JP2007134435A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばDRAMなどのキャパシタ素子の電気的性能の向上を図る技術に係り、特にキャパシタ下部電極付近の構造の改良を図った半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a technique for improving the electrical performance of a capacitor element such as a DRAM, for example, and more particularly to a semiconductor device with an improved structure near a capacitor lower electrode and a method for manufacturing the same.
近年、半導体素子の加工寸法の微細化に伴い、電荷蓄積用の容量素子を有するDRAMメモリセルの高集積化が進み、メモリセル面積は縮小されてきている。 In recent years, with the miniaturization of the processing dimensions of semiconductor elements, DRAM memory cells having charge storage capacitive elements have been highly integrated, and the memory cell area has been reduced.
一般的に、DRAMメモリセルは、下部電極と上部電極の間にキャパシタ誘電膜を形成し、そのキャパシタ容量はキャパシタ誘電膜の誘電率と向かい合った2つの電極からなる有効キャパシタ面積とに比例し、キャパシタ誘電膜の厚さに反比例する。 Generally, a DRAM memory cell forms a capacitor dielectric film between a lower electrode and an upper electrode, and the capacitor capacitance is proportional to the effective capacitor area composed of two electrodes facing the dielectric constant of the capacitor dielectric film, It is inversely proportional to the thickness of the capacitor dielectric film.
キャパシタメモリセル面積が縮小されるとキャパシタ容量を確保することが困難になるため、例えば、デザインルールが130nm世代では、キャパシタセル形状をシリンダ型、コンケーブ型などと呼ばれる3次元形状とし、さらに下部電極にHSG(Hemi Spherical Grain)技術を用い、キャパシタ有効面積を広げていた。また、キャパシタ誘電膜には高誘電率材料であるタンタルオキサイド(Ta2O5)やBST(BaSrTiO3)を用いて、所望のキャパシタ容量を実現させていた。 When the capacitor memory cell area is reduced, it is difficult to secure the capacitor capacity. For example, when the design rule is the 130 nm generation, the capacitor cell shape is a three-dimensional shape called a cylinder type or a concave type, and the lower electrode HSG (Hemi Spherical Grain) technology was used to increase the effective capacitor area. Further, the capacitor dielectric film is made of tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) or BST (BaSrTiO 3 ), which is a high dielectric constant material, to realize a desired capacitor capacity.
デザインルールが90nm世代以降、プロセス温度の低温化、セル面積の更なる縮小に伴い、HSG技術を用いられることは少なくなり、上下電極にチタンナイトライド(TiN)やルテニウム(Ru)を用いるMIM(Metal-Insulator-Metal)キャパシタ構造が主流となった。 Since the design rule is 90nm generation and later, the process temperature is lowered and the cell area is further reduced, so that HSG technology is rarely used, and MIM (titanium nitride (TiN) or ruthenium (Ru) is used for the upper and lower electrodes. Metal-Insulator-Metal) Capacitor structure has become mainstream.
図28〜34を用いてMIMキャパシタ形成プロセスの一例を示す。図28〜34に示されるDRAMセルはスタック構造を有するキャパシタ素子を備えている。 An example of the MIM capacitor formation process will be described with reference to FIGS. The DRAM cell shown in FIGS. 28 to 34 includes a capacitor element having a stack structure.
まず、半導体基板50の拡散層へと続くタングステンプラグ51が形成された絶縁膜上に、シリコン窒化膜52及び酸化シリコン膜53を堆積させる(図28)。次に、フォトレジスト(図示せず)を塗布し、スタックセルを形成する場所を露光することによりフォトレジストを開口させる。そして、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の選択性を持つガスを用いてシリコン酸化膜53をドライエッチングする。続けて、シリコン窒化膜52をドライエッチングすることによってタングステンプラグ表面が露出するようにスタックセル54を形成する(図29)。
First, a
次に、例えば、テトラジメチルアミノチタン(TDMAT)を用いてTiN55を20nm堆積させる(図30)。この後、全面にフォトレジストを塗布し、全面露光することによって、セル内部をフォトレジスト56で埋め込む(図31)。さらに、全面ドライエッチングすることによって、セル内部以外のTiNを除去した後、セル内部に残っているレジストを洗浄にて除去し、キャパシタ下部電極57を形成する(図32)。 Next, 20 nm of TiN55 is deposited using, for example, tetradimethylamino titanium (TDMAT) (FIG. 30). Thereafter, a photoresist is applied to the entire surface and the entire surface is exposed to embed the inside of the cell with the photoresist 56 (FIG. 31). Further, TiN other than the inside of the cell is removed by dry etching on the entire surface, and then the resist remaining inside the cell is removed by washing to form a capacitor lower electrode 57 (FIG. 32).
次に、キャパシタ誘電膜58、例えばアルミニウムハフニウムオキサイド(AlHfO)を原子層蒸着(ALD:Atomic Layer Deposition)で形成し、続けてTiNを用いて上部電極59を形成する(図33)。
Next, a capacitor
最後に、リソグラフィー技術及びエッチング技術により、周辺回路領域の上部電極59及びキャパシタ誘電膜58を除去しMIM構造のDRAMキャパシタを形成する(図34)。
上記の従来技術では、図35のように、スタックセル形成時のドライエッチングにより、スタックセル底が角型になると、キャパシタ下部電極57も鋭角な形状となり、続いてキャパシタ誘電膜58、上部電極59においても尖部が形成されるため、角部61のような電界集中部が形成され、平面型の電極を形成した場合と比較してキャパシタリーク電流が増大する。
In the above prior art, as shown in FIG. 35, when the bottom of the stack cell becomes square due to dry etching at the time of forming the stack cell, the capacitor
また、スタックセル形成後、タングステンプラグ最表面をアルゴンスパッタや三フッ化窒素を用いた洗浄工程や、ドライエッチング時の副生成物を除去する目的で、フッ酸を用いた洗浄を繰り返すことによって、図36に示すように、ライナー窒化膜52にサイドエッチ62が発生する。図37に示すように、サイドエッチが起こったままキャパシタ下部電極57等を成膜するとカバレッジ悪化や電界集中部を生むことから信頼性悪化につながる。
In addition, after the stack cell is formed, the outer surface of the tungsten plug is cleaned using argon sputtering or nitrogen trifluoride, or by repeating cleaning using hydrofluoric acid for the purpose of removing byproducts during dry etching. As shown in FIG. 36,
したがって、本発明の目的は、スタックセル、シリンダーセルと呼ばれる柱状または円筒形状のキャパシタを有する半導体装置において、キャパシタセル底部におけるキャパシタ形成膜のカバレッジを改善し、電界集中を緩和しキャパシタの信頼性を向上する半導体装置及びその製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the coverage of the capacitor formation film at the bottom of the capacitor cell, reduce the electric field concentration, and improve the reliability of the capacitor in a semiconductor device having a columnar or cylindrical capacitor called a stack cell or a cylinder cell. It is an object to provide an improved semiconductor device and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するために本発明の請求項1記載の半導体装置は、半導体基板上に設けた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を選択的に開口したスタックセルと、前記スタックセルの内部に順に設けたキャパシタ下部電極、キャパシタ誘電膜およびキャパシタ上部電極からなるスタック型キャパシタとを有する半導体装置であって、前記キャパシタ下部電極と前記スタックセル側壁の間に、上部が正の曲率を有し、下部が負の曲率を有する形状のサイドウォールを形成した。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to
請求項2記載の半導体装置は、請求項1記載の半導体装置において、前記サイドウォールは、シリコン窒化膜からなり、この膜の深さ方向に対する窒素/シリコン比が連続的又は段階的に大きくなる。 According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the sidewall is made of a silicon nitride film, and the nitrogen / silicon ratio in the depth direction of the film increases continuously or stepwise.
請求項3記載の半導体装置は、請求項2記載の半導体装置において、前記窒素/シリコン比は、膜の深さ方向に対して1.0から1.25に変わる。 According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the nitrogen / silicon ratio changes from 1.0 to 1.25 with respect to the depth direction of the film.
請求項4記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を選択的に開口してスタックセルを形成する工程と、前記スタックセルが形成された前記半導体基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜をドライエッチングして前記スタックセルの側壁にサイドウォールを形成する工程と、前記サイドウォールが形成された前記スタックセルの内部にキャパシタ下部電極、キャパシタ誘電膜およびキャパシタ上部電極を順に形成する工程とを含み、前記シリコン窒化膜は、原子層蒸着を用いて、1サイクル毎のシリコンソースガスに対する窒素ソースガスのパージ時間比を連続的又は段階的に減少させて成膜する。 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of selectively opening the interlayer insulating film to form a stack cell, and the stack cell are formed. Forming a silicon nitride film on the semiconductor substrate; dry etching the silicon nitride film to form a sidewall on the sidewall of the stack cell; and an interior of the stack cell in which the sidewall is formed. Forming a capacitor lower electrode, a capacitor dielectric film, and a capacitor upper electrode in order, wherein the silicon nitride film has a nitrogen source gas purge time ratio with respect to the silicon source gas for each cycle using atomic layer deposition. Films are formed continuously or stepwise.
請求項5記載の半導体装置の製造方法は、請求項4記載の半導体装置の製造方法において、前記パージ時間比は、10倍から2分の1倍に変わる。 The semiconductor device manufacturing method according to claim 5 is the semiconductor device manufacturing method according to claim 4, wherein the purge time ratio is changed from 10 times to 1/2 times.
請求項6記載の半導体装置の製造方法は、請求項5記載の半導体装置の製造方法において、前記シリコン窒化膜は、深さ方向に対して窒素/シリコン比が大きくなることにより、この膜のエッチングレートが深さ方向に対して10倍から1倍に小さくなるドライエッチングを行って前記サイドウォール下部に負の曲率を与える。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6 is the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the silicon nitride film is etched by increasing a nitrogen / silicon ratio in a depth direction. Dry etching is performed to reduce the rate from 10 times to 1 time in the depth direction to give a negative curvature to the lower portion of the sidewall.
請求項7記載の半導体装置の製造方法は、請求項4,5または6記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板と前記層間絶縁膜の間にライナー窒化膜を形成する工程をさらに含み、前記サイドウォールを形成する工程では、前記シリコン窒化膜をエッチングすると共に連続して前記ライナー窒化膜をエッチングする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising a step of forming a liner nitride film between the semiconductor substrate and the interlayer insulating film in the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, 5 or 6. In the step of forming the sidewall, the silicon nitride film is etched and the liner nitride film is continuously etched.
請求項8記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を選択的に開口してスタックセルを形成する工程と、前記スタックセルが形成された前記半導体基板上に下層膜と上層膜からなる積層膜を形成する工程と、前記積層膜をドライエッチングして前記スタックセルの側壁に前記下層膜からなるサイドウォールを形成する工程と、前記サイドウォールが形成された前記スタックセルの内部にキャパシタ下部電極、キャパシタ誘電膜およびキャパシタ上部電極を順に形成する工程とを含み、前記積層膜を形成する工程では、前記ドライエッチングに対して前記上層膜は低耐性層であり、前記下層膜は高耐性層である。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to
請求項9記載の半導体装置の製造方法は、請求項8記載の半導体装置の製造方法において、前記積層膜を形成する工程は、前記下層膜になるシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜の表面をプラズマ酸化して前記上層膜になるシリコン酸化膜を形成する工程とからなり、前記サイドウォールを形成する工程は、シリコン酸化膜/シリコン膜の選択比が10倍以上になるドライエッチングを行って前記サイドウォール下部に負の曲率を与える。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9 is the method for manufacturing a semiconductor device according to
請求項10記載の半導体装置の製造方法は、請求項8記載の半導体装置の製造方法において、前記積層膜を形成する工程は、CVDを用いて、前記下層膜になるシリコン窒化膜を形成する工程と、前記上層膜になるシリコン酸化膜を形成する工程とからなり、前記サイドウォールを形成する工程は、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜の選択比が10倍以上になるドライエッチングを行って前記サイドウォール下部に負の曲率を与える。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10 is the method for manufacturing a semiconductor device according to
本願発明の請求項1記載の半導体装置によれば、キャパシタ下部電極とスタックセル側壁の間に、上部が正の曲率を有し、下部が負の曲率を有する形状のサイドウォールを形成したので、このサイドウォールの形状がキャパシタセル底部で丸みを帯びている。このため、キャパシタ下部電極の角部が形成されないような構造となり、キャパシタ底部での電界集中が緩和されキャパシタセルリーク電流の低減、キャパシタ誘電膜の絶縁破壊防止などの信頼性の向上を図ることができる。また、スタックセル側壁にサイドウォールを形成することによって、セル形成のための半導体基板と層間絶縁膜の間に形成されるライナー窒化膜等に洗浄などによるサイドエッチが起こることを防止できる。このため、キャパシタセル底部におけるキャパシタ形成膜のカバレッジを改善することができる。
According to the semiconductor device of
請求項2では、サイドウォールは、シリコン窒化膜からなり、この膜の深さ方向に対する窒素/シリコン比が連続的又は段階的に大きくなるので、ドライエッチングレートが深さ方向に対して減少していく窒化膜を形成することができ、深さ方向に対してエッチングレートが異なることから、上部は正の曲率に丸みを帯び、下部は負の曲率に丸みを帯びたサイドウォールを形成することができる。 According to the second aspect of the present invention, the sidewall is made of a silicon nitride film, and the nitrogen / silicon ratio with respect to the depth direction of the film increases continuously or stepwise, so that the dry etching rate decreases with respect to the depth direction. Nitride film can be formed, and the etching rate is different with respect to the depth direction, so the upper part can be rounded with a positive curvature and the lower part can be rounded with a negative curvature. it can.
請求項3では、窒素/シリコン比は、膜の深さ方向に対して1.0から1.25に変わるため、膜の深さ方向に対しドライエッチングレートが減少する窒化膜となる。 According to the third aspect of the present invention, since the nitrogen / silicon ratio changes from 1.0 to 1.25 with respect to the depth direction of the film, the nitride film has a dry etching rate that decreases with respect to the depth direction of the film.
本発明の請求項4記載の半導体装置の製造方法によれば、シリコン窒化膜は、原子層蒸着を用いて、1サイクル毎のシリコンソースガスに対する窒素ソースガスのパージ時間比を連続的又は段階的に減少させて成膜するので、深さ方向に対してエッチングレートが異なるシリコン窒化膜を用いてサイドウォールを形成することができる。つまり、1層毎のシリコン−窒素結合数が異なるため、ドライエッチングレートが段階的又は連続的に変化する窒化膜が形成される。従って、キャパシタセル側壁のサイドウォールは、上記の窒化膜を成膜した後、異方性の高いドライエッチングを行い形成するから、このように形成されたサイドウォール下部は丸みを帯びるため下部電極の角部が形成されないような構造となる。このため、キャパシタセル底部での電界集中を緩和し、キャパシタセルリーク電流の低減、キャパシタ誘電膜の絶縁破壊防止などの信頼性を向上させることができる。 According to the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4 of the present invention, the silicon nitride film uses atomic layer deposition to continuously or stepwise change the purge time ratio of the nitrogen source gas to the silicon source gas for each cycle. Therefore, the sidewalls can be formed using silicon nitride films having different etching rates in the depth direction. That is, since the number of silicon-nitrogen bonds in each layer is different, a nitride film whose dry etching rate changes stepwise or continuously is formed. Therefore, the sidewall of the capacitor cell sidewall is formed by performing dry etching with high anisotropy after the above-described nitride film is formed. The structure is such that corners are not formed. For this reason, electric field concentration at the bottom of the capacitor cell can be relaxed, and reliability such as reduction of capacitor cell leakage current and prevention of dielectric breakdown of the capacitor dielectric film can be improved.
請求項5では、パージ時間比は、10倍から2分の1倍に変わるので、1サイクルに成膜される薄層中の窒素/シリコンの比を1.0〜1.25程度まで変化し、膜の深さ方向に対しドライエッチングレートが減少する窒化膜となる。 In claim 5, since the purge time ratio is changed from 10 times to 1/2, the ratio of nitrogen / silicon in the thin layer formed in one cycle is changed from about 1.0 to 1.25. The nitride film has a dry etching rate that decreases with respect to the depth direction of the film.
請求項6では、シリコン窒化膜は、深さ方向に対して窒素/シリコン比が大きくなることにより、この膜のエッチングレートが深さ方向に対して10倍から1倍に小さくなるドライエッチングを行ってサイドウォール下部に負の曲率を与えるので、キャパシタ底部での電界集中を緩和する。 According to the sixth aspect of the present invention, the silicon nitride film is dry-etched by increasing the nitrogen / silicon ratio in the depth direction so that the etching rate of the film is reduced from 10 to 1 times in the depth direction. Thus, a negative curvature is given to the lower portion of the sidewall, so that the electric field concentration at the bottom of the capacitor is alleviated.
請求項7では、半導体基板と層間絶縁膜の間にライナー窒化膜を形成する工程をさらに含み、サイドウォールを形成する工程では、シリコン窒化膜をエッチングすると共に連続してライナー窒化膜をエッチングするので、スタックセルを形成する際、層間絶縁膜をエッチングした後にライナー窒化膜をエッチングせずに、下部で負の曲率を持ったサイドウォールをスタックセル側壁に形成することができる。また、このようにスタックセル形成時の層間絶縁膜をエッチング後、ライナー窒化膜をエッチングすることなく、サイドウォールを形成することができるため、ライナー窒化膜の洗浄などによるサイドエッチを防止し、キャパシタセル底部におけるキャパシタ形成膜のカバレッジを改善することができる。 According to a seventh aspect of the present invention, the method further includes a step of forming a liner nitride film between the semiconductor substrate and the interlayer insulating film. In the step of forming the sidewall, the silicon nitride film is etched and the liner nitride film is continuously etched. When forming the stack cell, a sidewall having a negative curvature at the bottom can be formed on the side wall of the stack cell without etching the liner nitride film after etching the interlayer insulating film. In addition, since the side wall can be formed without etching the liner nitride film after etching the interlayer insulating film at the time of forming the stack cell in this way, side etching due to cleaning of the liner nitride film is prevented, and the capacitor The coverage of the capacitor formation film at the cell bottom can be improved.
本発明の請求項8記載の半導体装置の製造方法によれば、スタックセルが形成された半導体基板上に下層膜と上層膜からなる積層膜を形成する工程と、積層膜をドライエッチングしてスタックセルの側壁に下層膜からなるサイドウォールを形成する工程とを含み、積層膜を形成する工程では、ドライエッチングに対して上層膜は低耐性層であり、下層膜は高耐性層であるので、下部で負の曲率を持ったサイドウォールをスタックセル側壁に形成することができ、キャパシタセル底部での電界集中を緩和し、キャパシタセルリーク電流の低減、キャパシタ誘電膜の絶縁破壊防止などの信頼性を向上させることができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device according to
請求項9では、積層膜を形成する工程は、下層膜になるシリコン膜を形成する工程と、シリコン膜の表面をプラズマ酸化して上層膜になるシリコン酸化膜を形成する工程とからなり、サイドウォールを形成する工程は、シリコン酸化膜/シリコン膜の選択比が10倍以上になるドライエッチングを行って前記サイドウォール下部に負の曲率を与えるので、ドライエッチングにおいて上層は低エッチング耐性層、下層は高エッチング耐性層となり、下部で負の曲率を持ったサイドウォールをスタックセル側壁に形成することができる。 According to a ninth aspect of the present invention, the step of forming the laminated film includes a step of forming a silicon film to be a lower layer film, and a step of forming a silicon oxide film to be an upper layer film by plasma oxidizing the surface of the silicon film. In the step of forming the wall, dry etching is performed so that the selection ratio of silicon oxide film / silicon film is 10 times or more to give a negative curvature to the lower portion of the side wall. Becomes a high etching resistance layer, and a sidewall having a negative curvature at the bottom can be formed on the side wall of the stack cell.
請求項10では、積層膜を形成する工程は、CVDを用いて、下層膜になるシリコン窒化膜を形成する工程と、上層膜になるシリコン酸化膜を形成する工程とからなり、サイドウォールを形成する工程は、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜の選択比が10倍以上になるドライエッチングを行ってサイドウォール下部に負の曲率を与えるので、ドライエッチングに対する高耐性層としてシリコン窒化膜、低耐性層としてシリコン酸化膜を用いることで、下部で負の曲率を持ったサイドウォールをスタックセル側壁に形成することができる。 According to a tenth aspect of the present invention, the step of forming the laminated film includes a step of forming a silicon nitride film to be a lower layer film and a step of forming a silicon oxide film to be an upper layer film by using CVD to form a sidewall. In this step, dry etching is performed so that the selection ratio of silicon oxide film / silicon nitride film is 10 times or more and negative curvature is given to the lower portion of the sidewall. Therefore, a silicon nitride film and a low resistance layer as a high resistance layer against dry etching By using a silicon oxide film, a sidewall having a negative curvature at the bottom can be formed on the side wall of the stack cell.
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態を図1〜図14に基づいて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図11に示すように、半導体基板101上に設けた層間絶縁膜115と、層間絶縁膜115を選択的に開口したスタックセル116と、スタックセル116の内部に順に設けたキャパシタ下部電極121、キャパシタ誘電膜122およびキャパシタ上部電極123からなるスタック型キャパシタとを有する。また、キャパシタ下部電極121とスタックセル側壁の間に、上部が正の曲率を有し、下部が負の曲率を有する形状のサイドウォール119を形成している。
As shown in FIG. 11, an
上記構成の半導体装置の製造方法について説明する。まず、図1(a)に示すように、シリコン基板等の半導体基板101の表面に、素子分離102を形成し、素子活性領域を形成する。次いで、ウェル形成(図示せず)、ゲート絶縁膜103、ゲート電極104、サイドウォール105及びソース・ドレイン領域(図示せず)を形成する。
A method for manufacturing the semiconductor device having the above structure will be described. First, as shown in FIG. 1A, an
次に、図1(b)に示すように、2層の金属膜106及び107を順次堆積させる。好ましくは、下層の金属膜106はニッケル(Ni)であり、上層の金属はチタンナイトライド(TiN)である。
Next, as shown in FIG. 1B, two layers of
続いて、250度〜350度で第1アニールを行い、Ni膜106とシリコン基板101を反応させる。この結果、図2(a)に示すように、シリコン基板101の表面に、半導体と金属の化合物(シリサイド)108が形成される。
Subsequently, first annealing is performed at 250 to 350 degrees to react the
その後、Ni膜106の未反応部分及びTiN膜107を除去し、第2アニールを350度〜550度程度で行い、ニッケルシリサイド(NiSi)層108を形成する。
Thereafter, the unreacted portion of the
尚、NiSiは耐熱性に乏しく、相転移温度である500度以下の熱処理でも低抵抗なNiSiから高抵抗なNiSi2に相転移する可能性がある。そのため、シリサイド工程後のプロセスは400℃以下に低温化する必要がある。 NiSi has poor heat resistance, and there is a possibility of phase transition from low-resistance NiSi to high-resistance NiSi 2 even when heat treatment is performed at a phase transition temperature of 500 ° C. or less. Therefore, it is necessary to lower the temperature after the silicide process to 400 ° C. or lower.
次に、図2(b)に示すように、コンタクトホールを形成するためのドライエッチストッパーとなるライナー窒化膜109を、層間絶縁膜となるシリコン酸化膜110を成膜後、CMP(Chemical Mechanical Polish)にて平坦化を行う。
Next, as shown in FIG. 2B, after a
ここで、ドライエッチストッパーで用いられる窒化膜は、好ましくは、原子層蒸着を用いて350度〜450度で成膜されており、層間絶縁膜も350度〜450度の範囲で高密度プラズマCVD法を用いて成膜される。 Here, the nitride film used in the dry etch stopper is preferably formed at 350 ° to 450 ° using atomic layer deposition, and the interlayer insulating film is also formed at a high density plasma CVD in the range of 350 ° to 450 °. The film is formed using a method.
次に、図3(a)に示すように、リソグラフィーとドライエッチングにてコンタクトホール111を形成する。続いて、図3(b)に示すように、コンタクトホール側壁にバリアメタル112となるチタンナイトライドをスパッタ及びCVD法で形成後、コンタクトプラグ113となるタングステンを原子層蒸着及びCVD法で成膜した後、CMP法にて全面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 3A, a
続いて、図4に示すように、スタックセルを形成するためのドライエッチストッパー層114と層間絶縁膜115を成膜する。ドライエッチストッパー層114はコンタクトホール形成時と同じく原子層蒸着にて成膜されたライナー窒化膜であり、成膜温度350度〜450度で10nm〜50nm程度の膜厚である。層間絶縁膜115もコンタクトホール形成時と同じく高密度プラズマCVD法を用いて、成膜温度350度〜450度で、400nm〜800nm程度堆積させる。
Subsequently, as shown in FIG. 4, a dry
次に、図5に示すように、スタック型セルを形成するために、フォトレジストを全面に塗布した後、セル形成箇所を露光し、ドライエッチングにて、層間絶縁膜115を開口し、続けてライナー窒化膜114をエッチングしスタック型セル116を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, in order to form a stack type cell, a photoresist is applied on the entire surface, the cell formation portion is exposed, the
尚、スタック型セル上部の短辺長は100nm〜300nm、長辺長は200nm〜500nmとする。 The short side length of the upper part of the stack type cell is 100 nm to 300 nm, and the long side length is 200 nm to 500 nm.
ライナー窒化膜114をエッチングする際、ウェハ面内でばらつきなくタングステンプラグ113までエッチングが達するようオーバーエッチングを行うため、スタックセル底部117は角型になる。このまま、下部電極やキャパシタ絶縁膜を成膜すると、この角部において電界集中が起こることからリーク電流増大、信頼性悪化の原因となる。
When the
そこで、キャパシタセル底部を丸底にすることによって電界集中を緩和させる。つまり、ライナー窒化膜114をドライエッチングし、スタック型セル116が形成された後、原子層蒸着法を用いキャパシタセル側壁に底部が曲率を持ったサイドウォールを形成する。
Therefore, the electric field concentration is reduced by making the bottom of the capacitor cell round. That is, after the
図12に示すように原子層蒸着にて窒化膜成膜開始する直後の成膜サイクルは、ジクロロシラン:アンモニアのパージ比を1:10倍程度と設定しておき、成膜サイクルが進むにつれて、徐々にパージ比を変化させ、成膜終了直前のサイクルではパージ比が1:1もしくは2:1となるように窒化膜118を成膜する。つまり、窒化膜は膜の深さ方向に対して窒素/シリコン比が1.0から1.25程度まで変化するため、膜の深さ方向に対してドライエッチングレートが減少する窒化膜となる(図13)。
As shown in FIG. 12, the film formation cycle immediately after starting the nitride film formation by atomic layer deposition is set to a dichlorosilane: ammonia purge ratio of about 1:10 times, and as the film formation cycle proceeds, The
成膜温度は350〜450℃であり、成膜圧力は、ジクロロシランパージ時は500〜1500Pa程度、アンモニアパージ時は30〜130Paとする。 The film forming temperature is 350 to 450 ° C., and the film forming pressure is about 500 to 1500 Pa at the time of dichlorosilane purging and 30 to 130 Pa at the time of ammonia purging.
このように、図6に示すようにドライエッチングレートが深さ方向に対して減少していく窒化膜118を形成する。
In this way, as shown in FIG. 6, the
尚、ジクロロシラン:アンモニアパージ比はサイクル毎に変化させる、あるいは、一定サイクル毎に、例えば50サイクル毎にパージ比を段階的に変化させてもよい。 The dichlorosilane: ammonia purge ratio may be changed for each cycle, or the purge ratio may be changed stepwise for every fixed cycle, for example, every 50 cycles.
続いて、例えば圧力5Pa、ガス流量比CHF3:O2=15:1、RFパワー200Wにて異方性のドライエッチングを行いセル側壁にのみ窒化膜を残す。この時、深さ方向に対してエッチングレートが異なることから従来のサイドウォールの形状とは異なり、サイドウォール下部で負の曲率を持った形状となる。 Subsequently, anisotropic dry etching is performed, for example, at a pressure of 5 Pa, a gas flow rate ratio CHF 3 : O 2 = 15: 1, and an RF power of 200 W to leave a nitride film only on the side wall of the cell. At this time, since the etching rate differs in the depth direction, the shape has a negative curvature at the bottom of the sidewall, unlike the conventional sidewall shape.
図14を用いてエッチング形状の変化を示す。尚、図14に示す図は、スタックセルの片側だけを示している。前記手法にて、図14(a)のようにドライエッチレートの異なる2層の窒化膜を原子層蒸着にて成膜した後、異方性のエッチングを行う。図14(a)において上層の窒化膜は膜厚が20nmであり、窒素/シリコン比は1.0、つまりドライエッチングレートがおよそ100nm/minとなる窒化膜である。下層の窒化膜は膜厚が10nmであり、窒素/シリコン比は1.25、つまりドライエッチングレートが8nm/minとなる窒化膜である。 The change in the etching shape is shown using FIG. 14 shows only one side of the stack cell. As shown in FIG. 14A, two layers of nitride films having different dry etch rates are formed by atomic layer deposition by the above method, and then anisotropic etching is performed. In FIG. 14A, the upper nitride film has a thickness of 20 nm and a nitrogen / silicon ratio of 1.0, that is, a dry etching rate of about 100 nm / min. The lower nitride film is a nitride film having a thickness of 10 nm and a nitrogen / silicon ratio of 1.25, that is, a dry etching rate of 8 nm / min.
図14(b)に示すように異方性エッチング20秒後には平面部では下層の窒化膜までエッチングが達しているが、セル側壁部にはまだ上層の窒化膜の残膜が存在し、従来のサイドウォールと同じ形状であって、上部は正の曲率に丸みを帯び、下部は垂直な形状となる。 As shown in FIG. 14B, after 20 seconds of anisotropic etching, the etching reaches the lower nitride film in the plane portion, but the remaining film of the upper nitride film still exists on the cell side wall portion. The upper part is rounded with a positive curvature and the lower part is vertical.
エッチング時間80秒後には、図14(c)に示すような形状となり、100秒後には図14(d)に示すように、セル底部で負の曲率に丸みを帯びたサイドウォールが形成される。 After the etching time of 80 seconds, the shape is as shown in FIG. 14C, and after 100 seconds, as shown in FIG. 14D, a side wall with a negative curvature is formed at the cell bottom. .
尚、図14(e)、(f)に示すサイドウォール底部でのテールの距離31は上層の窒化膜厚に比例する。また、このようにして形成されたサイドウォールは上部33で正の曲率を持ち、下部34で負の曲率を持ち、サイドウォール高さ32はテール距離31より大きく、その比は1.0より大きくなる。
Note that the
ここで示した結果はエッチングレートの異なる2層膜で行ったが、原子層蒸着を用いて3層以上の多層膜でも同様に底部に曲率を持ったサイドウォールを形成でき、サイドウォールの底部の曲率はエッチングレートの異なる窒化膜の積層度に関係する。 Although the results shown here were performed with two-layer films having different etching rates, a sidewall having a curvature at the bottom can be formed in the same manner even with a multilayer film of three or more layers using atomic layer deposition. The curvature is related to the stacking degree of nitride films having different etching rates.
図7,8に示すように、前記特徴を持つサイドウォール119をスタックセル内部に形成した後、キャパシタ下部電極を形成するため、例えばチタンナイトライド120を有機ソース由来のCVD法や原子層蒸着法を用いて成膜する。
As shown in FIGS. 7 and 8, in order to form a capacitor lower electrode after the
次に、図9に示すように、スタックセル内部のみチタンナイトライドを残すために、レジスト(図示せず)を全面に塗布した後、全面露光を行い、スタックセル内部にのみレジストを残す。さらに、全面をドライエッチングすることでスタックセル以外のチタンナイトライドを除去し、スタックセル内部のレジストを取り除き、チタンナイトライド下部電極121を形成する。
Next, as shown in FIG. 9, in order to leave titanium nitride only inside the stack cell, a resist (not shown) is applied to the entire surface, and then the entire surface is exposed to leave the resist only inside the stack cell. Further, the titanium nitride other than the stack cell is removed by dry etching the entire surface, the resist inside the stack cell is removed, and the titanium nitride
続けて、図10に示すように、キャパシタ絶縁膜層122を、例えばアルミナハフニウムオキサイド(AlHfO)やハフニウムオキサイド(HfO2)等で形成し、さらに上部電極123を、チタンナイトライドを用いて形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 10, the capacitor insulating
最後に、図11に示すように、配線層へ続くコンタクトホールを形成するような周辺回路領域の上部電極及びキャパシタ誘電膜をリソグラフィー技術及びエッチング技術により取り除き、DRAMキャパシタを形成する。 Finally, as shown in FIG. 11, the upper electrode and the capacitor dielectric film in the peripheral circuit region that form the contact hole that continues to the wiring layer are removed by lithography and etching techniques to form a DRAM capacitor.
以上のように本実施形態によれば、キャパシタセル側壁に形成されるサイドウォールは原子層蒸着法によって成膜された窒化膜を用いる。原子層蒸着法を用いて窒化膜を成膜する場合、例えば、ジクロロシランとプラズマ処理されたアンモニアを交互にパージにすることによって形成するが、アンモニアパージ時間をジクロロシランパージ時間の10倍から2分の1倍に変化させることによって1サイクルに成膜される薄層中の窒素/シリコンの比を1.0〜1.25程度まで変化できる。つまり、1層毎のシリコン−窒素結合数が異なるため、ドライエッチングレートが段階的又は連続的に変化する窒化膜が形成できる。 As described above, according to the present embodiment, a nitride film formed by an atomic layer deposition method is used as the sidewall formed on the capacitor cell sidewall. When forming a nitride film using an atomic layer deposition method, for example, it is formed by alternately purging dichlorosilane and plasma-treated ammonia, but the ammonia purge time is 10 times to 2 times the dichlorosilane purge time. By changing to 1 / minute, the ratio of nitrogen / silicon in a thin layer formed in one cycle can be changed to about 1.0 to 1.25. That is, since the number of silicon-nitrogen bonds in each layer is different, a nitride film in which the dry etching rate changes stepwise or continuously can be formed.
従って、キャパシタセル側壁のサイドウォールは、上記の窒化膜を成膜した後、異方性の高いドライエッチングを行い形成するから、このように形成されたスタックセル底部が負の曲率を持つサイドウォールを形成することによって、キャパシタセル底部での電界集中が緩和されキャパシタセルリーク電流の低減、キャパシタ誘電膜の絶縁破壊などの信頼性を向上させることができる。 Therefore, the sidewall of the capacitor cell side wall is formed by performing dry etching with high anisotropy after the above-described nitride film is formed, and thus the sidewall of the stack cell formed in this way has a negative curvature. By forming, the electric field concentration at the bottom of the capacitor cell is relaxed, and the reliability of the capacitor cell leakage current can be reduced and the dielectric breakdown of the capacitor dielectric film can be improved.
さらに、セル側壁にサイドウォールを形成することによってセル形成のためのライナー窒化膜がタングステンプラグの最表面を洗浄する際にサイドエッチが起こることを防止できる。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態を図15〜図19に基づいて説明する。
Further, by forming the side wall on the cell side wall, it is possible to prevent side etch from occurring when the liner nitride film for cell formation cleans the outermost surface of the tungsten plug.
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態では、洗浄などによるサイドエッチを防止するために、スタックセル形成時の層間絶縁膜をエッチング後、ライナー窒化膜をエッチングすることなく、深さ方向に対してエッチングレートの異なる窒化膜を原子蒸着法で成膜した後、異方性のドライエッチにより下部が負の曲率を持ったサイドウォールを形成する。 In this embodiment, in order to prevent side etching due to cleaning or the like, a nitride film having a different etching rate with respect to the depth direction is etched without etching the liner nitride film after etching the interlayer insulating film at the time of stack cell formation. After film formation by atomic vapor deposition, a sidewall having a negative curvature at the bottom is formed by anisotropic dry etching.
基本的には、図1から図4まで第1の実施形態と同様な構造をしている。異なる点は、図15に示すように、スタックセルを形成するためのドライエッチングの段階で、シリコン酸化膜である層間膜115をエッチングした後、図16に示すように深さ方向に対して連続的、又は段階的にドライエッチングレートが低下する窒化膜124を原子層蒸着にて形成する点にある。
Basically, the same structure as that of the first embodiment is shown in FIGS. The difference is that, as shown in FIG. 15, after etching the
図19を用いてエッチング形状の変化を示す。尚、図19に示す図は、スタックセルの片側だけを示しており、図14と異なる点はスタックセル底の窒化膜の膜厚がスタックセル形成時にエッチングされなかったライナー窒化膜分かさ上げされている点である。第1の実施形態と同じく、ドライエッチレートの異なる2層の窒化膜を成膜し、異方性のエッチングを行う。図19(a)において上層窒化膜は膜厚が20nmであり窒素/シリコン比1.0、つまりドライエッチングレートがおよそ100nm/minである原子層蒸着にて成膜された窒化膜であり、下層窒化膜の膜厚はライナー窒化膜の膜厚30nmとあわせて40nmであり、窒素/シリコン比は1.25、つまりドライエッチングレートが8nm/minである窒化膜である。 The change in the etching shape is shown using FIG. The figure shown in FIG. 19 shows only one side of the stack cell. The difference from FIG. 14 is that the nitride film thickness at the bottom of the stack cell is raised by the liner nitride film that was not etched when the stack cell was formed. It is a point. Similar to the first embodiment, two layers of nitride films having different dry etch rates are formed, and anisotropic etching is performed. In FIG. 19A, the upper nitride film is a nitride film formed by atomic layer deposition having a thickness of 20 nm and a nitrogen / silicon ratio of 1.0, that is, a dry etching rate of about 100 nm / min. The nitride film has a thickness of 40 nm, including the liner nitride film thickness of 30 nm, and has a nitrogen / silicon ratio of 1.25, that is, a dry etching rate of 8 nm / min.
図19(b)に示すように異方性エッチング20秒後には平面部では下層窒化膜までエッチングが達しているが、セル側壁部にはまだ上層部の残膜が存在し、従来のサイドウォールと同じ形状である上部は丸みを帯び、下部は垂直な形状となる。 As shown in FIG. 19 (b), after 20 seconds of anisotropic etching, etching reaches the lower nitride film in the planar portion, but the upper layer remaining film still exists on the cell side wall, and the conventional side wall is present. The upper part, which is the same shape as, is rounded and the lower part is vertical.
エッチング時間80秒後には、図19(c)に示すような形状となり、さらにエッチングを進めることで図19(d)に示すように、セル底部で丸みを帯びたサイドウォールが形成される。このように、図17に示すようなスタックセル側壁に下部が負の曲率を持ったサイドウォール125を形成する。
After an etching time of 80 seconds, the shape is as shown in FIG. 19C, and further etching proceeds to form a rounded sidewall at the cell bottom as shown in FIG. 19D. In this way, the
キャパシタ形成は、第1の実施形態と同じく下部電極121、キャパシタ誘電膜122、上部電極123を成膜することによって形成される(図18)。
The capacitor is formed by forming the
以上のように、スタックセル形成する際、層間膜をエッチングした後にライナー窒化膜をエッチングせずに、深さ方向に対してエッチングレート耐性を持つ窒化膜を成膜した後で異方性ドライエッチングを行うことで、下部で負の曲率を持ったサイドウォールをスタックセル側壁に形成する。 As described above, when forming the stack cell, anisotropic dry etching is performed after forming a nitride film having etching rate resistance in the depth direction without etching the liner nitride film after etching the interlayer film. As a result, a sidewall having a negative curvature at the bottom is formed on the side wall of the stack cell.
これによって、コンタクトプラグと下部電極のコンタクト抵抗を下げるためのアルゴンを用いた逆スパッタ法や、三フッ化窒素を用いたガスでのプラグ最表面のクリーニングもしくは、フッ酸を用いた洗浄によってライナー窒化膜がサイドエッチ62(図36)のように後退することを、セル側壁のサイドウォールは防止することが可能であり、キャパシタセル底部での電界集中を抑制しリーク電流低減、経時絶縁破壊などの信頼性向上することができる。
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態を図18〜図23に基づいて説明する。
This allows liner nitridation by reverse sputtering using argon to lower the contact resistance between the contact plug and the lower electrode, cleaning the outermost surface of the plug with a gas using nitrogen trifluoride, or cleaning with hydrofluoric acid. The side wall of the cell side wall can be prevented from retreating like the side etch 62 (FIG. 36), and the concentration of the electric field at the bottom of the capacitor cell is suppressed to reduce the leakage current, the dielectric breakdown over time, etc. Reliability can be improved.
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1から図5まで第1の実施形態と同様な構造をしている。異なる点は、スタックセル形成後、成膜温度350℃〜450℃のアモルファスシリコンを用いてサイドウォールを形成する点にある。 1 to 5 has the same structure as that of the first embodiment. The difference is that after the stack cell is formed, the sidewall is formed using amorphous silicon having a film forming temperature of 350 ° C. to 450 ° C.
図20,21に示すように、アモルファスシリコン126を10nm〜50nm程度成膜後、プラズマ酸化によって等方的にアモルファスシリコン表面にシリコン酸化膜層127を2〜10nm程度形成する。
As shown in FIGS. 20 and 21, after the
続いて、圧力3Pa、CF4:H2=7:3のガス混合比にて、シリコン:シリコン酸化膜のドライエッチングレートが1:10となるような選択性を持つ異方性のドライエッチングにてセル側壁にアモルファスシリコンで形成されたサイドウォールを形成する。なおシリコン酸化膜/シリコン膜の選択比が10倍以上になるドライエッチングでもよい。H2のガス混合比をさらにあげることでシリコン:シリコン酸化膜の選択比は向上する。このドライエッチングにおいて上層は低エッチング耐性層、下層は高エッチング耐性層となるためエッチング形状の変化は図14に示したとおりとなる。つまり、サイドウォール下部で負の曲率を持った形状となりテールの距離31はプラズマ酸化膜厚に比例する。
Subsequently, anisotropic dry etching having selectivity such that the dry etching rate of silicon: silicon oxide film is 1:10 at a pressure of 3 Pa and a gas mixture ratio of CF 4 : H 2 = 7: 3. Then, sidewalls made of amorphous silicon are formed on the cell sidewalls. Note that dry etching in which the silicon oxide film / silicon film selection ratio is 10 times or more may be used. By further increasing the gas mixing ratio of H 2 , the selection ratio of silicon: silicon oxide film is improved. In this dry etching, since the upper layer is a low etching resistant layer and the lower layer is a high etching resistant layer, the change in etching shape is as shown in FIG. That is, the shape has a negative curvature at the bottom of the sidewall, and the
このようにして、図22に示すようにアモルファスシリコンでスタックセル側壁に下部が負の曲率を持ったサイドウォール128を形成した後、第1の実施形態と同様に、下部電極121、キャパシタ誘電膜122、上部電極123を形成する(図23)。
In this manner, after forming the
以上のようにして、スタックセル底部が負の曲率を持つサイドウォールを成膜温度350〜450℃のアモルファスシリコンで形成することによって、キャパシタセル底部での電界集中を緩和し、キャパシタセルリーク電流の低減、キャパシタ誘電膜の絶縁破壊などの信頼性を向上させる。
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態を図24〜図27に基づいて説明する。
As described above, by forming the sidewall having a negative curvature at the bottom of the stack cell with amorphous silicon having a film forming temperature of 350 to 450 ° C., the electric field concentration at the bottom of the capacitor cell is alleviated and the capacitor cell leakage current is reduced. Reduces and improves reliability such as dielectric breakdown of capacitor dielectric film.
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態では、上部で正の曲率、下部で負の曲率を持つサイドウォールをCVD(化学蒸着)で成膜された積層膜で形成し、下層膜を上層膜に対してドライエッチングレートが10倍異なる絶縁膜をスタックセル形成後に成膜し、異方性のドライエッチを行うことにより前記サイドウォールを形成する。 In this embodiment, a sidewall having a positive curvature at the upper part and a negative curvature at the lower part is formed of a laminated film formed by CVD (chemical vapor deposition), and the lower layer film has a dry etching rate of 10 with respect to the upper layer film. A double-fold insulating film is formed after the stack cell is formed, and the sidewall is formed by performing anisotropic dry etching.
基本的には、図11に示した第1の実施形態と同様な構造をしている。異なる点は、図24に示すようにシリサイド領域にコバルトシリサイド129が用いられており、スタックセル形成時に用いるドライエッチストッパー窒化膜130は、有機ソースであるSiH2(NHC(CH3)3)2〔BTBAS:Bis Tertiary Butyl Amino Silane〕用いたBTBAS−SiNやSi2Cl6〔HCD:Hexa Chloro Disilane〕を用いたHCD−SiNが用いられている点である。
Basically, it has the same structure as that of the first embodiment shown in FIG. The difference is that
第1、2及び3の実施形態はデザインルールが65nmより小さい、つまりシリサイド領域にニッケルシリサイドが用いられている場合であり、第4の実施形態はデザインルールが90nm以上の場合にあたる。コバルトシリサイドは600℃程度まで耐熱性を持つため、成膜温度が550℃〜600℃であるBTBAS−SiNやHCD−SiNを用いることが可能である。尚、シリサイドにコバルトシリサイドが用いられている場合でも原子層蒸着を用いた第1の実施形態は可能である。 The first, second and third embodiments are cases where the design rule is smaller than 65 nm, that is, nickel silicide is used in the silicide region, and the fourth embodiment corresponds to the case where the design rule is 90 nm or more. Since cobalt silicide has heat resistance up to about 600 ° C., BTBAS-SiN or HCD-SiN having a film formation temperature of 550 ° C. to 600 ° C. can be used. The first embodiment using atomic layer deposition is possible even when cobalt silicide is used as the silicide.
第4の実施形態では、第1の実施形態の図1から図5まで同様であるが、図24,25に示すように、スタックセルサイドウォール形成時のドライエッチングに対する高耐性層130を、上に挙げたBTBAS−SiN、もしくは、HCD−SiNを用い、低耐性層131にSi(OC2H5)4〔TEOS:Tetra Ethyl Ortho Silane〕を用いた酸化膜もしくはBTBAS由来のBTBAS−SiO2〔BTO〕を用い、続いて、ガス流量比を、例えば圧力3.3Pa、C4F6:CF4:Ar:O2=2:1:4:2、RFパワー1800Wとしてシリコン窒化膜とシリコン酸化膜で選択性のある異方性ドライエッチングを行い図14で示した同様の構造を形成する。
The fourth embodiment is similar to FIGS. 1 to 5 of the first embodiment. However, as shown in FIGS. 24 and 25, a
こうして、図26に示すように、BTBAS−SiNもしくはHCD−SiNを用いたスタックセル側壁に下部が負の曲率を持ったサイドウォール132を形成した後、第1の実施形態と同様に、下部電極121、キャパシタ誘電膜122、上部電極123を形成する(図27)。
Thus, as shown in FIG. 26, after forming a
以上のようにして、スタックセル底部が負の曲率を持つサイドウォールをBTBAS−SiNもしくはHCD−SiNで形成することによって、キャパシタセル底部での電界集中を緩和し、キャパシタセルリーク電流の低減、キャパシタ誘電膜の絶縁破壊防止などの信頼性を向上させる。 As described above, by forming the sidewall having a negative curvature at the bottom of the stack cell with BTBAS-SiN or HCD-SiN, the electric field concentration at the bottom of the capacitor cell is alleviated, and the capacitor cell leakage current is reduced. Improves reliability such as dielectric breakdown prevention of dielectric film.
本発明に係る半導体装置およびその製造方法は、キャパシタ下部電極の角部が形成されないような構造となり、キャパシタ底部での電界集中が緩和されキャパシタセルリーク電流の低減、キャパシタ誘電膜の絶縁破壊防止などの信頼性の向上を図ることができるという効果を有し、DRAM等のキャパシタ素子を有する半導体装置等に有用である。 The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention have a structure in which the corner of the capacitor lower electrode is not formed, the electric field concentration at the bottom of the capacitor is alleviated, the capacitor cell leakage current is reduced, and the dielectric breakdown of the capacitor dielectric film is prevented. This is effective for improving the reliability of the semiconductor device and is useful for a semiconductor device having a capacitor element such as a DRAM.
101 半導体基板
102 素子分離領域
103 ゲート絶縁膜
104 ゲート電極
105 サイドウォール
106 ニッケル層
107 キャップチタンナイトライド
108 ニッケルシリサイド層
109 コンタクトホール用ライナー窒化膜
110 層間絶縁膜
111 コンタクトホール
112 バリアメタル層
113 タングステン
114 スタックセル用ライナー窒化膜
115 層間絶縁膜
116 スタックセル
117 スタックセル底角部
118 サイドウォール形成用原子層蒸着シリコン窒化膜
119 スタックセルサイドウォール(原子層蒸着シリコン窒化膜)
120 下部電極用チタンナイトライド
121 下部電極
122 キャパシタ絶縁膜
123 上部電極用チタンナイトライド
サイドウォール形成用原子層蒸着シリコン窒化膜
125 スタックセルサイドウォール(原子層蒸着シリコン窒化膜)
126 サイドウォール形成用アモルファスシリコン
127 プラズマ酸化膜
128 スタックセルサイドウォール(アモルファスシリコン)
129 コバルトシリサイド
130 サイドウォール形成用CVDシリコン窒化膜
131 サイドウォール形成用CVDシリコン酸化膜
132 スタックセルサイドウォール(CVDシリコン窒化膜)
31 スタックセルサイドウォール幅
32 スタックセルサイドウォール高さ
33 スッタクセルサイドウォール上部
34 スタックセルサイドウォール底部
50 半導体基板
51 コンタクトプラグ
52 スタックセルライナー窒化膜
53 層間絶縁膜
54 スタックセル
55 下部電極用CVD金属膜
56 フォトレジスト
57 下部電極
58 キャパシタ絶縁膜
59 上部電極
61 電界集中部
62 エッチング種
63 ポリマー層
64 マイクロトレンチ
65 電界集中部
66 サイドエッチング部
67 電界集中部
101
120 Titanium nitride for
126 Amorphous silicon for
129
31 Stack cell
Claims (10)
前記層間絶縁膜を選択的に開口したスタックセルと、
前記スタックセルの内部に順に設けたキャパシタ下部電極、キャパシタ誘電膜およびキャパシタ上部電極からなるスタック型キャパシタとを有する半導体装置であって、
前記キャパシタ下部電極と前記スタックセル側壁の間に、上部が正の曲率を有し、下部が負の曲率を有する形状のサイドウォールを形成したことを特徴とする半導体装置。 An interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate;
A stack cell selectively opening the interlayer insulating film;
A stack type capacitor comprising a capacitor lower electrode, a capacitor dielectric film, and a capacitor upper electrode provided in order in the stack cell;
A semiconductor device comprising a sidewall having a shape in which an upper portion has a positive curvature and a lower portion has a negative curvature between the capacitor lower electrode and the side wall of the stack cell.
前記層間絶縁膜を選択的に開口してスタックセルを形成する工程と、
前記スタックセルが形成された前記半導体基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜をドライエッチングして前記スタックセルの側壁にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールが形成された前記スタックセルの内部にキャパシタ下部電極、キャパシタ誘電膜およびキャパシタ上部電極を順に形成する工程とを含み、
前記シリコン窒化膜は、原子層蒸着を用いて、1サイクル毎のシリコンソースガスに対する窒素ソースガスのパージ時間比を連続的又は段階的に減少させて成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Selectively opening the interlayer insulating film to form a stack cell;
Forming a silicon nitride film on the semiconductor substrate on which the stack cell is formed;
Forming a sidewall on the side wall of the stack cell by dry etching the silicon nitride film;
Forming a capacitor lower electrode, a capacitor dielectric film and a capacitor upper electrode in order inside the stack cell in which the sidewall is formed,
The silicon nitride film is formed by using atomic layer deposition and continuously or stepwise decreasing the purge time ratio of the nitrogen source gas to the silicon source gas for each cycle. Method.
前記サイドウォールを形成する工程では、前記シリコン窒化膜をエッチングすると共に連続して前記ライナー窒化膜をエッチングする請求項4,5または6記載の半導体装置の製造方法。 Forming a liner nitride film between the semiconductor substrate and the interlayer insulating film;
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein in the step of forming the sidewall, the silicon nitride film is etched and the liner nitride film is continuously etched.
前記層間絶縁膜を選択的に開口してスタックセルを形成する工程と、
前記スタックセルが形成された前記半導体基板上に下層膜と上層膜からなる積層膜を形成する工程と、
前記積層膜をドライエッチングして前記スタックセルの側壁に前記下層膜からなるサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールが形成された前記スタックセルの内部にキャパシタ下部電極、キャパシタ誘電膜およびキャパシタ上部電極を順に形成する工程とを含み、
前記積層膜を形成する工程では、前記ドライエッチングに対して前記上層膜は低耐性層であり、前記下層膜は高耐性層であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Selectively opening the interlayer insulating film to form a stack cell;
Forming a laminated film composed of a lower layer film and an upper layer film on the semiconductor substrate on which the stack cell is formed;
Dry etching the laminated film to form a sidewall made of the lower layer film on the side wall of the stack cell;
Forming a capacitor lower electrode, a capacitor dielectric film and a capacitor upper electrode in order inside the stack cell in which the sidewall is formed,
In the step of forming the stacked film, the upper layer film is a low resistance layer and the lower layer film is a high resistance layer with respect to the dry etching.
前記サイドウォールを形成する工程は、シリコン酸化膜/シリコン膜の選択比が10倍以上になるドライエッチングを行って前記サイドウォール下部に負の曲率を与える請求項8記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the laminated film includes a step of forming a silicon film to be the lower layer film, and a step of forming a silicon oxide film to be the upper layer film by plasma oxidizing the surface of the silicon film.
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein in the step of forming the sidewall, dry etching is performed so that the silicon oxide film / silicon film selection ratio is 10 times or more to give a negative curvature to the lower portion of the sidewall.
前記サイドウォールを形成する工程は、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜の選択比が10倍以上になるドライエッチングを行って前記サイドウォール下部に負の曲率を与える請求項8記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the laminated film includes a step of forming a silicon nitride film to be the lower layer film and a step of forming a silicon oxide film to be the upper layer film by using CVD.
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein in the step of forming the sidewall, a negative curvature is given to the lower portion of the sidewall by performing dry etching with a silicon oxide film / silicon nitride film selection ratio of 10 times or more. .
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