JP3415478B2 - 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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JP3415478B2
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    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03Making the capacitor or connections thereto
    • H10B12/033Making the capacitor or connections thereto the capacitor extending over the transistor

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、更に詳細には、良好なキャパシタ特
性を備えた半導体装置及びその製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】半導体装置では、DRAMのように、半
導体装置を構成する半導体素子の一つとしてキャパシタ
を設けることが多い。そして、半導体装置の高集積化及
び微細化に伴い、キャパシタにも微細化することが求め
られている。キャパシタの微細化の一つの手法として、
例えば1997 Symposium on VLSITechnology Digest
of Technical Papersの17頁及び18頁に記載されて
いるように、上部及び下部電極としてRu膜を、並びに
キャパシタ誘電体層としてBST膜等の高誘電率膜を使
ったスタックドキャパシタが提案されている。
【0003】ここで、図6及び図7を参照して、従来の
スタックドキャパシタの構成及び作製方法を説明する。
図6(a)から(d)及び図7(e)から(g)は、そ
れぞれ、従来の方法に従ってスタックドキャパシタを作
製した際の工程毎の基板断面図である。従来の方法に従
ってスタックドキャパシタを作製する際には、先ず、図
6(a)に示すように、基板12上の第1層間絶縁膜1
4を貫通して基板12の拡散層に接続する容量コンタク
ト16をポリシリコンにより形成する。次いで、第1層
間絶縁膜14上に密着層としてSiN膜18を、更に第
2層間絶縁膜20を成膜する。
【0004】次いで、フォトレジスト膜を第2層間絶縁
膜20上に成膜し、図6(b)に示すように、フォトレ
ジスト膜をパターニングして、容量コンタクト16上に
開口パターン22を有するエッチングマスク24を形成
する。続いて、エッチングマスク24下の第2層間絶縁
膜20及びSiN膜18をエッチングして、図6(c)
に示すように、容量コンタクト16を露出させる開口2
6を形成する。次に、図6(d)に示すように、開口2
6の開口壁を含めて基板面にRu膜28をスパッタリン
グにより堆積させる。
【0005】次に、開口壁以外の基板面のRu膜28を
CMP法等により除去して、図7(e)に示すように、
開口壁に沿ってRu膜28を残存させ、下部電極28を
形成する。続いて、図7(f)に示すように、酸素雰囲
気下で、CVD法により基板面全面にわたり(Ba,S
r)TiO3 膜(以下、BST膜と言う)を成膜して容
量絶縁膜30を形成する。更に、図7(g)に示すよう
に、基板面にRu膜をスパッタリングにより堆積させ
て、上部電極32を形成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のスタックドキャパシタの作製方法には、以下のような
問題があった。第1の問題は、容量コンタクトのコンタ
クト抵抗が増大するということである。下部電極を成膜
する際、第1層間絶縁膜をエッチング加工して開口を形
成し、次いで開口壁を含めた基板面に下部電極としてR
u膜を成膜している。開口壁はエッチング加工面になっ
ているために、平滑性が悪いので、良好な結晶性を示す
結晶配向の揃ったRu膜を成長させることが難しく、そ
のために、下部電極のRu膜の耐酸化性が悪くなる。そ
の結果、CVD法によるBST膜の成膜時、酸素雰囲気
中の酸素がRu膜を透過して容量コンタクトに達し、ポ
リシリコンを酸化するので、コンタクト抵抗が増大し、
キャパシタの書き込み、読み出し速度が遅くなる。
【0007】第2の問題は、第2層間絶縁膜の上面のR
u膜をCMPにより除去しているので、開口壁に下部電
極として形成したRu膜がCMP中に剥離するおそれが
あることである。Ru膜は、ポリシリコンとの密着性は
良いものの、第1層間絶縁膜を構成するSiO2 膜等と
の密着性が悪い。その結果、Ru膜にCMP加工を施し
た際、Ru膜が開口壁から剥離して、キャパシタの静電
容量の不足を招くおそれがある。第3の問題は、容量絶
縁膜として成膜したBST膜と下部電極として形成した
Ru膜との界面に不純物が存在するために、所望のキャ
パシタ特性を得ることが難しいことである。それは、R
u膜にCMP加工を施した際に、研磨剤とか、研磨によ
り生じたRu粒子等の微粒子が、開口の底のRu膜上に
残留する。残留した微粒子を除去することは実際には難
しく、結果として、Ru膜とBST膜との界面に不純物
となって存在するからである。上述のRuは貴金属であ
るが、一般には、他の貴金属もRuと同様の性質を有す
る。また、高融点金属にも同様の性質がある。
【0008】以上説明したように従来の作製方法では、
所定のキャパシタ特性を示すキャパシタを作製すること
が難しい。キャパシタが所定のキャパシタ特性を示さな
いと、半導体装置も所定の装置特性を有することができ
ない。そこで、本発明の目的は、所定のキャパシタ特性
を有するキャパシタを備えた半導体装置を提供するこ
と、及びそのような半導体装置を製造する方法を提供す
ることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体装置は、容量電極に貴金属や高
融点金属を含む材料を使用し、容量絶縁膜に高誘電率膜
を使用したスタックドキャパシタを備えた半導体装置に
おいて、前記スタックドキャパシタの下部電極の縦方向
断面の外形輪郭形状は、上辺より下辺の方の長さが大き
い略台形であり、その中に凹部を有することを特徴とし
ている。
【0010】本発明では、後述するように、第1の絶縁
膜の平滑で平坦な非エッチング加工面上に下部電極を形
成できるので、結晶性が良好で、従って耐酸化性が良好
な下部電極となっている。よって、容量コンタクトの抵
抗が低い。また、好適には、前記下部電極は、絶縁膜内
に埋め込まれ、下面で容量コンタクトに接続している。
これにより、下部電極の周りの絶縁膜をエッチングマス
クにして下部電極をエッチングして自己整合的に凹部を
形成することができる。更には、従来のように絶縁膜上
の下部電極をCMP法等により除去する必要が無いの
で、下部電極の剥離等の問題が生じない。
【0011】本発明では、容量電極(下部電極、上部電
極)として、貴金属(例えば、Pt、Ru、Ir、O
s)や高融点金属(例えば、W、Cr、Mo、Re、及
びRh)の金属群から選んだいずれかの金属か、前記い
ずれかの金属の導電性酸化物か、前記金属群の中の複数
の金属で構成される混晶金属か、前記混晶金属の導電性
酸化物か、のうちのいずれかである。いずれかの金属の
導電性酸化物とは、例えばRuO2 , IrO2 ,OsO
2 などである。いずれかの金属と金属群の他の金属との
混晶金属とは、例えばRuxIr1-x 、Rux Os1-x
などである。また、下部電極が、ABO3 で表されるペ
ロブスカイト構造導電性酸化物(ここで、AはEu、S
r、La、Ca、Re、Ba、及びEr等のいずれか、
並びにBはNb、Ir、Ti、Ni、Cr、Ru、M
o、Co、V、W、Fe、及びPb等のいずれかであ
る)で形成されている。ペロブスカイト構造導電性酸化
物の代表的なものは、例えばSrRuO3 、SrCrO
3 、BaPbO3 などである。更には、下部電極が、A
2 2 7 で表されるパイロクロア構造導電性酸化物
(ここで、AはLn、Bi、Cd、Lu、Bi、Pb、
及びTi等のいずれか、並びにBはOs、Rh、Re、
Ru、及びIr等のいずれかである)で形成されてい
る。パイロクロア構造導電性酸化物の代表的なものは、
例えばPb2 Os27 やBi2 Ru2 7 などであ
る。
【0012】好適には、エッチング加工性が良好なW、
Ru、RuO2 、IrO2 、次いで良好なPt、Ir、
Os、及びその金属酸化物等を使用する。また、耐酸化
性の観点から、耐酸化性が高いIr、Os、Cr、M
o、Re、及びRhが望ましい。
【0013】本発明の好適な実施態様では、下部電極の
側壁と絶縁膜との間に、密着層が介在する。密着層とし
て、例えばSiNX 膜が設けてある。これにより、下部
電極の側壁部分の絶縁膜からの剥離を一層確実に防止す
ることができる。また、下部電極は、筒状体又は箱状体
として形成され、筒状体又は箱状体の平面形状には制約
はなく、円筒状、角筒状等の筒状体でも、正方形状、長
方形状、平行四辺形状の箱状体でも良い。更には、本発
明に係る半導体装置は、下部電極の凹部の底壁面及び側
壁面上、並びにそれに連続する絶縁膜上に形成された容
量絶縁膜と容量絶縁膜上に形成された上部電極とを有す
る。
【0014】本発明の更に好適な実施態様では、前記下
部電極は下から順に互いに組成の異なる第1及び第2の
電極層で構成され、前記凹部の底が前記第1の電極層で
形成されている。前記第1の電極層と前記第2の電極層
を同じ条件でエッチングした時に、第1の電極層の方が
エッチングレートの低い組成である。これにより、第2
の電極層をエッチングして所定寸法の深さの凹部を形成
することが容易になる。また、バリヤメタルとしては、
Ti、Ta、W等、或いはその窒化物、或いはそれらの
積層膜からなり、望ましくは、TiN/Ti積層膜、T
aNX /Ti積層膜、或いはTaNX /Ta積層膜など
の密着性の良いバリアメタル層を備えている。これによ
り、CVD法によりBST膜等を容量絶縁膜として成膜
する際、酸素雰囲気中の酸素が第1の電極層を透過して
容量コンタクトに達し、ポリシリコンを酸化して高抵抗
化するのを防止する。
【0015】エッチングモニターで第2の電極層のエッ
チングの終点を検出し易いように、好ましくは、第2の
電極層の構成元素(酸素を除く)のうち少なくとも一つ
の元素が、第1の電極層の構成元素と異なることが望ま
しい。バリアメタル層と接触する第1の電極層として金
属の導電性酸化物を用いると、金属の導電性酸化物は、
酸素を含むために、バリアメタル層や容量コンタクトが
酸化されやすい。従って、金属の導電性酸化物を用いる
場合には、第2の電極層として用いることが望ましい。
更には、第1の電極層と第2の電極層との組み合わせで
は、耐酸化性を比べた場合、IrがRuより高いので、
第1の電極層としてIr、或いはIrを含む混晶金属で
あることが好ましい。第1の電極層をエッチングストッ
パー層として用いることが望ましく、この場合には、第
2の電極層は、エッチング速度が第1の電極層のエッチ
ング速度より速い金属であるか、或いは、第2の電極層
のエッチング速度が第1の電極層のエッチング速度より
速くなるように、エッチング条件を設定する。
【0016】本発明で、高誘電率膜は、一部層又は全層
が、化学式ABO3 として表される化合物〔ここで、A
はBa、Sr、Pb、Ca、La、Li、Kのうちの少
なくとも一種以上であり、BはZr、Ti、Ta、N
b、Mg、Mn、Fe、Zn、Wのうちの少なくとも一
種以上であり〕、化学式が(Bi2 2 )(Am-1 m
3m+1、m=1、2、3、4、5)として表される化合
物〔ここで、AはBa、Sr、Pb、Ca、K、Biの
うちの少なくとも一種以上であり、BはNb、Ta、T
i、Wのうちの少なくとも一種以上であり〕、及びTa
2 5 のいずれかで形成されている。例えば、(Ba,
Sr)TiO3 、Ta2 5 、Pb(Zr,Ti)
3 、SrBi2 TaO9 など広く知られている高誘電
率酸化膜や強誘電率酸化膜を使用する。
【0017】本発明に係る半導体装置の製造方法は、ス
タックドキャパシタを備えた半導体装置の製造方法であ
って、キャパシタを作製する際、基板上の第1の絶縁膜
を貫通して所定の領域に接続する容量コンタクトを形成
した後、第1の絶縁膜上に下部電極層を成膜する成膜工
程と、下部電極層をエッチングして、下部電極層からな
る断面略台形の島状隆起部を容量コンタクト上を形成
し、島状隆起部以外の領域では第1の絶縁膜を露出させ
る第1のエッチング工程と、第2の絶縁膜を成膜して、
島状隆起部以外の領域を島状隆起部の上面まで埋め込む
第2の絶縁膜成膜工程と、第2の絶縁膜をエッチングマ
スクにして島状隆起部をエッチングして、凹部を自己整
合的に形成する第2のエッチング工程とを備えることを
特徴としている。
【0018】本発明方法では、第1の絶縁膜の平滑で平
坦な非エッチング加工面上に下部電極層を形成できるの
で、結晶性の良好な、従って耐酸化性の良好な下部電極
層を形成することができる。よって、従来のような酸化
による容量コンタクトの高抵抗化を防止することができ
る。また、本発明方法では、第2の絶縁膜をエッチング
マスクにして島状隆起部をエッチングして凹部を自己整
合的に形成しているので、エッチングマスクを別途形成
する必要がなく、それだけ、工程数が少ない。更には、
本発明方法では、従来のように絶縁膜上の下部電極層を
CMP法等により除去する必要がないので、下部電極層
の剥離等の問題が生じない。
【0019】本発明方法では、好適には、第1のエッチ
ング工程と、第2の絶縁膜成膜工程との間に、基板面に
密着層を成膜する工程を有する。これにより、下部電極
と第2の絶縁膜との間の密着性を更に高めることができ
る。また、本発明方法では、次いで、基板全面に高誘電
率膜を成膜して容量絶縁膜を形成する工程と、容量絶縁
膜上に上部電極層を成膜する工程とを備えている。
【0020】本発明方法の好適な実施態様の電極層の成
膜工程では、電極層の成膜工程では、先ず、第1の絶縁
膜上に密着層兼用のバリアメタル層を成膜し、次いで下
部電極層を成膜する。これにより、これにより、CVD
法によりBST膜等を容量絶縁膜として成膜する際、酸
素雰囲気中の酸素が第1の電極層を透過して容量コンタ
クトに達し、ポリシリコンを酸化して高抵抗化するのを
防止する。更には、電極層の成膜工程では、下部電極層
として、第1の電極層、次いで第1の電極層よりエッチ
ングレートの速い第2の電極層を形成し、第2のエッチ
ング工程では、第1の電極層をエッチングストッパとし
て使用し、第2の電極層をエッチングする。これによ
り、エッチング制御性良く凹部を形成することができ
る。
【0021】本発明方法の更に好適な実施態様の電極層
の成膜工程では、電極層の成膜工程では、電極層の成膜
工程では、バリアメタルとしてTi、Ta、W、又はそ
の窒化物、又はそれらの積層膜、望ましくはTiN/T
i積層膜、TaNX /Ti積層膜、又はTaNX /Ta
積層膜のいずれかを、第1の電極層としてIr膜を、第
2の電極層としてRu膜を、それぞれ、成膜する。
【0022】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。半導体装置の実施形態例1 本実施形態例は、本発明に係る半導体装置の実施形態の
一例であって、図1は本実施形態例の半導体装置の要部
を示す断面図である。本実施形態例の半導体装置は、ス
タックドキャパシタを備えた半導体装置であって、その
要部40は、図1に示すように、シリコン基板42と、
シリコン基板上に成膜された第1層間絶縁膜44と、第
1層間絶縁膜44を貫通する容量コンタクト46と、第
1層間絶縁膜44上に成膜された第2層間絶縁膜48
と、容量コンタクト46と接続した下部電極50と、下
部電極50及び第2層間絶縁膜48上に成膜された容量
絶縁膜52と、容量絶縁膜52上に形成された上部電極
54とを備えている。
【0023】容量コンタクト46は、ポリシリコンプラ
グとして形成され、第1層間絶縁膜44を貫通し、下端
でシリコン基板42の所定領域、例えばソース/ドレイ
ン領域に接続し、上端で下部電極50の下面に接続して
いる。下部電極50は、有底の筒状体、又は箱状体とし
て容量コンタクト46上に形成され、中央に凹部56を
有し、第2層間絶縁膜48に埋め込まれている。有底の
筒状体、又は箱状体は、キャパシタの縦断面で見て、そ
の外形断面が略台形の輪郭を成し、内部断面が略台形の
上辺の両端から略台形の下辺に向けて延在する有底の凹
部の輪郭を備えている。換言すれば、下部電極50は、
容量コンタクト46上に断面略台形の島状隆起部として
形成され、島状隆起部の上面をそっくり開口とした有底
中空部を凹部56として有する。また、底部から上方に
向けて延在する筒状体又は箱状体の側壁は、鋭角の頂角
を有する三角形の断面形状になっている。
【0024】凹部56の底部、即ち下部電極50の底部
は、パリアメタル層58と、その上に形成された、Ir
からなる第1の電極層60との2層構造として形成され
ている。底部から上方に向けて延びる凹部56の側壁
は、鋭角の角を頂角とする三角形断面を有し、Ruから
なる第2の電極層62として形成されている。バリヤメ
タル層58として、第1層間絶縁膜44との密着性が良
好で、しかもシリコンと酸素のバリア層として機能する
TiN/Ti積層膜が成膜されている。
【0025】容量絶縁膜52として、BST膜が、下部
電極50の凹部壁、即ち第1の電極層60上及び第2の
電極62上に、更に連続して第2層間絶縁膜48上に形
成されている。上部電極54は、Ru膜によって形成さ
れている。
【0026】本実施形態例では、第1層間絶縁膜44上
にバリヤメタル層58を形成し、次いでバリヤメタル層
58の平滑で平坦な非エッチング加工面上に第1の電極
層60を成膜しているので、第1の電極層60は、結晶
性の良好な電極層となっていて、耐酸化性が良好であ
る。よって、従来のように、酸化による容量コンタクト
46の高抵抗化が生じるようなことはない。また、下部
電極50を取り囲む第2層間絶縁膜48をエッチングマ
スクにして、Ruからなる第2の電極層62をエッチン
グして自己整合的に凹部56を形成することができる。
更には、第2の電極層62をエッチングする際、Irか
らなる第1の電極層60のエッチングレートがRuから
なる第2の電極層62より小さいので、第1の電極層6
0がエッチングストッパとして機能する。更には、従来
のように第2層間絶縁膜48上の下部電極をCMP法等
により除去することが必要で無くなる。従って、下部電
極の剥離等の問題も生じない。また、第1の電極層60
の下にバリアメタル層58を備えているので、CVD法
によるBST膜の成膜時、酸素雰囲気中の酸素が第1の
電極層60を透過して容量コンタクト46に達し、ポリ
シリコンを酸化して高抵抗化するのを防止している。
【0027】半導体装置の製造方法の実施形態例1 本実施形態例は、本発明に係る半導体装置の製造方法を
上述の実施形態例1の半導体装置の要部40の作製に適
用した実施形態の一例であって、図2(a)から(d)
及び図3(e)から(g)は、それぞれ、本実施形態例
の方法に従って半導体装置のキャパシタを作製した際の
工程毎の基板断面図である。先ず、図2(a)に示すよ
うに、シリコン基板42上に第1層間絶縁膜44を成膜
し、次いで第1層間絶縁膜44を貫通し、シリコン基板
42の所定の領域、例えばソース/ドレイン領域に接続
する容量コンタクト46をポリシリコンによって形成す
る。次いで、第1層間絶縁膜44上に、順次、膜厚50
nmのTiN層及び膜厚50nmのTi層の積層膜から
なるバリヤメタル層58をDCマグネトロンスパッタ法
によって成膜する。続いて、第1の電極層60として膜
厚80nmのIr膜、続いて第2の電極層62として膜
厚400nmのRu膜をDCマグネトロンスパッタ法に
よって成膜する。
【0028】次に、第2の電極層62上に、加工用マス
クとして、RFマグネトロンスパッタ法によって室温で
膜厚400nmのSiO2 膜64を成膜し、続いてフォ
トレジスト膜をSiO2 膜64上に成膜し、フォトリソ
グラフィによりパターニングして、開口パターン66を
有するレジスト膜68を形成する。次いで、CHF3
2 の混合ガス(40:1)を用いたRIE法によりS
iO2 膜64をエッチングして、図2(b)に示すよう
に、開口パターン66を有する加工用マスク64を形成
する。開口パターン66は、第2の電極層62、第1の
電極層60及びバリヤメタル層58からなる断面略台形
の島状隆起部を容量コンタクト46上を形成し、島状隆
起部以外の領域では第1層間絶縁膜44を露出させるよ
うにした開口パターンである。
【0029】次いで、レジスト膜68をO2 アッシング
処理により除去し、マスク64を使い、エッチングガス
としてCl2 /O2 (1:9)を用いたRIE法によ
り、第2の電極層62、及び第1の電極層60をエッチ
ングする。次いで、そのまま、マスク64を使い、エッ
チングガスとしてCl2 を用いたRIE法により、バリ
ヤメタル層58をエッチングして、図2(c)に示すよ
うに、マスク64下に第2の電極層62、第1の電極層
60、及びバリヤメタル層58からなる島状隆起部を形
成すると共に、第1層間絶縁膜44を露出させる。尚、
バリヤメタルのエッチング終了判定は、エンドポイント
モニターを使用して判定する。
【0030】次いで、O3 −TEOSガスを用いたCV
D法により、TEOS層からなる第2層間絶縁膜48を
基板上に成膜して、基板全面にわたり島状隆起部の上面
以上まで埋め込む。続いて、第2層間絶縁膜48に窒素
中でアニール処理を施して、焼き締め処理を行った後、
CMP技術により第2層間絶縁膜48及びマスク64を
研磨して、図2(d)に示すように、第2の電極層62
を露出させると共に基板面を平坦化する。
【0031】次いで、第2層間絶縁膜48をマスクと
し、かつ第1の電極層60をエッチングストッパとして
機能させ、Cl2 /O2 (1:9)ガスをエッチングガ
スとして用いたRIE法により、以下の条件で、第2の
電極層62をエッチングして、図3(e)に示すよう
に、第1の電極層60を露出させる凹部56を形成す
る。 エッチング条件 基板温度 :室温 チャンバ圧力 :15mTorr マイクロ波出力 :220W RFバイアス出力:150W
【0032】次に、酸洗浄、水洗浄及び乾燥を行った
後、熱CVD法を用い、基板温度440℃で、図3
(f)に示すように、膜厚30nmの(Ba0.5 Sr
0.5 )TiO 3 (BST)膜を容量絶縁膜52として基
板全面に成膜し、続いて、窒素雰囲気下で温度750℃
で1分間保持し、急速熱処理(RTA)を施す。これに
より、凹部56の底部の第1の電極層60上及び側壁の
第2の電極層62上に容量絶縁膜52が形成される。次
いで、DCマグネトロンスパッタ法により、図3(g)
に示すように、上部電極54として膜厚500nmのR
u膜を容量絶縁膜52上に成膜して、図1に示すキャパ
シタを作製することができる。
【0033】尚、本実施形態例では、熱CVD法を用い
て容量絶縁膜62を成膜しているが、これに限らず、ス
パッタ法等の他の成膜方法を用いても良い。
【0034】本実施形態例方法では、第1層間絶縁膜4
4上にバリヤメタル層58を形成し、次いでバリヤメタ
ル層58の平滑で平坦な非エッチング加工面上に第1の
電極層60を成膜しているので、結晶性が良好で耐酸化
性の高い第1の電極層60を形成することができる。よ
って、従来のような酸化による容量コンタクト46の高
抵抗化を防止することができる。第2層間絶縁膜48を
エッチングマスクにして島状隆起部をエッチングして有
底凹部56を自己整合的に形成しているので、エッチン
グマスクを別途形成する必要がなく、それだけ、工程数
が少ない。本実施形態例方法では、第2層間絶縁膜48
上に下部電極層が存在しないので、従来のように、下部
電極層をCMP法等により除去する必要がない。よっ
て、下部電極層の剥離等の問題も生じない。
【0035】上述した下部電極の形成方法では、下部電
極を第1の電極層60と第2の電極層62の2層構造に
し、第1の電極層60をエッチングストッパとして第2
の電極層62をエッチングして、その内部に凹部56を
形成した。このように、下部電極を2層構造にして上層
よりも下層の方がエッチングレートの低い金属を使用し
ても良いが、電極層60或いは62の単一層で下部電極
を形成し、凹部形成のためのエッチング量の制御は、エ
ッチング時間で制御しても良い。尚、下部電極の耐酸化
性が高い時には、バリヤメタル層58の成膜を省くこと
も可能である。
【0036】実施形態例1の半導体装置の評価試験 本実施形態例の半導体装置に設けたキャパシタの性能を
評価するために、下部電極と容量コンタクトとを備えた
試料チェーンを作製し、試料チェーンの下部電極と容量
コンタクトとのコンタクト抵抗を測定した。試料を作製
するに当たって、先ず、n+ 拡散層を形成したp型シリ
コン基板上に、図2(a)に示すような積層構造を形成
した。次いで、第2の電極層62のみを図3(e)を形
成するときと同条件でエッチングして除去した。続い
て、図3(f)の基板を形成した際と同じ条件でBST
膜を成膜し、同じ条件でアニールした後、BST膜をフ
ッ素系溶液でエッチング除去した。次に、Arミリング
法により第1の電極層60をパターニングして、図4に
示すように、容量コンタクト上に第1の電極層60を形
成した。続いて、第2層間絶縁膜を形成し、Al配線を
形成した。更に、DRAMプロセスで想定される熱プロ
セスを加えて、図4に示す構成を備えた試料を作製し
た。そして、n+ 拡散層及びAl配線を介して試料を相
互に接続し、試料チェーンを形成した。
【0037】コンタクト測定用の直列パターンとして、
図4に示す構成を備えた試料を1組として、1000
組、2000組、及び3000組を直列に接続して試料
チェーンを形成し、そのコンタクト抵抗を測定した。ま
た、BST膜の成膜時、及び熱処理を施した時点でも、
同様に、試料チェーンの直列パターンのコンタクト抵抗
を測定した。その結果、各段階の測定で得た測定値は、
容量コンタクトの形成プロセスに依存したコンタクト抵
抗とほぼ同じ値であって、キャパシタの作製過程で容量
コンタクトが高抵抗化していないことを示した。
【0038】また、本実施形態例の半導体装置に設けた
キャパシタの性能と比較するために、前述した従来の方
法を用いて、図5に示す構成の試料を作製し、上述の評
価試験と同様にしてコンタクト抵抗を測定したところ、
基板面内のほとんどのチップでオープン不良となり、測
定できたものでも、メガΩ台の高抵抗を示した。
【0039】以上の評価試験の結果から、本実施形態例
の半導体装置に設けたキャパシタの低抵抗性を確認する
ことができ、また本実施形態例の製造方法の有効性を確
認することができた。
【0040】半導体装置の実施形態例2 本実施形態例は、本発明に係る半導体装置の実施形態の
別の例であって、図8は本実施形態例の半導体装置の要
部を示す断面図である。本実施形態例の半導体装置の要
部70は、図8に示すように、下部電極50と第2層間
絶縁膜48との間に密着層としてSiNX 膜72を介在
させていることを除いて、実施形態例1の半導体装置の
要部40と同じ構成を備えている。本実施形態例では、
密着層としてSiNX 膜72を下部電極50と第2層間
絶縁膜48との間に介在させることにより、下部電極5
0、特に第2の電極層62と第2層間絶縁膜48との密
着性を一層高めることができる。
【0041】半導体装置の製造方法の実施形態例2 本実施形態例は、本発明に係る半導体装置の製造方法を
上述の実施形態例2の半導体装置の要部70の作製に適
用した実施形態の一例であって、図9(a)から(c)
は、それぞれ、本実施形態例の方法に従って半導体装置
のキャパシタを作製した際の工程毎の基板断面図であ
る。本実施形態例では、先ず、実施形態例1の方法と同
様にして、シリコン基板42上に第1層間絶縁膜44を
成膜し、容量コンタクト46を形成し、バリヤメタル層
58、第1の電極層60、及び第2の電極層62を成膜
し、次いで図9(c)に示すように、マスク64下に第
2の電極層62、第1の電極層60、及びバリヤメタル
層58からなる島状隆起部を形成すると共に、第1層間
絶縁膜44を露出させる。
【0042】次いで、本実施形態例では、図9(b)に
示すように、CVD法により基板全面にSiNX 膜72
を成膜する。続いて、実施形態例1の方法と同様に、O
3 −TEOSガスを用いたCVD法により、TEOS層
からなる第2層間絶縁膜48を基板上に成膜して、基板
全面にわたり島状隆起部の上面以上まで埋め込む。続い
て、第2層間絶縁膜48に窒素中でアニール処理を施し
て、焼き締め処理を行った後、CMP技術により第2層
間絶縁膜48及びマスク64を研磨して、図9(c)に
示すように、第2の電極層62を露出させると共に基板
面を平坦化する。以下、実施形態例1の方法と同様にす
ると、図8に示す半導体装置の要部70を形成すること
ができる。
【0043】実施形態例1及び2では、容量コンタクト
16にポリシリコンを、バリヤメタル層58にTiN/
Ti積層膜を用いているが、本発明はこれに限定され
ず、容量コンタクトはTa、Ti、W或いはそれらの窒
化膜からなる単層膜、或いはシリサイド膜からなる単層
膜、或いは2種類以上の組み合わせによる積層膜でも良
い。また、バリヤメタルもTa、Ti、W或いはそれら
の窒化膜からなる単層膜、或いは2種類以上の組み合わ
せによる積層膜でも良い。更には、実施形態例1及び2
で示したように、バリヤメタルと容量コンタクトとを層
間絶縁膜上面で明確に分ける必要もなく、容量コンタク
トとバリヤメタルとを同一の材料で構成しても良い。
【0044】
【発明の効果】本発明及び本発明方法の構成によれば、
第1の絶縁膜の平滑で平坦な非エッチング加工面上に下
部電極層を成膜しているので、結晶性が良好で耐酸化性
の高い下部電極層を形成することができる。よって、従
来のような酸化による容量コンタクトの高抵抗化を防止
することができる。また、第2の絶縁膜をエッチングマ
スクにして下部電極部をエッチングして凹部を自己整合
的に形成しているので、エッチングマスクを別途形成す
る必要がなく、それだけ、工程数が少ない。更には、第
2の絶縁膜上に下部電極層が存在しないので、従来のよ
うに、下部電極層をCMP法等により除去する必要がな
い。よって、下部電極層の剥離等の問題も生じない。本
発明方法を適用することにより、キャパシタ特性の良好
なキャパシタを備えた半導体装置を製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例の半導体装置の要部を示す断面図で
ある。
【図2】図2(a)から(d)は、それぞれ、実施形態
例の方法に従って半導体装置のキャパシタを作製した際
の工程毎の基板断面図である。
【図3】図3(e)から(g)は、それぞれ、図2
(d)に続いて、実施形態例の方法に従って半導体装置
のキャパシタを作製した際の工程毎の基板断面図であ
る。
【図4】実施形態例の半導体装置に設けたキャパシタの
評価試験用試料の構成を示す断面図である。
【図5】従来の方法で作製したキャパシタの評価試験用
試料の構成を示す断面図である。
【図6】図6(a)から(d)は、それぞれ、従来の方
法に従ってスタックドキャパシタを作製した際の工程毎
の基板断面図である。
【図7】図7(e)から(g)は、それぞれ、図6
(d)に続いて、従来の方法に従ってスタックドキャパ
シタを作製した際の工程毎の基板断面図である。
【図8】実施形態例2の半導体装置の要部を示す断面図
である。
【図9】図9(a)から(c)は、それぞれ、実施形態
例2の方法に従って半導体装置のキャパシタを作製した
際の工程毎の基板断面図である。
【符号の説明】
12 基板 14 第1層間絶縁膜 16 容量コンタクト 18 SiN膜 20 第2層間絶縁膜 22 開口パターン 24 エッチングマスク 26 開口 28 Ru膜、下部電極 30 容量絶縁膜 32 上部電極 40 実施形態例の半導体装置の要部 42 シリコン基板 44 第1層間絶縁膜 46 容量コンタクト 48 第2層間絶縁膜 50 下部電極 52 容量絶縁膜 54 上部電極 56 凹部 58 パリアメタル層 60 第1の電極層 62 第2の電極層 64 SiO2 膜、加工用マスク 66 開口パターン 68 レジスト膜 70 実施形態例2の半導体装置の要部 72 SiNX
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 27/108 (56)参考文献 特開 平5−29567(JP,A) 特開 平7−301822(JP,A) 特開 平9−246492(JP,A) 特開 平10−209391(JP,A) 特開 平10−223478(JP,A) 特開 平10−256501(JP,A) 特開 平11−8365(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8242 H01L 21/28 301 H01L 21/822 H01L 27/04 H01L 27/108

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スタックドキャパシタを備えた半導体装
    置の製造方法であって、キャパシタを作製する際、基板
    上の第1の絶縁膜を貫通して所定の領域に接続する容量
    コンタクトを形成した後、 第1の絶縁膜上に下部電極層を成膜する成膜工程と、 下部電極層をエッチングして、下部電極層からなる断面
    略台形の島状隆起部を容量コンタクト上に形成し、島状
    隆起部以外の領域では第1の絶縁膜を露出させる第1の
    エッチング工程と、 第2の絶縁膜を成膜して、島状隆起部以外の領域を島状
    隆起部の上面まで埋め込む第2の絶縁膜成膜工程と、 第2の絶縁膜をエッチングマスクにして島状隆起部をエ
    ッチングして、凹部を自己整合的に形成する第2のエッ
    チング工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 第1のエッチング工程と第2の絶縁膜成
    膜工程との間に、基板面に密着層を成膜する工程を有す
    る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。
  3. 【請求項3】 次いで、基板全面に高誘電率膜を成膜し
    て容量絶縁膜を形成する工程と、 容量絶縁膜上に上部電極層を成膜する工程とを備えてい
    ることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 電極層の成膜工程では、先ず、第1の絶
    縁膜上に密着層兼用のバリアメタル層を成膜し、次いで
    下部電極層を成膜することを特徴とする請求項1から3
    のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 電極層の成膜工程では、下部電極層とし
    て、第1の電極層、次いで第1の電極層よりエッチング
    レートの速い第2の電極層を形成し、 第2のエッチング工程では、第1の電極層をエッチング
    ストッパとして使用し、第2の電極層をエッチングする
    ことを特徴とする請求項1から4のうちのいずれか1項
    に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 電極層の成膜工程では、バリアメタルと
    してTi、Ta、及びWの金属膜、Ti、Ta、及びW
    の窒化膜、並びに前記金属膜のいずれか一つと前記窒化
    膜のいずれか一つとの積層膜からなる群から選択したい
    ずれかを、、第1の電極層としてIr膜を、第2の電極
    層としてRu膜を、それぞれ、成膜することを特徴とす
    る請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
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