JPH06132479A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH06132479A
JPH06132479A JP4278381A JP27838192A JPH06132479A JP H06132479 A JPH06132479 A JP H06132479A JP 4278381 A JP4278381 A JP 4278381A JP 27838192 A JP27838192 A JP 27838192A JP H06132479 A JPH06132479 A JP H06132479A
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silicon nitride
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semiconductor device
thin film
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Toru Nasu
徹 那須
Eiji Fujii
英治 藤井
Yasuhiro Uemoto
康裕 上本
Yasuhiro Shimada
恭博 嶋田
Akihiro Matsuda
明浩 松田
Shinichiro Hayashi
慎一郎 林
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 容量素子を内蔵する半導体装置において、強
誘電体薄膜を用いた容量素子の形成時にトランジスタ特
性の劣化および分離領域の破壊を防止する。 【構成】 集積回路が作り込まれたシリコン基板1の上
に下電極9、容量絶縁膜となる強誘電体薄膜10および
上電極11からなる容量素子が形成されており、かつ下
電極9の下部に下電極9と略同一の形状でシリコン窒化
膜8が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、強誘電体薄膜を容量絶
縁膜とする大容量の容量素子を内蔵する半導体装置およ
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、不要輻射の防止またはメモリセル
の微細化のためにチタン酸バリウム、チタン酸鉛等に代
表される強誘電体薄膜の高誘電率を利用した容量素子を
内蔵するIC、LSIの開発が試みられている。
【0003】以下に従来の半導体装置について説明す
る。図5は従来の半導体装置の要部断面図であり、容量
素子が形成されている領域について示したものである。
図5において、1はP型のシリコン基板、2はN型ウエ
ル、3はP−chトランジスタの分離領域であるN領
域、4はN−chトランジスタの分離領域であるP領
域、5はトランジスタを分離する分離酸化膜、6aはゲ
ート絶縁膜、6bはゲート電極、7は層間絶縁膜、9は
下電極、10は強誘電体薄膜、11は上電極、12は容
量素子の保護膜、13はコンタクトホール、14はアル
ミ配線である。図5に示すように従来の半導体装置の容
量素子は、層間絶縁膜7の上に直接下電極9が形成され
ており、その上に強誘電体薄膜10および上電極11が
形成されていた。
【0004】また従来の半導体装置の製造方法におい
て、容量素子は次にようにして形成される。なお層間絶
縁膜7が形成されるまでの工程は省略する。まず層間絶
縁膜7の上に下電極9となる第1の金属薄膜および強誘
電体薄膜10を形成した後強誘電体薄膜10を加熱処理
する。次に上電極11となる第2の金属薄膜を形成す
る。次に上電極11と強誘電体薄膜10を選択的に残し
て不要部を除去し、さらに下電極9を選択的に残して不
要部を除去する。次に全体に容量素子の保護膜12を形
成し、コンタクトホール13を形成しアルミ配線14を
形成する。なおコンタクトホール13の内、シリコン基
板1の上に形成された集積回路に配線14を接続するも
のは層間絶縁膜7と保護膜12の両方を貫通するもので
あり、容量素子の下電極9および上電極11に配線14
を接続するものは保護膜12を貫通するだけでよい。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、容量素子を形成する際行われる600℃
以上の高温熱処理工程において強誘電体薄膜に含まれる
金属成分および水分、また雰囲気として用いる酸素等が
層間絶縁膜中を拡散してトランジスタ領域および分離領
域を劣化または破壊するという課題を有していた。
【0006】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、トランジスタ特性の劣化および分離領域の破壊を生
じることがなく信頼性の高い半導体装置およびその製造
方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の半導体装置は、集積回路が作り込まれた支持
基板の上に下電極、容量絶縁膜となる強誘電体薄膜およ
び上電極からなる容量素子が形成されており、かつ下電
極の下部に下電極と略同一の形状でシリコン窒化膜が形
成されている構成を有しており、またその製造方法は、
層間絶縁膜の上にシリコン窒化膜を形成する工程、その
上に容量素子を形成する工程、容量素子の下電極と略同
一の形状でシリコン窒化膜を選択的に残す工程を備えた
構成を有している。
【0008】
【作用】この構成によって、強誘電体薄膜を熱処理する
工程においては集積回路が形成された支持基板の全面に
窒化シリコン膜が形成されているため高温熱処理を行っ
てもトランジスタ領域および分離領域が汚染されること
がなく、また最終的には容量素子の下部にのみ窒化シリ
コン膜を残しているためその他の領域において層間絶縁
膜に窒化シリコン膜による応力がかかることがなく、信
頼性の高い半導体装置を実現できる。
【0009】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。
【0010】図1は本発明の第1の実施例における半導
体装置の要部断面図であり、容量素子が形成された領域
について示したものである。図1において、図5に示す
従来例と同一箇所には同一符号を付して説明を省略す
る。なお本実施例が図5に示す従来例と異なる点は、層
間絶縁膜7と下電極9の間に下電極9と略同形状のシリ
コン窒化膜8が形成されていることである。このように
下電極9の下部にのみシリコン窒化膜8を残すことによ
り、シリコン窒化膜8が層間絶縁膜7に及ぼす応力を最
低限に抑えることができる。
【0011】次に第1の実施例の半導体装置の製造方法
について、図面を参照しながら説明する。図2(a)〜
(e)は本発明の第1の実施例の半導体装置の製造方法
の工程断面図である。これらの図において、シリコン基
板1に作り込まれた集積回路の部分は省略し、層間絶縁
膜7を形成した後の工程について説明する。まず図2
(a)に示すように、層間絶縁膜7の上に減圧CVD法
によりシリコン窒化膜8を形成し、その上にスパッタ法
またはEB蒸着法により第1の金属薄膜9(この金属薄
膜は後工程で下電極9となるため、同じ符号で示してい
る)を形成する。次にゾルゲル法により強誘電体薄膜1
0の構成元素を含有する有機金属化合物溶液を回転塗布
した後、窒素雰囲気中200〜400℃で1〜5分加熱
し乾燥する。次に酸素雰囲気中650〜750℃の高温
で焼成して強誘電体薄膜10を形成する。次に図2
(b)に示すように、スパッタ法またはEB蒸着法によ
り第2の金属薄膜11(この金属薄膜は後工程で上電極
11となるため、同じ符号で示している)を形成する。
次に図2(c)に示すように、上電極11と強誘電体薄
膜10をイオンミリング法により形成する。次に図2
(d)に示すように、上電極11および強誘電体薄膜1
0より大きく面積をとって下電極9を形成する。次に図
2(e)に示すように、下電極9と略同一のパターンで
シリコン窒化膜8を残す。図2では以降の工程を省略し
ているが、さらに保護膜12を形成し、コンタクトホー
ル13を形成し、アルミ配線14を形成して図1に示す
半導体装置となる。
【0012】次に本発明の第2の実施例について、図面
を参照しながら説明する。図3は本発明の第2の実施例
における半導体装置の要部断面図であり、容量素子が形
成された領域について示したものである。図2におい
て、図5に示す従来例および図1に示す第1の実施例と
同一箇所には同一符号を付して説明を省略する。なお本
実施例が図1に示す第1の実施例と異なる点は、下電極
9とシリコン窒化膜8との間にシリコン酸化膜8aが形
成されていることである。第1の実施例で下電極9がチ
タン層と白金層の2層構造である場合、チタン層とシリ
コン窒化膜8とが反応しやすいためプロセス条件によっ
ては剥離が生じたりするが、シリコン酸化膜8aを介在
させることにより防止できる。なおシリコン酸化膜8a
にはりん、ボロンが含有されていても問題はない。
【0013】次に第2の実施例の半導体装置の製造方法
について、図面を参照しながら説明する。図4(a)〜
(e)は本発明の第2の実施例の半導体装置の製造方法
の工程断面図である。これらの図において、シリコン基
板1に作り込まれた集積回路の部分は省略し、層間絶縁
膜7を形成した後の工程について説明する。まず図4
(a)に示すように、層間絶縁膜7の上に減圧CVD法
によりシリコン窒化膜8およびシリコン酸化膜8aを形
成し、その上にスパッタ法またはEB蒸着法により第1
の金属薄膜9(この金属薄膜は後工程で下電極9となる
ため、同じ符号で示している)を形成する。以降図4
(d)の工程までは図2に示す工程と全く同一であり、
説明を省略する。次に図2(e)に示すように、下電極
9と略同一のパターンでシリコン酸化膜8aおよびシリ
コン窒化膜8を残す。図4では以降の工程を省略してい
るが、さらに保護膜12を形成し、コンタクトホール1
3を形成し、アルミ配線14を形成して図3に示す半導
体装置となる。
【0014】なお図1においてシリコン窒化膜8を下電
極9と略同一の形状として説明したが、シリコン基板1
の層間絶縁膜7の上全面にシリコン窒化膜8が形成され
ており、その上の一部に容量素子が形成されていても良
い。ただしこの場合には、コンタクトホール13は保護
膜12、シリコン窒化膜8および層間絶縁膜7を貫通し
て形成すれば良い。また図3においてシリコン窒化膜8
とシリコン酸化膜8aとの多層膜を下電極9と略同一の
形状として説明したが、シリコン基板1の層間絶縁膜7
の上全面にシリコン窒化膜8とシリコン酸化膜8aが形
成されており、その上の一部に容量素子が形成されてい
ても良い。ただしこの場合には、コンタクトホール13
は保護膜12、シリコン酸化膜8aとシリコン窒化膜8
および層間絶縁膜7を貫通して形成すれば良い。さらに
は、シリコン基板1の層間絶縁膜7の上全面にシリコン
窒化膜8が形成されており、その上の一部に下電極9と
略同一の形状のシリコン酸化膜8aが形成されており、
そのシリコン酸化膜8aの上に容量素子が形成されてい
ても良い。ただしこの場合には、コンタクトホール13
は保護膜12、シリコン窒化膜8および層間絶縁膜7を
貫通して形成すれば良い。
【0015】なお図2および図4に示す製造工程におい
て強誘電体薄膜10をゾルゲル法で形成した例について
説明したが、熱分解法等の他の液相法やスパッタ法また
はEB蒸着法等の気相法で形成しても良い。
【0016】なおシリコン基板1の全面にシリコン窒化
膜8またはシリコン窒化膜8とシリコン酸化膜8aを形
成する場合には、第1および第2の実施例で用いられて
いる層間絶縁膜7は省略しても良い。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明は容量素子の下電極
の下部に下電極と略同一の形状でシリコン窒化膜または
シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の多層膜を形成する構
成により、容量素子形成時に高温熱処理を行ってもトラ
ンジスタ領域および分離領域が汚染されることがなく、
また最終的には容量素子の下部にのみ窒化シリコン膜を
残しているためその他の領域において層間絶縁膜に窒化
シリコン膜による応力がかかることがなく、信頼性の高
い半導体装置およびその製造方法を実現できるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における半導体装置の要
部断面図
【図2】(a)〜(e)は本発明の第1の実施例の半導
体装置の製造方法の工程断面図
【図3】本発明の第2の実施例における半導体装置の要
部断面図
【図4】(a)〜(e)は本発明の第2の実施例の半導
体装置の製造方法の工程断面図
【図5】従来の半導体装置の要部断面図
【符号の説明】
1 シリコン基板(支持基板) 8 シリコン窒化膜 9 下電極 10 強誘電体薄膜 11 上電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 恭博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電子 工業株式会社内 (72)発明者 松田 明浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電子 工業株式会社内 (72)発明者 林 慎一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電子 工業株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 集積回路が作り込まれた支持基板の上に
    下電極、容量絶縁膜となる強誘電体薄膜および上電極か
    らなる容量素子が形成されており、かつ下電極の下部に
    下電極と略同一の形状でシリコン窒化膜が形成されてい
    る半導体装置。
  2. 【請求項2】 下電極と略同一形状で形成されているシ
    リコン窒化膜の代わりにシリコン窒化膜とシリコン酸化
    膜とからなる多層膜が形成されている請求項1記載の半
    導体装置。
  3. 【請求項3】 集積回路が作り込まれた支持基板の上に
    シリコン窒化膜が形成されており、その上に下電極、容
    量絶縁膜となる強誘電体薄膜および上電極からなる容量
    素子が形成されている半導体装置。
  4. 【請求項4】 シリコン窒化膜の代わりにシリコン窒化
    膜とシリコン酸化膜とからなる多層膜が形成されている
    請求項3記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 上電極および下電極が白金を主成分とす
    る金属薄膜である請求項1〜4のいずれか1項に記載の
    半導体装置。
  6. 【請求項6】 集積回路が作り込まれた支持基板上の層
    間絶縁膜の上にシリコン窒化膜、第1の金属薄膜および
    強誘電体薄膜を形成する工程と、強誘電体薄膜を酸素雰
    囲気中で加熱処理する工程と、加熱処理された強誘電体
    薄膜上に第2の金属薄膜を形成する工程と、第2の金属
    薄膜および強誘電体薄膜の容量素子となる部分を選択的
    に残して他の部分を除去し上電極および容量絶縁膜を形
    成する工程と、第1の金属薄膜を選択的に残して他の部
    分を除去し下電極を形成する工程と、シリコン窒化膜を
    下電極と略同一の形状に選択的に残して他の部分を除去
    する工程とを有する半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 シリコン窒化膜の代わりにシリコン窒化
    膜とシリコン酸化膜とからなる多層膜を形成する請求項
    4記載の半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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