JP2007150025A - 強誘電体メモリの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】強誘電体層の劣化防止とトランジスタへの水素シンター処理による効果とを両立させることのできる、強誘電体メモリの製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板4に駆動トランジスタ3を形成する工程と、駆動トランジスタ3を覆って半導体基板4上に第1層間絶縁膜6を形成する工程と、第1層間絶縁膜6上に第1水素バリア膜7を形成する工程と、第1水素バリア膜7上に、駆動トランジスタ3に電気的に接続する強誘電体キャパシタ2を形成する工程と、を備えた強誘電体メモリ1の製造方法である。駆動トランジスタ3を形成する工程と第1水素バリア膜7を形成する工程との間に、水素シンター処理を行う工程を有している。
【選択図】図1
【解決手段】半導体基板4に駆動トランジスタ3を形成する工程と、駆動トランジスタ3を覆って半導体基板4上に第1層間絶縁膜6を形成する工程と、第1層間絶縁膜6上に第1水素バリア膜7を形成する工程と、第1水素バリア膜7上に、駆動トランジスタ3に電気的に接続する強誘電体キャパシタ2を形成する工程と、を備えた強誘電体メモリ1の製造方法である。駆動トランジスタ3を形成する工程と第1水素バリア膜7を形成する工程との間に、水素シンター処理を行う工程を有している。
【選択図】図1
Description
本発明は、強誘電体キャパシタを有する強誘電体メモリの製造方法に関する。
強誘電体メモリとして、例えば1T1C型と呼ばれるものでは、強誘電体キャパシタと、この強誘電体キャパシタを動作させるための駆動トランジスタとが備えられている。
ところで、一般に強誘電体キャパシタを製造する工程においては、強誘電体層の劣化防止が重要な課題となっている。すなわち、強誘電体キャパシタの製造工程では、強誘電体層を形成した後、層間絶縁膜の形成やドライエッチングなどの工程の際、水素雰囲気(還元雰囲気)下に曝されることがある。このように強誘電体層が還元雰囲気、例えば水素(H2)や水(H2O)等に曝されると、強誘電体層は一般に金属酸化物からなるため、強誘電体層を構成する酸素が還元されてしまい、強誘電体キャパシタの電気特性が著しく低下してしまう。
ところで、一般に強誘電体キャパシタを製造する工程においては、強誘電体層の劣化防止が重要な課題となっている。すなわち、強誘電体キャパシタの製造工程では、強誘電体層を形成した後、層間絶縁膜の形成やドライエッチングなどの工程の際、水素雰囲気(還元雰囲気)下に曝されることがある。このように強誘電体層が還元雰囲気、例えば水素(H2)や水(H2O)等に曝されると、強誘電体層は一般に金属酸化物からなるため、強誘電体層を構成する酸素が還元されてしまい、強誘電体キャパシタの電気特性が著しく低下してしまう。
そこで、従来では水素ダメージの防止策として、強誘電体キャパシタの周辺を水素バリア膜(SiNやAl2O3など)で覆っている。例えば、駆動トランジスタを形成した半導体基板の上の第1層間絶縁膜上に強誘電体キャパシタが設けられる場合、前記強誘電体キャパシタを覆うようにしてこの強誘電体キャパシタの上や、該強誘電体キャパシタの下となる前記第1層間絶縁膜の上に水素バリア膜を設けていた。
一方、駆動トランジスタの製造に関しては、一般にそのゲート絶縁膜中の界面準位の安定化(低減化)や配線抵抗の安定化(低抵抗化)の目的のため、駆動トランジスタの形成、及び配線工程の後、すなわち半導体前工程の最終工程(パッシベーション膜形成後)において、水素シンター処理を行っている。
一方、駆動トランジスタの製造に関しては、一般にそのゲート絶縁膜中の界面準位の安定化(低減化)や配線抵抗の安定化(低抵抗化)の目的のため、駆動トランジスタの形成、及び配線工程の後、すなわち半導体前工程の最終工程(パッシベーション膜形成後)において、水素シンター処理を行っている。
しかしながら、前記したように強誘電体キャパシタの周辺を水素バリア膜で覆うと、この水素バリア膜の機能により、最終工程での水素シンター処理が駆動トランジスタに対して効果的に作用せず、したがって特にゲート絶縁膜中の界面準位を十分低減化することができないといった問題があった。
このような背景から、水素シンター処理における強誘電体層の劣化を防ぐため、強誘電体膜(強誘電体層)自体を水素劣化しにくい膜に改良するといった技術が提供されている(例えば特許文献1参照)。
特開2002−124647号公報
このような背景から、水素シンター処理における強誘電体層の劣化を防ぐため、強誘電体膜(強誘電体層)自体を水素劣化しにくい膜に改良するといった技術が提供されている(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、強誘電体膜自体を水素劣化しにくい膜に改良しても、その劣化を完全に防止するのは極めて困難である。また、前記の特許文献1では、強誘電体膜の劣化防止については記載されているものの、トランジスタへのシンター効果についてはあまり触れられておらず、したがってトランジスタの信頼性について十分に考慮がなされているとはいえなかった。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、強誘電体層の劣化防止とトランジスタへの水素シンター処理による効果とを両立させることのできる、強誘電体メモリの製造方法を提供することにある。
本発明の強誘電体メモリの製造方法は、半導体基板に駆動トランジスタを形成する工程と、
前記駆動トランジスタを覆って前記半導体基板上に第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜上に第1水素バリア膜を形成する工程と、
前記第1水素バリア膜上に、前記駆動トランジスタに電気的に接続する強誘電体キャパシタを形成する工程と、を備えてなり、
前記駆動トランジスタを形成する工程と前記第1水素バリア膜を形成する工程との間に、水素シンター処理を行う工程を有したことを特徴としている。
前記駆動トランジスタを覆って前記半導体基板上に第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜上に第1水素バリア膜を形成する工程と、
前記第1水素バリア膜上に、前記駆動トランジスタに電気的に接続する強誘電体キャパシタを形成する工程と、を備えてなり、
前記駆動トランジスタを形成する工程と前記第1水素バリア膜を形成する工程との間に、水素シンター処理を行う工程を有したことを特徴としている。
この強誘電体メモリの製造方法によれば、駆動トランジスタの形成後、第1水素バリア膜の形成に先だって水素シンター処理を行うので、水素バリア膜による影響を受けることなく駆動トランジスタに対して水素シンター処理を行うことができ、したがってゲート酸化膜の界面準位を良好に安定化(低減化)することができる。
また、前記強誘電体メモリの製造方法においては、前記水素シンター処理工程を、前記第1層間絶縁膜を形成する工程の後に行うのが好ましい。
駆動トランジスタに対して直接水素シンター処理を行うと、駆動トランジスタを構成する半導体領域、例えばソース/ドレイン領域などの不純物領域に対して悪影響を及ぼすおそれがあるものの、第1層間絶縁膜の形成後に行うことで、前記のおそれを軽減することができる。すなわち、第1層間絶縁膜を介して駆動トランジスタを間接的に水素シンター処理することで、第1層間絶縁膜中に存在する水素を励起させ、この水素を駆動トランジスタに作用させることができ、これにより、ゲート絶縁膜に対する効果を確保しつつ、半導体領域に対する悪影響を軽減することができる。
駆動トランジスタに対して直接水素シンター処理を行うと、駆動トランジスタを構成する半導体領域、例えばソース/ドレイン領域などの不純物領域に対して悪影響を及ぼすおそれがあるものの、第1層間絶縁膜の形成後に行うことで、前記のおそれを軽減することができる。すなわち、第1層間絶縁膜を介して駆動トランジスタを間接的に水素シンター処理することで、第1層間絶縁膜中に存在する水素を励起させ、この水素を駆動トランジスタに作用させることができ、これにより、ゲート絶縁膜に対する効果を確保しつつ、半導体領域に対する悪影響を軽減することができる。
また、前記強誘電体メモリの製造方法においては、前記強誘電体キャパシタを形成する工程の後に、該強誘電体キャパシタを覆って第2水素バリア膜を形成する工程と、前記第2水素バリア膜上に第2層間絶縁膜を形成する工程と、前記第2層間絶縁膜上に、前記強誘電体キャパシタにプラグを介して導通する配線を形成する工程と、前記配線を形成する工程の後に水素シンター処理を行う工程と、を備えているのが好ましい。
このようにすれば、水素シンター処理によってプラグと配線との間の界面の状態を良好にし、接触抵抗を低減化することができる。また、強誘電体キャパシタ上にこれを覆って第2水素バリア膜を形成しているので、水素シンター処理による影響が強誘電体キャパシタに及ぶのを回避することができる。
このようにすれば、水素シンター処理によってプラグと配線との間の界面の状態を良好にし、接触抵抗を低減化することができる。また、強誘電体キャパシタ上にこれを覆って第2水素バリア膜を形成しているので、水素シンター処理による影響が強誘電体キャパシタに及ぶのを回避することができる。
また、前記強誘電体メモリの製造方法においては、前記強誘電体キャパシタを形成する工程の後に、該強誘電体キャパシタを覆って、前記第1層間絶縁膜より水素濃度が低い第2層間絶縁膜を形成する工程を有しているのが好ましい。
このようにすれば、第2層間絶縁膜中の水素による、強誘電体キャパシタ中の強誘電体層に対する影響をより軽減することができ、したがって強誘電体キャパシタの信頼性を高めることができる。
このようにすれば、第2層間絶縁膜中の水素による、強誘電体キャパシタ中の強誘電体層に対する影響をより軽減することができ、したがって強誘電体キャパシタの信頼性を高めることができる。
以下、本発明を詳しく説明する。
まず、本発明の強誘電体メモリの製造方法についての説明に先立ち、本発明に係る強誘電体メモリの一例について説明する。図1は、本発明に係る強誘電体メモリの一例を示す要部断面図であり、図1中符号1は強誘電体メモリである。この強誘電体メモリ1は、強誘電体キャパシタ2と、この強誘電体キャパシタ2を動作させるための駆動トランジスタ3とを備えて構成されたもので、駆動トランジスタ3を半導体基板4に形成したものである。
まず、本発明の強誘電体メモリの製造方法についての説明に先立ち、本発明に係る強誘電体メモリの一例について説明する。図1は、本発明に係る強誘電体メモリの一例を示す要部断面図であり、図1中符号1は強誘電体メモリである。この強誘電体メモリ1は、強誘電体キャパシタ2と、この強誘電体キャパシタ2を動作させるための駆動トランジスタ3とを備えて構成されたもので、駆動トランジスタ3を半導体基板4に形成したものである。
半導体基板4は、シリコン基板からなるもので、その表層部には、ソース/ドレイン領域(図示せず)とチャネル領域(図示せず)とが形成され、さらにチャネル領域上にはゲート絶縁膜5が形成されている。そして、このゲート絶縁膜5上にゲート電極3aが形成されたことにより、前記の駆動トランジスタ3は半導体基板4に形成されたものとなっている。なお、各強誘電体キャパシタ2に対応する駆動トランジスタ3は、半導体基板4に形成された埋め込み分離領域(図示せず)によってそれぞれ電気的に分離されている。
また、この半導体基板4上には、駆動トランジスタ3を覆って第1層間絶縁膜6が形成され、さらにこの第1層間絶縁膜6上に第1水素バリア膜7が形成されている。第1層間絶縁膜6は、酸化珪素(SiO2)からなるもので、CMP(化学機械研磨)法等によって平坦化されたものである。また、この第1層間絶縁膜6は、後述する強誘電体キャパシタ2上の第2層間絶縁膜に比べ、相対的に水素濃度が高くなるように形成されている。第1水素バリア膜7は、例えば窒化珪素(SiN)によって形成されたもので、前記の第1層間絶縁膜6中の水素が、後述する強誘電体キャパシタ2側に拡散し浸入するのを防止するためのものである。
また、駆動トランジスタ3を覆って形成された第1層間絶縁膜6上の第1水素バリア膜7の上には、前記強誘電体キャパシタ2が形成されている。強誘電体キャパシタ2は、第1水素バリア膜7上に形成された下部電極8と、この下部電極8上に形成された強誘電体層9と、強誘電体層9上に形成された上部電極10と、からなるスタック型ものである。下部電極8及び上部電極10は、白金(Pt)やイリジウム(Ir)、酸化イリジウム(IrO2)等によって形成されており、強誘電体層9は、Pb(Zr、Ti)O3(PZT)や(Pb、La)(Zr、Ti)O3(PLZT)、さらに、これら材料にニオブ(Nb)等の金属が加えられたものなどによって形成されている。
ここで、前記第1層間絶縁膜6、第1水素バリア膜7には、これらを貫通する第1コンタクトホール11が形成されており、該第1コンタクトホール11には、タングステン(W)等からなる第1プラグ12が埋設されている。第1コンタクトホール11は、本例では前記駆動トランジスタ3の一方のソース/ドレイン領域に通じ、かつ下部電極8の底部に通じるキャパシタ側コンタクトホール11aと、前記駆動トランジスタ3の他方のソース/ドレイン領域に通じ、かつ後述する第2プラグに通じる配線側コンタクトホール11bとからなっている。
そして、このような構成のもとに、キャパシタ側コンタクトホール11a内に埋設された第1プラグ12は、駆動トランジスタ3の一方のソース/ドレイン領域と強誘電体キャパシタ2の下部電極8とを導通させるようになっている。これにより、強誘電体キャパシタ2は、前述したように駆動トランジスタ3によって動作させられるようになっている。また、配線側コンタクトホール11bは、駆動トランジスタ3の他方のソース/ドレイン領域と第2プラグとを導通させるようになっている。
また、強誘電体キャパシタ2には、その上面(すなわち上部電極10)及び側面を覆って、Al2O3等からなる第2水素バリア膜13が形成されている。このような構成のもとに強誘電体キャパシタ2は、先に第1水素バリア膜7によって底部側からの水素の拡散、浸入が防止されているのに加え、その上部や側部からの水素の拡散、浸入も防止されている。なお、本例では、第2水素バリア膜13を第1水素バリア膜7の上面上にも形成しているが、第2水素バリア膜13を、主に強誘電体キャパシタ2の上面及び側面のみを覆うようにパターニングし、第1水素バリア膜7上のそれ以外の箇所については、エッチングによって除去してもよい。
このように第2水素バリア膜13で覆われた強誘電体キャパシタ2をさらに覆って、第2水素バリア膜13上には、その表面が平坦化された第2層間絶縁膜14が形成されている。この第2層間絶縁膜14は、前述したように、駆動トランジスタ3上の第1層間絶縁膜6に比べ、相対的に水素濃度が低くなるように形成されている。
この第2層間絶縁膜14と前記第2水素バリア膜13には、これらを貫通する第2コンタクトホール15が形成されており、該第2コンタクトホール15には、タングステン(W)等からなる第2プラグ16a(16b)が埋設されている。第2コンタクトホール15は、本例では前記強誘電体キャパシタ2の上部電極10の上部に通じるキャパシタ側コンタクトホール15aと、前記配線側コンタクトホール11b内の第1プラグ12に通じる配線側コンタクトホール15bとからなっている。
この第2層間絶縁膜14と前記第2水素バリア膜13には、これらを貫通する第2コンタクトホール15が形成されており、該第2コンタクトホール15には、タングステン(W)等からなる第2プラグ16a(16b)が埋設されている。第2コンタクトホール15は、本例では前記強誘電体キャパシタ2の上部電極10の上部に通じるキャパシタ側コンタクトホール15aと、前記配線側コンタクトホール11b内の第1プラグ12に通じる配線側コンタクトホール15bとからなっている。
そして、このような構成のもとに、キャパシタ側コンタクトホール15a内に埋設された第2プラグ16aは、強誘電体キャパシタ2の上部電極10に導通したものとなっており、また、配線側コンタクトホール15b内に埋設された第2プラグ16bは、第1プラグ12を介して前記駆動トランジスタ3の他方のソース/ドレイン領域に導通したものとなっている。
また、第2層間絶縁膜15上には、前記第2プラグ16a、16bに接続してAl(アルミニウム)からなる金属配線17a、17bが形成されている。
さらに、第2層間絶縁膜15上には、前記金属配線17a、17bを覆って第3水素バリア膜18が形成されている。
そして、この第3水素バリア膜18上にはさらに第3層間絶縁膜19が形成され、この第3層間絶縁膜19には第3コンタクトホール20及び第3プラグ21が形成されている。さらに、第3層間絶縁膜19上には金属配線22が形成され、以降、必要に応じて同様の構成が繰り返されていることにより、多層配線構造となっている。
さらに、第2層間絶縁膜15上には、前記金属配線17a、17bを覆って第3水素バリア膜18が形成されている。
そして、この第3水素バリア膜18上にはさらに第3層間絶縁膜19が形成され、この第3層間絶縁膜19には第3コンタクトホール20及び第3プラグ21が形成されている。さらに、第3層間絶縁膜19上には金属配線22が形成され、以降、必要に応じて同様の構成が繰り返されていることにより、多層配線構造となっている。
次に、このような構成の強誘電体メモリ1の製造方法を基に、本発明の強誘電体メモリ1の製造方法の一実施形態を説明する。
まず、図2(a)に示すように、公知の手法によって半導体基板4に駆動トランジスタ3を形成する。続いて、駆動トランジスタ3を覆って二酸化珪素(SiO2)を成膜し、さらにこれを化学機械研磨(CMP)法等によって平坦化し、第1層間絶縁膜6とする。ここで、SiO2の成膜については、スピンコート法やHDP(ハイデンシティプラズマ)CVD法等のCVD法によって行うことができる。ただし、この第1層間絶縁膜6については、後工程で形成する第2層間絶縁膜14より水素濃度を高くするため、例えばシラン(SiH4)やテトラエトキシシラン(TEOS)を主原料とするCVD法を用いた場合、その処理条件を適宜に設定することで、原料の分解によって生じた水素が得られる膜中に多く取り込まれるようにする。
まず、図2(a)に示すように、公知の手法によって半導体基板4に駆動トランジスタ3を形成する。続いて、駆動トランジスタ3を覆って二酸化珪素(SiO2)を成膜し、さらにこれを化学機械研磨(CMP)法等によって平坦化し、第1層間絶縁膜6とする。ここで、SiO2の成膜については、スピンコート法やHDP(ハイデンシティプラズマ)CVD法等のCVD法によって行うことができる。ただし、この第1層間絶縁膜6については、後工程で形成する第2層間絶縁膜14より水素濃度を高くするため、例えばシラン(SiH4)やテトラエトキシシラン(TEOS)を主原料とするCVD法を用いた場合、その処理条件を適宜に設定することで、原料の分解によって生じた水素が得られる膜中に多く取り込まれるようにする。
次に、図2(b)に示すように前記の半導体基板4に対し、水素を含む雰囲気中において400℃から450℃の温度で熱処理を行うことにより、水素シンター処理を行う。このような処理を行うと、雰囲気中の水素が第1層間絶縁膜6中に拡散することなどにより、第1層間絶縁膜6中に存在する水素が励起し、この水素がゲート絶縁膜5に作用してここに拡散する。これにより、ゲート絶縁膜5中の欠陥が終端し、界面準位が良好に安定化(低減化)する。なお、この水素シンター処理は、後の第1水素バリア膜7の形成工程に先だって行うので、当然ながらこの第1水素バリア膜7の影響を受けることなく、駆動トランジスタ3のゲート絶縁膜5に対して良好に水素シンター処理を行うことができる。
次いで、図2(c)に示すように前記第1層間絶縁膜6上に、例えば窒化珪素(SiN)からなる第1水素バリア膜7をCVD法等によって形成する。このように第1水素バリア膜7を形成することで、第1層間絶縁膜6中の水素濃度が高くても、この第1層間絶縁膜6中の水素が第1水素バリア膜7を通過してその上層に拡散するのを防止することができる。
次いで、公知の手法によって第1水素バリア膜7上にレジストパターン(図示せず)を形成し、さらにこのレジストパターンをマスクにしてエッチングすることにより、図3(a)に示すように、前記第1水素バリア膜7と第1層間絶縁膜6とを一括してエッチングし、あるいは別々にエッチングし、第1コンタクトホール11(11a、11b)を形成する。そして、前記レジストパターンを除去した後、W等の導電材料を成膜してこれを第1コンタクトホール11内に埋め込み、さらに化学機械研磨(CMP)法等によって第1水素バリア膜7上の導電材料を除去することにより、第1プラグ12を形成する。ここで、導電材料の成膜・埋め込みについては、例えば、密着層としてチタン(Ti)及び窒化チタン(TiN)をスパッタ法等によって成膜し、続いてタングステン(W)を成膜することで行う。
次いで、図3(b)に示すように前記第1水素バリア膜7上に、公知の手法によって下部電極8と強誘電体層9と上部電極10とからなる強誘電体キャパシタ2を形成する。この強誘電体キャパシタ2の形成に際しては、特にその下部電極8が、キャパシタ側コンタクトホール11a内の第1プラグ12に接続するように、位置決めしてパターニングする。
次いで、図3(c)に示すように、前記強誘電体キャパシタ2を覆ってAlOx等からなる第2水素バリア膜13を形成する。これによって強誘電体キャパシタ2は、先に形成された第1水素バリア膜7によってその底部側からの水素の拡散、浸入が防止されるのに加え、上部側や側部側からの水素の拡散、浸入も防止されることになり、したがって水素に対する耐性に優れたものとなる。
ここで、前記第2水素バリア膜13については、その厚さを20nm以上100nm以下程度に形成するのが好ましい。20nm未満では第2水素バリア膜13の水素バリア効果が十分に得られなくなるおそれがあり、100nmを越えると、後述するコンタクトホール形成のためのエッチングの負荷が大きくなってしまうからである。また、前記の第1水素バリア膜7についても、その厚さについては、第2水素バリア膜13と同様の理由により、20nm以上100nm以下程度にするのが好ましい。
次いで、図4(a)に示すように、前記第2水素バリア膜13を覆って二酸化珪素(SiO2)を成膜し、さらにこれを化学機械研磨(CMP)法等によって平坦化し、第2層間絶縁膜14とする。ここで、SiO2の成膜についてはCVD法が好適に用いられる。ただし、この第2層間絶縁膜14については、前工程で形成した第1層間絶縁膜6より水素濃度を低くするため、例えばシラン(SiH4)やテトラエトキシシラン(TEOS)を主原料とするCVD法を用いた場合、その処理条件を前記第1層間絶縁膜6の形成工程とは変えて設定することで、原料の分解によって生じた水素が得られる膜中になるべく取り込まれないようにする。また、必要に応じてアニール処理を行い、第2層間絶縁膜14中から水素を除去するようにしてもよい。
続いて、公知の手法によって第2層間絶縁膜14上にレジストパターン(図示せず)を形成し、さらにこのレジストパターンをマスクにしてエッチングすることにより、強誘電体キャパシタ2の上部電極10に到達するキャパシタ用コンタクトホール15aと、前記配線側コンタクトホール11b内の第1プラグ12に通じる配線側コンタクトホール15bとを形成する。そして、このレジストパターンを除去した後、第2層間絶縁膜14上に導電材料を成膜し、これによって第2コンタクトホール15(キャパシタ用コンタクトホール15a、下地用コンタクトホール15b)内に導電材料を埋め込む。この導電材料の成膜・埋め込みについては、例えば前記第1プラグ12の場合と同様にして行う。次いで、第1層間絶縁膜14上を化学機械研磨法等で平坦化することにより、第1コンタクトホール15(15a、15b)内に第2プラグ16a、16bを形成する。
次いで、前記第2層間絶縁膜14上にスパッタ法でAlを成膜し、続いて公知の手法によりパターニングすることにより、前記第2プラグ16a(16b)に接続する金属配線17a(17b)を形成する。
このようにして金属配線17a、17bを形成したら、これら金属配線17a、17bと前記第2プラグ16a、16bとの間の界面の状態を良好にするため、水素シンター処理を行う。この水素シンター処理については、例えば前記の第1層間絶縁膜6形成後の水素シンター処理と同様の条件で行うことができる。
このようにして金属配線17a、17bを形成したら、これら金属配線17a、17bと前記第2プラグ16a、16bとの間の界面の状態を良好にするため、水素シンター処理を行う。この水素シンター処理については、例えば前記の第1層間絶縁膜6形成後の水素シンター処理と同様の条件で行うことができる。
このように水素シンター処理を行うことにより、金属配線17a、17bと第2プラグ16a、16bとの間の界面の状態を良好にし、これらの間の接触抵抗を低減化することができる。すなわち、金属配線17a、17bは、Alがスパッタ法により成膜されて形成されているが、スパッタ法により形成された膜は、十分な緻密性を有していない。また、このスパッタ法による成膜では、得られた膜と第2プラグ16a、16bとが単に物理的に接触(接合)するだけとなってしまう。そこで、この水素シンター処理で例えば400℃から450℃の温度で熱処理を行うことにより、金属配線17a、17bを焼結して緻密化することができる。さらに、金属配線17a、17bと第2プラグ16a、16bとの間の接合も物理的な接触だけでなく、界面を活性化することなどによって化学的にも接触(接合)したものとすることができる。これにより、金属配線17a、17bと第2プラグ16a、16bとの間の接触抵抗を、十分に低減化することができるのである。
なお、ここでの水素シンター処理については、これに代えて、不活性雰囲気での熱処理を採用することもでき、その場合にも、前記の水素シンター処理の場合と同様の効果を得ることができる。
なお、ここでの水素シンター処理については、これに代えて、不活性雰囲気での熱処理を採用することもでき、その場合にも、前記の水素シンター処理の場合と同様の効果を得ることができる。
次いで、図4(b)に示すように前記金属配線17a、17bを覆って第2層間絶縁膜14上に第3水素バリア膜18を形成する。この第3水素バリア膜18については、前述したSiNやAl2O3などによって形成することができる。
その後、図1に示したように前記第3水素バリア膜18上に第3層間絶縁膜19を形成し、この第3層間絶縁膜19に第3コンタクトホール20及び第3プラグ21を形成し、さらに、第3層間絶縁膜19上に金属配線22が形成することなどにより、強誘電体メモリ1を得る。
その後、図1に示したように前記第3水素バリア膜18上に第3層間絶縁膜19を形成し、この第3層間絶縁膜19に第3コンタクトホール20及び第3プラグ21を形成し、さらに、第3層間絶縁膜19上に金属配線22が形成することなどにより、強誘電体メモリ1を得る。
このような強誘電体メモリ1の製造方法にあっては、駆動トランジスタ3の形成後、第1水素バリア膜7の形成に先だって水素シンター処理を行うので、この第1水素バリア膜7による影響を受けることなく駆動トランジスタ3に対して水素シンター処理を行うことができ、したがってゲート酸化膜5の界面準位を良好に安定化(低減化)することができる。また、強誘電体キャパシタ2については、その底部側に第1水素バリア膜7を形成することによって底部側からの水素の拡散、浸入が防止することができ、また、強誘電体キャパシタ2を覆って第2水素バリア膜13を形成することによってその上部側や側部側からの水素の拡散、浸入も防止することができ、したがって強誘電体キャパシタ2の水素に対する耐性を十分に高めることができる。
また、このようにして得られた強誘電体メモリ1にあっては、前述したように、駆動トランジスタ3のゲート絶縁膜5の界面準位が安定化(低減化)しており、また、強誘電体キャパシタ2の水素に対する耐性も十分に高められたものとなっているため、高い信頼性を有する優れたものとなる。
このような強誘電体メモリは、携帯電話、パーソナルコンピュータ、液晶装置、電子手帳、ページャ、POS端末、ICカード、ミニディスクプレーヤ、液晶プロジェクタ、およびエンジニアリング・ワークステーション(EWS)、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファイダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、タッチパネルを備えた装置、時計、ゲーム機器、電気泳動装置など、様々な電子機器に適用することができる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更が可能である。例えば、前記実施形態では、駆動トランジスタ3のゲート絶縁膜5に対する水素シンター処理を、第1層間絶縁膜6の形成後に行ったが、この水素シンター処理を、第1層間絶縁膜6の形成前に行ってもよい。このようにしても、水素シンター処理は後の第1水素バリア膜7の形成工程に先だって行うことになるので、この第1水素バリア膜7の影響を受けることはない。
1…強誘電体メモリ、2…強誘電体キャパシタ、3…駆動トランジスタ、4…半導体基板、5…ゲート絶縁膜、6…第1層間絶縁膜、7…第1水素バリア膜、8…下部電極、9…強誘電体層、10…上部電極、12…第1プラグ、13…第2水素バリア膜、14…第2層間絶縁膜、16a、16b…第2プラグ、17a、17b…金属配線
Claims (4)
- 半導体基板に駆動トランジスタを形成する工程と、
前記駆動トランジスタを覆って前記半導体基板上に第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜上に第1水素バリア膜を形成する工程と、
前記第1水素バリア膜上に、前記駆動トランジスタに電気的に接続する強誘電体キャパシタを形成する工程と、を備えてなり、
前記駆動トランジスタを形成する工程と前記第1水素バリア膜を形成する工程との間に、水素シンター処理を行う工程を有したことを特徴とする強誘電体メモリの製造方法。 - 前記水素シンター処理工程を、前記第1層間絶縁膜を形成する工程の後に行うことを特徴とする請求項1記載の強誘電体メモリの製造方法。
- 前記強誘電体キャパシタを形成する工程の後に、該強誘電体キャパシタを覆って第2水素バリア膜を形成する工程と、
前記第2水素バリア膜上に第2層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜上に、前記強誘電体キャパシタにプラグを介して導通する配線を形成する工程と、
前記配線を形成する工程の後に水素シンター処理を行う工程と、を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の強誘電体メモリの製造方法。 - 前記強誘電体キャパシタを形成する工程の後に、該強誘電体キャパシタを覆って、前記第1層間絶縁膜より水素濃度が低い第2層間絶縁膜を形成する工程を有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の強誘電体メモリの製造方法。
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