JP2010278184A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device which improves the quality of the semiconductor device and improves an yield by preventing a fault caused by the swelling of a film. <P>SOLUTION: A second inter-layer insulating film is formed in the upper part of a silicon substrate (step S100). First heat treatment is performed (step S110), and then, the substrate is cleaned (step S120). When a lower electrode adhesion film and a first conductive film are formed, the surface of the first conductive film is treated so as to remove impurities (step S170). Then, a first dielectric film is formed without exposing the first conductive film to the atmosphere (step S180). Besides, the surface of the first dielectric film is treated so as to remove impurities (step S200). Then, a second dielectric film is formed without exposing the first dielectric film to the atmosphere (step S210). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a dielectric capacitor.

近年、デジタル技術の進展に伴い、大容量のデータを高速に処理又は保存するような需要が高まっている。このため、電子機器に使用される半導体装置には、高集積化及び高性能化が要求されている。   In recent years, with the development of digital technology, there is an increasing demand for processing or storing a large amount of data at high speed. For this reason, high integration and high performance are required for semiconductor devices used in electronic devices.

半導体装置に関しては、例えばDRAMの高集積化を実現することを目的とし、DRAMを構成する容量素子の容量絶縁膜として、従来のシリコン酸化物又はシリコン窒化物に代えて、強誘電体材料又は高誘電率材料を用いる技術が研究開発されている。また、より低電圧、且つ高速での書き込み動作及び読み出し動作が可能な不揮発性RAMを実現するため、容量絶縁膜として、自発分極特性を有する強誘電体膜を用いる技術も開発されている。このような半導体装置は、強誘電体メモリ(FeRAM)とよばれる。   With respect to semiconductor devices, for example, in order to realize high integration of DRAMs, a ferroelectric material or a high-intensity film can be used as a capacitive insulating film of a capacitive element constituting a DRAM, instead of a conventional silicon oxide or silicon nitride. Research and development has been conducted on technologies using dielectric constant materials. In addition, in order to realize a nonvolatile RAM that can perform a write operation and a read operation at a lower voltage and a higher speed, a technique using a ferroelectric film having spontaneous polarization characteristics as a capacitor insulating film has been developed. Such a semiconductor device is called a ferroelectric memory (FeRAM).

強誘電体メモリは、強誘電体のヒステリシス特性を利用して情報を記憶するもので、高速動作が可能で、消費電力が低く、書き込み/読み出し耐久性に優れている等の特徴を有している。強誘電体メモリは、強誘電体膜を1対の電極間の配した強誘電体キャパシタを有する。強誘電体キャパシタは、電極間の印加電圧に応じて分極を生じ、印加電圧を取り去っても自発分極を有する。印加電圧の極性を反転すれば、自発分極の極性も反転するので、この自発分極を検出すれば情報を読み出すことができる。   A ferroelectric memory stores information using the hysteresis characteristics of a ferroelectric, has features such as high-speed operation, low power consumption, and excellent write / read durability. Yes. A ferroelectric memory has a ferroelectric capacitor in which a ferroelectric film is arranged between a pair of electrodes. The ferroelectric capacitor generates polarization according to the applied voltage between the electrodes, and has spontaneous polarization even when the applied voltage is removed. If the polarity of the applied voltage is reversed, the polarity of the spontaneous polarization is also reversed, so that information can be read out by detecting this spontaneous polarization.

強誘電体キャパシタの低電圧動作及び集積度向上を図るためには、キャパシタ面積を縮小すると共に、誘電体膜を薄膜化し、強誘電体キャパシタの分極反転電圧を低くする必要がある。さらに、誘電体膜の残留分極特性を全面にわたって均一にし、且つ誘電体膜に発生するクラックを防止する必要がある。また、強誘電体キャパシタの誘電体膜を薄膜化した場合には、誘電体膜にかかる電界が大きくなってリーク電流が発生することがあるので、これを防止する必要がある。   In order to improve the low-voltage operation and the degree of integration of a ferroelectric capacitor, it is necessary to reduce the capacitor area and reduce the dielectric inversion voltage of the ferroelectric capacitor by reducing the thickness of the dielectric film. Furthermore, it is necessary to make the residual polarization characteristics of the dielectric film uniform over the entire surface and to prevent cracks generated in the dielectric film. Further, when the dielectric film of the ferroelectric capacitor is thinned, the electric field applied to the dielectric film may be increased and a leak current may be generated, which needs to be prevented.

ここで、強誘電体キャパシタの従来の製造方法の一例を以下に説明する。
まず、半導体基板の上に絶縁膜を形成した後に、熱処理により絶縁膜の脱水処理を行う。この熱処理としては、例えば、Arガスを流しながら200℃〜300℃、又はそれ以上の温度で半導体基板を加熱処理することがあげられる。この熱処理によって水分等を除去しておくとリーク電流の増大を防止できる。
Here, an example of a conventional method for manufacturing a ferroelectric capacitor will be described below.
First, after an insulating film is formed over a semiconductor substrate, the insulating film is dehydrated by heat treatment. As this heat treatment, for example, the semiconductor substrate is heat-treated at a temperature of 200 ° C. to 300 ° C. or higher while flowing Ar gas. If moisture and the like are removed by this heat treatment, an increase in leakage current can be prevented.

次に、半導体基板に対してブラシスクラバー洗浄を行い、その上に密着層及び下部電極膜を形成する。下部電極膜上には、第1誘電体膜を形成してから結晶化アニールを行い、誘電体膜中の結晶粒界に存在する空隙を減少させる。これにより、第1誘電体膜の実効膜厚の減少が防止されてリーク電流の増大が抑制される。   Next, brush scrubber cleaning is performed on the semiconductor substrate, and an adhesion layer and a lower electrode film are formed thereon. On the lower electrode film, after forming the first dielectric film, crystallization annealing is performed to reduce the voids present at the crystal grain boundaries in the dielectric film. As a result, a decrease in the effective film thickness of the first dielectric film is prevented, and an increase in leakage current is suppressed.

さらに、その上に非晶質の第2誘電体膜を低温(100℃以下)で形成する。そして、第2誘電体膜の上に第1上部電極を形成し、第1上部電極に結晶化処理を行った後に第2上部電極膜を形成してから背面洗浄を行って基板背面に付いていた強誘電体膜を除去する。   Further, an amorphous second dielectric film is formed thereon at a low temperature (100 ° C. or lower). Then, a first upper electrode is formed on the second dielectric film, and after the crystallization process is performed on the first upper electrode, the second upper electrode film is formed, and then the back surface is cleaned and attached to the back surface of the substrate. The ferroelectric film is removed.

熱処理の後のブラシスクラバーによる洗浄は、熱処理時に基板表面に付着した膜などを除去するために実施される。これは、半導体基板の周辺(べベル)では絶縁膜が薄いので
、半導体基板を熱処理したときなどに半導体基板の背面から膜が剥がれて基板表面に付いてしまうことがあるからである。このとき洗浄は、例えば、半導体基板の背面を真空吸着して半導体基板を回転させながら、半導体基板の表面の中央部に洗浄液を滴下し、洗浄液を半導体基板の中央部から外周部まで移動させることで基板表面を洗浄する。この後、基板表面に純水を噴射してすすぎ洗浄を行う。半導体基板を洗浄した後は、回転している半導体基板の表面に熱を放射して加熱脱水を行う。
Cleaning with a brush scrubber after the heat treatment is performed in order to remove a film or the like attached to the substrate surface during the heat treatment. This is because the insulating film is thin in the periphery (bevel) of the semiconductor substrate, so that the film may be peeled off from the back surface of the semiconductor substrate and attached to the substrate surface when the semiconductor substrate is heat-treated. At this time, the cleaning is performed, for example, by dropping the cleaning liquid onto the center of the surface of the semiconductor substrate while moving the semiconductor substrate by vacuum suction on the back surface of the semiconductor substrate, and moving the cleaning liquid from the center of the semiconductor substrate to the outer periphery Clean the substrate surface with. Thereafter, rinsing is performed by spraying pure water onto the substrate surface. After cleaning the semiconductor substrate, heat is dehydrated by radiating heat to the surface of the rotating semiconductor substrate.

また、膜の表面に生じる突起(ヒロック)を少なくするためには、表面層にシリコン窒化膜を堆積した後に450℃で半導体基板をアニールし、ブラシスクラバーで洗浄してヒロックを機械的に除去することも行われている。   In order to reduce protrusions (hillocks) generated on the film surface, a silicon nitride film is deposited on the surface layer, and then the semiconductor substrate is annealed at 450 ° C. and washed with a brush scrubber to mechanically remove hillocks. Things are also done.

特開平11−168174号公報JP-A-11-168174 特開平10−199854号公報JP-A-10-199854 特開平04−214627号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-214627 特開平02−001927号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-001927

ここで、本願の発明者は、半導体基板を背面洗浄した後、基板表面の欠陥検査を行ったところ、基板表面に欠陥が確認された。そこで、発見された欠陥のうち、表面が膨らんだ欠陥について、断面TEM像を取得したところ、図8に示すような結果が得られた。この断面TEM像からは、強誘電体キャパシタの上部電極104が誘電体膜103に対して膨らむように変形しており、上部電極104と誘電体膜103との間に空隙110が生じていることがわかった。   Here, the inventor of the present application conducted a defect inspection on the substrate surface after cleaning the back surface of the semiconductor substrate, and a defect was confirmed on the substrate surface. Accordingly, among the discovered defects, a cross-sectional TEM image was acquired for the defects whose surface was swollen, and the results shown in FIG. 8 were obtained. From this cross-sectional TEM image, the upper electrode 104 of the ferroelectric capacitor is deformed so as to swell with respect to the dielectric film 103, and a gap 110 is generated between the upper electrode 104 and the dielectric film 103. I understood.

上部電極104と誘電体膜103の界面に空隙110が発生する原因としては、2つ考えられる。1つ目の原因は、誘電体膜103上に上部電極104となる導電性膜を低温で成膜することに起因する。この場合は、導電性膜を形成した後に熱処理を行うと、誘電体膜103に吸着した水分等が誘電体膜103と上部電極104の界面に溜まって空隙110を生じる。このようにして形成される空隙のサイズは大きく、1μm以上になると考えられる。   There are two possible causes for the generation of the air gap 110 at the interface between the upper electrode 104 and the dielectric film 103. The first cause is that a conductive film to be the upper electrode 104 is formed on the dielectric film 103 at a low temperature. In this case, when heat treatment is performed after the conductive film is formed, moisture adsorbed on the dielectric film 103 accumulates at the interface between the dielectric film 103 and the upper electrode 104 to generate a void 110. The size of the gap formed in this way is considered to be large and 1 μm or more.

2つ目の原因は、誘電体膜103を2層構造で形成し、且つ各誘電体膜を低温で形成することに起因する。この場合は、1層目の誘電体膜である第1誘電体膜の表面に水分や有機物が吸着した状態で第2誘電体膜と、上部電極104を順番に成膜し、その後に熱処理を行ったときに、第1誘電体膜の表面に吸着していた水分や有機物が第2誘電体膜の表面に移動して第2誘電体膜と上部電極104との界面に溜まって上部電極104を膨らませる。この欠陥のサイズは若干小さく、0.5μm〜2μmになると考えられる。   The second cause is that the dielectric film 103 is formed in a two-layer structure, and each dielectric film is formed at a low temperature. In this case, the second dielectric film and the upper electrode 104 are sequentially formed in a state where moisture and organic substances are adsorbed on the surface of the first dielectric film, which is the first dielectric film, and then heat treatment is performed. When this is done, moisture and organic matter adsorbed on the surface of the first dielectric film move to the surface of the second dielectric film and accumulate at the interface between the second dielectric film and the upper electrode 104, and the upper electrode 104. Inflate. The size of this defect is slightly small and is considered to be 0.5 μm to 2 μm.

次に、図9に別の欠陥の観察結果を示す。図9は欠陥の断面TEM像である。断面TEM像からは、下部電極102と誘電体膜103の界面に膨れが発生していることがわかる。これに関しても2つの原因が考えられる。1つ目の原因は、下部電極102の下層の絶縁膜101や半導体基板に残留していた洗浄液、水や有機物が、上部電極104を形成した後の熱処理で下部電極102と誘電体膜103の界面に溜まって、空隙111を生じさせるものである。
2つ目の原因は、下部電極102の表面に大気中の有機物や水分が吸着した状態で誘電体膜103を形成し、その後に誘電体膜103の結晶化アニールを行ったとき、或いは上部電極104を形成した後の熱処理により、下部電極102に吸着した有機物や水分が下
部電極102と誘電体膜103との界面まで移動し、界面に空隙111を生じさせるものである。
Next, another defect observation result is shown in FIG. FIG. 9 is a cross-sectional TEM image of the defect. From the cross-sectional TEM image, it can be seen that swelling occurs at the interface between the lower electrode 102 and the dielectric film 103. There are two possible causes for this. The first cause is that the cleaning liquid, water, and organic matter remaining on the insulating film 101 under the lower electrode 102 and the semiconductor substrate are heated between the lower electrode 102 and the dielectric film 103 after the upper electrode 104 is formed. It accumulates at the interface and creates a gap 111.
The second cause is that the dielectric film 103 is formed on the surface of the lower electrode 102 in a state where organic substances and moisture in the atmosphere are adsorbed, and then the dielectric film 103 is annealed for crystallization, or the upper electrode By the heat treatment after forming 104, organic substances and moisture adsorbed on the lower electrode 102 move to the interface between the lower electrode 102 and the dielectric film 103, and a void 111 is generated at the interface.

さらに別の欠陥の例について、図10に欠陥の断面TEM像を示す。断面TEM像からは、誘電体膜103と下部電極104の界面、及び誘電体膜103と上部電極102の界面のそれぞれに空隙110,111が生じていることがわかった。   FIG. 10 shows a cross-sectional TEM image of another defect example. From the cross-sectional TEM image, it was found that voids 110 and 111 were generated at the interface between the dielectric film 103 and the lower electrode 104 and at the interface between the dielectric film 103 and the upper electrode 102, respectively.

これらの膨れによる欠陥は、強誘電体キャパシタの形状不良や、パターン飛び等の不良を発生させ、半導体装置の歩留まりを低下させる原因になる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、膜の膨れによる欠陥の発生を防止することで半導体装置の品質向上と歩留まりの向上を図ることを主な目的とする。
Defects due to these swellings cause defects in the shape of the ferroelectric capacitor and defects such as pattern skipping, and cause a decrease in the yield of the semiconductor device.
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its main object to improve the quality and yield of semiconductor devices by preventing the occurrence of defects due to film swelling.

本願の一観点によれば、半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を形成した後に前記半導体基板に対して第1加熱処理をする工程と、前記第1加熱処理の後に前記半導体基板を洗浄する工程と、前記半導体基板を洗浄した後に前記絶縁膜に対して第2熱処理を行う工程と、前記第2熱処理後の前記絶縁膜の上に密着膜を形成する工程と、前記密着膜の上にキャパシタの下部電極となる第1導電性膜を形成する工程と、前記第1導電性膜上に誘電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜上に前記キャパシタの上部電極となる第2導電性膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   According to one aspect of the present application, a step of forming an insulating film over a semiconductor substrate, a step of performing a first heat treatment on the semiconductor substrate after forming the insulating film, and after the first heat treatment Cleaning the semiconductor substrate; performing a second heat treatment on the insulating film after cleaning the semiconductor substrate; forming an adhesion film on the insulating film after the second heat treatment; Forming a first conductive film on the adhesion film as a lower electrode of a capacitor; forming a dielectric film on the first conductive film; and an upper portion of the capacitor on the dielectric film. Forming a second conductive film to be an electrode. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

本発明によれば、基板洗浄後に第2熱処理を行ってから絶縁膜上に下部電極となる第1導電性膜を形成するようにしたので、絶縁膜内や絶縁膜の表面の不純物を除去した状態で第1導電性膜を形成することが可能になる。このため、後の工程で熱処理を行っても絶縁膜と第1導電性膜の界面に不純物が溜まって空隙が形成されることを防止できる。これによって、半導体装置の品質向上と歩留まりの向上が図れる。   According to the present invention, since the first conductive film serving as the lower electrode is formed on the insulating film after performing the second heat treatment after cleaning the substrate, impurities in the insulating film and the surface of the insulating film are removed. In this state, the first conductive film can be formed. For this reason, even if heat treatment is performed in a later step, it is possible to prevent impurities from accumulating at the interface between the insulating film and the first conductive film and forming voids. As a result, the quality of the semiconductor device and the yield can be improved.

図1Aは、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(その1)である。FIG. 1A is a cross-sectional view (part 1) illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図1Bは、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(その2)である。FIG. 1B is a sectional view (No. 2) showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図1Cは、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(その3)である。FIG. 1C is a cross-sectional view (part 3) illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図1Dは、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(その4)である。FIG. 1D is a cross-sectional view (part 4) illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図1Eは、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(その5)である。FIG. 1E is a cross-sectional view (part 5) illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図1Fは、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(その6)である。FIG. 1F is a cross-sectional view (part 6) illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図1Gは、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(その7)である。FIG. 1G is a cross-sectional view (part 7) illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図1Hは、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(その8)である。FIG. 1H is a sectional view (No. 8) showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図1Iは、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(その9)である。FIG. 1I is a sectional view (No. 9) showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 図1Jは、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(その10)である。FIG. 1J is a cross-sectional view (part 10) illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図1Kは、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図(その11)である。FIG. 1K is a sectional view (No. 11) showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 図2は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing a part of the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a part of the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a part of the manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 図5は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a part of the manufacturing method of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a part of the manufacturing method of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. 図7は、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing a part of the manufacturing method of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. 図8は、下部電極と誘電体膜との界面に空隙が形成されたことを示す断面TEM像である。FIG. 8 is a cross-sectional TEM image showing that a void is formed at the interface between the lower electrode and the dielectric film. 図9は、誘電体膜と上部電極との界面に空隙が形成されたことを示す断面TEM像である。FIG. 9 is a cross-sectional TEM image showing that a gap is formed at the interface between the dielectric film and the upper electrode. 図10は、下部電極と誘電体膜との界面、誘電体膜と上部電極との界面のそれぞれに空隙が形成されたことを示す断面TEM像である。FIG. 10 is a cross-sectional TEM image showing that voids are formed at the interface between the lower electrode and the dielectric film and at the interface between the dielectric film and the upper electrode.

発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解すべきである。
The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
It should be understood that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not intended to limit the invention.

以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, similar components are given the same reference numerals.

(第1の実施形態)
図1Aから図1Kは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造工程の断面図である。
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。
(First embodiment)
1A to 1K are cross-sectional views of a manufacturing process of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
This semiconductor device is a planar-type FeRAM and is manufactured as follows.

最初に、図1Aに示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、n型又はp型のシリコン(半導体)基板1の表面を熱酸化することにより素子分離絶縁膜2を形成し、この素子分離絶縁膜2でトランジスタの活性領域を画定する。このような素子分離構造はLOCOS(Local Oxidation of Silicon)と呼ばれる。なお、素子分離領域には、STI(Shallow Trench Isolation)を用いても良い。
First, steps required until a sectional structure shown in FIG. 1A is obtained will be described.
First, an element isolation insulating film 2 is formed by thermally oxidizing the surface of an n-type or p-type silicon (semiconductor) substrate 1, and an active region of the transistor is defined by the element isolation insulating film 2. Such an element isolation structure is called LOCOS (Local Oxidation of Silicon). Note that STI (Shallow Trench Isolation) may be used for the element isolation region.

次いで、シリコン基板1の活性領域にp型不純物、例えばボロンを導入してpウェル3を形成した後、その活性領域の表面を熱酸化することにより、ゲート絶縁膜5として熱酸化膜を約6nm〜7nmの厚さに形成する。
続いて、シリコン基板1の上側全面に、厚さ約50nmの非晶質シリコン膜と厚さ約150nmのタングステンシリサイド膜、シリコン酸化膜を順番に形成する。なお、非晶質シリコン膜に代えて多結晶シリコン膜を形成しても良い。その後に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてこれらの膜をパターニングして、シリコン基板1上にゲート電極6A,6Bを形成する。なお、ゲート絶縁膜5は、pウェル3上に互いに平行に二つ形成され、その各々はワード線の一部を構成する。
Next, a p-type impurity such as boron is introduced into the active region of the silicon substrate 1 to form the p-well 3, and then the surface of the active region is thermally oxidized to form a thermal oxide film of about 6 nm as the gate insulating film 5. Form a thickness of ˜7 nm.
Subsequently, an amorphous silicon film having a thickness of about 50 nm, a tungsten silicide film having a thickness of about 150 nm, and a silicon oxide film are sequentially formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1. Note that a polycrystalline silicon film may be formed instead of the amorphous silicon film. Thereafter, these films are patterned using a photolithography technique and an etching technique to form gate electrodes 6A and 6B on the silicon substrate 1. Two gate insulating films 5 are formed in parallel with each other on the p-well 3, each of which constitutes a part of a word line.

さらに、ゲート電極6A,6Bをマスクにしたイオン注入を行って、ゲート電極6A,6Bの横のpウェル3にn型不純物としてリンを導入し、第1、第2ソース/ドレインエクステンション8A,8Bを形成する。その後に、シリコン基板1の上側全面に絶縁膜を形成し、その絶縁膜をエッチバックしてゲート電極6A,6Bの側部に絶縁性サイドウォール10として残す。絶縁性サイドウォール10に用いられる絶縁膜としては、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成する酸化シリコン膜が用いられる。   Further, ion implantation is performed using the gate electrodes 6A and 6B as a mask, phosphorus is introduced as an n-type impurity into the p-well 3 beside the gate electrodes 6A and 6B, and the first and second source / drain extensions 8A and 8B are introduced. Form. Thereafter, an insulating film is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1, and the insulating film is etched back to leave the insulating electrodes 10 on the sides of the gate electrodes 6A and 6B. As the insulating film used for the insulating sidewall 10, for example, a silicon oxide film formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method is used.

続いて、絶縁性サイドウォール10とゲート電極6A,6Bをマスクにしながら、シリコン基板1に砒素等のn型不純物を再びイオン注入してゲート電極6A,6Bの側方のpウェル3に第1、第2ソース/ドレイン領域11A,11Bを形成する。
さらに、シリコン基板1の上側全面に、スパッタ法によりコバルト膜等の高融点金属膜を形成する。この後、高融点金属膜を加熱させてシリコンと反応させることにより、第1、第2ソース/ドレイン領域11A,11Bにおけるシリコン基板1上にコバルトシリサイド層等の高融点金属シリサイド層12A,12Bを形成し、各ソース/ドレイン領域11A,11Bを低抵抗化する。この後、素子分離絶縁膜2の上等で未反応となっている高融点金属膜をウエットエッチングにより除去する。
Subsequently, an n-type impurity such as arsenic is ion-implanted again into the silicon substrate 1 while using the insulating sidewall 10 and the gate electrodes 6A and 6B as a mask, and the first p-well 3 on the side of the gate electrodes 6A and 6B is first implanted. Second source / drain regions 11A and 11B are formed.
Further, a refractory metal film such as a cobalt film is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1 by sputtering. Thereafter, the refractory metal film is heated and reacted with silicon, whereby the refractory metal silicide layers 12A and 12B such as a cobalt silicide layer are formed on the silicon substrate 1 in the first and second source / drain regions 11A and 11B. Then, the resistance of the source / drain regions 11A and 11B is reduced. Thereafter, the unreacted refractory metal film on the element isolation insulating film 2 and the like is removed by wet etching.

ここまでの工程により、シリコン基板1の活性領域には、ゲート絶縁膜5、ゲート電極6A,6B、及び第1、第2ソース/ドレイン領域11A,11B等によって構成されるMOSトランジスタT1,T2が形成される。   Through the steps so far, in the active region of the silicon substrate 1, the MOS transistors T1 and T2 constituted by the gate insulating film 5, the gate electrodes 6A and 6B, the first and second source / drain regions 11A and 11B, and the like are provided. It is formed.

次に、シリコン基板1の上側の全面に、プラズマCVD法で酸窒化シリコン(SiON)膜を厚さ約200nmに形成し、それを酸化防止絶縁膜13とする。
さらに、酸化防止絶縁膜13の上に、第1層間絶縁膜14として酸化シリコン(SiO2)膜をTEOS(tetra ethoxy silane)ガスを使用するプラズマCVD法により、厚さ約1000nmに形成する。この後、第1層間絶縁膜14をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法で研磨し、その上面を平坦化する。この研磨により、シリコン基板1の表面から第1層間絶縁膜14の表面までの膜厚が約785nmになる。
Next, a silicon oxynitride (SiON) film having a thickness of about 200 nm is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1 by plasma CVD, and this is used as an antioxidant insulating film 13.
Further, a silicon oxide (SiO 2 ) film is formed on the antioxidant insulating film 13 as a first interlayer insulating film 14 to a thickness of about 1000 nm by plasma CVD using TEOS (tetraethoxysilane) gas. Thereafter, the first interlayer insulating film 14 is polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, and the upper surface thereof is flattened. By this polishing, the film thickness from the surface of the silicon substrate 1 to the surface of the first interlayer insulating film 14 becomes about 785 nm.

さらに、酸化防止絶縁膜13と第1層間絶縁膜14とをフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によってパターニングして、コンタクトホール15A,15Bを形成する。コンタクトホール15A,15Bの深さはソース/ドレイン領域11A,11Bのそれぞれの高融点金属シリサイド層12A、12Bに到達するまでとし、その径は例えば0.25μmにする。   Further, the anti-oxidation insulating film 13 and the first interlayer insulating film 14 are patterned by photolithography technique and etching technique to form contact holes 15A and 15B. The depth of the contact holes 15A and 15B is set to reach the refractory metal silicide layers 12A and 12B of the source / drain regions 11A and 11B, respectively, and the diameter thereof is set to, for example, 0.25 μm.

そして、コンタクトホール15A〜15Cを用いてソース/ドレイン領域11A,11Bに電気的に接続される導電性プラグ16A,16Bを形成する。具体的には、コンタクトホール15A,15Bの内面に厚さが30nmのチタン(Ti)膜と、厚さが20nmの窒化チタン(TiN)膜とを順番にスパッタ法等により形成し、2層の積層構造を有する密着膜(グルー膜)を作製する。さらに、密着膜上にタングステン(W)膜をCVD法により成長させる。この膜厚は、第1層間絶縁膜14上で、例えば300nmとし、W膜でコンタクトホール15A〜15Cの空隙を埋める。第1層間絶縁膜14の上面上に成長した余分なW膜及び密着膜をCMP法で除去する。これにより、コンタクトホール15A〜15Cには、それぞれ導電性プラグ16A,16Bが形成される。   Then, conductive plugs 16A and 16B electrically connected to the source / drain regions 11A and 11B are formed using the contact holes 15A to 15C. Specifically, a titanium (Ti) film having a thickness of 30 nm and a titanium nitride (TiN) film having a thickness of 20 nm are sequentially formed on the inner surfaces of the contact holes 15A and 15B by sputtering or the like. An adhesion film (glue film) having a laminated structure is produced. Further, a tungsten (W) film is grown on the adhesion film by the CVD method. This film thickness is set to, for example, 300 nm on the first interlayer insulating film 14, and the voids of the contact holes 15A to 15C are filled with the W film. The excess W film and the adhesion film grown on the upper surface of the first interlayer insulating film 14 are removed by the CMP method. Thereby, conductive plugs 16A and 16B are formed in the contact holes 15A to 15C, respectively.

ここで、この後、強誘電体キャパシタを構成する膜を形成するまでに実施される工程の要部について図2に示す。すなわち、最初に第2層間絶縁膜を形成し(ステップS100)、第2層間絶縁膜に対して第1熱処理を行う(ステップS110)。この後、半導体基板1を洗浄し(ステップS120)、第2層間絶縁膜に対して第2熱処理を行う(ステッ
プS130)。次に、下部電極密着膜を形成(ステップS140)、及び下部電極密着膜の熱処理を行う(ステップS150)。
Here, FIG. 2 shows a main part of the steps that are carried out until the film constituting the ferroelectric capacitor is formed thereafter. That is, a second interlayer insulating film is first formed (step S100), and a first heat treatment is performed on the second interlayer insulating film (step S110). Thereafter, the semiconductor substrate 1 is cleaned (step S120), and a second heat treatment is performed on the second interlayer insulating film (step S130). Next, a lower electrode adhesion film is formed (step S140), and a heat treatment of the lower electrode adhesion film is performed (step S150).

さらに、第1導電性膜を形成し(ステップS160)、第1導電性膜の表面処理(ステップS170)と第1誘電体膜の形成(ステップS180)を連続処理として行う。ここで、連続処理とは、シリコン基板1を大気に晒すことなく処理を行うことをいう。
この後、第1誘電体膜を結晶化し(ステップS190)、その後に第1誘電体膜の表面処理(ステップS200)と第2誘電体膜の形成(ステップS210)を連続処理として行う。そして、第2導電性膜を形成し(ステップS220)、結晶化アニールを行ってから(ステップS220)、第3導電性膜を形成する(ステップS230)。
Further, a first conductive film is formed (step S160), and the surface treatment of the first conductive film (step S170) and the formation of the first dielectric film (step S180) are performed as a continuous process. Here, the continuous processing refers to performing processing without exposing the silicon substrate 1 to the atmosphere.
Thereafter, the first dielectric film is crystallized (step S190), and then the surface treatment of the first dielectric film (step S200) and the formation of the second dielectric film (step S210) are performed as a continuous process. Then, after forming a second conductive film (step S220) and performing crystallization annealing (step S220), a third conductive film is formed (step S230).

次に、図2の各ステップの詳細について説明する。
最初に、ステップS100からステップS130までの処理の詳細について図1Bを参照して説明する。なお、図1Bから図1Kまでは、図1Aに示したトランジスタT1の一部が省略されている。
Next, details of each step of FIG. 2 will be described.
First, details of the processing from step S100 to step S130 will be described with reference to FIG. 1B. 1B to 1K, a part of the transistor T1 shown in FIG. 1A is omitted.

まず、第1層間絶縁膜14の全面に第2層間絶縁膜を形成する(ステップS100)。第2層間絶縁膜19は、強誘電体キャパシタを形成する工程において酸素雰囲気中でアニールを実施したときに導電性プラグ16A,16Bが酸化することを防ぐために成膜される。この実施形態では、第2層間絶縁膜19として、膜厚100nmのSiON膜と、プラズマTEOSガスを使用した膜厚100nmのSiO2膜とを形成する。 First, a second interlayer insulating film is formed on the entire surface of the first interlayer insulating film 14 (step S100). The second interlayer insulating film 19 is formed in order to prevent the conductive plugs 16A and 16B from being oxidized when annealing is performed in an oxygen atmosphere in the process of forming the ferroelectric capacitor. In this embodiment, as the second interlayer insulating film 19, a 100 nm thick SiON film and a 100 nm thick SiO 2 film using plasma TEOS gas are formed.

この後、第1熱処理を行って、層間絶縁膜中の水分や水素を除去する(ステップS110)。第1熱処理の条件としては、例えば、窒素雰囲気中で基板温度を600℃以上、たとえば650℃とし、熱処理時間は10分とする。なお、第1熱処理は、Arガスなどを用いた不活性雰囲気でも良い。
ここで、シリコン基板1の周縁部分では、第2層間絶縁膜19の膜厚が薄いので、その下に形成されているTi膜やTiN膜を剥がれて第2層間絶縁膜19上に付着しまうことがある。このため、アニールの後に、シリコン基板1の洗浄を例えばブラシスクラバーを用いて行う(ステップS120)。この洗浄では、例えば、基板表面をジェット洗浄すると共に、基板背面をブラシ洗浄し、シリコン基板1を保持するスピナーを回転させることで基板表面及び背面に付いている洗浄液及び水を飛ばして除去する。
Thereafter, a first heat treatment is performed to remove moisture and hydrogen in the interlayer insulating film (step S110). As conditions for the first heat treatment, for example, the substrate temperature is set to 600 ° C. or higher, for example, 650 ° C. in a nitrogen atmosphere, and the heat treatment time is set to 10 minutes. The first heat treatment may be an inert atmosphere using Ar gas or the like.
Here, since the film thickness of the second interlayer insulating film 19 is thin at the peripheral portion of the silicon substrate 1, the Ti film or TiN film formed thereunder is peeled off and adheres to the second interlayer insulating film 19. There is. For this reason, after annealing, the silicon substrate 1 is cleaned using, for example, a brush scrubber (step S120). In this cleaning, for example, the substrate surface is jet-cleaned, the substrate back surface is brush-cleaned, and the spinner that holds the silicon substrate 1 is rotated to remove the cleaning liquid and water attached to the substrate surface and back surface.

しかしながら、シリコン基板1の表面から洗浄液及び水を完全に除去することは困難である。そこで、第2熱処理を実施する(ステップS130)。具体的には、シリコン基板1を急速熱処理(RTA)装置に導入し、酸素を含む雰囲気中で、600℃以上、たとえば650℃の温度で60秒間熱処理を行う。ここで、酸素を含む雰囲気としては、例えば、Ar=2SlmとO=100Sccmの混合雰囲気中、あるいはO=2Slmの雰囲気中があげられる。この第2熱処理によって、シリコン基板1の表面に残留した洗浄液や水が除去される。 However, it is difficult to completely remove the cleaning liquid and water from the surface of the silicon substrate 1. Therefore, the second heat treatment is performed (step S130). Specifically, the silicon substrate 1 is introduced into a rapid thermal processing (RTA) apparatus, and thermal processing is performed in an oxygen-containing atmosphere at a temperature of 600 ° C. or higher, for example, 650 ° C. for 60 seconds. Here, examples of the atmosphere containing oxygen include a mixed atmosphere of Ar = 2Slm and O 2 = 100 Sccm, or an atmosphere of O 2 = 2Slm. By this second heat treatment, the cleaning liquid and water remaining on the surface of the silicon substrate 1 are removed.

次に、ステップS140からステップS160までの処理の詳細について図1Cを参照して説明する。
まず、第2層間絶縁膜19の上に、下部電極密着膜23としてアルミナ(Al2O3)膜をスパッタ法により20nm程度の厚さに形成する(ステップS140)。下部電極密着膜23は、後述する下部電極と第2層間絶縁膜19の密着性を向上させるために形成される。下部電極密着膜23は、例えば室温など、第2熱処理より低い温度で成膜される。このため、下部電極密着膜23の形成時には、下層に吸着等している不純物を除去することはできない。しかしながら、ステップS130の工程で第2熱処理を実施することで不純物が除去されているので、第2層間絶縁膜19の表面に不純物が残留した状態で下部電極密
着膜23が形成されなくなり、図9のような下部電極と誘電体の界面の膨れ現象が発生し難くなる。なお、第2熱処理後に第2層間絶縁膜19に不純物が吸着することを防止するために、第2熱処理後はシリコン基板1を大気に晒すことなく下部電極密着膜23を形成する。
Next, details of the processing from step S140 to step S160 will be described with reference to FIG. 1C.
First, an alumina (Al 2 O 3 ) film is formed as a lower electrode adhesion film 23 on the second interlayer insulating film 19 to a thickness of about 20 nm by sputtering (step S140). The lower electrode adhesion film 23 is formed in order to improve adhesion between a lower electrode described later and the second interlayer insulating film 19. The lower electrode adhesion film 23 is formed at a temperature lower than the second heat treatment, such as room temperature. For this reason, when the lower electrode adhesion film 23 is formed, impurities adsorbed on the lower layer cannot be removed. However, since the impurities are removed by performing the second heat treatment in the process of step S130, the lower electrode adhesion film 23 is not formed with the impurities remaining on the surface of the second interlayer insulating film 19, and FIG. Thus, the swelling phenomenon at the interface between the lower electrode and the dielectric is less likely to occur. In order to prevent impurities from adsorbing to the second interlayer insulating film 19 after the second heat treatment, the lower electrode adhesion film 23 is formed without exposing the silicon substrate 1 to the atmosphere after the second heat treatment.

その後、下部電極密着膜23であるアルミナ膜の表面の改質と、膜密度を向上させるために、600℃以上、たとえば650℃の酸素雰囲気中で60秒間の急速熱処理を行ってアルミナ膜を酸化する(ステップS150)。
さらに、下部電極密着膜23の上に、第1導電性膜25としてプラチナ膜をスパッタ法により厚さ約150nmに形成する(ステップS160)。第1導電性膜25は、プラチナ膜に代えて、イリジウム膜、ルテニウム膜、オスミウム膜、ロジウム膜、パラジウム膜、及びこれらの酸化物からなる群から選択された1種の膜、例えば酸化ルテニウム(RuO2)膜、及びSrRuO3膜のいずれかの単層膜、或いはこれらの積層膜で構成しても良い。第1導電性膜25を形成する前に下部電極密着膜23を形成しているので、第2層間絶縁膜19に対して高い密着力が得られる。
Thereafter, in order to improve the surface of the alumina film as the lower electrode adhesion film 23 and to improve the film density, the alumina film is oxidized by performing a rapid heat treatment in an oxygen atmosphere at 600 ° C. or higher, for example, 650 ° C. for 60 seconds. (Step S150).
Further, a platinum film is formed as a first conductive film 25 on the lower electrode adhesion film 23 to a thickness of about 150 nm by sputtering (step S160). Instead of the platinum film, the first conductive film 25 is one film selected from the group consisting of an iridium film, a ruthenium film, an osmium film, a rhodium film, a palladium film, and an oxide thereof, such as ruthenium oxide ( A single layer film of RuO 2 ) film and SrRuO 3 film, or a laminated film of these films may be used. Since the lower electrode adhesion film 23 is formed before the first conductive film 25 is formed, high adhesion to the second interlayer insulating film 19 can be obtained.

次に、ステップS170からステップS190までの処理の詳細について図1Dを参照して説明する。
まず、第1導電性膜25に対して表面処理を行って、第1導電性膜25の表面の不純物を除去する(ステップS170)。具体的には、シリコン基板1を表面処理用のチャンバに導入し、100Pa以下の減圧雰囲気(例えば、約5.0×10−6Pa)中にて基板温度を100℃〜300℃、例えば150℃に保ち、120秒の非プラズマ熱処理を行う。
Next, details of the processing from step S170 to step S190 will be described with reference to FIG. 1D.
First, surface treatment is performed on the first conductive film 25 to remove impurities on the surface of the first conductive film 25 (step S170). Specifically, the silicon substrate 1 is introduced into a chamber for surface treatment, and the substrate temperature is 100 ° C. to 300 ° C., for example 150, in a reduced pressure atmosphere (for example, about 5.0 × 10 −6 Pa) of 100 Pa or less. A non-plasma heat treatment is performed at 120 ° C. for 120 seconds.

この後、シリコン基板1を大気に晒さないように別のチャンバに導入し、100℃以下にて非晶質の第1誘電体膜27を形成する(ステップS180)。具体的には、PZTターゲットを用いたRF(Radio Frequency)スパッタ法により、第1導電性膜25の上に第1誘電体膜27としてPZT(Pb(Zrx, Ti1-x)O3(0≦x≦1))膜を厚さ約90nm〜130nm(例えば130nm)に形成する。 Thereafter, the silicon substrate 1 is introduced into another chamber so as not to be exposed to the atmosphere, and an amorphous first dielectric film 27 is formed at 100 ° C. or lower (step S180). Specifically, PZT (Pb (Zrx, Ti1-x) O 3 (0 ≦ 0) is formed on the first conductive film 25 as the first dielectric film 27 by RF (Radio Frequency) sputtering using a PZT target. x ≦ 1)) A film is formed to a thickness of about 90 nm to 130 nm (for example, 130 nm).

ここで、第1導電性膜25の表面処理と第1誘電体膜27の形成は、大気に晒すことなく連続した処理として実施される。
第1誘電体膜27の成膜前の熱処理は100Paの減圧雰囲気中行うことを望ましい。減圧の圧力が100Pa以上になると、熱処理用のチャンバ内に不純物が残留し易くなり、第1導電性膜25の表面の不純物の除去を効率良く行えなくなる。
Here, the surface treatment of the first conductive film 25 and the formation of the first dielectric film 27 are performed as a continuous treatment without being exposed to the atmosphere.
The heat treatment before the formation of the first dielectric film 27 is preferably performed in a reduced pressure atmosphere of 100 Pa. When the pressure of the reduced pressure is 100 Pa or more, impurities are likely to remain in the heat treatment chamber, and the impurities on the surface of the first conductive film 25 cannot be efficiently removed.

また、第1誘電体膜27の成膜時の基板温度は、ステップS170の表面処理時における加熱温度よりも低温の0℃〜100℃、例えば、50℃とする。第1誘電体膜27の成膜温度が100℃以上になると、PZT膜の(101)面配向及び(100)面配向が大きくなり、(111)面配向が弱くなるので、強誘電体キャパシタの特性が悪くなる。なお、第1誘電体膜27の成膜温度が低すぎると、成膜時の基板温度のコントロールが難しく、量産に不利になる。   Further, the substrate temperature at the time of forming the first dielectric film 27 is set to 0 ° C. to 100 ° C., for example, 50 ° C., which is lower than the heating temperature at the surface treatment in step S170. When the deposition temperature of the first dielectric film 27 is 100 ° C. or higher, the (101) plane orientation and (100) plane orientation of the PZT film are increased and the (111) plane orientation is weakened. The characteristics deteriorate. If the film formation temperature of the first dielectric film 27 is too low, it is difficult to control the substrate temperature during film formation, which is disadvantageous for mass production.

第1誘電体膜27の成膜時の基板温度を100℃以下にすることが好ましいので、第1導電性膜25の表面に吸着した水分や有機物などの不純物を昇華により除去し難くなる。このため、熱処理を別チャンバで行ってシリコン基板1上の不純物を除去してからPZT用のRFスパッタチャンバで第1誘電体膜27を形成する。これにより、第1誘電体膜27と第1導電性膜25の界面に不純物が残留しなくなり、図9のような下部電極と誘電体の界面の膨れ現象が発生し難くなる。   Since it is preferable to set the substrate temperature at the time of forming the first dielectric film 27 to 100 ° C. or less, it is difficult to remove impurities such as moisture and organic substances adsorbed on the surface of the first conductive film 25 by sublimation. For this reason, the first dielectric film 27 is formed in an RF sputtering chamber for PZT after heat treatment is performed in another chamber to remove impurities on the silicon substrate 1. As a result, no impurities remain at the interface between the first dielectric film 27 and the first conductive film 25, and the swelling phenomenon at the interface between the lower electrode and the dielectric as shown in FIG. 9 is less likely to occur.

なお、第1誘電体膜27は、PZTに限定されない。PZTにCa、Sr、La、Nb、Ta、Ir、及びWのいずれかを添加した材料で第1誘電体膜27を構成してもよい。さらに、(Bi1-xRx)Ti3O12(Rは希土類元素で0<x<1)、SrBi2Ta2O9(SBT)、及びSrBi4Ti4O15等のBi層状化合物で第1誘電体膜27を構成しても良い。
また、第1誘電体膜27の成膜方法もスパッタ法に限定されない。ゾル・ゲル法やMOCVD(Metal Organic CVD)法で第1誘電体膜27を形成しても良い。
The first dielectric film 27 is not limited to PZT. The first dielectric film 27 may be made of a material obtained by adding any of Ca, Sr, La, Nb, Ta, Ir, and W to PZT. Further, (Bi 1-x R x ) Ti 3 O 12 (R is a rare earth element 0 <x <1), SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT), and Bi layered compounds such as SrBi 4 Ti 4 O 15 The first dielectric film 27 may be configured.
Further, the film formation method of the first dielectric film 27 is not limited to the sputtering method. The first dielectric film 27 may be formed by a sol-gel method or a MOCVD (Metal Organic CVD) method.

ここで、強誘電体膜の結晶性は、強誘電体膜の結晶化方法に依存することが知られているが、その下の第1導電性膜25の結晶性及び表面状態にも強く依存する。
強誘電体膜である第1誘電体膜27の結晶は、第1導電性膜25の結晶粒子間から成長していくので、第1導電性膜25の結晶性の均一性は、強誘電体膜の結晶性を左右する。さらに、第1導電性膜25と第1誘電体膜27の界面において、第1誘電体膜27の組成がずれると、第1誘電体膜27の結晶性も悪くなる。ペロブスカイト構造を持つストロンチウムルテニウム酸化膜(SRO)、ランタンストロンチウムコバルト酸化物(LSCO)、ランタンニッケル酸化物(LNO)など化合物を第1導電性膜25の表面に成膜すると、その上の強誘電体膜は、下地と同じ結晶で成長する。
Here, it is known that the crystallinity of the ferroelectric film depends on the crystallization method of the ferroelectric film, but also strongly depends on the crystallinity and surface state of the first conductive film 25 below the ferroelectric film. To do.
Since the crystal of the first dielectric film 27 which is a ferroelectric film grows from between the crystal grains of the first conductive film 25, the uniformity of the crystallinity of the first conductive film 25 is determined by the ferroelectric material. It affects the crystallinity of the film. Further, if the composition of the first dielectric film 27 is shifted at the interface between the first conductive film 25 and the first dielectric film 27, the crystallinity of the first dielectric film 27 is also deteriorated. When a compound such as a strontium ruthenium oxide film (SRO), a lanthanum strontium cobalt oxide (LSCO), or a lanthanum nickel oxide (LNO) having a perovskite structure is formed on the surface of the first conductive film 25, a ferroelectric thereon The film grows with the same crystal as the underlayer.

一般に、スパッタやゾル・ゲル法で強誘電体膜を形成するときは、下地膜にPt膜が使用される。MOCVD法で強誘電体膜を形成するときは、下地層にIr膜が使用される。
また、第1導電性膜25を酸化物で形成した場合、その上に強誘電体膜を形成するときには酸化物が貴金属へ還元されながら強誘電体膜の成膜が行われる。例えば、第1導電性膜25としてIrOx膜を使用した場合、強誘電体膜を形成する直前に、IrOxがIrに還元され、PZT膜がIrの結晶粒子上に成長する。第1導電性膜25に酸化物を使用する場合は、強誘電体キャパシタの強誘電体と電極界面の酸素欠損を低減させ、疲労特性を向上させることができる。
In general, when a ferroelectric film is formed by sputtering or a sol-gel method, a Pt film is used as a base film. When a ferroelectric film is formed by the MOCVD method, an Ir film is used for the underlayer.
Further, when the first conductive film 25 is formed of an oxide, the ferroelectric film is formed while the oxide is reduced to a noble metal when the ferroelectric film is formed thereon. For example, when an IrO x film is used as the first conductive film 25, the IrO x is reduced to Ir immediately before the ferroelectric film is formed, and the PZT film grows on the Ir crystal grains. When an oxide is used for the first conductive film 25, it is possible to reduce oxygen deficiency at the ferroelectric-electrode interface of the ferroelectric capacitor and improve fatigue characteristics.

このようにしてスパッタ法で形成された第1誘電体膜27は、成膜の直後では結晶化しておらず非晶質の状態となっている。このため、この段階では第1誘電体膜27の誘電体特性は良好でない。そこで、第1誘電体膜27を結晶化させるため、第1誘電体膜27に対して結晶化アニールを施す(ステップS190)。結晶化アニールは、酸素含有雰囲気、例えば酸素濃度が2.0%となるように調整されたOとArからなる雰囲気において、RTA(Rapid Thermal Anneal)により行われ、基板温度は610℃、処理時間は90秒とする。これにより、第1誘電体膜27が結晶化し、PZT結晶粒が多数形成される。 The first dielectric film 27 thus formed by sputtering is not crystallized immediately after the film formation and is in an amorphous state. For this reason, the dielectric characteristics of the first dielectric film 27 are not good at this stage. Therefore, in order to crystallize the first dielectric film 27, crystallization annealing is performed on the first dielectric film 27 (step S190). The crystallization annealing is performed by RTA (Rapid Thermal Anneal) in an oxygen-containing atmosphere, for example, an atmosphere composed of O 2 and Ar adjusted so that the oxygen concentration is 2.0%, the substrate temperature is 610 ° C., and the processing is performed. The time is 90 seconds. Thereby, the first dielectric film 27 is crystallized, and a large number of PZT crystal grains are formed.

なお、MOCVD法により第1誘電体膜27を形成する場合は、第1誘電体膜27は成膜の時点で結晶化しているので、結晶化アニールは不要になる。   When the first dielectric film 27 is formed by the MOCVD method, the first dielectric film 27 is crystallized at the time of film formation, so that crystallization annealing is not necessary.

次に、ステップS200からステップS240までの処理の詳細について図1Eを参照して説明する。   Next, details of the processing from step S200 to step S240 will be described with reference to FIG. 1E.

ところで、第1誘電体膜27を形成した後に結晶化アニールを行うとシリコン基板1が一旦大気に曝されることになる。しかしながら、シリコン基板1が大気に曝されると、大気中の有機物等の不純物が第1誘電体膜27に吸着して第1誘電体膜27と、次に形成する第2誘電体膜28との界面に不純物が溜まる可能性がある。   By the way, if crystallization annealing is performed after the first dielectric film 27 is formed, the silicon substrate 1 is once exposed to the atmosphere. However, when the silicon substrate 1 is exposed to the atmosphere, impurities such as organic substances in the atmosphere are adsorbed on the first dielectric film 27 and the first dielectric film 27 and the second dielectric film 28 to be formed next Impurities may accumulate at the interface.

そこで、第1誘電体膜200の表面処理として、非プラズマ雰囲気中において第1誘電体膜27を熱処理し、膜表面の不純物を除去する(ステップS200)。具体的には、熱処理は、圧力が100Pa以下、例えば約5.0×10−6Paの減圧雰囲気において、基板温度を100℃〜300℃、例えば150℃とし、60秒間行われる。 Therefore, as the surface treatment of the first dielectric film 200, the first dielectric film 27 is heat-treated in a non-plasma atmosphere to remove impurities on the film surface (step S200). Specifically, the heat treatment is performed for 60 seconds at a substrate temperature of 100 ° C. to 300 ° C., for example 150 ° C., in a reduced pressure atmosphere having a pressure of 100 Pa or less, for example, about 5.0 × 10 −6 Pa.

熱処理時の圧力は大気圧でも良いが、減圧下で熱処理を行う方が第1誘電体膜27に付着している有機物等の不純物を除去し易い。
また、熱処理時の基板温度をPZTの結晶化温度以上にすると、次工程で誘電体膜を低温で成膜する場合に、基板温度が下がるまで待機する時間を短縮できるので生産効率が向上する。したがって、第1誘電体膜27を熱処理するときの基板温度は、350℃以下であることが望ましい。
The pressure during the heat treatment may be atmospheric pressure, but it is easier to remove impurities such as organic substances adhering to the first dielectric film 27 when the heat treatment is performed under reduced pressure.
Further, when the substrate temperature during the heat treatment is set to be equal to or higher than the crystallization temperature of PZT, when the dielectric film is formed at a low temperature in the next process, the waiting time until the substrate temperature is lowered can be shortened, so that the production efficiency is improved. Therefore, the substrate temperature when the first dielectric film 27 is heat-treated is desirably 350 ° C. or lower.

さらに、熱処理時の雰囲気は、特に限定されない。ただし、雰囲気中に水素等の還元性物質が存在すると、これらの物質によって第1誘電体膜27が還元されて誘電体特性が劣化してしまうので、水素が排除された雰囲気内で熱処理を行うのが好ましい。そのような雰囲気としては、例えば、Ar、N2、及びO2のいずれかの雰囲気がある。なお、O2雰囲気中でアニールを行うと、第1誘電体膜27の酸素欠損が補われるという利点も得られる。
なお、熱処理の方法も特に限定されない。例えば、加熱用チャンバ、又はスパッタチャンバのステージを流用して熱処理を行っても良いし、RTAチャンバや炉を用いてアニールを行っても良い。
Furthermore, the atmosphere during the heat treatment is not particularly limited. However, if a reducing substance such as hydrogen is present in the atmosphere, the first dielectric film 27 is reduced by these substances and the dielectric characteristics are deteriorated. Therefore, heat treatment is performed in an atmosphere from which hydrogen is excluded. Is preferred. As such an atmosphere, for example, there is any atmosphere of Ar, N 2 , and O 2 . If annealing is performed in an O 2 atmosphere, there is an advantage that oxygen vacancies in the first dielectric film 27 are compensated.
Note that the heat treatment method is not particularly limited. For example, heat treatment may be performed using a stage of a heating chamber or a sputtering chamber, or annealing may be performed using an RTA chamber or a furnace.

熱処理を行った後、大気にシリコン基板1を晒さないように、第2誘電体膜28を形成するチャンバへ搬送し、第2誘電体膜28として非晶質のPZT膜をRFスパッタ法により厚さ10nm〜30nmに形成する(ステップS210)。成膜条件としては、例えば、圧力が約5.0×10−6Paの減圧雰囲気において、基板温度を100℃〜350℃、例えば150℃とし、60秒間があげられる。 After performing the heat treatment, the silicon substrate 1 is transferred to a chamber where the second dielectric film 28 is formed so that the silicon substrate 1 is not exposed to the atmosphere, and an amorphous PZT film is thickened by RF sputtering as the second dielectric film 28. The film is formed to a thickness of 10 nm to 30 nm (step S210). Examples of film forming conditions include a substrate temperature of 100 ° C. to 350 ° C., for example, 150 ° C. in a reduced pressure atmosphere having a pressure of about 5.0 × 10 −6 Pa, and 60 seconds.

第2誘電体膜28の成膜時の基板温度はステップS200の表面処理時における加熱温度よりも低温の0℃〜100℃であることが望ましく、例えば、50℃とする。なお、第2誘電体膜28は、PZT膜に限定されず、PZTにCa、Sr、La、Nb、Ta、Ir、及びWのいずれかを添加した材料でも良い。さらに、(Bi1-xRx)Ti3O12(Rは希土類元素で0<x<1)、SrBi2Ta2O9(SBT)、及びSrBi4Ti4O15等のBi層状化合物で第1誘電体膜28を構成しても良い。また、第1誘電体膜28は、ABO型ペロブスカイト構造を有する結晶で形成しても良い。この場合、結晶のAサイト又はBサイトにSr、Ca、Ba、Na、K、Nb、Ta、W、Ir、Ru、希土類元素から選択される1種又は2種以上の元素が添加される。なお、第2誘電体膜28は、第1誘電体膜27と同じ材料で形成することが好ましい。 The substrate temperature at the time of forming the second dielectric film 28 is desirably 0 ° C. to 100 ° C., which is lower than the heating temperature at the time of the surface treatment in step S200, for example, 50 ° C. The second dielectric film 28 is not limited to a PZT film, and may be a material obtained by adding any of Ca, Sr, La, Nb, Ta, Ir, and W to PZT. Furthermore, (Bi 1-x R x ) Ti 3 O 12 (R is 0 in the rare earth element <x <1), SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT), and in SrBi 4 Ti 4 O Bi layered compound such as 15 The first dielectric film 28 may be configured. The first dielectric film 28 may be formed of a crystal having an ABO 3 type perovskite structure. In this case, one or more elements selected from Sr, Ca, Ba, Na, K, Nb, Ta, W, Ir, Ru, and rare earth elements are added to the A site or B site of the crystal. The second dielectric film 28 is preferably formed of the same material as the first dielectric film 27.

前記したように、第2誘電体膜28は例えば室温など低い温度で成膜される。このため、第2誘電体膜28の形成時には、第1誘電体膜27に吸着等している不純物を除去することはできない。しかしながら、前の工程(ステップS200)で熱処理を実施することで不純物が除去されているので、第1誘電体膜27の表面に不純物が残留した状態で第2誘電体膜28が形成されることがなくなり、図8のような誘電体と上部電極の界面の膨れ現象が発生し難くなる。   As described above, the second dielectric film 28 is formed at a low temperature such as room temperature. For this reason, when the second dielectric film 28 is formed, impurities adsorbed on the first dielectric film 27 cannot be removed. However, since the impurities are removed by performing the heat treatment in the previous process (step S200), the second dielectric film 28 is formed with the impurities remaining on the surface of the first dielectric film 27. And the swelling phenomenon at the interface between the dielectric and the upper electrode as shown in FIG. 8 is difficult to occur.

次に、第2誘電体膜28の上に第2導電性膜29として酸化イリジウム(IrO)膜をスパッタ法により厚さ約50nmに形成する(ステップS220)。 Next, an iridium oxide (IrO x ) film is formed as a second conductive film 29 on the second dielectric film 28 to a thickness of about 50 nm by sputtering (step S220).

この方法は、第2誘電体膜28と第2導電性膜29を連続成膜できない場合に用いられる。第2導電性膜29の形成方法としては、その他に2つの方法があるが、それらの方法はこの実施形成で採用しなくても良い。
1つ目の方法は、第2導電性膜29を100℃以下の低温で成膜する方法であり、この場合は第2誘電体膜28と第2導電性膜29を連続成膜する。つまり、第2誘電体膜28を形成したら、大気へ晒さないように、直接に第2導電性膜29を形成するチャンバへ搬送し、第2導電性膜29を形成する。
2つ目の方法は、第2導電性膜29を100℃以上での高温で成膜する方法であり、この場合は第2導電膜29の形成時に不純物を除去できる。したがって、第2誘電体膜28を形成した後、シリコン基板1を一度大気に出しても良いし、シリコン基板1を大気に出さずに第2導電性膜29を形成しても良い。
This method is used when the second dielectric film 28 and the second conductive film 29 cannot be continuously formed. There are two other methods for forming the second conductive film 29, but these methods may not be employed in this embodiment.
The first method is a method of forming the second conductive film 29 at a low temperature of 100 ° C. or lower. In this case, the second dielectric film 28 and the second conductive film 29 are continuously formed. That is, after the second dielectric film 28 is formed, the second dielectric film 28 is directly transferred to a chamber where the second conductive film 29 is formed so as not to be exposed to the atmosphere, and the second conductive film 29 is formed.
The second method is a method of forming the second conductive film 29 at a high temperature of 100 ° C. or higher. In this case, impurities can be removed when the second conductive film 29 is formed. Therefore, after forming the second dielectric film 28, the silicon substrate 1 may be exposed to the atmosphere once, or the second conductive film 29 may be formed without exposing the silicon substrate 1 to the atmosphere.

ところで、第2導電性膜29を形成する工程は、第1導電性貴金属酸化膜を形成する工程と、快速熱処理により第1導電性貴金属膜と第2誘電体膜28の界面をフラットにする工程と、第1導電性貴金属膜の上に酸化度が第1導電性貴金属膜より高い第2導電性貴金属酸化膜を形成する工程を含んでも良い。この場合の第1導電性貴金属膜、第2導電性貴金属酸化膜としては、例えば酸化イリジウム膜があげられる。   By the way, the step of forming the second conductive film 29 includes the step of forming the first conductive noble metal oxide film and the step of flattening the interface between the first conductive noble metal film and the second dielectric film 28 by rapid heat treatment. And forming a second conductive noble metal oxide film having an oxidation degree higher than that of the first conductive noble metal film on the first conductive noble metal film. Examples of the first conductive noble metal film and the second conductive noble metal oxide film in this case include an iridium oxide film.

また、第1導電性貴金属酸化膜を形成する工程の前に、100Pa以下の真空中上で、100℃以上300℃以下の熱処理を行って第2誘電体膜28の表面に吸着した大気中の不純物を除去する工程と、シリコン基板1を大気中へ曝さないように第1導電性貴金属酸化膜を形成しても良い。この場合の第1導電性貴金属酸化膜の成膜温度は、0℃〜100℃であることが望ましい。   In addition, before the step of forming the first conductive noble metal oxide film, a heat treatment at 100 ° C. or more and 300 ° C. or less is performed in a vacuum of 100 Pa or less, and the atmosphere is adsorbed on the surface of the second dielectric film 28. The step of removing impurities and the first conductive noble metal oxide film may be formed so as not to expose the silicon substrate 1 to the atmosphere. In this case, the deposition temperature of the first conductive noble metal oxide film is preferably 0 ° C. to 100 ° C.

ここで、第1導電性貴金属酸化膜はアモルファス膜として形成することが好ましいが、第1導電性貴金属酸化膜を結晶膜として形成しても良い。結晶膜の場合の第1導電性貴金属酸化膜の成膜温度は、150℃〜350℃であることが好ましい。
また、この場合、第2誘電体膜28の膜厚は、第1誘電体膜27の膜厚の40%以下にすることが好ましい。
Here, the first conductive noble metal oxide film is preferably formed as an amorphous film, but the first conductive noble metal oxide film may be formed as a crystal film. The film forming temperature of the first conductive noble metal oxide film in the case of the crystal film is preferably 150 ° C. to 350 ° C.
In this case, the thickness of the second dielectric film 28 is preferably 40% or less of the thickness of the first dielectric film 27.

第2導電性膜29を形成した後、酸素含有雰囲気中において第2誘電体膜28に対して結晶化アニールを行う(ステップS230)。これにより、非晶質の第2誘電体膜28が結晶化されると共に、第2誘電体膜28の下の第1誘電体膜27の結晶性をさらに高められる。この実施形態では、第1及び第2誘電体膜27,28に吸収された大気中の不純物を熱処理により予め除去してあるので、不純物によって第2誘電体膜28と第2導電性膜29との密着性が低下することが防止される。   After forming the second conductive film 29, crystallization annealing is performed on the second dielectric film 28 in an oxygen-containing atmosphere (step S230). Thereby, the amorphous second dielectric film 28 is crystallized, and the crystallinity of the first dielectric film 27 under the second dielectric film 28 is further enhanced. In this embodiment, since atmospheric impurities absorbed in the first and second dielectric films 27 and 28 are previously removed by heat treatment, the second dielectric film 28 and the second conductive film 29 are removed by the impurities. It is possible to prevent the adhesion of the resin from being lowered.

なお、結晶化アニールは、第2導電性膜29を形成する前に行っても良い。この場合、例えば基板温度を550℃以上にし、酸素を含む雰囲気で急速熱処理により行う。   The crystallization annealing may be performed before the second conductive film 29 is formed. In this case, for example, the substrate temperature is set to 550 ° C. or higher, and rapid heat treatment is performed in an atmosphere containing oxygen.

結晶化アニールの条件は特に限定されないが、この実施形態では基板温度を710℃、処理時間を120秒とした。さらに、結晶化アニールが行われる酸素含有雰囲気としては、酸素濃度が1%に調整されたO2ガスとArガスとの混合雰囲気を用いた。 The conditions for the crystallization annealing are not particularly limited, but in this embodiment, the substrate temperature is 710 ° C. and the processing time is 120 seconds. Further, as the oxygen-containing atmosphere in which the crystallization annealing is performed, a mixed atmosphere of O 2 gas and Ar gas whose oxygen concentration is adjusted to 1% was used.

このように、第2導電性膜29が形成された状態で第2誘電体膜28を結晶化することにより、第2導電性膜29を構成する酸化イリジウムが第2誘電体膜28の結晶粒界に入り込むのを防止でき、酸化イリジウムによって第2誘電体膜28にリークパスが形成されるのを抑制することができる。   In this way, by crystallization of the second dielectric film 28 in a state where the second conductive film 29 is formed, iridium oxide constituting the second conductive film 29 becomes crystal grains of the second dielectric film 28. It is possible to prevent entry into the field, and it is possible to suppress the formation of a leak path in the second dielectric film 28 due to iridium oxide.

また、この結晶化アニールにより、第2導電性膜28を通じて酸素が第2誘電体膜28に供給され、第2誘電体膜28の酸素欠損が補われる。このような効果を得るために、第2導電性膜29の厚さは酸素が透過しやすいように薄く、例えば10nm〜100nmとするのが好ましい。ただし、このように薄い第2導電性膜29が第2誘電体膜28上に形成されただけでは、後のエッチング工程等におけるダメージを第2導電性膜28だけで吸収しきれず、第1、2誘電体膜27,28が劣化する恐れがある。   Also, by this crystallization annealing, oxygen is supplied to the second dielectric film 28 through the second conductive film 28, and oxygen vacancies in the second dielectric film 28 are compensated. In order to obtain such an effect, the thickness of the second conductive film 29 is preferably thin so that oxygen can easily pass through, for example, 10 nm to 100 nm. However, if the thin second conductive film 29 is formed on the second dielectric film 28 in this manner, damage in the subsequent etching process or the like cannot be absorbed by the second conductive film 28 alone. The two dielectric films 27 and 28 may be deteriorated.

そこで、次の工程で、第1、第2誘電体膜27,28を保護するための導電性保護膜と
して、第2導電性膜29の上に第3導電膜30を形成する(ステップS240)。第3導電膜30は、例えば、酸化イリジウム膜とし、スパッタ法で厚さ約200nmに形成する。
Therefore, in the next step, the third conductive film 30 is formed on the second conductive film 29 as a conductive protective film for protecting the first and second dielectric films 27 and 28 (step S240). . The third conductive film 30 is, for example, an iridium oxide film, and is formed to a thickness of about 200 nm by sputtering.

ここまでの工程で強誘電体キャパシタを構成する膜の形成が完了したので、以降の工程で各膜を所望の形状にパターニングする。
まず、図1Fに示す断面構造を得るまでの処理について説明する。
Since the formation of the film constituting the ferroelectric capacitor has been completed by the steps so far, each film is patterned into a desired shape in the subsequent steps.
First, processing until obtaining the cross-sectional structure shown in FIG. 1F will be described.

シリコン基板1の背面洗浄を行った後、第3導電膜30の上に、還元性物質の透過を抑制する水素バリア膜31を形成する。水素バリア膜31は、例えば、TiN膜からなり、Tiのターゲットを用いたスパッタ法により34nmの厚さに成膜する。その際の基板温度は、200℃とし、雰囲気はAr=50Sccm、N=90Sccmの混合ガス雰囲気とする。水素バリア膜31は、第2導電性膜29をエッチングして上部電極を形成するときのハードマスクとしても使用できる。なお、水素バリア膜31はTiN膜に限らない、TaN、TiON、TiO、TaO、TaON、TiAlO、TaAlO、TiAlON、TaAlON、TiSiON、TaSiON、TiSiO、TaSiO、AlO、ZrOなどの材料から選択できる。 After cleaning the back surface of the silicon substrate 1, a hydrogen barrier film 31 that suppresses permeation of the reducing substance is formed on the third conductive film 30. The hydrogen barrier film 31 is made of, for example, a TiN film, and is formed to a thickness of 34 nm by sputtering using a Ti target. The substrate temperature at that time is 200 ° C., and the atmosphere is a mixed gas atmosphere of Ar = 50 Sccm and N 2 = 90 Sccm. The hydrogen barrier film 31 can also be used as a hard mask when the second conductive film 29 is etched to form the upper electrode. The hydrogen barrier film 31 is not limited to a TiN film. TaN, TiON, TiO x , TaO x , TaON, TiAlO x , TaAlO x , TiAlON, TaAlON, TiSiON, TaSiON, TiSiO x , TaSiO x , AlO x , ZrO x You can choose from materials such as

さらに、水素バリア膜31の表面にレジスト膜を塗布し、さらに露光、現像等することにより水素バリア膜31及び第2、第3導電膜29,30をパターニングするためのマスク32を形成する。   Further, a resist film is applied to the surface of the hydrogen barrier film 31, and further a mask 32 for patterning the hydrogen barrier film 31 and the second and third conductive films 29 and 30 is formed by exposure and development.

次に、図1Gに示す断面構造を得るまでの処理について説明する。
マスク32を用いて水素バリア膜31及び第2、第3導電膜29,30をドライエッチングにより加工して上部電極35を形成する。前記したように、水素バリア膜31は、ハードマスクとして利用できるので、第2、第3導電膜29,30を綺麗にエッチングできる。その後、レジストをアッシング等により除去する。さらに、ハードマスクとして使用した水素バリア膜31をドライエッチにて除去する。
Next, processing until obtaining the cross-sectional structure shown in FIG. 1G will be described.
Using the mask 32, the hydrogen barrier film 31 and the second and third conductive films 29 and 30 are processed by dry etching to form the upper electrode 35. As described above, since the hydrogen barrier film 31 can be used as a hard mask, the second and third conductive films 29 and 30 can be etched cleanly. Thereafter, the resist is removed by ashing or the like. Further, the hydrogen barrier film 31 used as the hard mask is removed by dry etching.

この後、酸素を含有する雰囲気中においてシリコン基板1を熱処理する。熱処理の温度は、600℃〜700℃とする。この実施形態では、650℃で40分間熱処理を行う。この熱処理は、ここまでの工程で第1、第2誘電体膜27,28が受けたダメージを回復させるもので、このようなアニールは回復アニールとも呼ばれる。   Thereafter, the silicon substrate 1 is heat-treated in an atmosphere containing oxygen. The temperature of the heat treatment is 600 ° C to 700 ° C. In this embodiment, heat treatment is performed at 650 ° C. for 40 minutes. This heat treatment recovers the damage received by the first and second dielectric films 27 and 28 in the steps so far, and such annealing is also called recovery annealing.

次に、図1Hに示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
最初に、第2誘電体膜28、第2、第3導電膜29,30、水素バリア膜31の上にフォトレジスト膜を例えばスピンコート法により形成する。さらに、露光、現像等によりフォトレジスト膜を誘電体膜の平面形状にパターニングする。続いて、パターニングしたフォトレジスト膜をマスクにして第1、第2誘電体膜27,28をエッチングして誘電体膜36を形成する。パターニングが終了したら、フォトレジスト膜をアッシング等により除去する。
Next, steps required until a sectional structure shown in FIG.
First, a photoresist film is formed on the second dielectric film 28, the second and third conductive films 29 and 30, and the hydrogen barrier film 31, for example, by spin coating. Further, the photoresist film is patterned into a planar shape of the dielectric film by exposure, development, or the like. Subsequently, the first and second dielectric films 27 and 28 are etched using the patterned photoresist film as a mask to form a dielectric film 36. When the patterning is completed, the photoresist film is removed by ashing or the like.

この後、シリコン基板1を酸素雰囲気で、例えば300℃〜400℃、30分間〜120分間、熱処理する。   Thereafter, the silicon substrate 1 is heat-treated in an oxygen atmosphere, for example, at 300 ° C. to 400 ° C. for 30 minutes to 120 minutes.

さらに、第1保護膜41を例えばスパッタ法又はCVD法により、形成する。第1保護膜41としては、例えば膜厚が20nm〜50nmの酸化アルミニウム膜が用いられる。次いで、シリコン基板1を酸素雰囲気で、例えば400℃〜600℃、30分〜120分間、熱処理する。   Furthermore, the first protective film 41 is formed by, for example, sputtering or CVD. As the first protective film 41, for example, an aluminum oxide film having a thickness of 20 nm to 50 nm is used. Next, the silicon substrate 1 is heat-treated in an oxygen atmosphere, for example, at 400 ° C. to 600 ° C. for 30 minutes to 120 minutes.

次に、図1Iに示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
この後、シリコン基板1の全面に、フォトレジスト膜を例えばスピンコート法により形成し、露光、現像等によりフォトレジスト膜を誘電体キャパシタの下部電極の平面形状にパターニングする。続いて、第1保護膜41及び第1導電性膜25をエッチングして下部電極37を形成する。これにより、パターニングされた上部電極35、誘電体膜36及び下部電極膜37を含む誘電体キャパシタ38が形成される。
Next, steps required until a sectional structure shown in FIG.
Thereafter, a photoresist film is formed on the entire surface of the silicon substrate 1 by, eg, spin coating, and the photoresist film is patterned into a planar shape of the lower electrode of the dielectric capacitor by exposure, development, or the like. Subsequently, the lower electrode 37 is formed by etching the first protective film 41 and the first conductive film 25. As a result, a dielectric capacitor 38 including the patterned upper electrode 35, dielectric film 36, and lower electrode film 37 is formed.

第1保護膜41は、上部電極35及び誘電体膜36を覆うように残る。その後、フォトレジスト膜を除去する。次いで、酸素雰囲気にて、例えば300℃〜400℃、30分間〜120分間、シリコン基板1を熱処理する。   The first protective film 41 remains so as to cover the upper electrode 35 and the dielectric film 36. Thereafter, the photoresist film is removed. Next, the silicon substrate 1 is heat-treated in an oxygen atmosphere, for example, at 300 ° C. to 400 ° C. for 30 minutes to 120 minutes.

さらに、シリコン基板1の全面に、第2保護膜42を例えばスパッタ法又はCVD法により形成する。この実施形態では、第2保護膜42として、膜厚が20nmの酸化アルミニウム膜を形成する。第2保護膜42を構成する酸化アルミニウム膜は、水素や水分等の還元性物質が透過することを阻止する機能に優れている。このため、誘電体膜36の強誘電体特性が還元性物質により劣化されることが防止される。
第2保護膜42を形成した後は、酸素雰囲気にて、例えば500℃〜700℃、30分間〜120分間の熱処理を行う。この結果、誘電体膜36に酸素が供給され、誘電体キャパシタ38の電気的特性が回復する。
Further, the second protective film 42 is formed on the entire surface of the silicon substrate 1 by, for example, sputtering or CVD. In this embodiment, an aluminum oxide film having a thickness of 20 nm is formed as the second protective film 42. The aluminum oxide film constituting the second protective film 42 is excellent in the function of preventing a reducing substance such as hydrogen and moisture from permeating. This prevents the ferroelectric characteristics of the dielectric film 36 from being deteriorated by the reducing substance.
After the second protective film 42 is formed, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere, for example, at 500 ° C. to 700 ° C. for 30 minutes to 120 minutes. As a result, oxygen is supplied to the dielectric film 36, and the electrical characteristics of the dielectric capacitor 38 are restored.

次に、図1Jに示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
第2保護膜42の全面に、第3層間絶縁膜43としてシリコン酸化物を例えばプラズマCVD法により膜厚1400nmで形成する。第3層間絶縁膜43としてシリコン酸化膜を形成する場合には、原料ガスとして、例えば、TEOSガスと酸素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを用いる。この後、第3層間絶縁膜43の表面を例えばCMP法により平坦化する。
Next, steps required until a sectional structure shown in FIG.
On the entire surface of the second protective film 42, silicon oxide is formed as a third interlayer insulating film 43 with a film thickness of 1400 nm by, for example, plasma CVD. When a silicon oxide film is formed as the third interlayer insulating film 43, for example, a mixed gas of TEOS gas, oxygen gas, and helium gas is used as the source gas. Thereafter, the surface of the third interlayer insulating film 43 is planarized by, eg, CMP.

次いで、NOガス又はNガスを用いて発生させたプラズマ雰囲気にて、シリコン基板1を例えば350℃で2分間、熱処理する。熱処理の結果、第3層間絶縁膜43中の水分が除去されると共に、第3層間絶縁膜43の膜質が変化して膜中に水分が入り難くなる。また、この熱処理により、第3層間絶縁膜43の表面が窒化され、第3層間絶縁膜43の表面にSiON膜が形成される。 Then, in a plasma atmosphere generated by using N 2 O gas or N 2 gas, 2 minutes silicon substrate 1, for example at 350 ° C., a heat treatment. As a result of the heat treatment, moisture in the third interlayer insulating film 43 is removed, and the film quality of the third interlayer insulating film 43 changes, making it difficult for moisture to enter the film. Further, by this heat treatment, the surface of the third interlayer insulating film 43 is nitrided, and a SiON film is formed on the surface of the third interlayer insulating film 43.

さらに、第3層間絶縁膜43の全面に、バリア膜として第3保護膜44を例えばスパッタ法又はCVD法により形成する。第3保護膜44としては、例えば、膜厚が20nm〜50nmのAl膜が用いられる。平坦化された第3層間絶縁膜43上に第3保護膜44が形成されるため、第3保護膜44の表面は平坦になる。 Furthermore, a third protective film 44 is formed as a barrier film on the entire surface of the third interlayer insulating film 43 by, for example, sputtering or CVD. As the third protective film 44, for example, an Al 2 O 3 film having a film thickness of 20 nm to 50 nm is used. Since the third protective film 44 is formed on the planarized third interlayer insulating film 43, the surface of the third protective film 44 becomes flat.

続いて、第3保護膜44の上面に図示を省略するフォトレジスト膜を形成し、フォトレジスト膜をマスクにしてエッチングを行い、第3保護膜44、第3層間絶縁膜43を経て強誘電体キャパシタ31の上部電極28まで達する第1ビアホール51を形成する。
同様に、第3保護膜44上に形成したフォトレジスト膜を用いてエッチングを実施し、強誘電体キャパシタ31の下部電極29まで達する第2ビアホール52を形成する。
Subsequently, a photoresist film (not shown) is formed on the upper surface of the third protective film 44, etching is performed using the photoresist film as a mask, and the ferroelectric film passes through the third protective film 44 and the third interlayer insulating film 43. A first via hole 51 reaching the upper electrode 28 of the capacitor 31 is formed.
Similarly, etching is performed using a photoresist film formed on the third protective film 44 to form a second via hole 52 that reaches the lower electrode 29 of the ferroelectric capacitor 31.

次いで、例えば400℃〜600℃の酸素雰囲気で、30分間〜120分間の熱処理を行う。この結果、強誘電体膜23,24に酸素が供給され、強誘電体キャパシタ31の電気的特性が回復する。なお、この熱処理を、酸素雰囲気中ではなく、オゾン雰囲気中で行っても良い。オゾン雰囲気中で熱処理を行った場合にも、強誘電体膜23,24に酸素が供給されて強誘電体キャパシタ31の電気的特性が回復する。   Next, for example, heat treatment is performed for 30 minutes to 120 minutes in an oxygen atmosphere of 400 ° C. to 600 ° C. As a result, oxygen is supplied to the ferroelectric films 23 and 24, and the electrical characteristics of the ferroelectric capacitor 31 are restored. Note that this heat treatment may be performed not in an oxygen atmosphere but in an ozone atmosphere. Even when heat treatment is performed in an ozone atmosphere, the electric characteristics of the ferroelectric capacitor 31 are restored by supplying oxygen to the ferroelectric films 23 and 24.

さらに、第3層間絶縁膜43、各保護膜44,42を貫通し、導電性プラグ18A〜1
8Eまで達するコンタクトホール53A,53Bをフォトリソグラフィ及びエッチングにより形成する。
ビアホール51,52及びコンタクトホール53A,53Bの形成後には、アニール処理を行い、層間絶縁膜の脱ガスを行う。このアニール処理を行う工程は、不活性ガス雰囲気中または真空中で行うことを望ましい。また、ビアホール51,52及びコンタクトホール53A,53Bを形成した後で、アニール処理の後に、ビアホール51,52及びコンタクトホール53A,53Bの内壁面に対して表面処理、例えばRFエッチングを行う。
Further, the conductive plugs 18A-1 pass through the third interlayer insulating film 43 and the protective films 44, 42.
Contact holes 53A and 53B reaching 8E are formed by photolithography and etching.
After the formation of the via holes 51 and 52 and the contact holes 53A and 53B, an annealing process is performed to degas the interlayer insulating film. The step of performing the annealing treatment is desirably performed in an inert gas atmosphere or in a vacuum. In addition, after forming the via holes 51 and 52 and the contact holes 53A and 53B, after the annealing process, surface treatment, for example, RF etching is performed on the inner wall surfaces of the via holes 51 and 52 and the contact holes 53A and 53B.

次に、図1Kに示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、第3保護膜44の全面に、第1導電性バリア膜としてTiN膜を例えばスパッタ法により膜厚50nm〜150nmに形成する。TiN膜は、例えばTiターゲットを用いて成膜される。成膜時の雰囲気は、Arガス=50Sccmと、Nガス=90Sccmの混合雰囲気中とし、成膜温度は200℃とする。
Next, steps required until a sectional structure shown in FIG.
First, a TiN film as a first conductive barrier film is formed on the entire surface of the third protective film 44 to a film thickness of 50 nm to 150 nm, for example, by sputtering. The TiN film is formed using, for example, a Ti target. The atmosphere during film formation is a mixed atmosphere of Ar gas = 50 Sccm and N 2 gas = 90 Sccm, and the film formation temperature is 200 ° C.

第1導電性バリア膜51は、TiNに限らない。TiN、TaN、CrN、HfN、ZrN、TiAlN、TaAlN、TiSiN、TaSiN、CrAlN、HfAlN、ZrAlN、TiON、TaON、CrON、HfON、ZrON、TiAlON、TaAlON、CrAlON、HfArON、ZrAlON、TiSiON、TaSiON、Ir、Ru、IrOx、RuOx、TiNにTiを積層させた膜、TaNにTiを積層させた膜、TiNにTaを積層させた膜、TaNにTaを積層させた膜からなる群から選択された1種であることができる。 The first conductive barrier film 51 is not limited to TiN. TiN, TaN, CrN, HfN, ZrN, TiAlN, TaAlN, TiSiN, TaSiN, CrAlN, HfAlN, ZrAlN, TiON, TaON, CrON, HfON, ZrON, TiAlON, TaAlON, CrAlON, HfArON, ZrAlON, TiSiON, TaSiON, Ir Selected from the group consisting of Ru, IrO x , RuO x , TiN laminated Ti film, TaN Ti laminated film, TiN Ta laminated film, TaN Ta laminated film It can be one kind.

続いて、第1導電性バリア膜の全面に、プラグ用のタングステン膜を例えばCVD法により膜厚300nmに形成する。なお、プラグ用の膜の材料は、タングステンに限定されず、銅でも良い。或いは、第1導電性バリア膜の上に、タングステンやポリシリコンを部分的に埋め込んで、さらに銅膜を形成しても良い。   Subsequently, a plug tungsten film is formed on the entire surface of the first conductive barrier film to a thickness of 300 nm by, for example, a CVD method. Note that the material of the plug film is not limited to tungsten, but may be copper. Alternatively, a copper film may be further formed by partially burying tungsten or polysilicon on the first conductive barrier film.

この後、例えばCMP法により、第3層間絶縁膜43の表面が露出するまで、タングステン膜及び第1導電性バリア膜を研磨する。この結果、ビアホール51,52及びコンタクトホール53A,53B内に、タングステンを含む導電性プラグ54,55,56A,56Bが夫々埋め込まれる。次いで、例えばArガスを用いてプラズマ洗浄することにより、導電性プラグ54,55,56A,56Bの表面の自然酸化膜等が除去される。   Thereafter, the tungsten film and the first conductive barrier film are polished by, for example, a CMP method until the surface of the third interlayer insulating film 43 is exposed. As a result, conductive plugs 54, 55, 56A, and 56B containing tungsten are buried in the via holes 51 and 52 and the contact holes 53A and 53B, respectively. Next, the natural oxide film or the like on the surfaces of the conductive plugs 54, 55, 56A, and 56B is removed by, for example, plasma cleaning using Ar gas.

この後、第3層間絶縁膜43上に、例えば膜厚が50nmのTiN膜と、膜厚が550nmの銅アルミニウム合金膜と、膜厚が5nmのTi膜と、膜厚が50nmのTiN膜を順番にPVD法、例えばスパッタにより形成する。この結果、TiN膜、AlCu合金膜、Ti膜及びTiN膜から構成された導体膜が形成される。   Thereafter, a TiN film having a thickness of 50 nm, a copper aluminum alloy film having a thickness of 550 nm, a Ti film having a thickness of 5 nm, and a TiN film having a thickness of 50 nm are formed on the third interlayer insulating film 43, for example. In order, they are formed by PVD, for example, sputtering. As a result, a conductor film composed of a TiN film, an AlCu alloy film, a Ti film, and a TiN film is formed.

そして、フォトレジスト(不図示)を使用して、第1層目の金属配線膜をパターニングす。この結果、第1層目の金属配線層が形成される。すなわち、上部電極35に接続される配線65Aは、導電性プラグ16B,56Bを介して側方のMOSトランジスタT2(T1)の一方のソース/ドレイン領域11Bに接続される。また、導電性プラグ55を通して下部電極37に接続される配線65Bは、メモリセルのプレート線に接続される。   Then, using a photoresist (not shown), the first-layer metal wiring film is patterned. As a result, a first metal wiring layer is formed. That is, the wiring 65A connected to the upper electrode 35 is connected to one source / drain region 11B of the side MOS transistor T2 (T1) via the conductive plugs 16B and 56B. Further, the wiring 65B connected to the lower electrode 37 through the conductive plug 55 is connected to the plate line of the memory cell.

さらに、同じpウェル3内の2つのMOSトランジスタT1、T2のうち共有のソース/ドレイン領域11Aに接続される導電性プラグ16B,56Aの上に孤立して残される金属配線膜のパターンは、ビット線用の導電パッド66になる。
その後に、特に図示しないが、配線65A、65Bと、導電パッド66、第3層間絶縁膜43の上に、層間絶縁膜、導電性プラグ、配線等を順次形成して強誘電体メモリセルを完成させる。
Furthermore, the pattern of the metal wiring film that remains isolated on the conductive plugs 16B and 56A connected to the shared source / drain region 11A among the two MOS transistors T1 and T2 in the same p-well 3 is a bit It becomes the conductive pad 66 for lines.
Thereafter, although not particularly shown, an interlayer insulating film, a conductive plug, a wiring, and the like are sequentially formed on the wirings 65A and 65B, the conductive pad 66, and the third interlayer insulating film 43 to complete the ferroelectric memory cell. Let

以上、説明したように、本実施形態では、第2絶縁層間膜19を形成した後、熱処理を行ってシリコン基板1の両面を洗浄してから急速熱処理(第2熱処理)を行うようにしたので、下部電極密着膜23を低温で形成しても第2層間絶縁膜19の表面に残留した水分や有機物などの不純物を除去できる。このため、後の工程で熱処理を行っても、第1導電性膜25の下層や、第1導電性膜25と第2層間絶縁膜19の界面から不純物が第1導電性膜25の表面に移動して空隙を形成することが防止される。   As described above, in this embodiment, after the second insulating interlayer film 19 is formed, the heat treatment is performed to clean both surfaces of the silicon substrate 1 and then the rapid heat treatment (second heat treatment) is performed. Even if the lower electrode adhesion film 23 is formed at a low temperature, impurities such as moisture and organic matter remaining on the surface of the second interlayer insulating film 19 can be removed. For this reason, even if heat treatment is performed in a later step, impurities may enter the surface of the first conductive film 25 from the lower layer of the first conductive film 25 or from the interface between the first conductive film 25 and the second interlayer insulating film 19. It is prevented from moving to form voids.

また、第1誘電体膜27を形成する前に熱処理を行うことで、その下の第1導電性膜25の表面に吸着した不純物を除去することができる。さらに、その熱処理後に大気中に曝さないように第1誘電体膜27を形成したので、第1誘電体膜27を低温で形成する場合でも第1導電性膜25の表面に水素等が付着した状態で第1誘電体膜27が形成されることが防止できる。これにより、第2誘電体膜27に対して結晶化アニールを行った際に、第1導電性膜25と第1誘電体膜27の界面に空隙が発生することを防止できる。   Further, by performing a heat treatment before the first dielectric film 27 is formed, impurities adsorbed on the surface of the first conductive film 25 therebelow can be removed. Furthermore, since the first dielectric film 27 was formed so as not to be exposed to the atmosphere after the heat treatment, hydrogen or the like adhered to the surface of the first conductive film 25 even when the first dielectric film 27 was formed at a low temperature. In this state, the first dielectric film 27 can be prevented from being formed. Thereby, when the crystallization annealing is performed on the second dielectric film 27, it is possible to prevent a void from being generated at the interface between the first conductive film 25 and the first dielectric film 27.

また、結晶化させた第1誘電体膜27の表面と、第2誘電体膜28の表面に吸着した不純物も熱処理により除去するようにしたので、その後に連続して第2誘電体膜28を低温で形成することにより第2誘電体膜28と第2導電性膜29の界面の膨れが改善される。その結果、第1導電性膜25と第1誘電体膜27の間の密着性と、第2導電性膜29と第2誘電体膜28の密着性がそれぞれ向上し、上部電極35の膜剥がれ、浮き、膨れ現象といった不良の発生が防止される。   Further, since the impurities adsorbed on the surface of the crystallized first dielectric film 27 and the surface of the second dielectric film 28 are also removed by the heat treatment, the second dielectric film 28 is continuously formed after that. By forming at a low temperature, the swelling of the interface between the second dielectric film 28 and the second conductive film 29 is improved. As a result, the adhesion between the first conductive film 25 and the first dielectric film 27 and the adhesion between the second conductive film 29 and the second dielectric film 28 are improved, and the upper electrode 35 is peeled off. The occurrence of defects such as floating and swelling is prevented.

このようにして製造された強誘電体キャパシタ38は、下部電極37と誘電体36の界面、及び誘電体36と上部電極35の界面のそれぞれに空隙が発生することが防止される。したがって、強誘電体キャパシタ38の性能劣化が防止され、半導体装置の歩留まりを向上できる。   The ferroelectric capacitor 38 manufactured in this way is prevented from generating air gaps at the interface between the lower electrode 37 and the dielectric 36 and at the interface between the dielectric 36 and the upper electrode 35. Therefore, the performance deterioration of the ferroelectric capacitor 38 is prevented, and the yield of the semiconductor device can be improved.

(第2の実施形態)
図3は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について示すフローチャートである。
この実施形態では、ステップS160の第1導電性膜25を形成するまでの工程は、第1の実施形態と同様である。第1導電性膜25を形成した後、急速熱処理を実施する(ステップS161)。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment.
In this embodiment, the process up to forming the first conductive film 25 in step S160 is the same as that of the first embodiment. After forming the first conductive film 25, a rapid heat treatment is performed (step S161).

急速熱処理は、RTA装置を用い、基板温度を500℃以上750℃以下、例えば、650℃とし、不活性ガス、例えば、ArやNの雰囲気中で行う。この急速熱処理によって、第1導電性膜25の結晶粒径が大きくなる。これにより、第1導電性膜25と第1誘電体膜27との間の密着性が向上する。その後の工程(ステップS170〜S240)とその他の効果は、第1の実施形態と同様である。 The rapid thermal treatment is performed in an atmosphere of an inert gas, for example, Ar or N 2 , using an RTA apparatus with a substrate temperature of 500 ° C. to 750 ° C., for example, 650 ° C. By this rapid heat treatment, the crystal grain size of the first conductive film 25 is increased. Thereby, the adhesion between the first conductive film 25 and the first dielectric film 27 is improved. Subsequent processes (steps S170 to S240) and other effects are the same as those in the first embodiment.

(第3の実施形態)
図4に、この実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートを示す。
この実施形態では、誘電体膜の結晶性をさらに向上させるために、第1導電性膜を形成した後、第1導電性膜の表面に導電性酸化膜を形成することを特徴とする。
(Third embodiment)
FIG. 4 shows a flowchart of the semiconductor device manufacturing method according to this embodiment.
In this embodiment, in order to further improve the crystallinity of the dielectric film, a conductive oxide film is formed on the surface of the first conductive film after the first conductive film is formed.

すなわち、第1導電性膜25を形成した後(ステップS160)、シリコン基板1を低温炉に導入し、酸素雰囲気中で第1導電性膜25のPtを酸化させて導電性の酸化膜を形成する(ステップS162)。具体的には、シリコン基板1をRTA装置や炉芯の中に導入し、加熱せずに酸素を流して第1導電性膜25の表面にアモルファスのPtO膜を0.1nm〜3nmに形成する。処理温度は、100℃以下、より好ましくは50℃以下とし、最も好ましい処理温度は室温である。なお、Pt膜の代わりにOs、Rh、Pbの膜を形成しても良い
That is, after forming the first conductive film 25 (step S160), the silicon substrate 1 is introduced into a low temperature furnace, and Pt of the first conductive film 25 is oxidized in an oxygen atmosphere to form a conductive oxide film. (Step S162). Specifically, the silicon substrate 1 is introduced into an RTA apparatus or a furnace core, and oxygen is allowed to flow without heating to form an amorphous PtO film having a thickness of 0.1 nm to 3 nm on the surface of the first conductive film 25. . The treatment temperature is 100 ° C. or less, more preferably 50 ° C. or less, and the most preferred treatment temperature is room temperature. An Os, Rh, or Pb film may be formed instead of the Pt film.

導電性の酸化膜の形成時間は、酸素ガス流量によって変化し、例えばOガスを2l/分で流す場合は、2分以上とすることが望ましい。処理の時間が短すぎると、PtO膜が充分に形成できない。処理時間は、3時間以上であることが好ましく、例えば6時間とする。この酸化膜は、第1誘電体膜27と第1導電性膜25の界面における酸素欠損を改善し、第1誘電体膜27の結晶性を向上させる。その後の工程(ステップS170〜S240)とその他の効果は、第1の実施形態と同様である。 The formation time of the conductive oxide film varies depending on the flow rate of the oxygen gas. For example, in the case where O 2 gas is flowed at 2 l / min, it is desirable that the time is 2 minutes or longer. If the treatment time is too short, a PtO film cannot be formed sufficiently. The treatment time is preferably 3 hours or longer, for example, 6 hours. This oxide film improves oxygen deficiency at the interface between the first dielectric film 27 and the first conductive film 25 and improves the crystallinity of the first dielectric film 27. Subsequent processes (steps S170 to S240) and other effects are the same as those in the first embodiment.

なお、この後に行われる第1誘電体膜27は、スパッタリング法又はゾル・ゲル法によることが好ましい。
また、第1導電性膜25が、Ir膜、Ru膜の場合には、その表面に膜厚が15nm以上30nm以下の同一貴金属の酸化物を形成し、第1誘電体膜27を有機金属化学気相成長法により形成しても良い。
Note that the first dielectric film 27 performed thereafter is preferably formed by a sputtering method or a sol-gel method.
In the case where the first conductive film 25 is an Ir film or Ru film, an oxide of the same noble metal having a film thickness of 15 nm to 30 nm is formed on the surface thereof, and the first dielectric film 27 is formed by organometallic chemistry. You may form by a vapor phase growth method.

(第4の実施形態)
図5に、この実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートを示す。
この実施形態では、第2の実施形態と第3の実施形態を組み合わせたものである。すなわち、強誘電体キャパシタ38を形成するときに、第1導電性膜25を形成し(ステップS160)、その後にRTA熱処理を行い(ステップS161)、続いて第1導電性膜25の表面に導電性の酸化膜を形成する(ステップS162)。これによって、強誘電体キャパシタ38の結晶性が向上し、耐疲労能力を向上できる。その後の工程(ステップS170〜S240)とその他の効果は、第1の実施形態と同様である。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 shows a flowchart of the manufacturing method of the semiconductor device according to this embodiment.
In this embodiment, the second embodiment and the third embodiment are combined. That is, when forming the ferroelectric capacitor 38, the first conductive film 25 is formed (step S160), followed by RTA heat treatment (step S161), and then the surface of the first conductive film 25 is electrically conductive. A conductive oxide film is formed (step S162). Thereby, the crystallinity of the ferroelectric capacitor 38 is improved, and the fatigue resistance can be improved. Subsequent processes (steps S170 to S240) and other effects are the same as those in the first embodiment.

(第5の実施形態)
図6に、この実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートを示す。
この実施形態は、第4の実施形態において、第2導電性膜29を形成する温度が100℃以下の場合の処理に相当する。又は、第2誘電体膜28と第2導電性膜29を連続成膜で着ない場合に行われる。
すなわち、第1の実施形態と同様にして第2誘電体膜28を形成したら、表面処理を行って第2誘電体膜28の表面に吸着した水分や不純物を除去する(ステップS211)。より具体的には、第2誘電体膜28を形成した後、例えば、圧力が約5.0×10−6Paの減圧雰囲気中で、基板温度を100℃〜350℃、例えば150℃とし、60秒間熱処理を行う。その後、シリコン基板1を大気に晒さないようにスパッタ用のチャンバに搬送する。続いて、チャンバ内で第2導電性膜29を形成する(ステップS220)。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 shows a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment.
This embodiment corresponds to the processing in the case where the temperature for forming the second conductive film 29 is 100 ° C. or lower in the fourth embodiment. Alternatively, it is performed when the second dielectric film 28 and the second conductive film 29 are not deposited by continuous film formation.
That is, after the second dielectric film 28 is formed as in the first embodiment, surface treatment is performed to remove moisture and impurities adsorbed on the surface of the second dielectric film 28 (step S211). More specifically, after the second dielectric film 28 is formed, the substrate temperature is set to 100 ° C. to 350 ° C., for example, 150 ° C. in a reduced pressure atmosphere having a pressure of about 5.0 × 10 −6 Pa. Heat treatment is performed for 60 seconds. Thereafter, the silicon substrate 1 is transferred to a sputtering chamber so as not to be exposed to the atmosphere. Subsequently, the second conductive film 29 is formed in the chamber (step S220).

ここで、第2導電性膜29はステップS211の表面処理のおける熱処理温度より低い温度で成膜される。このため、第2導電性膜29の形成時には、第2誘電体膜28に吸着等している不純物を除去することはできない。しかしながら、前の工程(ステップS211)で熱処理を実施することで不純物が除去されているので、第2誘電体膜28の表面に不純物が残留した状態で第2導電性膜29が形成されることがなくなり、図8のような誘電体と上部電極の界面の膨れ現象が発生し難くなる。   Here, the second conductive film 29 is formed at a temperature lower than the heat treatment temperature in the surface treatment of step S211. For this reason, when the second conductive film 29 is formed, impurities adsorbed on the second dielectric film 28 cannot be removed. However, since the impurities are removed by performing the heat treatment in the previous step (step S211), the second conductive film 29 is formed with the impurities remaining on the surface of the second dielectric film 28. And the swelling phenomenon at the interface between the dielectric and the upper electrode as shown in FIG. 8 is difficult to occur.

ここで、この実施形態に係る製造方法で製造した半導体装置の欠陥検査を実施したところ、基板背面を洗浄した後の欠陥数を大幅に低減できた。特に、大きい欠陥、即ち上部電極35と誘電体膜36間の空隙とみられる欠陥はほぼなくなった。
誘電体膜36と下部電極37間の欠陥をさらに精密に検出するために、3つのサンプルについて以下に示すような工程を実施して強誘電体キャパシタ38を形成し、その各々について欠陥検査を実施した。
Here, when the defect inspection of the semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to this embodiment was performed, the number of defects after cleaning the back surface of the substrate could be greatly reduced. In particular, large defects, that is, defects that appear as gaps between the upper electrode 35 and the dielectric film 36 are almost eliminated.
In order to detect defects between the dielectric film 36 and the lower electrode 37 more precisely, the following processes are performed on the three samples to form the ferroelectric capacitors 38, and defect inspection is performed on each of them. did.

まず、シリコン基板1に第1熱処理を行い(ステップS110)、ブラシスクラバーによる基板洗浄を行い(ステップS120)、その後に下部電極密着膜23を形成する(ステップS140)。   First, the first heat treatment is performed on the silicon substrate 1 (step S110), the substrate is cleaned with a brush scrubber (step S120), and then the lower electrode adhesion film 23 is formed (step S140).

ここで、第1及び第2のサンプルは、第2熱処理として酸素雰囲気中にて基板温度650℃、60秒間の急速熱処理を実施した(ステップS130)。これに対し、第3のサンプルは、ステップS130を実施せずに次工程に進んだ。   Here, the first and second samples were subjected to a rapid heat treatment for 60 seconds at a substrate temperature of 650 ° C. in an oxygen atmosphere as a second heat treatment (step S130). In contrast, the third sample proceeded to the next step without performing step S130.

次に、下部電極密着膜23を形成し(ステップS140)、その後に熱処理として急速熱処理を、酸素雰囲気中で650℃で60秒間実施する(ステップS150)。さらに、第1導電性膜25としてPtを150nm形成し(ステップS160)、Ar雰囲気中で642℃、60秒間の急速熱処理を行い(ステップS161)、第1導電性膜25の表面に0.3nm程度のPtOを低温で形成させる(ステップS162)。   Next, the lower electrode adhesion film 23 is formed (step S140), and then a rapid heat treatment is performed as a heat treatment at 650 ° C. for 60 seconds in an oxygen atmosphere (step S150). Further, 150 nm of Pt is formed as the first conductive film 25 (step S160), and rapid heat treatment is performed in an Ar atmosphere at 642 ° C. for 60 seconds (step S161), and 0.3 nm is formed on the surface of the first conductive film 25. About PtO is formed at a low temperature (step S162).

ここで、第1のサンプルは、2×10−5Paの減圧チャンバに導入し、150℃で200秒の熱処理を行い(ステップS170)、大気へ曝さずにPZT成膜用のスパッタチャンバに搬送し、50℃で第1誘電体膜27を130nm形成する(ステップS180)。これに対し、第2及び第3のサンプルは、比較のためにステップS170の表面処理を実施せずに第1誘電体膜27を形成した。 Here, the first sample is introduced into a reduced pressure chamber of 2 × 10 −5 Pa, heat-treated at 150 ° C. for 200 seconds (Step S170), and transferred to the sputtering chamber for PZT film formation without being exposed to the atmosphere. Then, the first dielectric film 27 is formed to 130 nm at 50 ° C. (step S180). On the other hand, for the second and third samples, the first dielectric film 27 was formed without performing the surface treatment of step S170 for comparison.

次に、各サンプルに対して結晶化アニールを行い(ステップS190)、その後に減圧雰囲気中で150℃、60秒間の熱処理を行い(ステップS200)、大気へ曝さず第2誘電体膜28を10nm形成する(ステップS210)。さらに、減圧雰囲気中で150℃、60秒間熱処理を行い(ステップS211)、大気へ曝さず20℃で第2導電性膜29を形成する(ステップS220)。その後、717℃でArガスにOガスを1%程度加えた混合雰囲気中で120秒の熱処理を行った(ステップS230)。そして、第3導電性膜30を成膜し(ステップS240)、シリコン基板1を背面洗浄した。背面洗浄は、例えば、ウェハの表面をレジストで保護し、シリコン基板1の背面についているPZT膜をHFで除去する。その後、シリコン基板1の表面のレジストを除去した。 Next, crystallization annealing is performed on each sample (step S190), and then heat treatment is performed at 150 ° C. for 60 seconds in a reduced-pressure atmosphere (step S200), and the second dielectric film 28 is formed to 10 nm without being exposed to the atmosphere. Form (step S210). Further, heat treatment is performed in a reduced pressure atmosphere at 150 ° C. for 60 seconds (step S211), and the second conductive film 29 is formed at 20 ° C. without exposure to the atmosphere (step S220). Thereafter, a heat treatment for 120 seconds was performed in a mixed atmosphere plus about 1% O 2 gas to the Ar gas at 717 ° C. (step S230). Then, the third conductive film 30 was formed (Step S240), and the silicon substrate 1 was cleaned on the back surface. In the back surface cleaning, for example, the surface of the wafer is protected with a resist, and the PZT film on the back surface of the silicon substrate 1 is removed with HF. Thereafter, the resist on the surface of the silicon substrate 1 was removed.

このようにして製造したサンプルに対して欠陥検査を行ったところ、従来の製造方法に相当する第3のサンプルでは図8から図9に示すような空隙に起因する膜表面の膨らみが131個確認された。これに対し、第2のサンプルにおける空隙に起因する膜表面の膨らみは41個であった。そして、図6のフローチャートに従って製造した第1のサンプルにおける空隙に起因する膜表面の膨らみは29個であった。   When the defect inspection was performed on the sample thus manufactured, 131 bulges on the film surface due to the voids as shown in FIGS. 8 to 9 were confirmed in the third sample corresponding to the conventional manufacturing method. It was done. On the other hand, there were 41 bulges on the film surface due to voids in the second sample. And the swelling of the film | membrane surface resulting from the space | gap in the 1st sample manufactured according to the flowchart of FIG. 6 was 29 pieces.

第1のサンプルは、下部電極密着膜23を形成する前にRTA熱処理を行ったものであり、他の2つのサンプルと比較して空隙に起因する欠陥の数が少なかった。このことから、下部電極密着膜23を形成する前にRTA熱処理を行うことで、空隙に起因する欠陥を減少できることがかわった。さらに、第1のサンプルと第2のサンプルの結果の比較から、第2誘電体膜28の形成後に連続処理として表面処理(ステップS211)と第2導電性膜29の低温成膜(ステップS220)を行う方が、空隙に起因する欠陥を低減できることがわかった。   In the first sample, RTA heat treatment was performed before the lower electrode adhesion film 23 was formed, and the number of defects due to voids was small compared to the other two samples. This indicates that defects due to voids can be reduced by performing RTA heat treatment before forming the lower electrode adhesion film 23. Further, from the comparison of the results of the first sample and the second sample, the surface treatment (step S211) and the low-temperature film formation of the second conductive film 29 (step S220) are performed as a continuous treatment after the formation of the second dielectric film 28. It was found that the defect caused by the voids can be reduced by performing the above.

また、第1誘電体膜27と第2誘電体膜28の膜厚を変えた場合についても同様の検査を行った。具体的には、ここでの第1誘電体膜27の膜厚を90nmとし、第2誘電体膜28の膜厚を30nmとした。これら誘電体膜27,28の膜厚は、前記の条件(第1誘電体膜27:130nm、第2誘電体膜28:10nm)よりも、第2誘電体膜28と第2導電性膜29の界面に空隙が生じ易い条件であることが経験的にかわっている。   The same inspection was performed when the thicknesses of the first dielectric film 27 and the second dielectric film 28 were changed. Specifically, the thickness of the first dielectric film 27 here is 90 nm, and the thickness of the second dielectric film 28 is 30 nm. The film thickness of these dielectric films 27 and 28 is greater than the above conditions (first dielectric film 27: 130 nm, second dielectric film 28: 10 nm) than the second dielectric film 28 and the second conductive film 29. It has been empirically changed that it is a condition in which voids are likely to occur at the interface.

下部電極密着膜23を形成する前にRTA熱処理を行い(ステップS130)、第1誘電性膜25を形成する前の熱処理(ステップS150)を行わない場合には、空隙による欠陥が74個確認された。これに対し、下部電極密着膜23を形成する前にRTA熱処理を行い(ステップS130)、且つ第1誘電性膜25を形成する前の熱処理(ステップS150)を行った場合には、空隙による欠陥が36個確認された。このことから、空隙が発生し易い条件であっても、この実施形態に係る製造方法では、空隙に起因する欠陥を低減させることができる。   When the RTA heat treatment is performed before forming the lower electrode adhesion film 23 (step S130) and the heat treatment before forming the first dielectric film 25 is not performed (step S150), 74 defects due to voids are confirmed. It was. On the other hand, when the RTA heat treatment is performed before the lower electrode adhesion film 23 is formed (step S130) and the heat treatment before the first dielectric film 25 is formed (step S150), defects due to voids are caused. There were 36 confirmed. For this reason, even under conditions where voids are likely to occur, the manufacturing method according to this embodiment can reduce defects due to the voids.

なお、図6のフローチャートにおいて、ステップS161とステップステップS161を実施せずに半導体装置を製造することも可能である。すなわち、第1の実施の形態において、ステップS211を実施し、ステップS211の表面処理と、ステップS220における第2導電性膜29の低温形成とを連続処理として実施しても良い。   In the flowchart of FIG. 6, it is also possible to manufacture a semiconductor device without performing Step S161 and Step S161. That is, in the first embodiment, step S211 may be performed, and the surface treatment in step S211 and the low-temperature formation of the second conductive film 29 in step S220 may be performed as a continuous process.

(第6の実施形態)
図7に、この実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートを示す。
この実施形態では、強誘電体キャパシタ38の誘電体膜36を単層で形成することを特徴とする。すなわち、第1誘電体膜27を強誘電体キャパシタ38に必要な膜厚だけ形成し(ステップS180)、結晶化アニールを行う(ステップS190)。第1誘電体膜27の表面処理を行って、水分等を除去し(ステップS200)。その後に第2導電性膜29を形成する(ステップS220)。このようにすると、単層構造の誘電体膜36であっても、前記と同様に空隙の発生を防止できる。
なお、第1導電性膜25の急速熱処理(ステップS161)と、第1導電性膜25の表面に酸化膜を形成する処理(ステップS162)は、実施しなくても良い。
(Sixth embodiment)
FIG. 7 shows a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment.
In this embodiment, the dielectric film 36 of the ferroelectric capacitor 38 is formed as a single layer. That is, the first dielectric film 27 is formed to a thickness required for the ferroelectric capacitor 38 (step S180), and crystallization annealing is performed (step S190). Surface treatment of the first dielectric film 27 is performed to remove moisture and the like (step S200). Thereafter, the second conductive film 29 is formed (step S220). In this way, even in the case of the dielectric film 36 having a single layer structure, the generation of voids can be prevented in the same manner as described above.
Note that the rapid thermal processing (step S161) of the first conductive film 25 and the process of forming an oxide film on the surface of the first conductive film 25 (step S162) may not be performed.

なお、各実施形態において、シリコン基板1を水洗する装置や方法はブラシスクラバーに限定されず、基板の表面を水洗することにより、基板表面が吸着した大気中の不純物を除去する方法を採用しても良い。例えば、純水が溜められた液槽内に複数の基板を一括して浸すバッチ式の洗浄装置を用いても良い。また、スピナー上で回転しているシリコン基板1に純水を滴下して洗浄する枚葉式の洗浄装置を用いても良い。
また、シリコン基板1の水洗を行った後は、例えば、IPA(isopropyl alcohol)を含有する雰囲気内でシリコン基板1を乾燥させるIPA乾燥を行うと良い。洗浄後のシリコン基板1の乾燥方法は、IPA乾燥の他に、大気中における自然乾燥や、大気中でシリコン基板1を150℃程度に加熱する加熱乾燥もあげられる。ただし、これらの処理では、大気中の不純物を吸着する可能性があるので、次の膜を形成する前に加熱処理を行うことが望ましい。
In each embodiment, the apparatus and method for washing the silicon substrate 1 with water are not limited to brush scrubbers, but adopting a method for removing impurities in the air adsorbed on the substrate surface by washing the surface of the substrate with water. Also good. For example, you may use the batch-type washing | cleaning apparatus which immerses a some board | substrate in the liquid tank in which the pure water was stored collectively. Alternatively, a single wafer cleaning apparatus that drops and cleans pure water on the silicon substrate 1 rotating on the spinner may be used.
Further, after the silicon substrate 1 is washed with water, for example, IPA drying for drying the silicon substrate 1 in an atmosphere containing IPA (isopropyl alcohol) may be performed. Examples of the method for drying the silicon substrate 1 after cleaning include natural drying in the air and heat drying in which the silicon substrate 1 is heated to about 150 ° C. in the air, in addition to IPA drying. However, since these processes may adsorb impurities in the atmosphere, it is desirable to perform heat treatment before forming the next film.

また、熱処理は、シリコン基板1をプラズマ雰囲気中で熱処理することにより、基板表面に吸着した不純物を除去しても良い。そのようなプラズマ雰囲気としては、例えば、O2プラズマ雰囲気又はN2Oプラズマ雰囲気があげられる。
ここで、O2プラズマ雰囲気での熱処理は、例えばレジストを灰化して除去するためのアッシングチャンバを用いて行うことができる。このときの熱処理の条件は、例えば、基板温度が150℃で、圧力が133Pa、処理時間30秒があげられる。
なお、水素による第1、第2誘電体膜27,28の還元を防止するため、熱処理は水素を排除したプラズマ雰囲気で実施することが好ましい。
さらに、熱処理は、減圧の雰囲気中熱処理を行う例を挙げたが、他の方法でも使用できる。
The heat treatment may be performed by removing the impurities adsorbed on the substrate surface by heat-treating the silicon substrate 1 in a plasma atmosphere. Examples of such a plasma atmosphere include an O 2 plasma atmosphere or an N 2 O plasma atmosphere.
Here, the heat treatment in the O 2 plasma atmosphere can be performed using, for example, an ashing chamber for ashing and removing the resist. The heat treatment conditions at this time include, for example, a substrate temperature of 150 ° C., a pressure of 133 Pa, and a treatment time of 30 seconds.
In order to prevent the reduction of the first and second dielectric films 27 and 28 by hydrogen, the heat treatment is preferably performed in a plasma atmosphere excluding hydrogen.
Furthermore, although the example which heat-processes in the atmosphere of pressure reduction was given as the heat processing, it can be used also by another method.

誘電体膜27,28の形成方法としては、スパッタ法及びMOCVD法の他に、ゾル−ゲル法、有機金属分解(MOD)法、CSD(Chemical Solution Deposition)法、化学気相蒸着(CVD)法及びエピタキシャル成長法等が挙げられる。また、誘電体膜27,
28としては、例えば、熱処理により結晶構造がBi層状構造又はペロブスカイト構造となる膜を形成することができる。このような膜としては、PZT膜の他、La、Ca、Sr及び/又はSi等を微量ドープしたPZT、SBT、BLT並びにBi系層状化合物などの一般式ABO3で表される膜が挙げられる。
As a method of forming the dielectric films 27 and 28, in addition to the sputtering method and the MOCVD method, a sol-gel method, an organometallic decomposition (MOD) method, a CSD (Chemical Solution Deposition) method, and a chemical vapor deposition (CVD) method are used. And an epitaxial growth method. Further, the dielectric film 27,
As 28, for example, a film whose crystal structure becomes a Bi layered structure or a perovskite structure can be formed by heat treatment. Examples of such a film include a film represented by the general formula ABO3 such as PZT, SBT, BLT, and Bi-based layered compound doped with a trace amount of La, Ca, Sr, and / or Si, in addition to the PZT film.

また、第2導電性膜29を形成する際には、例えば、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、レニウム、オスミウム及び/又はパラジウムを含むターゲットを用いたスパッタリングを、これらの貴金属元素の酸化が生じる条件下で行うことがあげられる。特に、第2導電性膜29としてIr酸化膜を形成する場合には、成膜温度を20℃乃至400℃、例えば300℃とすることが好ましい。また、スパッタガスを構成する酸素ガス及び不活性ガスの圧力に対する酸素ガスの分圧は、10%乃至60%が好ましく、膜厚さを10nm乃至75nmとすることが好ましい。   In forming the second conductive film 29, for example, sputtering using a target containing platinum, iridium, ruthenium, rhodium, rhenium, osmium, and / or palladium is performed under conditions in which oxidation of these noble metal elements occurs. This can be done below. In particular, when an Ir oxide film is formed as the second conductive film 29, the film forming temperature is preferably set to 20 ° C. to 400 ° C., for example, 300 ° C. Further, the partial pressure of the oxygen gas relative to the pressure of the oxygen gas and the inert gas constituting the sputtering gas is preferably 10% to 60%, and the film thickness is preferably 10 nm to 75 nm.

また、第2導電性膜29を形成した後の熱処理の温度は、650℃乃至750℃、例えば700℃であえることが好ましく、熱処理時の雰囲気は酸素の含有量を1%乃至50%とすることが好ましい。
さらに、第3導電性膜30は、IrOx膜に限定されず、Pt、Ir、Ru、Rh、Re、Os及び/又はPd等の貴金属元素を含有する金属膜を形成しても良く、これらの酸化膜、例えばSrRuO膜を形成しても良い。また、導電性膜として、2層構造以上の膜を形成してもよい。
The temperature of the heat treatment after forming the second conductive film 29 is preferably 650 ° C. to 750 ° C., for example 700 ° C., and the atmosphere during the heat treatment has an oxygen content of 1% to 50%. Is preferred.
Further, the third conductive film 30 is not limited to the IrO x film, and may be a metal film containing a noble metal element such as Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Os and / or Pd. Alternatively, an oxide film such as a SrRuO 3 film may be formed. Further, a film having a two-layer structure or more may be formed as the conductive film.

ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈すべきであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解すべきである。   All examples and conditional expressions given here are intended to help the reader understand the inventions and concepts that have contributed to the promotion of technology, such examples and It should be construed without being limited to the conditions, and the organization of such examples in the specification is not related to showing the superiority or inferiority of the present invention. Although embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and variations can be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.

以下に、これら実施形態の特徴を付記する。
(付記1)半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を形成した後に前記半導体基板に対して第1加熱処理をする工程と、前記第1加熱処理の後に前記半導体基板を洗浄する工程と、前記半導体基板を洗浄した後に前記絶縁膜に対して第2熱処理を行う工程と、前記第2熱処理後の前記絶縁膜の上に密着膜を形成する工程と、前記密着膜の上にキャパシタの下部電極となる第1導電性膜を形成する工程と、前記第1導電性膜上に誘電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜上に前記キャパシタの上部電極となる第2導電性膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2)前記密着膜の成膜温度は、前記第2熱処理の温度より低い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。
(付記3)前記誘電体膜を形成する工程では、前記第1導電性膜を熱処理して前記第1導電性膜の表面に吸着した不純物を除去した後に、前記第1導電性膜を大気に晒すことなく、前記誘電体膜を形成することを特徴とする付記1又は付記2に記載の半導体装置の製造方法。
(付記4)前記誘電体膜の成膜温度は、前記第1導電性膜の表面に吸着した不純物を除去する際の熱処理の温度より低い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。(付記5)前記誘電体膜の成膜温度は、0℃〜100℃であることを特徴とする付記3又は付記4に記載の半導体装置の製造方法。
(付記6)前記誘電体膜を形成した後に、前記誘電体膜を熱処理して表面に吸着した不純物を除去した後に、前記誘電体膜を大気に晒すことなく、前記誘電体膜上に前記第2導電性膜を形成する工程を含むことを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記7)前記第2導電性膜の成膜温度は、前記第2誘電体膜の表面に吸着した不純物を
除去する際の熱処理の温度より低い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。
(付記8)前記誘電体膜を形成する工程は、第1誘電体膜と第2誘電体膜を順番に形成する工程であり、第1誘電体膜を形成した後に、前記第1誘電体膜を熱処理して表面に吸着した不純物を除去した後に、前記第1誘電体膜を大気に晒すことなく前記第2誘電体膜を形成する工程を含むことを特徴とする付記1乃至付記7のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記9)前記誘電体膜を形成する前に、前記第1導電性膜の表面に導電性の酸化膜を形成することを特徴とする付記1乃至付記8のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
The features of these embodiments are described below.
(Appendix 1) A step of forming an insulating film above a semiconductor substrate, a step of performing a first heat treatment on the semiconductor substrate after forming the insulating film, and a step of forming the semiconductor substrate after the first heat treatment. A step of cleaning, a step of performing a second heat treatment on the insulating film after cleaning the semiconductor substrate, a step of forming an adhesion film on the insulating film after the second heat treatment, and Forming a first conductive film on the first conductive film; forming a dielectric film on the first conductive film; and forming a first conductive film on the dielectric film. And a step of forming a two-conductive film.
(Additional remark 2) The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 1 characterized by the film-forming temperature of the said adhesion film being lower than the temperature of said 2nd heat processing.
(Supplementary note 3) In the step of forming the dielectric film, the first conductive film is heat-treated to remove impurities adsorbed on the surface of the first conductive film, and then the first conductive film is put into the atmosphere. The manufacturing method of a semiconductor device according to appendix 1 or appendix 2, wherein the dielectric film is formed without being exposed.
(Additional remark 4) The manufacturing temperature of the said dielectric film is lower than the temperature of the heat processing at the time of removing the impurity adsorbed on the surface of the said 1st conductive film, The manufacturing of the semiconductor device of Additional remark 3 characterized by the above-mentioned Method. (Additional remark 5) The manufacturing temperature of the said dielectric film is 0 to 100 degreeC, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 3 or Additional remark 4 characterized by the above-mentioned.
(Supplementary Note 6) After the dielectric film is formed, the dielectric film is heat-treated to remove impurities adsorbed on the surface, and then the dielectric film is exposed to the atmosphere without exposing the dielectric film to the first film. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming a conductive film.
(Supplementary note 7) The semiconductor device according to supplementary note 6, wherein a deposition temperature of the second conductive film is lower than a temperature of heat treatment for removing impurities adsorbed on the surface of the second dielectric film. Manufacturing method.
(Supplementary Note 8) The step of forming the dielectric film is a step of sequentially forming a first dielectric film and a second dielectric film, and after forming the first dielectric film, the first dielectric film Any one of appendix 1 to appendix 7, including the step of forming the second dielectric film without exposing the first dielectric film to the atmosphere after removing the impurities adsorbed on the surface by heat treatment A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
(Appendix 9) The semiconductor according to any one of appendices 1 to 8, wherein a conductive oxide film is formed on a surface of the first conductive film before forming the dielectric film. Device manufacturing method.

1 シリコン基板(半導体基板)
19 第2層間絶縁膜
23 下部電極密着層
25 第1導電性膜
27 第1誘電体膜
28 第2誘電体膜
29 第2導電体膜
38 強誘電体キャパシタ
1 Silicon substrate (semiconductor substrate)
19 Second Interlayer Insulating Film 23 Lower Electrode Adhesive Layer 25 First Conductive Film 27 First Dielectric Film 28 Second Dielectric Film 29 Second Conductor Film 38 Ferroelectric Capacitor

Claims (5)

半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を形成した後に前記半導体基板に対して第1加熱処理をする工程と、
前記第1加熱処理の後に前記半導体基板を洗浄する工程と、
前記半導体基板を洗浄した後に前記絶縁膜に対して第2熱処理を行う工程と、
前記第2熱処理後の前記絶縁膜の上に密着膜を形成する工程と、
前記密着膜の上にキャパシタの下部電極となる第1導電性膜を形成する工程と、
前記第1導電性膜上に誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜上に前記キャパシタの上部電極となる第2導電性膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an insulating film above the semiconductor substrate;
Performing a first heat treatment on the semiconductor substrate after forming the insulating film;
Cleaning the semiconductor substrate after the first heat treatment;
Performing a second heat treatment on the insulating film after cleaning the semiconductor substrate;
Forming an adhesion film on the insulating film after the second heat treatment;
Forming a first conductive film to be a lower electrode of a capacitor on the adhesion film;
Forming a dielectric film on the first conductive film;
Forming a second conductive film to be an upper electrode of the capacitor on the dielectric film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記密着膜の成膜温度は、前記第2熱処理の温度より低い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。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a film forming temperature of the adhesion film is lower than a temperature of the second heat treatment. 前記誘電体膜を形成する工程では、前記第1導電性膜を熱処理して前記第1導電性膜の表面に吸着した不純物を除去した後に、前記第1導電性膜を大気に晒すことなく、前記誘電体膜を形成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   In the step of forming the dielectric film, after the first conductive film is heat-treated to remove impurities adsorbed on the surface of the first conductive film, the first conductive film is not exposed to the atmosphere, The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the dielectric film is formed. 前記誘電体膜を形成した後に、前記誘電体膜を熱処理して表面に吸着した不純物を除去した後に、前記誘電体膜を大気に晒すことなく、前記誘電体膜上に前記第2導電性膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。   After the dielectric film is formed, the dielectric film is heat-treated to remove impurities adsorbed on the surface, and then the second conductive film is formed on the dielectric film without exposing the dielectric film to the atmosphere. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming the semiconductor device. 前記誘電体膜を形成する工程は、第1誘電体膜と第2誘電体膜を順番に形成する工程であり、第1誘電体膜を形成した後に、前記第1誘電体膜を熱処理して表面に吸着した不純物を除去した後に、前記第1誘電体膜を大気に晒すことなく前記第2誘電体膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。   The step of forming the dielectric film is a step of forming a first dielectric film and a second dielectric film in order, and after forming the first dielectric film, the first dielectric film is heat-treated. 5. The method according to claim 1, further comprising: forming the second dielectric film without exposing the first dielectric film to the atmosphere after removing impurities adsorbed on the surface. A method for manufacturing the semiconductor device according to the item.
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