JP2007194245A - Semiconductor device and its fabrication process - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、主に、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等のメモリ素子を製造する際に、電荷蓄積容量部の蓄積容量を拡大する半導体装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention mainly relates to a semiconductor device that expands the storage capacity of a charge storage capacity portion when manufacturing a memory element such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory), and a manufacturing method thereof.
近年、情報化社会の発展は目覚しく、それに伴って半導体記憶装置の需要が急速に拡大している。また機能的には、大規模な記憶容量(キャパシタ)を有し、かつ高速動作が可能なものが要求されている。これに伴って、半導体記憶装置の高集積化および高速応答性あるいは高信頼性に関する技術開発が進められている。 In recent years, the development of the information society has been remarkable, and the demand for semiconductor memory devices has been rapidly expanding. Functionally, a device having a large storage capacity (capacitor) and capable of high-speed operation is required. Along with this, technological development relating to high integration and high-speed response or high reliability of semiconductor memory devices has been advanced.
半導体記憶装置の中で、記憶情報の随時書き込み読み出しが可能なものとしてDRAM(Dynamic Random Access Memory)が一般的に知られている。このDRAMは、多数の記憶情報を蓄積するメモリセルのアレイと、外部との入出力に必要な周辺回路とから構成されている。通常、メモリセルは、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタと、これに接続された1個のキャパシタとから構成されるので1トランジスタ1キャパシタ型のメモリセルとして広く知られており、このような構成を有するメモリセルは構造が簡単なためメモリセルアレイの集積度を向上させることが容易であり、大容量のメモリ記憶装置に広く用いられている。また、メモリセルの高集積化と大容量化を実現する技術として、メモリセルに蓄えられる電荷量を増大するために、記憶容量部の表面積を増大させる試みがなされている。 Among semiconductor memory devices, a DRAM (Dynamic Random Access Memory) is generally known as a device that can write and read stored information at any time. This DRAM is composed of an array of memory cells for accumulating a large amount of stored information and peripheral circuits necessary for input / output with the outside. Usually, a memory cell is composed of a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor and a single capacitor connected to the MOS transistor, so that it is widely known as a one-transistor one-capacitor type memory cell. Since the memory cell has a simple structure, it is easy to improve the degree of integration of the memory cell array, and it is widely used in large-capacity memory storage devices. In addition, as a technique for realizing high integration and large capacity of a memory cell, an attempt has been made to increase the surface area of the storage capacitor portion in order to increase the amount of charge stored in the memory cell.
メモリセル部の表面積を拡大させる手法として、例えば、特許文献1では、エッチングレートの異なる2種類以上の絶縁膜を交互に堆積した積層膜をエッチングすることによって、その側面に凹凸を形成する技術が公開されている。図10(a)〜(b)は特許文献1におけるメモリセル形成工程の一部を抜粋したものであるが、まず図10(a)に示すように、半導体基板10上にエッチングレートの異なる例えばPTEOS膜11とBPSG膜12を交互に堆積して積層膜13を形成する。次に図10(b)に示すように、積層膜13にドライエッチング技術またはウェットエッチング技術を用いて開口部14、および開口部14側面に凹凸部15を形成する。次にドープトシリコン膜からなる下部電極16を形成した後、下部電極16の上面にキャパシタ容量絶縁膜となるTa2O5膜17を堆積する。次に、酸化タンタル膜17の上面に上部電極となるTiN膜18を堆積することによりキャパシタセル構造体が完成する。この手法では、キャパシタセル表面に凹凸部15を形成することによって、キャパシタセルの表面積を拡大することができる。
しかしながら、上記従来の手法を用いてキャパシタセルの表面積を拡大させる場合、以下のような問題点がある。まず、ドライエッチングによって積層膜の開口部側面に凹凸を形成する場合、ドライエッチング時にプラズマ中で生成されるポリマーや被エッチング膜との反応によって生成される反応生成物が開口部側面に付着する。開口部側面に付着したポリマーや反応生成物は、開口部側面に対する水平方向へのエッチングを抑制する働きをするが、このポリマーや反応性生物が過剰に付着すると、開口部側面に対する水平方向のエッチングが進行しなくなるので十分な大きさを持った凹凸形状を形成することができない。また、ポリマーや反応生成物の付着量を抑えたとしても、この付着量は開口部側面で不均一となるため、開口部側面に対して水平方向へのエッチングが不均一に進行してしまう。すなわち、開口部側面に所望の凹凸形状を形成することが困難となる。 However, when the surface area of the capacitor cell is enlarged using the above-described conventional method, there are the following problems. First, when unevenness is formed on the side surface of the opening of the laminated film by dry etching, a reaction product generated by a reaction with a polymer generated in plasma or a film to be etched during dry etching adheres to the side surface of the opening. The polymer and reaction product adhering to the side surface of the opening function to suppress the etching in the horizontal direction with respect to the side surface of the opening part. However, if this polymer or reactive organism adheres excessively, the etching in the horizontal direction to the side surface of the opening part is performed. Therefore, it is impossible to form a concavo-convex shape having a sufficient size. Even if the adhesion amount of the polymer or the reaction product is suppressed, the adhesion amount becomes non-uniform on the side surface of the opening, and therefore, etching in the horizontal direction proceeds non-uniformly with respect to the side surface of the opening. That is, it becomes difficult to form a desired uneven shape on the side surface of the opening.
次に、積層膜をドライエッチングして垂直な開口部を形成し、その後開口部側面にウェットエッチングで凹凸形状を形成する場合、ウェットエッチングレートの異なる絶縁膜、例えば熱酸化膜とBPSG膜の積層膜を用いたりする。この場合のウェットエッチングレートはBPSG膜>熱酸化膜となる。これは、BPSG膜の膜中に存在するB、Pがウェットエッチングレートを速くする働きがあるためで、ウェットエッチングレートはB、Pの濃度に依存して変動する。本発明者の検討では、BPSG膜やPSG膜の膜中の不純物濃度は膜全体に均一になり難く、膜中で濃度勾配を持つことが分かった。このため、BPSG膜、PSG膜を用いた積層膜では、ウェットエッチングによって開口部側面に凹凸形状を形成しようとすると、開口部側面に対する水平方向へのウェットエッチング量の制御が難しくなる。すなわち、開口部側面に所望の凹凸形状を形成することが困難となる。 Next, when the laminated film is dry-etched to form a vertical opening, and then an uneven shape is formed on the side surface of the opening by wet etching, an insulating film having a different wet etching rate, for example, a laminated layer of a thermal oxide film and a BPSG film Or use a membrane. In this case, the wet etching rate is BPSG film> thermal oxide film. This is because B and P existing in the BPSG film have a function of increasing the wet etching rate, and the wet etching rate varies depending on the B and P concentrations. According to the study by the present inventor, it has been found that the impurity concentration in the BPSG film or the PSG film is difficult to be uniform throughout the film, and has a concentration gradient in the film. For this reason, in the laminated film using the BPSG film and the PSG film, when an uneven shape is formed on the side surface of the opening by wet etching, it becomes difficult to control the wet etching amount in the horizontal direction with respect to the side surface of the opening. That is, it becomes difficult to form a desired uneven shape on the side surface of the opening.
また、BPSG膜やPSG膜の比誘電率が高いため、半導体メモリの微細化、高集積化に対応するキャパシタセル間隔の縮小に対して、隣接するキャパシタセル間の寄生容量に起因したメモリ動作の誤動作が発生することがあった。 In addition, since the BPSG film and the PSG film have a high relative dielectric constant, the memory operation due to the parasitic capacitance between adjacent capacitor cells can be reduced in response to the miniaturization and high integration of the semiconductor memory. Malfunctions sometimes occurred.
したがって、この発明の目的は、以上のような従来の欠点を解決するものであって、キャパシタセルを形成する工程において、キャパシタセルの表面積を制御性よく拡大する事ができ、またメモリ動作の誤動作の発生を防止することができる半導体装置およ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 solve the above-described conventional drawbacks, and in the process of forming a capacitor cell, the surface area of the capacitor cell can be expanded with good controllability, and a malfunction of the memory operation can be achieved. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a manufacturing method thereof that can prevent the occurrence of the above.
以上の目的を達成するためにこの発明の請求項1記載の半導体装置は、半導体基板上に形成された開口部を含む領域にキャパシタセルが形成される半導体装置であって、半導体基板上にシリコン酸化膜とSiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜とが交互に堆積された積層膜に、開口部が形成され、その開口部の側面が有機無機ハイブリッド膜の部分を後退させた凹凸形状をしている。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to claim 1 of the present invention is a semiconductor device in which a capacitor cell is formed in a region including an opening formed on a semiconductor substrate, wherein silicon is formed on the semiconductor substrate. An opening is formed in a laminated film in which an oxide film and an organic-inorganic hybrid film represented by SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) are alternately deposited. The side surface of the opening is formed in a concavo-convex shape in which the portion of the organic-inorganic hybrid film is retreated.
請求項2記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にシリコン酸化膜とSiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜を交互に堆積して積層膜を形成する工程と、積層膜に開口部を形成する工程と、積層膜の開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に変換する工程と、酸化層を選択的に除去して、積層膜の開口部側面に凹凸を形成する工程と、凹凸を有する積層膜上にキャパシタセルを形成する工程とを含む。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a silicon oxide film on a semiconductor substrate; and an organic material represented by SiC w H x O y N z A process of forming a laminated film by alternately depositing inorganic hybrid films, a process of forming an opening in the laminated film, and converting a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film exposed on the side surface of the laminated film into an oxide layer And a step of selectively removing the oxide layer to form irregularities on the side surface of the opening of the multilayer film, and a step of forming capacitor cells on the multilayer film having irregularities.
請求項3記載の半導体装置の製造方法は、請求項2記載の半導体装置の製造方法において、積層膜の開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に変換する工程は、ラジカル種を積層膜の開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜に照射することにより行う。
The method for manufacturing a semiconductor device according to
請求項4記載の半導体装置の製造方法は、請求項3記載の半導体装置の製造方法において、ラジカル種は酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを含む。 A method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth aspect is the method for manufacturing a semiconductor device according to the third aspect, wherein the radical species include an oxygen radical or a nitrogen radical.
請求項5記載の半導体装置の製造方法は、請求項2記載の半導体装置の製造方法において、酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含む薬液を用いて行う。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to the second aspect, wherein the step of selectively removing the oxide layer is performed using a chemical solution containing fluorine.
請求項6記載の半導体装置の製造方法は、請求項2記載の半導体装置の製造方法において、酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含むガスを用いて行う。 According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the second aspect, the step of selectively removing the oxide layer is performed using a gas containing fluorine.
請求項7記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にシリコン酸化膜とSiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜とを交互に堆積して積層膜を形成する工程と、積層膜に開口部を形成する工程と、積層膜の開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜の所定部分を膜収縮により後退させて、積層膜の開口部側面に凹凸を形成する工程と、凹凸を有する積層膜上にキャパシタセルを形成する工程とを含む。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a silicon oxide film and an organic material represented by SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) are formed on a semiconductor substrate. The step of forming the laminated film by alternately depositing the inorganic hybrid film, the step of forming the opening in the laminated film, and the predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film exposed on the side of the opening of the laminated film are retracted by the film contraction A step of forming irregularities on the side surface of the opening of the multilayer film, and a step of forming capacitor cells on the multilayer film having the irregularities.
請求項8記載の半導体装置の製造方法は、請求項7記載の半導体装置の製造方法において、積層膜の開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜の所定部分を膜収縮により水平方向に後退させる工程は、積層膜の開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜に熱エネルギーを付与することにより行う。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film exposed on the side surface of the opening of the laminated film is retracted in the horizontal direction by film contraction. Is performed by applying thermal energy to the organic-inorganic hybrid film exposed on the side surface of the opening of the laminated film.
この発明の請求項1記載の半導体装置によれば、半導体基板上にシリコン酸化膜とSiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜とが交互に堆積された積層膜に、開口部が形成され、その開口部の側面が有機無機ハイブリッド膜の部分を後退させた凹凸形状をしているので、キャパシタセル部の表面積を拡大することができる。また、有機無機ハイブリッド膜を用いることで、キャパシタセルの表面積を制御性良く拡大することができるので、キャパシタセル容量を拡大すると伴に、セル容量のばらつきが原因で起こる特性不良の発生を防止することができる。更に、SiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜の比誘電率は3以下であり、通常のシリコン酸化膜の比誘電率(3.9〜4.5)に比べて低い。このため半導体メモリの微細化、高集積化に対応するキャパシタセル間隔の縮小に対して、隣接するキャパシタセル間で生じる寄生容量を低減することができ、キャパシタセル間の寄生容量に起因したメモリ動作の誤動作の発生を防止することができる。 According to the semiconductor device of the first aspect of the present invention, a silicon oxide film and SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) are represented on the semiconductor substrate. An opening is formed in the laminated film in which the organic / inorganic hybrid film is alternately deposited, and the side surface of the opening has an uneven shape in which the portion of the organic / inorganic hybrid film is retreated. The surface area can be enlarged. In addition, since the surface area of the capacitor cell can be expanded with good controllability by using the organic / inorganic hybrid film, the capacitor cell capacity can be increased, and the occurrence of characteristic defects caused by variations in the cell capacity can be prevented. be able to. Furthermore, the relative dielectric constant of the organic-inorganic hybrid film represented by SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) is 3 or less, and a normal silicon oxide film The relative dielectric constant (3.9 to 4.5) is low. For this reason, the parasitic capacitance generated between adjacent capacitor cells can be reduced in response to the reduction in the distance between capacitor cells corresponding to the miniaturization and high integration of the semiconductor memory, and the memory operation caused by the parasitic capacitance between the capacitor cells. Can be prevented from occurring.
この発明の請求項2記載の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上にシリコン酸化膜とSiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜を交互に堆積して積層膜を形成する工程と、積層膜に開口部を形成する工程と、積層膜の開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に変換する工程と、酸化層を選択的に除去して、積層膜の開口部側面に凹凸を形成する工程とを行うので、開口部側面に高精度に制御された所望の凹凸形状を形成することができる。すなわち、有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に精度良く変換するとともに、この酸化層を除去することで、制御性の良い凹凸形状を形成することができる。このため、キャパシタセルの表面積を制御性良く拡大することができるので、キャパシタセル容量を拡大すると伴に、セル容量のばらつきが原因で起こる特性不良の発生を防止することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 of the present invention, a silicon oxide film and SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) are formed on the semiconductor substrate. A step of forming a laminated film by alternately depositing organic-inorganic hybrid films represented by the following: a step of forming an opening in the laminated film, and a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film exposed on the side of the opening of the laminated film. Since the step of converting to an oxide layer and the step of selectively removing the oxide layer and forming irregularities on the side surface of the opening of the laminated film are performed, the desired irregular shape that is controlled with high precision is formed on the side surface of the opening. Can be formed. That is, it is possible to form a concavo-convex shape with good controllability by accurately converting a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film into an oxide layer and removing the oxide layer. For this reason, since the surface area of the capacitor cell can be increased with good controllability, it is possible to increase the capacitor cell capacity and to prevent the occurrence of characteristic defects caused by variations in cell capacity.
請求項3では、請求項2記載の半導体装置の製造方法において、積層膜の開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に変換する工程は、ラジカル種を積層膜の開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜に照射することにより行うことが好ましい。この場合、ラジカル自身の反応性にて酸化層が形成される。また、ラジカルを照射するパラメータを制御することで有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に精度良く変換することができる。 According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the second aspect, the step of converting a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film exposed on the side surface of the opening of the laminated film into an oxide layer includes converting radical species into the opening of the laminated film. The irradiation is preferably performed by irradiating the organic-inorganic hybrid film exposed on the side surface. In this case, an oxide layer is formed by the reactivity of the radical itself. Moreover, the predetermined part of the organic-inorganic hybrid film can be accurately converted into an oxide layer by controlling the parameter for irradiating radicals.
請求項4では、請求項3記載の半導体装置の製造方法において、ラジカル種は酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを含むことが好ましい。酸素ラジカル、窒素ラジカル照射の場合、ラジカル自身の反応性にて酸化層が形成されるので200℃以下の低温にて有機無機ハイブリッド膜を酸化層に変換できる。したがって、ソース・ドレイン活性化などの半導体集積回路製造工程中の総合熱処理履歴(サーマルバジェット)が厳しい微細素子パターンプロセスには非常に有効である。更に、シリコン酸化膜と有機無機ハイブリッド膜を交互に堆積した積層膜に開口部を形成する際、ドライエッチング後のレジストマスクパターンを除去する時のアッシング処理と併用することができるので、製造工程を簡略化することが可能となる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the third aspect, the radical species preferably includes an oxygen radical or a nitrogen radical. In the case of irradiation with oxygen radicals or nitrogen radicals, an oxide layer is formed by the reactivity of the radicals themselves, so that the organic-inorganic hybrid film can be converted into an oxide layer at a low temperature of 200 ° C. or lower. Therefore, it is very effective for a fine element pattern process in which a comprehensive heat treatment history (thermal budget) during a semiconductor integrated circuit manufacturing process such as source / drain activation is severe. Furthermore, when forming an opening in a laminated film in which a silicon oxide film and an organic / inorganic hybrid film are alternately deposited, it can be used in combination with an ashing process for removing a resist mask pattern after dry etching. It becomes possible to simplify.
請求項5では、請求項2記載の半導体装置の製造方法において、酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含む薬液を用いて行うことが好ましい。弗素を含む薬液による除去レートは有機無機ハイブリッド膜と比較して酸化層の方が非常に大きくなるので、酸化層を選択的に除去することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second aspect, the step of selectively removing the oxide layer is preferably performed using a chemical solution containing fluorine. Since the removal rate of the chemical solution containing fluorine is much higher in the oxide layer than in the organic-inorganic hybrid film, the oxide layer can be selectively removed.
請求項6では、請求項2記載の半導体装置の製造方法において、酸化層を選択的に除去する工程は、弗素を含むガスを用いて行うことが好ましい。弗素を含むガスでも請求項5と同等の効果がある。 According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second aspect, the step of selectively removing the oxide layer is preferably performed using a gas containing fluorine. Even a gas containing fluorine has an effect equivalent to that of the fifth aspect.
この発明の請求項7記載の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上にシリコン酸化膜とSiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜とを交互に堆積して積層膜を形成する工程と、積層膜に開口部を形成する工程と、積層膜の開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜の所定部分を膜収縮により後退させて、積層膜の開口部側面に凹凸を形成する工程とを行うので、開口部側面に高精度に制御された所望の凹凸形状を形成することができる。すなわち、有機無機ハイブリッド膜の熱収縮特性を調査することにより、所望の膜収縮量を決めることができるので、制御性の良い凹凸形状を形成することができる。このため、キャパシタセルの表面積を制御性良く拡大することができるので、キャパシタセル容量を拡大すると伴に、セル容量のばらつきが原因で起こる特性不良の発生を防止することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7 of the present invention, a silicon oxide film and SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) are formed on the semiconductor substrate. A step of forming a laminated film by alternately depositing organic-inorganic hybrid films represented by the following: a step of forming an opening in the laminated film, and a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film exposed at the side of the opening of the laminated film The film is retracted by film contraction, and the step of forming irregularities on the side surface of the opening of the laminated film is performed, so that a desired uneven shape controlled with high accuracy can be formed on the side surface of the opening. That is, by investigating the heat shrinkage characteristics of the organic-inorganic hybrid film, a desired film shrinkage amount can be determined, so that an uneven shape with good controllability can be formed. For this reason, since the surface area of the capacitor cell can be increased with good controllability, it is possible to increase the capacitor cell capacity and to prevent the occurrence of characteristic defects caused by variations in cell capacity.
請求項8では、請求項7記載の半導体装置の製造方法において、積層膜の開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜の所定部分を膜収縮により水平方向に後退させる工程は、積層膜の開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜に熱エネルギーを付与することにより行うことが好ましい。例えば、有機無機ハイブリッド膜に熱エネルギーを与えると、積層膜の開口部側面から有機無機ハイブリッド膜を構成するC、O、H、Nの一部が元素単体あるいは反応ガスとなって膜外に排出される。そのため、積層膜の開口部側面の所定部分では、有機無機ハイブリッド膜の体積が小さくなって水平方向に後退すると考えられる。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the step of retracting a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film exposed on the side surface of the opening of the laminated film in the horizontal direction by film shrinkage is performed by the opening of the laminated film. It is preferable to carry out by applying thermal energy to the organic-inorganic hybrid film exposed on the side surface. For example, when heat energy is applied to the organic / inorganic hybrid film, a part of C, O, H, and N constituting the organic / inorganic hybrid film is discharged from the film as a single element or reaction gas from the side surface of the opening of the laminated film. Is done. For this reason, it is considered that the volume of the organic-inorganic hybrid film is reduced in a predetermined portion on the side surface of the opening of the laminated film and is retracted horizontally.
この発明の第1の実施形態を図1〜図6に基づいて説明する。図1(a)〜(e)および図2(a)、(b)は本発明の第1の実施形態においてDRAMあるいはそれを含む半導体集積回路のメモリセル部の製造工程を示す工程断面図である。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (e) and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are process sectional views showing a manufacturing process of a memory cell portion of a DRAM or a semiconductor integrated circuit including the DRAM in the first embodiment of the present invention. is there.
本発明の第1の実施形態による製造方法の要点は、半導体基板上に形成された開口部を含む領域にキャパシタセルを形成する半導体装置の製造方法であって、半導体基板上にシリコン酸化膜と一般式SiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜とを交互に堆積した積層膜に開口部を形成し、開口部側面に酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを照射して、開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜の所定部分を酸化層に変換した後、酸化層を選択的に除去することによって、開口部側面に凹凸形状を形成するものである。 The main point of the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device in which a capacitor cell is formed in a region including an opening formed on a semiconductor substrate, and a silicon oxide film and a semiconductor substrate are formed on the semiconductor substrate. Forming an opening in a laminated film in which organic-inorganic hybrid films represented by the general formula SiC w H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) are alternately deposited; By irradiating the side surface of the opening with oxygen radicals or nitrogen radicals to convert a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film exposed on the side surface of the opening into an oxide layer, the oxide layer is selectively removed, thereby An uneven shape is formed.
図1は酸素ラジカルを照射する場合のメモリセル部の製造工程を示しているが、窒素ラジカルを照射する場合は(d)の工程だけが異なり、これ以外の工程は酸素ラジカルを照射する場合と同じである。窒素ラジカルを照射する工程(d)の断面図は図4に示す。 FIG. 1 shows the manufacturing process of the memory cell portion in the case of irradiating oxygen radicals. However, in the case of irradiating nitrogen radicals, only the step (d) is different, and the other steps are the case of irradiating oxygen radicals. The same. A cross-sectional view of the step (d) of irradiation with nitrogen radicals is shown in FIG.
まず、図1(a)に示すように、第一のシリコン酸化膜101(CVD法により例えば膜厚は400nm)、半導体基板100の上に形成するが、この第一のシリコン酸化膜101には半導体基板100のソース・ドレイン拡散層に達するコンタクトホールがパターニングされている。次に、第一のシリコン酸化膜101上にポリシリコン膜を減圧CVD法により例えば500nm堆積し、パターニング部以外のポリシリコン膜をCMP(Chemical Mechanical Polish)法、又はエッチバック法を用いて除去することによって、キャパシタの下部電極と基板100のソース/ドレイン領域(図示せず)とを電気的に接続するためのプラグ102を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a first silicon oxide film 101 (for example, a film thickness of 400 nm is formed by a CVD method) is formed on a
次に、図1(b)に示すように、シリコン窒化膜103を例えば減圧CVD法により50nm堆積する。次に、シリコン酸化膜としてPTEOS膜104aをプラズマCVD法により150nm堆積し、更に上に述べた有機無機ハイブリッド膜の一つで、SiCwHxOy(w>0、x≧0、y>0)で表されるMSQ膜(メチルシルセスキオキサン)104bをプラズマCVD法により150nm堆積する。このPTEOS膜104aとMSQ膜104bの堆積を交互に繰り返すことにより5層からなる積層膜104を形成する。次に、フォトリソグラフィー法により、レジストパターン105を積層膜104の上に形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, a
次に、図1(c)に示すように、ドライエッチング法により、レジストパターン105をマスクとして積層膜104とシリコン窒化膜103に垂直形状をした開口部106を形成し、MSQ膜104bにダメージを与えない水素ガスを用いたアッシング処理と硫酸または硫酸と過酸化水素水の混合液による洗浄を行なうことでレジストパターン105を除去する。
Next, as shown in FIG. 1C, an
ここで、積層膜104をドライエッチングする条件の一例を示す。ドライエッチングでは、プラズマ生成とイオンエネルギー制御を独立に制御できる高周波電源を2つ以上備えたプラズマエッチング装置を使用した。
<ドライエッチング条件>
処理圧力:5Pa
上部印加電力(プラズマ生成用):1000W
下部印加電力(イオンエネルギー制御用):500W
ガス:CF4/CHF3/Ar/N2=30/30/800/150ml/min
ウェハ温度:0℃
次に、図1(d)に示すように、例えば酸素ラジカル107を開口部106の側面に露出したMSQ膜104bに照射して、MSQ膜104bの所定部分(水平方向に50nm程度)を酸化層108に変換する。この工程は酸素ラジカルの代わりに窒素ラジカルを照射しても全く同様に行なわれる。
Here, an example of conditions for dry-etching the
<Dry etching conditions>
Processing pressure: 5Pa
Upper applied power (for plasma generation): 1000W
Lower applied power (for ion energy control): 500W
Gas: CF 4 / CHF 3 / Ar / N 2 = 30/30/800/150 ml / min
Wafer temperature: 0 ° C
Next, as shown in FIG. 1D, for example, the oxygen radical 107 is irradiated to the
次に、図1(e)に示すように、開口部106側面に形成された酸化層108を例えばHF5%含有する薬液を用いて選択的に除去して、開口部106の側面に50nm程度の凹凸部109を有する積層膜110を形成する。
Next, as shown in FIG. 1E, the
次に、図2(a)に示すように、積層膜110の上にキャパシタセルの下部電極となるTiN膜111をプラズマCVD法により例えば30nm堆積し、開口部106以外のTiN膜111をCMP(Chemical Mechanical Polish)法、またはエッチバック法を用いて除去する。次に、キャパシタ容量絶縁膜となるTa2O5膜112をCVD法により例えば8nm堆積し、その上にキャパシタセルの上部電極となるTiN膜113をCVD法により例えば50nm堆積する。次に、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターン114を形成する。
Next, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2(b)に示すように、レジストパターン114をマスクにしてTiN膜114をドライエッチングした後、アッシング処理および洗浄処理を行なうことによってレジストパターン114を除去する。このようにして、半導体メモリ素子を構成するキャパシタセルの基本構造が完成する。
Next, as shown in FIG. 2B, after the
本実施形態の工程の特徴は図1(d)、(e)の工程にあるが、図1(d)に示す酸化層108の形成方法について更に具体的に説明する。酸化層108を形成するためには図3に示すようなプラズマ処理装置を使用する。
The feature of the process of this embodiment is in the process of FIGS. 1D and 1E, and the method for forming the
図3において、プラズマ処理装置の処理室201は接地されており、マスフローコントローラ(図示は省略している)により流量を制御されたガスが導入管202よりプラズマ生成室203に導入される。プラズマ生成室203には高周波電源204が接続されており、高周波電源204から供給される電力によってガスがプラズマ化しイオンとラジカルが生成される。処理室201とプラズマ生成室203とは距離が離れているため、イオンは途中で消滅してしまいラジカルのみが処理室201に到達する。また、処理室201には試料台205が設置されており、図示は省略しているが試料台205の内部には、ヒーター等によって試料台205の温度を100℃〜300℃程度の範囲で制御する温度制御装置が設けられている。更に処理室201の圧力はドライポンプ(図示は省略している)により50Pa〜200Pa程度の範囲に制御される。
In FIG. 3, the
このプラズマ処理装置内部の試料台205上に開口部106を有する積層膜104を形成した半導体基板を設置し、開口部106の側面に露出したMSQ膜104bに酸素ラジカル107を照射して酸化層108に変換する。
A semiconductor substrate on which a
具体的条件として、酸素ラジカルを用いる場合は、例えば処理室201内の処理圧力:100Pa、高周波電力:1000W、O2流量:1000ml/min、試料台205の温度:250℃を適用することにより、開口部106の側面に露出したMSQ膜104bを約50nmの酸化層108に変換できる。MSQ膜を一般化した式SiCwHxOy(w>0、x≧0、y>0)で表される膜に酸素ラジカルを照射することにより、MSQ膜のC、Hと酸素ラジカルが反応し、
SiCwHxOy+O*→SiOv(v=1〜2)+CO2↑+H2O↑
なる反応過程経て酸化層が形成されると考えられる。
As specific conditions, when oxygen radicals are used, for example, by applying a processing pressure in the processing chamber 201: 100 Pa, a high frequency power: 1000 W, an O 2 flow rate: 1000 ml / min, and a temperature of the sample stage 205: 250 ° C. The
SiC w H x O y + O * → SiO v (v = 1 to 2) + CO 2 ↑ + H 2 O ↑
It is considered that an oxide layer is formed through the following reaction process.
また、窒素ラジカルを照射する場合もまた図3に示すようなプラズマ処理装置を使用し、具体的な条件として、例えば処理室201内の処理圧力:100Pa、高周波電力:1000W、N2流量:1000ml/min、試料台205の温度:250℃の条件を適用することにより、図4に示すように、窒素ラジカル301によって開口部106の側面に露出したMSQ膜104bに約50nmの酸化層302を形成することができる。MSQ膜に窒素ラジカル照射すると、MSQ膜のC、H、Nと窒素ラジカルが反応し、
SiCwHxOy+N*→SiOv(v=1〜2)+HCN↑+CN↑+etc↑
なる反応過程を経て酸化層が形成されると考えられる。
In the case of irradiation with nitrogen radicals, a plasma processing apparatus as shown in FIG. 3 is also used. Specific conditions include, for example, processing pressure in the processing chamber 201: 100 Pa, high-frequency power: 1000 W, N 2 flow rate: 1000 ml. / Min, the temperature of the sample stage 205: Applying the conditions of 250 ° C., an
SiC w H x O y + N * → SiO v (v = 1 to 2) + HCN ↑ + CN ↑ + etc ↑
It is considered that an oxide layer is formed through the following reaction process.
以上のようなMSQ膜に酸素、窒素ラジカルを照射する過程においてMSQ膜に含有するC、Hは反応中間段階で酸素または窒素と結合し最終的に気体となってMSQ膜から処理室へ拡散し、外部へ排気される。そしてMSQ膜表面にはSiO成分だけが残り酸化層に変換されると考えられる。また、MSQ膜104bの表面層が酸化層108,302に変換される過程を見ると、MSQ膜104bを構成するSi−CH3結合が酸素ラジカル、窒素ラジカルとの化学反応によりSi−O結合、Si−OH結合に変化することにより形成されると考えられる。
In the process of irradiating the MSQ film with oxygen and nitrogen radicals as described above, C and H contained in the MSQ film are combined with oxygen or nitrogen in the intermediate stage of the reaction, and finally become gas and diffuse from the MSQ film to the processing chamber. Exhausted to the outside. It is considered that only the SiO component remains on the surface of the MSQ film and is converted into an oxide layer. Further, when the process in which the surface layer of the
このように本発明の構成の特徴の一つは、積層膜の開口部側面に有機無機ハイブリッド膜を露出させた後、この有機無機ハイブリッド膜の表面部を酸化層に変質させることであるが、実際に例えば酸素ラジカルをO2プラズマにて発生させて形成し、有機無機ハイブリッド膜の一つであるMSQ膜に照射した後、照射部をFTIR(フーリエ変換赤外吸収スペクトル)で調べると図5に示すように酸素ラジカル照射時間にしたがってSi−O結合スペクトルのみが強く現れ、残るようになる。これはMSQ膜のC、Hなどが酸素ラジカル照射によって除去され、実際に酸化層に変換されていることを示すものである。 Thus, one of the features of the configuration of the present invention is that after exposing the organic-inorganic hybrid film on the side surface of the opening of the laminated film, the surface portion of the organic-inorganic hybrid film is transformed into an oxide layer. Actually, for example, oxygen radicals are generated by O 2 plasma, formed, and irradiated to an MSQ film which is one of the organic-inorganic hybrid films. As shown in FIG. 4, only the Si—O bond spectrum appears strongly and remains according to the oxygen radical irradiation time. This indicates that C, H, etc. of the MSQ film are removed by oxygen radical irradiation and actually converted into an oxide layer.
このようにして酸化層中にはSi−O、Si−OH結合が存在するが、C、Nが酸素ラジカルによって抜き出された後の結合手には、O、OHと結合しないでいるダングリングボンドなども多数存在している。このため、酸化層はCVDシリコン酸化膜、熱酸化膜などと比べて密度が低く、図1(e)の工程で使用するHF含有薬液中のF−と結合しやすい。一方、MSQ膜104bはSi原子にメチル基から電子が供給され、ダングリングボンド数が少なくなっているのでF−と反応し難い性質がある。このため、図1(e)の工程において、HF含有薬液を用いればこの酸化層は残留したMSQ膜に対して選択的に容易に除去することが出来る。すなわち、上記薬液による除去レートはMSQ膜104bと比較して酸化層108,302の方が非常に大きくなるので、酸化層108,302を選択的に除去することができる(選択比:10程度)。
In this way, there are Si—O and Si—OH bonds in the oxide layer, but dangling that is not bonded to O and OH in the bonds after C and N are extracted by oxygen radicals. There are many bonds. For this reason, the oxide layer has a lower density than a CVD silicon oxide film, a thermal oxide film, and the like, and is easily bonded to F − in the HF-containing chemical solution used in the step of FIG. On the other hand, the
以上説明したように、本実施形態による製造方法では、酸素ラジカルまたは窒素ラジカルの照射するパラメータを変化させると、例えば図6で表される傾向となるので、酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを照射するパラメータを制御することでMSQ膜の所望領域を酸化層に精度良く変換することができる。そして、制御性良く形成された酸化層をHF含有薬液を用いたウェットエッチで除去することで、キャパシタセル部を構成する積層膜の開口部側面に制御性の良い凹凸形状を形成することができる。すなわち、キャパシタセルの表面積を制御性良く拡大することができるので、キャパシタセル容量を拡大すると伴に、セル容量のばらつきが原因で起こる特性不良の発生を防止することができる。 As described above, in the manufacturing method according to the present embodiment, if the parameter irradiated with oxygen radicals or nitrogen radicals is changed, for example, the tendency shown in FIG. By controlling, a desired region of the MSQ film can be accurately converted into an oxide layer. Then, by removing the oxide layer formed with good controllability by wet etching using a HF-containing chemical solution, it is possible to form a concavo-convex shape with good controllability on the side surface of the opening of the laminated film constituting the capacitor cell part. . That is, since the surface area of the capacitor cell can be expanded with good controllability, it is possible to increase the capacitor cell capacity and to prevent the occurrence of characteristic defects caused by the variation in cell capacity.
窒素ラジカルを照射する方法では、MSQ膜以外の部分に酸化層を形成することはないので、MSQ膜以外の部分に酸化層を形成したくない場合に有効である。 The method of irradiating nitrogen radicals is effective when an oxide layer is not formed in a portion other than the MSQ film because an oxide layer is not formed in a portion other than the MSQ film.
酸素ラジカル、窒素ラジカルを照射する方法では、ラジカル自身の反応性にて酸化層が形成されるので300℃以下の低温にてMSQ膜を酸化層に変換することができる。したがって、ソース・ドレイン活性化などの半導体集積回路製造工程中の総合熱処理履歴(サーマルバジェット)が厳しい微細素子パターンプロセスには非常に有効である。 In the method of irradiating oxygen radicals and nitrogen radicals, an oxide layer is formed by the reactivity of the radical itself, so that the MSQ film can be converted into an oxide layer at a low temperature of 300 ° C. or lower. Therefore, it is very effective for a fine element pattern process in which a comprehensive heat treatment history (thermal budget) during a semiconductor integrated circuit manufacturing process such as source / drain activation is severe.
本実施形態では、積層膜104にドライエッチングにより開口部106を形成し、アッシング、洗浄処理によってレジストパターン105を除去した後、酸素ラジカル、窒素ラジカルを照射してMSQ膜を酸化層に変換したが、ドライエッチング後のレジストパターンアッシング処理時に酸素ラジカルまたは窒素ラジカルを用いてレジストのアッシングとMSQ膜の酸化層への変換を同時に行なってもよい。
In this embodiment, the
この発明の第2の実施形態を図7〜図9に基づいて説明する。図7(a)〜(d)および図8(a)、(b)は本発明の第2の実施形態において、DRAMあるいはそれを含む半導体集積回路のメモリセル部の製造工程を示す工程断面図である。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 (a) to 7 (d) and FIGS. 8 (a) and 8 (b) are process sectional views showing a manufacturing process of a memory cell portion of a DRAM or a semiconductor integrated circuit including the DRAM in the second embodiment of the present invention. It is.
本発明の第2の実施形態による製造方法の要点は、半導体基板上に形成された開口部を含む領域にキャパシタセルを形成する半導体装置の製造方法であって、シリコン酸化膜と一般式SiCwHxOyNz(w>0、x≧0、y>0、z≧0)で表される有機無機ハイブリッド膜とを交互に堆積した積層膜に開口部を形成し、熱エネルギーを付与することで開口部側面に露出した有機無機ハイブリッド膜の所定部分を膜収縮により水平方向に後退させることによって、開口部側面に凹凸形状を形成するものである。 The main point of the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device in which a capacitor cell is formed in a region including an opening formed on a semiconductor substrate, and includes a silicon oxide film and a general formula SiC w. An opening is formed in the laminated film in which organic-inorganic hybrid films represented by H x O y N z (w> 0, x ≧ 0, y> 0, z ≧ 0) are alternately deposited, and thermal energy is applied. By doing so, a predetermined portion of the organic-inorganic hybrid film exposed on the side surface of the opening is retreated in the horizontal direction by film contraction, thereby forming an uneven shape on the side surface of the opening.
まず、図7(a)に示すように、第一のシリコン酸化膜501(CVD法により例えば膜厚は400nm)、半導体基板500の上に形成するが、この第一のシリコン酸化膜501には半導体基板500のソース・ドレイン拡散層に達するコンタクトホールがパターニングされている。次に、第一のシリコン酸化膜501上にポリシリコン膜を減圧CVD法により例えば500nm堆積し、パターニング部以外のポリシリコン膜をCMP(Chemical Mechanical Polish)法、又はエッチバック法を用いて除去することによって、キャパシタの下部電極と基板500のソース/ドレイン領域(図示せず)とを電気的に接続するためのプラグ502を形成する。
First, as shown in FIG. 7A, a first silicon oxide film 501 (for example, the film thickness is 400 nm by a CVD method) is formed on the
次に、図7(b)に示すように、シリコン窒化膜503を例えば減圧CVD法により50nm堆積する。次に、シリコン酸化膜としてPTEOS膜504aをプラズマCVD法により400℃以下の温度で例えば150nm堆積し、更に上に述べた有機無機ハイブリッド膜の一つで、SiCwHxOy(w>0、x≧0、y>0)で表されるMSQ膜(メチルシルセスキオキサン)504bをプラズマCVD法により400℃以下の温度で例えば150nm堆積する。このPTEOS膜504aとMSQ膜504bの堆積を交互に繰り返すことにより5層からなる積層膜504を形成する。次に、フォトリソグラフィー法により、レジストパターン505を積層膜104の上に形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, a
次に、図7(c)に示すように、ドライエッチング法により、レジストパターン505をマスクとして積層膜504とシリコン窒化膜503に垂直形状をした開口部506を形成し、MSQ膜504bにダメージを与えない水素ガスを用いたアッシング処理と硫酸または硫酸と過酸化水素水の混合液による洗浄を行なうことでレジストパターン505を除去する。ここで、積層膜504をドライエッチングする条件の一例を示す。ドライエッチングでは、プラズマ生成とイオンエネルギー制御を独立に制御できる高周波電源を2つ以上備えたプラズマエッチング装置を使用した。
<ドライエッチング条件>
処理圧力:5Pa
上部印加電力(プラズマ生成用):1000W
下部印加電力(イオンエネルギー制御用):500W
ガス:CF4/CHF3/Ar/N2=30/30/800/150ml/min
ウェハ温度:0℃
例えば上記の開口部寸法が400nm、隣接する開口部どうしの間隔が150nmとなるように設定する。
Next, as shown in FIG. 7C, an
<Dry etching conditions>
Processing pressure: 5Pa
Upper applied power (for plasma generation): 1000W
Lower applied power (for ion energy control): 500W
Gas: CF 4 / CHF 3 / Ar / N 2 = 30/30/800/150 ml / min
Wafer temperature: 0 ° C
For example, the opening size is set to 400 nm, and the interval between adjacent openings is set to 150 nm.
次に、図7(d)に示すように、積層膜504を有する半導体基板を400℃以上の熱処理を行い、開口部506の側面に露出したMSQ膜の504bの表面を約30nm後退させることによって、開口部506の側面に約30nmの凹凸部507を有する積層膜508を形成する。
Next, as shown in FIG. 7D, the semiconductor substrate having the
次に、図8(a)に示すように、積層膜508の上にキャパシタセルの下部電極となるTiN膜509をプラズマCVD法により例えば30nm堆積し、開口部506以外のTiN膜509をCMP(Chemical Mechanical Polish)法、またはエッチバック法を用いて除去する。次に、キャパシタ容量絶縁膜となるTa2O5膜510をCVD法により例えば8nm堆積し、その上にキャパシタセルの上部電極となるTiN膜511をCVD法により例えば50nm堆積する。次に、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターン512を形成する。
Next, as shown in FIG. 8A, a
次に、図8(b)に示すように、レジストパターン512をマスクにしてTiN膜511をドライエッチングした後、アッシング処理および洗浄処理を行なうことによってレジストパターン512を除去する。このようにして、半導体メモリ素子を構成するキャパシタセルの基本構造が完成する。
Next, as shown in FIG. 8B, after the
本実施形態の工程の特徴は図7(d)の工程にあるが、図7(d)に示す凹凸部507の形成方法について更に具体的に説明する。
The feature of the process of the present embodiment is in the process of FIG. 7D, and the method for forming the
図9に、MSQ膜の膜収縮率と熱処理を行なう際の処理温度との関係を表すグラフを示す。グラフの縦軸はMSQ膜の膜収縮率を、横軸は処理温度をそれぞれ示している。このグラフから、MSQ膜に熱エネルギーを与えるとMSQ膜に収縮が起こることが分かる。この膜収縮の温度特性として、処理温度が300℃くらいまでは緩やかに膜収縮が起こり、300℃以上の温度になると膜収縮の勾配が急激になって、その後400℃以上で再び膜収縮が緩やかになる傾向を示す。本発明者の検討結果では、MSQ膜に400℃以上の熱処理を行なうと、熱処理前の膜厚に比べておよそ20%の膜収縮が起こることが分かった。上記実施形態では、隣接する開口部の間隔が150nmに設定しているので、400℃以上の熱処理を行うことにより、およそ30nm程度の膜収縮が起こる。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the film shrinkage rate of the MSQ film and the processing temperature when performing the heat treatment. The vertical axis of the graph represents the film shrinkage rate of the MSQ film, and the horizontal axis represents the treatment temperature. From this graph, it can be seen that when thermal energy is applied to the MSQ film, the MSQ film contracts. As a temperature characteristic of the film shrinkage, the film shrinkage gradually occurs until the processing temperature is about 300 ° C., and when the temperature reaches 300 ° C. or higher, the gradient of the film shrinkage becomes sharp, and then the film shrinkage gradually decreases again at 400 ° C. or higher. Show the tendency to become. As a result of examination by the inventors, it has been found that when the MSQ film is subjected to heat treatment at 400 ° C. or higher, film shrinkage of about 20% occurs compared to the film thickness before heat treatment. In the above embodiment, since the interval between the adjacent openings is set to 150 nm, the film shrinkage of about 30 nm occurs by performing the heat treatment at 400 ° C. or higher.
これは、MSQ膜を一般化した式SiCwHxOy(w>0、x≧0、y>0)で表される膜に熱エネルギーを与えることにより、MSQ膜を構成するH、O、CとSiとの結合が切れてそれぞれの元素が元素単体もしくは反応ガスとして膜外に放出されるために起こる
と考えられる。
This is because the thermal energy is applied to the film represented by the formula SiC w H x O y (w> 0, x ≧ 0, y> 0), which is a generalization of the MSQ film, thereby forming the H, O, It is considered that this occurs because the bond between C and Si is broken and each element is released from the film as a single element or as a reaction gas.
以上説明したように、本実施形態による製造方法では、一例として、MSQ膜504bの熱処理による膜収縮を利用して開口部506の側面に凹凸部507を形成する方法を説明したが、MSQ膜以外の有機無機ハイブリッド膜においても同様の効果を得ることができる。よって、有機無機ハイブリッド膜の熱収縮特性を調査することにより、所望の膜収縮量を決めることができるので、キャパシタセル部を構成する積層膜の開口部側面に制御性の良い凹凸形状を形成することができる。したがって、キャパシタセルの表面積を制御性良く拡大することができるため、キャパシタセルのセル容量を拡大すると伴に、セル容量のばらつきが原因で起こる特性不良の発生を防止することができる。
As described above, in the manufacturing method according to the present embodiment, as an example, the method of forming the concavo-
本実施形態では、400℃以上の熱処理を行なってMSQ膜を水平方向に後退させることにより開口部側面に凹凸部を形成したが、図7(d)の熱処理を行なわず、図8(a)の下部電極となる導電膜、例えばTiN膜を400℃以上の温度で堆積しても同様の効果が得られる。 In this embodiment, the heat treatment at 400 ° C. or higher is performed to retract the MSQ film in the horizontal direction, thereby forming the uneven portion on the side surface of the opening. However, the heat treatment of FIG. A similar effect can be obtained by depositing a conductive film, for example, a TiN film, which will be the lower electrode, at a temperature of 400 ° C. or higher.
本発明に係る半導体装置およびその製造方法は、電荷蓄積容量部の表面積を高精度に拡大することができる効果を有し、DRAM等のメモリ素子の電荷蓄積容量部の製造方法として有用である。 The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention have an effect of increasing the surface area of the charge storage capacitor portion with high accuracy, and are useful as a method for manufacturing the charge storage capacitor portion of a memory element such as a DRAM.
10 半導体基板
11 PTEOS膜
12 BPSG膜
13 積層膜
14 開口部
15 凹凸部
16 ドープトシリコン膜
17 Ta2O5膜
18 TiN膜
100,500 半導体基板
101,501 シリコン酸化膜
102,502 プラグ
103,503 シリコン窒化膜
104a,504a PTEOS膜
104b,504b MSQ膜
104,504 積層膜
105,505 レジストパターン
106,506 開口部
107 酸素ラジカル
108,302 酸化層
109,507 凹凸部
110,508 開口部側面に凹凸部を有する積層膜
111,509 TiN膜
112,510 T2O5膜
113,511 TiN膜
114,512 レジストパターン
201 処理室
202 ガス導入口
203 プラズマ生成室
204 高周波電源
205 試料台
301 窒素ラジカル
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JP2014075504A (en) * | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
-
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- 2006-01-17 JP JP2006008335A patent/JP2007194245A/en active Pending
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