JP2912816B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および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、半導体集積回路チップ
に保持された、強誘電体材料すなわち高誘電率を有する
誘電体材料またはペロブスカイト型結晶構造を有する物
質の薄膜を容量絶縁膜として用いた半導体装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、高誘電率を有する誘電体膜等(以
下強誘電体膜という)は自発分極や高誘電率といった特
徴を有するために、不揮発性RAM(Random Access
Memory)や高集積DRAM(Dynamic Random Access Me
mory)上での容量絶縁膜としての応用を目指して活発な
研究が行われている。一般に使用される強誘電体膜は金
属酸化物の焼結体からなり、反応性に富む酸素を多く含
有している。このような強誘電体膜からなる容量絶縁膜
を用いて半導体装置を構成する場合、上電極および下電
極として酸化反応に対して安定な貴金属電極が不可欠で
ある。
【0003】以下従来の半導体装置について説明する。
図3は従来の半導体装置の要部の構成を示すものであ
り、例えば集積回路が作り込まれた、シリコンからなる
支持基板1の上に膜厚10〜100nmのチタン(T
i)膜2が形成されている。Ti膜2の上に膜厚100
〜300nmの白金(Pt)などからなる下電極3が形
成され、その上に容量絶縁膜4として膜厚20〜300
nmのチタン酸バリウム・ストロンチウム{(BaX
1-X)TiO3}膜が選択的に形成されている。さら
に、この容量絶縁膜4の上には、膜厚100〜300n
mのPtなどからなる上電極5が形成されてキャパシタ
を構成している。
【0004】このように構成されたキャパシタの上面は
燐ガラス(PSG)等の保護膜6によって覆われ、この
保護膜6にはキャパシタの上電極5の一部に相当する部
分と、下電極3の一部に相当する部分とにそれぞれコン
タクト孔7が設けられていて、そのコンタクト孔7の上
面に形成された配線層8とそれぞれ電気的に接続してい
る。この配線層8は二層構造となっており、下層はチタ
ン・タングステン(TiW)膜9、上層はアルミニウム
(Al)膜10等で構成される。配線層8の上部はさら
にPSG,無添加ガラス(NSG)または窒化シリコン
(Si34)などからなる外層保護膜11によって被覆
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では保護膜6としてキャパシタにかかるストレ
スを減少させるためにPSGを使用しており、外層保護
膜11としてPSG,NSGなどを用いると、これらの
保護膜は水分を通しやすいために、水分が内部に浸入
し、キャパシタの機能を低下させるという課題を有して
いた。また外層保護膜11の材料としてPSG,NSG
に代えてSi34を使用した場合、耐湿性は良くなる
が、キャパシタを構成する強誘電体膜からなる容量絶縁
膜がSi34膜形成時に発生する水素によってその容量
絶縁膜の酸化物が還元され、キャパシタとしての性能を
劣化させるという課題を新たに発生させることになる。
【0006】本発明は上記課題を解決するものであり、
耐湿性に優れ、高い信頼性を有する半導体装置を提供す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、本願発明の半導体装置は、支持基板と、前
記支持基板上に形成された下電極と、前記下電極上に形
成された強誘電体体からなる容量絶縁膜と、前記容量絶
縁膜上に前記下電極と接触することなく形成された上電
極と、前記下電極、前記容量絶縁膜および前記上電極か
らなるキャパシタを被覆する絶縁保護膜と、前記下電極
および前記上電極をそれぞれ独立して配線するための前
記絶縁保護膜に形成されたコンタクト孔と、前記絶縁保
護膜の表面に前記上電極の全体を覆うように形成された
アルミニウムを主成分とする第1層およびチタン・タン
グステンからなる第2層で構成された配線層と、少なく
とも前記配線層上を被覆するように形成されたPSG、
NSGおよびSi3N4のいずれかからなる保護膜とを
有するものである。
【0008】さらにまた、請求項2記載の半導体装置
は、前記上電極の上部分を除く領域に少なくとも形成さ
れたシリコン窒化膜を有するものである。また、請求項
3記載の半導体装置の製造方法は、支持基板上に下電極
を形成する工程と、前記下電極上に強誘電体からなる容
量絶縁膜を形成する工程と、前記容量絶縁膜上に上電極
を前記下電極と接触することなく形成する工程と、前記
下電極、前記容量絶縁膜および前記上電極からなるキャ
パシタを被覆する絶縁保護膜を形成する工程と、前記下
電極および前記上電極をそれぞれ独立して配線するため
の前記絶縁保護膜にコンタクト孔を形成する工程と、前
記上電極の全体を覆うように、アルミニウムを主成分と
する第1層およびチタン・タングステンからなる第2層
で構成された配線層を形成する工程と、少なくとも前記
配線層上を被覆するように形成されたPSG、NSGお
よびSi3N4のいずれかからなる保護膜を形成する工程
とを有するものである。さらに、請求項4記載の半導体
装置の製造方法は、請求項3記載の半導体装置の製造方
法において、前記アルミニウムを主成分とする第1層お
よびチタン・タングステンからなる第2層で構成された
配線層を形成する工程後、少なくとも前記配線層上を被
覆するように形成されたPSG、NSGおよびSi3N4
のいずれかからなる保護膜を形成する工程前に、前記上
電極の上部分を除く領域にシリコン窒化膜を形成する工
程を有するものである。
【0009】
【作用】したがって本発明によれば、下電極、容量絶縁
膜および上電極より構成されるキャパシタ部分はTiW
膜によって覆われているため、キャパシタ部分に水分が
浸入してキャパシタの特性を劣化させることがない。ま
た、キャパシタ部分以外の半導体装置全表面をSi34
膜で覆うことにより、さらにキャパシタ部分への水分の
浸入を防止することができる。
【0010】
【実施例】以下本発明の半導体装置の実施例について、
図1および図2を参照して説明する。なお、これら図に
おいて、図3に示した従来例の構成要素と対応する部分
には同じ符号を付した。
【0011】図1は本発明の第1の実施例における半導
体装置の要部を示すものであり、図において、1は支持
基板、3はTi膜2の上に設けられた下電極、4は(B
xSr1-x)TiO3等の強誘電体材料からなる容量絶
縁膜、5は上電極で、下電極3および容量絶縁膜4とと
もにキャパシタを形成している。6は絶縁保護膜、7は
絶縁保護膜6に設けられたコンタクト孔である。
【0012】この絶縁保護膜6の上面には本発明の特徴
とする配線層12が、図1に示すように、キャパシタを
覆うように、すなわち少なくとも上電極5を覆うように
形成されていてコンタクト孔7を通して上電極5および
下電極3とそれぞれ独立して電気的に接続している。こ
の配線層12は二層構造であり、上層はAl膜13、下
層はTiW膜14からなる。
【0013】このような構造の本実施例における配線層
12は、下電極3、容量絶縁膜4および上電極5で構成
されるキャパシタを覆うように形成されているために、
配線層12の下層のTiW膜14がキャパシタの上部か
らの水分の浸入を実質的に遮断することができ、キャパ
シタの耐水性を飛躍的に向上させることができる。
【0014】次に本発明の第2の実施例における半導体
装置について、図2を用いて説明する。図2は本発明の
第2の実施例の要部を示す。
【0015】本実施例が第1の実施例と異なる点は、配
線層12を形成し、保護膜11を形成する前にキャパシ
タを構成する上電極5の上面部分を除いてSi34から
なる耐水層15を設けた点にある。なお、耐水層15と
TiW膜14とは上電極5の上面部分でオーバーラップ
した構造をとっている。
【0016】本実施例の構造をとることにより、キャパ
シタを構成する上電極5の上面からの水分の浸入がTi
W膜14によって遮断され、TiW膜14が形成されて
いない部分からの水分の浸入が耐水層15によって遮断
されるので、より一層効果的に耐水信頼性を高めること
ができる。
【0017】このように上記実施例は、半導体装置のキ
ャパシタ部分を配線層を構成するTiW膜14によって
覆うことにより、キャパシタ部分の上面からの水分の浸
入を防止し、また、半導体装置のキャパシタ部分を配線
層を構成するTiW膜14によって覆うとともに、キャ
パシタ部分の上面以外の部分をSi34膜等の耐水層1
5で覆うことにより、キャパシタ以外の部分からの水分
の浸入を防止しているために、キャパシタの特性を低下
させるおそれをなくすことができる。
【0018】
【発明の効果】本発明は、支持基板と、その支持基板の
一表面上に形成された下電極と、その下電極の表面に形
成された高誘電率を有する強誘電体膜からなる容量絶縁
膜と、その容量絶縁膜の表面に下電極と接触することな
く形成された上電極と、下電極、容量絶縁膜および上電
極を被覆し、かつ下電極および上電極をそれぞれ独立し
て配線するためのコンタクト孔を備えた絶縁保護膜と、
その絶縁保護膜の表面に上電極を覆うように形成され
た、アルミニウムを主成分とする第1層、およびチタン
・タングステンからなる第2層で構成された配線層を備
え、下電極または上電極がコンタクト孔を通して配線層
と電気的に接続された構造を有しているために、またこ
の構造に加えて上電極の上面部分を除く配線層の全表面
にSi34膜を形成しているために、水分が半導体装置
の上部よりキャパシタ内に浸入しようとしても、TiW
膜またはSi34膜によって遮断され、きわめて耐水性
に優れた高信頼性の半導体装置を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における半導体装置の要
部断面図
【図2】本発明の第2の実施例における半導体装置の要
部断面図
【図3】従来の半導体装置の要部断面図
【符号の説明】
1 支持基板 3 下電極 4 容量絶縁膜 5 上電極 6 絶縁保護膜 7 コンタクト孔 12 配線層 13 アルミニウム膜(第1層) 14 チタン・タングステン膜(第2層)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 恭博 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5−308074(JP,A) 特開 平2−299235(JP,A) 特開 昭47−27475(JP,A) 特開 平4−102367(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/04 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/10 451 H01L 27/108

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持基板と、前記支持基板上に形成され
    た下電極と、前記下電極上に形成された強誘電体体から
    なる容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜上に前記下電極と接
    触することなく形成された上電極と、前記下電極、前記
    容量絶縁膜および前記上電極からなるキャパシタを被覆
    する絶縁保護膜と、前記下電極および前記上電極をそれ
    ぞれ独立して配線するための前記絶縁保護膜に形成され
    たコンタクト孔と、前記絶縁保護膜の表面に前記上電極
    の全体を覆うように形成されたアルミニウムを主成分と
    する第1層およびチタン・タングステンからなる第2層
    で構成された配線層と、少なくとも前記配線層上を被覆
    するように形成されたPSG、NSGおよびSi3N4
    のいずれかからなる保護膜とを有する半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記上電極の上部分を除く領域に少なく
    とも形成されたシリコン窒化膜を有することを特徴とす
    る請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 支持基板上に下電極を形成する工程と、
    前記下電極上に強誘電体からなる容量絶縁膜を形成する
    工程と、前記容量絶縁膜上に上電極を前記下電極と接触
    することなく形成する工程と、前記下電極、前記容量絶
    縁膜および前記上電極からなるキャパシタを被覆する絶
    縁保護膜を形成する工程と、前記下電極および前記上電
    極をそれぞれ独立して配線するための前記絶縁保護膜に
    コンタクト孔を形成する工程と、前記上電極の全体を覆
    うように、アルミニウムを主成分とする第1層およびチ
    タン・タングステンからなる第2層で構成された配線層
    を形成する工程と、少なくとも前記配線層上を被覆する
    ように形成されたPSG、NSGおよびSi3N4のいず
    れかからなる保護膜を形成する工程とを有する半導体装
    置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、前記アルミニウムを主成分とする第1層および
    チタン・タングステンからなる第2層で構成された配線
    層を形成する工程後、少なくとも前記配線層上を被覆す
    るように形成されたPSG、NSGおよびSi3N4のい
    ずれかからなる保護膜を形成する工程前に、前記上電極
    の上部分を除く領域にシリコン窒化膜を形成する工程を
    有する半導体装置の製造方法。
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