sputtering, Ta has a two-layer structure of Ta 2 O 5 film is formed by oxidizing It becomes a dielectric film.

【0060】次に、反応防止層としてTaNを用いたキ
ャパシタを形成し、電気的特性を比較した。
Next, a capacitor using TaN as a reaction preventing layer was formed and the electrical characteristics were compared.

【0061】まず、キャパシタの形成工程を図7で説明
する。
First, the step of forming a capacitor will be described with reference to FIG.

【0062】Cu膜4を形成するまでの工程は図1と同
様であるため、ここでは省略する。
Since the steps up to the formation of the Cu film 4 are the same as those in FIG. 1, they are omitted here.

【0063】Cu膜4の形成後、反応防止層として膜厚
が25nmのTaN膜8を形成した。
After forming the Cu film 4, a TaN film 8 having a film thickness of 25 nm was formed as a reaction preventing layer.

【0064】次に、Ta酸化物ターゲットを用い
たRFスパッタリング法によって、膜厚が20nmのT
膜6を形成した。形成条件は、形成温度が10
0℃、ArガスとOガスの比率が1:1である。
Next, a T film having a thickness of 20 nm is formed by RF sputtering using a Ta 2 O 5 oxide target.
The a 2 O 5 film 6 was formed. The formation condition is that the formation temperature is 10
At 0 ° C., the ratio of Ar gas and O 2 gas is 1: 1.

【0065】Ta膜6の形成後、後熱処理を行っ
た。後熱処理の条件は、Nガス気流中450℃で3分
間である。
After forming the Ta 2 O 5 film 6, a post heat treatment was performed. The condition of the post heat treatment is 450 ° C. in N 2 gas stream for 3 minutes.

【0066】後熱処理後に、Au上部電極7を蒸着し、
キャパシタを完成させた(図7)。
After the post heat treatment, the Au upper electrode 7 is vapor-deposited,
The capacitor was completed (Fig. 7).

【0067】図1では反応防止層としてTa膜を用いて
いたが、図7では反応防止層としてTaN膜を用いてい
る点が異なる。
Although the Ta film is used as the reaction preventing layer in FIG. 1, it is different in that the TaN film is used as the reaction preventing layer in FIG.

【0068】電気的特性を比較した結果を図8と図9で
説明する。
The results of comparing the electrical characteristics will be described with reference to FIGS. 8 and 9.

【0069】図8は、反応防止層としてTaを用いたキ
ャパシタにおけるリーク電流密度の実効電界依存を、反
応防止層としてTaNを用いたキャパシタと比較する図
である。
FIG. 8 is a diagram comparing the effective electric field dependence of the leakage current density in a capacitor using Ta as a reaction preventing layer with a capacitor using TaN as a reaction preventing layer.

【0070】図8から明らかなように、Taを反応防止
膜として用いた方が、TaNを用いた場合よりもリーク
電流密度が小さい。
As is clear from FIG. 8, the leakage current density is smaller when Ta is used as the reaction preventing film than when TaN is used.

【0071】図9は、反応防止層としてTaを用いたキ
ャパシタにおけるSiO換算膜厚のTa膜厚依
存を、反応防止層としてTaNを用いたキャパシタと比
較する図である。
FIG. 9 is a diagram comparing the Ta 2 O 5 film thickness dependence of the SiO 2 converted film thickness of a capacitor using Ta as a reaction preventing layer with a capacitor using TaN as a reaction preventing layer.

【0072】図9から明らかなように、Taを反応防止
膜として用いた方が、TaNを用いた場合よりもSiO
換算膜厚が小さい。言い換えれば、容量が大きい。
As is clear from FIG. 9, when Ta is used as the reaction preventing film, SiO is more effective than when TaN is used.
2 The converted film thickness is small. In other words, the capacity is large.

【0073】以上の実験結果から明らかなように、Ta
/Cu構造を有するMIMキャパシタの反応防止
層としては、TaNよりもTaの方が望ましい。
As is clear from the above experimental results, Ta
As the reaction preventing layer of the MIM capacitor having the 2 O 5 / Cu structure, Ta is preferable to TaN.

【0074】以上、具体的な実験結果を示しながら本発
明の効果を説明したが、膜の形成条件や熱処理条件は、
本発明の内容を大きく逸脱しない範囲内で変更が可能で
あることは言うまでもない。
The effects of the present invention have been described above by showing the concrete experimental results. The film forming conditions and heat treatment conditions are as follows.
It goes without saying that changes can be made without departing from the scope of the present invention.

【0075】例えば、Ta膜の形成方法は、スパ
ッタリング法に限らず、CVD法を用いてもよい。ただ
し、下地の酸化を抑制するために、形成温度は300℃
以下にすることが望ましい。
For example, the method of forming the Ta 2 O 5 film is not limited to the sputtering method, and the CVD method may be used. However, the formation temperature is 300 ° C in order to suppress the oxidation of the base.
The following is desirable.

【0076】また、Ta膜の熱処理温度は、45
0℃に限らず、Ta膜の形成温度よりも高温であ
ればよい。ただし、低温ではTa膜の酸素欠損の
修復が不十分であり、高温では下地の酸化が大きくなる
ため、300℃以上500℃の温度範囲を選択するのが
望ましい。
The heat treatment temperature of the Ta 2 O 5 film is 45.
The temperature is not limited to 0 ° C., and may be higher than the formation temperature of the Ta 2 O 5 film. However, at a low temperature, the repair of oxygen vacancies in the Ta 2 O 5 film is insufficient, and at a high temperature, the oxidation of the underlayer becomes large.

【0077】また、Ta膜の熱処理雰囲気は、不
活性雰囲気であることが望ましいが、酸素分圧は0でな
くても構わない。ただし、下地のTa膜が全て酸化され
ると、Cu電極が酸化してしまうため、少なくともTa
の一部が残る程度の酸素分圧に抑える必要がある。
The heat treatment atmosphere for the Ta 2 O 5 film is preferably an inert atmosphere, but the oxygen partial pressure may not be 0. However, if the underlying Ta film is entirely oxidized, the Cu electrode will be oxidized.
It is necessary to control the oxygen partial pressure to the extent that a part of it remains.

【0078】上部電極については、Cu、Pt、Ruの
中から選択することができるが、下部電極との対称性を
考慮すると、Cuとすることが望ましい。また、下部電
極と同様に、Ta膜と上部電極との間に反応防止
層を挿入する必要がある。上部電極側の反応防止層の材
料は、Cuの拡散を防止できるものであれば任意に選択
することができるが、対称性を考慮すると、Taとする
ことが望ましい。この場合、Cu/Ta/Ta
Ta/Cu構造となる。
The upper electrode can be selected from Cu, Pt, and Ru, but Cu is preferable in view of the symmetry with the lower electrode. Further, like the lower electrode, it is necessary to insert a reaction preventive layer between the Ta 2 O 5 film and the upper electrode. The material of the reaction prevention layer on the upper electrode side can be arbitrarily selected as long as it can prevent the diffusion of Cu, but in view of symmetry, Ta is preferable. In this case, Cu / Ta / Ta 2 O 5 /
It has a Ta / Cu structure.

【0079】(実施の形態1)以下、本発明の実施の形
態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態
を説明するための全図において、同一の機能を有する部
材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略す
る。
(Embodiment 1) Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for explaining the embodiments, members having the same function are designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

【0080】実施の形態1を図10で説明する。これ
は、例えば半導体基板にMISFET(Metal I
nsulator Semiconductor Fi
eldEffect Transistor)が形成さ
れた半導体集積回路装置の製造方法に本発明を適用した
ものである。
The first embodiment will be described with reference to FIG. This is because, for example, a MISFET (Metal I
nsulator Semiconductor Fi
The present invention is applied to a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device in which an eldeffect transistor is formed.

【0081】まず、単結晶シリコン基板に、素子分離領
域、MISFET、およびMISFETの半導体領域に
接続されたプラグを形成する。本実施例では、ここまで
の工程および図面は省略し、図10にはプラグ形成以降
の工程を示す。つまり、図10の下部には、素子分離領
域、MISFET、およびMISFETの半導体領域に
接続されたプラグなどが形成されている。
First, an element isolation region, a MISFET, and a plug connected to the semiconductor region of the MISFET are formed on a single crystal silicon substrate. In this embodiment, the steps up to this point and the drawings are omitted, and FIG. 10 shows the steps after the plug formation. That is, the element isolation region, the MISFET, the plug connected to the semiconductor region of the MISFET, and the like are formed in the lower portion of FIG.

【0082】まず、半導体基板の全面に、たとえばプラ
ズマCVD法にて窒化シリコン膜を堆積し、膜厚が約1
00nmのエッチストッパ膜9を形成する。エッチスト
ッパ膜9は、その上層の絶縁膜に配線形成用の溝部や孔
を形成する際に、その掘り過ぎによって下層に損傷を与
えたり、加工寸法精度が劣化したりすることを回避する
ためのものである。
First, a silicon nitride film is deposited on the entire surface of a semiconductor substrate by, for example, a plasma CVD method to have a film thickness of about 1
An etch stopper film 9 of 00 nm is formed. The etch stopper film 9 is for avoiding damage to the lower layer and deterioration of the processing dimensional accuracy due to over-digging when forming a groove portion or a hole for forming a wiring in the upper insulating film. It is a thing.

【0083】次に、エッチストッパ膜9の表面にCVD
法でフッ素を添加した酸化シリコン(SiOF)膜を堆
積し、膜厚が約400nmの絶縁膜10を堆積する。絶
縁膜10としてSiOF膜を用いた場合、そのSiOF
膜は低誘電率膜であるので、半導体集積回路装置の配線
の総合的な誘電率を下げることが可能であり、配線遅延
を改善できる。
Next, CVD is performed on the surface of the etch stopper film 9.
A silicon oxide (SiOF) film to which fluorine is added is deposited by the method, and the insulating film 10 having a thickness of about 400 nm is deposited. When a SiOF film is used as the insulating film 10, the SiOF film
Since the film is a low dielectric constant film, it is possible to reduce the overall dielectric constant of the wiring of the semiconductor integrated circuit device and improve the wiring delay.

【0084】次に、エッチストッパ膜9および絶縁膜1
0を、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング
技術を用いて加工し、配線溝(溝部)を形成する。
Next, the etch stopper film 9 and the insulating film 1
0 is processed using a photolithography technique and a dry etching technique to form a wiring groove (groove portion).

【0085】次に、配線溝の底部に露出するプラグの表
面の反応層を除去するために、アルゴン(Ar)雰囲気
中にてスパッタエッチングによる半導体基板の表面処理
を行う。このときのスパッタエッチング量は、P−TE
OS(Plasma Tetraethylortho
silicate)酸化膜に換算して約2nm〜18n
m程度、好ましくは約10nm程度とする。なお、本実
施の形態1においては、アルゴン雰囲気中におけるスパ
ッタエッチングによりプラグの表面の反応層を除去する
場合を例示したが、たとえば水素(H)や一酸化炭素
(CO)のような還元性ガスや、還元性ガスと不活性ガ
スとの混合雰囲気中でのアニール処理により反応層を十
分に除去できるなら、このアニール処理とスパッタエッ
チング処理を置き換えてもよい。アニール処理の場合
は、スパッタエッチング時による絶縁膜10の損失や、
電子によるゲート酸化膜のチャージングダメージを防ぐ
ことができる。
Next, in order to remove the reaction layer on the surface of the plug exposed at the bottom of the wiring groove, surface treatment of the semiconductor substrate is performed by sputter etching in an argon (Ar) atmosphere. The sputter etching amount at this time is P-TE.
OS (Plasma Tetraethylortho
Silicate) Approximately 2 nm to 18 n in terms of oxide film
The thickness is about m, preferably about 10 nm. Although the case where the reaction layer on the surface of the plug is removed by sputter etching in an argon atmosphere has been described in the first embodiment, the reducing property such as hydrogen (H 2 ) or carbon monoxide (CO) can be used. If the reaction layer can be sufficiently removed by annealing in a gas or a mixed atmosphere of a reducing gas and an inert gas, this annealing may be replaced with the sputter etching. In the case of annealing treatment, loss of the insulating film 10 due to sputter etching,
It is possible to prevent charging damage to the gate oxide film due to electrons.

【0086】次に、半導体基板の全面にバリア導電性膜
(第1導電性膜)11aとなる、例えばTaN膜を堆積
する。バリア導電性膜11aの膜厚は、配線溝の内部を
除いた絶縁膜10の表面において約2nm〜18nm程
度、好ましくは約10nmとなるようにする。
Next, for example, a TaN film to be the barrier conductive film (first conductive film) 11a is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate. The film thickness of the barrier conductive film 11a is set to about 2 nm to 18 nm, preferably about 10 nm on the surface of the insulating film 10 excluding the inside of the wiring groove.

【0087】次に、半導体基板の全面にバリア導電性膜
(第2導電性膜)11bとなる、例えばTa膜を堆積す
る。その膜厚は、配線溝の内部を除いた絶縁膜10の表
面において約10nm〜40nm程度、好ましくは約2
5nm程度となるようにする。
Next, for example, a Ta film to be the barrier conductive film (second conductive film) 11b is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate. The film thickness is about 10 nm to 40 nm, preferably about 2 nm on the surface of the insulating film 10 excluding the inside of the wiring groove.
It should be about 5 nm.

【0088】バリア導電性膜11aおよび11bは、ス
パッタリング法により堆積してもよいし、無機または有
機材料を用いたCVD(Chemical Vapor
Deposition)法により堆積してもよい。
The barrier conductive films 11a and 11b may be deposited by a sputtering method, or a CVD (Chemical Vapor) using an inorganic or organic material.
It may be deposited by the Deposition method.

【0089】次に、Cuのシード膜を堆積する(図示せ
ず)。このシード膜は、半導体基板の温度を約0℃〜1
00℃程度、好ましくは約100℃程度に保ち、約3×
10 −2Pa程度以下の圧力下における長距離スパッタ
リング法によって堆積する。その膜厚は、配線溝の内部
を除いたバリア導電性膜11bの表面において約100
nm〜200nm程度、好ましくは約150nm程度と
なるようにする。本実施の形態においては、シード膜の
堆積に長距離スパッタリング法を用いる場合を例示する
が、Cuスパッタリング原子をイオン化することでスパ
ッタリングの指向性を高めるイオン化スパッタリング法
を用いてもよい。また、シード膜の堆積はCVD法によ
って行ってもよい。
Next, a Cu seed film is deposited (not shown).
No). This seed film increases the temperature of the semiconductor substrate from about 0 ° C to 1 ° C.
Keep at about 00 ℃, preferably about 100 ℃,
10 -2Long-distance sputtering under pressure below about Pa
It is deposited by the ring method. The film thickness is inside the wiring groove
On the surface of the barrier conductive film 11b excluding
nm to about 200 nm, preferably about 150 nm
To be In this embodiment, the seed film
Illustrates the case of using long-distance sputtering method for deposition
However, by ionizing Cu sputtering atoms,
Ionization sputtering method to increase the directivity of tattering
May be used. The seed film is deposited by the CVD method.
You may go.

【0090】次に、Cuシード膜が堆積された半導体基
板の全面に、Cu膜を配線溝に埋め込むように形成し、
この埋め込み膜とシード膜とを合わせて導電性膜(第3
導電性膜)11cとする。Cuの埋め込み膜は、たとえ
ば電解めっき法にて形成する。めっき液としては、たと
えば硫酸(HSO)に10%の硫酸銅(CuS
)および銅膜のカバレージ向上用の添加剤を加えた
ものを用いる。導電性膜11cの形成に電解めっき法を
用いた場合、成長速度を電気的に制御できるので、配線
溝の内部における導電性膜11cのカバレージを向上す
ることができる。
Next, a semiconductor substrate having a Cu seed film deposited thereon
A Cu film is formed on the entire surface of the plate so as to be embedded in the wiring groove,
The buried film and the seed film are combined to form a conductive film (third layer).
Conductive film) 11c. Even if the Cu embedded film is
For example, it is formed by electrolytic plating. As a plating solution,
For example, sulfuric acid (HTwoSOFour) To 10% copper sulfate (CuS
O Four) And an additive to improve the coverage of the copper film
Use one. Electroplating is used to form the conductive film 11c.
When used, the growth rate can be electrically controlled, so wiring
Improving the coverage of the conductive film 11c inside the groove
You can

【0091】なお、本実施の形態においては、導電性膜
11cの堆積に電解めっき法を用いる場合を例示してい
るが、無電解めっき法を用いてもよい。無電解めっき法
を用いた場合、電荷の印加を必要としないので、電界印
加に起因する半導体基板のダメージを、電解めっき法を
用いた場合よりも低減することができる。
Although the case where the electroplating method is used for depositing the conductive film 11c is illustrated in the present embodiment, the electroless plating method may be used. When the electroless plating method is used, it is not necessary to apply an electric charge, so that the damage to the semiconductor substrate due to the electric field application can be reduced as compared with the case where the electrolytic plating method is used.

【0092】また、導電性膜11cを形成する工程に続
けて、アニール処理によってその銅膜を流動化させるこ
とにより、導電性膜11cの配線溝への埋め込み性をさ
らに向上させることもできる。
Further, subsequent to the step of forming the conductive film 11c, the copper film is fluidized by an annealing treatment, whereby the filling property of the conductive film 11c in the wiring groove can be further improved.

【0093】次に、絶縁膜10上の余分なバリア導電性
膜11a、11bおよび導電性膜11cを除去し、配線
溝内にバリア導電性膜11a、11bおよび導電性膜1
1cを残すことで埋め込み配線11を形成する。バリア
導電性膜11a、11bおよび導電性膜11cの除去
は、CMP法を用いた研磨により行う。
Next, the excess barrier conductive films 11a and 11b and the conductive film 11c on the insulating film 10 are removed, and the barrier conductive films 11a and 11b and the conductive film 1 are formed in the wiring trench.
The buried wiring 11 is formed by leaving 1c. The barrier conductive films 11a and 11b and the conductive film 11c are removed by polishing using the CMP method.

【0094】続いて、たとえば0.1%アンモニア水溶
液と純水とを用いた2段階のブラシスクラブ洗浄によ
り、半導体基板の表面に付着した研磨砥粒および銅を除
去した後、埋め込み配線11および絶縁膜10上に窒化
シリコン膜を堆積してバリア絶縁膜12aを形成する。
この窒化シリコン膜の堆積には、たとえばプラズマCV
D法を用いることができ、その膜厚は約50nmとす
る。バリア絶縁膜12aは、埋め込み配線11の導電性
膜11cを構成する銅の拡散を抑制する機能を有する。
これによりバリア導電性膜11aおよび11bとともに
絶縁膜10および後で説明する絶縁膜12bへの銅の拡
散を防止してそれらの絶縁性を保持し、半導体集積回路
装置の信頼性を高めることができる。また、バリア絶縁
膜12aは、後の工程において、エッチングを行なう際
のエッチストッパ層としても機能する。
Then, after polishing abrasive grains and copper adhering to the surface of the semiconductor substrate are removed by two-step brush scrub cleaning using, for example, a 0.1% aqueous ammonia solution and pure water, the embedded wiring 11 and the insulating layer are insulated. A silicon nitride film is deposited on the film 10 to form a barrier insulating film 12a.
For depositing this silicon nitride film, for example, plasma CV is used.
The D method can be used, and the film thickness is about 50 nm. The barrier insulating film 12a has a function of suppressing diffusion of copper forming the conductive film 11c of the embedded wiring 11.
As a result, it is possible to prevent the diffusion of copper into the insulating film 10 and the insulating film 12b described later together with the barrier conductive films 11a and 11b, maintain their insulating properties, and improve the reliability of the semiconductor integrated circuit device. . The barrier insulating film 12a also functions as an etch stopper layer when etching is performed in a later step.

【0095】次に、バリア絶縁膜12aの表面に、膜厚
が約400nmの絶縁膜12bを堆積する。この絶縁膜
12bは、たとえばフッ素を添加したCVD酸化膜など
のSiOF膜とする。絶縁膜12bとしてSiOF膜を
用いた場合には、半導体集積回路装置の配線の総合的な
誘電率を下げることが可能であり、配線遅延を改善でき
る。
Next, an insulating film 12b having a film thickness of about 400 nm is deposited on the surface of the barrier insulating film 12a. The insulating film 12b is, for example, a SiOF film such as a fluorine-added CVD oxide film. When the SiOF film is used as the insulating film 12b, it is possible to reduce the overall permittivity of the wiring of the semiconductor integrated circuit device, and it is possible to improve the wiring delay.

【0096】次に、絶縁膜12bの表面に、たとえばプ
ラズマCVD法にて窒化シリコン膜を堆積し、膜厚が約
50nmのエッチストッパ膜12cを堆積する。このエ
ッチストッパ膜12cは、後で説明する絶縁膜12dに
配線形成用の溝部や孔を形成する際に、その掘り過ぎに
より下層に損傷を与えたり加工寸法精度が劣化したりす
ることを回避するためのものである。
Next, a silicon nitride film is deposited on the surface of the insulating film 12b by, for example, a plasma CVD method, and an etch stopper film 12c having a film thickness of about 50 nm is deposited. This etch stopper film 12c avoids damaging the lower layer and degrading the processing dimensional accuracy due to excessive digging when forming a groove or hole for forming a wiring in the insulating film 12d described later. It is for.

【0097】続いて、エッチストッパ膜12cの表面
に、たとえばSiOF膜を堆積して絶縁膜12dとし、
バリア絶縁膜12a、絶縁膜12b、エッチストッパ膜
12cおよび絶縁膜12dを合わせて絶縁膜12とす
る。絶縁膜12dはCVD法により堆積し、その膜厚
は、たとえば約300nm程度とする。この絶縁膜12
dは、絶縁膜12bと同様に半導体集積回路装置の配線
の総合的な誘電率を下げる機能を有し、配線遅延を改善
することができる。
Then, for example, a SiOF film is deposited on the surface of the etch stopper film 12c to form an insulating film 12d,
The barrier insulating film 12a, the insulating film 12b, the etch stopper film 12c, and the insulating film 12d are combined to form the insulating film 12. The insulating film 12d is deposited by the CVD method and has a film thickness of, for example, about 300 nm. This insulating film 12
Similarly to the insulating film 12b, d has a function of lowering the overall dielectric constant of the wiring of the semiconductor integrated circuit device, and can improve the wiring delay.

【0098】次に、下層配線である埋め込み配線11
と、後の工程にて形成する上層配線である埋め込み配線
14とを接続するための接続孔(溝部)13aを形成す
る。接続孔13aは、フォトリソグラフィ工程により、
絶縁膜12d上に埋め込み配線11と接続するための接
続孔パターンと同一形状のフォトレジスト膜を形成し、
それをマスクとしてドライエッチング工程により接続孔
パターンを形成する。続いて、フォトレジスト膜を除去
し、絶縁膜12d上にフォトリソグラフィ工程により、
配線溝パターンと同一形状のフォトレジスト膜を形成
し、それをマスクとしてドライエッチング工程により配
線溝(溝部)13bを形成する(図10(a))。
Next, the embedded wiring 11 which is a lower layer wiring
Then, a connection hole (groove portion) 13a for connecting the embedded wiring 14 which is an upper layer wiring formed in a later step is formed. The connection hole 13a is formed by a photolithography process.
A photoresist film having the same shape as the connection hole pattern for connecting to the embedded wiring 11 is formed on the insulating film 12d,
A contact hole pattern is formed by a dry etching process using this as a mask. Then, the photoresist film is removed and a photolithography process is performed on the insulating film 12d.
A photoresist film having the same shape as the wiring groove pattern is formed, and the wiring groove (groove portion) 13b is formed by a dry etching process using the photoresist film as a mask (FIG. 10A).

【0099】続いて、接続孔13aの底部に露出した埋
め込み配線11の表面の反応層を除去するためのスパッ
タエッチングを行う。このときのスパッタエッチング量
は、P−TEOS酸化膜に換算して約2nm〜18nm
程度、好ましくは約10nm程度とする。
Subsequently, sputter etching is performed to remove the reaction layer on the surface of the embedded wiring 11 exposed at the bottom of the connection hole 13a. The sputter etching amount at this time is about 2 nm to 18 nm in terms of the P-TEOS oxide film.
The thickness is preferably about 10 nm.

【0100】次に、接続孔13aおよび配線溝13bの
内部を含む半導体基板の全面に、たとえばTaN膜から
なるバリア導電性膜(第1導電性膜)14aを堆積す
る。バリア導電性膜14aの膜厚は、接続孔13aおよ
び配線溝13bの内部を除いた絶縁膜12の表面におい
て約2nm〜18nm程度、好ましくは約10nmとな
るようにする。
Next, a barrier conductive film (first conductive film) 14a made of, for example, a TaN film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate including the inside of the connection hole 13a and the wiring groove 13b. The thickness of the barrier conductive film 14a is set to about 2 nm to 18 nm, preferably about 10 nm on the surface of the insulating film 12 excluding the insides of the connection holes 13a and the wiring grooves 13b.

【0101】次に、バリア導電性膜11bを堆積した工
程と同様の工程により、バリア導電性膜(第2導電性
膜)14bとなる、たとえばTa膜を堆積する。
Next, a Ta film, which will be the barrier conductive film (second conductive film) 14b, is deposited by the same process as the process of depositing the barrier conductive film 11b.

【0102】バリア導電性膜14aおよび14bは、ス
パッタリング法により堆積してもよいし、無機または有
機材料を用いたCVD法により堆積してもよい。
The barrier conductive films 14a and 14b may be deposited by a sputtering method or a CVD method using an inorganic or organic material.

【0103】次に、シード膜として、たとえば銅膜また
は銅合金膜を堆積する(図示せず)。このシード膜を銅
合金膜とする場合には、その合金中にCuを約80重量
パーセント程度以上含むようにする。 シード膜の堆積
は、長距離スパッタリング法を用いることができる。ま
た、イオン化スパッタリング法を用いてもよいし、CV
D法を用いてもよい。
Then, for example, a copper film or a copper alloy film is deposited as a seed film (not shown). When the seed film is a copper alloy film, the alloy should contain about 80% by weight or more of Cu. The long distance sputtering method can be used for depositing the seed film. Alternatively, an ionization sputtering method may be used, or CV
The D method may be used.

【0104】次に、Cuシード膜が堆積された半導体基
板の全面に、導電性膜11cを堆積した工程と同様の工
程において、Cu膜を配線溝に埋め込むように形成し、
この埋め込み膜とシード膜とを合わせて導電性膜(第3
導電性膜)14cとする。埋め込み膜の形成に電解めっ
き法を用いた場合、導電性膜14cの成長速度を電気的
に制御できるので、接続孔13aおよび配線溝13bの
内部における導電性膜14cのカバレージを向上するこ
とができる。なお、本実施の形態においては、導電性膜
14cの堆積に電解めっき法を用いる場合を例示してい
るが、無電解めっき法を用いてもよい。無電解めっき法
を用いた場合、電界印加を必要としないので、電界印加
に起因する半導体基板のダメージを、電解めっき法を用
いた場合よりも低減することができる。
Next, in the same step as the step of depositing the conductive film 11c, a Cu film is formed so as to be embedded in the wiring trench on the entire surface of the semiconductor substrate on which the Cu seed film is deposited,
The buried film and the seed film are combined to form a conductive film (third layer).
Conductive film) 14c. When the electroplating method is used to form the embedded film, the growth rate of the conductive film 14c can be electrically controlled, so that the coverage of the conductive film 14c inside the connection hole 13a and the wiring groove 13b can be improved. . In addition, although the case where the electrolytic plating method is used for depositing the conductive film 14c is illustrated in the present embodiment, the electroless plating method may be used. When the electroless plating method is used, it is not necessary to apply an electric field, and therefore damage to the semiconductor substrate due to the electric field application can be reduced as compared with the case where the electrolytic plating method is used.

【0105】また、導電性膜14cを形成する工程に続
けて、アニール処理によってその銅膜を流動化させるこ
とにより、接続孔13aおよび配線溝13bへの導電性
膜14cの埋め込み性をさらに向上させることもでき
る。
Further, subsequent to the step of forming the conductive film 14c, the copper film is fluidized by an annealing process, so that the filling property of the conductive film 14c in the connection hole 13a and the wiring groove 13b is further improved. You can also

【0106】次に、絶縁膜12d上の余分なバリア導電
性膜14a、14b、および導電性膜14cを除去し、
接続孔13aおよび配線溝13bの内部にバリア導電性
膜14a、14b、および導電性膜14cを残すことで
埋め込み配線14を形成する。バリア導電性膜14a、
14b、および導電性膜14cの除去は、CMP法を用
いた研磨により行う(図10(b))。
Then, the excess barrier conductive films 14a and 14b and the conductive film 14c on the insulating film 12d are removed,
The buried wiring 14 is formed by leaving the barrier conductive films 14a and 14b and the conductive film 14c inside the connection hole 13a and the wiring groove 13b. Barrier conductive film 14a,
The removal of 14b and the conductive film 14c is performed by polishing using the CMP method (FIG. 10B).

【0107】続いて、たとえば0.1%アンモニア水溶
液と純水とを用いた2段階のブラシスクラブ洗浄によ
り、半導体基板の表面に付着した研磨砥粒および銅を除
去する。
Then, polishing abrasive particles and copper adhering to the surface of the semiconductor substrate are removed by two-step brush scrub cleaning using, for example, a 0.1% aqueous ammonia solution and pure water.

【0108】続いて、埋め込み配線14の表面の反応層
を除去するためのスパッタエッチングを行う。このとき
のスパッタエッチング量は、P−TEOS酸化膜に換算
して約2nm〜18nm程度、好ましくは約10nm程
度とする。次に、Ta金属ターゲットを用いたDCスパ
ッタリング法によって、Ta膜15を堆積する。このT
a膜は、Cuからなる導電性膜14cの拡散を抑制する
拡散防止層としての機能を有する。また、後で形成する
Ta膜16の堆積時および後熱処理時に、Cuか
らなる導電性膜14cが酸化されるのを防止する機能を
有する。
Subsequently, sputter etching for removing the reaction layer on the surface of the buried wiring 14 is performed. The amount of sputter etching at this time is about 2 nm to 18 nm, preferably about 10 nm in terms of P-TEOS oxide film. Next, the Ta film 15 is deposited by the DC sputtering method using a Ta metal target. This T
The a film has a function as a diffusion prevention layer that suppresses diffusion of the conductive film 14c made of Cu. Further, it has a function of preventing the conductive film 14c made of Cu from being oxidized at the time of depositing the Ta 2 O 5 film 16 to be formed later and at the time of post-heat treatment.

【0109】本実施の形態においては、Ta膜15の堆
積にDCスパッタリング法を用いる場合を例示したが、
CVD法を用いてもよい。また、Ta膜15の膜厚は、
約10nm〜50nm程度、好ましくは約25nmとな
るようにする。
In this embodiment, the case where the DC sputtering method is used for depositing the Ta film 15 has been exemplified.
The CVD method may be used. The film thickness of the Ta film 15 is
The thickness is about 10 nm to 50 nm, preferably about 25 nm.

【0110】次に、Ta膜15を、フォトリソグラフィ
技術およびドライエッチング技術を用いて所望の形状に
加工する。
Next, the Ta film 15 is processed into a desired shape by using the photolithography technique and the dry etching technique.

【0111】次に、Ta膜16を堆積する。この
Ta膜16は、半導体基板の温度を約0℃〜30
0℃程度、好ましくは約100℃程度に保ち、Ta金属
ターゲットを用いた、ArとOの混合雰囲気中におけ
るDC反応性スパッタリング法によって堆積する。
Next, a Ta 2 O 5 film 16 is deposited. The Ta 2 O 5 film 16 keeps the temperature of the semiconductor substrate about 0 ° C. to 30 ° C.
The temperature is maintained at about 0 ° C., preferably about 100 ° C., and the deposition is performed by the DC reactive sputtering method using a Ta metal target in a mixed atmosphere of Ar and O 2 .

【0112】本実施の形態においては、Ta膜1
6の堆積にDC反応性スパッタリング法を用いる場合を
例示したが、他のスパッタリング法を用いてもよいし、
CVD法を用いてもよい。また、Ta膜16の膜
厚は、約5nm〜20nm程度、好ましくは約10nm
となるようにする。
In this embodiment, the Ta 2 O 5 film 1 is used.
Although the case of using the DC reactive sputtering method for the deposition of 6 has been illustrated, other sputtering methods may be used,
The CVD method may be used. The film thickness of the Ta 2 O 5 film 16 is about 5 nm to 20 nm, preferably about 10 nm.
So that

【0113】次に、Ta膜16に後熱処理を施
す。熱処理は、300℃以下の温度条件で行われる。こ
こで、熱処理温度を300℃以下とするのは、Ta
膜の堆積温度より高温であればTa膜中の酸素
欠損を修復できるからである。ただし、電気的特性の良
好なTa膜を得るためには400℃以上であるこ
とが望ましい。熱処理の雰囲気は、下地のTaの酸化を
抑制するために、不活性雰囲気であることが望ましい。
例えば、Nガス雰囲気における、処理温度300℃〜
500℃、処理時間1分〜10分の条件を例示できる。
Next, the Ta 2 O 5 film 16 is subjected to post heat treatment. The heat treatment is performed under a temperature condition of 300 ° C. or lower. Here, the heat treatment temperature is set to 300 ° C. or lower because Ta 2 O
This is because oxygen deficiency in the Ta 2 O 5 film can be repaired if the temperature is higher than the deposition temperature of the 5 film. However, in order to obtain a Ta 2 O 5 film having good electrical characteristics, the temperature is preferably 400 ° C. or higher. The heat treatment atmosphere is preferably an inert atmosphere in order to suppress the oxidation of the underlying Ta.
For example, in a N 2 gas atmosphere, a processing temperature of 300 ° C.
The conditions of 500 degreeC and processing time 1 minute-10 minutes can be illustrated.

【0114】次に、Ta膜15を堆積した工程と同様の
工程により、Ta膜17を堆積する。このTa膜17
は、後で形成するCu膜18の拡散と酸化を抑制する機
能を有する。
Next, the Ta film 17 is deposited by the same process as the process of depositing the Ta film 15. This Ta film 17
Has a function of suppressing diffusion and oxidation of the Cu film 18 to be formed later.

【0115】次に、Cu金属ターゲットを用いたDCス
パッタリング法によって、Cu膜18を堆積する。
Next, the Cu film 18 is deposited by the DC sputtering method using a Cu metal target.

【0116】本実施の形態においては、Cu膜18の堆
積にDCスパッタリング法を用いる場合を例示するが、
導電性膜11cや14cと同様の方法によって形成する
こともできる。
In this embodiment, the case where the DC sputtering method is used for depositing the Cu film 18 is illustrated.
It can also be formed by a method similar to that of the conductive films 11c and 14c.

【0117】次に、フォトリソグラフィ技術およびドラ
イエッチング技術を用いて、Cu膜18とTa膜17と
Ta膜16を所望の形状に加工する。
Next, the Cu film 18, the Ta film 17, and the Ta 2 O 5 film 16 are processed into a desired shape by using the photolithography technique and the dry etching technique.

【0118】Ta膜15、Ta膜16、Ta膜1
7、およびCu膜18の加工により、Cuからなる下部
電極(導電性膜14c)、Taからなる反応防止層(T
a膜15)、Taからなる誘電体層(Ta
膜16)、Taからなる反応防止層(Ta膜17)、お
よびCuからなる上部電極(Cu膜18)で構成される
MIM構造キャパシタが完成する。
Ta film 15, Ta 2 O 5 film 16, Ta film 1
7 and the Cu film 18 are processed to form a lower electrode (conductive film 14c) made of Cu and a reaction prevention layer (T
a film 15), a dielectric layer made of Ta 2 O 5 (Ta 2 O 5
The MIM structure capacitor including the film 16), the reaction preventing layer (Ta film 17) made of Ta, and the upper electrode (Cu film 18) made of Cu is completed.

【0119】ここで、Ta膜15、Ta膜16、
Ta膜17、およびCu膜18を加工する手順について
付け加えておく。
Here, the Ta film 15, Ta 2 O 5 film 16,
A procedure for processing the Ta film 17 and the Cu film 18 will be added.

【0120】本実施の形態においては、Ta膜15を加
工した後にTa膜16、Ta膜17、およびCu
膜18を形成し、続いて、Ta膜16、Ta膜1
7、およびCu膜18を一括して加工する工程を例示し
たが、キャパシタとしての機能を失わない形状に加工さ
れるのであれば、これに限らない。ただし、Ta膜15
は、Cuからなる導電性膜14cよりも大きい形状に加
工する必要がある。これは、Cuからなる導電性膜14
cが露出すると、絶縁膜中に拡散するためである。ま
た、Cu膜18は、Ta膜17によってTa膜1
6と分離されなければならない。一部でも接している
と、CuがTa膜16中に拡散するためである。
In the present embodiment, after processing the Ta film 15, the Ta 2 O 5 film 16, the Ta film 17, and the Cu film are formed.
The film 18 is formed, and then the Ta 2 O 5 film 16 and the Ta film 1 are formed.
7 and the step of collectively processing the Cu film 18 is illustrated, but the present invention is not limited to this as long as it is processed into a shape that does not lose the function as a capacitor. However, the Ta film 15
Needs to be processed into a shape larger than the conductive film 14c made of Cu. This is a conductive film 14 made of Cu.
This is because when c is exposed, it diffuses into the insulating film. Further, the Cu film 18 is formed of the Ta film 17 by the Ta 2 O 5 film 1.
Must be separated from 6. This is because if some of them are in contact with each other, Cu diffuses into the Ta 2 O 5 film 16.

【0121】また、本実施の形態においては、Ta
膜16、Ta膜17、およびCu膜18を一括して加
工する工程を例示したが、1層ずつ加工してもよいし、
1層と2層に分けて加工しても構わない。また、それぞ
れ加工した形状が異なっていても構わない。
Further, in this embodiment, Ta 2 O is used.
Although the process of collectively processing the five films 16, the Ta film 17, and the Cu film 18 is illustrated, it may be processed one layer at a time,
It may be processed by dividing into one layer and two layers. Further, the processed shapes may be different from each other.

【0122】以上の工程により、本実施の形態の半導体
集積回路装置が略完成する。図10の断面図に示す構造
の平面図を図12に示す。
Through the above steps, the semiconductor integrated circuit device of this embodiment is substantially completed. A plan view of the structure shown in the cross-sectional view of FIG. 10 is shown in FIG.

【0123】本実施例1によれば、Cu配線とTa
誘電体膜の間にTaからなる反応防止層を挿入するこ
とにより、Cuの拡散と酸化を抑制できるため、キャパ
シタのリーク電流密度を低減することができる。また、
Ta誘電体膜を不活性雰囲気中で後熱処理するこ
とにより、下地の酸化を抑制しながらTa誘電体
膜中の酸素欠損を修復できるため、キャパシタの容量の
ヒステリシスと電圧による変化を低減することができ
る。この結果、高集積かつ低コストの混載LSIを実現
できる。
According to the first embodiment, Cu wiring and Ta 2 O are used.
By inserting a reaction preventive layer made of Ta between the 5 dielectric films, Cu diffusion and oxidation can be suppressed, so that the leakage current density of the capacitor can be reduced. Also,
By post-heat treating the Ta 2 O 5 dielectric film in an inert atmosphere, oxygen vacancies in the Ta 2 O 5 dielectric film can be repaired while suppressing the oxidation of the underlying layer. The change can be reduced. As a result, a highly integrated and low cost mixed LSI can be realized.

【0124】なお、本発明によれば、上述の実施形態に
限らず、本願明細書の課題を解決する手段の欄にあげた
各種手段がそれぞれ適用可能であることはいうまでもな
い。
Needless to say, according to the present invention, not only the above-described embodiments but also various means mentioned in the section of means for solving the problems in the present specification can be applied.

【0125】(実施の形態2)発明の実施例2は、RF
アナログデバイスとCMOSロジックデバイスをワンチ
ップ内に集積した半導体集積回路の1例であり、そのロ
ジック部、アナログ部、メモリ部の断面構造図である。
この発明の実施の形態2においては、図11の112、
113、114が発明の実施の形態1のMIMキャパシ
タに対応したものとなっている。ここでは、CMOS構
造を前提として説明するが、バイポーラトランジスタと
CMOSとを混在したいわゆるBiCMOS構造などに
も本発明を適用できることはもちろんである。図11で
は、一つのP型シリコン基板P−SUB上にロジック
部、アナログ部、メモリ部が形成されている。一つのP
型シリコン基板P−SUB内部には、Nウェル領域10
2、103、104が島状に形成され、さらにそれぞれ
のNウェル領域の中に、Nウェル領域105、106、
107およびPウェル領域108、109、110が図
のように形成されている。またNウェル領域105、1
06、107にはPMOSトランジスタ、Pウェル領域
108、109、110にはNMOSトランジスタが形
成され、トランジスタの隣接部にはNウェル、Pウェル
領域への給電部が示されている。さらに、アナログ部に
は多結晶シリコン配線層115で形成した抵抗成分が示
されており、その他にはゲート酸化膜128、シリサイ
ド層126、サイドスペーサ127、シリコン窒化膜1
25等が図に示されている。
(Second Embodiment) The second embodiment of the invention is RF
1 is an example of a semiconductor integrated circuit in which an analog device and a CMOS logic device are integrated in one chip, and is a cross-sectional structure diagram of a logic part, an analog part, and a memory part.
In the second embodiment of the present invention, 112 in FIG.
Reference numerals 113 and 114 correspond to the MIM capacitor according to the first embodiment of the invention. Here, the description will be given on the assumption of the CMOS structure, but it goes without saying that the present invention can be applied to a so-called BiCMOS structure in which bipolar transistors and CMOS are mixed. In FIG. 11, a logic part, an analog part, and a memory part are formed on one P-type silicon substrate P-SUB. One P
The N-well region 10 is provided inside the silicon substrate P-SUB.
2, 103, 104 are formed in an island shape, and N well regions 105, 106,
107 and P-well regions 108, 109, 110 are formed as shown. In addition, N well regions 105, 1
A PMOS transistor is formed at 06 and 107, and an NMOS transistor is formed at P well regions 108, 109, and 110, and a feeding portion to the N well and P well regions is shown adjacent to the transistor. Further, the resistance component formed by the polycrystalline silicon wiring layer 115 is shown in the analog portion, and the gate oxide film 128, the silicide layer 126, the side spacers 127, the silicon nitride film 1 are shown in other areas.
25 etc. are shown in the figure.

【0126】図11において、ロジック部のようにトラ
ンジスタをシリサイド化すると、拡散層領域におけるリ
ーク電流が増加することがある。したがって、シリサイ
ド化したトランジスタをメモリセルに利用すると、メモ
リセルのデータ保持特性を悪化させる場合がある。この
ような場合は、図11のようにPウェル領域110に形
成したNMOSトランジスタをシリサイド化せずにメモ
リセルを形成してもよい。また特に図示していないが、
多結晶シリコン配線層115は、シリサイド化をしない
と抵抗値が大きくなるので、多結晶シリコン配線115
上にタングステンW等を積層した、いわゆるポリメタル
構造としてもよい。さらに多結晶シリコン配線層115
上だけを選択的にシリサイド化して、拡散層領域をシリ
サイド化しないトランジスタ構造としてもよい。もちろ
ん、リーク電流が保持特性に悪影響を及ぼさない程度で
あれば、ロジック部のトランジスタと同様にシリサイド
してもよい。その場合、シリサイド化させないための追
加マスクが不要となり、より低コスト化できる。
In FIG. 11, if the transistor is silicidized like the logic portion, the leak current in the diffusion layer region may increase. Therefore, if a silicided transistor is used in a memory cell, the data retention characteristic of the memory cell may be deteriorated. In such a case, the memory cell may be formed without siliciding the NMOS transistor formed in the P well region 110 as shown in FIG. Also, although not particularly shown,
Since the resistance value of the polycrystalline silicon wiring layer 115 becomes large without silicidation, the polycrystalline silicon wiring 115
A so-called polymetal structure in which tungsten W or the like is laminated may be used. Further, the polycrystalline silicon wiring layer 115
A transistor structure in which only the upper portion is selectively silicified and the diffusion layer region is not silicidized may be used. Of course, as long as the leakage current does not adversely affect the retention characteristics, the silicide may be formed similarly to the transistor in the logic portion. In that case, an additional mask for preventing silicidation is not required, and the cost can be further reduced.

【0127】また、図11におけるウエル構造は、いわ
ゆる3重ウェル構造であり、ロジック部、アナログ部、
メモリ部をそれぞれNウェル領域102、103、10
4で分離している。これにより、ロジック部、アナログ
部、メモリ部のそれぞれの領域は電気的に分離できるの
で互いの干渉を避けることができて安定に動作すること
が可能となる。また、それぞれの動作電圧に適したNウ
ェル、Pウェルの電位を設定できる。もちろん、このよ
うに3重ウェル構造が必要ない場合には、Nウェル領域
102、103、104のないより単純な構成にしても
よいし、メモリ部のみ、あるいはメモリ部とアナログ部
のみをNウェル領域103、104で分離する、あるい
は2つの領域を同じNウェル領域で囲むなど必要に応じ
て種々の変形が可能である。
The well structure shown in FIG. 11 is a so-called triple well structure, which includes a logic section, an analog section,
The memory portions are designated as N well regions 102, 103, 10 respectively.
Separated in 4. As a result, the logic area, the analog area, and the memory area can be electrically separated from each other, so that mutual interference can be avoided and stable operation can be achieved. Further, it is possible to set the potentials of the N well and the P well that are suitable for the respective operating voltages. Of course, when the triple well structure is not required, a simpler structure without the N well regions 102, 103, 104 may be used, or only the memory part or only the memory part and the analog part may be the N well. Various modifications can be made as necessary, such as separating the regions 103 and 104 or surrounding the two regions with the same N well region.

【0128】図11において、基板の上に示した破線
は、Cu配線層(120〜124)とそのコンタクト層
(116〜119)の位置を示している。MIMキャパシ
タ112、113、114は、それぞれロジック部、ア
ナログ部、メモリ部で利用されている。例えば、ロジッ
ク部では電源に接続される配線にキャパシタを設けるこ
とにより、電源の静電容量を増加させて電源を安定化す
ることに利用できる。これをアナログ部やメモリ部にも
使うことももちろん可能である。さらにアナログ部のキ
ャパシタ素子や後述するようにメモリ部におけるメモリ
セルに応用することができる。
In FIG. 11, the broken line shown on the substrate is the Cu wiring layers (120 to 124) and their contact layers.
The positions of (116 to 119) are shown. The MIM capacitors 112, 113, 114 are used in the logic section, the analog section, and the memory section, respectively. For example, by providing a capacitor in the wiring connected to the power supply in the logic unit, the capacitance of the power supply can be increased to stabilize the power supply. Of course, this can also be used for the analog section and the memory section. Further, it can be applied to a capacitor element in an analog section and a memory cell in a memory section as described later.

【0129】従来の1T1C型メモリセルにおいては、
下部電極としては耐熱性等に優れた多結晶シリコンが主
に用いられ、上部電極としてはTiNなどの耐酸化性を
有する金属を用いてメモリキャパシタを形成していた。
したがって、ロジックで用いられるCu配線層を、キャ
パシタの電極に用いることは困難であった。本実施例の
MIMキャパシタは、下部電極として例えば第3層のC
u配線層122を利用する。
In the conventional 1T1C type memory cell,
Polycrystalline silicon, which has excellent heat resistance and the like, is mainly used as the lower electrode, and a metal having an oxidation resistance such as TiN is used as the upper electrode to form the memory capacitor.
Therefore, it has been difficult to use the Cu wiring layer used in the logic for the electrode of the capacitor. The MIM capacitor of this embodiment has, for example, C of the third layer as the lower electrode.
The u wiring layer 122 is used.

【0130】Cu配線層を形成した後、反応防止層とし
てTa膜を形成する。続いて、Ta 誘電体膜を形
成して熱処理を行う。続いて、反応防止層としてTa膜
を形成し、さらに上部電極を形成する。このとき上部電
極は第4層のCu配線層123とCu配線層122との
間のビアホール118の層に形成される。このように、
キャパシタの下部電極にCu配線層を利用すれば、ロジ
ック部、アナログ部、メモリ部におけるキャパシタの片
方の電極形成において、特別なプロセスが不要となる。
またメモリ部においては、従来の立体構造を有する1T
1C型メモリセルとは異なり、キャパシタが平面構造で
あるためロジックのCu配線層を容易に利用でき、さら
に平面構造であることから加工が容易であり、歩留まり
良くキャパシタを形成できる。
After forming a Cu wiring layer, a reaction preventing layer is formed.
To form a Ta film. Then, Ta TwoO5Shaped dielectric film
And heat-treat. Then, a Ta film is formed as a reaction preventing layer.
Is formed, and an upper electrode is further formed. At this time
The pole is between the Cu wiring layer 123 and the Cu wiring layer 122 of the fourth layer.
It is formed in the layer of the via hole 118 in between. in this way,
If a Cu wiring layer is used for the lower electrode of the capacitor, the logic
Capacitor piece in the clock section, analog section, and memory section
No special process is required for forming the other electrode.
In addition, in the memory section, 1T having the conventional three-dimensional structure
Unlike the 1C type memory cell, the capacitor has a planar structure.
Therefore, the Cu wiring layer of logic can be used easily, and
The flat structure makes it easy to process and yield
A capacitor can be formed well.

【0131】本実施例2では、単純な平面構造のキャパ
シタであるといったことから、加工が容易であるためプ
ロセスコストが低減できる。さらに、Cu配線層をMI
Mキャパシタの電極に利用することで、メモリ部、ロジ
ック部、アナログ部のキャパシタを同様の構造、および
同様の材料で形成、コスト低減、信頼性や歩留まりの向
上が実現できる。
In the second embodiment, since the capacitor has a simple planar structure, the process cost can be reduced because it is easy to process. In addition, the Cu wiring layer is MI
By using it for the electrode of the M capacitor, the capacitors of the memory part, the logic part, and the analog part can be formed with the same structure and the same material, and the cost can be reduced and the reliability and the yield can be improved.

【0132】以上、本発明者によってなされた発明をそ
の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前
記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもな
い。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It goes without saying that it is possible.

【0133】[0133]

【発明の効果】本発明によれば、Cu配線上に誘電率の
高いTa膜を用いたMIM構造キャパシタを形成
できる。そのため、高集積かつ低コストの混載LSIを
実現することができる。
According to the present invention, a MIM structure capacitor using a Ta 2 O 5 film having a high dielectric constant can be formed on Cu wiring. Therefore, a highly integrated and low cost embedded LSI can be realized.

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

【図1】Cu電極とTa膜の間に反応防止層とし
てTa膜を形成したキャパシタの形成工程の縦断面図で
ある。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a process of forming a capacitor in which a Ta film is formed as a reaction preventing layer between a Cu electrode and a Ta 2 O 5 film.

【図2】Cu電極上に直接Ta膜を形成したキャ
パシタにおいて、リーク電流密度の熱処理による変化を
説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a change in leakage current density due to heat treatment in a capacitor in which a Ta 2 O 5 film is directly formed on a Cu electrode.

【図3】Cu電極とTa膜の間に反応防止層とし
てTa膜を形成したキャパシタにおいて、リーク電流密
度の熱処理による変化を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a change in leakage current density due to heat treatment in a capacitor in which a Ta film is formed as a reaction preventing layer between a Cu electrode and a Ta 2 O 5 film.

【図4】Cu電極とTa膜の間に反応防止層とし
てTa膜を形成したキャパシタにおいて、形成直後のキ
ャパシタ容量のTa膜厚依存を説明する図であ
る。
FIG. 4 is a diagram for explaining the Ta 2 O 5 film thickness dependence of the capacitor capacitance immediately after formation in a capacitor in which a Ta film is formed as a reaction preventing layer between a Cu electrode and a Ta 2 O 5 film.

【図5】Cu電極とTa膜の間に反応防止層とし
てTa膜を形成したキャパシタにおいて、熱処理後のキ
ャパシタ容量のTa膜厚依存を説明する図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating the Ta 2 O 5 film thickness dependence of the capacitor capacitance after heat treatment in a capacitor in which a Ta film is formed as a reaction preventing layer between a Cu electrode and a Ta 2 O 5 film.

【図6】Cu電極とTa膜の間に反応防止層とし
てTa膜を形成したキャパシタにおいて、熱処理後のS
iO換算膜厚のTa膜厚依存を説明する図であ
る。
FIG. 6 shows the S after heat treatment in a capacitor in which a Ta film is formed as a reaction preventing layer between a Cu electrode and a Ta 2 O 5 film.
The iO 2 equivalent thickness of Ta 2 O 5 film thickness dependence is a diagram for explaining.

【図7】本発明の実施の形態1との比較のために作成し
た、Cu電極とTa膜の間に反応防止層としてT
aN膜を形成したキャパシタの縦断面図である。
FIG. 7 is a T-layer formed as a reaction preventing layer between a Cu electrode and a Ta 2 O 5 film, prepared for comparison with the first embodiment of the present invention.
It is a longitudinal cross-sectional view of a capacitor having an aN film formed thereon.

【図8】反応防止層としてTaを用いたキャパシタにお
けるリーク電流密度の実効電界依存を、反応防止層とし
てTaNを用いたキャパシタと比較する図である。
FIG. 8 is a diagram comparing the effective electric field dependence of the leakage current density in a capacitor using Ta as a reaction prevention layer with a capacitor using TaN as a reaction prevention layer.

【図9】反応防止層としてTaを用いたキャパシタにお
けるSiO換算膜厚のTa 膜厚依存を、反応防
止層としてTaNを用いたキャパシタと比較する図であ
る。
FIG. 9 shows a capacitor using Ta as a reaction preventing layer.
SiOTwoTa of converted film thicknessTwoO 5Prevent film thickness dependence
It is a figure compared with the capacitor which used TaN as a stop layer.
It

【図10】本発明の実施の形態1を説明する工程の縦断
面図である。
FIG. 10 is a vertical sectional view of a step for explaining the first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態2を説明する工程の縦断
面図である。
FIG. 11 is a vertical sectional view of a step for explaining the second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施の形態1を説明する工程の平面
図である。
FIG. 12 is a plan view of a step for explaining the first embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…TaN膜、3…Ta膜、4…C
u膜、5…TaN膜、6…Ta膜、7…Au電
極、8…Ta膜、9…エッチストッパ膜、10…絶縁
膜、11a…バリア導電性膜(第1導電性膜)、11b
…バリア導電性膜(第2導電性膜)、11c…導電性膜
(第3導電性膜)、11…埋め込み配線、12a…バリ
ア絶縁膜、12b…絶縁膜、12c…エッチストッパ
膜、12d…絶縁膜、12…絶縁膜、13a…接続孔
(溝部)、13b…配線溝(溝部)、14a…バリア導
電性膜(第1導電性膜)、14b…バリア導電性膜(第
2導電性膜)、14c…導電性膜(第3導電性膜)、1
4…埋め込み配線、15…Ta膜、16…Ta
膜、17…Ta膜、18…Cu膜 101…P型シリコン基板、102…Nウェル領域、1
03…Nウェル領域、104…Nウェル領域、105…
Nウェル領域、106…Nウェル領域、107…Nウェ
ル領域、108…Pウェル領域、109…Pウェル領
域、110…Pウェル領域、111…素子分離酸化膜、
112…MIMキャパシタ、113…MIMキャパシ
タ、114…MIMキャパシタ、115…多結晶シリコ
ン配線層、116…ビアホール、117…ビアホール、
118…ビアホール、119…ビアホール、120…第
1層のCu配線層、121…第2層のCu配線層、12
2…第3層のCu配線層、123…第4層のCu配線
層、124…第5層のCu配線層、125…シリコン窒
化膜、126…シリサイド層、127…サイドスペー
サ、128…ゲート酸化膜。
1 ... Silicon substrate, 2 ... TaN film, 3 ... Ta film, 4 ... C
u film, 5 ... TaN film, 6 ... Ta 2 O 5 film, 7 ... Au electrode, 8 ... Ta film, 9 ... Etch stopper film, 10 ... Insulating film, 11a ... Barrier conductive film (first conductive film) , 11b
... barrier conductive film (second conductive film), 11c ... conductive film (third conductive film), 11 ... buried wiring, 12a ... barrier insulating film, 12b ... insulating film, 12c ... etch stopper film, 12d ... Insulating film, 12 ... Insulating film, 13a ... Connection hole (groove portion), 13b ... Wiring groove (groove portion), 14a ... Barrier conductive film (first conductive film), 14b ... Barrier conductive film (second conductive film) ), 14c ... Conductive film (third conductive film), 1
4 ... Embedded wiring, 15 ... Ta film, 16 ... Ta 2 O
5 film, 17 ... Ta film, 18 ... Cu film 101 ... P-type silicon substrate, 102 ... N well region, 1
03 ... N well region, 104 ... N well region, 105 ...
N well region, 106 ... N well region, 107 ... N well region, 108 ... P well region, 109 ... P well region, 110 ... P well region, 111 ... Element isolation oxide film,
112 ... MIM capacitor, 113 ... MIM capacitor, 114 ... MIM capacitor, 115 ... Polycrystalline silicon wiring layer, 116 ... Via hole, 117 ... Via hole,
118 ... Via hole, 119 ... Via hole, 120 ... First layer Cu wiring layer, 121 ... Second layer Cu wiring layer, 12
2 ... Cu wiring layer of 3rd layer, 123 ... Cu wiring layer of 4th layer, 124 ... Cu wiring layer of 5th layer, 125 ... Silicon nitride film, 126 ... Silicide layer, 127 ... Side spacer, 128 ... Gate oxidation film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/8242 H01L 27/06 101D 27/04 102A 27/06 27/092 27/10 461 27/108 (72)発明者 武田 健一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 三木 浩史 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 久本 大 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 5F038 AC05 AC10 AC15 AV06 EZ14 EZ15 EZ16 EZ17 EZ20 5F048 AB01 AC03 AC10 BA01 BB08 BC06 BE02 BF06 BF16 DA23 5F058 BA11 BC03 BF14 BF53 BH02 5F082 BC01 BC09 BC13 DA03 DA09 EA12 EA32 EA45 5F083 AD21 AD48 GA09 JA06 JA37 JA38 JA39 JA40 MA06 MA17 MA19 NA01 NA08 PR22 PR33 ZA12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 21/8242 H01L 27/06 101D 27/04 102A 27/06 27/092 27/10 461 27/108 ( 72) Inventor Kenichi Takeda 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo, Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hiroshi Miki 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo (72) Inventor, Central Research Laboratory, Hitachi Hisamoto Dai 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Metropolitan Research Center, Hitachi Ltd. F-term (reference) 5F038 AC05 AC10 AC15 AV06 EZ14 EZ15 EZ16 EZ17 EZ20 5F048 AB01 AC03 AC10 BA01 BB08 BC06 BE02 BF06 BF16 DA23 5F058 BA11 BC03 BF02 BF02 5F082 BC01 BC09 BC13 DA03 DA09 EA12 EA32 EA45 5F083 AD21 AD48 GA09 JA06 JA37 JA38 JA39 JA40 MA06 MA17 M A19 NA01 NA08 PR22 PR33 ZA12

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】酸化物誘電体キャパシタを有する半導体装
置の形成方法において、Cu電極上にTa膜を形成する
第1の工程と、前記Ta膜上にTa膜を形成する
第2の工程と、前記Ta膜を不活性雰囲気中また
は微量酸素雰囲気で熱処理する第3の工程とを有するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method of forming a semiconductor device having an oxide dielectric capacitor, comprising: a first step of forming a Ta film on a Cu electrode; and a second step of forming a Ta 2 O 5 film on the Ta film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step; and a third step of heat-treating the Ta 2 O 5 film in an inert atmosphere or a trace oxygen atmosphere.
【請求項2】前記第2の工程のTa膜の形成工程
は、スパッタリング法により、酸素雰囲気における30
0℃以下の形成温度で行う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 Ta 2 O 5 film forming step of the second step is carried out by sputtering in an oxygen atmosphere at a temperature of 30.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the formation temperature is 0 ° C. or lower.
【請求項3】前記第3の工程のTa膜の熱処理工
程は、前記第2の工程のTa膜の形成工程よりも
高温で行うことを特徴とする請求項1または2に記載の
半導体装置の製造方法。
3. The heat treatment step of the Ta 2 O 5 film in the third step is carried out at a higher temperature than the step of forming the Ta 2 O 5 film in the second step. A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1.
【請求項4】前記Ta膜の形成膜厚は6nm以上である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載
の半導体装置の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the Ta film has a thickness of 6 nm or more.
【請求項5】前記第2の工程のTa膜の形成工
程、および前記第3の工程のTa 膜の熱処理工程
により、前記Ta膜の表面が5nm以上酸化されること
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半
導体装置の製造方法。
5. The Ta of the second stepTwoO5Film former
And Ta of the third stepTwoO 5Membrane heat treatment process
Causes the surface of the Ta film to be oxidized by 5 nm or more.
The half according to any one of claims 1 to 3, characterized in that
A method for manufacturing a conductor device.
【請求項6】前記Ta膜を不活性雰囲気中または
微量酸素雰囲気で熱処理する第3の工程において微量酸
素雰囲気における熱処理においては前記Ta膜を全部酸
化させない酸素雰囲気と熱処理時間であることを特徴と
する請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
6. An oxygen atmosphere and a heat treatment time that do not completely oxidize the Ta film in the heat treatment in the trace oxygen atmosphere in the third step of heat-treating the Ta 2 O 5 film in an inert atmosphere or in a trace oxygen atmosphere. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein
【請求項7】前記Cu電極は絶縁膜に埋め込まれたCu
ダマシン配線であることを特徴とする請求項1乃至3の
いずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
7. The Cu electrode is Cu embedded in an insulating film.
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is a damascene wiring.
【請求項8】下部電極をCuダマシン配線、誘電体膜を
Ta酸化膜、上部電極をCuで構成するキャパシタを有
する半導体装置において、前記下部電極と前記誘電体
膜、および前記上部電極と前記誘電体膜の間にTa膜を
有し、前記Ta膜の前記誘電体膜との界面において前記
Ta膜表面がTa膜側にTa酸化膜を有していることを
特徴とする半導体装置。
8. A semiconductor device having a capacitor having a lower electrode made of Cu damascene wiring, a dielectric film made of a Ta oxide film, and an upper electrode made of Cu, wherein the lower electrode and the dielectric film, and the upper electrode and the dielectric film. A semiconductor device having a Ta film between body films, wherein the Ta film surface has a Ta oxide film on the Ta film side at an interface between the Ta film and the dielectric film.
【請求項9】前記Ta膜はTa酸化膜からの酸素を前記
下部および上部電極のCuへ透過させない機能を有して
いることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the Ta film has a function of preventing oxygen from the Ta oxide film from being transmitted to Cu of the lower and upper electrodes.
【請求項10】前記Ta膜は10nm〜50nmの厚さ
であることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 8, wherein the Ta film has a thickness of 10 nm to 50 nm.
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