JP2647005B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置、特に、強誘
電体素子を有する半導体メモリ装置とその製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】現在、強誘電体の分極特性を利用した不
揮発性メモリが提案されている。強誘電体としてPb
(Zr,Ti)3 (以下、PZTと略称)を用いた容量
素子構造の一例を図2に示す。半導体基板201、LO
COS酸化膜202、ゲート酸化膜205、ポリSiゲ
ート電極204、ソース・ドレイン拡散層203からな
る下地トランジスタ層を形成後とそれと容量素子層とを
分離する層間膜206を成膜する。その上に、Pt下部
電極207を成膜し、その上にPZT膜208をスパッ
タまたはスピンコートと酸素アニールで成膜し、その上
に、スパッタでPt上部電極209を成膜し、ミリング
によりレジストマスクでパターニングして容量素子とす
る。酸素中でのアニール後、酸化膜210を成膜し、コ
ンタクト孔を形成、バリアメタルとAl系配線211を
形成して完成である。
【0003】また、特開平5−90606号公報によれ
ば、Al配線とPtとの反応防止のために、上部電極と
して、MoSi2 を上層Ptを下層に配置する2層構造
が提案されているが、Ptの膜厚を300nm、MoSi
2 の厚みを50nmとしており、Ptがかなり厚いため次
に述べるように加工が困難となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】強誘電体を上下の電極
で挟み込んだ構造の場合、その電極材料は、耐酸化性が
強い材料または酸化されても絶縁体にならない材料であ
るPtであることが望ましい。Ptは、高温の酸素雰囲
気中でも酸化せず、融点が高く、誘電体膜質ひいては容
量素子性能への悪影響が少ないため、セラミック強誘電
体容量膜の電極材料として利用されているが、塩素等の
ハロゲン元素と化合物を生成し難く、通常の反応性ドラ
イエッチングでは、Pt電極を加工することは困難であ
る。そこで、従来技術では、ミリングもしくは大きな高
周波パワーを印加した反応性エッチングによって、表面
に達した1次イオンによるスパッタリングによりPtを
加工する方法が取られる。しかし、スパッタされたPt
は、マスク側壁部に堆積しレジストマスク除去後もパタ
ーン上に残留し、微細かつ集積度の高い集積回路の作製
を妨げるという問題がある。
【0005】本発明は、Pt、または、加工性の高い金
属材料を強誘電体容量の電極として利用し、上部電極の
加工性を向上させ、かつ、従来のSi集積回路の製造プ
ロセスとの整合をはかることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、強誘電体の上
部電極が、多層構造よりなる金属性膜でかつ最上層がふ
っ酸水溶液に不溶または難溶の金属シリサイドであるこ
とを特徴とする。金属シリサイドとしてはWSi2 、P
dSi2 、PtSi等を用いる。
【0007】また本発明は、積層構造をとる上部電極の
最上層より下の層の材料を加工性の高い金属とすること
を特徴とする。
【0008】また本発明は、上述の上部電極最上層材料
の加工マスクを酸化膜または窒化膜とレジストとの2層
とし多層上部電極とを加工することを特徴とする半導体
装置の製造方法である。
【0009】
【作用】上部電極を多層構造にししかも最上層のシリサ
イド層をそれより下の層より厚くすることで、下の層と
してPtを使用しても、パターニングするPtの厚みが
小さくなるので、加工が容易になる。回路の都合で上部
電極とシリコン基板との接続をAl系金属で配線して行
うが、Ptの膜厚を薄くし、Ti、Al等の金属を最上
層にした場合は、層間膜成膜後のコンタクト孔の処理・
洗浄にふっ酸系の薬剤を使用できない。最上層にふっ酸
水溶液に不溶または難溶のシリサイドを用いることでコ
ンタクト孔内のふっ酸洗浄液での洗浄・表面処理が可能
になる。
【0010】酸化膜または窒化膜をマスクとして上部電
極を加工するため、マスクの厚みがレジストに較べ薄
く、かつ、マスク最上層の酸化膜または窒化膜が塩素等
のドライエッチングガスにエッチングされ難く、エッチ
ング中に付着エッチング種が付着して形成される側壁堆
積物がパターンの上面に残留しない。
【0011】
【実施例】図1は、請求項1の構造を請求項3の方法で
作った実施例を示したものである。まず従来の方法で、
シリコン基板101上に素子分離用LOCOS酸化膜1
02とトランジスタを形成し、層間膜として酸化膜12
0をCVDで500nm成膜する((1)図)。容量下部
電極としてまずTi107を50nm、次に、Pt108
を200nm成膜する。引き続き、その上にスパッタでP
ZT109を200nm成膜する。そのあと、PZT/P
t/Ti膜をミリングでパターニングする((2)
図)。その上にまず上部電極の一部となるPt110を
50nm成膜し、タングステンシリサイド111を300
nmスパッタ成膜する。次に、その上に、酸化膜112を
200nm成膜し、レジストマスクでその酸化膜をパター
ニングする。引き続き、パターニングされた酸化膜をマ
スクにタングステンシリサイド111とPt110をエ
ッチング・パターニングする((3)図)。次に、CV
D酸化膜113を300nm成膜し、コンタクト孔を形成
する。ふっ酸系の洗浄液で洗浄した後、バリアメタルと
してTiN膜/Ti膜114を成膜・シンター後、Al
系金属配線115を形成する。
【0012】
【発明の効果】Ptの膜厚が50nmと小さくその上に、
300nmのタングステンシリサイドが存在するために、
タングステンシリサイドエッチング後に引き続き、スパ
ッタエッチングされるPtによる側壁は、タングステン
シリサイドの側壁部分に多く付着・残留しており、レジ
ストマスクには、残留しなかった。
【0013】また、上部電極のPtをW、Ti、Ti
N、TiW、Al、Al合金に代えることで側壁堆積物
を生成させることなく加工することができた。
【0014】Al配線との層間膜にコンタクト孔を開け
て、希ふっ酸によるコンタクト孔内の洗浄を行ってもタ
ングステンシリサイドは、侵食されず、基板とバリアメ
タルとの界面の洗浄効果が損なわれず、良好なコンタク
ト特性が得られた。また、このタングステンシリサイド
に代えて、PdSi2 、PtSiを使っても同様の効果
が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の請求項1の構造を請求項3の方法で形
成した実施例を説明する断面図である。
【図2】従来技術を説明する半導体装置の断面図であ
る。
【符号の説明】
101、201 半導体基板 102、202 LOCOS酸化膜 103、203 ソース・ドレイン拡散層 104、204 ゲートポリシリコン 105、205 ゲート酸化膜 106、206 トランジスタ容量素子とその分離用層
間膜 107 下部電極11 108、207 下部電極Pt 109、208 PZT膜 110、209 上部電極Pt 111 上部電極タングステンシリサイド 112 マスク酸化膜 113、210 配線・素子間層間膜 114 TiN/Tiバリア膜 115、211 Al系金属配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/8247 H01L 27/10 651 27/04 29/78 371 27/10 451 27/108 29/788 29/792

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】強誘電体が半導体基板上に集積された半導
    体装置において、前記強誘電体を挟む上・下部電極のう
    ち上部電極の構造が積層構造でかつ、上部電極の最上層
    の材料がふっ酸に不溶または難溶のシリサイドであり、
    かつ、その最上層のシリサイド層の厚みがそれより下の
    層の厚みより厚いことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】上部電極において最上層を除く層が、W、
    Ti、TiN、TiW、Al、Al合金のうち1つまた
    は複数の材料からなる多層膜で構成されていることを特
    徴とする請求項1の半導体装置。
  3. 【請求項3】請求項1あるいは2の半導体装置の製造方
    法であって、上部電極の最上層となるシリサイド上に酸
    化シリコン膜または窒化シリコン膜を成膜し、レジスト
    マスクにより前記酸化シリコン膜または窒化シリコン膜
    およびシリサイドをパターニングし、引き続き、前記パ
    ターニングされた酸化シリコン膜または窒化シリコン膜
    をマスクとして、前記上部電極をパターニングすること
    を特徴とする、半導体装置の製造方法。
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KR100324591B1 (ko) * 1998-12-24 2002-04-17 박종섭 티타늄 알루미늄 질소 합금막을 상부전극의 확산방지막으로서 이용하는 캐패시터 제조 방법

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