JP2008010634A - キャパシタを含む半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体基板上に層間絶縁膜(22)が形成されている。この層間絶縁膜を貫通するビアホール内に導電プラグ(25)が充填されている。平面視において導電プラグを内包するように、層間絶縁膜の上に、導電性の酸素バリア膜(33)が形成されている。酸素バリア膜の上に、下部電極、誘電体膜、及び上部電極がこの順番に積層されたキャパシタ(35)が形成されている。酸素バリア膜と下部電極(36)との界面に中間層(34)が配置されている。中間層は、酸素バリア膜の少なくとも1つの構成元素と、下部電極の少なくとも1つの構成元素とを含む合金で形成される。
【選択図】 図1
Description
半導体基板上に形成された層間絶縁膜(22)と、
前記層間絶縁膜を貫通するビアホール内に充填された導電プラグ(25)と、
平面視において前記導電プラグを内包するように、前記層間絶縁膜の上に形成された導電性の酸素バリア膜(33)と、
前記酸素バリア膜の上に形成され、下部電極、誘電体膜、及び上部電極がこの順番に積層されたキャパシタ(35)と、
前記酸素バリア膜と前記下部電極との界面に配置され、該酸素バリア膜の少なくとも1つの構成元素と、該下部電極の少なくとも1つの構成元素とを含む合金からなる中間層と
を有する半導体装置が提供される。
(a)半導体基板上に層間絶縁膜(22)を形成する工程と、
(b)前記層間絶縁膜を貫通するビアホールを形成し、該ビアホール内に導電プラグ(25)を充填する工程と、
(c)前記導電プラグの上面上、及び前記層間絶縁膜の上面上に、酸素バリア膜(33)を形成する工程と、
(d)前記酸素バリア膜の上に下部電極層(36)を堆積させる工程と、
(e)熱処理を行うことにより、前記酸素バリア膜と前記下部電極層との界面に、該酸素バリア膜の少なくとも1つの構成元素と、該下部電極の少なくとも1つの構成元素とを含む合金からなる中間層を形成する工程と、
(f)前記下部電極層の上に、誘電体層(37)、及び上部電極層(38)を順番に積層する工程と、
(g)前記導電プラグが配置された領域に前記酸素バリア膜が残るように、該酸素バリア膜から前記上部電極層までの各層をパターニングする工程と
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
・基板表面と対向電極との間隔 約9mm(350mils);
・圧力 266Pa(2Torr);
・基板温度:400℃;
・NH3ガス流量:350sccm;
・基板側電極に供給する13.56MHzのRFパワー 100W;
・対向電極に供給する350kHzのRFパワー 55W;
・処理時間 60秒。
・基板とターゲットとの間隔 60mm;
・Arガス圧 0.15Pa;
・基板温度 150℃;
・DCパワー 2.6kW;
・成膜時間 35秒。
・アニール温度 600℃;
・処理時間 60秒。
・アニール温度 650℃;
・処理時間 60秒。
・Arガス流量 40sccm;
・N2ガス流量 10sccm;
・圧力 253.3Pa;
・基板温度 400℃;
・DCパワー 1.0kW。
・Ar雰囲気圧力 0.11Pa;
・基板温度500℃;
・DCパワー 0.5kW。
・温度 650℃;
・処理時間 60秒。
・基板温度 300℃;
・Arガス流量 140sccm;
・O2ガス流量 60sccm;
・圧力 0.9Pa;
・DCパワー 1〜2kW。
・処理温度 725℃;
・雰囲気 O2流量20sccm+Ar流量2000sccm;
・処理時間 60秒。
・基板温度 20℃;
・Arガス流量 100sccm;
・O2ガス流量 100sccm;
・圧力 0.6Pa;
・DCパワー 1kW。
・Arガス流量 199sccm;
・圧力 1Pa;
・基板温度 350℃;
・DCパワー 1.0kW。
2 素子分離絶縁膜
3 p型ウェル
5 MOSトランジスタ
6 金属シリサイド膜
11 カバー絶縁膜
12、22、55、58 層間絶縁膜
15、16、25、60、65 導電プラグ
21 酸化防止膜
25a 窪み
30 下地導電膜
31 結晶性向上膜
33 酸素バリア膜
34 中間層
35 強誘電体キャパシタ
36 下部電極
37 誘電体膜
38 上部電極
40 水素バリア膜
45 第1ハードマスク
46 第2ハードマスク
50、51 保護膜
57 バリア膜
71、75 配線
80、85 ビアホール
WL ワード線
BL ビット線
PL プレート線
Claims (11)
- 半導体基板上に形成された層間絶縁膜(22)と、
前記層間絶縁膜を貫通するビアホール内に充填された導電プラグ(25)と、
平面視において前記導電プラグを内包するように、前記層間絶縁膜の上に形成された導電性の酸素バリア膜(33)と、
前記酸素バリア膜の上に形成され、下部電極(36)、誘電体膜(37)、及び上部電極(38)がこの順番に積層されたキャパシタ(35)と、
前記酸素バリア膜と前記下部電極との界面に配置され、該酸素バリア膜の少なくとも1つの構成元素と、該下部電極の少なくとも1つの構成元素とを含む合金からなる中間層(34)と
を有する半導体装置。 - 前記酸素バリア膜が、TiAlNで形成され、前記下部電極がIr、Pt、PtO、IrO、及びSrRuO3からなる群より選択された1つの材料で形成されている請求項1に記載の半導体装置。
- 前記導電プラグの上面が前記層間絶縁膜の上面よりも低く、さらに、前記層間絶縁膜及び前記導電プラグの上面と、前記酸素バリア膜との間に、下地導電膜(30)が配置されており、該下地導電膜の上面が平坦化されている請求項1に記載の半導体装置。
- 前記導電プラグの上面が前記層間絶縁膜の上面よりも低く、さらに、前記導電プラグの上面と、前記酸素バリア膜との間に、下地導電膜(30)が配置されており、該下地導電膜の上面及び該層間絶縁膜の上面で構成される表面が平坦化されている請求項1に記載の半導体装置。
- 前記キャパシタの誘電体膜が、ペロブスカイト構造またはBi層状構造を持つ強誘電体材料で形成されている請求項1に記載の半導体装置。
- (a)半導体基板上に層間絶縁膜(22)を形成する工程と、
(b)前記層間絶縁膜を貫通するビアホールを形成し、該ビアホール内に導電プラグ(25)を充填する工程と、
(c)前記導電プラグの上面上、及び前記層間絶縁膜の上面上に、酸素バリア膜(33)を形成する工程と、
(d)前記酸素バリア膜の上に下部電極層(36)を堆積させる工程と、
(e)熱処理を行うことにより、前記酸素バリア膜と前記下部電極層との界面に、該酸素バリア膜の少なくとも1つの構成元素と、該下部電極の少なくとも1つの構成元素とを含む合金からなる中間層(34)を形成する工程と、
(f)前記下部電極層の上に、誘電体層(37)、及び上部電極層(38)を順番に積層する工程と、
(g)前記導電プラグが配置された領域に前記酸素バリア膜が残るように、該酸素バリア膜から前記上部電極層までの各層をパターニングする工程と
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記工程eの熱処理を、前記誘電体層を形成する時の基板温度よりも高い温度で行う請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程eの熱処理を、不活性ガス雰囲気中で行う請求項6または7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記不活性ガスがAr、N2、またはHeである請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程bと工程cとの間に、さらに、
(b1)前記導電プラグの上面及び前記層間絶縁膜の上面を、NH3、N2O、またはN2を含むガスのプラズマに晒す工程と、
(b2)前記プラズマに晒された表面上に、下地導電膜(30)を堆積させる工程と、
(b3)前記下地導電膜の表面を平坦化する工程と
を含み、前記工程cにおいて、平坦化された前記下地導電膜の上に、前記酸素バリア膜を形成する請求項6乃至9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程b3と工程cとの間に、さらに、平坦化された前記下地導電膜の表面を、NH3、N2O、またはN2を含むガスのプラズマに晒す工程を含む請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
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