JP2003332261A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device

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JP2003332261A
JP2003332261A JP2002137110A JP2002137110A JP2003332261A JP 2003332261 A JP2003332261 A JP 2003332261A JP 2002137110 A JP2002137110 A JP 2002137110A JP 2002137110 A JP2002137110 A JP 2002137110A JP 2003332261 A JP2003332261 A JP 2003332261A
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Japan
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film
thin film
manufacturing
semiconductor device
cvd
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JP2002137110A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Fukuzumi
嘉晃 福住
Daisuke Matsunaga
大輔 松永
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Toshiba Corp
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a Ru thin film with a smooth surface and good film thickness uniformity on a semiconductor substrate when an MTM capacitor of a DRAM cell is formed. <P>SOLUTION: For forming an Ru initial layer 26 when the Ru thin film 27 is formed on the semiconductor substrate 11, a solution application method with which a stable thin film is difficult to form on surface projecting and recessing parts by the single method is used and the initial layer is used as a 'core'. Thus, a CVD method with which the smooth thin film is difficult to form by the single method is used and the Ru thin film is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,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
方法に係り、特に半導体基板上の金属薄膜の形成方法に
関するもので、例えばDRAMの製造に使用されるものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a metal thin film on a semiconductor substrate, which is used for manufacturing a DRAM, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の微細化が進み、例えばDRAM
においては、セル容量を確保するために例えばRu(ルテ
ニウム)/TaO(酸化タンタル)/Ruの積層構造からな
るMIMキヤパシタが必要になり、またキャパシタ構造自
体も、より複雑でアスペクト比の高いものとなってきて
いる。
2. Description of the Related Art As semiconductor devices become finer, for example, DRAM
In order to secure the cell capacity, for example, a MIM capacitor having a laminated structure of Ru (ruthenium) / TaO (tantalum oxide) / Ru is required, and the capacitor structure itself is more complicated and has a high aspect ratio. It has become to.

【0003】上記キャパシタの電極となるRuの成膜に
は、CVD技術を用いることが望ましいが、これまで、CVD
技術単独ではモフォロジー等を含めた膜質に優れ、しか
も、下地層問膜との密着性のよいRu膜を成膜すること
は、困難であった。その主な原因は、CVD-Ruの核となる
初期層を下地層間膜上に均一に形成することの難しさに
ある。
Although it is desirable to use a CVD technique for forming a film of Ru which will be an electrode of the above-mentioned capacitor, until now, CVD has been used.
With the technology alone, it was difficult to form a Ru film having excellent film quality including morphology and good adhesion to the underlying layer film. The main reason is that it is difficult to uniformly form the initial layer that becomes the nucleus of CVD-Ru on the underlying interlayer film.

【0004】ここで、CVD 法を用いてCVD-Ruの核となる
初期層を成膜し、その上にCVD-Ru膜を形成した場合につ
いて詳細に説明する。
Here, a case where an initial layer serving as a nucleus of CVD-Ru is formed by using the CVD method and a CVD-Ru film is formed thereon will be described in detail.

【0005】図5(a)に示すように、半導体基板上の
層間絶縁膜41にコンタクトプラグ42を形成し、その上に
層間絶縁膜43を形成してコンタクトホール44を形成した
後、CVD 法を用いて初期層45を形成する。この際、一般
には、初期層45はまず孤立した島状に成膜が開始する
が、初期層の成膜条件を合わせ込むことにより、島状の
成膜部分45の密度を高めることはある程度は可能であ
る。
As shown in FIG. 5A, a contact plug 42 is formed on an interlayer insulating film 41 on a semiconductor substrate, an interlayer insulating film 43 is formed on the contact plug 42, and a contact hole 44 is formed. To form the initial layer 45. At this time, generally, the initial layer 45 first starts film formation in an isolated island shape, but it is not possible to increase the density of the island-shaped film formation portion 45 to some extent by adjusting the film formation conditions of the initial layer. It is possible.

【0006】しかし、図5(b)に示すように、CVD 法
を用いて最終的に20nm程度の薄いRu膜46を形成したい
場合には十分な密度の島状の初期層45を得ることは非常
に困難である。このため、最終的なCVD-Ru46膜の状態
は、表面凹凸の激しい膜となってしまう。
However, as shown in FIG. 5B, when it is desired to finally form a thin Ru film 46 of about 20 nm by using the CVD method, an island-shaped initial layer 45 having a sufficient density cannot be obtained. Very difficult. For this reason, the final state of the CVD-Ru46 film becomes a film with surface irregularities.

【0007】上記の事情に鑑みて、図6(a)、(b)
に示すように、スパッタリング法を用いてCVD-Ruの核と
なる初期膜65を薄く形成し、その上にCVD法を用いてRu
膜66を堆積する方法が開発されている。図中、41は層間
絶縁膜、42はコンタクトプラグ、43は層間絶縁膜、44は
コンタクトホールである。
In view of the above circumstances, FIGS. 6 (a) and 6 (b)
As shown in Fig. 3, a thin initial film 65, which becomes the nucleus of CVD-Ru, is formed by using the sputtering method, and Ru is formed on the initial film 65 by using the CVD method.
Methods for depositing the film 66 have been developed. In the figure, 41 is an interlayer insulating film, 42 is a contact plug, 43 is an interlayer insulating film, and 44 is a contact hole.

【0008】しかし、スパッタリング法は、段差被覆性
に劣り、例えば穴底部の側面に所望の初期層を形成する
ことが困難である。このため、キャパシタ構造が複雑か
つアスペクト比の高いものになるにつれて、スパッタリ
ング法ではアスペクト比の高い穴底等で十分な核付けが
不可能となり、後でCVD-Ru膜66を堆積する時にも穴底部
で安定した成膜が進行せず、全体として均一なCVD-Ru膜
66を得ることができず、モフォロジーが著しく劣化する
という問題が深刻化している。
However, the sputtering method is inferior in step coverage and it is difficult to form a desired initial layer on the side surface of the hole bottom, for example. For this reason, as the capacitor structure becomes more complicated and has a high aspect ratio, it becomes impossible to sufficiently nucleate the bottom of the hole having a high aspect ratio by the sputtering method, and the hole is formed even when the CVD-Ru film 66 is deposited later. Stable film formation does not progress at the bottom, and CVD-Ru film is uniform as a whole
66 cannot be obtained, and the problem that morphology is significantly deteriorated is becoming more serious.

【0009】また、前記の事情に鑑みて、図7(a)、
(b)に示すように、CVD 法を使わずに溶液塗布法のみ
でRu膜を形成した場合を考える。図中、41は層間絶縁
膜、42はコンタクトプラグ、43は層間絶縁膜、44はコン
タクトホール、75は塗布後の溶液、76はベーク後(成膜
完了後)のRu膜である。
Further, in view of the above circumstances, FIG.
As shown in (b), consider the case where the Ru film is formed only by the solution coating method without using the CVD method. In the figure, 41 is an interlayer insulating film, 42 is a contact plug, 43 is an interlayer insulating film, 44 is a contact hole, 75 is a solution after coating, and 76 is a Ru film after baking (after film formation is completed).

【0010】しかし、溶液塗布法は、平坦な半導体基板
表面に均一な膜を形成する場合や溝を埋め込む場合には
適した方法であるが、溝部側面に20nm程度の薄いRu膜
76を堆積することはほぼ不可能であり、図7(b)に示
すように、例えば穴底部に近付くにつれて必要以上に厚
い膜が形成されてしまう。
However, the solution coating method is suitable for forming a uniform film on a flat semiconductor substrate surface or for filling a groove, but a thin Ru film of about 20 nm is formed on the side surface of the groove.
It is almost impossible to deposit 76, and as shown in FIG. 7B, an unnecessarily thick film is formed as it approaches the bottom of the hole, for example.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
半導体基板上にRu膜を形成する際に下地層間膜上にスパ
ッタリング法で初期層を薄く形成する方法は、アスペク
ト比の高い穴底等で十分な核付けが不可能となり、続い
てCVD法でRu膜を堆積する時にモフォロジーが著しく劣
化するという問題があった。
As described above, when the Ru film is formed on the conventional semiconductor substrate, the initial layer is thinly formed on the underlying interlayer film by the sputtering method. However, there was a problem that sufficient nucleation became impossible, and the morphology was significantly deteriorated when the Ru film was subsequently deposited by the CVD method.

【0012】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、半導体基板上に表面が平滑で膜厚均一性の良
い金属薄膜を形成し得る半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a metal thin film having a smooth surface and good thickness uniformity on a semiconductor substrate. And

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の半導体装
置の製造方法は、半導体基板上に金属元素を含む溶液を
塗布して第1の薄膜を形成する工程と、前記第1の薄膜
上に前記金属元素を含む第2の薄膜を堆積する工程とを
具備することを特徴とする。
A first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of applying a solution containing a metal element on a semiconductor substrate to form a first thin film, and the first thin film. And a step of depositing a second thin film containing the metal element thereon.

【0014】本発明の第2の半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に第1の絶縁膜を形成し、その一部にコン
タクトプラグを埋め込む工程と、前記第1の絶縁膜およ
びコンタクトプラグの上面に第2の絶縁膜を形成し、そ
の一部に穴または溝を形成する工程と、前記第2の絶縁
膜の上面および前記穴または溝の内面に金属元素を含む
溶液を塗布して第1の薄膜を形成する工程と、前記第1
の薄膜上に前記金属元素を含む第2の薄膜を堆積する工
程とを具備することを特徴とする。
A second method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is
A step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate and burying a contact plug in a part thereof, and forming a second insulating film on the upper surface of the first insulating film and the contact plug, and forming a hole Alternatively, a step of forming a groove, a step of applying a solution containing a metal element to an upper surface of the second insulating film and an inner surface of the hole or groove to form a first thin film,
And a step of depositing a second thin film containing the metal element on the thin film.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0016】<第1の実施形態>図1は、本発明の第1
の実施形態に係るDRAMのメモリセルアレイの一例として
スタック構造のMIM キャパシタを有するDRAMセルのアレ
イの一部を概略的に示す平面図である。
<First Embodiment> FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view schematically showing a part of an array of DRAM cells having MIM capacitors having a stack structure as an example of the memory cell array of the DRAM according to the embodiment.

【0017】このメモリセルアレイは、電荷転送用の1
個のNMOSトランジスタと電荷蓄積用の1個のスタック構
造のキャパシタからなるDRAMセルが半導体基板上に行列
状に配置されている。
This memory cell array has a memory cell array 1 for charge transfer.
DRAM cells, each of which is composed of an NMOS transistor and a capacitor having a stack structure for charge storage, are arranged in a matrix on a semiconductor substrate.

【0018】図1中、半導体基板内の活性化領域には、
トランジスタのドレイン領域と、ソース領域と、チャネ
ル領域が形成されており、チャネル領域の上方を横切る
方向にゲート電極G を含むワード線WLが形成されてい
る。
In FIG. 1, in the active region in the semiconductor substrate,
A drain region, a source region, and a channel region of the transistor are formed, and a word line WL including a gate electrode G is formed in a direction crossing over the channel region.

【0019】DCは前記ドレイン領域上のドレインコンタ
クト部、SCは前記ソース領域上のソースコンタクト部、
BCは前記ドレイン領域の上方からずれた位置で前記ドレ
インコンタクト部DCに連なる配線部にビット線BLを接続
するためのビット線コンタクト部である。
DC is a drain contact portion on the drain region, SC is a source contact portion on the source region,
BC is a bit line contact portion for connecting the bit line BL to a wiring portion connected to the drain contact portion DC at a position displaced from above the drain region.

【0020】前記ソース領域の上方のソースコンタクト
部SC上には、スタック構造のMIM キャパシタの下部電極
となるストレージノードを接続するためのノードコンタ
クト部が設けられる。
On the source contact portion SC above the source region, there is provided a node contact portion for connecting a storage node to be a lower electrode of the MIM capacitor having a stack structure.

【0021】図2乃至図4は、図1のメモリセルアレイ
の製造工程におけるウエハの図1中A−A´線に沿う断
面構造を概略的に示す図である。
2 to 4 are views schematically showing a sectional structure of the wafer along the line AA 'in FIG. 1 in the manufacturing process of the memory cell array of FIG.

【0022】まず、図2(a)に示すように、従来技術
を用いて、半導体基板11上にトレンチ構造の素子分離領
域(STI)12、MOSトランジスタのゲート絶縁膜13、ゲー
ト電極(図1中のワード線WLの一部)14、ゲート電極保
護膜15、ドレイン領域Dおよびソース領域Sを形成する。
さらに、層間絶縁膜16、例えばPまたはAsがドープされ
た多結晶シリコンを用いたコンタクトプラグ17およびそ
れに連なる中継配線を形成する。この後、層間絶縁膜1
9、点線で示すビット線21(図示の断面より背後側に位
置する)を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, an element isolation region (STI) 12 having a trench structure, a gate insulating film 13 of a MOS transistor, and a gate electrode (FIG. 1) are formed on a semiconductor substrate 11 by using a conventional technique. A part of the word line WL) 14, a gate electrode protection film 15, a drain region D and a source region S are formed.
Further, the interlayer insulating film 16, for example, a contact plug 17 using polycrystalline silicon doped with P or As and a relay wiring continuous with the contact plug 17 are formed. After this, the interlayer insulating film 1
9. Form a bit line 21 indicated by a dotted line (located behind the cross section shown in the drawing).

【0023】次に、図2(b)に示すように、層間絶縁
膜22を堆積し、例えば窒化チタンTiN からなるストレー
ジノード・コンタクトプラグ23を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, an interlayer insulating film 22 is deposited, and a storage node contact plug 23 made of, for example, titanium nitride TiN is formed.

【0024】次に、図2(c)に示すように、層間絶縁
膜24を堆積し、それに穴または溝、本例では、ストレー
ジノードを形成するための開孔部25を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, an interlayer insulating film 24 is deposited, and a hole or a groove, in this example, an opening portion 25 for forming a storage node is formed.

【0025】次に、図3(a)に示すように、全面(層
間絶縁膜24の上面および開孔部25の内面)に例えばRu元
素を含む溶液(ルテニウム−塩酸溶液等)を塗布・乾燥
する。これにより、半導体基板表面には、微量の塩化ル
テニウムRuCl2が吸着した状態となる。この後、酸素雰
囲気中でアニール(ベーク)して前記塩化ルテニウムを
微結晶化させることにより、Ru初期層26を得る。
Next, as shown in FIG. 3A, a solution containing a Ru element (ruthenium-hydrochloric acid solution or the like) is applied and dried on the entire surface (the upper surface of the interlayer insulating film 24 and the inner surface of the opening 25). To do. As a result, a small amount of ruthenium chloride RuCl 2 is adsorbed on the surface of the semiconductor substrate. Then, the ruthenium chloride is microcrystallized by annealing (baking) in an oxygen atmosphere to obtain the Ru initial layer 26.

【0026】次に、図3(b)に示すように、例えばRu
(EtCp)2を原料としたCVDを行ない、CVD-Ru膜27を堆積
する。次に、図3(c)に示すように、層間絶縁膜24の
上部のCVD-Ru膜を例えばCMP法で除去し、ストレージノ
ードとなるCVD-Ru膜27を残す。この後、通常の窒化シリ
コン膜よりも誘電率の高い高誘電体膜(例えばTa205)2
8を堆積する。
Next, as shown in FIG. 3B, for example, Ru
A CVD-Ru film 27 is deposited by performing CVD using (EtCp) 2 as a raw material. Next, as shown in FIG. 3C, the CVD-Ru film on the interlayer insulating film 24 is removed by, for example, the CMP method, and the CVD-Ru film 27 to be a storage node is left. Thereafter, a dielectric constant higher than normal silicon nitride film high dielectric film (e.g., Ta 2 0 5) 2
Deposit 8.

【0027】次に、図3(a)乃至(c)に示した工程
と同様の工程を行う。即ち、ルテニウム元素を含む溶液
(ルテニウム−塩酸溶液等)を塗布・乾燥する。これに
より、半導体基板表面には、微量の塩化ルテニウムRuCl
2が吸着した状態となる。この後、酸素雰囲気中でアニ
ールして塩化ルテニウムRuCl2を微結晶化させることに
より、Ru初期層を得る。
Next, steps similar to those shown in FIGS. 3A to 3C are performed. That is, a solution containing ruthenium element (ruthenium-hydrochloric acid solution or the like) is applied and dried. As a result, a small amount of ruthenium chloride RuCl
2 becomes adsorbed. After that, annealing is performed in an oxygen atmosphere to microcrystallize ruthenium chloride RuCl 2 to obtain a Ru initial layer.

【0028】この後、Ru(EtCp)2を原料としたCVD を
行ない、図4(a)に示すように、CVD-Ru膜を堆積し、
RIE 法により加工することで、キャパシタのプレート電
極(上部電極)となるCVD-Ru膜29を残す。
After that, CVD using Ru (EtCp) 2 as a raw material is performed to deposit a CVD-Ru film as shown in FIG. 4 (a).
By processing by the RIE method, the CVD-Ru film 29 to be the plate electrode (upper electrode) of the capacitor is left.

【0029】次に、図4(b)に示すように、従来技術
を用いて多層配線構造30を形成する。なお、図4(b)
中、31、33、35は層間絶縁膜、32、34、36は配線であ
る。
Next, as shown in FIG. 4B, a multilayer wiring structure 30 is formed by using the conventional technique. Note that FIG. 4 (b)
Inside, 31, 33 and 35 are interlayer insulating films, and 32, 34 and 36 are wirings.

【0030】上記したように第1の実施形態では、半導
体基板11上に絶縁膜22を形成し、その一部にコンタクト
プラグ23を埋め込み、上記絶縁膜22およびコンタクトプ
ラグ23の上面に絶縁膜24を形成し、その一部に絶縁膜に
穴(または溝でもよい)25を形成する。
As described above, in the first embodiment, the insulating film 22 is formed on the semiconductor substrate 11, the contact plug 23 is embedded in a part of the insulating film 22, and the insulating film 22 and the insulating film 24 are formed on the upper surfaces of the contact plug 23. And a hole (or a groove may be used) 25 is formed in a part of the insulating film.

【0031】この後、上記絶縁膜24の上面および穴(ま
たは溝)25の内面に、Ru元素を含む溶液を塗布する方法
を用いて、比較的均一な連続した極く薄い(<5nm程
度)Ru初期層26を形成する。この時、穴(または溝)25
の底部でRu初期層26の膜厚が厚くなるが、Ru初期層26の
膜厚として平均5nm程度を狙っているので、穴(また
は溝)25の底部でのRu初期層26の膜厚を例えば7nm程
度に抑えることは容易であり、その後にCVD-Ru膜27を均
一に堆積することを可能としている。
After that, a relatively uniform continuous ultra-thin film (<5 nm) is applied to the upper surface of the insulating film 24 and the inner surface of the hole (or groove) 25 by applying a solution containing Ru element. The Ru initial layer 26 is formed. At this time, the hole (or groove) 25
Although the film thickness of the Ru initial layer 26 becomes thicker at the bottom of the Ru initial layer 26, the film thickness of the Ru initial layer 26 at the bottom of the hole (or groove) 25 is set to about 5 nm on average. For example, it is easy to suppress the thickness to about 7 nm, and then the CVD-Ru film 27 can be uniformly deposited.

【0032】この後、上記Ru初期層26を「核」としてCV
D 法によりCVD-Ru膜27を形成する。この際、Ru初期層26
と合わせて例えば20nm程度の薄いCVD-Ru膜27を形成し
た場合、Ru初期層26の膜厚のばらつきは全体から見て高
々10%程度に抑えられる。
After that, the Ru initial layer 26 is used as a "nucleus" for CV.
The CVD-Ru film 27 is formed by the D method. At this time, the Ru initial layer 26
In addition, when a thin CVD-Ru film 27 having a thickness of, for example, about 20 nm is formed, the variation in the film thickness of the Ru initial layer 26 can be suppressed to about 10% at the most as a whole.

【0033】この後、上記CVD-Ru膜27を加工してキャパ
シタ下部電極とし、さらにキャパシタ絶縁膜(高誘電体
膜)28を形成した後、前述したキャパシタ下部電極27の
形成工程と同様の工程によりキャパシタ上部電極29を形
成する。
After that, the CVD-Ru film 27 is processed into a capacitor lower electrode, and a capacitor insulating film (high dielectric film) 28 is further formed, followed by the same process as the above-described process for forming the capacitor lower electrode 27. Thus, the capacitor upper electrode 29 is formed.

【0034】即ち、第1の実施形態では、半導体基板上
にMIMキャパシタの電極材料として有望なRu薄膜27、29
を形成する際、Ru初期層を形成するために、単独では表
面凹凸上に安定した薄膜を形成することが困難な溶液塗
布法を用い、この初期層を「核」として利用し、単独で
は平滑な薄膜を形成することが困難なCVD法を用いてRu
薄膜27、29を形成する。
That is, in the first embodiment, the Ru thin films 27 and 29 which are promising as the electrode material of the MIM capacitor are formed on the semiconductor substrate.
To form the Ru initial layer, a solution coating method that is difficult to form a stable thin film on the surface irregularities alone is used to form the Ru initial layer. Ru using a CVD method that makes it difficult to form a thin film
Thin films 27 and 29 are formed.

【0035】これにより、全体として表面が平滑で、か
つ、膜厚均一性の良い、モフォロジーに優れ、膜質の安
定したRu薄膜27、29を得ることができるので、キャパシ
タ特性の向上を図ることができる。
As a result, the Ru thin films 27 and 29 having a smooth surface as a whole, good film thickness uniformity, excellent morphology, and stable film quality can be obtained, so that the capacitor characteristics can be improved. it can.

【0036】なお、図3(a)に示した工程のCVD 法に
代えてメッキ法を適用してもよい。一般的には、メッキ
のための初期層形成に際してスパッタリング法を用いて
溝を埋め込むことも多かったが、上記例のように溶液塗
布法を用いることにより、20nm程度のRu薄膜27、29を
形成することが可能になる。
A plating method may be applied instead of the CVD method in the step shown in FIG. Generally, when forming the initial layer for plating, it was often the case that the groove was filled by using the sputtering method, but by using the solution coating method as in the above example, the Ru thin films 27 and 29 of about 20 nm were formed. It becomes possible to do.

【0037】<第2の実施形態>従来のSiプロセスで取
り扱われることの少なかったRu等の新規材料は、半導体
装置の製造工程においてクロスコンタミネーションが問
題となるので、特にウエハ裏面やウエハエッジ部分では
除去しておくことが望ましい。
<Second Embodiment> Since a new material such as Ru, which is rarely handled in the conventional Si process, has a problem of cross-contamination in the manufacturing process of a semiconductor device, especially in the wafer back surface or the wafer edge portion. It is desirable to remove it.

【0038】従来のスパッタリング法においても、エッ
ジカットリング等を設置することである程度のエッジカ
ットを行うことは可能であったが、スパックリング法で
はエッジカットリング外へのRu原子の回り込みを防ぐこ
とは非常に難しかった。
Even in the conventional sputtering method, it was possible to perform edge cutting to some extent by installing an edge cut ring or the like, but in the sprinkling method, it is necessary to prevent Ru atoms from wrapping around the edge cut ring. Was very difficult.

【0039】第2の実施形態に係るDRAMの製造方法は、
ウエハエッジ部分やウエハ裏面へのCVD-Ru膜の付着を防
ぐようにしたものであり、前述した第1の実施形態に係
るDRAMの製造方法と比べて、ルテニウム初期膜を堆積す
る工程が異なり、その他は同じであり、第1の実施形態
に対応する工程は図面は第1の実施形態と同様である。
The DRAM manufacturing method according to the second embodiment is as follows.
The CVD-Ru film is prevented from adhering to the wafer edge portion or the back surface of the wafer. The step of depositing the ruthenium initial film is different from that of the DRAM manufacturing method according to the first embodiment described above. Are the same, and the steps corresponding to those of the first embodiment are the same as those of the first embodiment in the drawings.

【0040】まず、図2(a)乃至(c)に示したよう
に、第1の実施形態と同様に、ストレージノードを形成
するための開孔部25を形成する。
First, as shown in FIGS. 2A to 2C, an opening 25 for forming a storage node is formed as in the first embodiment.

【0041】次に、図3(a)に示したように、Ruを含
む粘性の高い原料を用いたゾルゲル法を用いて、Ru含有
膜を薄く(例えばほぼ5nm程度)堆積する。この時、
ウェットエッチング、あるいは、通常のPEP工程にお
けるレジストに対するリンスと同様の技術を用いて、ゲ
ル状に成膜されたRu含有膜のウエハ端部付近をリンスす
ることにより、ウエハ端部から3mm程度の範囲内の領
域にはRu初期膜が堆積しないようにする。なお、前記原
料がウエハ裏面に付着する場合には、ウエハ裏面もリン
スし、Ru初期膜が堆積しないようにする。
Next, as shown in FIG. 3A, a Ru-containing film is thinly deposited (for example, about 5 nm) by the sol-gel method using a highly viscous raw material containing Ru. At this time,
By rinsing the vicinity of the wafer edge of the Ru-containing film formed into a gel by wet etching or the same technique as rinsing the resist in the normal PEP process, a range of about 3 mm from the wafer edge is obtained. The Ru initial film should not be deposited on the inner region. When the raw material adheres to the back surface of the wafer, the back surface of the wafer is also rinsed so that the Ru initial film is not deposited.

【0042】そして、図3(b)に示したように、Ru
(EtCp)2を原料としたCVDを行ない、Ru初期膜上にCVD-
Ru膜27を堆積する。この時、Ru初期膜の存在しないウエ
ハ端部から3mm程度の領域とウエハ裏面にはCVD-Ru膜2
7は堆積しない。
Then, as shown in FIG. 3B, Ru
(EtCp) 2 is used as a raw material for CVD, and CVD-
The Ru film 27 is deposited. At this time, the CVD-Ru film 2 is formed on the back surface of the wafer and the area about 3 mm from the edge of the wafer where the Ru initial film does not exist.
7 does not deposit.

【0043】この後、図3(c)乃至図4(b)に示す
ように、第1の実施形態と同様に、キャパシタ絶縁膜
(誘電体膜)28、キャパシタ上部電極29、多層配線構造
30を形成する。
Thereafter, as shown in FIGS. 3C to 4B, as in the first embodiment, the capacitor insulating film (dielectric film) 28, the capacitor upper electrode 29, and the multilayer wiring structure.
Forming 30.

【0044】上記した第2の実施形態によれば、ゲル状
に成膜されたRu含有膜のウエハエッジ部分を剥離するこ
とが可能となり、CVD-Ru膜27の回り込みをより完全に防
止することができ、ウエハエッジ部分やウエハ裏面への
CVD-Ru膜27の付着を防ぐことが可能になる。
According to the second embodiment described above, it becomes possible to peel off the wafer edge portion of the Ru-containing film formed in a gel state, and it is possible to more completely prevent the CVD-Ru film 27 from wrapping around. To the wafer edge and backside of the wafer
It becomes possible to prevent adhesion of the CVD-Ru film 27.

【0045】したがって、第1の実施形態の効果に加え
て、製造ラインのクロスコンタミネーション問題を回避
し、半導体装置の歩留まりを向上することが可能にな
る。
Therefore, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to avoid the cross contamination problem of the manufacturing line and improve the yield of semiconductor devices.

【0046】上記各実施形態では、Ru膜を電極として用
いたDRAMについて説明を行ったが、本発明の主旨は上記
Ru膜、DRAMに限られたものではなく、Ru以外の他の金
属、金属化合物、DRAM以外の他のデバイス(強誘電体メ
モリ等)に適用することも容易である。
In each of the above-described embodiments, the DRAM using the Ru film as the electrode has been described, but the gist of the present invention is as described above.
The present invention is not limited to the Ru film and DRAM, and can be easily applied to metals other than Ru, metal compounds, and devices other than DRAM (ferroelectric memory, etc.).

【0047】[0047]

【発明の効果】上述したように本発明の半導体装置の製
造方法によれば、半導体基板上に全体として表面が平滑
で膜厚均一性の良い金属薄膜を形成することができる。
さらに、製造ラインでのクロスコンタミネーション問題
を回避し、半導体装置の製造歩留まりを向上することが
可能になる。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a metal thin film having a smooth surface and good film thickness uniformity can be formed on a semiconductor substrate.
Further, it becomes possible to avoid the cross contamination problem in the manufacturing line and improve the manufacturing yield of the semiconductor device.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係るDRAMのメモリセ
ルアレイの一例としてスタック構造のMIM キャパシタを
有するDRAMセルのアレイの一部を概略的に示す平面図。
FIG. 1 is a plan view schematically showing a part of an array of DRAM cells having MIM capacitors having a stack structure as an example of a memory cell array of DRAM according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のメモリセルアレイの製造工程の途中にお
けるウエハの断面構造を概略的に示す断面図。
2 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of a wafer during a manufacturing process of the memory cell array in FIG.

【図3】図2に続く工程におけるウエハの断面構造を概
略的に示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view schematically showing the sectional structure of the wafer in the step following the step of FIG.

【図4】図3に続く工程におけるウエハの断面構造を概
略的に示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view schematically showing the sectional structure of the wafer in the step following the step of FIG.

【図5】従来のDRAMのメモリセルの製造に際して、CVD-
Ru膜の初期層の成膜にCVD 法を用い、その上にCVD 法に
よりCVD-Ru膜を形成した場合におけるウエハの断面構造
を概略的に示す断面図。
[FIG. 5] In manufacturing a conventional DRAM memory cell, CVD-
Sectional drawing which shows roughly the cross-sectional structure of the wafer when a CVD method is used for film formation of the initial layer of Ru film, and a CVD-Ru film is formed on it by CVD method.

【図6】従来のDRAMのメモリセルの製造に際して、CVD-
Ru膜の初期層の成膜にスパッタリング法を用い、その上
にCVD 法によりCVD-Ru膜を形成した場合におけるウエハ
の断面構造を概略的に示す断面図。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a CVD-method for manufacturing a conventional DRAM memory cell.
Sectional drawing which shows roughly the cross-section of the wafer when a sputtering method is used for formation of the initial layer of Ru film, and a CVD-Ru film is formed on it by a CVD method.

【図7】DRAMのメモリセルの製造に際して、溶液塗布法
のみでRu膜を形成した場合におけるウエハの断面構造を
概略的に示す断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of a wafer when a Ru film is formed only by a solution coating method in manufacturing a DRAM memory cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…半導体基板、 12…素子分離領域(STI )、 13…MOS トランジスタのゲート絶縁膜、 14…ゲート電極(ワード線の一部)、 15…ゲート電極保護膜、 16…層間絶縁膜、 17…コンタクトプラグ、 19…層間絶縁膜、 21…ビット線、 22…層間絶縁膜、 23…ストレージノード・コンタクトプラグ、 24…層間絶縁膜、 25…開孔部、 26…Ru初期層、 27…CVD-Ru膜(ストレージノード、キャパシタの下部電
極)、 28…高誘電体膜。
11 ... Semiconductor substrate, 12 ... Element isolation region (STI), 13 ... MOS transistor gate insulating film, 14 ... Gate electrode (part of word line), 15 ... Gate electrode protective film, 16 ... Interlayer insulating film, 17 ... Contact plug, 19 ... Interlayer insulation film, 21 ... Bit line, 22 ... Interlayer insulation film, 23 ... Storage node / contact plug, 24 ... Interlayer insulation film, 25 ... Open hole part, 26 ... Ru initial layer, 27 ... CVD- Ru film (storage node, lower electrode of capacitor), 28 ... High dielectric film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 大輔 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 4M104 BB04 DD45 DD51 GG16 5F083 AD24 AD49 FR01 GA27 JA06 JA38 JA39 JA40 MA06 MA17 PR40    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Daisuke Matsunaga             4-1, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             No. 1 within Fujitsu Limited F-term (reference) 4M104 BB04 DD45 DD51 GG16                 5F083 AD24 AD49 FR01 GA27 JA06                       JA38 JA39 JA40 MA06 MA17                       PR40

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に金属元素を含む溶液を塗
布して第1の薄膜を形成する工程と、 前記第1の薄膜上に前記金属元素を含む第2の薄膜を堆
積する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
1. A step of applying a solution containing a metal element onto a semiconductor substrate to form a first thin film, and a step of depositing a second thin film containing the metal element on the first thin film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】 半導体基板上に第1の絶縁膜を形成し、
その一部にコンタクトプラグを埋め込む工程と、 前記第1の絶縁膜およびコンタクトプラグの上面に第2
の絶縁膜を形成し、その一部に絶縁膜に穴または溝を形
成する工程と、 前記第2の絶縁膜の上面および前記穴または溝の内面に
金属元素を含む溶液を塗布して第1の薄膜を形成する工
程と、 前記第1の薄膜上に前記金属元素を含む第2の薄膜を堆
積する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
2. A first insulating film is formed on a semiconductor substrate,
A step of embedding a contact plug in a part thereof, and a second step on the upper surface of the first insulating film and the contact plug.
And forming a hole or groove in the insulating film in a part thereof, and applying a solution containing a metal element to the upper surface of the second insulating film and the inner surface of the hole or groove. And a step of depositing a second thin film containing the metal element on the first thin film, the method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項3】 前記第2の薄膜を堆積する工程は、前記
溶液を塗布する工程と異なる工程であることを特徴とす
る請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of depositing the second thin film is a step different from the step of applying the solution.
【請求項4】 前記第2の薄膜を堆積する工程は、CVD
法であることを特徴とする請求項3記載の半導体装置の
製造方法。
4. The step of depositing the second thin film comprises CVD
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the method is a method.
【請求項5】 前記第2の薄膜を堆積する工程は、メッ
キ法であることを特徴とする請求項3記載の半導体装置
の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the step of depositing the second thin film is a plating method.
【請求項6】 前記第1の薄膜を形成する工程は、半導
体基板の端部および/または裏面には第1の薄膜が存在
しないように行うことを特徴とする請求項1乃至5のい
ずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
6. The step of forming the first thin film is performed so that the first thin film does not exist on the end portion and / or the back surface of the semiconductor substrate. Item 1. A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1.
【請求項7】 前記第1の薄膜を形成する工程は、半導
体基板上に金属元素を含む溶液を塗布した後に半導体基
板の端部および/または裏面から前記溶液を除去するこ
とを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の
半導体装置の製造方法。
7. The step of forming the first thin film is characterized in that after the solution containing the metal element is applied onto the semiconductor substrate, the solution is removed from the end and / or the back surface of the semiconductor substrate. Item 6. A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of items 1 to 5.
【請求項8】 前記第1の薄膜と前記第2の薄膜は、実
質的に同じ化学組成からなることを特徴とする請求項1
乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
8. The first thin film and the second thin film have substantially the same chemical composition.
8. A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of items 7 to 7.
【請求項9】 前記第1の薄膜と前記第2の薄膜は、金
属膜であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか
1項に記載の半導体装置の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first thin film and the second thin film are metal films.
【請求項10】 前記第1の薄膜と前記第2の薄膜は、
ルテニウム膜であることを特徴とする請求項9記載の半
導体装置の製造方法。
10. The first thin film and the second thin film are
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the method is a ruthenium film.
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