JP2875733B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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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、強誘電体キャパシタを
備えた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体メモリ装置では、半導体装置内に
形成されたメモリセルキャパシタに電荷を蓄積し、その
電荷の有無によりデータを記憶する方式が主に用いられ
ている（一般にダイナミック方式メモリ、以下ＤＲＡＭ
と称す）。このメモリセルキャパシタは、従来、シリコ
ン酸化膜またはシリコン窒化膜を容量絶縁膜として使用
していた。最近になって、強誘電体材料をメモリセルキ
ャパシタの容量絶縁膜として使用し、記憶データの不揮
発性を実現しようとする半導体メモリ装置が考案されて
いる。またこのような半導体メモリ装置はそれ単独で使
用される場合のほか、マイコンその他のメモリ領域とし
て使用されることが多い。
【０００３】以下強誘電体材料をメモリセルキャパシタ
の容量絶縁膜として用いた容量素子を内蔵する半導体装
置の製造方法について説明する。
【０００４】図２（ａ）〜（ｃ）は従来の半導体装置の
製造方法を説明する工程断面図である。図２において、
１はシリコン基板、２は素子分離用酸化膜、３は拡散
層、４はゲート絶縁膜、５はゲート電極、６は白金膜な
どからなる下電極、７はチタン酸バリウムまたはチタン
酸鉛などからなる強誘電体薄膜、８は白金などの上電極
である。９は容量素子で、下電極６、強誘電体薄膜７お
よび上電極８で構成される。１０は集積回路要素として
のＭＯＳトランジスタで、拡散層３、ゲート絶縁膜４お
よびゲート電極５で構成される。１１はシリコン酸化物
などからなる層間絶縁膜で、容量素子９およびＭＯＳト
ランジスタ１０を保護するためのものである。
【０００５】まず図２（ａ）に示すように、シリコン基
板１の上に通常の半導体装置の製造工程により素子分離
用酸化膜２、ＭＯＳトランジスタ１０などを形成し、さ
らに素子分離用酸化膜２の上に下電極６、強誘電体薄膜
７、上電極８を順次重ねた容量素子９を形成した後、全
面をシリコン酸化膜（以下ＮＳＧ膜と称す）、りんを含
有するシリコン酸化膜（以下ＰＳＧ膜と称す）、ボロ
ン、りんを含有するシリコン酸化膜（以下ＢＰＳＧ膜と
称す）などで覆う。次に、図２（ｂ）に示すように、容
量素子９の下電極６および上電極８、ＭＯＳトランジス
タ１０の拡散層３にそれぞれ通じるコンタクト孔１２を
形成する。次に図２（ｃ）に示すように、コンタクト孔
１２を通じてそれぞれの領域とコンタクトをとるために
電極配線１３を形成する。なお本実施例においては、電
極配線１３は第１層のチタン・タングステン１３ａと第
２層のアルミニウム合金膜１３ｂの２層膜で構成した例
を示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般にＭＯＳトランジ
スタの製造工程においては、シリコン基板とその上に形
成された絶縁膜、とくにゲート絶縁膜との界面の損傷を
回復させるために、水素雰囲気中で熱処理する工程（以
下水素処理工程という）が不可欠であり、必ず行われて
いる。しかしながら、酸化物強誘電体薄膜を容量絶縁膜
とする容量素子を備えた半導体装置では、この水素処理
工程によって強誘電体薄膜が劣化するという課題を有し
ていた。
【０００７】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、酸化物強誘電体薄膜を劣化させることなくＭＯＳト
ランジスタの界面の損傷を回復することのできる半導体
装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１記載の半導体装置の製造方法は、拡
散層を有する集積回路要素が作り込まれた支持基板上の
所定の領域に下電極、強誘電体薄膜および上電極よりな
る容量素子を形成する工程と、前記集積回路要素および
前記容量素子を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、前記
集積回路要素の前記拡散層に到達する第１のコンタクト
孔を前記層間絶縁膜に形成する工程と、前記支持基板を
水素雰囲気中で熱処理する工程と、前記層間絶縁膜に前
記容量素子の下電極および上電極にそれぞれ達する第２
のコンタクト孔を形成する工程と、前記第１および第２
のコンタクト孔を通じて集積回路要素の拡散層、容量素
子の上電極および下電極に通ずる電極配線をそれぞれ形
成する工程とを有するものである。また、本発明の請求
項２記載の半導体装置の製造方法は、拡散層を有する集
積回路要素が作り込まれた支持基板上の所定の領域に下
電極、強誘電体薄膜および上電極よりなる容量素子を形
成する工程と、前記集積回路要素および前記容量素子を
覆う層間絶縁膜を形成する工程と、前記集積回路要素の
前記拡散層に到達する第１のコンタクト孔を前記層間絶
縁膜に形成する工程と、プラズマ装置内に支持基板を設
置して減圧状態で水素プラズマを発生させ水素プラズマ
によって水素処理を行う工程と、前記層間絶縁膜に前記
容量素子の下電極および上電極にそれぞれ達する第２の
コンタクト孔を形成する工程と、前記第１および第２の
コンタクト孔を通じて集積回路要素の拡散層、容量素子
の上電極および下電極に通ずる電極配線をそれぞれ形成
する工程とを有するものである。さらに、請求項３記載
の半導体装置の製造方法は、請求項１または請求項２記
載の半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜がＮＳ
Ｇ膜であるものである。
【０００９】
【作用】この構成によって、集積回路要素領域には第１
のコンタクト孔を通して水素が供給されるため損傷部分
に容易に水素が到達し、一方、容量素子領域はコンタク
ト孔が開けられていないので、水素が強誘電体薄膜に到
達しにくいことになる。したがって、層間絶縁膜の種類
と厚さおよび損傷の程度によって水素処理の時間と温度
を設定することにより、容量素子を劣化させることなく
集積回路部分の損傷を回復させることができる。
【００１０】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。
【００１１】図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例に
おける半導体装置の製造方法を説明する工程断面図であ
る。これらの図において、図２に示す従来の製造方法と
同一箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００１２】図１（ａ）は、図２（ａ）に示す従来例と
同様にして形成された半導体装置を示している。この段
階ではシリコン基板１の表面はＮＳＧ膜、ＰＳＧ膜また
はＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜１１で覆われている。
次に図１（ｂ）に示すように、ＭＯＳトランジスタ１０
の拡散層３およびその他の拡散層（図示せず）に到達す
るコンタクト孔１２ａを層間絶縁膜１１に形成する。こ
の段階で、シリコン基板１を水素雰囲気中で熱処理す
る。このとき、容量素子９は層間絶縁膜１１で覆われて
おり、強誘電体薄膜７には水素が到達しにくいが、ＭＯ
Ｓトランジスタ１０の領域には第１のコンタクト孔１２
ａを通して水素が容易に到達する。一般にＭＯＳトラン
ジスタ１０で問題になるのは、シリコン基板１とゲート
絶縁膜４との界面に生じる界面準位である。これらの界
面順位は比較的低温で短時間の水素処理によってもかな
り回復することが知られている。次に図１（ｃ）に示す
ように、容量素子９の下電極６および上電極８にそれぞ
れ到達するコンタクト孔１２ｂを形成する。次に図１
（ｄ）に示すように、チタン・タングステン１３ａとア
ルミニウム合金１３ｂとからなる電極配線１３を形成す
る。さらに図１（ｄ）では省略したが、通常は電極配線
１３の上には保護膜が形成され、電極配線１３の外部接
続すべき領域の保護膜に窓を開けてボンディングパッド
が形成されて一連の製造工程が終了する。
【００１３】なお本実施例においては、水素処理を水素
雰囲気中での加熱処理を例として説明したが、プラズマ
装置内にシリコン基板１を設置して減圧状態で水素プラ
ズマを発生させ、水素プラズマによって水素処理を行っ
てもよい。
【００１４】
【発明の効果】本発明は、集積回路要素の拡散層に到達
する第１のコンタクト孔を形成した後水素雰囲気中で熱
処理し、しかる後容量素子への第２のコンタクト孔を形
成し、電極配線を形成することにより、容量素子を劣化
させることなく集積回路要素の損傷を容易に回復させる
ことのできる優れた半導体装置の製造方法を実現できる
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例における半
導体装置の製造方法を説明する工程断面図
【図２】（ａ）〜（ｃ）は従来の半導体装置の製造方法
を説明する工程断面図
【符号の説明】
１ シリコン基板（支持基板） ２ 素子分離用酸化膜 ３ 拡散層 ４ ゲート絶縁膜 ５ ゲート電極 ６ 下電極 ７ 強誘電体薄膜 ８ 上電極 ９ 容量素子 １０ ＭＯＳトランジスタ（集積回路要素） １１ 層間絶縁膜 １２ａ 第１のコンタクト孔 １２ｂ 第２のコンタクト孔 １３ 電極配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 27/04 27/10 ４５１ 29/788 29/792 (72)発明者 松田 明浩 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工 業株式会社内 (72)発明者 有田 浩二 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工 業株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−183106（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−36931（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 27/108 H01L 21/768 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 21/8247 H01L 27/04 H01L 27/10 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 拡散層を有する集積回路要素が作り込ま
    れた支持基板上の所定の領域に下電極、強誘電体薄膜お
    よび上電極よりなる容量素子を形成する工程と、前記集
    積回路要素および前記容量素子を覆う層間絶縁膜を形成
    する工程と、前記集積回路要素の前記拡散層に到達する
    第１のコンタクト孔を前記層間絶縁膜に形成する工程
    と、前記支持基板を水素雰囲気中で熱処理する工程と、
    前記層間絶縁膜に前記容量素子の下電極および上電極に
    それぞれ達する第２のコンタクト孔を形成する工程と、
    前記第１および第２のコンタクト孔を通じて集積回路要
    素の拡散層、容量素子の上電極および下電極に通ずる電
    極配線をそれぞれ形成する工程とを有する半導体装置の
    製造方法。
  2. 【請求項２】 拡散層を有する集積回路要素が作り込ま
    れた支持基板上の所定の領域に下電極、強誘電体薄膜お
    よび上電極よりなる容量素子を形成する工程と、前記集
    積回路要素および前記容量素子を覆う層間絶縁膜を形成
    する工程と、前記集積回路要素の前記拡散層に到達する
    第１のコンタクト孔を前記層間絶縁膜に形成する工程
    と、プラズマ装置内に支持基板を設置して減圧状態で水
    素プラズマを発生させ水素プラズマによって水素処理を
    行う工程と、前記層間絶縁膜に前記容量素子の下電極お
    よび上電極にそれぞれ達する第２のコンタクト孔を形成
    する工程と、前記第１および第２のコンタクト孔を通じ
    て集積回路要素の拡散層、容量素子の上電極および下電
    極に通ずる電極配線をそれぞれ形成する工程とを有する
    半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 層間絶縁膜がＮＳＧ膜であることを特徴
    とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製
    造方法。
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