JP2005217189A5

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Publication number: JP2005217189A5
Application number: JP2004022043A
Authority: JP
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-12-22

Claims

基板上の下層絶縁膜を貫通するコンタクトプラグの上に形成され、下部電極と、前記下部電極に対向して形成された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に形成された強誘電体又は高誘電体よりなる容量絶縁膜とから構成された容量素子において、
前記下部電極、前記容量絶縁膜及び前記上部電極は、少なくとも、上面に第１の水素バリア膜が配置されている層間絶縁膜に設けられたホールの内壁及び底部に形成されており、
前記上部電極の上面を覆うように、前記第１の水素バリア膜と接する第２の水素バリア膜を配置し、
前記コンタクトプラグと前記下部電極との間に導電性水素バリア膜を配置していることを特徴とする容量素子。
前記ホールの側壁には、前記第１の水素バリア膜と接する第３の水素バリア膜が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の容量素子。
前記導電性水素バリア膜は、前記ホールの底部に形成された第４の水素バリア膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の容量素子。
前記導電性水素バリア膜は、前記ホールの下側に配置された、上面が前記ホールの底部以上の大きさを有する第５の水素バリア膜であり、
前記第５の水素バリア膜の下面は、前記コンタクトプラグの上端と接し、上面は前記下部電極と接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の容量素子。
前記導電性水素バリア膜は、前記コンタクトプラグの最上層に配置された第７の水素バリア膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の容量素子。
前記第４の水素バリア膜と前記コンタクトプラグとの間に、上面が前記ホールの底部以上の大きさを有する第５の水素バリア膜がさらに配置されていることを特徴とする請求項３に記載の容量素子。
前記コンタクトプラグの最上層に、前記第４の水素バリア膜と接する第７の水素バリア膜が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の容量素子。
前記コンタクトプラグの最上層には、前記第５の水素バリア膜と接する第７の水素バリア膜が配置されていることを特徴とする請求項４又は６に記載の容量素子。
前記下層絶縁膜の最上層には、前記導電性水素バリア膜と接する第６の水素バリア膜が配置されていることを特徴とする請求項１から８のうちのいずれか１項に記載の容量素子。
前記第３の水素バリア膜は、前記第１の水素バリア膜の上面の高さよりも高く延びるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の容量素子。
前記下部電極、前記容量絶縁膜、及び前記上部電極は、前記第３の水素バリア膜の形状に沿うように形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の容量素子。
前記第１の水素バリア膜の上面から前記第２の水素バリア膜の最上面までの高さは、２０ｎｍから２００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の容量素子。
前記第４の水素バリア膜は、水素の拡散防止膜であると共に酸素の拡散防止膜であることを特徴とする請求項３に記載の容量素子。
前記第１の水素バリア膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＡｌＯ、ＴａＡｌＯ、ＴｉＳｉＯ、及びＴａＳｉＯのうちのいずれか１つの材料又は複数の材料を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の容量素子。
前記第２の水素バリア膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＡｌＯ、ＴａＡｌＯ、ＴｉＳｉＯ、ＴａＳｉＯ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＯＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＯＮ、ＴａＡｌＮ、ＴａＡｌＯＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＳｉＯＮ、Ｔｉ及びＴａのうちのいずれか１つの材料又は複数の材料を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の容量素子。
前記第３の水素バリア膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＡｌＯ、ＴａＡｌＯ、ＴｉＳｉＯ、ＴａＳｉＯ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＯＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＯＮ、ＴａＡｌＮ、ＴａＡｌＯＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＳｉＯＮ、Ｔｉ、及びＴａのうちのいずれか１つの材料又は複数の材料を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の容量素子。
前記第４の水素バリア膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＡｌＯ、ＴａＡｌＯ、ＴｉＳｉＯ、ＴａＳｉＯ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＯＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＯＮ、ＴａＡｌＮ、ＴａＡｌＯＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＳｉＯＮ、Ｔｉ、及びＴａのうちのいずれか１つの材料又は複数の材料を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の容量素子。
前記第５の水素バリア膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＡｌＯ、ＴａＡｌＯ、ＴｉＳｉＯ、ＴａＳｉＯ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＯＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＯＮ、ＴａＡｌＮ、ＴａＡｌＯＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＳｉＯＮ、Ｔｉ、及びＴａのうちのいずれか１つの材料又は複数の材料を含んでいることを特徴とする請求項４又は６に記載の容量素子。
前記第６の水素バリア膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＡｌＯ、ＴａＡｌＯ、ＴｉＳｉＯ、及びＴａＳｉＯのうちのいずれか１つの材料又は複数の材料を含んでいることを特徴とする請求項９に記載の容量素子。
前記第７の水素バリア膜は、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＡｌＮ、ＴａＳｉＮ、Ｔｉ、及びＴａのうちのいずれか１つの材料又は複数の材料を含んでいることを特徴とする請求項５、７及び８のうちのいずれか１項に記載の容量素子。
前記容量絶縁膜は、ＳｒＢｉ₂（Ｔａ_xＮｂ_1-x）₂Ｏ₉、Ｐｂ（Ｚｒ_xＴｉ_1-x）Ｏ₃、（Ｂｉ_xＬａ_1-x）₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂、（Ｂａ_xＳｒ_1-x）ＴｉＯ₃（但し、０≦ｘ≦１）、又はＴａ₂Ｏ₅よりなることを特徴とする請求項１に記載の容量素子。
前記下部電極及び前記上部電極は、それぞれＰｔ、Ｉｒ、又はＲｕの貴金属材料のうちのいずれか１つからなる単層膜又は複数からなる積層膜を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の容量素子。
前記下部電極は、導電性酸素バリア層を含み、前記導電性酸素バリア層は、Ｉｒ、ＩｒＯ₂、Ｒｕ、ＲｕＯ₂、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、及びＴａＳｉＮのうちのいずれか１つからなる単層膜又は複数からなる積層膜を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の容量素子。
基板上に、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の上に、第１の水素バリア膜を形成する工程と、
前記第１の水素バリア膜及び前記層間絶縁膜に、コンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールの側壁及び底部を被覆するように、前記第１の水素バリア膜と接する第２の水素バリア膜を形成する工程と、
前記第２の水素バリア膜を覆うように、下部電極、強誘電体又は高誘電体よりなる容量絶縁膜、及び上部電極を順次形成する工程と、
前記上部電極の上面を覆うように、前記第１の水素バリア膜と接する第３の水素バリア膜を形成する工程とを有することを特徴とする容量素子の製造方法。
基板上に、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の上に、第１の水素バリア膜を形成する工程と、
前記第１の水素バリア膜の上に、上層絶縁膜を形成する工程と、
前記上層絶縁膜、前記第１の水素バリア膜及び前記層間絶縁膜に、コンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールの側壁及び底部を被覆するように、前記第１の水素バリア膜と接する第２の水素バリア膜を形成する工程と、
前記上層絶縁膜を選択的に除去することにより、前記第１の水素バリア膜の上面及び前記第１の水素バリア膜よりも高い位置に存在している前記第２の水素バリア膜を露出させる工程と、
前記第２の水素バリア膜を覆うように、下部電極、強誘電体又は高誘電体よりなる容量絶縁膜、及び上部電極を順次形成する工程と、
前記上部電極の上面を覆うように、前記第１の水素バリア膜と接する第３の水素バリア膜を形成する工程とを有することを特徴とする容量素子の製造方法。
前記上層絶縁膜を選択的に除去する工程は、エッチングにより行ない、
前記エッチングは、前記上層絶縁膜と前記第１の水素バリア膜とのエッチングレートの比、及び、前記上層絶縁膜と前記第２の水素バリア膜とのエッチングレートの比が、それぞれ１０：１以上となるように行なわれることを特徴とする請求項２５に記載の容量素子の製造方法。
前記上層絶縁膜は、ＳｉＯ₂よりなることを特徴とする請求項２５に記載の容量素子の製造方法。
前記エッチングは、フッ酸を使用したウエットエッチングであることを特徴とする請求項２５に記載の容量素子の製造方法。
前記エッチングは、フッ素と酸素との混合ガスを使用したドライエッチングであることを特徴とする請求項２６に記載の容量素子の製造方法。
前記第２の水素バリア膜を形成する工程は、前記ホールの側壁及び底部並びに前記層間絶縁膜の上面に水素バリア材料を形成した後、ＣＭＰ法又はエッチバック法により、前記層間絶縁膜の上面に形成されている前記水素バリア材料を選択的に除去することを特徴とする請求項２４に記載の容量素子の製造方法。