JP5295740B2 - 不揮発性半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5295740B2
JP5295740B2 JP2008309634A JP2008309634A JP5295740B2 JP 5295740 B2 JP5295740 B2 JP 5295740B2 JP 2008309634 A JP2008309634 A JP 2008309634A JP 2008309634 A JP2008309634 A JP 2008309634A JP 5295740 B2 JP5295740 B2 JP 5295740B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hard mask
film
memory device
semiconductor memory
electrode
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
Application number
JP2008309634A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010135543A (ja
JP2010135543A5 (ja
Inventor
之輝 松井
壮男 窪田
佳邦 竪山
良博 南
宏行 金谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2008309634A priority Critical patent/JP5295740B2/ja
Priority to US12/549,261 priority patent/US7888139B2/en
Publication of JP2010135543A publication Critical patent/JP2010135543A/ja
Publication of JP2010135543A5 publication Critical patent/JP2010135543A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5295740B2 publication Critical patent/JP5295740B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041Cleaning
    • H01L21/02057Cleaning during device manufacture
    • H01L21/0206Cleaning during device manufacture during, before or after processing of insulating layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture 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
    • H01L21/18Manufacture 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
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment 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
    • H01L21/3205Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321After treatment
    • H01L21/3213Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32139Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer using masks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40Capacitors
    • H01L28/55Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B53/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors
    • H10B53/30Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors characterised by the memory core region
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture 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
    • H01L21/18Manufacture 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
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment 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
    • H01L21/3105After-treatment
    • H01L21/31051Planarisation of the insulating layers
    • H01L21/31053Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

本発明は不揮発性半導体記憶装置の製造方法に関し、特に、強誘電体膜のエッチング時に使用されるハードマスク上のダストを低減する方法に適用して好適なものである。
不揮発性半導体記憶装置には、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT:P(Zr,Ti)O)や、タンタル酸ビスマスストロンチウム(SBT:SrBiTa)などの強誘電体を容量絶縁膜として用いた強誘電体メモリがある。
強誘電体は化学的な安定性が高いため、強誘電体を加工するには、物理的なエッチング要素を強くしたり、反応性を高めたりする必要がある。このため、レジストマスクを用いて強誘電体をエッチングする場合には、強誘電体との間で十分な選択比を確保するのが難しく、酸化アルミニウム(Al)などから構成されるハードマスクがエッチングマスクとして用いられることがある。
ところで、特許文献1には、強誘電体キャパシタの上部電極をCMP法にて平坦化することにより、水素保護膜中のシームやボイド等の発生を抑制し、水素保護膜に発生していた水素のリークパスの発生を抑制したり、後工程における水素雰囲気曝露による強誘電体膜の還元劣化を抑制したりする方法が開示されている。
ここで、強誘電体をエッチングする際のエッチングマスクとしてのハードマスク上にダストが存在すると、そのダストのある部分ではハードマスクの外形精度が劣化することから、エッチング時の形状不良を引き起こし、製造歩留まりを低下させるおそれがある。
また、特許文献1に開示された方法では、強誘電体キャパシタの上部電極をCMP法にて平坦化するので、上部電極上のダストを除去することができるが、強誘電体をエッチングする際に使用されるハードマスク上のダストを除去することができず、エッチング時の形状不良を減少させることができないという問題があった。
また、特許文献2には、IrOからなる第1の導電膜上に、アルミナ犠牲膜を介してTiNなどのハードマスクを形成し、ハードマスクに覆われない領域の第1の導電膜をパターニングした後に、アルミナ犠牲膜をウェット処理により除去することにより、第1の導電膜パターン上からハードマスクを剥離し、ハードマスク表面に付着した残渣、スカム等の再付着を防止する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献2に開示された方法では、第1の導電膜をパターニングした後にアルミナ犠牲膜のウェット処理が行われ、残渣やスカムなどがハードマスク表面に付着したまま第1の導電膜のエッチングが行われることから、やはりエッチング時の形状不良を減少させることができない。
特開2006−32734号公報 特開2008−159924号公報
そこで、本発明の目的は、ハードマスク上のダストに起因する強誘電体のエッチング不良を低減することが可能な不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供することである。
上述した課題を解決するために、本発明の一態様によれば、半導体基板上に第1の電極膜、強誘電体膜および第2の電極膜をこの順に積層する工程と、前記第2の電極膜上にハードマスクを積層する工程と、界面活性剤を用いて前記ハードマスクの表面をスクラブ洗浄する工程と、前記スクラブ洗浄されたハードマスクを強誘電体キャパシタの平面形状に対応するようにパターニングする工程と、前記パターニングされたハードマスクをマスクとしたエッチングを行うことで、強誘電体キャパシタを形成する工程とを備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供する。
また、本発明の一態様によれば、半導体基板上に第1の電極膜、強誘電体膜および第2の電極膜をこの順に積層する工程と、前記第2の電極膜上にハードマスクを積層する工程と、化学的機械的研磨を用いて前記ハードマスクの表層を除去する工程と、前記化学的機械的研磨されたハードマスクを強誘電体キャパシタの平面形状に対応するようにパターニングする工程と、前記パターニングされたハードマスクをマスクとしたエッチングを行うことで、強誘電体キャパシタを形成する工程とを備え、前記ハードマスクの材料が酸化アルミニウムであることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法を提供する。
本発明によれば、ハードマスク上のダストに起因する強誘電体のエッチング不良を低減することが可能となる。
以下、本発明の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
図1〜図9は、本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す断面図である。
図1において、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いることにより、半導体基板11にトレンチを形成する。そして、このトレンチ内にシリコン酸化膜などの絶縁体を埋め込むことにより、素子分離層12を形成する。なお、半導体基板11の材料は、Siに限定されることなく、例えば、Ge、SiGe、SiC、SiSn、PbS、GaAs、InP、GaP、GaN、ZnSe、GaInAsPなどの中から選択するようにしてもよい。また、素子分離層12としては、STI(Shallow Trench Isolation)構造の他、LOCOS(Local Oxidation Of Silicon)構造を用いるようにしてもよい。
次に、熱酸化などの方法を用いることにより、半導体基板11上にゲート絶縁膜15を形成する。そして、ゲート絶縁膜15上に多結晶シリコン膜などの導電体膜を形成し、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて導電体膜をパターニングすることにより、ゲート絶縁膜15上にワード線を兼ねるゲート電極16を形成する。
次に、ゲート電極16をマスクとして、B、P、Asなどの不純物を半導体基板11にイオン注入することにより、ゲート電極16の両側に配置された不純物導入層13、14を半導体基板11に形成し、セルトランジスタ17を作製する。
次に、CVDなどの方法を用いることにより、ゲート電極16を覆う層間絶縁膜18を半導体基板11上に形成する。
次に、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いることにより、不純物導入層13を露出させる開口部を層間絶縁膜18に形成する。そして、開口部が形成された層間絶縁膜18上に導電体膜を形成し、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて導電体膜をパターニングすることにより、ビア電極19を介して不純物導入層13に接続されたビット線20を層間絶縁膜18上に形成する。
次に、CVDなどの方法を用いることにより、ビット線20を覆う層間絶縁膜21を半導体基板11上に形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いることにより、不純物導入層14を露出させる開口部を層間絶縁膜18、21に形成する。そして、開口部が形成された層間絶縁膜21上に導電体膜を形成し、CMPを用いて層間絶縁膜21上の導電体膜を除去することにより、不純物導入層14に接続されたプラグ電極22を層間絶縁膜18、21内に形成する。なお、プラグ電極22の材料は、例えば、タングステンを用いることができる。
次に、図2に示すように、スパッタなどの方法を用いることにより、電極膜23を層間絶縁膜21上に積層する。なお、電極膜23としては、例えば、膜厚が30nm程度のTiAlN膜と膜厚が120nm程度のIr膜の積層構造を用いることができる。また、電極膜23上に付着したダストを低減するために、電極膜23を界面活性剤を用いてスクラブ洗浄するようにしてもよい。
そして、MOCVD、スパッタまたはゾルゲル法などの方法を用いることにより、強誘電体膜24を電極膜23上に積層する。なお、強誘電体膜24としては、例えば、膜厚が70nm程度のPZT膜を用いることができる。また、強誘電体膜24を緻密化するために、強誘電体膜24を電極膜23上に積層した後、酸素雰囲気中で650℃程度の温度にて強誘電体膜24を熱処理することが好ましい。
さらに、スパッタなどの方法を用いることにより、電極膜25を強誘電体膜24上に積層する。なお、電極膜25としては、例えば、膜厚が10nm程度のSrRuO膜と膜厚が70nm程度のIrO膜の積層構造を用いることができる。また、電極膜25上に付着したダストを低減するために、電極膜25を界面活性剤を用いてスクラブ洗浄するようにしてもよい。
次に、図3に示すように、スパッタなどの方法を用いることにより、電極膜25上にハードマスクHMを積層する。なお、ハードマスクHMの材料としては、Alを用いることができる。また、ハードマスクHMの膜厚は、ハードマスクHMとしてのエッチング耐性の観点から、130nm程度に設定することができる。ここで、ハードマスクHMの膜厚を100nm程度以上に設定すると、成膜時のダストDSが急激に増加する。そして、このようなダストDSには、ハードマスクHMの表面に付着しているものもあれば、ハードマスクHMの表層に埋め込まれたものもある。
次に、図4に示すように、界面活性剤を用いてハードマスクHMの表面をスクラブ洗浄することにより、ハードマスクHM上に存在するダストDSを減らす。なお、ハードマスクHMの表面をスクラブ洗浄する場合、界面活性剤としてアニオン性界面活性剤を用いることが好ましい。
ここで、ハードマスクHMの材料としてAlを用いた場合、ゼータ電位の等電点付近のpHが中性になる。このため、界面活性剤として、例えば、アニオン性界面活性剤を用いることにより、洗浄剤のゼータ電位をマイナスにすることが可能となり、ハードマスクHMから脱離したダストDSのハードマスクHM上への再付着を防止することが可能となることから、ハードマスクHMの上に存在するダストDSを効果的に減らすことができる。なお、界面活性剤としては洗浄剤のゼータ電位の絶対値を大きくすることができればよく、アニオン性界面活性剤に限らず、カチオン性界面活性剤や非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤を用いても構わない。
また、ハードマスクHM上に存在するダストDSを減らすために、ハードマスクHMの表面をスクラブ洗浄する代わりに、化学的機械的研磨を用いてハードマスクHMの表層を除去するようにしてもよい。この化学的機械的研磨を用いることにより、ハードマスクHMの表層に埋め込まれたダストDSも効果的に減らすことが可能となる。
これに対し、純水やアルコールなどを用いてハードマスクHMの表面を単に洗浄しただけでは、ダストDSを除去するのは極めて困難である。
あるいは、ハードマスクHM上に存在するダストDSを減らすために、ハードマスクHMの表層の化学的機械的研磨と、界面活性剤を用いたハードマスクHMの表面のスクラブ洗浄の両方を行うようにしてもよい。
ここで、ハードマスクHMの表層を化学的機械的研磨する際の研磨液としては、pHを酸性やアルカリ性に制御して用いるか、または界面活性剤を含むものを用いることが好ましい。
例えば、ハードマスクHMの材料としてAlを用いた場合、研磨液のpHが中性付近だと、Alのゼータ電位の等電位点に近づくため、研磨時のダストDSがハードマスクHMに再付着する恐れがある。このため、研磨粒子として一般的なシリカ粒子を用いる場合は、pHを8〜12程度のアルカリ性に制御すればよい。pHが8未満だと、シリカ粒子のゼータ電位の等電位点に近づくため、研磨面でのスクラッチ発生や粒子の分散の不安定化が懸念され、pHが12を超えると、シリカ粒子の溶解が生じる恐れがある。なお、研磨粒子としてゼータ電位の等電位点が中性付近のアルミナ粒子やセリア粒子を用いた場合は、pHが酸性、アルカリ性のいずれかであればよい。
あるいは、ハードマスクHMの表層を化学的機械的研磨する際に用いられる研磨液は、樹脂粒子を含むようにしてもよい。研磨液に樹脂粒子を含ませることにより、ハードマスクHMが削られたり、スクラッチを発生させたりするのを低減することが可能となるとともに、樹脂粒子がハードマスクHM上に残留した場合においても、ドライエッチングにて容易に除去することができる。なお、樹脂粒子としては、例えば、ポリスチレン粒子を用いることができる。
また、研磨液に界面活性剤を含ませる場合は、研磨液のゼータ電位の絶対値を大きくすることができるものを用いればよい。このような界面活性剤としては、ハードマスクHMの表面をスクラブ洗浄する際に用いられるものと同様のものを用いることができる。
次に、図5に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いることにより、図6の強誘電体キャパシタ26の平面形状に対応するようにハードマスクHMをパターニングする。
ここで、ハードマスクHM上に存在するダストDSを減らしてから、ハードマスクHMをパターニングすることにより、ダストDSに起因するハードマスクHMの形状不良を低減することができ、ハードマスクHMのパターニング精度を向上させることができる。
次に、図6に示すように、パターニングされたハードマスクHMをマスクとして電極膜25、強誘電体膜24および電極膜23の異方性エッチングを順次行うことで、上部電極25a、強誘電体層24aおよび下部電極23aを形成し、プラグ電極22を介して下部電極23aが不純物導入層14に接続された強誘電体キャパシタ26を半導体基板11上に形成する。
なお、下部電極23aおよび上部電極25aの材料としては、例えば、Pt電極、RuOなどの酸化物電極、IrやIrOなどのIr系電極あるいはそれらの組み合わせを用いることができ、特に、下部電極23aとしては、TiAlN/Ir構造、上部電極25aとしては、IrO/SrRuO構造を用いることが好ましい。また、強誘電体層24aの材料としては、例えば、PZTなどの鉛系酸化物強誘電体またはSBTなどのビスマス層状構造強誘電体を用いることが好ましい。
ここで、電極膜25、強誘電体膜24および電極膜23の異方性エッチングを行う場合、ダストDSを減らしてからパターニングされたハードマスクHMを用いることで、上部電極25a、強誘電体層24aおよび下部電極23aの形状不良を低減することが可能となり、製造歩留まりを向上させることができる。
次に、ハードマスクHMを除去した後、図7に示すように、スパッタなどの方法を用いることにより、上部電極25a、強誘電体層24aおよび下部電極23aの露出面が覆われるようにして層間絶縁膜21上に水素バリア膜27を形成する。なお、水素バリア膜27の材料としては、Alを用いることができる。また、水素バリア膜27の膜厚は、水素バリア膜27としての水素バリア性の観点から、50〜100nm程度に設定することができる。
次に、図8に示すように、CVDなどの方法を用いることにより、層間絶縁膜28を水素バリア膜27上に形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いることにより、上部電極25aを露出させる開口部を層間絶縁膜28および水素バリア膜27に形成する。そして、開口部が形成された層間絶縁膜28上にバリアメタル膜29および導電体膜を順次形成し、CMPを用いて層間絶縁膜28上のバリアメタル膜29および導電体膜を除去することにより、バリアメタル膜29を介して上部電極25aに接続されたプラグ電極30を水素バリア膜27および層間絶縁膜28内に形成する。なお、バリアメタル膜29の材料は、例えば、TiNを用いることができ、プラグ電極30の材料は、例えば、タングステンを用いることができる。
次に、図9に示すように、バリアメタル膜31、33にて上下面が挟まれた共通配線32を層間絶縁膜28上に形成し、バリアメタル膜33上に絶縁膜34を形成する。なお、バリアメタル膜31、33の材料は、例えば、TiNを用いることができ、共通配線32の材料は、例えば、Alを用いることができる。
図10(a)は、本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法に使用される洗浄装置の概略構成を示す断面図、図10(b)は、同洗浄装置の概略構成を示す平面図である。
図10(a)、(b)において、洗浄装置には、ウェハWの周囲を保持しながらウェハWを水平面内で回転させるコロ101a〜101cおよびウェハWをスクラブ洗浄する洗浄ローラ102a、102bが設けられている。なお、洗浄ローラ102a、102bは、例えば、PVA(ポリビニルアルコール)スポンジから構成することができる。
そして、図3のハードマスクHMが形成されたウェハWを洗浄ローラ102a、102b間に設置する。そして、ウェハWを水平面内で回転させながら、界面活性剤が浸み込まされた洗浄ローラ102a、102bを回転させることにより、ハードマスクHMが洗浄され、ハードマスクHM上に存在するダストDSを除去することができる。
なお、界面活性剤としてはアニオン性界面活性剤を用いることが好ましい。また、アニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリカルボン酸アンモニウムを0.01〜1wt%の濃度で用いることができる。
また、図2の電極膜23を成膜時および図2の電極膜25を成膜時にもダストが発生する。このため、図3のハードマスクHMをスクラブ洗浄する方法以外にも、図2の電極膜23の成膜後に電極膜23をスクラブ洗浄するようにしてもよいし、図2の電極膜25の成膜後に電極膜25をスクラブ洗浄するようにしてもよい。
図11は、本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法に使用される研磨装置の概略構成を示す斜視図である。
図11において、研磨装置には、ウェハWを当接させた状態で回転するターンテーブル201、ターンテーブル201上に研磨液SRを供給するノズル203、回転しつつウェハWをターンテーブル201上に押し付けるキャリア204が設けられ、ターンテーブル201の表面には研磨布202が貼られている。なお、研磨液SRは、酸性やアルカリ性にpHが制御されていることが好ましい。あるいは、研磨液SRは、界面活性剤を含むようにしてもよい。
そして、図3のハードマスクHMが形成されたウェハWをキャリア204に設置する。そして、ノズル203から研磨液SRを研磨布202上に供給し、キャリア204を介してウェハWを研磨布202上に押し付けながら、ターンテーブル201およびキャリア204を回転させることにより、ハードマスクHMの表層が研磨され、ハードマスクHM上に存在するダストDSを除去することができる。
図12は、本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法に使用されるハードマスク上の欠陥数を比較例とともに示す図である。
図12において、図2の強誘電体膜24としてPZT膜を成膜した後、電極膜25としてSrRuO膜とIrO膜の積層膜を成膜した。さらに、図3のハードマスクHMとして、膜厚が130nm程度のAl膜を電極膜25上に成膜した。この時、ハードマスクHMには、ダストDSがウェハ当たり1000個程度発生した。なお、ダストDSの大きさは、コンマ数μm程度であり、1μmを超えるものもある。
そして、このウェハWを図10の洗浄装置に設置し、コロ101a〜101cを介してウェハWを100rpmで回転させる。そして、0.2wt%の濃度のポリカルボン酸アンモニウムの水溶液を500mlだけ洗浄ローラ102a、102bに供給しながら、洗浄ローラ102a、102bをウェハWの上下面に接触させた状態で100rpmで回転させることで、ウェハWの上下面を60秒だけ洗浄し、スピンドライ乾燥を行った。この結果、ハードマスクHMに存在するダストDSが200個程度に減少した。
一方、ポリカルボン酸アンモニウムの水溶液の代わりに純水を用いて同様の洗浄を行った場合、ハードマスクHMに存在するダストDSが3500個程度に増加した。これは、Alのゼータ電位における等電点のpHが中性付近にあるため、中性の純水を用いると、ダストDSの再付着を誘発するからである。
図13は、本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の下部電極上の欠陥数を比較例とともに示す図である。
図13において、図2の電極膜23としてTiAlN膜を成膜した。この時、電極膜23には、ダストがウェハ当たり140個程度発生した。
そして、このウェハWを図10の洗浄装置に設置し、コロ101a〜101cを介してウェハWを100rpmで回転させる。そして、0.2wt%の濃度のポリカルボン酸アンモニウムの水溶液を500mlだけ洗浄ローラ102a、102bに供給しながら、洗浄ローラ102a、102bをウェハWの上下面に接触させた状態で100rpmで回転させることで、ウェハWの上下面を60秒だけ洗浄し、スピンドライ乾燥を行った。この結果、電極膜23に存在するダストが10個程度に減少した。
一方、ポリカルボン酸アンモニウムの水溶液の代わりに純水を用いて同様の洗浄を行った場合、電極膜23に存在するダストが200個を越えるようになった。
図14は、本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法により形成した強誘電体キャパシタにおいて発生した欠陥密度を、パターン間隔を変化させた場合について示す図であり、具体的には電極間のショート歩留まりを電極スペースに対して測定し、それに基づき欠陥密度を算出したものである。
図14において、図3のハードマスクHMとしてAl膜を用いた場合、パターン間隔に応じて欠陥密度が変動し、1μm近辺で最も大きくなる。そして、アニオン性界面活性剤を用いてAl膜をスクラブ洗浄することで欠陥密度を減らすことができる。さらに、スクラブ洗浄に加え、CMPにてAl膜を研磨することで、欠陥密度をさらに減らすことができる。
図15は、本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法に使用されるハードマスク上の欠陥数を洗浄無、洗浄有および研磨を併用した場合について示す図である。
図15において、図2の強誘電体膜24としてPZT膜を成膜した後、電極膜25としてSrRuO膜とIrO膜の積層膜を成膜した。さらに、図3のハードマスクHMとして、膜厚が130nm程度のAl膜を電極膜25上に成膜した。この時、ハードマスクHMには、ダストDSがウェハ当たり3000個程度発生した。
そして、アニオン性界面活性剤の水溶液(例えば、花王製のTK75)を用いてハードマスクHMをスクラブ洗浄した。この結果、ハードマスクHMに存在するダストDSがウェハ当たり300個程度になり、1/10程度に減少した。
一方、アニオン性界面活性剤の水溶液の代わりに純水を用いて同様の洗浄を行った場合、ハードマスクHMに存在するダストDSが6000個程度に増加した。
また、図3のハードマスクHMが成膜されたウェハWを図11の研磨装置(例えば、荏原製作所製EPO−222)に設置した。ここで、図11の研磨液SRとして、シリカ粒子を含むpHが10程度のもの(例えば、弘田化学製のWTS−51、WTS−52)を用いた。また、研磨布202としてニッタハース製のPOLITEXを用いた。そして、この研磨装置を用いてハードマスクHMを38nmだけ研磨した上で、アニオン性界面活性剤を用いたスクラブ洗浄を行うことで、ダストDMが100個程度に減少した。さらに、38nm→70nm→115nmと研磨量を増やすことで、ハードマスクHMに埋め込まれたダストDMも除去できるようになり、ダストDMがさらに減少した。
また、研磨液SRとして、シリカ粒子の代わりにアニオン性界面活性剤を含むもの(例えば、花王製のTK75)を用いてハードマスクHMを研磨した。この結果、ハードマスクHMに存在するダストDSが200個程度に減少した。ここで、研磨液SRとしてアニオン性界面活性剤を用いることにより、ハードマスクHMの膜厚の減少を抑制しつつ、ダストDSを減少させることができる。
また、研磨液SRとして、シリカ粒子の代わりに樹脂粒子を含むpHが4程度のもの(例えば、平均粒子径が150nmのポリスチレン粒子:JSR製のRST01)を用いてハードマスクHMを研磨した。この結果、ハードマスクHMに存在するダストDSが80個程度に減少した。ここで、研磨液SRとして樹脂粒子を含むものを用いることにより、ハードマスクHMが削られたり、スクラッチを発生させたりするのを低減することが可能となるとともに、樹脂粒子がハードマスクHM上に残留した場合においても、ドライエッチングにて容易に除去することができる。
本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す断面図。 (a)は本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法に使用される洗浄装置の概略構成を示す断面図、(b)は同洗浄装置の概略構成を示す平面図。 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法に使用される研磨装置の概略構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法に使用されるハードマスク上の欠陥数を比較例とともに示す図。 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の下部電極上の欠陥数を比較例とともに示す図。 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法ににより形成した強誘電体キャパシタにおいて発生した欠陥密度を、パターン間隔を変化させた場合について示す図。 本発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法に使用されるハードマスク上の欠陥数を洗浄無、洗浄有および研磨を併用した場合について示す図。
符号の説明
11 半導体基板、12 素子分離層、13、14 不純物導入層、15 ゲート絶縁膜、16 ゲート電極、17 セルトランジスタ、18、21、28 層間絶縁膜、19 ビア電極、20 ビット線、22、30 プラグ電極、23、25 電極膜、23a 下部電極、24 強誘電体膜、24a 強誘電体層、25a 上部電極、26 強誘電体キャパシタ、27 水素バリア膜、29、31、33 バリアメタル膜、32 共通配線、34 絶縁膜、HM ハードマスク、DS ダスト、W ウェハ、101a〜101c コロ、102a、102b 洗浄ローラ、201 ターンテーブル、202 研磨布、203 ノズル、204 キャリア、SR 研磨液

Claims (5)

  1. 半導体基板上に第1の電極膜、強誘電体膜および第2の電極膜をこの順に積層する工程と、
    前記第2の電極膜上にハードマスクを積層する工程と、
    界面活性剤を用いて前記ハードマスクの表面をスクラブ洗浄する工程と、
    前記スクラブ洗浄されたハードマスクを強誘電体キャパシタの平面形状に対応するようにパターニングする工程と、
    前記パターニングされたハードマスクをマスクとしたエッチングを行うことで、強誘電体キャパシタを形成する工程とを備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
  2. 半導体基板上に第1の電極膜、強誘電体膜および第2の電極膜をこの順に積層する工程と、
    前記第2の電極膜上にハードマスクを積層する工程と、
    化学的機械的研磨を用いて前記ハードマスクの表層を除去する工程と、
    前記化学的機械的研磨されたハードマスクを強誘電体キャパシタの平面形状に対応するようにパターニングする工程と、
    前記パターニングされたハードマスクをマスクとしたエッチングを行うことで、強誘電体キャパシタを形成する工程とを備え、
    前記ハードマスクの材料が酸化アルミニウムであることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
  3. 前記ハードマスクの表面を界面活性剤を用いてスクラブ洗浄する工程をさらに備え、
    前記スクラブ洗浄されたハードマスクを強誘電体キャパシタの平面形状に対応するようにパターニングすることを特徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
  4. 前記第1の電極膜および前記第2の電極膜のいずれか少なくとも一方を界面活性剤を用いてスクラブ洗浄する工程をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
  5. 前記ハードマスクの材料が酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
JP2008309634A 2008-12-04 2008-12-04 不揮発性半導体記憶装置の製造方法 Expired - Fee Related JP5295740B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008309634A JP5295740B2 (ja) 2008-12-04 2008-12-04 不揮発性半導体記憶装置の製造方法
US12/549,261 US7888139B2 (en) 2008-12-04 2009-08-27 Fabricating method of nonvolatile semiconductor storage apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008309634A JP5295740B2 (ja) 2008-12-04 2008-12-04 不揮発性半導体記憶装置の製造方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2010135543A JP2010135543A (ja) 2010-06-17
JP2010135543A5 JP2010135543A5 (ja) 2011-05-06
JP5295740B2 true JP5295740B2 (ja) 2013-09-18

Family

ID=42231527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008309634A Expired - Fee Related JP5295740B2 (ja) 2008-12-04 2008-12-04 不揮発性半導体記憶装置の製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7888139B2 (ja)
JP (1) JP5295740B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230041502A (ko) * 2021-09-17 2023-03-24 삼성전자주식회사 강유전체 전자 소자 및 그 결함 밀도 추출 방법

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3207616B2 (ja) * 1993-05-24 2001-09-10 出光興産株式会社 ブラックマトリックス及びその製造方法
JP3003684B1 (ja) * 1998-09-07 2000-01-31 日本電気株式会社 基板洗浄方法および基板洗浄液
JP3177973B2 (ja) * 1999-01-28 2001-06-18 日本電気株式会社 半導体装置の製造方法
US6485988B2 (en) * 1999-12-22 2002-11-26 Texas Instruments Incorporated Hydrogen-free contact etch for ferroelectric capacitor formation
WO2004093193A1 (ja) 2003-04-15 2004-10-28 Fujitsu Limited 半導体装置の製造方法
JP4243853B2 (ja) * 2004-06-08 2009-03-25 セイコーエプソン株式会社 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
JP2006032734A (ja) 2004-07-16 2006-02-02 Nec Electronics Corp 強誘電体メモリおよびその製造方法
JP4953580B2 (ja) 2005-03-03 2012-06-13 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
JP2007109718A (ja) 2005-10-11 2007-04-26 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
JP2008028229A (ja) * 2006-07-24 2008-02-07 Seiko Epson Corp 強誘電体メモリの製造方法
JP4739170B2 (ja) * 2006-11-20 2011-08-03 信越化学工業株式会社 基板の乾燥方法
JP2008159924A (ja) 2006-12-25 2008-07-10 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JP5502302B2 (ja) * 2008-09-26 2014-05-28 ローム株式会社 半導体装置およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010135543A (ja) 2010-06-17
US7888139B2 (en) 2011-02-15
US20100144062A1 (en) 2010-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8956881B2 (en) Method of manufacturing a FeRAM device
JP4901105B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP4746357B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP4515333B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP5170101B2 (ja) 半導体装置とその製造方法
KR100848240B1 (ko) 반도체 장치 및 그 제조 방법
JP4010819B2 (ja) 半導体装置の製造方法
CN101399199A (zh) 清洗金属层、形成导电插塞及硅基液晶显示器的方法
JP4838613B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP4580284B2 (ja) 強誘電体素子の製造方法
JP3166746B2 (ja) キャパシタ及びその製造方法
JP2005183841A (ja) 半導体装置の製造方法
JP5295740B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置の製造方法
JP4621081B2 (ja) 半導体装置の製造方法
US6277760B1 (en) Method for fabricating ferroelectric capacitor
JP5556059B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP4861627B2 (ja) 強誘電体キャパシタの製造方法
JP2008159924A (ja) 半導体装置の製造方法
KR20030095347A (ko) 반도체 장치의 제조방법
JP2008300396A (ja) 強誘電体キャパシタの製造方法及び強誘電体キャパシタ
JP2007242928A (ja) 強誘電体メモリ装置の製造方法及び強誘電体メモリ装置
KR100732026B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법
KR100702132B1 (ko) 화학기계적연마를 이용한 리세스 게이트 형성 방법
JP2006080408A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2008159952A (ja) 半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110316

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110316

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130326

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130328

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130425

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: 20130521

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130612

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees