JP2009283570A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To decide the presence or absence of an etching product, without having to directly observe it in a semiconductor device, and to provide a manufacturing method of the device. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the semiconductor device is provided with: a process for forming a first conductive film 19; a ferroelectric film 20 and a second conductive film 21 above a silicon substrate 1; a process for patterning the second conductive film 21 and making it to be an upper electrode 21a; a process for patterning the ferroelectric film 20 and making it to be a capacitor dielectric film 20a; a process for etching the first conductive film 19 and making a lower electrode 19a, while a side of the resist pattern 30 is retreated with the resist pattern 30 as a mask; a process for measuring the width of a step face 21x becoming higher than the other region by reflecting the retreat of the resist pattern 30, in an upper face of the upper electrode 20a; and a process for deciding the presence or absence of the etching product stuck to a side of the capacitor dielectric film 20a, based on width C<SB>1</SB>of the step face 21x. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置とその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

電源を切っても情報を記憶することができる不揮発性メモリとして、フラッシュメモリや強誘電体メモリが知られている。   Flash memories and ferroelectric memories are known as nonvolatile memories that can store information even when the power is turned off.

このうち、フラッシュメモリは、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(IGFET)のゲート絶縁膜中に埋め込んだフローティングゲートを有し、記憶情報を表す電荷をこのフローティングゲートに蓄積することによって情報を記憶する。しかし、このようなフラッシュメモリでは、情報の書き込みや消去の際に、ゲート絶縁膜にトンネル電流を流す必要があり、比較的高い電圧が必要であるという欠点がある。   Among these, the flash memory has a floating gate embedded in a gate insulating film of an insulated gate field effect transistor (IGFET), and stores information by accumulating charges representing stored information in the floating gate. However, such a flash memory has a drawback that a tunnel current needs to flow through the gate insulating film when writing or erasing information, and a relatively high voltage is required.

これに対し、強誘電体メモリは、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)とも呼ばれ、強誘電体キャパシタが備える強誘電体膜のヒステリシス特性を利用して情報を記憶する。その強誘電体膜は、キャパシタの上部電極と下部電極の間に印加される電圧に応じて分極を生じ、その電圧を取り去っても自発分極が残留する。印加電圧の極性を反転すると、この自発分極も反転し、その自発分極の向きを「1」と「0」に対応させることで、強誘電体膜に情報が書き込まれる。この書き込みに必要な電圧はフラッシュメモリにおけるよりも低く、また、フラッシュメモリよりも高速で書き込みができるという利点がFeRAMにはある。   On the other hand, the ferroelectric memory is also called FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory), and stores information using the hysteresis characteristic of the ferroelectric film provided in the ferroelectric capacitor. The ferroelectric film is polarized according to the voltage applied between the upper electrode and the lower electrode of the capacitor, and the spontaneous polarization remains even if the voltage is removed. When the polarity of the applied voltage is reversed, this spontaneous polarization is also reversed, and the direction of the spontaneous polarization is made to correspond to “1” and “0”, whereby information is written in the ferroelectric film. FeRAM has the advantage that the voltage required for the writing is lower than that in the flash memory and that writing can be performed at a higher speed than the flash memory.

強誘電体キャパシタの下部電極と上部電極としては、貴金属膜や酸化貴金属膜が用いられることが多い。これは、これらの膜の配向の作用によって強誘電体膜の配向が揃えられ、強誘電体膜の強誘電体特性、例えば残留分極電荷量等を高めることができるからである。   As a lower electrode and an upper electrode of a ferroelectric capacitor, a noble metal film or an oxide noble metal film is often used. This is because the orientation of the ferroelectric film is aligned by the action of the orientation of these films, and the ferroelectric properties of the ferroelectric film, such as the amount of residual polarization charge, can be enhanced.

ただし、貴金属膜と酸化貴金属膜は化学反応性に乏しいため、これらの膜をドライエッチングして電極形状にパターニングするときに導電性のエッチング生成物が発生する。そのエッチング生成物がキャパシタ誘電体膜の側面に付着すると、上部電極と下部電極とのリークパスが該側面に形成され、強誘電体キャパシタが不良になってしまう。   However, since the noble metal film and the oxidized noble metal film are poor in chemical reactivity, conductive etching products are generated when these films are dry-etched and patterned into electrode shapes. If the etching product adheres to the side surface of the capacitor dielectric film, a leak path between the upper electrode and the lower electrode is formed on the side surface, and the ferroelectric capacitor becomes defective.

このような不都合を回避する方法として、レジストパターンが後退するエッチング条件で電極をパターニングすることにより、強誘電体キャパシタの側面をテーパー状に傾斜させ、該側面へのエッチング生成物の付着を防ぐ方法がある(特許文献1)。   As a method for avoiding such an inconvenience, a method for preventing the adhesion of the etching product to the side surface by tilting the side surface of the ferroelectric capacitor in a tapered manner by patterning the electrode under an etching condition in which the resist pattern recedes. (Patent Document 1).

この方法では、エッチング条件が変動すると所定のテーパー形状が得られなくなり、キャパシタ側面にエッチング生成物が付着する危険性が高まるので、エッチング条件を高精度に制御することが求められる。   In this method, when the etching conditions fluctuate, a predetermined taper shape cannot be obtained, and the risk of etching products adhering to the side surfaces of the capacitor increases. Therefore, it is required to control the etching conditions with high accuracy.

しかしながら、エッチング条件を制御しようとしても、エッチング装置に取り付けられた圧力計やマスフローメータ等の測定機器の校正が不十分な場合には、測定数値が実際の値から乖離してしまい、目標とするエッチング条件でのエッチングが困難となる。この場合、エッチング前に各測定器の校正を行っていたのでは、エッチング装置の停止時間が長くなり、FeRAMの量産が非効率的になってしまう。   However, even if it is attempted to control the etching conditions, if the calibration of measuring equipment such as a pressure gauge or mass flow meter attached to the etching apparatus is insufficient, the measured numerical value will deviate from the actual value, which is the target. Etching under etching conditions becomes difficult. In this case, if each measuring instrument is calibrated before etching, the stop time of the etching apparatus becomes long, and mass production of FeRAM becomes inefficient.

また、上記の測定機器の動作保証範囲の上限若しくは下限付近でエッチング条件を制御する場合にも、測定数値と実際の値との間に乖離が生じ易くなる。これを回避するため、測定機器を高精度なものに交換することも考えられるが、エッチング装置との互換性によっては交換できない場合もある。   In addition, even when the etching conditions are controlled near the upper or lower limit of the operation guarantee range of the measuring instrument, a divergence is likely to occur between the measured numerical value and the actual value. In order to avoid this, it is conceivable to replace the measuring instrument with a high-precision one, but there are cases where it cannot be replaced depending on the compatibility with the etching apparatus.

よって、この方法では、エッチングを終了した後に強誘電体キャパシタを実際に観察してみないと、その側面にエッチング生成物が付着していないとの確証が持てない。   Therefore, in this method, if the ferroelectric capacitor is not actually observed after the etching is finished, it cannot be confirmed that the etching product is not attached to the side surface.

なお、本願に関連する技術が特許文献2〜3にも開示されている。
特開2002−324852号公報 特開2005−77192号公報 特開2004−207611号公報 特開2006−173579号公報
In addition, the technique relevant to this application is also disclosed by patent documents 2-3.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-324852 JP-A-2005-77192 JP 2004-207611 A JP 2006-173579 A

半導体装置とその製造方法において、エッチング生成物を直接観察することなくその有無を判断することを目的とする。   An object of the present invention is to determine the presence or absence of an etching product without directly observing the etching product in a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

以下の開示の一観点によれば、半導体基板の上方に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜の上に、第1の導電膜、強誘電体膜、及び第2の導電膜を順に形成する工程と、前記第2の導電膜をパターニングして上部電極にする工程と、前記強誘電体膜をパターニングしてキャパシタ誘電体膜にする工程と、前記上部電極の上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクにして、該レジストパターンの側面を後退させながら、前記第1の導電膜をエッチングし、下部電極を形成する工程と、前記上部電極の上面のうち、前記レジストパターンの後退を反映して他の領域よりも高位となった段差面の幅を測定する工程と、前記段差面の幅に基づいて、前記エッチングのときに前記キャパシタ誘電体膜の側面に付着したエッチング生成物の有無を判断する工程と、前記エッチング生成物が無であると判断された場合に、前記上部電極、前記キャパシタ誘電体膜、及び前記下部電極を第2の絶縁膜で被覆する工程とを有する半導体装置の製造方法。   According to one aspect of the following disclosure, a step of forming a first insulating film over a semiconductor substrate, a first conductive film, a ferroelectric film, and a second film on the first insulating film Sequentially forming the conductive film, patterning the second conductive film to form an upper electrode, patterning the ferroelectric film to form a capacitor dielectric film, Forming a resist pattern on the substrate, etching the first conductive film while retreating the side of the resist pattern using the resist pattern as a mask, and forming a lower electrode, and an upper surface of the upper electrode Measuring the width of the stepped surface that is higher than other regions reflecting the recession of the resist pattern, and the capacitor dielectric film during the etching based on the width of the stepped surface On the side of A step of determining the presence or absence of a deposited etching product, and covering the upper electrode, the capacitor dielectric film, and the lower electrode with a second insulating film when it is determined that the etching product is absent A method for manufacturing a semiconductor device.

上部電極に形成される段差面の幅は、第1の導電膜をエッチングするときのガス流量比等のプロセスパラメータに依存するので、段差面の幅を測定することによりプロセスパラメータの値を推定できる。更に、エッチングの際にキャパシタ誘電体膜の側面にエッチング生成物が付着するか否かは、ガス流量比等のプロセスパラメータから把握することができる。したがって、上記のように段差面の幅に基づいて推定されたプロセスパラメータの値から、エッチング生成物の有無を判断することができる。   Since the width of the step surface formed on the upper electrode depends on process parameters such as a gas flow rate ratio when etching the first conductive film, the value of the process parameter can be estimated by measuring the width of the step surface. . Further, whether or not an etching product adheres to the side surface of the capacitor dielectric film during etching can be determined from a process parameter such as a gas flow rate ratio. Therefore, the presence or absence of an etching product can be determined from the value of the process parameter estimated based on the width of the step surface as described above.

これによれば、キャパシタ誘電体膜の側面を直接観察することなく、エッチング生成物の有無を判断でき、半導体装置の製造工程の簡略化を図ることができる。   According to this, the presence or absence of the etching product can be determined without directly observing the side surface of the capacitor dielectric film, and the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified.

以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1〜図24は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。これらのうち、図1〜図14はワード線方向に直交する方向の断面図であり、図15〜図24は、ワード線方向の断面図である。   1 to 24 are cross-sectional views of the semiconductor device according to the present embodiment during manufacture. Among these, FIGS. 1 to 14 are cross-sectional views in the direction orthogonal to the word line direction, and FIGS. 15 to 24 are cross-sectional views in the word line direction.

また、図25〜図28は、この半導体装置の製造途中の平面図である。   25 to 28 are plan views of the semiconductor device in the middle of its manufacture.

この半導体装置はプレーナ型のFeRAMであって、以下のようにして製造される。   This semiconductor device is a planar-type FeRAM and is manufactured as follows.

最初に、図1(a)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。   First, steps required until a sectional structure shown in FIG.

まず、n型又はp型のシリコン(半導体基板)1に素子分離溝を形成し、その中に酸化シリコン膜等の絶縁膜を素子分離絶縁膜2として埋め込む。このような素子分離構造はSTI(Shallow Trench Isolation)と呼ばれる。これに代えて、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)により素子分離を行ってもよい。   First, an element isolation trench is formed in n-type or p-type silicon (semiconductor substrate) 1, and an insulating film such as a silicon oxide film is embedded therein as an element isolation insulating film 2. Such an element isolation structure is called STI (Shallow Trench Isolation). Alternatively, element isolation may be performed by LOCOS (Local Oxidation of Silicon).

次いで、シリコン基板1のメモリセル領域にpウェル3を形成する。   Next, a p-well 3 is formed in the memory cell region of the silicon substrate 1.

その後、シリコン基板1の活性領域表面を熱酸化し、ゲート絶縁膜4となる熱酸化膜を形成する。更に、シリコン基板1の上側全面に多結晶シリコン膜を形成し、これをパターニングしてゲート電極5を形成する。メモリセル領域における一つのpウェル3上には、ワード線の一部となる二つのゲート電極5がほぼ平行に配置される。   Thereafter, the surface of the active region of the silicon substrate 1 is thermally oxidized to form a thermal oxide film that becomes the gate insulating film 4. Further, a polycrystalline silicon film is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1 and patterned to form the gate electrode 5. On one p-well 3 in the memory cell region, two gate electrodes 5 that are part of the word line are arranged substantially in parallel.

続いて、ゲート電極5の両側のpウェル3内にn型不純物をイオン注入してn型ソース/ドレインエクステンション6a、6bを形成する。そして、シリコン基板1の上側全面に絶縁膜を形成した後、その絶縁膜をエッチバックしてゲート電極5の横に絶縁性サイドウォール7として残す。その絶縁膜として、例えば、CVD法により酸化シリコン(SiO2)膜を形成する。 Subsequently, n-type impurity ions are implanted into the p-well 3 on both sides of the gate electrode 5 to form n-type source / drain extensions 6a and 6b. Then, after an insulating film is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1, the insulating film is etched back and left as an insulating sidewall 7 next to the gate electrode 5. As the insulating film, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film is formed by a CVD method.

更に、ゲート電極5と絶縁性サイドウォール7とをマスクに使用して、pウェル3にn型不純物を再びイオン注入することにより、ゲート電極5の横のシリコン基板1にn型ソース/ドレイン領域8a、8bを形成する。   Further, n-type impurities are ion-implanted again into the p-well 3 using the gate electrode 5 and the insulating sidewall 7 as a mask, so that the n-type source / drain regions are formed in the silicon substrate 1 next to the gate electrode 5. 8a and 8b are formed.

なお、二つのゲート電極5に挟まれるn型ソース/ドレイン領域8bはビット線の一部として機能し、また、pウェル3の両側の二つのn型ソース/ドレイン領域8aは後述するキャパシタの上部電極に電気的に接続される。   The n-type source / drain region 8b sandwiched between the two gate electrodes 5 functions as a part of the bit line, and the two n-type source / drain regions 8a on both sides of the p-well 3 are the upper part of the capacitor described later. It is electrically connected to the electrode.

次いで、シリコン基板1の上側全面にコバルト層等の高融点金属層をスパッタ法により形成する。そして、その高融点金属層をアニールしてシリコンと反応させ、n型ソース/ドレイン領域8a、8bの表層に高融点金属シリサイド層9を形成する。その後に、素子分離絶縁膜2等の上で未反応となっている高融点金属層をウエットエッチングにより除去する。   Next, a refractory metal layer such as a cobalt layer is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1 by sputtering. Then, the refractory metal layer is annealed and reacted with silicon to form a refractory metal silicide layer 9 on the surface layer of the n-type source / drain regions 8a and 8b. Thereafter, the refractory metal layer that has not reacted on the element isolation insulating film 2 or the like is removed by wet etching.

ここまでの工程により、pウェル3の上に、ゲート電極5とn型ソース/ドレイン領域8a、8b等を備えたn型MOSトランジスタの基本構造が完成する。   Through the steps so far, the basic structure of the n-type MOS transistor including the gate electrode 5 and the n-type source / drain regions 8a and 8b on the p-well 3 is completed.

図25(a)はこの工程を終了した後の平面図である。なお、同図では、絶縁性サイドウォール7と高融点金属シリサイド層9を省略してある。また、先の図1(a)は、図25(a)のA1−A1線に沿う断面図に相当する。   FIG. 25A is a plan view after this process is completed. In the figure, the insulating sidewall 7 and the refractory metal silicide layer 9 are omitted. Further, FIG. 1A corresponds to a cross-sectional view taken along line A1-A1 of FIG.

次に、図1(b)に示すように、シリコン基板1の上側全面にCVD法によりカバー絶縁膜14を形成する。そのカバー絶縁膜14は、下から順に、厚さ約20nmの酸化シリコン膜と厚さ約80nmの窒化シリコン(SiN)膜とをこの順に積層してなる。   Next, as shown in FIG. 1B, a cover insulating film 14 is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1 by the CVD method. The cover insulating film 14 is formed by laminating a silicon oxide film having a thickness of about 20 nm and a silicon nitride (SiN) film having a thickness of about 80 nm in this order from the bottom.

更に、このカバー絶縁膜14の上に、TEOSガスを使用するプラズマCVD法により第1の層間絶縁膜15として酸化シリコン膜を形成した後、その第1の層間絶縁膜15の上面をCMP法により研磨して平坦化する。そのような研磨の結果、第1の層間絶縁膜15の厚さは、シリコン基板1の平坦面上で約700nmとなる。   Further, a silicon oxide film is formed on the cover insulating film 14 as the first interlayer insulating film 15 by the plasma CVD method using TEOS gas, and then the upper surface of the first interlayer insulating film 15 is formed by the CMP method. Polish and flatten. As a result of such polishing, the thickness of the first interlayer insulating film 15 is about 700 nm on the flat surface of the silicon substrate 1.

そして、これらカバー絶縁膜14と第1の層間絶縁膜15とをフォトリソグラフィーとエッチングによりパターニングして、n型ソース/ドレイン領域8a、8bにコンタクトホール12a、12bを形成する。   Then, the cover insulating film 14 and the first interlayer insulating film 15 are patterned by photolithography and etching to form contact holes 12a and 12b in the n-type source / drain regions 8a and 8b.

続いて、コンタクトホール12a、12bの内面と第1の層間絶縁膜15の上面にスパッタ法によりグルー膜を形成した後、そのグルー膜の上にCVD法によりタングステン膜を形成し、このタングステン膜でコンタクトホール12a、12bを完全に埋め込む。なお、グルー膜としては、例えば厚さ約30nmのチタン膜と厚さ約20nmの窒化チタン膜がこの順に形成される。   Subsequently, a glue film is formed by sputtering on the inner surfaces of the contact holes 12a and 12b and the upper surface of the first interlayer insulating film 15, and then a tungsten film is formed on the glue film by the CVD method. The contact holes 12a and 12b are completely embedded. As the glue film, for example, a titanium film having a thickness of about 30 nm and a titanium nitride film having a thickness of about 20 nm are formed in this order.

そして、第1の層間絶縁膜15の上の余分なグルー膜とタングステン膜とをCMP法により研磨して除去し、これらの膜をコンタクトホール12a、12b内にのみ第1の導電性プラグ13a、13bとして残す。   Then, the excess glue film and the tungsten film on the first interlayer insulating film 15 are removed by polishing by the CMP method, and these films are removed only in the contact holes 12a and 12b by the first conductive plugs 13a, Leave as 13b.

第1の導電性プラグ13a、13bの直径は特に限定されない。本実施形態ではその直径を約0.25μmとする。   The diameters of the first conductive plugs 13a and 13b are not particularly limited. In this embodiment, the diameter is about 0.25 μm.

このようにして形成された第1の導電性プラグ13a、13bは、酸化され易いタングステンを主成分とするため、酸素含有雰囲気において容易に酸化してコンタクト不良を起こし易い。   Since the first conductive plugs 13a and 13b formed in this way are mainly composed of tungsten that is easily oxidized, they are easily oxidized in an oxygen-containing atmosphere and easily cause contact failure.

そこで、次の工程では、図2(a)に示すように、第1の導電性プラグ13a、13bと第1の層間絶縁膜の15の上に、プラグの酸化を防ぐ酸化防止絶縁膜16として、酸窒化シリコン(SiON)膜をCVD法により100nmの厚さに形成する。   Therefore, in the next step, as shown in FIG. 2A, an anti-oxidation insulating film 16 for preventing plug oxidation is formed on the first conductive plugs 13a and 13b and the first interlayer insulating film 15. A silicon oxynitride (SiON) film is formed to a thickness of 100 nm by the CVD method.

次いで、この酸化防止絶縁膜16の上に絶縁性密着膜17としてCVD法により酸化シリコン膜を厚さ約130nmに形成する。   Next, a silicon oxide film having a thickness of about 130 nm is formed as an insulating adhesion film 17 on the oxidation-preventing insulating film 16 by a CVD method.

更に、この絶縁性密着層17の上にスパッタ法でアルミナ膜を厚さ約20nmに形成し、それを下地絶縁膜18とする。   Further, an alumina film having a thickness of about 20 nm is formed on the insulating adhesive layer 17 by sputtering, and this is used as a base insulating film 18.

次に、図2(b)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。   Next, steps required until a sectional structure shown in FIG.

まず、下地絶縁膜18の上に、スパッタ法により第1の導電膜19としてプラチナ膜を形成する。第1の導電膜19は、後でパターニングされてキャパシタ下部電極になり、その膜厚は約150nmである。   First, a platinum film is formed as a first conductive film 19 on the base insulating film 18 by sputtering. The first conductive film 19 is later patterned to become a capacitor lower electrode, and the film thickness is about 150 nm.

また、第1の導電膜19はプラチナ膜に限定されない。プラチナに代えて、イリジウム等の貴金属、あるいは酸化プラチナや酸化イリジウム(IrO2)等の酸化貴金属を第1の導電膜19の材料として採用してもよい。 The first conductive film 19 is not limited to a platinum film. Instead of platinum, a noble metal such as iridium or a noble metal such as platinum oxide or iridium oxide (IrO 2 ) may be used as the material of the first conductive film 19.

更に、第1の導電膜19の上に、スパッタ法によりPZT(Lead Zirconate Titanate: PbZrTiO3)膜を約140nmの厚さに形成して、このPZT膜を強誘電体膜20とする。 Further, a PZT (Lead Zirconate Titanate: PbZrTiO 3 ) film having a thickness of about 140 nm is formed on the first conductive film 19 by sputtering, and this PZT film is used as the ferroelectric film 20.

なお、強誘電体膜20の成膜方法としては、スパッタ法の他に、MOCVD(Metal Organic CVD)法やゾル・ゲル法もある。   In addition to the sputtering method, the ferroelectric film 20 may be formed by a MOCVD (Metal Organic CVD) method or a sol-gel method.

強誘電体膜20の材料はPZTに限定されない。その材料としては、SrBi2Ta2O9、SrBi2(TaxNb1-x)2O9、Bi4Ti2O12等のBi層状構造化合物や、PZTにランタンをドープしたPLZT(Pb1-xLaxZr1-yTiyO3)、或いはその他の金属酸化物強誘電体を採用し得る。 The material of the ferroelectric film 20 is not limited to PZT. The materials include Bi-layered structural compounds such as SrBi 2 Ta 2 O 9 , SrBi 2 (Ta x Nb 1-x ) 2 O 9 , Bi 4 Ti 2 O 12 , and PLZT (Pb 1 -x La x Zr 1-y Ti y O 3 ), or other metal oxide ferroelectrics may be employed.

ここで、スパッタ法で形成されたPZTは、成膜直後では殆ど結晶化しておらず、強誘電体特性に乏しい。そこで、強誘電体膜20のPZTを結晶化させるための結晶化アニールとして、酸素含有雰囲気中で基板温度を約585℃とするRTA(Rapid Thermal Anneal)を約90秒間行う。なお、MOCVD法で強誘電体膜20を形成する場合は、この結晶化アニールは不要である。   Here, the PZT formed by the sputtering method is hardly crystallized immediately after the film formation and has poor ferroelectric characteristics. Therefore, RTA (Rapid Thermal Anneal) with a substrate temperature of about 585 ° C. in an oxygen-containing atmosphere is performed for about 90 seconds as crystallization annealing for crystallizing PZT of the ferroelectric film 20. It should be noted that this crystallization annealing is not necessary when the ferroelectric film 20 is formed by the MOCVD method.

また、上記のように下地絶縁膜18の上に第1の導電膜19を形成したことで、下地絶縁膜18を省く場合と比較して第1の導電膜19中のプラチナの配向性が良好となっている。そして、このような第1の導電膜19の配向の作用によって、強誘電体膜20中のPZTの配向が揃えられ、強誘電体膜20の強誘電体特性が向上する。   In addition, since the first conductive film 19 is formed on the base insulating film 18 as described above, the orientation of platinum in the first conductive film 19 is better than when the base insulating film 18 is omitted. It has become. Then, by the action of the orientation of the first conductive film 19, the orientation of PZT in the ferroelectric film 20 is made uniform, and the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film 20 are improved.

更に、上記の強誘電体膜20の上に、スパッタ法で酸化イリジウム膜を厚さ約250nmに形成し、この酸化イリジウム膜を第2の導電膜21とする。   Further, an iridium oxide film having a thickness of about 250 nm is formed on the ferroelectric film 20 by sputtering, and this iridium oxide film is used as the second conductive film 21.

第2の導電膜21は酸化イリジウム膜に限定されず、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、レニウム、及びパラジウム等の酸化貴金属膜を第2の導電膜21として形成してもよい。   The second conductive film 21 is not limited to an iridium oxide film, and a noble metal oxide film such as ruthenium, rhodium, osmium, rhenium, and palladium may be formed as the second conductive film 21.

続いて、図3(a)及び図15(a)に示すように、第2の導電膜21の上に、マスク材料膜22としてスパッタ法により窒化チタン膜を約20nmの厚さに形成する。なお、マスク材料膜22は、レジストよりもエッチレートが低い膜であれば特に限定されない。例えば、窒化チタン膜に代えて窒化チタンアルミニウム(TiNAl)膜をマスク材料膜22として形成してもよい。   Subsequently, as shown in FIGS. 3A and 15A, a titanium nitride film having a thickness of about 20 nm is formed on the second conductive film 21 as a mask material film 22 by sputtering. The mask material film 22 is not particularly limited as long as it has a lower etch rate than the resist. For example, a titanium aluminum nitride (TiNAl) film may be formed as the mask material film 22 instead of the titanium nitride film.

更に、このマスク材料膜22の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して、キャパシタ上部電極形状の第1のレジストパターン23を形成する。   Further, a photoresist is applied on the mask material film 22, and is exposed and developed to form a first resist pattern 23 having a capacitor upper electrode shape.

そして、図3(b)及び図15(b)に示すように、第1のレジストパターン23をマスクにしてマスク材料膜22をドライエッチングすることにより、上部電極形状のハードマスク22aを形成する。このドライエッチングは、ICP(Inductively Coupled Plasma)エッチング装置を用いて行われ、塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスがエッチングガスとして使用される。   Then, as shown in FIGS. 3B and 15B, the mask material film 22 is dry-etched using the first resist pattern 23 as a mask to form an upper electrode-shaped hard mask 22a. This dry etching is performed using an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching apparatus, and a mixed gas of chlorine gas and argon gas is used as an etching gas.

次に、図4(a)及び図16(a)に示すように、上記のICPエッチング装置を引き続き用いて、ハードマスク22aと第1のレジストパターン23とをマスクにして第2の導電膜21aをドライエッチングすることにより、上部電極21aを形成する。   Next, as shown in FIGS. 4A and 16A, the above-described ICP etching apparatus is continuously used to form the second conductive film 21a using the hard mask 22a and the first resist pattern 23 as a mask. The upper electrode 21a is formed by dry etching.

このドライエッチングにおけるエッチングガスは特に限定されないが、本実施形態では塩素とアルゴンとの混合ガスが使用される。   Although the etching gas in this dry etching is not particularly limited, in this embodiment, a mixed gas of chlorine and argon is used.

このようなエッチング雰囲気に曝された第1のレジストパターン23はダメージを受けその側面が後退するが、上部電極21aの上面はハードマスク22aによって保護されているので、上部電極21aの上面にエッチングが及ぶことはない。   The first resist pattern 23 exposed to such an etching atmosphere is damaged and its side surface recedes, but since the upper surface of the upper electrode 21a is protected by the hard mask 22a, the upper surface of the upper electrode 21a is etched. Never reach.

図25(b)はこの工程を終了した後の平面図である。先の図4(a)は、図25(b)のA2−A2線に沿う断面図に相当する。また、図16(a)は、図25(b)のB1−B1線に沿う断面図に相当する。   FIG. 25B is a plan view after this process is completed. FIG. 4A corresponds to a cross-sectional view taken along line A2-A2 of FIG. FIG. 16A corresponds to a cross-sectional view taken along line B1-B1 of FIG.

この後に、過酸化水素水(H2O2)と水酸化アンモニウム(NH4OH)溶液との混合溶液よりなるエッチング液にシリコン基板1を浸すことにより、ハードマスク22aをウエットエッチングして除去する。 Thereafter, the silicon substrate 1 is immersed in an etching solution made of a mixed solution of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and ammonium hydroxide (NH 4 OH) to remove the hard mask 22a by wet etching. .

続いて、図4(b)及び図16(b)に示すように、シリコン基板1の上側全面にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して、上部電極21aの上に第2のレジストパターン27を形成する。   Subsequently, as shown in FIGS. 4B and 16B, a photoresist is applied to the entire upper surface of the silicon substrate 1, exposed and developed, and a second resist is formed on the upper electrode 21a. A pattern 27 is formed.

図26(a)は、本工程を終了後の平面図である。なお、先の図4(b)は、図26(a)のA3−A3線に沿う断面図に相当する。また、図16(b)は、図26(a)のB2−B2線に沿う断面図に相当する。   FIG. 26A is a plan view after this process is completed. Note that FIG. 4B corresponds to a cross-sectional view taken along line A3-A3 in FIG. FIG. 16B corresponds to a cross-sectional view taken along line B2-B2 of FIG.

図26(a)に示されるように、第2のレジストパターン27の平面形状は、ワード線方向、すなわちゲート電極5の延在方向に延びるストライプ状であって、上部電極21aの各々がその第2のレジストパターン27によって覆われる。   As shown in FIG. 26A, the planar shape of the second resist pattern 27 is a stripe shape extending in the word line direction, that is, the extending direction of the gate electrode 5, and each of the upper electrodes 21a has its first shape. 2 resist patterns 27.

次に、図5(a)及び図17(a)に示すように、第2のレジストパターン27をマスクにして強誘電体膜20をドライエッチングし、キャパシタ誘電体膜20aを形成する。このドライエッチングも、第2の導電膜21のエッチング(図4(a))と同様に、ICPエッチング装置を用いて行われ、そのエッチングガスとして塩素とアルゴンとの混合ガスが使用される。   Next, as shown in FIGS. 5A and 17A, the ferroelectric film 20 is dry-etched using the second resist pattern 27 as a mask to form a capacitor dielectric film 20a. Similarly to the etching of the second conductive film 21 (FIG. 4A), this dry etching is also performed using an ICP etching apparatus, and a mixed gas of chlorine and argon is used as the etching gas.

この後に、第2のレジストパターン27は除去される。   Thereafter, the second resist pattern 27 is removed.

図26(b)は、第2のレジストパターン27を除去した後の平面図であって、先の図5(a)は図26(b)のA4−A4線に沿う断面図に相当し、図17(a)は図26(b)のB3−B3線に沿う断面図に相当する。   FIG. 26B is a plan view after removing the second resist pattern 27, and FIG. 5A corresponds to a cross-sectional view taken along line A4-A4 of FIG. FIG. 17A corresponds to a cross-sectional view taken along line B3-B3 of FIG.

図26(b)に示されるように、キャパシタ誘電体膜20aは、島状の複数の上部電極21aに共通のストライプ状の平面形状を有する。   As shown in FIG. 26B, the capacitor dielectric film 20a has a striped planar shape common to the plurality of island-shaped upper electrodes 21a.

ここで、強誘電体膜20をパターニングして強誘電体膜20aにしたとき、強誘電体膜20aがダメージを受け、その強誘電体特性が劣化しているおそれがある。そのダメージは酸素雰囲気中でのアニールにより回復される。このようなアニールは、回復アニールとも呼ばれ、例えば基板温度650℃の条件下で行われる。   Here, when the ferroelectric film 20 is patterned to form the ferroelectric film 20a, the ferroelectric film 20a may be damaged and its ferroelectric characteristics may be deteriorated. The damage is recovered by annealing in an oxygen atmosphere. Such annealing is also called recovery annealing, and is performed, for example, under a substrate temperature of 650 ° C.

続いて、図5(b)、図17(b)に示すように、第1の導電膜19、キャパシタ誘電体膜20a、及び上部電極21aの上に、第1の水素バリア絶縁膜28としてスパッタ法によりアルミナ膜を厚さ約50nmに形成する。   Subsequently, as shown in FIGS. 5B and 17B, the first hydrogen barrier insulating film 28 is sputtered on the first conductive film 19, the capacitor dielectric film 20a, and the upper electrode 21a. An alumina film is formed to a thickness of about 50 nm by the method.

第1の水素バリア絶縁膜28は、還元され易いキャパシタ誘電体膜20aを水素等の還元性物質から保護するために形成され、アルミナ膜の他、PZT膜、PLZT膜、及び酸化チタン膜のいずれかであってもよい。   The first hydrogen barrier insulating film 28 is formed to protect the capacitor dielectric film 20a, which is easily reduced, from a reducing substance such as hydrogen, and includes any of a PZT film, a PLZT film, and a titanium oxide film in addition to an alumina film. It may be.

次に、図6(a)及び図18(a)に示すように、第1の水素バリア絶縁膜28の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して第3のレジストパターン30とする。   Next, as shown in FIGS. 6A and 18A, a photoresist is applied on the first hydrogen barrier insulating film 28, and is exposed and developed to form the third resist pattern 30. To do.

図27(a)は、この工程を終了後の平面図である。そして、先の図6(a)は図27(a)のA5−A5線に沿う断面図に相当し、図18(a)は図27(a)のB4−B4線に沿う断面図に相当する。   FIG. 27A is a plan view after this process is completed. 6A corresponds to a cross-sectional view taken along the line A5-A5 in FIG. 27A, and FIG. 18A corresponds to a cross-sectional view taken along the line B4-B4 in FIG. To do.

図27(a)に示されるように、第3のレジストパターン30の平面形状は、キャパシタ誘電体膜20aを覆うストライプ状である。   As shown in FIG. 27A, the planar shape of the third resist pattern 30 is a stripe shape covering the capacitor dielectric film 20a.

次に、図6(b)及び図18(b)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。   Next, steps required until a sectional structure shown in FIGS. 6B and 18B is obtained will be described.

図29は、本工程で使用されるICPエッチング装置100の構成図である。   FIG. 29 is a configuration diagram of the ICP etching apparatus 100 used in this process.

このICPエッチング装置100は、チャンバ106の側壁102が石英(SiO2)よりなり、その側壁102の周囲には、チャンバ106内にプラズマを発生させるためのアンテナコイル103が巻かれている。このアンテナコイル103には、周波数が例えば13.56MHzの第1の高周波電源104が接続される。 In this ICP etching apparatus 100, the side wall 102 of the chamber 106 is made of quartz (SiO 2 ), and an antenna coil 103 for generating plasma in the chamber 106 is wound around the side wall 102. The antenna coil 103 is connected to a first high frequency power source 104 having a frequency of 13.56 MHz, for example.

一方、チャンバ106の下部には、シリコン基板1を載置するための基板載置台101が設けられ、チャンバ106内のイオン種をシリコン基板1側に引き付けるバイアス用の第2の高周波電源105が基板載置台101に高周波的に接続される。この第2の高周波電源105の周波数は特に限定されないが、本実施形態では460kHzとする。   On the other hand, a substrate mounting table 101 for mounting the silicon substrate 1 is provided below the chamber 106, and a second high-frequency power source 105 for bias that attracts ion species in the chamber 106 to the silicon substrate 1 side is provided on the substrate. It is connected to the mounting table 101 at a high frequency. The frequency of the second high-frequency power source 105 is not particularly limited, but is 460 kHz in this embodiment.

更に、チャンバ106には、エッチングガスを導入するためのガス導入口106aと、ガスを排気してチャンバ106内を所定の圧力に減圧するためのガス排出口106bとが設けられる。   Further, the chamber 106 is provided with a gas inlet 106a for introducing an etching gas and a gas outlet 106b for exhausting the gas to reduce the pressure inside the chamber 106 to a predetermined pressure.

図6(b)及び図18(b)の工程では、このようなICPエッチング装置100を用い、塩素とアルゴンとの混合ガスをエッチングガスにしながら、以下のようにして2ステップのドライエッチングを行う。   In the steps of FIGS. 6B and 18B, using such an ICP etching apparatus 100, a two-step dry etching is performed as follows while using a mixed gas of chlorine and argon as an etching gas. .

最初の第1のステップでは、第3のレジストパターン30をマスクにして、第1の導電膜19の途中の深さまでドライエッチングする。なお、本ステップの初期の段階では、第3のレジストパターン30で覆われていない部分の第1の水素バリア絶縁膜28もエッチングされる。   In the first first step, the third resist pattern 30 is used as a mask, and dry etching is performed to a depth in the middle of the first conductive film 19. In the initial stage of this step, the portion of the first hydrogen barrier insulating film 28 that is not covered with the third resist pattern 30 is also etched.

本ステップにおける塩素とアルゴンの流量比は45:55(=Cl2:Ar)に設定され、第1の高周波電源104のパワーは1800W、第2の高周波電源105のパワーは1000Wとされる。また、基板温度は25℃、チャンバ106内の圧力は0.9Paとする。 The flow ratio of chlorine and argon in this step is set to 45:55 (= Cl 2 : Ar), the power of the first high-frequency power source 104 is 1800 W, and the power of the second high-frequency power source 105 is 1000 W. The substrate temperature is 25 ° C. and the pressure in the chamber 106 is 0.9 Pa.

このようなエッチング条件では、エッチングが基板の横方向にも進むようになるので、第1の導電膜19に由来する導電性のエッチング生成物がキャパシタ誘電体膜21aの側面に付着し難くなると共に、第3のレジストパターン30の側面が後退するようになる。   Under such etching conditions, the etching proceeds in the lateral direction of the substrate, so that the conductive etching product derived from the first conductive film 19 is difficult to adhere to the side surface of the capacitor dielectric film 21a. The side surfaces of the third resist pattern 30 are set back.

そして、次の第2のステップでは、第3のレジストパターン30と第1の導電膜19とのエッチング選択比が第1のステップよりも低下するようにエッチング条件を変更し、第1の導電膜19のエッチングを完了する。   In the next second step, the etching conditions are changed so that the etching selectivity between the third resist pattern 30 and the first conductive film 19 is lower than that in the first step. 19 etching is completed.

エッチング選択比は、塩素ガスとアルゴンガスとの流量比、第1の高周波電源104のパワー、第2の高周波電源105のパワー、チャンバ106内の圧力、及び基板温度等のプロセスパラメータにより制御し得る。   The etching selectivity can be controlled by a process parameter such as a flow rate ratio between chlorine gas and argon gas, the power of the first high-frequency power source 104, the power of the second high-frequency power source 105, the pressure in the chamber 106, and the substrate temperature. .

例えば、エッチングガス中の塩素流量を第1のステップよりも増大させることにより、第3のレジストパターン30と第1の導電膜19とのエッチング選択比が第1のステップよりも低下する。本実施形態では、塩素とアルゴンの流量比を60:40(=Cl2:Ar)とする。 For example, by increasing the chlorine flow rate in the etching gas as compared with the first step, the etching selectivity between the third resist pattern 30 and the first conductive film 19 is lower than that in the first step. In this embodiment, the flow ratio of chlorine and argon is 60:40 (= Cl 2 : Ar).

このような条件を採用することで、第1のステップよりも第3のレジストパターン30の側面の後退が更に加速するので、キャパシタ誘電体膜20aの側面へのエッチング生成物の付着が一層抑制される。   By adopting such conditions, the receding of the side surface of the third resist pattern 30 is further accelerated than in the first step, so that the adhesion of etching products to the side surface of the capacitor dielectric film 20a is further suppressed. The

このように選択比を変更しながら複数ステップに分けてエッチングをすることで、下部電極19aの側面の過度の傾斜によって下部電極19aの寸法が設計値よりも小さくなるのを防ぎつつ、エッチング生成物の付着を抑制できる。   Etching is performed while preventing the size of the lower electrode 19a from becoming smaller than the design value due to excessive inclination of the side surface of the lower electrode 19a by performing etching in a plurality of steps while changing the selection ratio in this way. Can be suppressed.

なお、下部電極19aの寸法精度を優先させたい場合には、上記の第1のステップのみで第1の導電膜19をエッチングするようにしてもよい。また、エッチング生成物の抑制を優先させたい場合には、上記の第2のステップのみで第1の導電膜19をエッチングするようにしてもよい。   If priority is given to the dimensional accuracy of the lower electrode 19a, the first conductive film 19 may be etched only in the first step. If priority is given to the suppression of etching products, the first conductive film 19 may be etched only in the second step.

エッチングをこのように複数回に分けて行うか否かによらず、上記のように第3のレジストパターン30の側面は後退する。そのため、エッチングの途中において、第3のレジストパターン30の側方の上部電極21aと第1の水素バリア絶縁膜28とが露出し、エッチングされるようになる。   Regardless of whether or not the etching is performed in a plurality of times, the side surface of the third resist pattern 30 recedes as described above. Therefore, in the middle of etching, the upper electrode 21a on the side of the third resist pattern 30 and the first hydrogen barrier insulating film 28 are exposed and etched.

これにより、図6(b)の点線円内に示すように、上部電極21aの上面には、第3のレジストパターン30の後退を反映して他の領域よりも高位となった段差面21xと、段差部分21yとが形成される。   Thereby, as shown in the dotted circle in FIG. 6B, the upper surface of the upper electrode 21a has a stepped surface 21x that is higher than the other regions reflecting the recession of the third resist pattern 30. A stepped portion 21y is formed.

ここまでの工程により、下部電極19a、キャパシタ誘電体膜20a、及び上部電極21aを順に積層してなる強誘電体キャパシタQが形成された。   Through the steps so far, a ferroelectric capacitor Q formed by sequentially laminating the lower electrode 19a, the capacitor dielectric film 20a, and the upper electrode 21a is formed.

この後に、第3のレジストパターン30は除去される。   Thereafter, the third resist pattern 30 is removed.

図27(b)は、このように第3のレジストパターン30を除去した後の平面図である。そして、先の図6(b)は図27(b)のA6−A6線に沿う断面図に相当し、図18(b)は図27(b)のB5−B5線に沿う断面図に相当する。   FIG. 27B is a plan view after the third resist pattern 30 is removed in this manner. 6B corresponds to a cross-sectional view taken along line A6-A6 in FIG. 27B, and FIG. 18B corresponds to a cross-sectional view taken along line B5-B5 in FIG. To do.

図27(b)に示されるように、上記の段差部21yは、後退した第3のレジスト30の側面を反映して、複数の上部電極21aに共通の仮想直線L上に沿って形成される。   As shown in FIG. 27B, the stepped portion 21y is formed along a virtual straight line L common to the plurality of upper electrodes 21a, reflecting the side surface of the receding third resist 30. .

次いで、図7及び図19に示されるように、水素等の還元性物質からキャパシタ誘電体膜20aを保護する第2の水素バリア絶縁膜32として、厚さが約20nmのアルミナ膜をシリコン基板1の上側全面にスパッタ法で形成する。なお、アルミナ膜に代えて、PZT膜、PLZT膜、及び酸化チタン膜のいずれかを形成してもよい。   Next, as shown in FIGS. 7 and 19, an alumina film having a thickness of about 20 nm is used as the silicon substrate 1 as a second hydrogen barrier insulating film 32 that protects the capacitor dielectric film 20 a from a reducing substance such as hydrogen. Is formed on the entire upper surface of the substrate by sputtering. Note that any of a PZT film, a PLZT film, and a titanium oxide film may be formed instead of the alumina film.

キャパシタQの側面はテーパー状となっているので、その側面に第2の水素バリア絶縁膜32が良好なカバレッジで形成される。そのため、キャパシタQの側面の第2の水素バリア絶縁膜32に局所的に膜厚が薄い部分が形成され難く、該側面での水素ブロック性を維持することができる。   Since the side surface of the capacitor Q is tapered, the second hydrogen barrier insulating film 32 is formed on the side surface with good coverage. Therefore, it is difficult to form a locally thin portion in the second hydrogen barrier insulating film 32 on the side surface of the capacitor Q, and the hydrogen blocking property on the side surface can be maintained.

そして、この第2の水素バリア絶縁膜32の上に第2の層間絶縁膜33としてCVD法により酸化シリコン膜を形成した後、その表面をCMP法により研磨して平坦化する。   Then, a silicon oxide film is formed as a second interlayer insulating film 33 on the second hydrogen barrier insulating film 32 by the CVD method, and then the surface is polished and planarized by the CMP method.

このCMPを終了した後に、第2の層間絶縁膜33を脱水するためのアニールを行ってもよい。そのような脱水アニールは、例えばN2Oプラズマ雰囲気中で行われる。 After the CMP is completed, annealing for dehydrating the second interlayer insulating film 33 may be performed. Such dehydration annealing is performed, for example, in an N 2 O plasma atmosphere.

更に、第2の層間絶縁膜33の上にスパッタ法によりアルミナ膜を厚さ約50nmに形成し、そのアルミナ膜を第3の水素バリア絶縁膜34とする。第3の水素バリア絶縁膜34は、第1及び第2の水素バリア絶縁膜28、32と同様に、水素等の還元性物質からキャパシタ誘電体膜20aを保護する役割を担う。そのような機能を有する膜には、アルミナ膜の他に、PZT膜、PLZT膜、及び酸化チタン膜もある。   Further, an alumina film having a thickness of about 50 nm is formed on the second interlayer insulating film 33 by sputtering, and the alumina film is used as the third hydrogen barrier insulating film 34. Similar to the first and second hydrogen barrier insulating films 28 and 32, the third hydrogen barrier insulating film 34 serves to protect the capacitor dielectric film 20a from reducing substances such as hydrogen. Examples of the film having such a function include an alumina film, a PZT film, a PLZT film, and a titanium oxide film.

そして、この第3の水素バリア絶縁膜34の上にCVD法で酸化シリコン膜を厚さ約300nmに形成し、その酸化シリコン膜をキャップ絶縁膜35とする。   Then, a silicon oxide film is formed on the third hydrogen barrier insulating film 34 to a thickness of about 300 nm by the CVD method, and the silicon oxide film is used as a cap insulating film 35.

次いで、図8及び図20に示すように、キャップ絶縁膜35の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して第4のレジストパターン36を形成する。   Next, as shown in FIGS. 8 and 20, a photoresist is applied on the cap insulating film 35, and is exposed and developed to form a fourth resist pattern 36.

そして、第4のレジストパターン36の窓36aを通じてドライエッチングを行うことにより、上部電極21aの上の各絶縁膜28、32〜35に第1のホール33aを形成する。このドライエッチングは、例えば、C4F8、Ar、O2、及びCOの混合ガスをエッチングガスとする平行平板プラズマエッチング装置で行われる。 Then, by performing dry etching through the window 36a of the fourth resist pattern 36, the first holes 33a are formed in the insulating films 28 and 32-35 on the upper electrode 21a. This dry etching is performed by, for example, a parallel plate plasma etching apparatus using a mixed gas of C 4 F 8 , Ar, O 2 , and CO as an etching gas.

また、図20に示されるように、このエッチングによって下部電極19aのコンタクト領域CRの上の各絶縁膜28、32〜35には第2のホール33bが形成される。   Further, as shown in FIG. 20, the second holes 33b are formed in the insulating films 28 and 32-35 on the contact region CR of the lower electrode 19a by this etching.

この後に、第4のレジストパターン36は除去される。   Thereafter, the fourth resist pattern 36 is removed.

次に、図9及び図21に示すように、ここまでの工程でキャパシタ誘電体膜20aが受けたダメージを回復させるため、酸素含有雰囲気中において回復アニールを行う。   Next, as shown in FIGS. 9 and 21, recovery annealing is performed in an oxygen-containing atmosphere in order to recover the damage received by the capacitor dielectric film 20a in the steps so far.

このとき、第1導電性プラグ13a、13bは、酸化防止絶縁膜16により酸化が防止される。   At this time, the first conductive plugs 13 a and 13 b are prevented from being oxidized by the oxidation preventing insulating film 16.

次いで、図10及び図22に示すように、シリコン基板1の上側全面にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して第5のレジストパターン39を形成する。   Next, as shown in FIGS. 10 and 22, a photoresist is applied to the entire upper surface of the silicon substrate 1, and is exposed and developed to form a fifth resist pattern 39.

そして、第5のレジストパターン39が備える窓39aを通じてドライエッチングを行い、第1の導電性プラグ13aの上方の各絶縁膜17、32〜35に第3のホール33cを形成する。   Then, dry etching is performed through a window 39a provided in the fifth resist pattern 39, and third holes 33c are formed in the insulating films 17, 32 to 35 above the first conductive plug 13a.

このドライエッチングは、C4F8、Ar、O2、及びCOの混合ガスをエッチングガスとする平行平板プラズマエッチング装置で行われ、酸窒化シリコンよりなる酸化防止絶縁膜16がこのエッチングにおけるストッパとなる。 This dry etching is performed by a parallel plate plasma etching apparatus using a mixed gas of C 4 F 8 , Ar, O 2 , and CO as an etching gas, and the oxidation-preventing insulating film 16 made of silicon oxynitride serves as a stopper in this etching. Become.

この後に、第5のレジストパターン39は除去される。   Thereafter, the fifth resist pattern 39 is removed.

続いて、図11及び図23に示すように、CHF3、Ar、及びO2の混合ガスをエッチングガスとして用い、平行平板型エッチング装置において第3のホール33cの下の酸化防止絶縁膜16をエッチングする。 Subsequently, as shown in FIGS. 11 and 23, the anti-oxidation insulating film 16 under the third hole 33c is formed in a parallel plate etching apparatus using a mixed gas of CHF 3 , Ar, and O 2 as an etching gas. Etch.

これにより、第3のホール33c内に第1の導電性プラグ13a、13bが露出すると共に、第1及び第2のホール33a、33b内の異物が除去されて、これらのホール33a、33bから露出する上部電極21aと下部電極19aの上面が清浄化される。   As a result, the first conductive plugs 13a and 13b are exposed in the third hole 33c, and the foreign matters in the first and second holes 33a and 33b are removed, and exposed from the holes 33a and 33b. The upper surfaces of the upper electrode 21a and the lower electrode 19a to be cleaned are cleaned.

次に、図12及び図24に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。   Next, steps required until a sectional structure shown in FIGS.

まず、第1〜第3ホール33a〜33cの内面とキャップ絶縁膜35の上面に、グルー膜として窒化チタン膜をスパッタ法で約100nm程度の厚さに形成する。そして、グルー膜の上にCVD法でタングステン膜を形成し、このタングステン膜で各ホール33a〜33cを完全に埋め込む。その後に、キャップ絶縁膜35の上の余分なグルー膜とタングステン膜とをCMP法により研磨して除去し、これらの膜を各ホール33a〜33c内にのみ第2の導電性プラグ37として残す。   First, a titanium nitride film as a glue film is formed on the inner surfaces of the first to third holes 33a to 33c and the upper surface of the cap insulating film 35 by a sputtering method to a thickness of about 100 nm. Then, a tungsten film is formed on the glue film by a CVD method, and each of the holes 33a to 33c is completely filled with this tungsten film. Thereafter, excess glue film and tungsten film on the cap insulating film 35 are removed by polishing by the CMP method, and these films are left as the second conductive plugs 37 only in the holes 33a to 33c.

図28は、この工程を終了した後の平面図である。なお、先の図12は図28のA7−A7線に沿う断面図に相当し、図24は図28のB6−B6線に沿う断面図に相当する。   FIG. 28 is a plan view after this process is completed. 12 corresponds to a cross-sectional view taken along line A7-A7 in FIG. 28, and FIG. 24 corresponds to a cross-sectional view taken along line B6-B6 in FIG.

次いで、図13に示すように、キャップ絶縁膜35と第2の導電性プラグ37のそれぞれの上面にスパッタ法により金属積層膜を形成し、それをパターニングして一層目金属配線40とする。   Next, as shown in FIG. 13, a metal laminated film is formed on the upper surfaces of the cap insulating film 35 and the second conductive plug 37 by sputtering, and is patterned to form a first-layer metal wiring 40.

このパターニングでは、キャップ絶縁膜35上に金属積層膜のエッチング残渣が残らないようにオーバーエッチングが行われる。このようにオーバーエッチングを行っても、キャップ絶縁膜35によって第3の水素バリア絶縁膜34が保護されているので、第3の水素バリア絶縁膜34までエッチングは及ばず、第3の水素バリア絶縁膜34の膜厚と水素バリア性とを維持することができる。   In this patterning, overetching is performed so that no etching residue of the metal laminated film remains on the cap insulating film 35. Even if over-etching is performed in this way, the third hydrogen barrier insulating film 34 is protected by the cap insulating film 35. Therefore, the third hydrogen barrier insulating film 34 is not etched, and the third hydrogen barrier insulating film 34 is not etched. The film thickness and hydrogen barrier property of the film 34 can be maintained.

なお、金属積層膜としては、例えば、厚さ約60nmのチタン膜、厚さ約30nmの窒化チタン膜、厚さ約360nmの銅含有アルミニウム膜、厚さ約5nmのチタン膜、及び厚さ約70nmの窒化チタン膜をこの順に形成する。   Examples of the metal laminated film include a titanium film having a thickness of about 60 nm, a titanium nitride film having a thickness of about 30 nm, a copper-containing aluminum film having a thickness of about 360 nm, a titanium film having a thickness of about 5 nm, and a thickness of about 70 nm. These titanium nitride films are formed in this order.

また、パターニングの前に、この金属積層膜の上に反射防止膜として酸窒化シリコン膜を形成してもよい。   In addition, a silicon oxynitride film may be formed as an antireflection film on the metal laminated film before patterning.

この後は、図14に示すように、金属配線と層間絶縁膜とを複数積層し、多層配線構造を得る。   Thereafter, as shown in FIG. 14, a plurality of metal wirings and interlayer insulating films are laminated to obtain a multilayer wiring structure.

この例では、二層目〜五層目金属配線41〜44と第3〜第6の層間絶縁膜45〜48を交互に複数積層する。これらのうち、金属配線41〜44は、一層目金属配線40と同様に、アルミニウム膜を含む金属積層膜をパターニングして得られる。また、第3〜第6の層間絶縁膜45〜48としては、例えばCVD法により酸化シリコン膜を形成し得る。   In this example, a plurality of second to fifth metal wirings 41 to 44 and third to sixth interlayer insulating films 45 to 48 are alternately stacked. Among these, the metal wirings 41 to 44 are obtained by patterning a metal laminated film including an aluminum film, similarly to the first-layer metal wiring 40. Further, as the third to sixth interlayer insulating films 45 to 48, silicon oxide films can be formed by, for example, a CVD method.

そして、最上層の五層目金属配線44の上には、酸化シリコンよりなる第1のパッシベーション膜49と、水分ブロック性に優れた窒化シリコンよりなる第2のパッシベーション膜50とがCVD法によりこの順に積層される。   A first passivation film 49 made of silicon oxide and a second passivation film 50 made of silicon nitride having an excellent water blocking property are formed on the uppermost fifth-layer metal wiring 44 by a CVD method. Laminated sequentially.

以上により、本実施形態に係る半導体装置の基本構造が完成した。   Thus, the basic structure of the semiconductor device according to this embodiment is completed.

この半導体装置の製造方法では、図6(b)を参照して説明したように、第3のレジストパターン30の側面が後退するようなエッチング条件を用いて第1の導電膜19をエッチングし、下部電極19aを形成した。   In this method of manufacturing a semiconductor device, as described with reference to FIG. 6B, the first conductive film 19 is etched using etching conditions such that the side surfaces of the third resist pattern 30 are retreated, A lower electrode 19a was formed.

既述のように、このようにレジストが後退する条件を採用することで、キャパシタ誘電体膜20aの側面に第1の導電膜19に由来する導電性のエッチング生成物が付着するのを抑制できる。これにより、キャパシタ誘電体膜20aの側面において、エッチング生成物によって上部電極21aと下部電極19aとが電気的に短絡し難くなり、強誘電体キャパシタQが不良になるのを防止できる。   As described above, it is possible to suppress the conductive etching product derived from the first conductive film 19 from adhering to the side surface of the capacitor dielectric film 20a by employing the condition that the resist recedes as described above. . Thereby, it is difficult to electrically short-circuit the upper electrode 21a and the lower electrode 19a by the etching product on the side surface of the capacitor dielectric film 20a, and it is possible to prevent the ferroelectric capacitor Q from being defective.

図30(a)〜(c)は、強誘電体キャパシタQのサンプルのSEM(Scanning Electron Microscope)像を基にして描いた図である。各々のサンプルでは、上記のように2ステップで第1の導電膜19をエッチングするときに、第1のステップにおけるエッチングガス中の塩素の流量比(=100×Cl2流量/(Cl2流量+Ar流量))を変えている。 FIGS. 30A to 30C are diagrams drawn on the basis of SEM (Scanning Electron Microscope) images of the ferroelectric capacitor Q samples. In each sample, when etching the first conductive film 19 in two steps as described above, the flow rate ratio of chlorine in the etching gas in the first step (= 100 × Cl 2 flow rate / (Cl 2 flow rate + Ar flow)) is changed.

図30(a)に示されるように、エッチングガス中における塩素流量が35%の場合は、キャパシタ誘電体膜20aの側面に、エッチング生成物90がフェンス状に付着している。これは、第3のレジストパターン30(図6(b)参照)と第1の導電膜19とのエッチング選択比が他の二つの場合よりも大きく、第3のレジストパターン30の後退量が不足し、キャパシタ誘電体膜20aの側面においてエッチングが十分に行われないためと推測される。   As shown in FIG. 30A, when the chlorine flow rate in the etching gas is 35%, the etching product 90 adheres to the side surface of the capacitor dielectric film 20a in a fence shape. This is because the etching selectivity between the third resist pattern 30 (see FIG. 6B) and the first conductive film 19 is larger than in the other two cases, and the retreat amount of the third resist pattern 30 is insufficient. It is assumed that the etching is not sufficiently performed on the side surface of the capacitor dielectric film 20a.

一方、図30(b)、図30(c)のように、エッチングガス中における塩素流量が45%と55%の場合では、上記のようなエッチング生成物90は発生してない。   On the other hand, as shown in FIGS. 30B and 30C, when the chlorine flow rate in the etching gas is 45% and 55%, the etching product 90 as described above is not generated.

本願発明者の調査によると、エッチング生成物90が出現し始めるのは、塩素流量が約37%を下回った場合である。よって、エッチング生成物90が発生するのを抑制するには、塩素流量を37%以上にコントロールするのが有効である。   According to the investigation of the present inventor, the etching product 90 starts to appear when the chlorine flow rate falls below about 37%. Therefore, in order to suppress the generation of the etching product 90, it is effective to control the chlorine flow rate to 37% or more.

但し、本願発明者が行った別の調査によると、エッチングガス中における塩素流量が大きすぎると、キャパシタ誘電体膜20aのスイッチング電荷量Qsw等の強誘電体特性が劣化することが明らかとなった。これは、塩素流量が大きすぎると、第3のレジストパターン30の後退が過度となってキャパシタ誘電体膜20aの側面のエッチング量が多くなり、キャパシタ誘電体膜20aの平面サイズが縮小することが原因であると推測される。   However, another investigation conducted by the inventor of the present application revealed that ferroelectric characteristics such as the switching charge amount Qsw of the capacitor dielectric film 20a deteriorate if the chlorine flow rate in the etching gas is too large. . This is because if the chlorine flow rate is too large, the third resist pattern 30 recedes excessively, increasing the amount of etching of the side surface of the capacitor dielectric film 20a, and reducing the planar size of the capacitor dielectric film 20a. Presumed to be the cause.

このような強誘電体特性の劣化が顕著になるのは、エッチングガス中における塩素流量が52%を超えた場合である。   Such deterioration of the ferroelectric characteristics becomes remarkable when the chlorine flow rate in the etching gas exceeds 52%.

したがって、塩素流量比を37%以上52%以下の範囲で制御することにより、キャパシタ誘電体膜20aの強誘電体特性を維持しながら、エッチング生成物の発生を抑制することができる。   Therefore, by controlling the chlorine flow rate ratio in the range of 37% to 52%, it is possible to suppress the generation of etching products while maintaining the ferroelectric characteristics of the capacitor dielectric film 20a.

但し、ICPエッチング装置100(図29参照)に設けられた塩素用のマスフローメータの精度が不十分であったりすると、上記の範囲内で塩素ガスをコントロールしているつもりでも、実際にはその範囲から外れることがある。例えば、アナログマスフローメータの動作保証範囲の上限付近で流量を制御しようとする場合、流量の誤差は±5%程度となる。したがって、塩素用のマスフローメータとアルゴン用のマスフローメータのそれぞれの誤差を合わせると±10%程度にもなってしまい、塩素流量比を正確に制御するのが難しい。   However, if the accuracy of the chlorine mass flow meter provided in the ICP etching apparatus 100 (see FIG. 29) is insufficient, even if the chlorine gas is controlled within the above range, the range is actually within that range. May fall off. For example, when the flow rate is to be controlled near the upper limit of the operation guarantee range of the analog mass flow meter, the flow rate error is about ± 5%. Accordingly, when the errors of the chlorine mass flow meter and the argon mass flow meter are combined, it becomes about ± 10%, and it is difficult to accurately control the chlorine flow rate ratio.

塩素流量比が制御できているか否かを半導体装置の製造途中に把握するのは困難で、半導体装置の完成後に目視観察によりエッチング生成物を発見することで始めて明らかになる場合がある。しかしながら、これでは半導体装置の不良を完成後まで見つけることができず、極めて非効率的である。   Whether or not the chlorine flow ratio can be controlled is difficult to grasp during the manufacturing of the semiconductor device, and may be clarified only by discovering the etching product by visual observation after the completion of the semiconductor device. However, this makes it impossible to find defects in the semiconductor device until completion, which is extremely inefficient.

そこで、本実施形態では、塩素流量が上記の範囲内で制御されているかどうかを判断する目安として、上部電極21aの上面に形成された段差面21x(図6(b)参照)の幅c1を以下のように利用する。 Therefore, in the present embodiment, as a guide for determining whether or not the chlorine flow rate is controlled within the above range, the width c 1 of the step surface 21x (see FIG. 6B) formed on the upper surface of the upper electrode 21a. Is used as follows.

図31は、塩素とアルゴンとの混合ガスで第1の導電膜19をエッチングするときの塩素流量比(=100×Cl2流量/(Cl2流量+Ar流量))と、強誘電体キャパシタQの各幅g、b、c1との関係を調査して得られたグラフである。 FIG. 31 shows the chlorine flow rate ratio (= 100 × Cl 2 flow rate / (Cl 2 flow rate + Ar flow rate)) when etching the first conductive film 19 with a mixed gas of chlorine and argon, and the ferroelectric capacitor Q. each width g of, b, is a graph obtained by investigating the relationship between c 1.

このグラフの横軸は、2ステップで第1の導電膜19をエッチングする際における、第1ステップの塩素流量比を示す。第2ステップの塩素流量比はこの調査では固定している。   The horizontal axis of this graph represents the chlorine flow rate ratio in the first step when the first conductive film 19 is etched in two steps. The chlorine flow ratio in the second step is fixed in this study.

また、各グラフの右側の式はそれぞれのグラフの近似式を表す。その近似式の下の係数R2は、近似式の決定係数と呼ばれ、この値が1に近いほど近似の精度が高いことを示す。 The expression on the right side of each graph represents an approximate expression of each graph. The coefficient R 2 below the approximate expression is called a determination coefficient of the approximate expression, and the closer this value is to 1, the higher the accuracy of the approximation.

更に、同図の下側の断面図と平面図に示されるように、各幅のうちgは下部電極19aの下面の幅を示す。また、bは上部電極21aの下面の幅を示し、c1は上部電極21aに形成された段差面21xの幅を示す。 Furthermore, as shown in the lower cross-sectional view and the plan view of the same drawing, g of each width indicates the width of the lower surface of the lower electrode 19a. Further, b is the width of the lower surface of the upper electrode 21a, c 1 denotes the width of the step surface 21x formed on the upper electrode 21a.

上記のように、キャパシタ誘電体膜20aの強誘電体特性を維持しながらエッチング生成物の発生を抑制するには、塩素流量比を37%以上52%以下の範囲で制御するのが好ましい。図31では、このような範囲を塩素流量比についての許容範囲ΔGとして示している。   As described above, in order to suppress the generation of etching products while maintaining the ferroelectric characteristics of the capacitor dielectric film 20a, it is preferable to control the chlorine flow rate ratio in the range of 37% to 52%. In FIG. 31, such a range is shown as an allowable range ΔG for the chlorine flow rate ratio.

また、図31に示されるように、塩素流量比の増大と共に各幅g、b、c1が縮小する。 Further, as shown in FIG. 31, the widths g, b, and c 1 are reduced as the chlorine flow rate ratio is increased.

これは、塩素流量比が増大すると、第3のレジストパターン30と第1の導電膜19とのエッチング選択比が低下し、第3のレジストパターン30の側面の後退量が大きくなってキャパシタQの側面のエッチング量が多くなるためと推測される。   This is because when the chlorine flow rate ratio increases, the etching selection ratio between the third resist pattern 30 and the first conductive film 19 decreases, the amount of receding of the side surface of the third resist pattern 30 increases, and the capacitor Q This is presumably because the etching amount on the side surface increases.

更に、各幅g、b、c1は塩素流量比にほぼ線形に依存しており、各幅g、b、c1と塩素流量比とは概ね一対一に対応している。したがって、各幅g、b、c1を測定することで、塩素流量比の凡その値を推定することができることになる。 Further, the widths g, b, and c 1 depend almost linearly on the chlorine flow rate ratio, and the widths g, b, and c 1 and the chlorine flow rate ratio generally correspond one to one. Therefore, by the width g, b, a c 1 to measure, so that it is possible to estimate the value of the approximate chlorine flow rate.

例えば、塩素流量比の許容範囲ΔGに対応する幅c1の許容幅ΔZを求め、該幅c1の測定値がこの許容幅ΔZ内に収まっていれば、塩素流量比も許容範囲ΔGに収まっていると推定できる。 For example, an allowable width ΔZ of the width c 1 corresponding to the allowable range ΔG of the chlorine flow ratio is obtained, and if the measured value of the width c 1 is within the allowable width ΔZ, the chlorine flow ratio is also within the allowable range ΔG. Can be estimated.

但し、グラフの傾きが緩やかだと、各幅g、b、c1の測定誤差によって塩素流量比の推定値に誤差が大きく生じ、推定精度が悪くなってしまう。 However, that's gentle slope of the graph, the width g, b, caused large error in the estimated value of the chlorine flow rate by the measurement error of c 1, the estimation accuracy is deteriorated.

したがって、各幅g、b、c1のうちグラフの傾きの絶対値が最も大きい段差面21xの幅c1を測定し、その測定値に基づいて、他の幅g、bを利用する場合よりも高い精度で塩素流量比を推定するのが好ましい。 Therefore, the width g, b, the absolute value of the slope of the graph of c 1 measures the width c 1 of the largest stepped surface 21x, based on the measurement values, other widths g, than when using the b It is preferable to estimate the chlorine flow ratio with high accuracy.

なお、既述のように、図31の横軸は、第1の導電膜19を2ステップでエッチングするときの第1ステップでの塩素流量比を示している。したがって、上記により推定される塩素流量比は第1ステップにおける値となる。   As described above, the horizontal axis of FIG. 31 shows the chlorine flow rate ratio in the first step when the first conductive film 19 is etched in two steps. Therefore, the chlorine flow rate ratio estimated as described above is a value in the first step.

第2ステップのエッチングでは、既述のように第3のレジストパターン30と第1の導電膜19とのエッチング選択比を第1のステップよりも低くし、第3レジストパターン30の後退を加速させるので、そもそもエッチング生成物が発生し難い。したがって、エッチング生成物の発生を抑制するために、塩素流量比の高精度な制御が求められるのは、第2ステップよりも第1ステップである。   In the etching in the second step, as described above, the etching selectivity between the third resist pattern 30 and the first conductive film 19 is made lower than that in the first step, and the recession of the third resist pattern 30 is accelerated. Therefore, etching products are hardly generated in the first place. Therefore, it is the first step rather than the second step that requires high-precision control of the chlorine flow rate ratio in order to suppress the generation of etching products.

但し、第2ステップでも塩素流量比を高精度に制御することが求められる場合には、第2ステップにおける塩素流量比について図31と同じ調査を行い、上記と同様にしてその塩素流量比を推定してもよい。これについては、単一のステップのみで第1導電膜19をエッチングする場合でも同様である。   However, if it is required to control the chlorine flow rate ratio with high accuracy even in the second step, the same investigation as in FIG. 31 is performed for the chlorine flow rate ratio in the second step, and the chlorine flow rate ratio is estimated in the same manner as described above. May be. The same applies to the case where the first conductive film 19 is etched by only a single step.

ところで、塩素流量比については、上記のように幅c1のみから推定を行ってもよいし、幅c1と他の幅とを組み合わせて推定を行ってもよい。 By the way, the chlorine flow rate ratio may be estimated from only the width c 1 as described above, or may be estimated by combining the width c 1 and other widths.

例えば、上部電極21aの上面の幅c0(図4(a)参照)と段差面21xの幅c1とを組み合わせ、これらの差(c0−c1)を利用して塩素流量比の推定を行ってもよい。 For example, the width c 0 of the upper surface of the upper electrode 21a (see FIG. 4A) and the width c 1 of the step surface 21x are combined, and the chlorine flow ratio is estimated using the difference (c 0 −c 1 ). May be performed.

図32は、塩素流量比と差(c0−c1)との関係を模式的に示すグラフである。 FIG. 32 is a graph schematically showing the relationship between the chlorine flow rate ratio and the difference (c 0 −c 1 ).

この場合も、図31と同様に、塩素流量比の許容範囲ΔGに対応する差(c0−c1)の許容幅ΔZを求め、該差(c0−c1)の測定値がこの許容幅ΔZ内に収まっていれば、塩素流量比も許容範囲ΔGに収まっていると推定できる。 Also in this case, as in FIG. 31, an allowable width ΔZ of the difference (c 0 −c 1 ) corresponding to the allowable range ΔG of the chlorine flow rate ratio is obtained, and the measured value of the difference (c 0 −c 1 ) If it falls within the width ΔZ, it can be estimated that the chlorine flow rate ratio is also within the allowable range ΔG.

特に、差(c0−c1)は、上部電極21a上での第3のレジストパターン30の後退量に相当する量であり、上部電極21aの設計寸法には依存しない量である。したがって、図32のグラフは、上部電極21aの設計寸法が異なる品種でもほぼ同じ傾向を呈するので、図32を利用することで全ての品種について塩素流量比を推定することができる。 In particular, the difference (c 0 −c 1 ) is an amount corresponding to the retraction amount of the third resist pattern 30 on the upper electrode 21a, and is an amount that does not depend on the design dimension of the upper electrode 21a. Therefore, the graph of FIG. 32 shows almost the same tendency even in the types having different design dimensions of the upper electrode 21a. Therefore, the chlorine flow rate ratio can be estimated for all types by using FIG.

以下に、その推定方法について詳細に説明する。   The estimation method will be described in detail below.

図33〜図35は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。   33 to 35 are flowcharts showing the method of manufacturing the semiconductor device according to this embodiment.

図33に示すように、最初のステップS1では、図3(a)で説明した第1のレジストパターン23を形成する。   As shown in FIG. 33, in the first step S1, the first resist pattern 23 described in FIG. 3A is formed.

次いで、ステップS2に移り、CD-SEM装置等の線幅測定装置を用いて、その第1のレジストパターン23の下面の幅a(図3(a)参照)を自動的に測定する。   Next, the process proceeds to step S2, and the width a (see FIG. 3A) of the lower surface of the first resist pattern 23 is automatically measured using a line width measuring device such as a CD-SEM device.

その幅aが、設計上許容される範囲の外にあると、第1のレジストパターン23をマスクにするエッチングで形成される上部電極21aの幅が設計値から外れることになる。   If the width a is outside the allowable range in design, the width of the upper electrode 21a formed by etching using the first resist pattern 23 as a mask deviates from the design value.

そこで、次のステップS3では、幅aが設計上許される許容範囲内にあるか否かが判定される。   Therefore, in the next step S3, it is determined whether or not the width a is within the allowable range in design.

そして、許容範囲内にない(NO)と判断された場合には、ステップS9に移って第1のレジストパターン23を剥離した後、その第1のレジストパターン23を再形成して、ステップS2からやり直す。   If it is determined that the value is not within the allowable range (NO), the process proceeds to step S9, where the first resist pattern 23 is peeled off, and then the first resist pattern 23 is re-formed. Try again.

一方、ステップS3において許容範囲内にある(YES)と判断された場合には、ステップS4に移り、図4(a)で説明した第2導電膜21のドライエッチングを行い、上部電極21aを形成する。   On the other hand, if it is determined in step S3 that it is within the allowable range (YES), the process proceeds to step S4, where the second conductive film 21 described in FIG. 4A is dry-etched to form the upper electrode 21a. To do.

続いて、ステップS5に移り、図4(a)の図中に示すような上部電極21aの下面の幅bと、上部電極21aの上面の幅c0とを測定する。この測定は、ハードマスク21aを除去した後に、例えばCD-SEM装置等の線幅測定装置を用いて自動的に行う。 Subsequently, the procedure proceeds to step S5, measuring the width b of the lower surface of the upper electrode 21a as shown in FIG. Of FIG. 4 (a), and a width c 0 of the upper surface of the upper electrode 21a. This measurement is automatically performed using a line width measuring device such as a CD-SEM device after removing the hard mask 21a.

このように幅b、c0を実際に測定することにより、上部電極21aが設計通りの幅で加工されているかどうかを把握することができる。 Thus, by actually measuring the widths b and c 0 , it is possible to grasp whether or not the upper electrode 21a is processed with a designed width.

次に、ステップS6に移り、図4(b)で説明した第2のレジストパターン27を形成する。   Next, the process proceeds to step S6, and the second resist pattern 27 described with reference to FIG.

そして、ステップS7に移り、CD-SEM装置等を用いて、第2のレジストパターン27の下面の幅d(図4(b)参照)を測定する。   Then, the process proceeds to step S7, and the width d (see FIG. 4B) of the lower surface of the second resist pattern 27 is measured using a CD-SEM apparatus or the like.

第2のレジストパターン27は、強誘電体膜20のエッチングマスクとなるものであり、その幅が設計上の許容範囲からずれていると、強誘電体膜20をエッチングして得られるキャパシタ誘電体膜20aの幅が設計値からずれてしまう。   The second resist pattern 27 serves as an etching mask for the ferroelectric film 20. When the width of the second resist pattern 27 deviates from the allowable range in design, the capacitor dielectric obtained by etching the ferroelectric film 20 is used. The width of the film 20a deviates from the design value.

そこで、次のステップS7では、上記の幅dが、設計上許される許容範囲にあるか否かが判断される。   Therefore, in the next step S7, it is determined whether or not the width d is within an allowable range that is permitted in design.

そして、許容範囲にない(NO)と判断された場合には、ステップS10に移り、第2のレジストパターン27を剥離した後、再び第2のレジストパターン27を形成し、ステップS7からやり直す。   If it is determined that the value is not within the allowable range (NO), the process proceeds to step S10, the second resist pattern 27 is peeled off, the second resist pattern 27 is formed again, and the process is repeated from step S7.

一方、ステップS7において許容範囲にある(YES)と判断された場合には、図34のステップS11に移る。   On the other hand, if it is determined in step S7 that it is within the allowable range (YES), the process proceeds to step S11 in FIG.

そのステップS11では、図5(a)で説明したように、第2のレジストパターン27をマスクにして強誘電体膜20をドライエッチングし、キャパシタ誘電体膜20aを形成する。   In step S11, as described with reference to FIG. 5A, the ferroelectric film 20 is dry-etched using the second resist pattern 27 as a mask to form a capacitor dielectric film 20a.

次いで、ステップS12に移り、このキャパシタ誘電体膜20aの下面の幅e(図5(a)参照)を測定する。その測定は、例えばCD-SEM装置を用いて行われる。このように幅eを実際に測定することで、キャパシタ誘電体膜20aが設計寸法の通りに加工できているかどうかを把握することができる。   Next, the process proceeds to step S12, and the width e (see FIG. 5A) of the lower surface of the capacitor dielectric film 20a is measured. The measurement is performed using, for example, a CD-SEM apparatus. Thus, by actually measuring the width e, it is possible to grasp whether or not the capacitor dielectric film 20a can be processed according to the design dimensions.

続いて、ステップS13に移り、図5(b)で説明した第1の水素バリア絶縁膜28を形成する。   Subsequently, the process proceeds to step S13, and the first hydrogen barrier insulating film 28 described with reference to FIG.

その後、ステップS14に移り、図6(a)で説明したような第3のレジストパターン30を形成する。   Thereafter, the process proceeds to step S14, and the third resist pattern 30 as described with reference to FIG.

そして、ステップS15に移り、CD-SEM装置等を用いて、第3のレジストパターン30の下面の幅fを自動的に測定する。   In step S15, the width f of the lower surface of the third resist pattern 30 is automatically measured using a CD-SEM apparatus or the like.

第3のレジストパターン30は、第1の導電膜19のエッチングのマスクとして使用するものである。したがって、第3のレジストパターン30の幅が設計上の許容範囲からずれていると、第1の導電膜19をエッチングして得られる下部電極19aの幅が設計値からずれることになる。   The third resist pattern 30 is used as a mask for etching the first conductive film 19. Therefore, if the width of the third resist pattern 30 is deviated from the allowable range in design, the width of the lower electrode 19a obtained by etching the first conductive film 19 is deviated from the design value.

このような不都合を回避するため、次のステップS16では、上記で測定した第3のレジストパターン30の下面の幅fが、設計上の許容範囲内にあるか否かが判断される。   In order to avoid such an inconvenience, in the next step S16, it is determined whether or not the width f of the lower surface of the third resist pattern 30 measured above is within a design allowable range.

そして、許容範囲内にない(NO)と判断された場合には、ステップS20に移って第3のレジストパターン30を剥離する。そして、第3のレジストパターン30を再び形成した後、ステップS15からやり直す。   And when it is judged that it is not in an allowable range (NO), it moves to step S20 and the 3rd resist pattern 30 is peeled. Then, after forming the third resist pattern 30 again, the process is repeated from step S15.

これに対し、ステップS16において許容範囲内にある(YES)と判断された場合にはステップS17に移る。   On the other hand, if it is determined in step S16 that it is within the allowable range (YES), the process proceeds to step S17.

そのステップS17では、図6(b)で説明したように、第3のレジストパターン30をマスクにして第1の導電膜19をドライエッチングし、下部電極19aを形成する。   In step S17, as described with reference to FIG. 6B, the first conductive film 19 is dry-etched using the third resist pattern 30 as a mask to form the lower electrode 19a.

このドライエッチングでは、第3のレジストパターン30の側面が後退したことで、上部電極21aの上面に既述のような段差面21x(図6(b)参照)が形成される。   In this dry etching, since the side surface of the third resist pattern 30 has receded, the step surface 21x (see FIG. 6B) as described above is formed on the upper surface of the upper electrode 21a.

図31と図32を参照して説明したように、その段差面21xの幅c1は、このドライエッチングで使用されるエッチングガス中の塩素流量比を推定するのに利用できる。 As described with reference to FIGS. 31 and 32, the width c 1 of the stepped surface 21x can be used to estimate the chlorine flow ratio in the etching gas used in this dry etching.

次のステップS18では、段差面21xの幅c1と下部電極19aの幅g(図6(b)参照)を、CD-SEM等の測長装置により自動的に測定する。 In the next step S18, the width g (FIG. 6 (b) refer) width c 1 and the lower electrode 19a of the stepped surface 21x and automatically measured by the length measuring device such as a CD-SEM.

次いで、ステップS19に移り、ステップS5で測定した上部電極21aの上面の幅c0と、ステップS18で測定した段差面21xの幅c1との差(c0−c1)を算出する。 Next, the process proceeds to step S19, and the difference (c 0 −c 1 ) between the width c 0 of the upper surface of the upper electrode 21a measured in step S5 and the width c 1 of the step surface 21x measured in step S18 is calculated.

そして、図35の次のステップS21に移り、差(c0−c1)が図32の許容範囲ΔZ内にあるか否かを判断する。 Then, the process proceeds to the next step S21 in FIG. 35, and it is determined whether or not the difference (c 0 −c 1 ) is within the allowable range ΔZ in FIG.

ここで、許容範囲ΔZ内にある(YES)と判断された場合には、塩素流量比が許容範囲ΔG(図32参照)内にあると推定される。この場合は、キャパシタQの側面にエッチング生成物が付着しておらず、かつキャパシタ誘電体膜20aも劣化していないと推定されるので、キャパシタQが不良になるおそれはなく、キャパシタQの形成を終了する。   Here, when it is determined that it is within the allowable range ΔZ (YES), it is estimated that the chlorine flow rate ratio is within the allowable range ΔG (see FIG. 32). In this case, it is presumed that the etching product does not adhere to the side surface of the capacitor Q, and the capacitor dielectric film 20a is not deteriorated. Exit.

これに対し、許容範囲ΔZ内にない(NO)と判断された場合には、塩素流量比が許容範囲ΔG(図32参照)から外れていると推定されるので、キャパシタQの側面にエッチング生成物がフェンス状に付着している可能性がある。   On the other hand, if it is determined that it is not within the allowable range ΔZ (NO), it is estimated that the chlorine flow ratio is out of the allowable range ΔG (see FIG. 32). There is a possibility that an object is attached to the fence.

そこで、この場合はステップS22に移り、SEM等によって実際にキャパシタQを観察することにより、フェンスの有無を確認する。   Therefore, in this case, the process proceeds to step S22, and the presence or absence of the fence is confirmed by actually observing the capacitor Q with an SEM or the like.

そして、エッチング生成物がない(NO)と判断された場合には、キャパシタQが不良になるおそれがないので、キャパシタQの形成を終了する。   If it is determined that there is no etching product (NO), the capacitor Q is not likely to be defective, and the formation of the capacitor Q is terminated.

一方、エッチング生成物がある(YES)と判断された場合には、一度付いたエッチング生成物を除去することはできないので、ステップS23に移り、そのキャパシタQが属する1ロット(25枚)のシリコン基板1を廃棄する。   On the other hand, if it is determined that there is an etching product (YES), the etching product once attached cannot be removed. Therefore, the process proceeds to step S23, and one lot (25 sheets) of silicon to which the capacitor Q belongs. The substrate 1 is discarded.

そして、ステップS24に移ってICPエッチング装置100(図29参照)の稼動を停止した後、ステップS25においてエッチング装置の100の状態を確認する。本ステップでは、例えば、塩素流量を測定するためのマスフローメータの校正が正しくなされているかどうか等の確認作業が行われる。   Then, after moving to step S24, the operation of the ICP etching apparatus 100 (see FIG. 29) is stopped, and then the state of the etching apparatus 100 is confirmed in step S25. In this step, for example, confirmation work such as whether the mass flow meter for measuring the chlorine flow rate is correctly calibrated is performed.

以上により、本実施形態における基本ステップが完了する。   As described above, the basic steps in the present embodiment are completed.

このように、本実施形態では、上部電極21aの段差面21xの幅c1が、第1の導電膜19のエッチング時の塩素流量比に依存することを利用するので、キャパシタQを実際に観察しなくてもその側面にエッチング生成物があるかどうかを判断することができる。そのため、エッチング生成物があると判断された場合にのみ、確認のためにキャパシタQを観察すればよく、製造工程の簡略化が図られる。また、エッチング生成物があると判断された場合には、エッチング装置の稼動を停止する等して、後続の製品ロットにもエッチング生成物が発生するのを未然に防ぐことが可能となる。 As described above, in the present embodiment, the fact that the width c 1 of the stepped surface 21x of the upper electrode 21a depends on the chlorine flow ratio during the etching of the first conductive film 19 is used, so the capacitor Q is actually observed. Even if it is not, it can be judged whether there exists an etching product in the side surface. Therefore, only when it is determined that there is an etching product, the capacitor Q may be observed for confirmation, and the manufacturing process can be simplified. Further, when it is determined that there is an etching product, it is possible to prevent the etching product from occurring in the subsequent product lot by stopping the operation of the etching apparatus.

特に、図31に示したように、段差面21xの幅c1は他の幅g、bと比較して塩素流量の変動に敏感に反応する。したがって、差(c0−c1)も塩素流量の変動に対して敏感に反応するので、差(c0−c1)を利用することで塩素流量が許容範囲にあるかどうかを精度良く推定できる。 In particular, as shown in FIG. 31, the width c 1 of the step surface 21x is more sensitive to fluctuations in the chlorine flow rate than the other widths g and b. Therefore, the difference (c 0 −c 1 ) also reacts sensitively to fluctuations in the chlorine flow rate, so it is possible to accurately estimate whether the chlorine flow rate is within the allowable range by using the difference (c 0 −c 1 ). it can.

これに対し、特許文献1では、(b−g)/2に相当する量を「広がりΔW」とし、この「広がりΔW」と塩素流量比との関係が開示されている。但し、上記のように、幅g、bは塩素流量比の変動に対する反応が鈍いので、「広がりΔW」を用いたのでは本実施形態のように高精度に塩素流量比を推定するのは困難である。   On the other hand, in Patent Document 1, an amount corresponding to (b−g) / 2 is defined as “spread ΔW”, and the relationship between this “spread ΔW” and the chlorine flow rate ratio is disclosed. However, as described above, the widths g and b have a slow response to fluctuations in the chlorine flow rate ratio, so it is difficult to estimate the chlorine flow rate ratio with high accuracy as in this embodiment by using “spread ΔW”. It is.

ところで、上記では、第1の導電膜19をエッチングするときのエッチング条件のうち塩素流量比に着目したが、第3のレジストパターン30の後退量は、塩素流量比だけでなく、第1及び第2の高周波電源104、105(図29参照)のパワー、チャンバ106内の圧力、基板温度等のプロセスパラメータにも依存する。   By the way, in the above description, attention is paid to the chlorine flow rate ratio among the etching conditions when the first conductive film 19 is etched. However, the receding amount of the third resist pattern 30 is not only the chlorine flow rate ratio but also the first and first flow rates. It also depends on process parameters such as the power of the two high frequency power supplies 104 and 105 (see FIG. 29), the pressure in the chamber 106, and the substrate temperature.

したがって、これらのプロセスパラメータの各々について、図31の類似のグラフを作成することによっても、上記と同様にしてエッチング生成物の有無を判断することができる。   Therefore, the presence or absence of an etching product can be determined in the same manner as described above by creating a similar graph of FIG. 31 for each of these process parameters.

図36は、そのようなグラフを模式的に示す図である。   FIG. 36 is a diagram schematically showing such a graph.

図36の横軸は、第1及び第2の高周波電源104、105のパワー、チャンバ106内の圧力、及び基板温度のうちのいずれか一のプロセスパラメータPEを示す。一方、縦軸は、図31と同様に段差面21xの幅c1を示す。 The horizontal axis of FIG. 36 shows the power of the first and second high-frequency power supply 104 and 105, the pressure in the chamber 106, and any one of the process parameters P E of the substrate temperature. On the other hand, the vertical axis indicates the width c 1 of the step surface 21x as in FIG.

この場合、プロセスパラメータPEを様々に変化させて予め実験を行うことで、エッチング生成物が発生せず、かつ、キャパシタ誘電体膜20aのスイッチング電荷量が低下しないようなプロセスパラメータPEの許容範囲ΔGを予め求めておく。 In this case, by performing an experiment in advance by changing the process parameter P E in various ways, the process parameter P E is allowed so that no etching product is generated and the switching charge amount of the capacitor dielectric film 20a is not reduced. The range ΔG is obtained in advance.

そして、既述の図33〜図35のフローチャートに従い、幅c1の測定値が許容範囲ΔGに対応する範囲ΔZに収まっている場合には、エッチング生成物が発生しておらず、かつ、キャパシタ誘電体膜20aのスイッチング電荷量が低下していないと判断できる。 When the measured value of the width c 1 falls within the range ΔZ corresponding to the allowable range ΔG according to the flowcharts of FIGS. 33 to 35 described above, no etching product is generated and the capacitor It can be determined that the switching charge amount of the dielectric film 20a has not decreased.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記では、図13の工程において第2の導電性プラグ37を介して上部電極21aと一層目金属配線40とを電気的に接続しているが、第2の導電性プラグ37を省いて、第1のホール33aに一層目金属配線40を直接埋め込むようにしてもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the above, the upper electrode 21a and the first-layer metal wiring 40 are electrically connected via the second conductive plug 37 in the step of FIG. 13, but the second conductive plug 37 is omitted. The first-layer metal wiring 40 may be directly buried in the first hole 33a.

更に、アルミニウム膜を含む各配線40〜44に代えて、銅配線を形成してもよい。   Further, instead of the wirings 40 to 44 including the aluminum film, copper wirings may be formed.

以下に、本発明の諸態様を付記にまとめる。   The aspects of the present invention are summarized in the following supplementary notes.

(付記1) 半導体基板の上方に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の上に、第1の導電膜、強誘電体膜、及び第2の導電膜を順に形成する工程と、
前記第2の導電膜をパターニングして上部電極にする工程と、
前記強誘電体膜をパターニングしてキャパシタ誘電体膜にする工程と、
前記上部電極の上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクにして、該レジストパターンの側面を後退させながら、前記第1の導電膜をエッチングし、下部電極を形成する工程と、
前記上部電極の上面のうち、前記レジストパターンの後退を反映して他の領域よりも高位となった段差面の幅を測定する工程と、
前記段差面の幅に基づいて、前記エッチングのときに前記キャパシタ誘電体膜の側面に付着したエッチング生成物の有無を判断する工程と、
前記エッチング生成物が無であると判断された場合に、前記上部電極、前記キャパシタ誘電体膜、及び前記下部電極を第2の絶縁膜で被覆する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 1) The process of forming a 1st insulating film above a semiconductor substrate,
Forming a first conductive film, a ferroelectric film, and a second conductive film on the first insulating film in order;
Patterning the second conductive film to form an upper electrode;
Patterning the ferroelectric film into a capacitor dielectric film;
Forming a resist pattern on the upper electrode;
Etching the first conductive film while retreating the side of the resist pattern using the resist pattern as a mask, and forming a lower electrode;
Of the upper surface of the upper electrode, the step of measuring the width of the step surface that is higher than the other region reflecting the recession of the resist pattern,
Determining the presence or absence of an etching product attached to the side surface of the capacitor dielectric film during the etching based on the width of the step surface;
A step of covering the upper electrode, the capacitor dielectric film, and the lower electrode with a second insulating film when it is determined that the etching product is absent;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

(付記2) 前記上部電極の幅を測定する工程と、
前記上部電極の幅と前記段差面の幅との差を求める工程とを更に有し、
前記エッチング生成物の有無の判断を、前記差に基づいて行うことを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 2) Measuring the width of the upper electrode;
A step of obtaining a difference between the width of the upper electrode and the width of the step surface,
The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein the presence or absence of the etching product is determined based on the difference.

(付記3) 前記エッチング生成物の有無の判断において、前記エッチング生成物を発生させないための前記差の許容範囲を予め求めておき、前記差が前記許容範囲から外れているときに、前記エッチング生成物が発生していると判断することを特徴とする付記2に記載の半導体装置の製造方法。   (Supplementary Note 3) In the determination of the presence or absence of the etching product, an allowable range of the difference for preventing the generation of the etching product is obtained in advance, and the etching generation is performed when the difference is out of the allowable range. The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 2, wherein it is determined that an object is generated.

(付記4) 前記差の前記許容範囲として、前記エッチング生成物を発生させず、かつ、前記キャパシタ誘電体膜の強誘電体特性を劣化させない範囲を採用することを特徴とする付記3に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 4) As the said tolerance | permissible_range of the said difference, the range which does not generate | occur | produce the said etching product and does not degrade the ferroelectric characteristic of the said capacitor dielectric film is employ | adopted, The additional description 3 characterized by the above-mentioned. A method for manufacturing a semiconductor device.

(付記5) 前記上部電極の前記幅は、該上部電極の上面の幅であることを特徴とする付記1〜付記4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 5) The said width | variety of the said upper electrode is a width | variety of the upper surface of this upper electrode, The manufacturing method of the semiconductor device in any one of Additional remark 1-Additional remark 4 characterized by the above-mentioned.

(付記6) 前記第1の導電膜のエッチングは、前記レジストパターンと前記第1の導電膜とのエッチング選択比を変更して、複数のステップに分けて行われることを特徴とする付記1〜5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   (Supplementary Note 6) The etching of the first conductive film is performed in a plurality of steps by changing an etching selection ratio between the resist pattern and the first conductive film. 6. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5.

(付記7) 前記第1の導電膜のエッチングは、塩素とアルゴンガスとを含むプラズマ雰囲気中において行われ、
前記エッチング選択比の変更は、塩素とアルゴンガスとの流量比、前記プラズマ雰囲気の圧力、前記プラズマを発生させるための高周波電力のパワー、及び基板温度のいずれかの変更により行われることを特徴とする付記6に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 7) The etching of the first conductive film is performed in a plasma atmosphere containing chlorine and argon gas,
The etching selection ratio is changed by changing any one of a flow rate ratio of chlorine and argon gas, a pressure of the plasma atmosphere, a power of high-frequency power for generating the plasma, and a substrate temperature. The manufacturing method of the semiconductor device according to appendix 6.

(付記8) 前記第1の導電膜と前記第2の導電膜のうち、少なくとも一方として、貴金属膜又は酸化貴金属膜を形成することを特徴とする付記1〜付記7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   (Supplementary note 8) The semiconductor according to any one of supplementary notes 1 to 7, wherein a noble metal film or a noble metal oxide film is formed as at least one of the first conductive film and the second conductive film. Device manufacturing method.

(付記9) 半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成され、下部電極、強誘電体材料よりなるキャパシタ誘電体膜、及び上部電極を備えた強誘電体キャパシタとを有し、
前記上部電極の上面に段差部が形成されたことを特徴とする半導体装置。
(Appendix 9) a semiconductor substrate;
An insulating film formed above the semiconductor substrate;
A lower electrode, a capacitor dielectric film made of a ferroelectric material, and a ferroelectric capacitor provided with an upper electrode;
A semiconductor device, wherein a step portion is formed on an upper surface of the upper electrode.

(付記10) 前記下部電極はストライプ状に形成され、
前記上部電極は前記下部電極の上方に複数形成され、
前記段差部は、前記複数の上部電極に共通の仮想直線上に沿って形成されたことを特徴とする付記9に記載の半導体装置。
(Supplementary Note 10) The lower electrode is formed in a stripe shape,
A plurality of the upper electrodes are formed above the lower electrode,
The semiconductor device according to appendix 9, wherein the stepped portion is formed along a virtual straight line common to the plurality of upper electrodes.

図1(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その1)である。1A and 1B are cross-sectional views (part 1) in a direction orthogonal to the word line direction in the course of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. 図2(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その2)である。2A and 2B are cross-sectional views (No. 2) in a direction orthogonal to the word line direction in the course of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. 図3(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その3)である。3A and 3B are cross-sectional views (part 3) in the direction orthogonal to the word line direction during the manufacturing of the semiconductor device according to the present embodiment. 図4(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その4)である。4A and 4B are cross-sectional views (part 4) in a direction orthogonal to the word line direction during the manufacture of the semiconductor device according to the present embodiment. 図5(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その5)である。5A and 5B are cross-sectional views (No. 5) in a direction orthogonal to the word line direction in the course of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. 図6(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その6)である。6A and 6B are cross-sectional views (No. 6) in a direction orthogonal to the word line direction in the course of manufacturing the semiconductor device according to this embodiment. 図7は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その7)である。FIG. 7 is a cross-sectional view (No. 7) in the direction orthogonal to the word line direction during the manufacturing of the semiconductor device according to the present embodiment. 図8は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その8)である。FIG. 8 is a sectional view (No. 8) in the direction orthogonal to the word line direction in the course of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. 図9は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その9)である。FIG. 9 is a sectional view (No. 9) in the direction orthogonal to the word line direction in the course of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. 図10は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その10)である。FIG. 10 is a cross-sectional view (No. 10) in the direction orthogonal to the word line direction in the course of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. 図11は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その11)である。FIG. 11 is a cross-sectional view (No. 11) in a direction orthogonal to the word line direction in the course of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. 図12は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その12)である。FIG. 12 is a sectional view (No. 12) in a direction orthogonal to the word line direction in the course of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. 図13は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その13)である。FIG. 13 is a cross-sectional view (No. 13) in the direction orthogonal to the word line direction in the course of manufacturing the semiconductor device according to this embodiment. 図14は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向に直交する方向の断面図(その14)である。FIG. 14 is a cross-sectional view (No. 14) in the direction orthogonal to the word line direction in the course of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. 図15(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向の断面図(その1)である。15A and 15B are cross-sectional views (part 1) in the word line direction during the manufacturing of the semiconductor device according to the embodiment. 図16(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向の断面図(その2)である。16A and 16B are cross-sectional views (part 2) in the word line direction during the manufacturing of the semiconductor device according to this embodiment. 図17(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向の断面図(その3)である。17A and 17B are cross-sectional views (part 3) in the word line direction during the manufacturing of the semiconductor device according to this embodiment. 図18(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向の断面図(その4)である。18A and 18B are cross-sectional views (part 4) in the word line direction during the manufacturing of the semiconductor device according to this embodiment. 図19は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向の断面図(その5)である。FIG. 19 is a cross-sectional view (part 5) in the word line direction during the manufacturing of the semiconductor device according to the present embodiment. 図20は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向の断面図(その6)である。FIG. 20 is a cross-sectional view (No. 6) in the word line direction during the manufacturing of the semiconductor device according to the present embodiment. 図21は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向の断面図(その7)である。FIG. 21 is a sectional view (No. 7) in the word line direction during the manufacturing of the semiconductor device according to the embodiment. 図22は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向の断面図(その8)である。FIG. 22 is a cross-sectional view (No. 8) in the word line direction during the manufacturing of the semiconductor device according to the present embodiment. 図23は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向の断面図(その9)である。FIG. 23 is a sectional view (No. 9) in the word line direction during the manufacturing of the semiconductor device according to the embodiment. 図24は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワード線方向の断面図(その10)である。FIG. 24 is a cross-sectional view (No. 10) in the word line direction during the manufacturing of the semiconductor device according to the present embodiment. 図25(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中における平面図(その1)である。FIGS. 25A and 25B are plan views (part 1) in the course of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. 図26(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中における平面図(その2)である。26A and 26B are plan views (part 2) in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. 図27(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中における平面図(その3)である。27A and 27B are plan views (part 3) of the semiconductor device according to the present embodiment in the middle of manufacture. 図28は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中における平面図(その4)である。FIG. 28 is a plan view (part 4) of the semiconductor device according to the present embodiment during manufacturing. 図29は、本発明の実施の形態で使用されるICPエッチング装置の構成図である。FIG. 29 is a configuration diagram of an ICP etching apparatus used in the embodiment of the present invention. 図30(a)〜(c)は、強誘電体キャパシタQのサンプルのSEM像を基にして描いた図である。30A to 30C are diagrams drawn on the basis of SEM images of samples of the ferroelectric capacitor Q. FIG. 図31は、塩素とアルゴンとの混合ガスで第1の導電膜をエッチングするときの塩素流量比と、強誘電体キャパシタの各幅g、b、c1との関係を調査して得られたグラフである。FIG. 31 was obtained by investigating the relationship between the chlorine flow rate ratio when etching the first conductive film with a mixed gas of chlorine and argon and the respective widths g, b, and c 1 of the ferroelectric capacitor. It is a graph. 図32は、塩素流量比と差(c0−c1)との関係を模式的に示すグラフである。FIG. 32 is a graph schematically showing the relationship between the chlorine flow rate ratio and the difference (c 0 −c 1 ). 図33は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート(その1)である。FIG. 33 is a flowchart (No. 1) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the invention. 図34は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート(その2)である。FIG. 34 is a flowchart (No. 2) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the invention. 図35は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート(その3)である。FIG. 35 is a flowchart (No. 3) showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 図36は、第1の導電膜をエッチングするときのプロセスパラメータと、上部電極の段差面の幅との関係を示すグラフである。FIG. 36 is a graph showing the relationship between the process parameter when etching the first conductive film and the width of the step surface of the upper electrode.

符号の説明Explanation of symbols

1…シリコン基板、2…素子分離絶縁膜、3…pウェル、4…ゲート絶縁膜、5…ゲート電極、6a、6b…n型ソース/ドレインエクステンション、7…絶縁性サイドウォール、8a、8b…n型ソース/ドレイン領域、9…高融点金属シリサイド層、12a、12b…コンタクトホール、13a、13b…第1の導電性プラグ、14…カバー絶縁膜、15…第1の層間絶縁膜、16…酸化防止絶縁膜、17…絶縁性密着膜、18…下地絶縁膜、19…第1の導電膜、19a…下部電極、20…強誘電体膜、20a…キャパシタ誘電体膜、21…第2の導電膜、21a…上部電極、22…マスク材料膜、22a…ハードマスク、23…第1のレジストパターン、27…第2のレジストパターン、28…第1の水素バリア絶縁膜、30…第3のレジストパターン、32…第2の水素バリア絶縁膜、33…第2の層間絶縁膜、33a〜33c…第1〜第3のホール、34…第3の水素バリア絶縁膜、35…キャップ絶縁膜、36…第4のレジストパターン、36a…窓、37…第2の導電性プラグ、39…第5のレジストパターン、39a…窓、40…一層目金属配線、41〜44…二層目〜五層目金属配線、45〜48…第3〜第6の層間絶縁膜、49…第1のパッシベーション膜、50…第2のパッシベーション膜。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Element isolation insulating film, 3 ... p well, 4 ... gate insulating film, 5 ... gate electrode, 6a, 6b ... n-type source / drain extension, 7 ... insulating side wall, 8a, 8b ... n-type source / drain region, 9 ... refractory metal silicide layer, 12a, 12b ... contact hole, 13a, 13b ... first conductive plug, 14 ... cover insulating film, 15 ... first interlayer insulating film, 16 ... Antioxidation insulating film, 17 ... insulating adhesive film, 18 ... base insulating film, 19 ... first conductive film, 19a ... lower electrode, 20 ... ferroelectric film, 20a ... capacitor dielectric film, 21 ... second Conductive film, 21a ... upper electrode, 22 ... mask material film, 22a ... hard mask, 23 ... first resist pattern, 27 ... second resist pattern, 28 ... first hydrogen barrier insulating film, 30 ... third Les 32 ... second hydrogen barrier insulating film, 33 ... second interlayer insulating film, 33a-33c ... first to third holes, 34 ... third hydrogen barrier insulating film, 35 ... cap insulating film, 36 ... 4th resist pattern, 36a ... Window, 37 ... 2nd conductive plug, 39 ... 5th resist pattern, 39a ... Window, 40 ... 1st layer metal wiring, 41-44 ... 2nd layer-5th layer Eye metal wirings, 45 to 48, third to sixth interlayer insulating films, 49, first passivation film, and 50, second passivation film.

Claims (6)

半導体基板の上方に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の上に、第1の導電膜、強誘電体膜、及び第2の導電膜を順に形成する工程と、
前記第2の導電膜をパターニングして上部電極にする工程と、
前記強誘電体膜をパターニングしてキャパシタ誘電体膜にする工程と、
前記上部電極の上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクにして、該レジストパターンの側面を後退させながら、前記第1の導電膜をエッチングし、下部電極を形成する工程と、
前記上部電極の上面のうち、前記レジストパターンの後退を反映して他の領域よりも高位となった段差面の幅を測定する工程と、
前記段差面の幅に基づいて、前記エッチングのときに前記キャパシタ誘電体膜の側面に付着したエッチング生成物の有無を判断する工程と、
前記エッチング生成物が無であると判断された場合に、前記上部電極、前記キャパシタ誘電体膜、及び前記下部電極を第2の絶縁膜で被覆する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first insulating film over the semiconductor substrate;
Forming a first conductive film, a ferroelectric film, and a second conductive film on the first insulating film in order;
Patterning the second conductive film to form an upper electrode;
Patterning the ferroelectric film into a capacitor dielectric film;
Forming a resist pattern on the upper electrode;
Etching the first conductive film while retreating the side of the resist pattern using the resist pattern as a mask, and forming a lower electrode;
Of the upper surface of the upper electrode, the step of measuring the width of the step surface that is higher than the other region reflecting the recession of the resist pattern,
Determining the presence or absence of an etching product attached to the side surface of the capacitor dielectric film during the etching based on the width of the step surface;
A step of covering the upper electrode, the capacitor dielectric film, and the lower electrode with a second insulating film when it is determined that the etching product is absent;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記上部電極の幅を測定する工程と、
前記上部電極の幅と前記段差面の幅との差を求める工程とを更に有し、
前記エッチング生成物の有無の判断を、前記差に基づいて行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
Measuring the width of the upper electrode;
A step of obtaining a difference between the width of the upper electrode and the width of the step surface,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the presence or absence of the etching product is determined based on the difference.
前記エッチング生成物の有無の判断において、前記エッチング生成物を発生させないための前記差の許容範囲を予め求めておき、前記差が前記許容範囲から外れているときに、前記エッチング生成物が発生していると判断することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   In the determination of the presence or absence of the etching product, an allowable range of the difference for preventing the generation of the etching product is obtained in advance, and the etching product is generated when the difference is out of the allowable range. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the method is determined to be. 前記差の前記許容範囲として、前記エッチング生成物を発生させず、かつ、前記キャパシタ誘電体膜の強誘電体特性を劣化させない範囲を採用することを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。   4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the allowable range of the difference is a range that does not generate the etching product and does not deteriorate the ferroelectric characteristics of the capacitor dielectric film. Production method. 前記第1の導電膜のエッチングは、前記レジストパターンと前記第1の導電膜とのエッチング選択比を変更して、複数のステップに分けて行われることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The etching of the first conductive film is performed in a plurality of steps by changing an etching selection ratio between the resist pattern and the first conductive film. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1. 半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成され、下部電極、強誘電体材料よりなるキャパシタ誘電体膜、及び上部電極を備えた強誘電体キャパシタとを有し、
前記上部電極の上面に段差部が形成されたことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
An insulating film formed above the semiconductor substrate;
A lower electrode, a capacitor dielectric film made of a ferroelectric material, and a ferroelectric capacitor provided with an upper electrode;
A semiconductor device, wherein a step portion is formed on an upper surface of the upper electrode.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016037625A (en) * 2014-08-06 2016-03-22 キヤノン株式会社 Etching method and method of manufacturing liquid discharge head substrate

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0613346A (en) * 1992-06-25 1994-01-21 Seiko Epson Corp Fabrication of semiconductor device
JPH06151383A (en) * 1992-11-12 1994-05-31 Mitsubishi Electric Corp Method of etching high-permittivity multicomponent oxide film and refractory metal film, manufacture of thin-film capacitor, and plasma apparatus for film formation
JPH09293838A (en) * 1996-04-25 1997-11-11 Sharp Corp Nonvolatile semiconductor memory element manufacturing method
JP2002324852A (en) * 2001-04-26 2002-11-08 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2003298022A (en) * 2002-03-29 2003-10-17 Seiko Epson Corp Ferroelectric memory and method of manufacturing the same
JP2006344785A (en) * 2005-06-09 2006-12-21 Fujitsu Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008039493A (en) * 2006-08-03 2008-02-21 Elpida Memory Inc Dimension measuring pattern and formation method of the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0613346A (en) * 1992-06-25 1994-01-21 Seiko Epson Corp Fabrication of semiconductor device
JPH06151383A (en) * 1992-11-12 1994-05-31 Mitsubishi Electric Corp Method of etching high-permittivity multicomponent oxide film and refractory metal film, manufacture of thin-film capacitor, and plasma apparatus for film formation
JPH09293838A (en) * 1996-04-25 1997-11-11 Sharp Corp Nonvolatile semiconductor memory element manufacturing method
JP2002324852A (en) * 2001-04-26 2002-11-08 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2003298022A (en) * 2002-03-29 2003-10-17 Seiko Epson Corp Ferroelectric memory and method of manufacturing the same
JP2006344785A (en) * 2005-06-09 2006-12-21 Fujitsu Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008039493A (en) * 2006-08-03 2008-02-21 Elpida Memory Inc Dimension measuring pattern and formation method of the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016037625A (en) * 2014-08-06 2016-03-22 キヤノン株式会社 Etching method and method of manufacturing liquid discharge head substrate

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