JP2004247441A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】TaN膜を使用しても安定したコンタクト抵抗が得られ、キャパシタリークを抑制できるMIM構造のキャパシタを備えた半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体基板の上方に形成され、SCホール2を有する層間絶縁膜1と、層間絶縁膜1のSCホール2内部に形成され、導電体からなるSCプラグ2aと、SCプラグ2a上に形成され、TiN膜11とRu膜12、Ta2O5膜13、Ru膜14とからなるキャパシタを備え、SCプラグ2aは、導電体に囲まれた中央部内の上部に窒化膜6が設けられており、下部電極はSCプラグ2a上の窒化膜6を回避したSCプラグ2a周辺端部と接続しているものである。
【選択図】 図1
【解決手段】半導体基板の上方に形成され、SCホール2を有する層間絶縁膜1と、層間絶縁膜1のSCホール2内部に形成され、導電体からなるSCプラグ2aと、SCプラグ2a上に形成され、TiN膜11とRu膜12、Ta2O5膜13、Ru膜14とからなるキャパシタを備え、SCプラグ2aは、導電体に囲まれた中央部内の上部に窒化膜6が設けられており、下部電極はSCプラグ2a上の窒化膜6を回避したSCプラグ2a周辺端部と接続しているものである。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体装置に関し、特に、MIM(Metal−Insulator−Metal)構造のキャパシタを備えたDRAMの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のMIM構造のキャパシタを備えたDRAMの製造方法は、ビット線を覆う絶縁膜を形成し、絶縁膜にスルーホールを形成する。次に、スルーホール内部に多結晶シリコンからなるプラグを形成する。また、スルーホール上部のプラグを過剰にエッチングして、スルーホール上部に凹部を形成し、凹部にルテニウムシリサイド膜を形成することにより、プラグの上部にルテニウムシリサイド膜を形成する。更に、プラグおよびルテニウムシリサイド膜が形成された絶縁膜上に、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を形成する。
【0003】
次に、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜にエッチングを施し、孔(開口)を形成する。孔の底部では、ルテニウムシリサイドの表面を露出するだけでなく、多結晶シリコンからなるプラグの側面部の一部も露出される場合がある。
次に、孔の底部のルテニウムシリサイド表面にバリア膜を形成する。バリア膜は半導体基板を酸化処理することにより形成する。このような酸化処理により形成されるバリア膜は通常自然酸化膜であり、孔底部のルテニウムシリサイドに対して自己整合的に形成される。プラグの側面部が露出している場合にはプラグの側面部にシリコン酸化膜がバリア層として形成される。ルテニウムシリサイドに形成されるバリア膜はルテニウムシリサイドの酸化膜である。
【0004】
次に、キャパシタの下部電極となるルテニウム膜を形成する。ルテニウム膜は、孔の側壁および底面を覆うように形成する。次に、キャパシタ絶縁膜を形成する。キャパシタ絶縁膜は多結晶酸化タンタルとする。次に、キャパシタの上部電極を形成する。上部電極は、たとえばルテニウム膜とする(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−217403号公報(段落番号0070〜0098、図24〜46)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来のキャパシタを備えたDRAMは以上のようであり、シリコンあるいはルテニウムシリサイド(プラグ)とルテニウム(キャパシタ下部電極)が直接接触する場合には、プラグからキャパシタ下部電極側にシリコンが供給され、供給されたシリコンは下部電極内を拡散し、キャパシタリークを引き起こす。また、キャパシタ下部電極が酸素を通すことから、キャパシタ絶縁膜の形成の際に、酸素がプラグに達して酸化してしまう。これらの問題点を回避するために、バリア膜を形成していた。
【0007】
従来のバリア膜は自然酸化膜を用いていた。しかし、酸化膜は絶縁膜であり、良好な電気的導通を得るためにはやはり問題があった。
そこで、酸化抑制およびシリコン拡散抑制という両方の働きを持つものとして、TaN膜を使用している。
【0008】
ところが、TaN膜はスパッタで成膜するためにカバッレジが悪いという問題点があった。このために、ストレージノードコンタクト(以下SCと称する)プラグにTaN膜を形成する際に、SC中央部に凹部が形成され、ボイドが発生する。その後、SCプラグのTaN膜上にキャパシタのストレージノード(以下SNと称する)を形成すると、SC中央部のSN直下では、TaN膜厚は非常に薄いものとなってしまい、SCプラグとSNとの間において、酸化抑制およびシリコン拡散抑制の働きを十分に行えないという問題点があった。従って、コンタクト抵抗が安定せず、キャパシタリークが発生するという問題点があった。
【0009】
この発明は上記のような問題点を解消するために成されたもので、TaN膜を使用しても安定したコンタクト抵抗が得られ、キャパシタリークを抑制できるMIM構造のキャパシタを備えた半導体装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明の半導体装置は、半導体基板の上方に形成され、開口部を有する層間絶縁膜と、
層間絶縁膜の開口部内部に形成され、導電体からなるストレージノードコンタクトプラグと、
ストレージノードコンタクトプラグ上に形成され、下部電極、誘電体膜、上部電極とからなるキャパシタを備え、
ストレージノードコンタクトプラグは、導電体に囲まれた中央部内の上部に絶縁膜が設けられており、
下部電極はストレージノードコンタクトプラグ上の絶縁膜を回避したストレージノードコンタクトプラグ周辺端部と接続しているものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1の半導体装置のレイアウトを示す平面図であり、図2〜6は図1のレイアウトを用いた半導体装置の製造方法を示す図1のA−Aにおける断面図である。
図1はSC(ストレージノードコンタクト)ホール2とSN(ストレージノード)用ホール10とのレイアウトを示したものである。次に、この製造方法を図2〜6に従って順次説明を行う。
【0012】
まず、図2(a)に示すように、半導体基板(図示せず)上にトランジスタ(図示せず)を形成した後、層間絶縁膜1を形成する。その後、層間絶縁膜1中にSCホール2を形成する。
次に、図2(b)に示すように、全面にドープトポリシリコン膜3を成膜する。
次に、図2(c)に示すように、ドープトポリシリコン膜3をエッチバックして、SCホール2内にドープトシリコン膜3を埋め込む。
【0013】
次に、図3(a)に示すように、全面にTaN膜4をスパッタにて成膜する。スパッタを用いて成膜しているため、TaN膜4のカバレッジが悪く、SCホール2内部への埋め込みにおいて、SCホール2中央部ではTaN膜4が薄くしか成膜されずボイド5が発生する。
【0014】
次に、図3(b)に示すように、TaN膜4をエッチバックして、SCホール2内のドープトポリシリコン膜3上にTaN膜4を埋め込んでSCプラグ2aを形成する。このとき、SCホール2内のTaN膜4の中央部にボイド5は残存したままである。
【0015】
このTaN膜4は、後にSN用ホール10内に形成されるSN電極の材料となるRuやTiNが酸素を通すことによるSCホール2内のドープトポリシリコン膜3への酸化抑制の働きを行う。また、TaN膜4は、SCホール2内のドープトポリシリコン膜3中のSiがSN電極を形成しているRu内へ拡散することを防止する働きも行う。
【0016】
次に、図3(c)に示すように、絶縁膜としての窒化膜6を成膜する。このとき、ボイド5内には窒化膜6が埋め込まれる。
次に、図4(a)に示すように、窒化膜6上に酸化膜7、窒化膜8、酸化膜9を順に積層して形成する。
【0017】
次に、図4(b)に示すように、SN用ホール10を開口する。このとき、図1に示したレイアウトを用いて、SN用ホール10はSCプラグ2aの中央上部に開口することなく、SCプラグ2a端部のみに重なるように開口する。このようにすれば、SCプラグ2aのTaN膜4が薄く形成されボイド5となっている領域上にはSN用ホール10の開口はされず、TaN膜4のカバレッジが良好で充分な膜厚を有する領域上に形成できる。
【0018】
次に、図4(c)に示すように、SN用ホール10内にTiN膜11とRu膜12とを成膜する。このとき、TiN膜11はSCプラグ2aの端部上にのみ形成されることになる。
【0019】
次に、図5(a)に示すように、SN用ホール10内をレジストまたは酸化膜20で埋め込んだ後、CMPまたはエッチバックにより、酸化膜9上のTiN膜11とRu膜12とを除去してキャパシタの下部電極であるSNを形成する。
次に、図5(b)に示すように、SN用ホール10内のレジストまたは酸化膜20を除去する。このとき、ウエットエッチングによって酸化膜20を除去した場合には下層へのしみ込みは窒化膜8でストップする。
【0020】
次に、図5(c)に示すように、H2SO4を用いてTiN膜11をウエットエッチングする。
次に、図6に示すように、キャパシタ誘電体膜であるTa2O5膜13およびキャパシタ上部電極であるRu膜14を成膜してキャパシタを完成させる。
【0021】
このようにすれば、SCプラグ2aとSN電極とは端部同士で接触することになり、SN電極であるTiN膜11およびRu膜12はSCプラグ2aのTaN膜4が薄くなりボイド5を形成している領域上に形成されることはなく、常にTaN膜4の膜厚が充分な領域上に形成できる。従って、TaN膜を使用しても安定したコンタクト抵抗が得られ、キャパシタリークを抑制できる。
【0022】
実施の形態2.
上記実施の形態1ではSCプラグ2aをドープトポリシリコン膜―TaN膜構造としたものについて説明を行ったが、ここではTiN膜一層構造としたものについて説明する。
図7は実施の形態2の半導体装置を示す断面図である。図7に示すように、SCプラグにおいて、上記実施の形態1に示したドープトポリシリコン膜―TaN膜のかわりにTiN膜を形成したものである。
【0023】
また、図7に示す半導体装置の製造方法は、上記実施の形態1の図2(a)の工程を経た後、図2(b)において、ドープトポリシリコン膜3のかわりにCVDによりTiN膜15を成膜して埋め込んで、TiN膜15一層からなるSCプラス2bを形成する。但し、このCVDによるTiN膜15は50nm以上の厚さで成膜するとクラックが入るという問題がおこるために40nm以下の薄さで成膜されるのが一般である。TiN膜15を40nm以下に薄く成膜すると、SCホール2内は埋まりきらず、SCホール2中央部にボイド16が細長く形成される。
【0024】
TiN膜はその表面が酸化されにくい性質を持つが、TaN膜が有する酸化抑制の効果はない。但し、SCプラグ2bより下層への酸素の拡散は拡散距離が長いほど酸化抑制の効果は高くなり、TiN膜15の膜厚と下層への酸化抑制効果は比例する。つまり、TiN膜15中のボイド16内にSN電極であるRu膜12を通して酸素が入り込むと、ボイド16は細長く形成されているため、ボイド16下部のTiN膜15の膜厚は非常に薄くなっており、酸化抑制の効果は極端に低いものとなる。
【0025】
次に、実施の形態1の図3(c)と同様に、TiN膜15上に窒化膜6を成膜する。このとき、ボイド16には窒化膜6が埋め込まれる。
その後、実施の形態1の図3以下と同様の工程を経て、SCプラグ2bとSN電極であるTiN膜11、Ru膜12とが端部同士で接触する構造のキャパシタを完成させる。
【0026】
このようにすれば、TiN膜15中のボイド16が形成されている領域を避け、TiN膜15の膜厚も充分に確保することのできる領域上でSN電極11、12とのコンタクトを取ることができる。従って、TiN膜15中の細長いボイド16内にSN電極であるRu膜12が入り込むことを防止でき、上記実施の形態1において得られる以上に安定したコンタクト抵抗およびキャパシタリークの抑制の効果を得ることができる。
【0027】
実施の形態3.
図8はこの発明の実施の形態3の半導体装置のレイアウトを示す平面図であり、図9〜11は図8のレイアウトを用いた半導体装置の製造方法を示す図8のA−Aにおける断面図である。
図8はSCホール2とSN用ホール10とのレイアウトを示したものである。次に、この製造方法を図9〜11に従って順次説明を行う。
【0028】
まず、上記実施の形態1と同様にして図2〜図4(a)の工程を行う。
その後、図9(a)に示すように、SN用ホール10を開口する。このとき、図8に示したレイアウトを用いて、SN用ホール10はSCプラグ2aの全面を覆うように開口する。
【0029】
次に、図9(b)に示すように、全面に絶縁膜としての窒化膜17および酸化膜18を成膜する。これにより、ボイド5は窒化膜17によって埋め込まれる。このとき、窒化膜17は酸化膜9、18に対してエッチング選択比の取れる絶縁膜として形成されている。
【0030】
次に、図9(c)に示すように、エッチバックまたはCMPによりSN用ホール10上の窒化膜17および酸化膜18を除去する。
次に、図9(d)に示すように、酸化膜18および窒化膜17に異方性エッチングを施して、ボイド5上のみを窒化膜17で覆い、SCプラグ2aの周辺部の窒化膜17および酸化膜18を除去し、ホール19を形成する。
【0031】
次に、図10(a)に示すように、ホール19内を含む全面にTiN膜11とRu膜12とを成膜する。このとき、TiN膜11はSCプラグ2aの端部上にて下層のSCプラグ2aと接触している。
次に、図10(b)に示すように、CMPを用いて酸化膜9、18上のTiN膜11とRu膜12とを除去してホール19内にキャパシタの下部電極を形成する。
次に、図10(c)に示すように、酸化膜9、18を除去する。このとき、ウエットエッチングを用いて行っても下層へのしみ込みは窒化膜8、17によって止めることができる。
【0032】
次に、図11(a)に示すように、H2SO4を用いてTiN膜11をウエットエッチングする。
次に、図11(b)に示すように、キャパシタ誘電体膜であるTa2O5膜13を形成する。
次に、図11(c)に示すように、キャパシタ上部電極であるRu膜14を成膜してキャパシタを完成させる。
【0033】
このようにすれば、TaN膜4のボイド5内は窒化膜17で埋め込まれ、SCホール2とSN用ホール10との重なりのレイアウトを変更せずとも、SCプラグ2aとSN電極11、12とは周端部同士で接触することになる。従って、キャパシタの下部電極であるTiN膜11およびRu膜12はSCプラグ2aのTaN膜4が薄くなりボイド5を形成している領域上に形成されることはなく、常にTaN膜4の膜厚が充分な領域上に形成できる。従って、TaN膜を使用しても安定したコンタクト抵抗が得られ、キャパシタリークを抑制できる。
【0034】
実施の形態4.
上記実施の形態2と同様に、上記実施の形態3ではSCプラグ2aをドープトポリシリコン膜―TaN膜構造としたものについて説明を行ったが、ここではTiN膜一層構造としたものについて説明する。
【0035】
図12は実施の形態4の半導体装置を示す断面図である。図12に示すように、SCプラグにおいて、上記実施の形態3においてドープトポリシリコン膜―TaN膜のかわりにTiN膜15を形成したものである。
また、図12に示す半導体装置の製造方法は実施の形態2、および実施の形態3と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【0036】
このようにすれば、TiN膜一層構造のSCプラグ2b上にキャパシタを形成する場合に、TiN膜15中のボイド16が形成されている領域を避け、TiN膜15の膜厚も充分に確保することのできる領域上でSN電極11、12とのコンタクトを取ることができる。従って、TiN膜15中の細長いボイド16内にSN電極であるRu膜12が入り込むことを防止でき、上記実施の形態3において得られる以上に安定したコンタクト抵抗およびキャパシタリークの抑制の効果を得ることができる。
【0037】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、半導体基板の上方に形成され、開口部を有する層間絶縁膜と、
層間絶縁膜の開口部内部に形成され、導電体からなるストレージノードコンタクトプラグと、
ストレージノードコンタクトプラグ上に形成され、下部電極、誘電体膜、上部電極とからなるキャパシタを備え、
ストレージノードコンタクトプラグは、導電体に囲まれた中央部内の上部に絶縁膜が設けられており、
下部電極はストレージノードコンタクトプラグ上の絶縁膜を回避したストレージノードコンタクトプラグ周辺端部と接続しているので、ストレージノード電極であるTiN膜およびRu膜はストレージノードコンタクトプラグにおいてTaN膜が薄い領域上に形成されることはなく、常にTaN膜の膜厚が充分な領域上に形成できる。従って、TaN膜を使用しても安定したコンタクト抵抗が得られ、キャパシタリークを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1の半導体装置のレイアウトを示す平面図である。
【図2】実施の形態1の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図3】実施の形態1の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図4】実施の形態1の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図5】実施の形態1の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図6】実施の形態1の半導体装置を示す断面図である。
【図7】実施の形態2の半導体装置を示す断面図である。
【図8】実施の形態3の半導体装置のレイアウトを示す平面図である。
【図9】実施の形態3の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図10】実施の形態3の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図11】実施の形態3の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図12】実施の形態4の半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
2 SCホール、2a,2b SCプラグ、3 ドープトポリシリコン膜、
4 TaN膜、6,8 窒化膜、7,9 酸化膜、10 SN用ホール、
11,15 TiN膜、12 Ru膜。
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体装置に関し、特に、MIM(Metal−Insulator−Metal)構造のキャパシタを備えたDRAMの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のMIM構造のキャパシタを備えたDRAMの製造方法は、ビット線を覆う絶縁膜を形成し、絶縁膜にスルーホールを形成する。次に、スルーホール内部に多結晶シリコンからなるプラグを形成する。また、スルーホール上部のプラグを過剰にエッチングして、スルーホール上部に凹部を形成し、凹部にルテニウムシリサイド膜を形成することにより、プラグの上部にルテニウムシリサイド膜を形成する。更に、プラグおよびルテニウムシリサイド膜が形成された絶縁膜上に、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を形成する。
【0003】
次に、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜にエッチングを施し、孔(開口)を形成する。孔の底部では、ルテニウムシリサイドの表面を露出するだけでなく、多結晶シリコンからなるプラグの側面部の一部も露出される場合がある。
次に、孔の底部のルテニウムシリサイド表面にバリア膜を形成する。バリア膜は半導体基板を酸化処理することにより形成する。このような酸化処理により形成されるバリア膜は通常自然酸化膜であり、孔底部のルテニウムシリサイドに対して自己整合的に形成される。プラグの側面部が露出している場合にはプラグの側面部にシリコン酸化膜がバリア層として形成される。ルテニウムシリサイドに形成されるバリア膜はルテニウムシリサイドの酸化膜である。
【0004】
次に、キャパシタの下部電極となるルテニウム膜を形成する。ルテニウム膜は、孔の側壁および底面を覆うように形成する。次に、キャパシタ絶縁膜を形成する。キャパシタ絶縁膜は多結晶酸化タンタルとする。次に、キャパシタの上部電極を形成する。上部電極は、たとえばルテニウム膜とする(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−217403号公報(段落番号0070〜0098、図24〜46)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来のキャパシタを備えたDRAMは以上のようであり、シリコンあるいはルテニウムシリサイド(プラグ)とルテニウム(キャパシタ下部電極)が直接接触する場合には、プラグからキャパシタ下部電極側にシリコンが供給され、供給されたシリコンは下部電極内を拡散し、キャパシタリークを引き起こす。また、キャパシタ下部電極が酸素を通すことから、キャパシタ絶縁膜の形成の際に、酸素がプラグに達して酸化してしまう。これらの問題点を回避するために、バリア膜を形成していた。
【0007】
従来のバリア膜は自然酸化膜を用いていた。しかし、酸化膜は絶縁膜であり、良好な電気的導通を得るためにはやはり問題があった。
そこで、酸化抑制およびシリコン拡散抑制という両方の働きを持つものとして、TaN膜を使用している。
【0008】
ところが、TaN膜はスパッタで成膜するためにカバッレジが悪いという問題点があった。このために、ストレージノードコンタクト(以下SCと称する)プラグにTaN膜を形成する際に、SC中央部に凹部が形成され、ボイドが発生する。その後、SCプラグのTaN膜上にキャパシタのストレージノード(以下SNと称する)を形成すると、SC中央部のSN直下では、TaN膜厚は非常に薄いものとなってしまい、SCプラグとSNとの間において、酸化抑制およびシリコン拡散抑制の働きを十分に行えないという問題点があった。従って、コンタクト抵抗が安定せず、キャパシタリークが発生するという問題点があった。
【0009】
この発明は上記のような問題点を解消するために成されたもので、TaN膜を使用しても安定したコンタクト抵抗が得られ、キャパシタリークを抑制できるMIM構造のキャパシタを備えた半導体装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明の半導体装置は、半導体基板の上方に形成され、開口部を有する層間絶縁膜と、
層間絶縁膜の開口部内部に形成され、導電体からなるストレージノードコンタクトプラグと、
ストレージノードコンタクトプラグ上に形成され、下部電極、誘電体膜、上部電極とからなるキャパシタを備え、
ストレージノードコンタクトプラグは、導電体に囲まれた中央部内の上部に絶縁膜が設けられており、
下部電極はストレージノードコンタクトプラグ上の絶縁膜を回避したストレージノードコンタクトプラグ周辺端部と接続しているものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1の半導体装置のレイアウトを示す平面図であり、図2〜6は図1のレイアウトを用いた半導体装置の製造方法を示す図1のA−Aにおける断面図である。
図1はSC(ストレージノードコンタクト)ホール2とSN(ストレージノード)用ホール10とのレイアウトを示したものである。次に、この製造方法を図2〜6に従って順次説明を行う。
【0012】
まず、図2(a)に示すように、半導体基板(図示せず)上にトランジスタ(図示せず)を形成した後、層間絶縁膜1を形成する。その後、層間絶縁膜1中にSCホール2を形成する。
次に、図2(b)に示すように、全面にドープトポリシリコン膜3を成膜する。
次に、図2(c)に示すように、ドープトポリシリコン膜3をエッチバックして、SCホール2内にドープトシリコン膜3を埋め込む。
【0013】
次に、図3(a)に示すように、全面にTaN膜4をスパッタにて成膜する。スパッタを用いて成膜しているため、TaN膜4のカバレッジが悪く、SCホール2内部への埋め込みにおいて、SCホール2中央部ではTaN膜4が薄くしか成膜されずボイド5が発生する。
【0014】
次に、図3(b)に示すように、TaN膜4をエッチバックして、SCホール2内のドープトポリシリコン膜3上にTaN膜4を埋め込んでSCプラグ2aを形成する。このとき、SCホール2内のTaN膜4の中央部にボイド5は残存したままである。
【0015】
このTaN膜4は、後にSN用ホール10内に形成されるSN電極の材料となるRuやTiNが酸素を通すことによるSCホール2内のドープトポリシリコン膜3への酸化抑制の働きを行う。また、TaN膜4は、SCホール2内のドープトポリシリコン膜3中のSiがSN電極を形成しているRu内へ拡散することを防止する働きも行う。
【0016】
次に、図3(c)に示すように、絶縁膜としての窒化膜6を成膜する。このとき、ボイド5内には窒化膜6が埋め込まれる。
次に、図4(a)に示すように、窒化膜6上に酸化膜7、窒化膜8、酸化膜9を順に積層して形成する。
【0017】
次に、図4(b)に示すように、SN用ホール10を開口する。このとき、図1に示したレイアウトを用いて、SN用ホール10はSCプラグ2aの中央上部に開口することなく、SCプラグ2a端部のみに重なるように開口する。このようにすれば、SCプラグ2aのTaN膜4が薄く形成されボイド5となっている領域上にはSN用ホール10の開口はされず、TaN膜4のカバレッジが良好で充分な膜厚を有する領域上に形成できる。
【0018】
次に、図4(c)に示すように、SN用ホール10内にTiN膜11とRu膜12とを成膜する。このとき、TiN膜11はSCプラグ2aの端部上にのみ形成されることになる。
【0019】
次に、図5(a)に示すように、SN用ホール10内をレジストまたは酸化膜20で埋め込んだ後、CMPまたはエッチバックにより、酸化膜9上のTiN膜11とRu膜12とを除去してキャパシタの下部電極であるSNを形成する。
次に、図5(b)に示すように、SN用ホール10内のレジストまたは酸化膜20を除去する。このとき、ウエットエッチングによって酸化膜20を除去した場合には下層へのしみ込みは窒化膜8でストップする。
【0020】
次に、図5(c)に示すように、H2SO4を用いてTiN膜11をウエットエッチングする。
次に、図6に示すように、キャパシタ誘電体膜であるTa2O5膜13およびキャパシタ上部電極であるRu膜14を成膜してキャパシタを完成させる。
【0021】
このようにすれば、SCプラグ2aとSN電極とは端部同士で接触することになり、SN電極であるTiN膜11およびRu膜12はSCプラグ2aのTaN膜4が薄くなりボイド5を形成している領域上に形成されることはなく、常にTaN膜4の膜厚が充分な領域上に形成できる。従って、TaN膜を使用しても安定したコンタクト抵抗が得られ、キャパシタリークを抑制できる。
【0022】
実施の形態2.
上記実施の形態1ではSCプラグ2aをドープトポリシリコン膜―TaN膜構造としたものについて説明を行ったが、ここではTiN膜一層構造としたものについて説明する。
図7は実施の形態2の半導体装置を示す断面図である。図7に示すように、SCプラグにおいて、上記実施の形態1に示したドープトポリシリコン膜―TaN膜のかわりにTiN膜を形成したものである。
【0023】
また、図7に示す半導体装置の製造方法は、上記実施の形態1の図2(a)の工程を経た後、図2(b)において、ドープトポリシリコン膜3のかわりにCVDによりTiN膜15を成膜して埋め込んで、TiN膜15一層からなるSCプラス2bを形成する。但し、このCVDによるTiN膜15は50nm以上の厚さで成膜するとクラックが入るという問題がおこるために40nm以下の薄さで成膜されるのが一般である。TiN膜15を40nm以下に薄く成膜すると、SCホール2内は埋まりきらず、SCホール2中央部にボイド16が細長く形成される。
【0024】
TiN膜はその表面が酸化されにくい性質を持つが、TaN膜が有する酸化抑制の効果はない。但し、SCプラグ2bより下層への酸素の拡散は拡散距離が長いほど酸化抑制の効果は高くなり、TiN膜15の膜厚と下層への酸化抑制効果は比例する。つまり、TiN膜15中のボイド16内にSN電極であるRu膜12を通して酸素が入り込むと、ボイド16は細長く形成されているため、ボイド16下部のTiN膜15の膜厚は非常に薄くなっており、酸化抑制の効果は極端に低いものとなる。
【0025】
次に、実施の形態1の図3(c)と同様に、TiN膜15上に窒化膜6を成膜する。このとき、ボイド16には窒化膜6が埋め込まれる。
その後、実施の形態1の図3以下と同様の工程を経て、SCプラグ2bとSN電極であるTiN膜11、Ru膜12とが端部同士で接触する構造のキャパシタを完成させる。
【0026】
このようにすれば、TiN膜15中のボイド16が形成されている領域を避け、TiN膜15の膜厚も充分に確保することのできる領域上でSN電極11、12とのコンタクトを取ることができる。従って、TiN膜15中の細長いボイド16内にSN電極であるRu膜12が入り込むことを防止でき、上記実施の形態1において得られる以上に安定したコンタクト抵抗およびキャパシタリークの抑制の効果を得ることができる。
【0027】
実施の形態3.
図8はこの発明の実施の形態3の半導体装置のレイアウトを示す平面図であり、図9〜11は図8のレイアウトを用いた半導体装置の製造方法を示す図8のA−Aにおける断面図である。
図8はSCホール2とSN用ホール10とのレイアウトを示したものである。次に、この製造方法を図9〜11に従って順次説明を行う。
【0028】
まず、上記実施の形態1と同様にして図2〜図4(a)の工程を行う。
その後、図9(a)に示すように、SN用ホール10を開口する。このとき、図8に示したレイアウトを用いて、SN用ホール10はSCプラグ2aの全面を覆うように開口する。
【0029】
次に、図9(b)に示すように、全面に絶縁膜としての窒化膜17および酸化膜18を成膜する。これにより、ボイド5は窒化膜17によって埋め込まれる。このとき、窒化膜17は酸化膜9、18に対してエッチング選択比の取れる絶縁膜として形成されている。
【0030】
次に、図9(c)に示すように、エッチバックまたはCMPによりSN用ホール10上の窒化膜17および酸化膜18を除去する。
次に、図9(d)に示すように、酸化膜18および窒化膜17に異方性エッチングを施して、ボイド5上のみを窒化膜17で覆い、SCプラグ2aの周辺部の窒化膜17および酸化膜18を除去し、ホール19を形成する。
【0031】
次に、図10(a)に示すように、ホール19内を含む全面にTiN膜11とRu膜12とを成膜する。このとき、TiN膜11はSCプラグ2aの端部上にて下層のSCプラグ2aと接触している。
次に、図10(b)に示すように、CMPを用いて酸化膜9、18上のTiN膜11とRu膜12とを除去してホール19内にキャパシタの下部電極を形成する。
次に、図10(c)に示すように、酸化膜9、18を除去する。このとき、ウエットエッチングを用いて行っても下層へのしみ込みは窒化膜8、17によって止めることができる。
【0032】
次に、図11(a)に示すように、H2SO4を用いてTiN膜11をウエットエッチングする。
次に、図11(b)に示すように、キャパシタ誘電体膜であるTa2O5膜13を形成する。
次に、図11(c)に示すように、キャパシタ上部電極であるRu膜14を成膜してキャパシタを完成させる。
【0033】
このようにすれば、TaN膜4のボイド5内は窒化膜17で埋め込まれ、SCホール2とSN用ホール10との重なりのレイアウトを変更せずとも、SCプラグ2aとSN電極11、12とは周端部同士で接触することになる。従って、キャパシタの下部電極であるTiN膜11およびRu膜12はSCプラグ2aのTaN膜4が薄くなりボイド5を形成している領域上に形成されることはなく、常にTaN膜4の膜厚が充分な領域上に形成できる。従って、TaN膜を使用しても安定したコンタクト抵抗が得られ、キャパシタリークを抑制できる。
【0034】
実施の形態4.
上記実施の形態2と同様に、上記実施の形態3ではSCプラグ2aをドープトポリシリコン膜―TaN膜構造としたものについて説明を行ったが、ここではTiN膜一層構造としたものについて説明する。
【0035】
図12は実施の形態4の半導体装置を示す断面図である。図12に示すように、SCプラグにおいて、上記実施の形態3においてドープトポリシリコン膜―TaN膜のかわりにTiN膜15を形成したものである。
また、図12に示す半導体装置の製造方法は実施の形態2、および実施の形態3と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【0036】
このようにすれば、TiN膜一層構造のSCプラグ2b上にキャパシタを形成する場合に、TiN膜15中のボイド16が形成されている領域を避け、TiN膜15の膜厚も充分に確保することのできる領域上でSN電極11、12とのコンタクトを取ることができる。従って、TiN膜15中の細長いボイド16内にSN電極であるRu膜12が入り込むことを防止でき、上記実施の形態3において得られる以上に安定したコンタクト抵抗およびキャパシタリークの抑制の効果を得ることができる。
【0037】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、半導体基板の上方に形成され、開口部を有する層間絶縁膜と、
層間絶縁膜の開口部内部に形成され、導電体からなるストレージノードコンタクトプラグと、
ストレージノードコンタクトプラグ上に形成され、下部電極、誘電体膜、上部電極とからなるキャパシタを備え、
ストレージノードコンタクトプラグは、導電体に囲まれた中央部内の上部に絶縁膜が設けられており、
下部電極はストレージノードコンタクトプラグ上の絶縁膜を回避したストレージノードコンタクトプラグ周辺端部と接続しているので、ストレージノード電極であるTiN膜およびRu膜はストレージノードコンタクトプラグにおいてTaN膜が薄い領域上に形成されることはなく、常にTaN膜の膜厚が充分な領域上に形成できる。従って、TaN膜を使用しても安定したコンタクト抵抗が得られ、キャパシタリークを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1の半導体装置のレイアウトを示す平面図である。
【図2】実施の形態1の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図3】実施の形態1の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図4】実施の形態1の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図5】実施の形態1の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図6】実施の形態1の半導体装置を示す断面図である。
【図7】実施の形態2の半導体装置を示す断面図である。
【図8】実施の形態3の半導体装置のレイアウトを示す平面図である。
【図9】実施の形態3の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図10】実施の形態3の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図11】実施の形態3の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図12】実施の形態4の半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
2 SCホール、2a,2b SCプラグ、3 ドープトポリシリコン膜、
4 TaN膜、6,8 窒化膜、7,9 酸化膜、10 SN用ホール、
11,15 TiN膜、12 Ru膜。
Claims (4)
- 半導体基板の上方に形成され、開口部を有する層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の開口部内部に形成され、導電体からなるストレージノードコンタクトプラグと、
前記ストレージノードコンタクトプラグ上に形成され、下部電極、誘電体膜、上部電極とからなるキャパシタを備え、
前記ストレージノードコンタクトプラグは、前記導電体に囲まれた中央部内の上部に絶縁膜が設けられており、
前記下部電極は前記ストレージノードコンタクトプラグ上の前記絶縁膜を回避した前記ストレージノードコンタクトプラグ周辺端部と接続していることを特徴とする半導体装置。 - 前記ストレージノードコンタクトプラグは、ドープトポリシリコン膜上に窒化タンタル膜を設けた構成であり、前記絶縁膜は前記窒化タンタル膜中央部に形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記ストレージノードコンタクトプラグは、窒化チタン膜で形成されており、前記絶縁膜は前記窒化チタン膜中央部に形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 上記絶縁膜は、窒化膜で成ることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置。
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Cited By (2)
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US7781820B2 (en) | 2007-01-31 | 2010-08-24 | Elpida Memory, Inc. | Semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
US8120180B2 (en) | 2007-05-04 | 2012-02-21 | Hynix Semiconductor Inc. | Semiconductor device including ruthenium electrode and method for fabricating the same |
-
2003
- 2003-02-13 JP JP2003034479A patent/JP2004247441A/ja active Pending
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