JP4562482B2 - 強誘電体キャパシタ構造およびその作製方法 - Google Patents
強誘電体キャパシタ構造およびその作製方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4562482B2 JP4562482B2 JP2004290945A JP2004290945A JP4562482B2 JP 4562482 B2 JP4562482 B2 JP 4562482B2 JP 2004290945 A JP2004290945 A JP 2004290945A JP 2004290945 A JP2004290945 A JP 2004290945A JP 4562482 B2 JP4562482 B2 JP 4562482B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- etching
- film
- diffusion barrier
- ferroelectric capacitor
- hydrogen diffusion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims description 58
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 17
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 62
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 55
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 39
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 38
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 38
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 11
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- VNSWULZVUKFJHK-UHFFFAOYSA-N [Sr].[Bi] Chemical compound [Sr].[Bi] VNSWULZVUKFJHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 5
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 10
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 claims 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 28
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910010037 TiAlN Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical compound [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 BCl 3 Substances 0.000 description 1
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003064 anti-oxidating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/55—Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material
- H01L28/57—Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material comprising a barrier layer to prevent diffusion of hydrogen or oxygen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B51/00—Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B51/00—Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory transistors
- H10B51/30—Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory transistors characterised by the memory core region
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B53/00—Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31105—Etching inorganic layers
- H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
- H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76895—Local interconnects; Local pads, as exemplified by patent document EP0896365
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
この発明は、半導体集積回路に関し、特に強誘電体キャパシタ構造体およびその作製方法に関するものである。
近年、さまざまなメモリセルの研究が進められている。その１つとして、強誘電体膜を用いた不揮発性メモリがあげられる。この不揮発性メモリは、強誘電体キャパシタの高速分極反転を利用するために高速書き換えが可能であること、また、残留分極量を利用するために低消費電力であることから、優位性のあるメモリとして期待されている。強誘電体キャパシタは、一般的に、上部電極、強誘電体膜、下部電極を積層して構成される。
従来、強誘電体キャパシタと上部金属配線層とを接続するコンタクトホールエッチングにおいて、層間絶縁膜のエッチングはＦ系ガスを用い、水素拡散バリア膜のエッチングはＣｌ系ガス、もしくはＣｌ系ガスとＦ系ガスとの混合ガスを用いて開口する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
また、ＣＨＦ3／ＣＯを主成分とするエッチングガスを用いてシリコン基板上のＡｌ2Ｏ3膜を選択的にエッチングする工程と、Ｃｌ2及び／又はＨＢｒを主成分とするエッチングガスを用いてシリコン基板を異方的に選択エッチングする工程とを有するシリコンのエッチング方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
さらに、白金電極を含む半導体装置の白金電極のプラズマエッチング方法において、エッチングガスとして、窒素およびハロゲン、並びに希ガス、ＢＣｌ3、ＨＢｒ、ＳｉＣｌ4およびこれらの混合物から選択されたガスを含むエッチングガスを用いる方法がある（例えば、特許文献３参照。）。
特開２０００−１３３６３３号公報
特開平６−２０８９７５号公報
特表２００２−５３７６４５号公報
しかしながら、水素拡散バリア膜のエッチング時に、特許文献１に記載されているように、Ｃｌ2／ＣＦ4／Ａｒガス系やＣｌ2／Ｏ2／ＣＦ4／Ａｒガス系を使用すると、強誘電体キャパシタの上部電極のエッチングレートと水素拡散バリア膜のエッチングレートがほとんど同じになるため、このような前記ガス系を使用すると、オーバーエッチング時の量だけ上部電極が削れ、図１に示すように、水素拡散バリア膜エッチング時に上部電極を残すことが非常に困難となり、結果として上部電極がなくなって強誘電体膜が露出し、コンタクトホール部からＨ2ＯやＨ2が侵入し強誘電体キャパシタ特性が大きく劣化してしまうという重大な問題点があった。
また、特許文献２に記載されるシリコンのエッチング方法は、エッチングガスとして還元性のガスを用いるものであるが、その目的は深いトレンチを形成する際に、トレンチ上部となるシリコン基板のエッチングによるトレンチの形状劣化を防止しようとするもの、すなわち、開口寸法が小さくかつ深いトレンチを形成できるようにするものであって、強誘電体キャパシタを作製するためのエッチング方法に関するものではない。
さらに、特許文献３に記載される白金電極のプラズマエッチング方法は、エッチングガスとして還元性のガス用いるものであるが、その目的は、高角度の白金形状異方性を有する白金電極を有する高密度集積回路半導体装置を製造するための白金電極層のプラズマエッチング方法であって、強誘電体キャパシタを作製するためのエッチング方法に関するものではない。
この発明は、このような状況に鑑み、強誘電体キャパシタの上部電極の削れを抑制し、強誘電体膜にダメージを与えることをなくし、誘電分極率の高いキャパシタ特性を得ることができる、強誘電体キャパシタ構造およびその作製方法を提供することを目的とするものである。
この発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、水素拡散バリア膜のエッチングを還元性のガスを含むエッチングガスを用いて行う。
すなわち、この発明の強誘電体キャパシタ構造は、以下に示す構成を有することを特徴とするものである。
下部電極上に強誘電体膜が形成されており、強誘電体膜上に上部電極が形成されるように構成された強誘電体キャパシタが所定のパターンに形成されており、強誘電体キャパシタの上に水素拡散バリア膜が形成されており、水素拡散バリア膜上に層間絶縁膜が形成されており、上部電極と上部金属配線層とを接続するためのコンタクトホールが形成されている。ここで、上部電極の材料が、白金（Ｐｔ）であり、水素拡散バリア膜の材料が、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ）である。また、層間絶縁膜のエッチングがフッ素元素を含むガスを用いて行われたものであり、水素拡散バリア膜のエッチングが、エッチングガスとしてＢＣｌ3／Ｃｌ2混合ガスを用い、ＢＣｌ3流量比を５０％以上とし、及び、カソード電極に印加するイオンエネルギー制御のためのバイアス用ＲＦパワーを７０Ｗ以下として行われたものである。
また、この発明の強誘電体キャパシタ構造の好適実施形態によれば、水素拡散バリア膜のエッチングにおいて、ＢＣｌ
3
流量比を７０％以上とするのが良い。
また、強誘電体膜の材料がジルコニウムチタン酸鉛（ＰＺＴ）系化合物またはタンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）系化合物であるのが好ましい。
また、この発明の強誘電体キャパシタ構造の作成方法は、下部電極を形成し、下部電極上に強誘電体膜を形成し、強誘電体膜上に上部電極が形成されるように構成された強誘電体キャパシタを所定のパターンに形成し、強誘電体キャパシタの上に水素拡散バリア膜を形成し、水素拡散バリア膜上に層間絶縁膜を形成し、上部電極と上部金属配線層とを接続するためのコンタクトホールが形成された強誘電体キャパシタ構造の作製方法であって、以下の構成を有している。上部電極の材料が、白金（Ｐｔ）であり、水素拡散バリア膜の材料が、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ）である。層間絶縁膜のエッチングを、フッ素元素を含むガスを用いて行い、水素拡散バリア膜のエッチングを、エッチングガスとしてＢＣｌ3／Ｃｌ2混合ガスを用い、ＢＣｌ3流量比を５０％以上とし、及び、カソード電極に印加するイオンエネルギー制御のためのバイアス用ＲＦパワーを７０Ｗ以下として行う。
また、この発明の強誘電体キャパシタ構造の作製方法の好適実施形態によれば、水素拡散バリア膜のエッチングにおいて、ＢＣｌ
３
流量比を７０％以上とするのが良い。
また、強誘電体膜の材料がジルコニウムチタン酸鉛（ＰＺＴ）系化合物またはタンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）系化合物であるのが好ましい。
請求項１および請求項６に係る発明強誘電体キャパシタ構造およびその作製方法によれば、強誘電体キャパシタの上部電極の削れを抑制し、強誘電体膜にダメージを与えることがなくなるため、誘電分極率の高いキャパシタ特性を得ることができる。また、特に高集積化した強誘電体キャパシタ半導体メモリの歩留まりを向上することができる効果がある。さらに、信頼性を向上することができるという効果がある。
以下、この発明の各構成要件について詳細に説明する。
この発明において、「還元基」とは、酸素と反応する元素のことをいう。この発明の場合、水素拡散バリア膜の材料として金属酸化物を使用することを特徴としているので、上述の金属酸化物に含まれる酸素を除去するために必要な元素を「還元基」と定義する。この発明においては、上述の「還元基」として、例えば、ホウ素（Ｂ）あるいは炭素（Ｃ）などを用いるが、この場合、前記ホウ素（Ｂ）あるいは炭素（Ｃ）は、ＢxＯy、ＣＯあるいはＣＯ2などとして酸素を除去することになる。
また、この発明において用いることができる、層間絶縁膜のエッチングガスの具体的な例としては、例えば、以下のようなものが挙げられる。すなわち、ＣＨＦ3、ＣＦ4、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、ＣＨ2Ｆ2、ＳＦ6などのガスを用いることができる。
また、この発明において用いることができる、水素拡散バリア膜のエッチングガスの具体的な例としては、例えば、以下のようなものが挙げられる。すなわち、還元基を含むガスとハロゲンガスとの混合ガスとしては、ＣＦ4／Ｃｌ2、ＢＣｌ3／Ｃｌ2などのガスを用いることができ、また、構成物として還元基を持つハロゲンガスとしては、ＢＣｌ3、ＣＣｌ4、ＣＦ2Ｃｌ2などのガスを用いることができるが、これらのものに限定されるわけではない。前記ＣｌはＢｒやＩと置換可能である。
また、この発明において用いることができる、水素拡散バリア膜の材料としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、チタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）あるいはその他の金属酸化物であるが、前記金属酸化物としては、例えば、チタン酸化物やタンタル酸化物などを挙げることができる。
また、この発明において用いることができる、上部電極の材料としては、例えば、Ｐｔであり、強誘電体膜の材料としては、例えば、ジルコニウムチタン酸鉛（ＰＺＴ）系化合物またはタンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）系化合物である。下部電極の材料としては一般的にＰｔを用いるが、Ｐｔを含む積層構造やその他の導電性膜であってもこの発明においては用いることができる。
なお、キャパシタ構造の作製個所についてであるが、下部電極と導通を取るため、この発明で図示した構造の場合はキャパシタ構造をプラグ上に作製する。上部電極と同様にキャパシタ上部からコンタクトを取る場合には絶縁膜上にキャパシタ構造を作製する。
請求項２〜４および請求項７〜９に係る発明の強誘電体キャパシタ構造およびその作製方法によれば、強誘電体キャパシタの上部電極の削れを抑制し、強誘電体膜にダメージを与えることがなくなるため、誘電分極率の高いキャパシタ特性を得ることができる。また、特に高集積化した強誘電体キャパシタ半導体メモリの歩留まりを向上することができる効果がある。さらに、信頼性を向上することができるという効果がある。
また、請求項５および請求項１０に係る発明によれば、上述した効果に加え、対Ｐｔエッチング選択比が特に向上するという効果が発揮される。
以下、この発明の強誘電体キャパシタ構造およびその製造方法の最良の実施形態について、説明する。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施例を説明するが、以下の説明で用いるフッ素（Ｆ）元素を含むガス、還元基を含むガスあるいは還元基を持つガス、ならびにハロゲンガス等は、この発明の範囲内の好適な一例を示すに過ぎず、以下のものに限定されるわけではない。
（実施例１）
この発明の強誘電体キャパシタ構造に用いられる、強誘電体キャパシタ形成時の基板構造を図２に示す。図２は通常のＳｉ半導体プロセスを用いて、Ｓｉ基板に素子分離、拡散層、トランジスタ素子を形成し、絶縁膜を形成し平坦化した後、キャパシタの下部電極と接続するプラグまで形成した状態を示している。その後の工程がキャパシタの形成工程となる。
この発明の強誘電体キャパシタ構造に用いられる、強誘電体キャパシタ形成時の基板構造を図２に示す。図２は通常のＳｉ半導体プロセスを用いて、Ｓｉ基板に素子分離、拡散層、トランジスタ素子を形成し、絶縁膜を形成し平坦化した後、キャパシタの下部電極と接続するプラグまで形成した状態を示している。その後の工程がキャパシタの形成工程となる。
まず、下部電極の一部として構成される上述のプラグの酸化防止膜を形成する。酸化防止膜はいくつかの種類があるが、ここではＴｉＡｌＮ膜を用いた。上述のＴｉＡｌＮ膜と連続して密着層としてＩｒ膜およびＩｒＯ2膜を形成し、その後、下部電極となるＰｔ膜、強誘電体膜となるタンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）の膜、上部電極となるＰｔ膜を順次形成する。その後、エッチングマスクとなるＳｉＯ2膜を形成する。次に、通常のリソグラフィ法を用いてエッチングマスクをまず加工する。引き続きレジストを除去する工程を行い、ＳｉＯ2をマスクとして、上層からＰｔ膜、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）膜、Ｐｔ膜、ＩｒＯ2膜、Ｉｒ膜、ＴｉＡｌＮ膜から構成される強誘電体キャパシタ構造をドライエッチング法によりパターニングする。パターニング後、エッチングマスクとして形成したＳｉＯ2を除去する。その強誘電体キャパシタ形成後の構造を図３に示す。
次に、水素拡散バリア膜としてＡｌ2Ｏ3膜を形成した場合を例として詳細に説明する。Ａｌ2Ｏ3で強誘電体キャパシタを覆った後、ＳｉＯ2層間絶縁膜を堆積する。次に、リソグラフィ法を用いて強誘電体キャパシタの上部電極と図示しない金属配線層とを接続するためのコンタクトホールパターンを形成する。まず、水素拡散バリア膜をエッチングストッパ層として、層間絶縁膜をＣＨＦ3／ＣＦ4／Ａｒガスを用いてエッチングする。その水素拡散バリア膜エッチング前の構造を図４に示す。
水素拡散バリア膜のエッチングは、ＥＣＲ枚葉式ウエハプラズマエッチャーを使用し、ＢＣｌ3／Ｃｌ2混合ガス系で行った。図５にＢＣｌ3／Ｃｌ2の流量比を、３０ｓｃｃｍ／７０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ／５０ｓｃｃｍ、７０ｓｃｃｍ／３０ｓｃｃｍと変化させたときのＡｌ2Ｏ3及びＰｔのエッチングレートを算出した結果を示す。図５は横軸にＢＣｌ3流量（ｓｃｃｍ）をプロットし、縦軸にエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）をプロットした、Ｐｔ、Ａｌ2Ｏ3エッチングレートのＢＣｌ3流量比依存性を示す図である。この図５より、ＢＣｌ3の流量比を７０％以上にすることで、選択比が向上することが分かる。
次に、カソード電極に印加するイオンエネルギー制御のためのバイアス用ＲＦパワーを、７０Ｗ、１００Ｗ、１３０Ｗと変化させたときのＡｌ2Ｏ3及びＰｔのエッチングレートを算出した結果を図６に示す。図６は横軸にＲＦパワー（Ｗ）をプロットし、縦軸にエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）をプロットした、Ｐｔ、Ａｌ2Ｏ3エッチングレートのＲＦパワー依存性を示す図である。この図６より、７０Ｗ以下の低パワーにすることにより、選択比が向上することが分かる。
なお、上述の方法において用いたエッチング条件は、ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ、放電圧力：１．３３Ｐａ、電極温度：４０℃およびμ波：７００Ｗである。
以上のことより、図７に示すように、Ａｌ2Ｏ3エッチングは、ＢＣｌ3／Ｃｌ2混合ガスでのＢＣｌ3流量比を７０％以上とすること、及びバイアス用ＲＦパワーを７０Ｗ以下とすることで、対Ｐｔエッチング選択比が２．５以上まで向上することが分かる。図７は横軸にＢＣｌ3流量・ＲＦパワーをプロットし、縦軸にエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）をプロットした、Ａｌ2Ｏ3／Ｐｔエッチング選択比を示す図である。この結果、図８に示されるように、この発明により、Ｐｔの削れをなくすことができることが分かる。
次に、図示していない配線形成工程を実施することで、強誘電体キャパシタ構造を形成することができる。
以上、この実施例１では水素拡散バリア膜としてＡｌ2Ｏ3を用いた場合について説明した。
しかしながら、この発明は水素拡散バリア膜としてＡｌ2Ｏ3に限定されるものではない。この発明において、水素拡散バリア膜の材料として、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）に代えて、チタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）、あるいはチタン酸化物やタンタル酸化物のような金属酸化物を用いた場合にも、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を用いた場合と同様に、エッチング選択比が向上するという優れた効果を発揮することを確認した。
また、この実施例１では層間絶縁膜のエッチングガスとしてＣＨＦ3／ＣＦ4／Ａｒガスを使用したが、これに限定されるものではなく、従来公知の層間絶縁膜のエッチングガスはすべてをこの発明の実施に用いることができる。
その他のものとして、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、ＣＨ2Ｆ2、ＳＦ6などのガスを用いても同様の効果を得ることができる。
さらに、この実施例１では水素拡散バリア膜のエッチングガスとしてＢＣｌ3／Ｃｌ2混合ガスを用いたが、この発明においては還元基を含んだ他のガスで置換可能であり、ＢＣｌ3をＣＣｌ4に置き換えても全く同じ効果を得ることができる。
また、エッチャーについても、ＥＣＲ枚葉式ウエハプラズマエッチャーに限定されるものではなく、従来公知の手段のすべたを用いることができる。
１ コンタクトホール
２ 水素拡散バリア膜
３ 下部電極
４ 上部電極
５ 強誘電体膜
６ レジスト
７，１３ 層間絶縁膜
８ ＩｒＯ2
９ Ｉｒ
１０ ＴｉＡｌＮ
１１ 基板
１２ プラグ
１４ 素子形成領域
２ 水素拡散バリア膜
３ 下部電極
４ 上部電極
５ 強誘電体膜
６ レジスト
７，１３ 層間絶縁膜
８ ＩｒＯ2
９ Ｉｒ
１０ ＴｉＡｌＮ
１１ 基板
１２ プラグ
１４ 素子形成領域
Claims (6)
- 下部電極上に強誘電体膜が形成されており、前記強誘電体膜上に上部電極が形成されるように構成された強誘電体キャパシタが所定のパターンに形成されており、前記強誘電体キャパシタの上に水素拡散バリア膜が形成されており、前記水素拡散バリア膜上に層間絶縁膜が形成されており、前記上部電極と上部金属配線層とを接続するためのコンタクトホールが形成されている強誘電体キャパシタ構造において、
前記上部電極の材料が白金（Ｐｔ）であり、
前記水素拡散バリア膜の材料が、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ）であり、
前記層間絶縁膜のエッチングがフッ素元素を含むガスを用いて行われたものであり、
前記水素拡散バリア膜のエッチングが、エッチングガスとしてＢＣｌ3／Ｃｌ2混合ガスを用い、ＢＣｌ3流量比を５０％以上とし、及び、カソード電極に印加するイオンエネルギー制御のためのバイアス用ＲＦパワーを７０Ｗ以下として行われたものである
ことを特徴とする強誘電体キャパシタ構造。 - 前記水素拡散バリア膜のエッチングにおいて、前記ＢＣｌ3流量比を７０％以上とすることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体キャパシタ構造。
- 前記強誘電体膜の材料がジルコニウムチタン酸鉛（ＰＺＴ）系化合物またはタンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）系化合物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の強誘電体キャパシタ構造。
- 下部電極を形成し、前記下部電極上に強誘電体膜を形成し、前記強誘電体膜上に上部電極が形成されるように構成された強誘電体キャパシタを所定のパターンに形成し、前記強誘電体キャパシタの上に水素拡散バリア膜を形成し、前記水素拡散バリア膜上に層間絶縁膜を形成し、前記上部電極と上部金属配線層とを接続するためのコンタクトホールが形成された強誘電体キャパシタ構造の作製方法において、
前記上部電極の材料が白金（Ｐｔ）であり、
前記水素拡散バリア膜の材料が、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ）であり、
前記層間絶縁膜のエッチングを、フッ素元素を含むガスを用いて行い、
前記水素拡散バリア膜のエッチングを、ＢＣｌ3／Ｃｌ2混合ガスを用い、ＢＣｌ3流量比を５０％以上とし、及び、カソード電極に印加するイオンエネルギー制御のためのバイアス用ＲＦパワーを７０Ｗ以下として行う
ことを特徴とする強誘電体キャパシタ構造の作製方法。 - 前記水素拡散バリア膜のエッチングにおいて、前記ＢＣｌ3流量比を７０％以上とする
ことを特徴とする請求項４記載の強誘電体キャパシタ構造の作製方法。 - 前記強誘電体膜の材料がジルコニウムチタン酸鉛（ＰＺＴ）系化合物またはタンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）系化合物であることを特徴とする請求項４又は５に記載の強誘電体キャパシタ構造の作製方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004290945A JP4562482B2 (ja) | 2004-10-04 | 2004-10-04 | 強誘電体キャパシタ構造およびその作製方法 |
| US11/102,921 US20060073614A1 (en) | 2004-10-04 | 2005-04-11 | Ferroelectric capacitor structure and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004290945A JP4562482B2 (ja) | 2004-10-04 | 2004-10-04 | 強誘電体キャパシタ構造およびその作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006108268A JP2006108268A (ja) | 2006-04-20 |
| JP4562482B2 true JP4562482B2 (ja) | 2010-10-13 |
Family
ID=36126063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004290945A Expired - Fee Related JP4562482B2 (ja) | 2004-10-04 | 2004-10-04 | 強誘電体キャパシタ構造およびその作製方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20060073614A1 (ja) |
| JP (1) | JP4562482B2 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006245457A (ja) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP4526421B2 (ja) * | 2005-03-14 | 2010-08-18 | Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JPWO2007063573A1 (ja) * | 2005-11-29 | 2009-05-07 | 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置とその製造方法 |
| JP5076429B2 (ja) | 2006-10-02 | 2012-11-21 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US8093698B2 (en) * | 2006-12-05 | 2012-01-10 | Spansion Llc | Gettering/stop layer for prevention of reduction of insulating oxide in metal-insulator-metal device |
| JP2009071142A (ja) | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Seiko Epson Corp | 強誘電体メモリ装置の製造方法 |
| JP5326361B2 (ja) * | 2008-05-28 | 2013-10-30 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP6871550B2 (ja) * | 2017-03-10 | 2021-05-12 | 国立大学法人東海国立大学機構 | エッチング装置 |
| US10276697B1 (en) * | 2017-10-27 | 2019-04-30 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Negative capacitance FET with improved reliability performance |
| US10847201B2 (en) * | 2019-02-27 | 2020-11-24 | Kepler Computing Inc. | High-density low voltage non-volatile differential memory bit-cell with shared plate line |
| US11482529B2 (en) | 2019-02-27 | 2022-10-25 | Kepler Computing Inc. | High-density low voltage non-volatile memory with unidirectional plate-line and bit-line and pillar capacitor |
| US11744081B1 (en) | 2021-05-07 | 2023-08-29 | Kepler Computing Inc. | Ferroelectric device film stacks with texturing layer which is part of a bottom electrode, and method of forming such |
| US11527277B1 (en) | 2021-06-04 | 2022-12-13 | Kepler Computing Inc. | High-density low voltage ferroelectric memory bit-cell |
| US12108609B1 (en) | 2022-03-07 | 2024-10-01 | Kepler Computing Inc. | Memory bit-cell with stacked and folded planar capacitors |
| US20230395134A1 (en) | 2022-06-03 | 2023-12-07 | Kepler Computing Inc. | Write disturb mitigation for non-linear polar material based multi-capacitor bit-cell |
| US12062584B1 (en) | 2022-10-28 | 2024-08-13 | Kepler Computing Inc. | Iterative method of multilayer stack development for device applications |
| US11741428B1 (en) | 2022-12-23 | 2023-08-29 | Kepler Computing Inc. | Iterative monetization of process development of non-linear polar material and devices |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001230382A (ja) * | 1999-12-22 | 2001-08-24 | Texas Instr Inc <Ti> | 強誘電性コンデンサを形成するための水素を含まない接触エッチング |
| JP2003007981A (ja) * | 2001-06-22 | 2003-01-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | コンタクトホール形成方法 |
| JP2004087807A (ja) * | 2002-08-27 | 2004-03-18 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2004153031A (ja) * | 2002-10-30 | 2004-05-27 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP2004193430A (ja) * | 2002-12-12 | 2004-07-08 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW505984B (en) * | 1997-12-12 | 2002-10-11 | Applied Materials Inc | Method of etching patterned layers useful as masking during subsequent etching or for damascene structures |
| US6841396B2 (en) * | 2003-05-19 | 2005-01-11 | Texas Instruments Incorporated | VIA0 etch process for FRAM integration |
| JP4015981B2 (ja) * | 2003-09-22 | 2007-11-28 | 沖電気工業株式会社 | 強誘電体素子及びその製造方法 |
| US7001821B2 (en) * | 2003-11-10 | 2006-02-21 | Texas Instruments Incorporated | Method of forming and using a hardmask for forming ferroelectric capacitors in a semiconductor device |
-
2004
- 2004-10-04 JP JP2004290945A patent/JP4562482B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-04-11 US US11/102,921 patent/US20060073614A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001230382A (ja) * | 1999-12-22 | 2001-08-24 | Texas Instr Inc <Ti> | 強誘電性コンデンサを形成するための水素を含まない接触エッチング |
| JP2003007981A (ja) * | 2001-06-22 | 2003-01-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | コンタクトホール形成方法 |
| JP2004087807A (ja) * | 2002-08-27 | 2004-03-18 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2004153031A (ja) * | 2002-10-30 | 2004-05-27 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP2004193430A (ja) * | 2002-12-12 | 2004-07-08 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006108268A (ja) | 2006-04-20 |
| US20060073614A1 (en) | 2006-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20060073614A1 (en) | Ferroelectric capacitor structure and manufacturing method thereof | |
| US7169637B2 (en) | One mask Pt/PCMO/Pt stack etching process for RRAM applications | |
| JP2003532289A (ja) | チタン酸鉛ジルコニウム及びチタン酸バリウムストロンチウムをパターン化する方法 | |
| KR20080060376A (ko) | 반도체 소자의 제조방법 | |
| US7618894B2 (en) | Multi-step selective etching for cross-point memory | |
| JP2003273326A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| TW444380B (en) | Semiconductor integrated circuit device and the manufacturing method thereof | |
| JP3088178B2 (ja) | ポリシリコン膜のエッチング方法 | |
| JP2003257942A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| US7547638B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP2001060672A (ja) | エッチング方法およびエッチングマスク | |
| JP3166746B2 (ja) | キャパシタ及びその製造方法 | |
| US20040082184A1 (en) | Polysilicon etching method | |
| JP3367600B2 (ja) | 誘電体薄膜素子の製造方法 | |
| KR20090125244A (ko) | 전이 금속 산화물을 플라즈마 에칭하는 방법 | |
| JP2006060203A (ja) | ＦｅＲＡＭ用途のためのＰｔ／ＰＧＯエッチングプロセス | |
| JP2006005152A (ja) | 強誘電体キャパシタ、強誘電体キャパシタの製造方法および強誘電体メモリの製造方法 | |
| JP2003224207A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP3166747B2 (ja) | キャパシタの製造方法及びキャパシタ | |
| US7015049B2 (en) | Fence-free etching of iridium barrier having a steep taper angle | |
| JP2007109718A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP4526421B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP3390340B2 (ja) | 誘電体素子の形成方法 | |
| JP2000183287A (ja) | 誘電体薄膜のエッチング方法及び半導体装置 | |
| JP2005136097A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070607 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20081126 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20090204 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100118 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100126 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100324 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100427 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100621 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100706 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100727 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130806 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |