JP4580284B2 - 強誘電体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
まず、本発明に於ける第1実施形態に係る強誘電体キャパシタを含む半導体装置の製造方法について、図面を参照して説明する。図1乃至3は、半導体装置の製造フローを示す断面図である。
図1(a)に示すように、通常のSi半導体プロセスを用いて、半導体基板1にLOCOS等からなる素子分離領域2、拡散層3を形成し、さらに、半導体基板1上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成して、トランジスタ4を形成する。その後、半導体基板1上にシリコン酸化膜等の層間絶縁膜5を形成して、トランジスタ4を覆い、層間絶縁膜5を平坦化する。そして、層間絶縁膜5に開口部を形成することによって拡散層3(ソース/ドレイン領域)を露出させ、タングステン(W)又はポリシリコン(P−Si)からなるコンタクトプラグ11を埋め込む。
上層マスク膜11z上にレジスト(図示せず)を形成し、図11(c)に示すように、通常のリソグラフィ法を用いてレジストにキャパシタパターンを転写し、レジスト(図示せず)をマスクとして、上層マスク膜11z、中層マスク膜11y、下層マスク膜11xを加工する。
次に、ハードマスク11のパターニング後、図2(a)に示すように、上層マスク膜11zをマスクとして、強誘電体キャパシタの積層構造膜の上部電極10までをエッチングする。上部電極10のエッチングには、Cl2/Ar混合ガスを用いる。この時、エッチング条件は、Cl2/Ar=流量10/10sccm、ガス圧力0.26Pa、RFパワー1000W、電極温度450℃である。Cl2/Ar混合ガス以外に、Cl2を含むAr、N2、O2等との混合ガスを使用しても良い。
図3(c)に示すように、層間絶縁膜12を例えばプラズマCVD法で形成し、エッチバック、CMP法等を用いて層間絶縁膜12の平坦化を実施する。そして、同図のように、層間絶縁膜12の表面から各強誘電体キャパシタの上部電極10に到達するコンタクトホールを形成し、W等を埋め込んで導電体プラグ13を形成する。そして、層間絶縁膜12上に配線層を形成し、パターニングすることによって、導電体プラグ13に接続された配線14を形成する。
本実施形態によれば、上部電極10のエッチングに於いて、Ptで形成された上部電極10に対してエッチング時の選択比が高いTiNで形成された上層マスク膜11zをエッチングマスクとして使用し、強誘電体膜9と下部電極8のエッチングに於いて、SBTで形成された強誘電体膜9に対してエッチング時の選択比が高いSiO2膜をエッチングマスクとして使用するので、一つのマスクを使用して、上部電極10、強誘電体膜9、下部電極8をエッチングする場合に比して、エッチングを容易に実施することが出来るだけでなく、エッチング時にハードマスク11の各層が肩落ち等の不均一な状態になることを防止することが出来る。これにより、ハードマスク11を除去した段階で、上部電極10の表面の形状が不均一な状態になることを防止することが出来る。
〔第2実施形態〕
本発明に於ける第2実施形態に係る強誘電体キャパシタを含む半導体装置の製造方法について、図面を参照して説明する。図1、図4、図5は、半導体装置の製造フローを示す断面図である。
図1(a)に示すように、通常のSi半導体プロセスを用いて、半導体基板1にLOCOS等からなる素子分離領域2、拡散層3を形成し、さらに、半導体基板1上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成して、トランジスタ4を形成する。その後、半導体基板1上にシリコン酸化膜等の層間絶縁膜5を形成して、トランジスタ4を覆い、層間絶縁膜5を平坦化する。そして、層間絶縁膜5に開口部を形成することによって拡散層3(ソース/ドレイン領域)を露出させ、タングステン(W)又はポリシリコン(P−Si)からなるコンタクトプラグ11を埋め込む。
上層TiN膜11z上にレジスト(図示せず)を形成し、図1(c)に示すように、通常のリソグラフィ法を用いてレジストにキャパシタパターンを転写し、レジストをマスクとして、上層マスク膜11z、中層マスク膜11y、下層マスク膜11xを加工する。
次に、ハードマスク11のパターニング後、図4(a)に示すように、上層マスク膜11zをマスクとして、強誘電体キャパシタの積層構造膜の上部電極10までをエッチングする。上部電極10のエッチングには、Cl2/Ar混合ガスを用いる。この時、エッチング条件は、Cl2/Ar=流量10/10sccm、ガス圧力0.26Pa、RFパワー1000W、電極温度450℃である。Cl2/Ar混合ガス以外にCl2を含むAr、N2、O2の混合ガスを用いても良い。
図5(c)に示すように、層間絶縁膜12を例えばプラズマCVD法で形成し、エッチバック、CMP法等を用いて層間絶縁膜12の平坦化を実施する。そして、同図のように、層間絶縁膜12の表面から各強誘電体キャパシタの上部電極10に到達するコンタクトホールを形成し、W等を埋め込んで導電体プラグ13を形成する。そして、層間絶縁膜12上に配線層を形成し、パターニングすることによって、導電体プラグ13に接続された配線14を形成する。
本実施形態によれば、上部電極10のエッチングに於いて、Ptで形成された上部電極10に対してエッチング時の選択比が高いTiNで形成された上層マスク膜11zをエッチングマスクとして使用し、強誘電体膜9のエッチングに於いて、SBTで形成された強誘電体膜9に対してエッチング時の選択比が高いSiO2膜をエッチングマスクとして使用し、下部電極8のエッチングに於いて、Ptで形成された下部電極8に対してエッチング時の選択比が高いTiNで形成された下層マスク膜11xをエッチングマスクとして使用するので、一つのマスクを使用して、上部電極10、強誘電体膜9、下部電極8の内、2つ以上をエッチングする場合に比して、エッチングを容易に実施することが出来るだけでなく、エッチング時にハードマスク11の各層が肩落ち等の不均一な状態になることを防止することが出来る。これにより、ハードマスク11を除去した段階で、上部電極10の表面の形状が不均一な状態になることを防止することが出来る。
2 素子分離領域
3 拡散層
4 トランジスタ
5 層間絶縁膜
6 コンタクトプラグ
7 密着層
8 下部電極
9 強誘電体膜
10 上部電極
11 ハードマスク
11x 下層マスク膜
11y 中層マスク膜
11z 上層マスク膜
12 層間絶縁膜
13 導電体プラグ
14 配線
Claims (27)
- 半導体基板上に回路素子を形成するステップと、
前記半導体基板上の回路素子を覆う絶縁膜を形成するステップと、
前記絶縁膜上に第1電極を形成するステップと、
前記第1電極上に強誘電体膜を形成するステップと、
前記強誘電体膜上に第2電極を形成するステップと、
前記第2電極上に、所定のパターンを有するマスクであって、
前記第1電極に対してエッチング時の選択比が高い下層マスク膜と、
前記強誘電体膜に対してエッチング時の選択比が高い中層マスク膜と、
前記第2電極に対してエッチング時の選択比が高い上層マスク膜と、
で構成される前記ハードマスクを形成するステップと、
前記上層マスク膜をマスクとして、前記第2電極をエッチングするステップと、
前記第2電極のエッチング後に残存する前記上層マスク膜を除去するステップと、
前記中層マスク膜をマスクとして、前記強誘電体膜及び前記第1電極をエッチングするステップと、
前記強誘電体膜及び前記第1電極のエッチング後に残存する前記中層マスク膜を除去するステップと、
前記下層マスク膜を除去するステップと、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。 - 前記上層マスク膜は、Tiを含む化合物で形成されてい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。
- 前記下層マスク膜は、Tiを含む化合物で形成されていることを特徴とする、請求項1乃至2の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記中層マスク膜は、酸化物で形成されていることを特徴とする、請求項1乃至3の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記中層マスク膜は、窒化物で形成されていることを特徴とする、請求項1乃至3の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記上層マスク膜を形成するTiを含む化合物は、TiN、TiAlN、TiOxの何れかであることを特徴とする、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記下層マスク膜を形成するTiを含む化合物は、TiN、TiAlN、TiOxの何れかであることを特徴とする、請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記中層マスク膜を形成する酸化物は、SiO2又はSiONの何れかであることを特徴とする、請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記中層マスク膜を形成する窒化物は、SiN又はSiONの何れかであ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。
- 前記第1電極及び前記第2電極は、Ptで形成されており、前記強誘電体膜はSBTで形成されていることを特徴とする、請求項1乃至9の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記強誘電体膜及び前記第1電極のエッチング時に、Cl2を含むガスを使用して、同一条件でエッチングすることを特徴とする、請求項1乃至10の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記上層マスク膜の除去時のエッチングは、還元性ガスを使用することを特徴とする、請求項1乃至11の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記還元性ガスは、BCl3を含むことを特徴とする、請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記下層マスク膜の除去時のエッチングは、80℃以下で還元性ガスを用いないことを特徴とする、請求項1乃至13の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体基板上に回路素子を形成するステップと、
前記半導体基板上の回路素子を覆う絶縁膜を形成するステップと、
前記絶縁膜上に第1電極を形成するステップと、
前記第1電極上に強誘電体膜を形成するステップと、
前記強誘電体膜上に第2電極を形成するステップと、
前記第2電極上に、所定のパターンを有するハードマスクであって、
前記第1電極に対してエッチング時の選択比が高い下層マスク膜と、
前記強誘電体膜に対してエッチング時の選択比が高い中層マスク膜と、
前記第2電極に対してエッチング時の選択比が高い上層マスク膜と、
で構成される前記ハードマスクを形成するステップと、
前記上層マスク膜をマスクとして、前記第2電極をエッチングするステップと、
前記第2電極のエッチング後に残存する前記上層マスク膜を除去するステップと、
前記中層マスク膜をマスクとして、前記強誘電体膜をエッチングするステップと、
前記強誘電体膜のエッチング後に残存する前記中層マスク膜を除去するステップと、
前記下層マスク膜をマスクとして、前記第1電極をエッチングするステップと、
前記第1電極のエッチング後に残存する前記下層マスク膜を除去するステップと、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。 - 前記上層マスク膜は、Tiを含む化合物で形成されていることを特徴とする、請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記下層マスク膜は、Tiを含む化合物で形成されていることを特徴とする、請求項15乃至16の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記中層マスク膜は、酸化物で形成されていることを特徴とする、請求項15乃至17の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記中層マスク膜は、窒化物で形成されていることを特徴とする、請求項15乃至17の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記上層マスク膜を形成するTiを含む化合物は、TiN、TiAlN、TiOxの何れかであることを特徴とする、請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記下層マスク膜を形成するTiを含む化合物は、TiN、TiAlN、TiOxの何れかであることを特徴とする、請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記中層マスク膜を形成する酸化物は、SiO2又はSiONの何れかであることを特徴とする、請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記中層マスク膜を形成する窒化物は、SiN又はSiONの何れかであることを特徴とする、請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1電極及び前記第2電極は、Ptで形成されており、前記強誘電体膜はSBTで形成されていることを特徴とする、請求項15乃至23の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記上層マスク膜の除去時のエッチングは、還元性ガスを使用することを特徴とする、請求項15乃至24の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記還元性ガスは、BCl3を含むことを特徴とする、請求項25に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記下層マスク膜の除去時のエッチングは、80℃以下で還元性ガスを用いないことを特徴とする、請求項15乃至26の何れか一つに記載の半導体装置の製造方法。
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