JP4946287B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態による半導体装置及びその製造方法を図1乃至図14を用いて説明する。図1は、本実施形態による半導体装置を示す断面図である。
まず、本実施形態による半導体装置を図1を用いて説明する。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法を図2乃至図13を用いて説明する。図2乃至図13は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
次に、本実施形態による半導体装置の評価結果を図14を用いて説明する。図14は、二次イオン質量分析法により求められたPbの濃度分布を示すグラフである。縦軸は質量分析器により得られたPbイオンの検出強度を示している。
本発明の第2実施形態による半導体装置及びその製造方法を図15乃至図18を用いて説明する。図15は、本実施形態による半導体装置を示す断面図である。図1乃至図14に示す第1実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
まず、本実施形態による半導体装置を図15を用いて説明する。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法を図16乃至図18を用いて説明する。図16乃至図18は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
本発明の第3実施形態による半導体装置及びその製造方法を図19乃至図21を用いて説明する。図19は、本実施形態による半導体装置を示す断面図である。図1乃至図18に示す第1又は第2実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
まず、本実施形態による半導体装置を図19を用いて説明する。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法を図20及び図21を用いて説明する。図20及び図21は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
本発明の第4実施形態による半導体装置及びその製造方法を図22乃至図25を用いて説明する。図22は、本実施形態による半導体装置を示す断面図である。図1乃至図21に示す第1乃至第3実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
まず、本実施形態による半導体装置を図22を用いて説明する。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法を図23及び図25を用いて説明する。図23乃至図25は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
(付記1)
半導体基板上に形成されたトランジスタと、
前記半導体基板及び前記トランジスタを覆う絶縁層と、
前記絶縁層に埋め込まれ、前記トランジスタのソース/ドレイン拡散層に電気的に接続された導体プラグと、
前記絶縁層及び前記導体プラグ上方に形成され、第1の導電膜と、前記第1の導電膜上に形成されたPt、Pt合金、Pd又はPd合金より成る第2の導電膜とを有する下部電極と;前記下部電極上に形成された強誘電体又は高誘電体より成るキャパシタ誘電体膜と;前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有するキャパシタとを有し、
前記キャパシタ誘電体膜は、Pb又はBiである第1の元素を含み、
前記キャパシタ誘電体膜から前記下部電極中に拡散した前記第1の元素の濃度ピークが、前記第1の導電膜と前記第2の導電膜との界面に位置している
ことを特徴とする半導体装置。
(付記2)
付記1記載の半導体装置において、
前記第1の導電膜は、酸化プラチナ膜、酸化パラジウム膜、酸素を含むプラチナ膜、又は、酸素を含むパラジウム膜である
ことを特徴とする半導体装置。
(付記3)
半導体基板上に形成されたトランジスタと、
前記半導体基板及び前記トランジスタを覆う絶縁層と、
前記絶縁層に埋め込まれ、前記トランジスタのソース/ドレイン拡散層に電気的に接続された導体プラグと、
前記絶縁層及び前記導体プラグ上方に形成され、第1の導電膜と、前記第1の導電膜上に形成された第2の導電膜と、前記第2の導電膜上に形成されたPt、Pt合金、Pd又はPd合金より成る第3の導電膜とを有する下部電極と;前記下部電極上に形成された強誘電体又は高誘電体より成るキャパシタ誘電体膜と;前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有するキャパシタとを有し、
前記キャパシタ誘電体膜は、Pb又はBiである第1の元素を含み、
前記キャパシタ誘電体膜から前記下部電極中に拡散した前記第1の元素の濃度ピークが、前記第1の導電膜と前記第2の導電膜との界面に位置している
ことを特徴とする半導体装置。
(付記4)
付記3記載の半導体装置において、
前記第1の導電膜は、酸化イリジウム膜、酸化ルテニウム膜、酸素を含むイリジウム膜、又は、酸素を含むルテニウム膜であり、
前記第2の導電膜は、酸化イリジウム膜、酸化ルテニウム膜、酸素を含むイリジウム膜、又は、酸素を含むルテニウム膜である
ことを特徴とする半導体装置。
(付記5)
付記1乃至4のいずれかに記載の半導体装置において、
前記導体プラグと前記第1の導電膜との間に形成され、前記導体プラグの表面の酸化を防止する導電性の酸素バリア膜を更に有し、
前記酸素バリア膜は、TiAlN、TiAlON、TaAlN、又は、TaAlONより成る
ことを特徴とする半導体装置。
(付記6)
付記5記載の半導体装置において、
前記絶縁層と前記酸素バリア膜との間に形成され、前記酸素バリア膜の結晶性を向上するとともに、前記酸素バリア膜と前記絶縁層との密着性を向上するための導電性の密着層を更に有する
ことを特徴とする半導体装置。
(付記7)
付記6記載の半導体装置において、
前記密着層は、TiN、Ti、Ti合金、Al、Al合金、Pt、Pt合金、Ir、Ir合金、Re、Re合金、Ru、Ru合金、Pd、Pd合金、Os、Os合金、Rh、Rh合金、酸化プラチナ、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、又は、酸化パラジウムより成る
ことを特徴とする半導体装置。
(付記8)
下部電極と、前記下部電極上に形成された強誘電体又は高誘電体より成るキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有するキャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上にトランジスタを形成する工程と、
前記半導体基板上及び前記トランジスタ上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層に、前記トランジスタのソース/ドレイン拡散層に電気的に接続された導体プラグを埋め込む工程と、
前記絶縁層及び前記導体プラグ上方に、酸化プラチナ又は酸化パラジウムより成る第1の導電膜と、前記第1の導電膜上に形成された、Pt、Pt合金、Pd又はPd合金より成る第2の導電膜とを有する前記下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に、Pb又はBiを含む前記キャパシタ誘電体膜を形成する工程と、
前記キャパシタ誘電体膜上に前記上部電極を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記9)
付記8記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1の導電膜の膜厚は、20nm〜100nmである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記10)
下部電極と、前記下部電極上に形成された強誘電体又は高誘電体より成るキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有するキャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上にトランジスタを形成する工程と、
前記半導体基板上及び前記トランジスタ上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層に、前記トランジスタのソース/ドレイン拡散層に電気的に接続された導体プラグを埋め込む工程と、
前記絶縁層及び前記導体プラグ上方に、酸化ルテニウム又は酸化イリジウムより成る第1の導電膜と、前記第1の導電膜上に形成された酸化ルテニウム又は酸化イリジウムより成る第2の導電膜と、前記第2の導電膜上に形成されたPt、Pt合金、Pd又はPd合金より成る第3の導電膜とを有する前記下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に、Pb又はBiを含む前記キャパシタ誘電体膜を形成する工程と、
前記キャパシタ誘電体膜上に前記上部電極を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記11)
付記8乃至10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記下部電極を形成する工程の後、前記キャパシタ誘電体膜を形成する工程の前に、不活性ガスより成る雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記下部電極を部分的に還元する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記12)
付記11記載の半導体装置の製造方法において、
前記不活性ガスは、Arガス、N2ガス又はN2Oガスである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記13)
付記8乃至12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記キャパシタ誘電体膜を形成する工程では、スパッタリング法又はゾル・ゲル法により前記キャパシタ誘電体膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記14)
付記8乃至12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記キャパシタ誘電体膜を形成する工程は、前記下部電極上に第1の誘電体膜をスパッタリング法又はゾル・ゲル法により形成する工程と;前記第1の誘電体膜上に第2の誘電体膜を有機金属化学気相成長法により形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記15)
付記8乃至14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記導体プラグを埋め込む工程の後、前記第1の導電膜を形成する工程の前に、前記導体プラグの表面の酸化を防止する導電性の酸素バリア膜を形成する工程を更に有し、
前記酸素バリア膜は、TiAlN、TiAlON、TaAlN、又は、TaAlONより成る
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記16)
付記15記載の半導体装置の製造方法において、
前記導体プラグを埋め込む工程の後、前記酸素バリア膜を形成する工程の前に、前記酸素バリア膜の結晶性を向上するとともに、前記酸素バリア膜と前記絶縁層との密着性を向上するための導電性の密着層を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記17)
付記16記載の半導体装置の製造方法において、
前記導体プラグを埋め込む工程の後、前記密着層を形成する工程の前に、前記絶縁層の表面及び前記導体プラグの表面を、窒素を含むプラズマに曝す工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記18)
付記17記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素を含むプラズマは、NH3プラズマ又はN2プラズマより成る
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記19)
付記15記載の半導体装置の製造方法において、
前記導体プラグを埋め込む工程の後、前記酸素バリア膜を形成する工程の前に、下地層を形成する工程と;前記下地層の表面を研磨することにより、前記下地層の表面を平坦化する工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記20)
付記15記載の半導体装置の製造方法において、
前記導体プラグを埋め込む工程の後、前記酸素バリア膜を形成する工程の前に、前記導体プラグが埋め込まれた箇所に生じた凹部に、下地層を埋め込む工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
12…素子分離領域
14…ウェル
16…ゲート絶縁膜
18…ゲート電極
20…サイドウォール絶縁膜
22…ソース/ドレイン拡散層
24a…シリサイド層
24b…ソース/ドレイン電極
26…トランジスタ
28…絶縁膜
30…層間絶縁膜
32…コンタクトホール
34…密着層
36…導体プラグ
38…酸化防止膜
40…層間絶縁膜
42…コンタクトホール
44…密着層
46…導体プラグ
47…Ti膜
48…密着層、TiN膜
50…酸素バリア膜
52…第1の導電膜
52a…第1の導電膜
52b…第2の導電膜
54…第2の導電膜、第3の導電膜
56、56a…下部電極
58…第1の誘電体膜
60…第2の誘電体膜
62…キャパシタ誘電体膜
64…第1の導電膜
66…第2の導電膜
68…第3の導電膜
70…上部電極
72、72a…キャパシタ
74…水素バリア膜
76…水素バリア膜
78…層間絶縁膜
80…水素バリア膜
82…層間絶縁膜
84…コンタクトホール
86…密着層
88…導体プラグ
90…コンタクトホール
92…密着層
94…導体プラグ
96…配線
98…TiN膜
100…シリコン酸化膜
102…ハードマスク
104、104a…下地層、平坦化層
106…凹部
140…層間絶縁膜
146…導体プラグ
148…密着層
150…酸素バリア膜
156…下部電極
162…キャパシタ誘電体膜
170…上部電極
172…キャパシタ
Claims (8)
- 半導体基板上に形成されたトランジスタと、
前記半導体基板及び前記トランジスタを覆う絶縁層と、
前記絶縁層に埋め込まれ、前記トランジスタのソース/ドレイン拡散層に電気的に接続された導体プラグと、
前記絶縁層及び前記導体プラグ上方に形成され、第1の導電膜と、前記第1の導電膜上に形成されたPt、Pt合金、Pd又はPd合金より成る第2の導電膜とを有する下部電極と;前記下部電極上に形成された強誘電体又は高誘電体より成るキャパシタ誘電体膜と;前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有するキャパシタとを有し、
前記キャパシタ誘電体膜は、Pb又はBiである第1の元素を含み、
前記下部電極中における前記第1の元素の濃度ピークが、前記第1の導電膜と前記第2の導電膜との界面に位置しており、
前記導体プラグと前記第1の導電膜との間に形成され、前記導体プラグの表面の酸化を防止する導電性の酸素バリア膜を更に有し、
前記第1の導電膜は、酸化プラチナ膜、酸化パラジウム膜、酸素を含むプラチナ膜、又は、酸素を含むパラジウム膜である
ことを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板上に形成されたトランジスタと、
前記半導体基板及び前記トランジスタを覆う絶縁層と、
前記絶縁層に埋め込まれ、前記トランジスタのソース/ドレイン拡散層に電気的に接続された導体プラグと、
前記絶縁層及び前記導体プラグ上方に形成され、第1の導電膜と、前記第1の導電膜上に形成された第2の導電膜と、前記第2の導電膜上に形成されたPt、Pt合金、Pd又はPd合金より成る第3の導電膜とを有する下部電極と;前記下部電極上に形成された強誘電体又は高誘電体より成るキャパシタ誘電体膜と;前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有するキャパシタとを有し、
前記キャパシタ誘電体膜は、Pb又はBiである第1の元素を含み、
前記下部電極中における前記第1の元素の濃度ピークが、前記第1の導電膜と前記第2の導電膜との界面に位置しており、
前記導体プラグと前記第1の導電膜との間に形成され、前記導体プラグの表面の酸化を防止する導電性の酸素バリア膜を更に有し、
前記第1の導電膜は、酸化イリジウム膜、酸化ルテニウム膜、酸素を含むイリジウム膜、又は、酸素を含むルテニウム膜であり、
前記第2の導電膜は、酸化イリジウム膜、酸化ルテニウム膜、酸素を含むイリジウム膜、又は、酸素を含むルテニウム膜であり、
前記第1の導電膜と前記第2の導電膜とは、同じ材料又は異なる材料より成る別個の膜である
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1又は2記載の半導体装置において、
前記酸素バリア膜は、TiAlN、TiAlON、TaAlN、又は、TaAlONより成る
ことを特徴とする半導体装置。 - 下部電極と、前記下部電極上に形成された強誘電体又は高誘電体より成るキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有するキャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上にトランジスタを形成する工程と、
前記半導体基板上及び前記トランジスタ上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層に、前記トランジスタのソース/ドレイン拡散層に電気的に接続された導体プラグを埋め込む工程と、
前記絶縁層及び前記導体プラグ上方に、酸化プラチナ又は酸化パラジウムより成る第1の導電膜と、前記第1の導電膜上に形成された、Pt、Pt合金、Pd又はPd合金より成る第2の導電膜とを有する前記下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に、Pb又はBiを含む前記キャパシタ誘電体膜を形成する工程と、
前記キャパシタ誘電体膜上に前記上部電極を形成する工程とを有し、
前記導体プラグを埋め込む工程の後、前記下部電極を形成する工程の前に、前記導体プラグの表面の酸化を防止する導電性の酸素バリア膜を形成する工程を更に有し、
前記キャパシタ誘電体膜から前記下部電極中にPb又はBiが拡散して、前記第1の導電膜と前記第2の導電膜との界面にPb又はBiの濃度ピークが形成される
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1の導電膜の膜厚は、20nm〜100nmである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 下部電極と、前記下部電極上に形成された強誘電体又は高誘電体より成るキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有するキャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上にトランジスタを形成する工程と、
前記半導体基板上及び前記トランジスタ上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層に、前記トランジスタのソース/ドレイン拡散層に電気的に接続された導体プラグを埋め込む工程と、
前記絶縁層及び前記導体プラグ上方に、酸化ルテニウム又は酸化イリジウムより成る第1の導電膜と、前記第1の導電膜上に形成された酸化ルテニウム又は酸化イリジウムより成る第2の導電膜と、前記第2の導電膜上に形成されたPt、Pt合金、Pd又はPd合金より成る第3の導電膜とを有する前記下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に、Pb又はBiを含む前記キャパシタ誘電体膜を形成する工程と、
前記キャパシタ誘電体膜上に前記上部電極を形成する工程とを有し、
前記導体プラグを埋め込む工程の後、前記下部電極を形成する工程の前に、前記導体プラグの表面の酸化を防止する導電性の酸素バリア膜を形成する工程を更に有し、
前記キャパシタ誘電体膜から前記下部電極中にPb又はBiが拡散して、前記第1の導電膜と前記第2の導電膜との界面にPb又はBiの濃度ピークが形成され、
前記第1の導電膜と前記第2の導電膜とは、同じ材料又は異なる材料より成り、
前記下部電極を形成する工程では、前記第1の導電膜とは別個に前記第2の導電膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項4乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記キャパシタ誘電体膜を形成する工程は、前記下部電極上に第1の誘電体膜をスパッタリング法又はゾル・ゲル法により形成する工程と;前記第1の誘電体膜上に第2の誘電体膜を有機金属化学気相成長法により形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項4乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記酸素バリア膜は、TiAlN、TiAlON、TaAlN、又は、TaAlONより成る
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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