JP4805775B2 - Iridium oxide film manufacturing method, electrode manufacturing method, dielectric capacitor manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Iridium oxide film manufacturing method, electrode manufacturing method, dielectric capacitor manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method Download PDF

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Description

本発明は、イリジウム酸化膜の製造方法、電極の製造方法、誘電体キャパシタの製造方法、及び半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing an iridium oxide film, a manufacturing method of an electrode, those concerning the manufacturing process of a method of manufacturing a dielectric capacitor, and a semiconductor device.

これまでに実用化されている誘電体キャパシタを用いた半導体装置の多くは、プレーナー型と呼ばれる構造を有している。プレーナー型は、誘電体キャパシタの下部電極がプレート線になっており、上部電極がセルトランジスタの拡散層と電気的に接続されている構造である。   Many semiconductor devices using dielectric capacitors that have been put to practical use so far have a structure called a planar type. In the planar type, the lower electrode of the dielectric capacitor is a plate line, and the upper electrode is electrically connected to the diffusion layer of the cell transistor.

しかし、プレーナー型の構造においては、セルトランジスタ直上に誘電体キャパシタを形成することが困難であり、そのため1つのセルがトランジスタ領域とキャパシタ領域それぞれに分かれていることとなり、半導体回路の微細化には適さない。   However, in the planar type structure, it is difficult to form a dielectric capacitor immediately above the cell transistor, so that one cell is divided into a transistor region and a capacitor region. Not suitable.

一方、半導体回路の微細化を勧めるために、スタック型の半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1)。スタック型は、誘電体キャパシタの上部電極をプレート線とし(あるいは上部電極をプレート線と電気的に接続し)、下部電極をトランジスタの拡散層と電気的に接続した構造を有している。   On the other hand, in order to recommend the miniaturization of a semiconductor circuit, a stack type semiconductor device has been proposed (for example, Patent Document 1). The stack type has a structure in which the upper electrode of the dielectric capacitor is a plate line (or the upper electrode is electrically connected to the plate line) and the lower electrode is electrically connected to the diffusion layer of the transistor.

よってスタック型の構造を用いる場合は、プレーナー型の構造を用いる場合と異なり、下部電極を構成する膜はすべて導電膜でなくてはならない。そこで、上方からPt膜/IrOx膜/Ir膜/TiAlN膜の順に積層させた下部電極の構造が提案されており(例えば、特許文献2)、Pt膜の上にはBi層状強誘電体(SrBiTa)膜やチタン酸ジルコン酸塩(Pb(Zr1−xTi)O)膜等の強誘電体膜が形成され、TiAlN膜の下にはWプラグあるいはポリSiプラグが形成された形で用いられている。
特開平9−102591号公報 特開2001−237395号公報
Therefore, when the stack type structure is used, the film constituting the lower electrode must be a conductive film, unlike the case of using the planar type structure. Therefore, a structure of a lower electrode in which a Pt film / IrOx film / Ir film / TiAlN film is laminated in order from above has been proposed (for example, Patent Document 2), and a Bi layered ferroelectric (SrBi) is formed on the Pt film. A ferroelectric film such as a 2 Ta 2 O 9 ) film or a zirconate titanate (Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 ) film, and a W plug or a poly Si plug is formed under the TiAlN film. Used in the formed form.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-102591 JP 2001-237395 A

誘電体キャパシタを製造する際には、下部電極上に誘電体膜を形成した後、酸素雰囲気において熱処理をする工程が不可欠である。よって上記のように、金属膜等の他の膜とイリジウム酸化膜を積層させた下部電極を用いる場合、それぞれの膜における熱膨張係数が異なるため、酸素雰囲気下における熱処理によって非常に大きな熱ストレスが発生し、他の膜とイリジウム酸化膜との界面で剥離が生じてしまうという問題があった。   When manufacturing a dielectric capacitor, it is indispensable to perform a heat treatment in an oxygen atmosphere after forming a dielectric film on the lower electrode. Therefore, as described above, when using a lower electrode in which an iridium oxide film is laminated with another film such as a metal film, the thermal expansion coefficient of each film is different, so that a very large thermal stress is caused by heat treatment in an oxygen atmosphere. There has been a problem that peeling occurs at the interface between the other film and the iridium oxide film.

特に、プラチナ膜は表面に酸化物を形成しづらい上に、プラチナ膜の熱膨張係数とイリジウム酸化膜の熱膨張係数との差は非常に大きい。そのため、上記他の膜がプラチナを含む金属膜である場合には、界面における剥離の問題がよりいっそう生じやすくなる。   In particular, the platinum film is difficult to form an oxide on the surface, and the difference between the thermal expansion coefficient of the platinum film and the thermal expansion coefficient of the iridium oxide film is very large. Therefore, when the other film is a metal film containing platinum, the problem of peeling at the interface is more likely to occur.

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、イリジウム酸化膜の表面上に他の膜を形成した場合に、その他の膜とイリジウム酸化膜との界面における密着性の高い、イリジウム酸化膜の製造方法を提供することを目的とする。また本発明は、金属膜とイリジウム酸化膜との界面における密着性の高い電極の製造方法、誘電体キャパシタの製造方法、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a method for producing an iridium oxide film having high adhesion at the interface between the other film and the iridium oxide film when another film is formed on the surface of the iridium oxide film. The purpose is to provide. The present invention aims at providing a method of manufacturing a high electrode adhesion at the interface between the metal film and the iridium oxide film, a method of manufacturing a dielectric capacitor, and a method of manufacturing a semiconductor device.

上記課題は、以下の手段により解決される。 Above-mentioned problems, Ru is solved by the following means.

本発明のイリジウム酸化膜の製造方法は、イリジウムを含むターゲットを用い、酸素を含むガスであって前記酸素と前記酸素以外のガスとの流量比(前記酸素ガスの流量FO2/前記酸素以外のガスの流量F)が0.25以上0.40以下であるガスを導入しながらスパッタリングする反応性スパッタリング法により、前記スパッタリングの時の出力(DCスパッタパワー)が0.5kW以上1kW以下の条件、成膜温度が275℃以上400℃以下の条件およびスパッタ圧力が0.69Pa(5.2mTorr)以上1.09Pa(8.2mTorr)以下の条件下で、(110)結晶面が選択的に配向したイリジウム酸化膜を形成することを特徴としている。 The method for producing an iridium oxide film according to the present invention uses a target containing iridium and is a gas containing oxygen and has a flow rate ratio between the oxygen and a gas other than oxygen (the flow rate of oxygen gas F O2 / other than oxygen). Conditions under which the sputtering output power (DC sputtering power) is 0.5 kW or more and 1 kW or less by a reactive sputtering method in which a gas having a gas flow rate F I ) of 0.25 or more and 0.40 or less is sputtered. The (110) crystal plane is selectively oriented under conditions where the film forming temperature is 275 ° C. or higher and 400 ° C. or lower and the sputtering pressure is 0.69 Pa (5.2 mTorr) or higher and 1.09 Pa (8.2 mTorr) or lower. it you are characterized to form a iridium oxide film.

本発明のイリジウム酸化膜の製造方法では、上記条件下により(110)結晶面が選択的に配向したイリジウム酸化膜を形成することができるため、イリジウム酸化膜の表面上に他の膜(例えば金属膜等)を形成した場合における、他の膜とイリジウム酸化膜との界面の密着性が高い、イリジウム酸化膜を得ることができる。   In the method for producing an iridium oxide film of the present invention, an iridium oxide film having a (110) crystal plane selectively oriented can be formed under the above conditions. Therefore, another film (for example, metal) is formed on the surface of the iridium oxide film. In the case where a film or the like is formed, an iridium oxide film having high adhesion at the interface between the other film and the iridium oxide film can be obtained.

本発明の電極の製造方法は、前記本発明のイリジウム酸化膜の製造方法を用いてイリジウム酸化膜を形成するイリジウム酸化膜形成工程と、前記イリジウム酸化膜の表面上に金属膜を形成する金属膜形成工程と、を含むことを特徴としている。   The method for producing an electrode of the present invention includes an iridium oxide film forming step for forming an iridium oxide film using the method for producing an iridium oxide film of the present invention, and a metal film for forming a metal film on the surface of the iridium oxide film. And a forming step.

本発明の電極の製造方法では、上述したように、本発明のイリジウム酸化膜の製造方法により、(110)結晶面が選択的に配向したイリジウム酸化膜を形成し、その表面上に金属膜を形成することができるため、金属膜とイリジウム酸化膜との界面の密着性を高く、界面における剥離が起こりにくい電極を得ることができる。   In the method for producing an electrode of the present invention, as described above, an iridium oxide film having a (110) crystal plane selectively oriented is formed by the method for producing an iridium oxide film of the present invention, and a metal film is formed on the surface. Since it can be formed, it is possible to obtain an electrode having high adhesion at the interface between the metal film and the iridium oxide film and hardly causing peeling at the interface.

本発明の電極の製造方法において、前記金属膜としては、プラチナを含む膜が挙げられる。   In the electrode manufacturing method of the present invention, examples of the metal film include a film containing platinum.

本発明の誘電体キャパシタにおいて、前記金属膜としては、プラチナを含む膜が挙げられる。   In the dielectric capacitor of the present invention, examples of the metal film include a film containing platinum.

本発明の誘電体キャパシタの製造方法は、前記本発明の電極の製造方法を用いて第一電極を形成する第一電極形成工程と、前記第一電極の前記金属膜の表面上に誘電体膜を形成する誘電体膜形成工程と、前記誘電体膜の表面上に第二電極を形成する第二電極形成工程と、を含むことを特徴としている。   The dielectric capacitor manufacturing method of the present invention includes a first electrode forming step of forming a first electrode using the electrode manufacturing method of the present invention, and a dielectric film on the surface of the metal film of the first electrode. And a second electrode forming step of forming a second electrode on the surface of the dielectric film.

本発明の誘電体キャパシタの製造方法では、上述したように、本発明の電極の製造方法により、(110)結晶面が選択的に配向したイリジウム酸化膜の上に金属膜が形成された第一電極を形成することができるため、金属膜とイリジウム酸化膜との界面の密着性を高く、界面における剥離が起こりにくいことから、性能の高い誘電体キャパシタを得ることができる。   In the dielectric capacitor manufacturing method of the present invention, as described above, the metal film is formed on the iridium oxide film in which the (110) crystal plane is selectively oriented by the electrode manufacturing method of the present invention. Since the electrode can be formed, the adhesion at the interface between the metal film and the iridium oxide film is high, and peeling at the interface hardly occurs, so that a high performance dielectric capacitor can be obtained.

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板を準備する半導体基板準備工程と、前記半導体基板にトランジスタを形成するトランジスタ形成工程と、前記半導体基板の上方に、本発明の誘電体キャパシタの製造方法を用いて誘電体キャパシタを形成する誘電体キャパシタ形成工程と、を含むことを特徴としている。   The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate preparation step of preparing a semiconductor substrate, a transistor formation step of forming a transistor on the semiconductor substrate, and a method of manufacturing a dielectric capacitor of the present invention above the semiconductor substrate. And a dielectric capacitor forming step of forming a dielectric capacitor by using.

本発明の半導体装置の製造方法では、上述したように、本発明の誘電体キャパシタの製造方法により、(110)結晶面が選択的に配向したイリジウム酸化膜の上に金属膜が形成された第一電極を形成することができるため、金属膜とイリジウム酸化膜との界面の密着性が高く、界面における剥離が起こりにくいことから、性能の高い半導体装置を得ることができる   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, as described above, the metal film is formed on the iridium oxide film in which the (110) crystal plane is selectively oriented by the dielectric capacitor manufacturing method of the present invention. Since one electrode can be formed, the adhesiveness at the interface between the metal film and the iridium oxide film is high, and peeling at the interface is unlikely to occur, so that a semiconductor device with high performance can be obtained.

本発明の半導体装置の製造方法において、前記誘電体キャパシタの前記第一電極と、前記トランジスタと、を電気的に接続する接続工程を更に含むことが好適である。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is preferable that the method further includes a connecting step of electrically connecting the first electrode of the dielectric capacitor and the transistor.

上記工程においては、例えばトランジスタ直上にキャパシタを設けることができるので、微細化に適する。これに加え、上述したように、本発明の誘電体キャパシタの製造方法により、(110)結晶面が選択的に配向したイリジウム酸化膜の上に金属膜が形成された第一電極を形成することができるため、金属膜とイリジウム酸化膜との界面の密着性が高く、界面における剥離が起こりにくいことから、性能の高い半導体装置を得ることができる。   In the above process, for example, a capacitor can be provided immediately above the transistor, which is suitable for miniaturization. In addition, as described above, the first electrode in which the metal film is formed on the iridium oxide film with the (110) crystal plane selectively oriented is formed by the dielectric capacitor manufacturing method of the present invention. Therefore, the adhesiveness at the interface between the metal film and the iridium oxide film is high, and peeling at the interface hardly occurs, so that a semiconductor device with high performance can be obtained.

本発明によれば、イリジウム酸化膜の表面上に他の膜を形成した場合に、その他の膜とイリジウム酸化膜との界面における密着性の高い、イリジウム酸化膜の製造方法を提供することができる。また本発明によれば、金属膜とイリジウム酸化膜との界面における密着性の高い電極の製造方法、誘電体キャパシタの製造方法、及び半導体装置の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when another film | membrane is formed on the surface of an iridium oxide film, the manufacturing method of an iridium oxide film with high adhesiveness in the interface of another film | membrane and an iridium oxide film can be provided. . Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing an electrode having high adhesion at the interface between the metal film and the iridium oxide film, a method for manufacturing a dielectric capacitor, and a method for manufacturing a semiconductor device.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

[1]イリジウム酸化膜
本発明のイリジウム酸化膜は、(110)結晶面が選択的に配向している。本発明において「(110)結晶面が選択的に配向している」とは、(110)結晶面からのX線回折強度をI110、(200)結晶面からのX線回折強度をI200とした場合において、I110/I200の値が8以上またはI200=0であることを意味する。
[1] Iridium Oxide Film In the iridium oxide film of the present invention, the (110) crystal plane is selectively oriented. In the present invention, “(110) crystal plane is selectively oriented” means that the X-ray diffraction intensity from the (110) crystal plane is I 110 , and the X-ray diffraction intensity from the (200) crystal plane is I 200. In this case, the value of I 110 / I 200 is 8 or more or I 200 = 0.

110/I200値は、20以上であることが好ましく、30以上であることがより好ましい。 The I 110 / I 200 value is preferably 20 or more, and more preferably 30 or more.

またX線回折強度は、市販のX線回折装置(例えば、島津製作所製、MAXIMA_X XRD−7000)を用いて測定することができる。
ちなみに、X線回折強度の絶対値(例えば、I110、I200など)は、X線源の強度、サンプル膜厚、積算時間等に依存した非物理量となるが、本発明において定義したI110/I200値は同一サンプルにおけるI110値とI200値との比であるため、測定条件に依存せず、純粋に膜中に含まれる結晶面の配向比を示している。(110)結晶面の配向と(200)結晶面の配向が1:1で混合しているイリジウム酸化膜(例えば、パウダー状態等)のI110/I200値は4となる(例えば、JCPDSカード参照)。
Further, the X-ray diffraction intensity can be measured using a commercially available X-ray diffraction apparatus (for example, MAXIMA_X XRD-7000, manufactured by Shimadzu Corporation).
Incidentally, the absolute value of the X-ray diffraction intensity (for example, I 110 , I 200, etc.) is a non-physical quantity depending on the intensity of the X-ray source, the film thickness of the sample, the integration time, etc. I 110 defined in the present invention. Since the / I 200 value is a ratio of the I 110 value and the I 200 value in the same sample, it does not depend on the measurement conditions and purely indicates the orientation ratio of crystal planes contained in the film. The I 110 / I 200 value of an iridium oxide film (for example, a powder state) in which (110) crystal plane orientation and (200) crystal plane orientation are mixed at 1: 1 is 4 (eg, JCPDS card) reference).

本発明のイリジウム酸化膜の製造方法は、「イリジウムを含むターゲット」を用い、「酸素を含むガス」を導入しながらスパッタリングする反応性スパッタリング法により、成膜温度が275℃以上400℃以下の条件およびスパッタ圧力が0.69Pa(5.2mTorr)以上1.09Pa(8.2mTorr)以下の条件下で、イリジウム酸化膜を形成する。   The manufacturing method of the iridium oxide film of the present invention is such that a film forming temperature is 275 ° C. or higher and 400 ° C. or lower by a reactive sputtering method using a “target containing iridium” and sputtering while introducing “a gas containing oxygen”. Further, an iridium oxide film is formed under the condition that the sputtering pressure is 0.69 Pa (5.2 mTorr) or more and 1.09 Pa (8.2 mTorr) or less.

本発明において成膜温度とは、スパッタリング中における基板の温度を言う。成膜温度は、275℃以上400℃以下であるが、300℃以上350℃以下が好ましく、315℃以上335℃以下がより好ましい。   In the present invention, the film formation temperature refers to the temperature of the substrate during sputtering. The film formation temperature is 275 ° C. or more and 400 ° C. or less, preferably 300 ° C. or more and 350 ° C. or less, and more preferably 315 ° C. or more and 335 ° C. or less.

本発明においてスパッタ圧力とは、成膜チャンバー内における「酸素を含むガス」の全圧力を言う。スパッタ圧力は、0.69Pa(5.2mTorr)以上1.09Pa(8.2mTorr)であるが、0.76Pa(5.7mTorr)以上1.03Pa(7.7mTorr)以下が好ましい。   In the present invention, the sputtering pressure refers to the total pressure of the “gas containing oxygen” in the film forming chamber. The sputtering pressure is 0.69 Pa (5.2 mTorr) or more and 1.09 Pa (8.2 mTorr), preferably 0.76 Pa (5.7 mTorr) or more and 1.03 Pa (7.7 mTorr) or less.

成膜温度及びスパッタ圧力を上記条件とすることで、(110)結晶面が選択的に配向するイリジウム酸化膜が得られる。具体的には、例えばI110/I200値が8以上のイリジウム酸化膜が得られる。 By setting the film forming temperature and the sputtering pressure to the above conditions, an iridium oxide film in which the (110) crystal plane is selectively oriented can be obtained. Specifically, for example, an iridium oxide film having an I 110 / I 200 value of 8 or more is obtained.

「イリジウムを含むターゲット」においては、例えば、純度が3N5(99.95%)以上(好ましくは4N(99.99%)以上)のイリジウム単体が用いられる。   In the “target containing iridium”, for example, iridium alone having a purity of 3N5 (99.95%) or more (preferably 4N (99.99%) or more) is used.

「酸素を含むガス」においては、例えば不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、二酸化炭素ガス、希ガス等が挙げられる。希ガスとしては例えば、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガスなどが挙げられる。これらの中でも希ガスが好ましく、特にアルゴンガスが好ましい。   In the “gas containing oxygen”, for example, a mixed gas of an inert gas and an oxygen gas can be used. Examples of the inert gas include nitrogen gas, carbon dioxide gas, and rare gas. Examples of the rare gas include helium gas, neon gas, and argon gas. Among these, rare gas is preferable, and argon gas is particularly preferable.

「酸素を含むガス」中に含まれる酸素の含有量は、酸素ガスの流量をFO2、酸素以外のガスの流量をFとすると、FO2/F値が0.25以上0.40以下であり、0.3以上0.35以下であることが好ましい。 The content of oxygen contained in the “gas containing oxygen” is such that the flow rate of oxygen gas is F 2 O2 and the flow rate of gases other than oxygen is F 1 , and the F 2 O / F 1 value is 0.25 or more and 0.40. or less, it is favorable preferable is 0.3 or more 0.35 or less.

スパッタリング時の出力(DCスパッタパワー)は、0.5kW以上1kW以下が好ましく、0.50kW以上0.75kW以下がより好ましい。
DCスパッタパワーが0.5kW以上1kW以下であることにより、安定に放電させることができ、還元された膜(イリジウム膜)の生成を抑えることができる。
The output during sputtering (DC sputtering power) is preferably 0.5 kW or more and 1 kW or less, and more preferably 0.50 kW or more and 0.75 kW or less.
When the DC sputtering power is 0.5 kW or more and 1 kW or less, it is possible to stably discharge and suppress the formation of a reduced film (iridium film).

以上説明した本発明のイリジウム酸化膜は、従来のイリジウム酸化膜に比べて膜表面の凸凹が大きいため、イリジウム酸化膜の表面上に他の膜(例えば金属膜等)を形成した場合における、他の膜とイリジウム酸化膜との界面の密着性を高くすることができる。   Since the iridium oxide film of the present invention described above has a larger unevenness on the surface of the film than the conventional iridium oxide film, other iridium oxide films when other films (such as metal films) are formed on the surface of the iridium oxide film. The adhesion between the film and the iridium oxide film can be increased.

ここで図1に、本発明のイリジウム酸化膜の一例を断面図で示す。なお図1は、SEM(走査型電子顕微鏡)像である。図1に示すイリジウム酸化膜は、組成がIrOで(110)結晶面が選択的に配向しており、例えばI110/I200値が35である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the iridium oxide film of the present invention. FIG. 1 is an SEM (scanning electron microscope) image. The iridium oxide film shown in FIG. 1 has a composition of IrO 2 and a (110) crystal plane is selectively oriented. For example, the I 110 / I 200 value is 35.

また図1に示すイリジウム酸化膜は、例えば、次のように成膜したものである。すなわち、イリジウム含有率が99.95%のイリジウムターゲットを用い、酸素ガスとアルゴンガスの混合ガス(FO2/F=0.33)を導入しながら、成膜温度が325℃、スパッタ圧力が0.89Pa(0.67mTorr)、DCスパッタパワーが0.5kWの条件下で、スパッタリングしたものである。 The iridium oxide film shown in FIG. 1 is formed as follows, for example. In other words, the iridium content with 99.95% of the iridium target, while introducing a mixed gas of oxygen gas and argon gas (F O2 / F I = 0.33 ), the film formation temperature of 325 ° C., the sputtering pressure Sputtering is performed under the conditions of 0.89 Pa (0.67 mTorr) and DC sputtering power of 0.5 kW.

一方図2に、比較のために従来のイリジウム酸化膜の一例を断面図で示す。なお図2もSEM(走査型電子顕微鏡)像である。図2に示す従来のイリジウム酸化膜は、組成がIrOで(200)結晶面が選択的に配向しており、例えばI110/I200値が0.1である。 On the other hand, FIG. 2 shows a cross-sectional view of an example of a conventional iridium oxide film for comparison. FIG. 2 is also an SEM (scanning electron microscope) image. The conventional iridium oxide film shown in FIG. 2 has a composition of IrO 2 and a (200) crystal plane is selectively oriented. For example, the I 110 / I 200 value is 0.1.

また図2に示す従来のイリジウム酸化膜は、例えば次のように成膜したものである。すなわち、イリジウム含有率が99.95%のイリジウムターゲットを用い、酸素ガスとアルゴンガスの混合ガス(FO2/F=0.33)を導入しながら、成膜温度が300℃、混合ガスの圧力が1.33Pa(10mTorr)、DCスパッタパワーが0.5kWの条件下で、スパッタリングしたものである。 The conventional iridium oxide film shown in FIG. 2 is formed as follows, for example. In other words, the iridium content with 99.95% of the iridium target, while introducing a mixed gas of oxygen gas and argon gas (F O2 / F I = 0.33 ), the film formation temperature of 300 ° C., a mixed gas Sputtering is performed under the conditions of a pressure of 1.33 Pa (10 mTorr) and a DC sputtering power of 0.5 kW.

図1と図2との比較からわかるように、図1に示すイリジウム酸化膜表面の凸凹が、図2に示す従来のイリジウム酸化膜表面の凸凹に比べて、大きい。   As can be seen from a comparison between FIG. 1 and FIG. 2, the unevenness on the surface of the iridium oxide film shown in FIG. 1 is larger than the unevenness on the surface of the conventional iridium oxide film shown in FIG.

イリジウム酸化膜表面の凸凹が大きいことにより、イリジウム酸化膜と他の膜との界面における密着性が高くなるメカニズムについては明らかではないが、理論上では以下の二つが考えられる。   The mechanism by which the adhesion at the interface between the iridium oxide film and the other film is increased due to the large unevenness on the surface of the iridium oxide film is not clear, but the following two are theoretically considered.

一つ目は、機械的結合作用によるものであり、アンカー効果として知られている。アンカー効果とは、表面状態が荒れた膜の界面では接触面積が増大するため、その結果として、相互の膜成分の拡散や、粒界及び空隙への互いの膜の入り込みによって、密着力が上がることである。   The first is due to the mechanical coupling action, which is known as the anchor effect. The anchor effect is that the contact area increases at the interface of a film with a rough surface, and as a result, the adhesion increases due to the diffusion of the film components into each other and the penetration of the film into the grain boundaries and voids. That is.

二つ目は、物理的相互作用によるものであり、ファン・デル・ワールス力として知られている、分子相互に働く電磁気学的な力によるものである。   The second is due to physical interaction and is due to electromagnetic forces acting on molecules, known as van der Waals forces.

上記二つの作用については、直接的に膜間に働く力を評価することは困難なため、以下の方法により、イリジウム酸化膜とプラチナ膜との間の密着エネルギーを、イリジウム酸化膜として図1に示すイリジウム酸化膜を用いた場合と、図2に示す従来のイリジウム酸化膜を用いた場合との、差異で比較することができる。   With respect to the above two actions, it is difficult to directly evaluate the force acting between the films. Therefore, the adhesion energy between the iridium oxide film and the platinum film is converted into an iridium oxide film as shown in FIG. Comparison can be made between the case where the iridium oxide film shown is used and the case where the conventional iridium oxide film shown in FIG. 2 is used.

具体的には、上記密着エネルギーを算出するために、図1または図2に示すイリジウム酸化膜の表面上にプラチナ膜を積層した後、750℃において0.5時間の高温処理を施すことによってプラチナ膜を意図的に凝集させてプラチナ凝集体を形成させ、プラチナ凝集体の接触角を求めた。   Specifically, in order to calculate the above adhesion energy, a platinum film is laminated on the surface of the iridium oxide film shown in FIG. 1 or FIG. 2, and then subjected to a high temperature treatment at 750 ° C. for 0.5 hours. The membrane was intentionally aggregated to form platinum aggregates, and the contact angle of the platinum aggregates was determined.

イリジウム酸化膜として図1に示すイリジウム酸化膜を用いた場合における高温処理後の積層膜の断面図の一例を図3に示す。一方、イリジウム酸化膜として図2に示す従来のイリジウム酸化膜を用いた場合における高温処理後の積層膜の断面図の一例を図4に示す。なお、図3および図4も、SEM(走査型電子顕微鏡)像である。   FIG. 3 shows an example of a cross-sectional view of the laminated film after the high temperature treatment when the iridium oxide film shown in FIG. 1 is used as the iridium oxide film. On the other hand, FIG. 4 shows an example of a cross-sectional view of the laminated film after the high temperature treatment when the conventional iridium oxide film shown in FIG. 2 is used as the iridium oxide film. 3 and 4 are also SEM (scanning electron microscope) images.

ここで、プラチナ凝集体の接触角は、以下のようにして求めることができる。
上記断面SEM像を用い、イリジウム酸化膜表面とプラチナ凝集体表面のなす角を計測する。この計測を15ヶ所(15サンプル)について行い、得られた値の平均値を接触角とする。
Here, the contact angle of the platinum aggregate can be determined as follows.
Using the cross-sectional SEM image, the angle between the iridium oxide film surface and the platinum aggregate surface is measured. This measurement is performed at 15 locations (15 samples), and the average value of the obtained values is defined as the contact angle.

上記のようにして求められた、図3および図4に示す高温処理後の積層膜におけるプラチナの接触角は、それぞれ48度および69.1度であった。   The contact angles of platinum in the laminated film after the high-temperature treatment shown in FIGS. 3 and 4 obtained as described above were 48 degrees and 69.1 degrees, respectively.

また、イリジウム酸化膜とプラチナ膜との間の密着エネルギーEIrPtは、下記式で表すことができる。
式:EIrPt=γPt(1+cosθ)
ここで、θは上記プラチナ凝集体の接触角、γPtはプラチナ凝集体の表面エネルギーを示す。
Further, the adhesion energy E IrPt between the iridium oxide film and the platinum film can be expressed by the following formula.
Formula: E IrPt = γ Pt (1 + cos θ)
Here, θ represents the contact angle of the platinum aggregate, and γ Pt represents the surface energy of the platinum aggregate.

上記の式より、図2に示す従来のイリジウム酸化膜を用いた場合における上記密着エネルギーを1とした場合の、図1に示すイリジウム酸化膜を用いた場合における上記密着エネルギーの相対値は、1.23となった。よって、図2に示す従来のイリジウム酸化膜に比べて、図1に示すイリジウム酸化膜は、23%の密着エネルギーの改善効果が得られたことが分かる。   From the above equation, the relative value of the adhesion energy in the case of using the iridium oxide film shown in FIG. 1 when the adhesion energy in the case of using the conventional iridium oxide film shown in FIG. .23. Therefore, it can be seen that the iridium oxide film shown in FIG. 1 has an effect of improving the adhesion energy of 23% as compared with the conventional iridium oxide film shown in FIG.

以上の結果からも、本発明のイリジウム酸化膜は、上記の通り(110)結晶面が選択的に配向していることにより、従来のイリジウム酸化膜に比べて膜表面の凸凹が大きいため、上記アンカー効果やファン・デル・ワールス力による効果により、密着性が高くなると考えられる。   Also from the above results, the iridium oxide film of the present invention has the (110) crystal plane selectively oriented as described above, and thus the film surface has a larger unevenness than the conventional iridium oxide film. Adhesion is considered to increase due to the anchor effect and the effects of van der Waals forces.

一方、このような(110)結晶面が選択的に配向しているイリジウム酸化膜は、上述のように、その成膜において、成膜温度およびスパッタ圧力を所定の範囲に制御することで得られる。   On the other hand, such an iridium oxide film in which the (110) crystal plane is selectively oriented can be obtained by controlling the film formation temperature and the sputtering pressure within a predetermined range in the film formation as described above. .

ここで、図1に示すイリジウム酸化膜の成膜条件を変え、(110)結晶面からのX線回折強度I110、及び(200)結晶面からのX線回折強度I200の変化を調べた。なお、I110及びI200は、相対強度である。 Here, the film formation conditions of the iridium oxide film shown in FIG. 1 were changed, and changes in the X-ray diffraction intensity I 110 from the (110) crystal plane and the (200) X-ray diffraction intensity I 200 from the crystal plane were examined. . I 110 and I 200 are relative intensities.

具体的には、図1に示すイリジウム酸化膜の成膜条件において、スパッタ圧力を0.69Pa(5.2mTorr)、0.89Pa(6.7mTorr)、1.09Pa(8.2mTorr)、1.28Pa(9.6mTorr)、1.47Pa(11.0mTorr)と変えて成膜を行った。スパッタ圧力の変化に対する、I110及びI200の変化を図5に示す。 Specifically, the sputtering pressure is 0.69 Pa (5.2 mTorr), 0.89 Pa (6.7 mTorr), 1.09 Pa (8.2 mTorr) under the film forming conditions of the iridium oxide film shown in FIG. The film formation was performed at 28 Pa (9.6 mTorr) and 1.47 Pa (11.0 mTorr). FIG. 5 shows changes in I 110 and I 200 with respect to changes in the sputtering pressure.

一方、図1に示すイリジウム酸化膜の成膜条件において、成膜温度を200℃、250℃、275℃、300℃、350℃、375℃、400℃、425℃、500℃と変えて成膜を行った。温度の変化に対する、I110及びI200の変化を図6に示す。 On the other hand, under the iridium oxide film formation conditions shown in FIG. 1, the film formation temperature was changed to 200 ° C., 250 ° C., 275 ° C., 300 ° C., 350 ° C., 375 ° C., 400 ° C., 425 ° C., and 500 ° C. Went. FIG. 6 shows changes in I 110 and I 200 with respect to changes in temperature.

図5および図6に示すように、イリジウム酸化膜の成膜時に、成膜温度およびスパッタ温度を所定の範囲に制御(具体的には、上記範囲)することで、(110)結晶面が選択的に配向したイリジウム酸化膜を得られることが分かる。   As shown in FIGS. 5 and 6, the (110) crystal plane is selected by controlling the film formation temperature and the sputtering temperature within a predetermined range (specifically, the above range) when forming the iridium oxide film. It can be seen that an oriented iridium oxide film can be obtained.

[2]電極、誘電体キャパシタ、半導体装置
以下、本発明の電極、誘電体キャパシタ、及び半導体装置、並びに、それらの製造方法について、図面を参照しつつ説明する。なお、実質的に同一の機能を有する部材には全図面通して同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。
[2] Electrode, Dielectric Capacitor, Semiconductor Device Hereinafter, an electrode, a dielectric capacitor, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is provided to the member which has the substantially same function through all the drawings, and the overlapping description may be abbreviate | omitted.

図7は、本発明の半導体装置の好適な一実施形態の構造を示す断面図である。本実施形態における半導体装置はスタック型の半導体装置である。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a preferred embodiment of the semiconductor device of the present invention. The semiconductor device in this embodiment is a stack type semiconductor device.

図7に示す半導体装置10は、素子分離絶縁層14により分離された領域をもつ半導体基板12を有し、半導体基板12上にトランジスタ20が形成されている。また半導体基板12およびトランジスタ20の上方には、第一層間絶縁膜30を介して誘電体キャパシタ40が形成されている。さらに、誘電体キャパシタ40を覆うように第二層間絶縁膜70が形成されている。   A semiconductor device 10 illustrated in FIG. 7 includes a semiconductor substrate 12 having a region separated by an element isolation insulating layer 14, and a transistor 20 is formed on the semiconductor substrate 12. A dielectric capacitor 40 is formed above the semiconductor substrate 12 and the transistor 20 via a first interlayer insulating film 30. Further, a second interlayer insulating film 70 is formed so as to cover the dielectric capacitor 40.

誘電体キャパシタ40は、本発明の誘電体キャパシタを適用している。図7に示すように、誘電体キャパシタ40は、半導体基板12に近い側から、下部電極膜50、誘電体膜60、上部電極膜62、が順に積層した構成となっている。   The dielectric capacitor 40 is the dielectric capacitor of the present invention. As shown in FIG. 7, the dielectric capacitor 40 has a configuration in which a lower electrode film 50, a dielectric film 60, and an upper electrode film 62 are sequentially stacked from the side close to the semiconductor substrate 12.

下部電極膜50は、本発明の電極を適用している。図7に示すように、下部電極膜50は、例えば半導体基板12に近い側から、TiAlN膜52、イリジウム膜54、イリジウム酸化膜56、プラチナ膜58、が順に積層した構成となっている。
ここでイリジウム酸化膜56は、上述した本発明のイリジウム酸化膜を適用している。
The electrode of the present invention is applied to the lower electrode film 50. As shown in FIG. 7, the lower electrode film 50 has a configuration in which, for example, a TiAlN film 52, an iridium film 54, an iridium oxide film 56, and a platinum film 58 are sequentially stacked from the side close to the semiconductor substrate 12.
Here, the above-described iridium oxide film of the present invention is applied to the iridium oxide film 56.

TiAlN膜52、イリジウム膜54、イリジウム酸化膜56、プラチナ膜58の膜厚は、本実施形態においては、例えばそれぞれ50nm、50nm、50nm、100nmである。上記膜厚は、半導体装置の機能等によって、随時最適化することができる。   In the present embodiment, the thicknesses of the TiAlN film 52, the iridium film 54, the iridium oxide film 56, and the platinum film 58 are, for example, 50 nm, 50 nm, 50 nm, and 100 nm, respectively. The film thickness can be optimized as needed depending on the function of the semiconductor device and the like.

下部電極膜50は、上記構成に限られず、例えば半導体基板12に近い側から、TiN膜/イリジウム膜/イリジウム酸化膜/プラチナ膜等の4層構成、TiAlN膜/イリジウム酸化膜/プラチナ膜等の3層構成であってもよく、無論イリジウム酸化膜/プラチナ膜等の2層構成であってもよい。またプラチナ膜58の代わりに、例えば、Pd膜、Au膜等の金属膜を用いてもよい。ただし本実施形態においては、下部電極膜50は、少なくとも、半導体基板12に近い側からイリジウム酸化膜/金属膜の構成を含む。
また下部電極膜50は、本実施形態における半導体装置がスタック型であるため、積層されたすべての膜が導電膜である必要がある。
The lower electrode film 50 is not limited to the above-described configuration. For example, from the side close to the semiconductor substrate 12, a four-layer configuration such as a TiN film / iridium film / iridium oxide film / platinum film, a TiAlN film / iridium oxide film / platinum film, etc. A three-layer structure may be used, and of course, a two-layer structure such as an iridium oxide film / platinum film may be used. Instead of the platinum film 58, for example, a metal film such as a Pd film or an Au film may be used. However, in the present embodiment, the lower electrode film 50 includes at least a configuration of an iridium oxide film / metal film from the side close to the semiconductor substrate 12.
Further, since the lower electrode film 50 is a stack type semiconductor device in the present embodiment, all the stacked films need to be conductive films.

誘電体膜60は、本実施形態においては、例えばSrBiTa膜を用いている。しかし誘電体膜60は、これに限られず、例えば、その他の金属酸化物強誘電体(以下、「強誘電体」と略す場合がある)、金属酸化物常誘電体(以下、「高誘電体」と略す場合がある)等の膜を用いることができる。本発明において高誘電体は、比誘電率が10以上の常誘電体と定義する。 In the present embodiment, for example, an SrBi 2 Ta 2 O 9 film is used as the dielectric film 60. However, the dielectric film 60 is not limited to this, for example, other metal oxide ferroelectrics (hereinafter may be abbreviated as “ferroelectric”), metal oxide paraelectric (hereinafter “high dielectric”). Or the like.) May be used. In the present invention, the high dielectric is defined as a paraelectric having a relative dielectric constant of 10 or more.

強誘電体としては、例えば、Bi層状化合物(SBT)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等が挙げられる。Bi層状化合物としては例えば、本実施形態で用いているSrBiTa、他の組成におけるSrBiTaO化合物、及びSrBiTaOに添加物(例えば、Nbなど)を加えた(または置換した)化合物等が挙げられる。またチタン酸ジルコン酸鉛としては、Pb(Zr1−xTi)O、他の組成におけるPbZrTiO、及びPbZrTiOに添加物(例えば、La,Caなど)を加えた(または置換した)化合物、チタン酸ビスマスにランタンを添加した化合物(BLT)等が挙げられる。また強誘電体として、以上に述べた強誘電体材料にその他の誘電体材料を固溶したものも含まれる。
また高誘電体としては、例えば、BST((Ba,Sr)TiO)、STO(SrTiO)、BTO(BaTiO)などが挙げられる。
誘電体膜60の膜厚は、本実施形態においては例えば120nmであるが、半導体装置の機能等によって随時最適化することができる。
Examples of the ferroelectric include Bi layered compound (SBT) and lead zirconate titanate (PZT). Examples of Bi layered compounds include SrBi 2 Ta 2 O 9 used in the present embodiment, SrBiTaO compounds in other compositions, and compounds obtained by adding (or substituting) additives (for example, Nb) to SrBiTaO. Can be mentioned. Further, as lead zirconate titanate, Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 , PbZrTiO in other compositions, and a compound obtained by adding (or replacing) an additive (for example, La, Ca, etc.) to PbZrTiO, Examples thereof include a compound (BLT) obtained by adding lanthanum to bismuth titanate. In addition, the ferroelectric material includes those obtained by dissolving other dielectric materials in the above-described ferroelectric material.
Examples of the high dielectric material include BST ((Ba, Sr) TiO 3 ), STO (SrTiO 3 ), and BTO (BaTiO 3 ).
The thickness of the dielectric film 60 is, for example, 120 nm in the present embodiment, but can be optimized as needed depending on the function of the semiconductor device.

上部電極膜62は、本実施形態においては、例えばプラチナ膜を用いている。しかし上部電極膜62は、これに限られず、例えばイリジウム酸化膜、ルテニウム酸化膜などを用いることができる。上部電極膜62の膜厚は、本実施形態においては例えば150nmであるが、半導体装置の機能等によって随時最適化することができる。   In the present embodiment, for example, a platinum film is used for the upper electrode film 62. However, the upper electrode film 62 is not limited to this, and for example, an iridium oxide film, a ruthenium oxide film, or the like can be used. The thickness of the upper electrode film 62 is, for example, 150 nm in the present embodiment, but can be optimized as needed depending on the function of the semiconductor device and the like.

トランジスタ20は、図7に示すように、半導体基板12上の、素子分離絶縁層14により分離された領域に形成されており、ソース領域22、ドレイン領域24、ゲート絶縁膜26、及びゲート電極28で構成されている。
ソース領域22およびドレイン領域24は、半導体基板12の表面上に、イオン等の不純物を注入することにより、互いに離間するように形成されている。またゲート電極28は、ソース領域22及びドレイン領域24の間にある活性領域の上に、ゲート絶縁膜26を介して形成されている。
As illustrated in FIG. 7, the transistor 20 is formed in a region on the semiconductor substrate 12 separated by the element isolation insulating layer 14, and includes a source region 22, a drain region 24, a gate insulating film 26, and a gate electrode 28. It consists of
The source region 22 and the drain region 24 are formed on the surface of the semiconductor substrate 12 so as to be separated from each other by implanting impurities such as ions. The gate electrode 28 is formed on the active region between the source region 22 and the drain region 24 via the gate insulating film 26.

半導体基板12は、本実施形態においてはシリコン基板を用いているがこれに限られず、例えばSOI(Silicon on Insulator)基板等を用いることもできる。   In the present embodiment, the semiconductor substrate 12 is a silicon substrate. However, the present invention is not limited to this. For example, an SOI (Silicon on Insulator) substrate or the like can also be used.

素子分離絶縁層14は、本実施形態においては、例えば半導体基板12の表面を局所酸化させた構成であるが、これに限られず、半導体基板12の表面上に形成された絶縁性の薄膜等、他の構成を適用することもできる。   In the present embodiment, the element isolation insulating layer 14 has a configuration in which, for example, the surface of the semiconductor substrate 12 is locally oxidized, but is not limited thereto, and an insulating thin film formed on the surface of the semiconductor substrate 12, etc. Other configurations can also be applied.

第一層間絶縁膜30は、トランジスタ20を覆うように形成されている。また第二層間絶縁膜70は、第一層間絶縁膜30及び誘電体キャパシタ40を覆うように形成されている。   The first interlayer insulating film 30 is formed so as to cover the transistor 20. The second interlayer insulating film 70 is formed so as to cover the first interlayer insulating film 30 and the dielectric capacitor 40.

第一層間絶縁膜30及び第二層間絶縁膜70には、図7に示すように、それぞれ第一コンタクトホール32及び第三コンタクトホール72が形成され、そこに第一プラグ36及び第三プラグ76が埋め込まれている。第一プラグ36は、一方がトランジスタ20のドレイン領域24に、他方が第三プラグ76に、電気的に接続されている。また第三プラグ76は、一方が第一プラグ36に電気的に接続され、他方が外部と電気的に接続できるようになっている。この構成により、トランジスタ20のドレイン領域24は、外部と電気的に接続させている。   As shown in FIG. 7, a first contact hole 32 and a third contact hole 72 are formed in the first interlayer insulating film 30 and the second interlayer insulating film 70, respectively. 76 is embedded. One of the first plugs 36 is electrically connected to the drain region 24 of the transistor 20 and the other is electrically connected to the third plug 76. One of the third plugs 76 is electrically connected to the first plug 36 and the other can be electrically connected to the outside. With this configuration, the drain region 24 of the transistor 20 is electrically connected to the outside.

また第一層間絶縁膜30には、図7に示すように、第二コンタクトホール34が形成され、そこに第二プラグ38が埋め込まれている。第二プラグ38は、一方がトランジスタ20のソース領域22に、他方が誘電体キャパシタ40の下部電極膜50に、電気的に接続されている。この構成により、トランジスタ20のソース領域は、誘電体キャパシタと電気的に接続されている。   Further, as shown in FIG. 7, a second contact hole 34 is formed in the first interlayer insulating film 30, and a second plug 38 is embedded therein. One of the second plugs 38 is electrically connected to the source region 22 of the transistor 20 and the other is electrically connected to the lower electrode film 50 of the dielectric capacitor 40. With this configuration, the source region of the transistor 20 is electrically connected to the dielectric capacitor.

さらに第二層間絶縁膜70には、図7に示すように、第四コンタクトホール74が形成され、そこに第四プラグ78が埋め込まれている。第四プラグ78は、一方が誘電体キャパシタ40の上部電極膜62に電気的に接続され、他方が外部と電気的に接続できるようになっている。この構成により、誘電体キャパシタ40は、外部と電気的に接続させている。   Further, as shown in FIG. 7, a fourth contact hole 74 is formed in the second interlayer insulating film 70, and a fourth plug 78 is embedded therein. One of the fourth plugs 78 is electrically connected to the upper electrode film 62 of the dielectric capacitor 40 and the other can be electrically connected to the outside. With this configuration, the dielectric capacitor 40 is electrically connected to the outside.

第一プラグ36、第二プラグ38、第三プラグ76、第四プラグ78は、本実施形態においては、例えばタングステンが用いられているが、これに限られず、銅等の導電性材料を用いることができる。   In the present embodiment, for example, tungsten is used for the first plug 36, the second plug 38, the third plug 76, and the fourth plug 78. However, the present invention is not limited to this, and a conductive material such as copper is used. Can do.

次に、本実施形態に係る半導体装置10を、図を参照しつつ、本実施形態の半導体装置の製造方法に従ってより詳細に説明する。   Next, the semiconductor device 10 according to the present embodiment will be described in more detail according to the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment with reference to the drawings.

まず図8−1(A)に示すように、半導体基板12を準備する。
次に、図8−1(B)に示すように、半導体基板12表面上の所定の位置を例えば局所的に酸化させることにより、素子と素子を分離するための素子分離絶縁層14を形成する。
First, as shown in FIG. 8A, a semiconductor substrate 12 is prepared.
Next, as shown in FIG. 8B, a predetermined position on the surface of the semiconductor substrate 12 is locally oxidized, for example, thereby forming an element isolation insulating layer 14 for separating the elements from each other. .

次に、素子分離絶縁層14により分離された領域の一部に例えばイオン注入を行うことによって拡散層を形成し、ソース領域22及びドレイン領域24とする。ここで、ソース領域及びドレイン領域は、互いに離間するように形成し、当該領域間に活性領域を形成する。   Next, a diffusion layer is formed by performing ion implantation, for example, in part of the region separated by the element isolation insulating layer 14 to form the source region 22 and the drain region 24. Here, the source region and the drain region are formed so as to be separated from each other, and an active region is formed between the regions.

次に、半導体基板12の上記活性領域の表面上に、例えばシリコン酸化膜及びポリシリコン膜をそれぞれ順次積層し、フォトリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングすることにより、それぞれゲート絶縁膜26及びゲート電極28を形成する。   Next, for example, a silicon oxide film and a polysilicon film are sequentially laminated on the surface of the active region of the semiconductor substrate 12 and patterned by photolithography and etching, thereby forming a gate insulating film 26 and a gate electrode 28, respectively. To do.

次に図8−1(C)に示すように、半導体基板12上のトランジスタ20および素子分離絶縁層14を覆うように、例えば化学的気相成長(CVD)法により絶縁膜(例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等)を形成し、膜の表面を例えば化学機械的研磨(CMP)法により平坦化して、第一層間絶縁膜30を形成する。   Next, as shown in FIG. 8C, an insulating film (for example, a silicon oxide film) is formed by, for example, chemical vapor deposition (CVD) so as to cover the transistor 20 and the element isolation insulating layer 14 on the semiconductor substrate 12. The first interlayer insulating film 30 is formed by planarizing the surface of the film by, for example, a chemical mechanical polishing (CMP) method.

次に、第一層間絶縁膜30に対してフォトリソグラフィー及びエッチングを順次行うことにより、第一層間絶縁膜30を貫通し、トランジスタ20のドレイン領域24及びソース領域22に到達するように、それぞれ第一コンタクトホール32及び第二コンタクトホール34を形成する。   Next, photolithography and etching are sequentially performed on the first interlayer insulating film 30 so as to penetrate the first interlayer insulating film 30 and reach the drain region 24 and the source region 22 of the transistor 20. A first contact hole 32 and a second contact hole 34 are formed respectively.

さらに第一コンタクトホール32および第二コンタクトホール34の内部に、例えばスパッタ法により例えばタングステンを埋め込んだ後、第一層間絶縁膜30の表面と実質的に同一面位置となるまでCMPを行うことにより、第一プラグ36および第二プラグ38を形成する。   Further, for example, tungsten is buried in the first contact hole 32 and the second contact hole 34 by, for example, sputtering, and then CMP is performed until the surface is substantially flush with the surface of the first interlayer insulating film 30. Thus, the first plug 36 and the second plug 38 are formed.

図8−2(D)に示すように、第一層間絶縁膜30上に、誘電体キャパシタ40を、その下部電極膜50が第二プラグ38と電気的に接続するように形成する。   As shown in FIG. 8D, the dielectric capacitor 40 is formed on the first interlayer insulating film 30 so that the lower electrode film 50 is electrically connected to the second plug 38.

具体的には、まず第一層間絶縁膜30表面上に、TiAlN膜52及びイリジウム膜54を、スパッタ法により順次形成する。TiAlN膜52は、第二プラグ38と電気的に接続されるように形成される。
次に、イリジウム膜54の表面上に、本発明のイリジウム酸化膜の製造方法を用いて、イリジウム酸化膜56を形成する。
さらに、イリジウム酸化膜56の表面上に、プラチナ膜58をスパッタ法により形成する。
Specifically, first, a TiAlN film 52 and an iridium film 54 are sequentially formed on the surface of the first interlayer insulating film 30 by a sputtering method. The TiAlN film 52 is formed so as to be electrically connected to the second plug 38.
Next, an iridium oxide film 56 is formed on the surface of the iridium film 54 by using the iridium oxide film manufacturing method of the present invention.
Further, a platinum film 58 is formed on the surface of the iridium oxide film 56 by sputtering.

次に、プラチナ膜58の表面上に、誘電体膜60を形成する。誘電体膜60の形成は、例えば以下のようにして行う。まずプラチナ膜58の表面上に、ストロンチウム(Sr)、ビスマス(Bi)、及びタンタル(Ta)を含有するSBT前駆体溶液を、例えばスピンコート法などにより塗布し、その後酸素雰囲気下中にて750℃で5時間の熱処理が施される。   Next, a dielectric film 60 is formed on the surface of the platinum film 58. The dielectric film 60 is formed as follows, for example. First, an SBT precursor solution containing strontium (Sr), bismuth (Bi), and tantalum (Ta) is applied on the surface of the platinum film 58 by, for example, a spin coating method, and then 750 in an oxygen atmosphere. Heat treatment is performed at 5 ° C. for 5 hours.

さらに誘電体膜60の表面上に、スパッタ法を用いて、上部電極膜62を形成する。   Further, the upper electrode film 62 is formed on the surface of the dielectric film 60 by sputtering.

最後に、上記形成した各膜を、フォトリソグラフィーおよびエッチングを順次行うことにより、TiAlN膜52、イリジウム膜54、イリジウム酸化膜56、及びプラチナ膜58からなる下部電極膜50と、誘電体膜60と、上部電極膜62とを有する誘電体キャパシタ40を形成する。   Finally, each of the formed films is sequentially subjected to photolithography and etching, so that the lower electrode film 50 including the TiAlN film 52, the iridium film 54, the iridium oxide film 56, and the platinum film 58, the dielectric film 60, Then, the dielectric capacitor 40 having the upper electrode film 62 is formed.

図8−3(E)に示すように、誘電体キャパシタ40および第一層間絶縁膜30を覆うように、例えばCVD法により絶縁膜(例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等)を形成し、膜の表面を例えばCMP法により平坦化する事により、第二層間絶縁膜70を形成する。   As shown in FIG. 8-3 (E), an insulating film (for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, etc.) is formed by CVD, for example, so as to cover the dielectric capacitor 40 and the first interlayer insulating film 30. The second interlayer insulating film 70 is formed by planarizing the surface of the film by, for example, the CMP method.

次に、第二層間絶縁膜70に対してフォトリソグラフィー及びエッチングを順次行うことにより、第二層間絶縁膜70を貫通し、第一プラグ36及び誘電体キャパシタ40の上部電極膜62に到達するように、それぞれ第三コンタクトホール72及び第四コンタクトホール74を形成する。   Next, photolithography and etching are sequentially performed on the second interlayer insulating film 70 so as to penetrate the second interlayer insulating film 70 and reach the first plug 36 and the upper electrode film 62 of the dielectric capacitor 40. Then, a third contact hole 72 and a fourth contact hole 74 are formed, respectively.

さらに第三コンタクトホール72および第四コンタクトホール74の内部に、例えばスパッタ法により例えばタングステンを埋め込んだ後、第二層間絶縁膜70の表面と実質的に同一面位置となるまでCMPを行うことにより、第三プラグ76および第四プラグ78を形成する。   Further, for example, tungsten is buried in the third contact hole 72 and the fourth contact hole 74 by, for example, sputtering, and then CMP is performed until the surface is substantially flush with the surface of the second interlayer insulating film 70. The third plug 76 and the fourth plug 78 are formed.

このようにして、本実施形態における半導体装置10を製造することができる。   In this way, the semiconductor device 10 in this embodiment can be manufactured.

以上説明した本実施形態における半導体装置10では、イリジウム酸化膜56として本発明のイリジウム酸化膜を用いているため、イリジウム酸化膜56とプラチナ膜58との間における密着性が高く、半導体装置の製造過程(特に、下部電極を形成後に誘電体膜を形成する過程)において、高温処理が加わっても、熱膨張係数の違いに起因するイリジウム酸化膜とプラチナ膜との層間剥離が抑制される。このため、半導体装置10の性能を最大限に引き出すことができる。   In the semiconductor device 10 according to the present embodiment described above, since the iridium oxide film of the present invention is used as the iridium oxide film 56, the adhesion between the iridium oxide film 56 and the platinum film 58 is high, and the semiconductor device is manufactured. In the process (particularly, the process of forming the dielectric film after forming the lower electrode), even if high temperature treatment is applied, delamination between the iridium oxide film and the platinum film due to the difference in thermal expansion coefficient is suppressed. For this reason, the performance of the semiconductor device 10 can be maximized.

さらに本実施形態における半導体装置10は、イリジウム酸化膜56を形成する工程に、本発明のイリジウム酸化膜の製造方法を用いているため、イリジウム酸化膜56とプラチナ膜58との間における密着性が高く、上記同様に、半導体装置10の性能を最大限に引き出すことができる。   Furthermore, since the semiconductor device 10 according to the present embodiment uses the iridium oxide film manufacturing method of the present invention in the step of forming the iridium oxide film 56, the adhesion between the iridium oxide film 56 and the platinum film 58 is improved. In the same manner as described above, the performance of the semiconductor device 10 can be maximized.

またこのため本発明は、本実施形態における半導体装置のように、下部電極をすべて導電膜で構成しなければならないスタック型の半導体装置に、特に有効である。   For this reason, the present invention is particularly effective for a stack type semiconductor device in which the lower electrode must be formed of a conductive film as in the semiconductor device of the present embodiment.

なお本実施形態においては、スタック型の半導体装置を用いているが、場合に応じて、プレーナー型等のその他の構成の半導体装置を用いることもできる。   In the present embodiment, a stack type semiconductor device is used, but a semiconductor device having another configuration such as a planar type may be used according to circumstances.

本発明のイリジウム酸化膜の一例の断面図である。It is sectional drawing of an example of the iridium oxide film of this invention. 従来のイリジウム酸化膜の一例の断面図である。It is sectional drawing of an example of the conventional iridium oxide film. 本発明のイリジウム酸化膜を用いた場合における、高温処理後の、酸化イリジウムープラチナ積層膜の一例の断面図である。It is sectional drawing of an example of the iridium oxide-platinum laminated film after a high temperature process in the case of using the iridium oxide film of this invention. 従来のイリジウム酸化膜を用いた場合における、高温処理後の、酸化イリジウムープラチナ積層膜の一例の断面図である。It is sectional drawing of an example of the iridium oxide-platinum laminated film after a high temperature process in the case of using the conventional iridium oxide film. イリジウム酸化膜の成膜条件のうち、スパッタ圧力を変化させたときのイリジウム酸化膜結晶面配向性を示すグラフである。It is a graph which shows the iridium oxide film crystal plane orientation when changing sputtering pressure among the film-forming conditions of an iridium oxide film. イリジウム酸化膜の成膜条件のうち、成膜温度を変化させたときのイリジウム酸化膜結晶面配向性を示すグラフである。It is a graph which shows iridium oxide film crystal plane orientation when changing film-forming temperature among the film-forming conditions of an iridium oxide film. 本発明の半導体装置の好適な一実施形態の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of suitable one Embodiment of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…半導体装置
12…半導体基板
20…トランジスタ
40…誘電体キャパシタ
50…下部電極膜(第一電極)
56…イリジウム酸化膜
58…プラチナ膜(金属膜)
60…誘電体膜
62…上部電極膜(第二電極)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor device 12 ... Semiconductor substrate 20 ... Transistor 40 ... Dielectric capacitor 50 ... Lower electrode film (1st electrode)
56 ... Iridium oxide film 58 ... Platinum film (metal film)
60: Dielectric film 62: Upper electrode film (second electrode)

Claims (6)

イリジウムを含むターゲットを用い、酸素を含むガスであって前記酸素と前記酸素以外のガスとの流量比(前記酸素ガスの流量FO2/前記酸素以外のガスの流量F)が0.25以上0.40以下であるガスを導入しながらスパッタリングする反応性スパッタリング法により、前記スパッタリングの時の出力(DCスパッタパワー)が0.5kW以上1kW以下の条件、成膜温度が275℃以上400℃以下の条件およびスパッタ圧力が0.69Pa(5.2mTorr)以上1.09Pa(8.2mTorr)以下の条件下で、(110)結晶面が選択的に配向したイリジウム酸化膜を形成するイリジウム酸化膜の製造方法。 Using a target containing iridium, a flow rate ratio between the oxygen and a gas other than oxygen (flow rate F O2 of the oxygen gas / flow rate F I of the gas other than oxygen) is 0.25 or more. By the reactive sputtering method in which sputtering is performed while introducing a gas of 0.40 or less, the sputtering output (DC sputtering power) is 0.5 kW to 1 kW, and the deposition temperature is 275 ° C. to 400 ° C. And a sputtering pressure of 0.69 Pa (5.2 mTorr) or more and 1.09 Pa (8.2 mTorr) or less. (110) An iridium oxide film that forms an iridium oxide film with a crystal plane selectively oriented Production method. 請求項1に記載のイリジウム酸化膜の製造方法を用いてイリジウム酸化膜を形成するイリジウム酸化膜形成工程と、
前記イリジウム酸化膜の表面上に金属膜を形成する金属膜形成工程と、
を含む電極の製造方法。
An iridium oxide film forming step of forming an iridium oxide film using the method of manufacturing an iridium oxide film according to claim 1 ;
A metal film forming step of forming a metal film on the surface of the iridium oxide film;
The manufacturing method of the electrode containing this.
前記金属膜は、プラチナを含むことを特徴とする請求項に記載の電極の製造方法。 The method of manufacturing an electrode according to claim 2 , wherein the metal film includes platinum. 請求項2又は3に記載の電極の製造方法を用いて第一電極を形成する第一電極形成工程と、
前記第一電極の前記金属膜の表面上に誘電体膜を形成する誘電体膜形成工程と、
前記誘電体膜の表面上に第二電極を形成する第二電極形成工程と、
を含む誘電体キャパシタの製造方法。
A first electrode forming step of forming the first electrode using the electrode manufacturing method according to claim 2 ,
Forming a dielectric film on the surface of the metal film of the first electrode; and
A second electrode forming step of forming a second electrode on the surface of the dielectric film;
A method for manufacturing a dielectric capacitor comprising:
半導体基板を準備する半導体基板準備工程と、
前記半導体基板にトランジスタを形成するトランジスタ形成工程と、
前記半導体基板の上方に、請求項に記載の誘電体キャパシタの製造方法を用いて誘電体キャパシタを形成する誘電体キャパシタ形成工程と、を含む半導体装置の製造方法。
A semiconductor substrate preparation step of preparing a semiconductor substrate;
Forming a transistor on the semiconductor substrate; and
A dielectric capacitor forming step of forming a dielectric capacitor above the semiconductor substrate using the dielectric capacitor manufacturing method according to claim 4 .
前記誘電体キャパシタの前記第一電極と、前記トランジスタと、を電気的に接続する接続工程を更に含むことを特徴とする請求項に記載の半導体装置の製造方法。 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5 , further comprising a connection step of electrically connecting the first electrode of the dielectric capacitor and the transistor.
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