JP2004296743A - コンタクトホール形成方法、半導体装置、キャパシタ製造方法、メモリ装置、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】コンタクト不良の少ないコンタクトホールを形成する。
【解決手段】電極302を形成する電極形成工程と、電極302上にハードマスク304を形成するハードマスク形成工程と、ハードマスク304を覆うように、基体300上に絶縁層308を形成する絶縁層形成工程と、ハードマスク304の少なくとも一部が露出するように、絶縁層308の一部を除去する絶縁層除去工程と、電極302の少なくとも一部が露出するように、ハードマスク304の少なくとも一部を絶縁層308に対して選択的に除去することにより、コンタクトホール312を形成するハードマスク除去工程とを備えたコンタクトホール形成方法。
【選択図】図2
【解決手段】電極302を形成する電極形成工程と、電極302上にハードマスク304を形成するハードマスク形成工程と、ハードマスク304を覆うように、基体300上に絶縁層308を形成する絶縁層形成工程と、ハードマスク304の少なくとも一部が露出するように、絶縁層308の一部を除去する絶縁層除去工程と、電極302の少なくとも一部が露出するように、ハードマスク304の少なくとも一部を絶縁層308に対して選択的に除去することにより、コンタクトホール312を形成するハードマスク除去工程とを備えたコンタクトホール形成方法。
【選択図】図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンタクトホール形成方法、メモリ装置、及び電子機器に関する。
【0002】
【背景の技術】
従来のコンタクトホール形成方法として、特開2002−299579号公報(特許文献1)に開示されたものがある。上記特許文献1に開示されたコンタクトホールは、キャパシタを構成する上部電極上に形成された絶縁膜をエッチングすることにより形成される。このとき、コンタクトホールは、上部電極に対してアライメントされる。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−299579号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献1に開示された従来のコンタクトホール形成方法では、キャパシタの微細化が進むにつれコンタクトホールの上部電極に対するアライメントマージンが少なくなるため、コンタクトホールのアライメントが上部電極に対してずれた場合に、コンタクトホール形成時のエッチングにより強誘電体層にダメージが入り、キャパシタの特性を劣化させるという問題が生じていた。また、コンタクトホールをオーバーエッチングした場合に、コンタクトホールが下部電極まで到達してしまい、キャパシタが短絡するという問題が生じていた。
【0004】
よって、本発明は、上記の課題を解決することのできるコンタクトホール形成方法、半導体装置、キャパシタ製造方法、メモリ装置、及び電子機器を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第1の形態によれば、電極に対するコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成方法であって、基体に電極を形成する電極形成工程と、電極上にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、ハードマスクを覆うように、基体上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、ハードマスクの少なくとも一部が露出するように、絶縁層の一部を除去する絶縁層除去工程と、電極の少なくとも一部が露出するように、ハードマスクの少なくとも一部を絶縁層に対して選択的に除去することにより、コンタクトホールを形成するハードマスク除去工程とを備えたことを特徴とするコンタクトホール形成方法を提供する。これにより、電極とコンタクトホールに形成される導電性部材との接触不良がきわめて少ないコンタクトホールを提供することができる。
【0006】
また、絶縁層除去工程は、絶縁層の一部を除去することにより、絶縁層に開口部を形成し、ハードマスク除去工程は、開口部において露出したハードマスクを除去することにより、コンタクトホールを形成することが好ましい。これにより、電極の所望の位置において、接触不良がきわめて少ないコンタクトホールを形成することができる。
【0007】
また、ハードマスク形成工程は、ハードマスクを所定の形状に形成する工程を含み、絶縁層除去工程は、開口部の開口径が、ハードマスクの幅より大きくなるように、絶縁層を除去することが好ましい。これにより、開口部において露出される電極の面積を大きくすることができるため、接触不良及び接触抵抗をさらに低減させることができる。
【0008】
また、絶縁層形成工程は、第1の材料により絶縁層を形成し、ハードマスク形成工程は、第2の材料によりハードマスクを形成し、絶縁層除去工程は、第1の材料に対するエッチングレートが、第2の材料に対するエッチングレートより速いエッチャントにより絶縁層を除去し、ハードマスク除去工程は、第2の材料に対するエッチングレートが、第1の材料に対するエッチングレートより遅いエッチャントによりハードマスクを除去することが好ましい。これにより、絶縁層及びハードマスクを選択的に除去することができるため、加工精度よくコンタクトホールを形成することができる。
【0009】
また、絶縁層除去工程は、絶縁層をエッチバックすることにより、ハードマスクを露出させてもよい。また、絶縁層除去工程は、化学的機械研磨により絶縁層を除去することにより、ハードマスクを露出させてもよい。これにより、ハードマスクを露出するためにマスクを用いずに、コンタクトホールを形成することができる。
【0010】
また、ハードマスク形成工程は、複数のハードマスクを積層して形成してもよい。また、ハードマスク形成工程は、積層された複数のハードマスクのうち、電極と接するハードマスクを、コンタクトホールの深さより厚く形成することが好ましい。これにより、ハードマスクがエッチングにより逆テーパ形状になった場合であっても、コンタクトホールが逆テーパ形状になることを防ぐことができる。
【0011】
本発明の第2の形態によれば、上記コンタクトホール形成方法により形成されたコンタクトホールを備えたことを特徴とする半導体装置を提供する。半導体装置は、MPU、DSP等のディジタルデバイス、オペアンプ等のアナログデバイス、FRAM、DRAM、EEPROM等のメモリデバイス、及び上記デバイスを混載した混載デバイスを含む。
【0012】
本発明の第3の形態によれば、キャパシタを製造するキャパシタ製造方法であって、基体に下部電極を形成する工程と、下部電極上に誘電体層を形成する工程と、誘電体層上に上部電極を形成する工程と、上部電極上にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、ハードマスクを覆うように、基体上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、ハードマスクの少なくとも一部が露出するように、絶縁層の一部を除去する絶縁層除去工程と、上部電極の少なくとも一部が露出するように、ハードマスクの少なくとも一部を絶縁層に対して選択的に除去することにより、上部電極に対するコンタクトホールを形成するハードマスク除去工程とを備えたことを特徴とするキャパシタ製造方法を提供する。これにより、上部電極とコンタクトホールに形成される配線等の接触不良をきわめて少なくすることができる。また、上部電極と下部電極との短絡を防ぐことができる。
【0013】
本発明の第4の形態によれば、上記キャパシタ製造方法により製造されたキャパシタを備えたことを特徴とするメモリ装置を提供する。メモリ装置は、上記キャパシタを備えた強誘電体メモリ、並びに上記キャパシタ及びロジック回路を備えた混載デバイスその他の上記キャパシタを備えた半導体装置を含む。
【0014】
本発明の第5の形態によれば、上記半導体装置又は上記メモリ装置を備えたことを特徴とする電子機器を提供する。電子機器は、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、携帯情報端末、携帯通信機器、ICカードその他の上記半導体装置又は上記メモリ装置を備えた機器を含む。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0016】
図1は、本発明の第1実施形態に係るコンタクトホール形成方法の途中工程を示す図である。まず、基体300を用意する(図1(a))。基体300は、例えば金属、半導体等の無機材料やポリイミド等の有機材料からなる基板や、当該基板上にトランジスタ、キャパシタ、及びダイオード等の素子、配線及び電極等の導電層、並びにゲート絶縁膜、層間絶縁膜及びキャパシタ誘電膜等の誘電層が形成されたものを含む。
【0017】
次に、基体300上に、電極302を形成する(図1(a))。電極302は、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、金(Au)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、窒化タングステン(WN)、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)等の導電性材料を、スパッタリング法、CVD(Chemical Vaper Deposition)法、蒸着法等により、基体300上に堆積することにより形成される。
【0018】
電極302は、電荷を蓄積するキャパシタを構成する上部電極及び下部電極、電子デバイスにおける配線及びパッド等の、他の電極や配線等と電気的に接続され得る導電性部材を含む。本実施形態において、電極302は白金(Pt)により構成されており、白金をスパッタリング法により約200nm(ナノメートル)の厚さに堆積することにより形成される。
【0019】
次に、電極302上に、ハードマスク304を形成する(図1(a))。ハードマスク304は、窒化チタン、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)、酸化アルミニウム(Al2O3)等の絶縁材料や、タングステン等の導電性材料を、スパッタリング法、CVD法、蒸着法等により、電極302上に堆積することにより形成される。
【0020】
ハードマスク304は、後述する電極302を加工する工程(図1(c))において用いられるエッチャントに対するエッチングレートが、電極302を構成する材料よりも十分に遅い材料により形成されるのが好ましい。また、ハードマスク304は、後述する開口部310を形成する工程(図2(b))において用いられるエッチャントに対するエッチングレートが、絶縁層308を構成する材料よりも十分に遅い材料により形成されるのが好ましい。ここで、エッチャントは、ドライエッチングにおける反応ガス、ウエットエッチングにおけるエッチング溶液、及び化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polish)におけるスラリーを含む。本実施形態において、ハードマスク304は、窒化チタンを、スパッタリング法により約200nmの厚さに堆積することにより形成される。
【0021】
本実施形態においてハードマスク304及び絶縁層308は、それぞれ異なる材料により形成されるが、ハードマスク304及び絶縁層308は、異なる方法により堆積した同一の材料により形成されてもよい。例えば、ハードマスク304を、TEOS(Tetraethoxysilane)を原料とした熱CVD法を用いた酸化シリコンにより形成し、絶縁層308を、TEOSを原料としたプラズマCVD法を用いた酸化シリコンにより形成してもよい。すなわち、ハードマスク304及び絶縁層308は、絶縁層308に対してハードマスク304を選択的に除去できればよい。
【0022】
次に、ハードマスク304上に、レジストマスク306を形成する(図1(a))。レジストマスク306は、フォトレジストをハードマスク304上に塗布し、ライン形状やパッド形状等の、ハードマスク304を加工するための所定のパターンを有するマスクを用いて当該フォトレジストを露光及び現像することにより形成される。
【0023】
次に、ハードマスク304を所定の形状に加工する(図1(b))。具体的には、レジストマスク306をマスクとして、所定のエッチャントを用いてハードマスク304をドライエッチングすることにより、ハードマスク304をレジストマスク306が有するパターンと略同じ形状に加工する。
【0024】
本実施形態においてハードマスク304は、エッチャントに塩素ガス(Cl2)を用いて、ICP(Induced Coupled Plasma)エッチングすることにより加工される。また、ハードマスク304は、ウエットエッチングにより所定の形状に加工されてもよい。
【0025】
次に、レジストマスク306を除去した後、電極302を所定の形状に加工する(図1(c))。具体的には、ハードマスク304をマスクとして、電極302をドライエッチングすることにより、ハードマスク304が有する形状と略同一の形状に加工する。本実施形態において、白金により構成された電極302は、窒化チタンにより構成されたハードマスク304をマスクとして、塩素と酸素(O2)との混合ガスをエッチャントとして、ICP等の高密度プラズマドライエッチングにより加工される。これにより、窒化チタンに対して白金を選択的にエッチングすることができる。また、エッチャントとして酸素を40%以上含むことが好ましく、チャンバ内の圧力は1Pa以下であることが好ましく、チャンバ内にプラズマを形成するためのバイアスは、300から700ワット程度であることが好ましい。また、基体300等を加熱しながらハードマスク304をエッチングしてもよい。
【0026】
本実施形態では、ハードマスク304をマスクとして電極302を加工しているが、レジストマスク306及び/又はハードマスク304をマスクとして電極302を加工してもよい。また、電極302はハードマスク304と異なる形状を有するように加工されてもよい。
【0027】
図2は、第1実施形態に係るコンタクトホール形成方法の途中工程を示す図である。ハードマスク304及び電極302を所定の形状に加工した後、基体300に絶縁層308を形成する(図2(a))。絶縁層308は、CVD法、スパッタリング法等により、酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁材料や誘電材料を、電極302及びハードマスク304を覆うように基体300上に堆積することにより形成される。本実施形態において、絶縁層308は、TEOSを原料としたプラズマCVD法により、酸化シリコンを約600nmの厚さに堆積することにより形成される。
【0028】
次に、ハードマスク304の少なくとも一部が露出するように、絶縁層308に開口部310を形成する(図2(b))。開口部310は、絶縁層308の一部を除去することにより形成される。このとき、開口部310は、ハードマスク304に対して絶縁層308を選択的にエッチングすることにより形成されるのが望ましく、また、電極302が露出しないように形成されるのが望ましい。本実施形態において開口部310は、当該開口部310に対応するパターンを有するレジストマスクをマスクとして、CHF3/O2等のフロンガスを含むガスを用いた反応性イオンエッチングにより、絶縁層308をエッチングして形成される。
【0029】
次に、開口部310の底部においてハードマスク304の少なくとも一部を除去することにより、電極302の少なくとも一部を露出させることにより、コンタクトホール312を形成する(図2(c))。コンタクトホール312は、絶縁層308に対してハードマスク304を選択的に除去することにより形成される。本実施形態においてハードマスク304は、ハードマスク304を加工する工程(図1(b))においてハードマスク304を加工した方法と同一の方法により除去される。また、ハードマスク304を、ウエットエッチングにより、絶縁層308に対して選択的に除去してもよい。以上のプロセスにより、電極302と他の電極や配線等の導電性部材とを電気的に接続するためのコンタクトホール312を形成することができる。
【0030】
本実施形態によれば、電極302上にハードマスク304を形成することにより、絶縁層308に開口部310を形成する工程において、開口部310の深さ方向に対するマージンを十分に確保することができる。これにより、電極302及び/又はハードマスク304に対する、開口部310のアライメントがずれた場合であっても、絶縁層308のオーバーエッチングによる開口部310の基体300への到達を防ぐことができる。したがって、開口部310の開口径を十分に大きくすることができるため、コンタクトホール312に形成される他の導電性部材と電極302との接触不良を防ぐことができる。また、基体300に設けられた強誘電体層に対するエッチングダメージや、コンタクトホール312に形成される導電性部材と、基体300に設けられた電極や配線等との短絡を防ぐことができる。
【0031】
図3は、本発明の第2実施形態に係るコンタクトホール312の形成方法の途中工程を示す図である。以下、第1実施形態と異なる部分を中心に本実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同じ符号を付した構成は、第1実施形態と同様の材料及び方法により形成されてよい。
【0032】
まず、第1実施形態における絶縁層308を形成する工程までと同様の工程により(図1及び図2(a))、基体300上に、電極302、ハードマスク304、及び絶縁層308を形成する。
【0033】
次に、絶縁層308の一部を除去することにより、絶縁層308に開口部310を形成する(図3(a))。本実施形態では、開口部310は、当該開口部310の開口径がハードマスク304の幅より大きくなるように、絶縁層308を除去することにより形成される。すなわち、ハードマスク304の幅方向において当該ハードマスク304の上面がすべて露出するように、開口部310を形成する。このとき、開口部310は、ハードマスク304が開口部310の底面から突出するように形成されてもよい。すなわち、開口部310は、当該開口部310の底面において、ハードマスク304の幅方向における両側面が露出するように形成されてもよい。そして、ハードマスク304を除去することにより、コンタクトホール312を形成する(図3(b))。
【0034】
本実施形態によれば、開口部310において露出されるハードマスク304の面積を大きくすることができる。したがって、ハードマスク304を除去することにより、コンタクトホール312において露出される電極302の面積を大きくすることができるため、コンタクトホール312に形成される他の導電性部材と電極302との接触不良を防ぐことができ、また、接触抵抗を低減させることができる。
【0035】
図4は、本発明の第3実施形態に係るコンタクトホール312の形成方法の途中工程を示す図である。以下、上述した実施形態と異なる部分を中心に本実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同じ符号を付した構成は、上述した実施形態と同様の材料及び方法により形成されてよい。
【0036】
まず、第1実施形態における絶縁層308を形成する工程までと同様の工程により(図1及び図2(a))、基体300上に、電極302、ハードマスク304、及び絶縁層308を形成する。本実施形態においてハードマスク304は、絶縁層308に形成されるコンタクトホール312の深さより厚く形成されるのが好ましい。
【0037】
次に、絶縁層308の一部を除去することにより、ハードマスク304を露出させる(図4(a))。本実施形態では、絶縁層308を化学的機械研磨により絶縁層308を除去してハードマスク304を露出させる。このとき、ハードマスク304の上面と絶縁層308の表面(研磨面)とが略同じ高さになるように、ハードマスク304を露出させてもよく、また、ハードマスク304の上面が絶縁層308の表面より突出するように、ハードマスク304を露出させてもよい。
【0038】
また、絶縁層308をエッチバックすることにより、ハードマスク304を露出させてもよい。例えば、絶縁層308上にレジスト層を形成した後、当該レジスト層及び絶縁層308をエッチングするレジストエッチバック法により絶縁層308をエッチバックする。また、SOG(Spin On Glass)等により絶縁層308を、当該絶縁層308の表面が平坦になるように形成した後、絶縁層308をエッチバックしてもよい。この場合、基体300の全面において絶縁層308をエッチバックしてもよく、また、基体300における電極302が形成された領域において絶縁層308をエッチバックしてもよい。そして、ハードマスク304を除去することにより、コンタクトホール312を形成する(図4(b))。
【0039】
本実施形態によれば、コンタクトホール312を形成するためのマスクを用いなくとも、コンタクトホール312を形成することができるため、コンタクトホール312を形成する工程を簡略化することができる。また、コンタクトホール312において露出される電極302の面積を大きくすることができるため、コンタクトホール312に形成される他の導電性部材と電極302との接触不良を防ぐことができ、また、接触抵抗を低減させることができる。
【0040】
図5は、本発明の第4実施形態に係るコンタクトホール312の形成方法の途中工程を示す図である。本実施形態では、ハードマスク304が複数層形成される。以下、上述した実施形態と異なる部分を中心に本実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同じ符号を付した構成は、上述した実施形態と同様の材料及び方法により形成されてよい。
【0041】
まず、基体300上に、下部電極302、第1ハードマスク304−1、及び第2ハードマスク304−2を形成した後、第2ハードマスク304−2上にレジストマスク306を形成する(図5(a))。ここで、下部電極302に接するハードマスク304、すなわち、第1ハードマスク304−1は、コンタクトホール312の深さより厚く形成されるのが望ましい。また、第1ハードマスク304−1及び第2ハードマスク304−2は、それぞれ異なる材料により形成されるのが好ましい。
【0042】
例えば、第1ハードマスク304−1は、下部電極302との密着性が、第2ハードマスク304−2と下部電極302との密着性より高い材料により形成される。また、例えば、第2ハードマスク304−2は、後述する第1ハードマスク304−1及び下部電極302をエッチングする工程(図5(c))において、第1ハードマスク304−1及び下部電極302のエッチングマスクに適した材料により形成され、第1ハードマスク304−1は、絶縁層308をエッチバック又は化学的機械研磨する工程において、ストッパとなるような材料により形成される。第2ハードマスク304−2は、第1ハードマスクに対して選択的に除去可能な材料により形成されるのが好ましい。例えば、第1ハードマスク304−1は、窒化チタンにより形成され、第2ハードマスク304−2は、酸化シリコンにより形成される。
【0043】
次に、レジストマスク306をマスクとして、第2ハードマスク304−2をエッチングし、レジストマスク306を除去した後(図5(b))、第2ハードマスク304−2をマスクとして、第1ハードマスク304−1及び下部電極302をエッチングする(図5(c))。次に、第2ハードマスク304−2を除去した後、基体300上に絶縁層308を形成し、第3実施形態と同様に絶縁層308をエッチバック又は化学的機械研磨することにより第1ハードマスク304−1を露出させる。そして、第1ハードマスク304−1を除去することにより、コンタクトホール312を形成する(図5(d))。
【0044】
本実施形態によれば、ハードマスク304を下部電極302上に複数層形成し、下部電極302に接するハードマスク304と下部電極302との密着性を、他のハードマスク304と下部電極302との密着性より高くすることにより、当該他のハードマスク304と下部電極302との密着性が悪い場合であっても、当該他のハードマスク304をマスクとして下部電極302をエッチングすることができる。
【0045】
また、本実施形態によれば、ハードマスク304をマスクとして下部電極302をエッチングした後に、ハードマスク304が逆テーパ形状になった場合であっても(図5(e)参照)、当該ハードマスク304を除去し、他のハードマスク304を用いてコンタクトホール312を形成することができるため、コンタクトホール312が逆テーパ形状になることを防ぐことができる。
【0046】
図6は、本発明の第5実施形態に係るメモリ装置の一例であるクロスポイント型の強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。図6(a)、(c)、及び(e)は、強誘電体メモリにおいてキャパシタアレイが形成される領域の一部の上面図である。また、図6(b)、(d)、及び(f)は、それぞれ図6(a)、(c)、及び(e)におけるAA´断面図である。本実施形態は、第1実施形態に係るコンタクトホール形成方法を、クロスポイント型の強誘電体メモリにおける上部電極と配線とを電気的に接続するためのコンタクトホールの形成に適用している。以下、上述した実施形態と異なる部分を中心に本実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同じ符号を付した構成は、上述した実施形態と同様の材料及び方法により形成されてよい。
【0047】
まず、基体300に下部電極320及び強誘電体層322を形成する。本実施形態において下部電極320は、酸化チタン(TiO)を約40nm、白金を約200nmの厚さで積層させることにより形成される。また、強誘電体層322は、タンタル酸ストロンチウムビスマス(SrBi2Ta2O9)を、約180nmの厚さに堆積させることにより形成される。
【0048】
次に、強誘電体層322上に上部電極として電極302を、電極302上にハードマスク304を、さらに、ハードマスク304上にレジストマスク306を形成する(図6(a)及び(b))。次に、レジストマスク306をマスクとしてハードマスク304をエッチングした後、ハードマスク304をマスクとして電極302及び強誘電体層322をエッチングする(図6(c)及び(d))。
【0049】
次に、下部電極320をエッチングによりライン状に加工する(図6(e)及び(f))。本実施形態では、下部電極320は、上部電極である複数の電極302が1つの下部電極320を共有するように加工される。
【0050】
図7は、第5実施形態に係る強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。図7(a)、(c)、及び(e)は、強誘電体メモリにおいてキャパシタアレイが形成される領域の一部の上面図である。また、図7(b)、(d)、及び(f)は、それぞれ図7(a)、(c)、及び(e)におけるAA´断面図である。
【0051】
ハードマスク304、電極302、強誘電体層322、及び下部電極320を所定の形状に加工した後、基体300に絶縁層308を形成する。そして、ハードマスク304の少なくとも一部が露出するように、絶縁層308に開口部310を形成する(図7(a)及び(b))。ここで、開口部310を、第2実施形態において説明した工程(図3(a))と同様の工程により形成してもよい。
【0052】
次に、電極302の一部が露出するように、ハードマスク304の少なくとも一部を除去することにより、コンタクトホール312を形成する(図7(c)及び(d))。そして、コンタクトホール312において電極302と接触するように、配線層314をコンタクトホール312及び絶縁層308上に形成した後、配線層314を下部電極320と交差するように加工する(図7(e)及び(f))。以上の工程により、クロスポイント型の強誘電体メモリを得る。
【0053】
本実施形態によれば、電極302上にハードマスク304を形成することにより、絶縁層308に開口部310を形成する工程において、開口部310の深さ方向に対するマージンを十分に確保することができる。これにより、開口部310の電極302及び/又はハードマスク304に対するアライメントがずれた場合であっても、オーバーエッチングにより開口部310が強誘電体層322や下部電極320に到達するのを防ぐことができる。したがって、強誘電体層322へのエッチングダメージや電極302と下部電極320との短絡を防ぐことができる。
【0054】
図8は、本発明の第6実施形態に係るクロスポイント型の強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。図8(a)、(c)、及び(e)は、強誘電体メモリにおいてキャパシタアレイが形成される領域の一部の上面図である。また、図8(b)、(d)、及び(f)は、それぞれ図8(a)、(c)、及び(e)におけるAA´断面図である。本実施形態は、第3実施形態に係るコンタクトホール形成方法を、クロスポイント型の強誘電体メモリにおける上部電極と配線とを電気的に接続するためのコンタクトホールの形成に適用している。以下、上述した実施形態と異なる部分を中心に本実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同じ符号を付した構成は、上述した実施形態と同様の材料及び方法により形成されてよい。
【0055】
まず、第5実施形態における絶縁層308を形成する工程までと同様の工程により(図6並びに図7(a)及び(b))、基体300上に、下部電極320、強誘電体層322、上部電極として電極302、ハードマスク304、及び絶縁層308を形成する。
【0056】
次に、絶縁層308の一部を除去することにより、ハードマスク304を露出させる(図8(a)及び(b))。そして、ハードマスク304を除去することにより、コンタクトホール312を形成する(図8(c)及び(d))。そして、コンタクトホール312において電極302と接触するように、配線層314をコンタクトホール312及び絶縁層308上に形成した後、配線層314を下部電極320と交差するように加工する(図8(e)及び(f))。以上の工程により、クロスポイント型の強誘電体メモリを得る。
【0057】
本実施形態によれば、コンタクトホール312を形成するためのマスクを用いなくとも、コンタクトホール312を形成することができるため、コンタクトホール312を形成する工程を簡略化することができる。また、コンタクトホール312において露出される電極302の面積を大きくすることができるため、配線層314と電極302との接触不良を防ぐことができ、また、接触抵抗を低減させることができる。
【0058】
図9は、本発明の第7実施形態に係るクロスポイント型の強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。図9(a)及び(c)は、強誘電体メモリにおいてキャパシタアレイが形成される領域の一部の上面図である。また、図9(b)及び(d)は、それぞれ図8(a)及び(c)におけるAA´断面図である。以下、上述した実施形態と異なる部分を中心に本実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同じ符号を付した構成は、上述した実施形態と同様の材料及び方法により形成されてよい。
【0059】
まず、第5実施形態におけるレジストマスク306を形成する工程までと同様の工程により(図6(a)及び(b)参照)、基体300上に、下部電極320、強誘電体層322、上部電極302、ハードマスク304、及びレジストマスク306を形成する。そして、レジストマスク306をマスクとしてハードマスク304をエッチングすることにより、ハードマスク304をライン状に形成する。そして、ハードマスク304をマスクとして上部電極302、強誘電体層322、及び下部電極320をエッチングすることにより、上部電極302、強誘電体層322、及び下部電極320をライン状に形成する(図9(a)及び(b))。
【0060】
次に、第5実施形態におけるコンタクトホール312を形成する工程(図7(c)及び(d)参照)、又は第6実施形態におけるコンタクトホール312を形成する工程(図8(c)及び(d)参照)までの工程と同様の工程により、電極302上にコンタクトホール312を形成する。本実施形態においてコンタクトホール312は、電極302等と略同じ形状を有するライン状に形成される。
【0061】
図10は、第7実施形態に係る強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。図10(a)、(d)、及び(g)は、強誘電体メモリにおいてキャパシタアレイが形成される領域の一部の上面図である。また、図10(b)、(e)、及び(h)は、それぞれ図10(a)、(d)、及び(g)におけるAA´断面図である。また、図10(c)、(f)、及び(i)は、それぞれ図10(a)、(d)、及び(g)におけるBB´断面図である。
【0062】
電極302上にコンタクトホール312を形成した後、配線層314を形成する(図10(a)、(b)、及び(c))。本実施形態において、配線層314は、ライン状に形成された、複数の上部電極302、強誘電体層322、及び下部電極320と略直交するように、ライン状に形成される。
【0063】
次に、配線層314をマスクとして、絶縁層308及び電極302をエッチングする(図10(d)、(e)、及び(f))。すなわち、配線層314と下部電極320とが交差する領域以外の領域における絶縁層308及び電極302を、配線層314をマスクとしてエッチングすることにより除去する。これにより、配線層314と下部電極320とが交差する領域において、電極302、強誘電体層322、及び下部電極320から構成されるキャパシタが形成され、クロスポイント型の強誘電体メモリを得る。
【0064】
また、配線層314をマスクとして、強誘電体層322をさらにエッチングしてもよい(図10(g)、(h)、及び(i))。すなわち、配線層314と下部電極320とが交差する領域以外の領域における絶縁層308、電極302、及び強誘電体層322を、配線層314をマスクとしてエッチングすることにより、クロスポイント型の強誘電体メモリを形成してもよい。
【0065】
図11は、本発明のコンタクトホール形成方法により形成されたコンタクトホール312を備えた半導体装置の一例であるメモリ装置100を示す図である。メモリ装置100は、電荷を蓄積することによりデータを記憶するキャパシタ200と、キャパシタ200を構成する下部電極320に電気的に接続され、キャパシタ200に電圧を印加するか否かを切り替えるトランジスタ110と、トランジスタ110のゲートに電気的に接続されたワード線120と、トランジスタ110のソース又はドレインに電気的に接続されたビット線130と、キャパシタ200の電極302に電気的に接続されたプレート線140とを備える。プレート線140と電極302とは、プレート線140と電極302との間に設けられた絶縁層308に形成されたコンタクトホール312を介して電気的に接続されている。
【0066】
メモリ装置100の動作について説明する。キャパシタ200にデータを書き込む場合、データを書き込むキャパシタ200に対応するビット線130及びプレート線140を所定の電圧にチャージする。そして、当該キャパシタ200に対応するワード線120を所定の電圧にチャージしてトランジスタ110をオンにすることにより、キャパシタ200に電荷を蓄積させる。キャパシタ200は、強誘電体層を備えて構成されているため、当該強誘電体層の残留分極特性により、メモリ装置100の電源を切った場合であっても、キャパシタ200は書き込まれたデータを保持することができる。
【0067】
一方、キャパシタ200に書き込まれたデータを読み出す場合は、データを読み出すキャパシタ200に対応するワード線120を所定の電圧にチャージしてトランジスタ110をオンにすることにより、キャパシタ200からビット線130に流れ出る電荷を、当該ビット線130に電気的に接続されたセンスアンプ等により検出し、当該キャパシタ200に保持されたデータを判定する。
【0068】
図12は、本発明のメモリ装置を備えた電子機器の一例であるパーソナルコンピュータ1000の構成を示す斜視図である。図12において、パーソナルコンピュータ1000は、表示パネル1002と、キーボード1004を有する本体部1006とを備える。当該パーソナルコンピュータ1000の本体部1006の内蔵基板等において、本発明のメモリ装置が利用されている。
【0069】
上記発明の実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るコンタクトホール形成方法の途中工程を示す図である。
【図2】第1実施形態に係るコンタクトホール形成方法の途中工程を示す図である。
【図3】本発明の第2実施形態に係るコンタクトホール312の形成方法の途中工程を示す図である。
【図4】本発明の第3実施形態に係るコンタクトホール312の形成方法の途中工程を示す図である。
【図5】本発明の第5実施形態に係るメモリ装置の一例であるクロスポイント型の強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。
【図6】第5実施形態に係る強誘電体メモリ製造工程の一部を示す図である。
【図7】本発明の第6実施形態に係るクロスポイント型の強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。
【図8】本発明の第7実施形態に係るクロスポイント型の強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。
【図9】第7実施形態に係る強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。
【図10】本発明のコンタクトホール形成方法により形成されたコンタクトホール312を備えたメモリ装置100を示す図である。
【図11】本発明のメモリ装置を備えた電子機器の一例であるパーソナルコンピュータ1000の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
100・・メモリ装置、110・・トランジスタ、120・・ワード線、130・・ビット線、140・・プレート線、180・・形成面、200・・キャパシタ、300・・基体、302・・電極、304・・ハードマスク、306・・レジストマスク、308・・絶縁層、308・・当該絶縁層、310・・開口部、310・・当該開口部、312・・コンタクトホール、314・・配線層、320・・下部電極、322・・強誘電体層、1000・・パーソナルコンピュータ、1002・・表示パネル、1004・・キーボード、1006・・本体部
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンタクトホール形成方法、メモリ装置、及び電子機器に関する。
【0002】
【背景の技術】
従来のコンタクトホール形成方法として、特開2002−299579号公報(特許文献1)に開示されたものがある。上記特許文献1に開示されたコンタクトホールは、キャパシタを構成する上部電極上に形成された絶縁膜をエッチングすることにより形成される。このとき、コンタクトホールは、上部電極に対してアライメントされる。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−299579号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献1に開示された従来のコンタクトホール形成方法では、キャパシタの微細化が進むにつれコンタクトホールの上部電極に対するアライメントマージンが少なくなるため、コンタクトホールのアライメントが上部電極に対してずれた場合に、コンタクトホール形成時のエッチングにより強誘電体層にダメージが入り、キャパシタの特性を劣化させるという問題が生じていた。また、コンタクトホールをオーバーエッチングした場合に、コンタクトホールが下部電極まで到達してしまい、キャパシタが短絡するという問題が生じていた。
【0004】
よって、本発明は、上記の課題を解決することのできるコンタクトホール形成方法、半導体装置、キャパシタ製造方法、メモリ装置、及び電子機器を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第1の形態によれば、電極に対するコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成方法であって、基体に電極を形成する電極形成工程と、電極上にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、ハードマスクを覆うように、基体上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、ハードマスクの少なくとも一部が露出するように、絶縁層の一部を除去する絶縁層除去工程と、電極の少なくとも一部が露出するように、ハードマスクの少なくとも一部を絶縁層に対して選択的に除去することにより、コンタクトホールを形成するハードマスク除去工程とを備えたことを特徴とするコンタクトホール形成方法を提供する。これにより、電極とコンタクトホールに形成される導電性部材との接触不良がきわめて少ないコンタクトホールを提供することができる。
【0006】
また、絶縁層除去工程は、絶縁層の一部を除去することにより、絶縁層に開口部を形成し、ハードマスク除去工程は、開口部において露出したハードマスクを除去することにより、コンタクトホールを形成することが好ましい。これにより、電極の所望の位置において、接触不良がきわめて少ないコンタクトホールを形成することができる。
【0007】
また、ハードマスク形成工程は、ハードマスクを所定の形状に形成する工程を含み、絶縁層除去工程は、開口部の開口径が、ハードマスクの幅より大きくなるように、絶縁層を除去することが好ましい。これにより、開口部において露出される電極の面積を大きくすることができるため、接触不良及び接触抵抗をさらに低減させることができる。
【0008】
また、絶縁層形成工程は、第1の材料により絶縁層を形成し、ハードマスク形成工程は、第2の材料によりハードマスクを形成し、絶縁層除去工程は、第1の材料に対するエッチングレートが、第2の材料に対するエッチングレートより速いエッチャントにより絶縁層を除去し、ハードマスク除去工程は、第2の材料に対するエッチングレートが、第1の材料に対するエッチングレートより遅いエッチャントによりハードマスクを除去することが好ましい。これにより、絶縁層及びハードマスクを選択的に除去することができるため、加工精度よくコンタクトホールを形成することができる。
【0009】
また、絶縁層除去工程は、絶縁層をエッチバックすることにより、ハードマスクを露出させてもよい。また、絶縁層除去工程は、化学的機械研磨により絶縁層を除去することにより、ハードマスクを露出させてもよい。これにより、ハードマスクを露出するためにマスクを用いずに、コンタクトホールを形成することができる。
【0010】
また、ハードマスク形成工程は、複数のハードマスクを積層して形成してもよい。また、ハードマスク形成工程は、積層された複数のハードマスクのうち、電極と接するハードマスクを、コンタクトホールの深さより厚く形成することが好ましい。これにより、ハードマスクがエッチングにより逆テーパ形状になった場合であっても、コンタクトホールが逆テーパ形状になることを防ぐことができる。
【0011】
本発明の第2の形態によれば、上記コンタクトホール形成方法により形成されたコンタクトホールを備えたことを特徴とする半導体装置を提供する。半導体装置は、MPU、DSP等のディジタルデバイス、オペアンプ等のアナログデバイス、FRAM、DRAM、EEPROM等のメモリデバイス、及び上記デバイスを混載した混載デバイスを含む。
【0012】
本発明の第3の形態によれば、キャパシタを製造するキャパシタ製造方法であって、基体に下部電極を形成する工程と、下部電極上に誘電体層を形成する工程と、誘電体層上に上部電極を形成する工程と、上部電極上にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、ハードマスクを覆うように、基体上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、ハードマスクの少なくとも一部が露出するように、絶縁層の一部を除去する絶縁層除去工程と、上部電極の少なくとも一部が露出するように、ハードマスクの少なくとも一部を絶縁層に対して選択的に除去することにより、上部電極に対するコンタクトホールを形成するハードマスク除去工程とを備えたことを特徴とするキャパシタ製造方法を提供する。これにより、上部電極とコンタクトホールに形成される配線等の接触不良をきわめて少なくすることができる。また、上部電極と下部電極との短絡を防ぐことができる。
【0013】
本発明の第4の形態によれば、上記キャパシタ製造方法により製造されたキャパシタを備えたことを特徴とするメモリ装置を提供する。メモリ装置は、上記キャパシタを備えた強誘電体メモリ、並びに上記キャパシタ及びロジック回路を備えた混載デバイスその他の上記キャパシタを備えた半導体装置を含む。
【0014】
本発明の第5の形態によれば、上記半導体装置又は上記メモリ装置を備えたことを特徴とする電子機器を提供する。電子機器は、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、携帯情報端末、携帯通信機器、ICカードその他の上記半導体装置又は上記メモリ装置を備えた機器を含む。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0016】
図1は、本発明の第1実施形態に係るコンタクトホール形成方法の途中工程を示す図である。まず、基体300を用意する(図1(a))。基体300は、例えば金属、半導体等の無機材料やポリイミド等の有機材料からなる基板や、当該基板上にトランジスタ、キャパシタ、及びダイオード等の素子、配線及び電極等の導電層、並びにゲート絶縁膜、層間絶縁膜及びキャパシタ誘電膜等の誘電層が形成されたものを含む。
【0017】
次に、基体300上に、電極302を形成する(図1(a))。電極302は、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、金(Au)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、窒化タングステン(WN)、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)等の導電性材料を、スパッタリング法、CVD(Chemical Vaper Deposition)法、蒸着法等により、基体300上に堆積することにより形成される。
【0018】
電極302は、電荷を蓄積するキャパシタを構成する上部電極及び下部電極、電子デバイスにおける配線及びパッド等の、他の電極や配線等と電気的に接続され得る導電性部材を含む。本実施形態において、電極302は白金(Pt)により構成されており、白金をスパッタリング法により約200nm(ナノメートル)の厚さに堆積することにより形成される。
【0019】
次に、電極302上に、ハードマスク304を形成する(図1(a))。ハードマスク304は、窒化チタン、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)、酸化アルミニウム(Al2O3)等の絶縁材料や、タングステン等の導電性材料を、スパッタリング法、CVD法、蒸着法等により、電極302上に堆積することにより形成される。
【0020】
ハードマスク304は、後述する電極302を加工する工程(図1(c))において用いられるエッチャントに対するエッチングレートが、電極302を構成する材料よりも十分に遅い材料により形成されるのが好ましい。また、ハードマスク304は、後述する開口部310を形成する工程(図2(b))において用いられるエッチャントに対するエッチングレートが、絶縁層308を構成する材料よりも十分に遅い材料により形成されるのが好ましい。ここで、エッチャントは、ドライエッチングにおける反応ガス、ウエットエッチングにおけるエッチング溶液、及び化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polish)におけるスラリーを含む。本実施形態において、ハードマスク304は、窒化チタンを、スパッタリング法により約200nmの厚さに堆積することにより形成される。
【0021】
本実施形態においてハードマスク304及び絶縁層308は、それぞれ異なる材料により形成されるが、ハードマスク304及び絶縁層308は、異なる方法により堆積した同一の材料により形成されてもよい。例えば、ハードマスク304を、TEOS(Tetraethoxysilane)を原料とした熱CVD法を用いた酸化シリコンにより形成し、絶縁層308を、TEOSを原料としたプラズマCVD法を用いた酸化シリコンにより形成してもよい。すなわち、ハードマスク304及び絶縁層308は、絶縁層308に対してハードマスク304を選択的に除去できればよい。
【0022】
次に、ハードマスク304上に、レジストマスク306を形成する(図1(a))。レジストマスク306は、フォトレジストをハードマスク304上に塗布し、ライン形状やパッド形状等の、ハードマスク304を加工するための所定のパターンを有するマスクを用いて当該フォトレジストを露光及び現像することにより形成される。
【0023】
次に、ハードマスク304を所定の形状に加工する(図1(b))。具体的には、レジストマスク306をマスクとして、所定のエッチャントを用いてハードマスク304をドライエッチングすることにより、ハードマスク304をレジストマスク306が有するパターンと略同じ形状に加工する。
【0024】
本実施形態においてハードマスク304は、エッチャントに塩素ガス(Cl2)を用いて、ICP(Induced Coupled Plasma)エッチングすることにより加工される。また、ハードマスク304は、ウエットエッチングにより所定の形状に加工されてもよい。
【0025】
次に、レジストマスク306を除去した後、電極302を所定の形状に加工する(図1(c))。具体的には、ハードマスク304をマスクとして、電極302をドライエッチングすることにより、ハードマスク304が有する形状と略同一の形状に加工する。本実施形態において、白金により構成された電極302は、窒化チタンにより構成されたハードマスク304をマスクとして、塩素と酸素(O2)との混合ガスをエッチャントとして、ICP等の高密度プラズマドライエッチングにより加工される。これにより、窒化チタンに対して白金を選択的にエッチングすることができる。また、エッチャントとして酸素を40%以上含むことが好ましく、チャンバ内の圧力は1Pa以下であることが好ましく、チャンバ内にプラズマを形成するためのバイアスは、300から700ワット程度であることが好ましい。また、基体300等を加熱しながらハードマスク304をエッチングしてもよい。
【0026】
本実施形態では、ハードマスク304をマスクとして電極302を加工しているが、レジストマスク306及び/又はハードマスク304をマスクとして電極302を加工してもよい。また、電極302はハードマスク304と異なる形状を有するように加工されてもよい。
【0027】
図2は、第1実施形態に係るコンタクトホール形成方法の途中工程を示す図である。ハードマスク304及び電極302を所定の形状に加工した後、基体300に絶縁層308を形成する(図2(a))。絶縁層308は、CVD法、スパッタリング法等により、酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁材料や誘電材料を、電極302及びハードマスク304を覆うように基体300上に堆積することにより形成される。本実施形態において、絶縁層308は、TEOSを原料としたプラズマCVD法により、酸化シリコンを約600nmの厚さに堆積することにより形成される。
【0028】
次に、ハードマスク304の少なくとも一部が露出するように、絶縁層308に開口部310を形成する(図2(b))。開口部310は、絶縁層308の一部を除去することにより形成される。このとき、開口部310は、ハードマスク304に対して絶縁層308を選択的にエッチングすることにより形成されるのが望ましく、また、電極302が露出しないように形成されるのが望ましい。本実施形態において開口部310は、当該開口部310に対応するパターンを有するレジストマスクをマスクとして、CHF3/O2等のフロンガスを含むガスを用いた反応性イオンエッチングにより、絶縁層308をエッチングして形成される。
【0029】
次に、開口部310の底部においてハードマスク304の少なくとも一部を除去することにより、電極302の少なくとも一部を露出させることにより、コンタクトホール312を形成する(図2(c))。コンタクトホール312は、絶縁層308に対してハードマスク304を選択的に除去することにより形成される。本実施形態においてハードマスク304は、ハードマスク304を加工する工程(図1(b))においてハードマスク304を加工した方法と同一の方法により除去される。また、ハードマスク304を、ウエットエッチングにより、絶縁層308に対して選択的に除去してもよい。以上のプロセスにより、電極302と他の電極や配線等の導電性部材とを電気的に接続するためのコンタクトホール312を形成することができる。
【0030】
本実施形態によれば、電極302上にハードマスク304を形成することにより、絶縁層308に開口部310を形成する工程において、開口部310の深さ方向に対するマージンを十分に確保することができる。これにより、電極302及び/又はハードマスク304に対する、開口部310のアライメントがずれた場合であっても、絶縁層308のオーバーエッチングによる開口部310の基体300への到達を防ぐことができる。したがって、開口部310の開口径を十分に大きくすることができるため、コンタクトホール312に形成される他の導電性部材と電極302との接触不良を防ぐことができる。また、基体300に設けられた強誘電体層に対するエッチングダメージや、コンタクトホール312に形成される導電性部材と、基体300に設けられた電極や配線等との短絡を防ぐことができる。
【0031】
図3は、本発明の第2実施形態に係るコンタクトホール312の形成方法の途中工程を示す図である。以下、第1実施形態と異なる部分を中心に本実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同じ符号を付した構成は、第1実施形態と同様の材料及び方法により形成されてよい。
【0032】
まず、第1実施形態における絶縁層308を形成する工程までと同様の工程により(図1及び図2(a))、基体300上に、電極302、ハードマスク304、及び絶縁層308を形成する。
【0033】
次に、絶縁層308の一部を除去することにより、絶縁層308に開口部310を形成する(図3(a))。本実施形態では、開口部310は、当該開口部310の開口径がハードマスク304の幅より大きくなるように、絶縁層308を除去することにより形成される。すなわち、ハードマスク304の幅方向において当該ハードマスク304の上面がすべて露出するように、開口部310を形成する。このとき、開口部310は、ハードマスク304が開口部310の底面から突出するように形成されてもよい。すなわち、開口部310は、当該開口部310の底面において、ハードマスク304の幅方向における両側面が露出するように形成されてもよい。そして、ハードマスク304を除去することにより、コンタクトホール312を形成する(図3(b))。
【0034】
本実施形態によれば、開口部310において露出されるハードマスク304の面積を大きくすることができる。したがって、ハードマスク304を除去することにより、コンタクトホール312において露出される電極302の面積を大きくすることができるため、コンタクトホール312に形成される他の導電性部材と電極302との接触不良を防ぐことができ、また、接触抵抗を低減させることができる。
【0035】
図4は、本発明の第3実施形態に係るコンタクトホール312の形成方法の途中工程を示す図である。以下、上述した実施形態と異なる部分を中心に本実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同じ符号を付した構成は、上述した実施形態と同様の材料及び方法により形成されてよい。
【0036】
まず、第1実施形態における絶縁層308を形成する工程までと同様の工程により(図1及び図2(a))、基体300上に、電極302、ハードマスク304、及び絶縁層308を形成する。本実施形態においてハードマスク304は、絶縁層308に形成されるコンタクトホール312の深さより厚く形成されるのが好ましい。
【0037】
次に、絶縁層308の一部を除去することにより、ハードマスク304を露出させる(図4(a))。本実施形態では、絶縁層308を化学的機械研磨により絶縁層308を除去してハードマスク304を露出させる。このとき、ハードマスク304の上面と絶縁層308の表面(研磨面)とが略同じ高さになるように、ハードマスク304を露出させてもよく、また、ハードマスク304の上面が絶縁層308の表面より突出するように、ハードマスク304を露出させてもよい。
【0038】
また、絶縁層308をエッチバックすることにより、ハードマスク304を露出させてもよい。例えば、絶縁層308上にレジスト層を形成した後、当該レジスト層及び絶縁層308をエッチングするレジストエッチバック法により絶縁層308をエッチバックする。また、SOG(Spin On Glass)等により絶縁層308を、当該絶縁層308の表面が平坦になるように形成した後、絶縁層308をエッチバックしてもよい。この場合、基体300の全面において絶縁層308をエッチバックしてもよく、また、基体300における電極302が形成された領域において絶縁層308をエッチバックしてもよい。そして、ハードマスク304を除去することにより、コンタクトホール312を形成する(図4(b))。
【0039】
本実施形態によれば、コンタクトホール312を形成するためのマスクを用いなくとも、コンタクトホール312を形成することができるため、コンタクトホール312を形成する工程を簡略化することができる。また、コンタクトホール312において露出される電極302の面積を大きくすることができるため、コンタクトホール312に形成される他の導電性部材と電極302との接触不良を防ぐことができ、また、接触抵抗を低減させることができる。
【0040】
図5は、本発明の第4実施形態に係るコンタクトホール312の形成方法の途中工程を示す図である。本実施形態では、ハードマスク304が複数層形成される。以下、上述した実施形態と異なる部分を中心に本実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同じ符号を付した構成は、上述した実施形態と同様の材料及び方法により形成されてよい。
【0041】
まず、基体300上に、下部電極302、第1ハードマスク304−1、及び第2ハードマスク304−2を形成した後、第2ハードマスク304−2上にレジストマスク306を形成する(図5(a))。ここで、下部電極302に接するハードマスク304、すなわち、第1ハードマスク304−1は、コンタクトホール312の深さより厚く形成されるのが望ましい。また、第1ハードマスク304−1及び第2ハードマスク304−2は、それぞれ異なる材料により形成されるのが好ましい。
【0042】
例えば、第1ハードマスク304−1は、下部電極302との密着性が、第2ハードマスク304−2と下部電極302との密着性より高い材料により形成される。また、例えば、第2ハードマスク304−2は、後述する第1ハードマスク304−1及び下部電極302をエッチングする工程(図5(c))において、第1ハードマスク304−1及び下部電極302のエッチングマスクに適した材料により形成され、第1ハードマスク304−1は、絶縁層308をエッチバック又は化学的機械研磨する工程において、ストッパとなるような材料により形成される。第2ハードマスク304−2は、第1ハードマスクに対して選択的に除去可能な材料により形成されるのが好ましい。例えば、第1ハードマスク304−1は、窒化チタンにより形成され、第2ハードマスク304−2は、酸化シリコンにより形成される。
【0043】
次に、レジストマスク306をマスクとして、第2ハードマスク304−2をエッチングし、レジストマスク306を除去した後(図5(b))、第2ハードマスク304−2をマスクとして、第1ハードマスク304−1及び下部電極302をエッチングする(図5(c))。次に、第2ハードマスク304−2を除去した後、基体300上に絶縁層308を形成し、第3実施形態と同様に絶縁層308をエッチバック又は化学的機械研磨することにより第1ハードマスク304−1を露出させる。そして、第1ハードマスク304−1を除去することにより、コンタクトホール312を形成する(図5(d))。
【0044】
本実施形態によれば、ハードマスク304を下部電極302上に複数層形成し、下部電極302に接するハードマスク304と下部電極302との密着性を、他のハードマスク304と下部電極302との密着性より高くすることにより、当該他のハードマスク304と下部電極302との密着性が悪い場合であっても、当該他のハードマスク304をマスクとして下部電極302をエッチングすることができる。
【0045】
また、本実施形態によれば、ハードマスク304をマスクとして下部電極302をエッチングした後に、ハードマスク304が逆テーパ形状になった場合であっても(図5(e)参照)、当該ハードマスク304を除去し、他のハードマスク304を用いてコンタクトホール312を形成することができるため、コンタクトホール312が逆テーパ形状になることを防ぐことができる。
【0046】
図6は、本発明の第5実施形態に係るメモリ装置の一例であるクロスポイント型の強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。図6(a)、(c)、及び(e)は、強誘電体メモリにおいてキャパシタアレイが形成される領域の一部の上面図である。また、図6(b)、(d)、及び(f)は、それぞれ図6(a)、(c)、及び(e)におけるAA´断面図である。本実施形態は、第1実施形態に係るコンタクトホール形成方法を、クロスポイント型の強誘電体メモリにおける上部電極と配線とを電気的に接続するためのコンタクトホールの形成に適用している。以下、上述した実施形態と異なる部分を中心に本実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同じ符号を付した構成は、上述した実施形態と同様の材料及び方法により形成されてよい。
【0047】
まず、基体300に下部電極320及び強誘電体層322を形成する。本実施形態において下部電極320は、酸化チタン(TiO)を約40nm、白金を約200nmの厚さで積層させることにより形成される。また、強誘電体層322は、タンタル酸ストロンチウムビスマス(SrBi2Ta2O9)を、約180nmの厚さに堆積させることにより形成される。
【0048】
次に、強誘電体層322上に上部電極として電極302を、電極302上にハードマスク304を、さらに、ハードマスク304上にレジストマスク306を形成する(図6(a)及び(b))。次に、レジストマスク306をマスクとしてハードマスク304をエッチングした後、ハードマスク304をマスクとして電極302及び強誘電体層322をエッチングする(図6(c)及び(d))。
【0049】
次に、下部電極320をエッチングによりライン状に加工する(図6(e)及び(f))。本実施形態では、下部電極320は、上部電極である複数の電極302が1つの下部電極320を共有するように加工される。
【0050】
図7は、第5実施形態に係る強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。図7(a)、(c)、及び(e)は、強誘電体メモリにおいてキャパシタアレイが形成される領域の一部の上面図である。また、図7(b)、(d)、及び(f)は、それぞれ図7(a)、(c)、及び(e)におけるAA´断面図である。
【0051】
ハードマスク304、電極302、強誘電体層322、及び下部電極320を所定の形状に加工した後、基体300に絶縁層308を形成する。そして、ハードマスク304の少なくとも一部が露出するように、絶縁層308に開口部310を形成する(図7(a)及び(b))。ここで、開口部310を、第2実施形態において説明した工程(図3(a))と同様の工程により形成してもよい。
【0052】
次に、電極302の一部が露出するように、ハードマスク304の少なくとも一部を除去することにより、コンタクトホール312を形成する(図7(c)及び(d))。そして、コンタクトホール312において電極302と接触するように、配線層314をコンタクトホール312及び絶縁層308上に形成した後、配線層314を下部電極320と交差するように加工する(図7(e)及び(f))。以上の工程により、クロスポイント型の強誘電体メモリを得る。
【0053】
本実施形態によれば、電極302上にハードマスク304を形成することにより、絶縁層308に開口部310を形成する工程において、開口部310の深さ方向に対するマージンを十分に確保することができる。これにより、開口部310の電極302及び/又はハードマスク304に対するアライメントがずれた場合であっても、オーバーエッチングにより開口部310が強誘電体層322や下部電極320に到達するのを防ぐことができる。したがって、強誘電体層322へのエッチングダメージや電極302と下部電極320との短絡を防ぐことができる。
【0054】
図8は、本発明の第6実施形態に係るクロスポイント型の強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。図8(a)、(c)、及び(e)は、強誘電体メモリにおいてキャパシタアレイが形成される領域の一部の上面図である。また、図8(b)、(d)、及び(f)は、それぞれ図8(a)、(c)、及び(e)におけるAA´断面図である。本実施形態は、第3実施形態に係るコンタクトホール形成方法を、クロスポイント型の強誘電体メモリにおける上部電極と配線とを電気的に接続するためのコンタクトホールの形成に適用している。以下、上述した実施形態と異なる部分を中心に本実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同じ符号を付した構成は、上述した実施形態と同様の材料及び方法により形成されてよい。
【0055】
まず、第5実施形態における絶縁層308を形成する工程までと同様の工程により(図6並びに図7(a)及び(b))、基体300上に、下部電極320、強誘電体層322、上部電極として電極302、ハードマスク304、及び絶縁層308を形成する。
【0056】
次に、絶縁層308の一部を除去することにより、ハードマスク304を露出させる(図8(a)及び(b))。そして、ハードマスク304を除去することにより、コンタクトホール312を形成する(図8(c)及び(d))。そして、コンタクトホール312において電極302と接触するように、配線層314をコンタクトホール312及び絶縁層308上に形成した後、配線層314を下部電極320と交差するように加工する(図8(e)及び(f))。以上の工程により、クロスポイント型の強誘電体メモリを得る。
【0057】
本実施形態によれば、コンタクトホール312を形成するためのマスクを用いなくとも、コンタクトホール312を形成することができるため、コンタクトホール312を形成する工程を簡略化することができる。また、コンタクトホール312において露出される電極302の面積を大きくすることができるため、配線層314と電極302との接触不良を防ぐことができ、また、接触抵抗を低減させることができる。
【0058】
図9は、本発明の第7実施形態に係るクロスポイント型の強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。図9(a)及び(c)は、強誘電体メモリにおいてキャパシタアレイが形成される領域の一部の上面図である。また、図9(b)及び(d)は、それぞれ図8(a)及び(c)におけるAA´断面図である。以下、上述した実施形態と異なる部分を中心に本実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同じ符号を付した構成は、上述した実施形態と同様の材料及び方法により形成されてよい。
【0059】
まず、第5実施形態におけるレジストマスク306を形成する工程までと同様の工程により(図6(a)及び(b)参照)、基体300上に、下部電極320、強誘電体層322、上部電極302、ハードマスク304、及びレジストマスク306を形成する。そして、レジストマスク306をマスクとしてハードマスク304をエッチングすることにより、ハードマスク304をライン状に形成する。そして、ハードマスク304をマスクとして上部電極302、強誘電体層322、及び下部電極320をエッチングすることにより、上部電極302、強誘電体層322、及び下部電極320をライン状に形成する(図9(a)及び(b))。
【0060】
次に、第5実施形態におけるコンタクトホール312を形成する工程(図7(c)及び(d)参照)、又は第6実施形態におけるコンタクトホール312を形成する工程(図8(c)及び(d)参照)までの工程と同様の工程により、電極302上にコンタクトホール312を形成する。本実施形態においてコンタクトホール312は、電極302等と略同じ形状を有するライン状に形成される。
【0061】
図10は、第7実施形態に係る強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。図10(a)、(d)、及び(g)は、強誘電体メモリにおいてキャパシタアレイが形成される領域の一部の上面図である。また、図10(b)、(e)、及び(h)は、それぞれ図10(a)、(d)、及び(g)におけるAA´断面図である。また、図10(c)、(f)、及び(i)は、それぞれ図10(a)、(d)、及び(g)におけるBB´断面図である。
【0062】
電極302上にコンタクトホール312を形成した後、配線層314を形成する(図10(a)、(b)、及び(c))。本実施形態において、配線層314は、ライン状に形成された、複数の上部電極302、強誘電体層322、及び下部電極320と略直交するように、ライン状に形成される。
【0063】
次に、配線層314をマスクとして、絶縁層308及び電極302をエッチングする(図10(d)、(e)、及び(f))。すなわち、配線層314と下部電極320とが交差する領域以外の領域における絶縁層308及び電極302を、配線層314をマスクとしてエッチングすることにより除去する。これにより、配線層314と下部電極320とが交差する領域において、電極302、強誘電体層322、及び下部電極320から構成されるキャパシタが形成され、クロスポイント型の強誘電体メモリを得る。
【0064】
また、配線層314をマスクとして、強誘電体層322をさらにエッチングしてもよい(図10(g)、(h)、及び(i))。すなわち、配線層314と下部電極320とが交差する領域以外の領域における絶縁層308、電極302、及び強誘電体層322を、配線層314をマスクとしてエッチングすることにより、クロスポイント型の強誘電体メモリを形成してもよい。
【0065】
図11は、本発明のコンタクトホール形成方法により形成されたコンタクトホール312を備えた半導体装置の一例であるメモリ装置100を示す図である。メモリ装置100は、電荷を蓄積することによりデータを記憶するキャパシタ200と、キャパシタ200を構成する下部電極320に電気的に接続され、キャパシタ200に電圧を印加するか否かを切り替えるトランジスタ110と、トランジスタ110のゲートに電気的に接続されたワード線120と、トランジスタ110のソース又はドレインに電気的に接続されたビット線130と、キャパシタ200の電極302に電気的に接続されたプレート線140とを備える。プレート線140と電極302とは、プレート線140と電極302との間に設けられた絶縁層308に形成されたコンタクトホール312を介して電気的に接続されている。
【0066】
メモリ装置100の動作について説明する。キャパシタ200にデータを書き込む場合、データを書き込むキャパシタ200に対応するビット線130及びプレート線140を所定の電圧にチャージする。そして、当該キャパシタ200に対応するワード線120を所定の電圧にチャージしてトランジスタ110をオンにすることにより、キャパシタ200に電荷を蓄積させる。キャパシタ200は、強誘電体層を備えて構成されているため、当該強誘電体層の残留分極特性により、メモリ装置100の電源を切った場合であっても、キャパシタ200は書き込まれたデータを保持することができる。
【0067】
一方、キャパシタ200に書き込まれたデータを読み出す場合は、データを読み出すキャパシタ200に対応するワード線120を所定の電圧にチャージしてトランジスタ110をオンにすることにより、キャパシタ200からビット線130に流れ出る電荷を、当該ビット線130に電気的に接続されたセンスアンプ等により検出し、当該キャパシタ200に保持されたデータを判定する。
【0068】
図12は、本発明のメモリ装置を備えた電子機器の一例であるパーソナルコンピュータ1000の構成を示す斜視図である。図12において、パーソナルコンピュータ1000は、表示パネル1002と、キーボード1004を有する本体部1006とを備える。当該パーソナルコンピュータ1000の本体部1006の内蔵基板等において、本発明のメモリ装置が利用されている。
【0069】
上記発明の実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るコンタクトホール形成方法の途中工程を示す図である。
【図2】第1実施形態に係るコンタクトホール形成方法の途中工程を示す図である。
【図3】本発明の第2実施形態に係るコンタクトホール312の形成方法の途中工程を示す図である。
【図4】本発明の第3実施形態に係るコンタクトホール312の形成方法の途中工程を示す図である。
【図5】本発明の第5実施形態に係るメモリ装置の一例であるクロスポイント型の強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。
【図6】第5実施形態に係る強誘電体メモリ製造工程の一部を示す図である。
【図7】本発明の第6実施形態に係るクロスポイント型の強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。
【図8】本発明の第7実施形態に係るクロスポイント型の強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。
【図9】第7実施形態に係る強誘電体メモリの製造工程の一部を示す図である。
【図10】本発明のコンタクトホール形成方法により形成されたコンタクトホール312を備えたメモリ装置100を示す図である。
【図11】本発明のメモリ装置を備えた電子機器の一例であるパーソナルコンピュータ1000の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
100・・メモリ装置、110・・トランジスタ、120・・ワード線、130・・ビット線、140・・プレート線、180・・形成面、200・・キャパシタ、300・・基体、302・・電極、304・・ハードマスク、306・・レジストマスク、308・・絶縁層、308・・当該絶縁層、310・・開口部、310・・当該開口部、312・・コンタクトホール、314・・配線層、320・・下部電極、322・・強誘電体層、1000・・パーソナルコンピュータ、1002・・表示パネル、1004・・キーボード、1006・・本体部
Claims (13)
- 電極に対するコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成方法であって、
基体に前記電極を形成する電極形成工程と、
前記電極上にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、
前記ハードマスクを覆うように、前記基体上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記ハードマスクの少なくとも一部が露出するように、前記絶縁層の一部を除去する絶縁層除去工程と、
前記電極の少なくとも一部が露出するように、前記ハードマスクの少なくとも一部を前記絶縁層に対して選択的に除去することにより、前記コンタクトホールを形成するハードマスク除去工程と
を備えたことを特徴とするコンタクトホール形成方法。 - 前記絶縁層除去工程は、前記絶縁層の一部を除去することにより、前記絶縁層に開口部を形成し、
前記ハードマスク除去工程は、前記開口部において露出した前記ハードマスクを除去することにより、前記コンタクトホールを形成する
ことを特徴とする請求項1に記載のコンタクトホール形成方法。 - 前記ハードマスク形成工程は、前記ハードマスクを前記所定の形状に形成する工程を含み、
前記絶縁層除去工程は、前記開口部の開口径が、前記ハードマスクの幅より大きくなるように、前記絶縁層を除去する
ことを特徴とする請求項2に記載のコンタクトホール形成方法。 - 前記絶縁層形成工程は、第1の材料により前記絶縁層を形成し、
前記ハードマスク形成工程は、第2の材料により前記ハードマスクを形成し、前記絶縁層除去工程は、前記第1の材料に対するエッチングレートが、前記第2の材料に対するエッチングレートより速いエッチャントにより前記絶縁層を除去し、
前記ハードマスク除去工程は、前記第2の材料に対するエッチングレートが、前記第1の材料に対するエッチングレートより遅いエッチャントにより前記ハードマスクを除去する
ことを特徴とする請求項1に記載のコンタクトホール形成方法。 - 前記絶縁層除去工程は、前記絶縁層をエッチバックすることにより、前記ハードマスクを露出させることを特徴とする請求項1に記載のコンタクトホール形成方法。
- 前記絶縁層除去工程は、化学的機械研磨により前記絶縁層を除去することにより、前記ハードマスクを露出させることを特徴とする請求項1に記載のコンタクトホール形成方法。
- 前記ハードマスク形成工程は、複数の前記ハードマスクを積層して形成することを特徴とする請求項6に記載のコンタクトホール形成方法。
- 前記ハードマスク形成工程は、積層された前記複数のハードマスクのうち、前記電極と接する前記ハードマスクを、前記コンタクトホールの深さより厚く形成することを特徴とする請求項7に記載のコンタクトホール形成方法。
- 請求項1から8のいずれか記載のコンタクトホール形成方法により形成されたコンタクトホールを備えたことを特徴とする半導体装置。
- 請求項9に記載の半導体装置を備えたことを特徴とする電子機器。
- キャパシタを製造するキャパシタ製造方法であって、
基体に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上に上部電極を形成する工程と、
前記上部電極上にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、
前記ハードマスクを覆うように、前記基体上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記ハードマスクの少なくとも一部が露出するように、前記絶縁層の一部を除去する絶縁層除去工程と、
前記上部電極の少なくとも一部が露出するように、前記ハードマスクの少なくとも一部を前記絶縁層に対して選択的に除去することにより、前記上部電極に対するコンタクトホールを形成するハードマスク除去工程と
を備えたことを特徴とするキャパシタ製造方法。 - 請求項11に記載のキャパシタ製造方法により製造されたキャパシタを備えたことを特徴とするメモリ装置。
- 請求項12に記載のメモリ装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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JP2009010380A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Dongbu Hitek Co Ltd | 金属絶縁体金属キャパシタの製造方法 |
-
2003
- 2003-03-26 JP JP2003086387A patent/JP2004296743A/ja active Pending
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