JPH07202019A - 半導体集積回路装置および製造方法 - Google Patents
半導体集積回路装置および製造方法Info
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- JPH07202019A JPH07202019A JP5338592A JP33859293A JPH07202019A JP H07202019 A JPH07202019 A JP H07202019A JP 5338592 A JP5338592 A JP 5338592A JP 33859293 A JP33859293 A JP 33859293A JP H07202019 A JPH07202019 A JP H07202019A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
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- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
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- H10B12/03—Making the capacitor or connections thereto
- H10B12/033—Making the capacitor or connections thereto the capacitor extending over the transistor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】IGビットクラスの高い集積度のDRAM実現
に必要な平坦性、寄生抵抗の低減、容量の確保および量
産性を有する半導体集積回路装置およびその製造方法を
提供する。 【構成】コンタクトホール内に、コンタクト金属(T
i)と一体となった容量電極金属(TiN)と、容量絶
縁膜が積層された構造(TiO2 )が埋め込まれた構造
の容量を有している。また、その電極金属が、イオン化
蒸着等の指向性ビームを用いた蒸着で凹凸を表面に有し
ている。
に必要な平坦性、寄生抵抗の低減、容量の確保および量
産性を有する半導体集積回路装置およびその製造方法を
提供する。 【構成】コンタクトホール内に、コンタクト金属(T
i)と一体となった容量電極金属(TiN)と、容量絶
縁膜が積層された構造(TiO2 )が埋め込まれた構造
の容量を有している。また、その電極金属が、イオン化
蒸着等の指向性ビームを用いた蒸着で凹凸を表面に有し
ている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路装置およ
び製造方法に関し、特に単位面積あたりの容量を増加で
きる半導体集積回路装置および製造方法に関する。
び製造方法に関し、特に単位面積あたりの容量を増加で
きる半導体集積回路装置および製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ダイナミック・ランダム・アクセス・メ
モリ(DRAM)は、パーソナルコンピュータ等をはじ
めとする機器に用いられており、集積密度の向上が進ん
でいる。DRAMの記憶単位であるメモリセルは、1つ
のトランジスタ、1つの容量で構成されている。DRA
Mの集積度を向上するためには、集積度の向上に伴う面
積の増加を防ぎ、トランジスタの性能を向上する観点か
ら、セルサイズを縮小して、単位面積あたりのメモリセ
ル密度を増やす必要がある。一方で、DRAMの記憶保
持動作においては、信号を蓄積しておくために、一定値
以上の電荷蓄積容量が必要である。目安として必要な容
量は30fF程度である。蓄積容量は容量電極の表面積
と容量膜の誘電率で決まる。容量膜としては、シリコン
酸化膜(比誘電率4.2)が主として用いられてきてい
る。また、シリコン窒化膜や5酸化タンタル膜、チタン
酸ストロチウムやジルコニウム・チタン酸鉛(PZT)
等の強誘電体膜も考えられているが、従来のシリコンプ
ロセスとの材料的な整合性の面から、現状で実用化され
ているのは、シリコン酸化膜のみである。従って、従来
は、メモリサイズ縮小とともに、必要な容量を確保する
ためにもっぱら電極構造を工夫して、表面積を広げてき
た。例えば、テクニカル・ダイジェスト・オブ・アイ・
イー・ディー・エム(Technical Diges
t of IEDM)、p.806(1982、De
c)に示されているスタック構造、テクニカル・ダイジ
ェスト・オブ・アイ・イー・ディー・エム(Techn
icalDigest of IEDM)、p.348
(1978、Dec)に示されているトレンチ構造など
縦方向に表面積を稼ぐ構造や、それらの変更としてのテ
クニカル・ダイジェスト・オブ・アイ・イー・ディー・
エム(TechnicalDigest of IED
M)、p.592(1988、Dec)に示されている
フィン構造、テクニカル・ダイジェスト・オブ・アイ・
イー・ディー・エム(Technical Diges
t of IEDM)、p.659(1990、De
c)に示されている粗面化電極構造が開発されてきた。
モリ(DRAM)は、パーソナルコンピュータ等をはじ
めとする機器に用いられており、集積密度の向上が進ん
でいる。DRAMの記憶単位であるメモリセルは、1つ
のトランジスタ、1つの容量で構成されている。DRA
Mの集積度を向上するためには、集積度の向上に伴う面
積の増加を防ぎ、トランジスタの性能を向上する観点か
ら、セルサイズを縮小して、単位面積あたりのメモリセ
ル密度を増やす必要がある。一方で、DRAMの記憶保
持動作においては、信号を蓄積しておくために、一定値
以上の電荷蓄積容量が必要である。目安として必要な容
量は30fF程度である。蓄積容量は容量電極の表面積
と容量膜の誘電率で決まる。容量膜としては、シリコン
酸化膜(比誘電率4.2)が主として用いられてきてい
る。また、シリコン窒化膜や5酸化タンタル膜、チタン
酸ストロチウムやジルコニウム・チタン酸鉛(PZT)
等の強誘電体膜も考えられているが、従来のシリコンプ
ロセスとの材料的な整合性の面から、現状で実用化され
ているのは、シリコン酸化膜のみである。従って、従来
は、メモリサイズ縮小とともに、必要な容量を確保する
ためにもっぱら電極構造を工夫して、表面積を広げてき
た。例えば、テクニカル・ダイジェスト・オブ・アイ・
イー・ディー・エム(Technical Diges
t of IEDM)、p.806(1982、De
c)に示されているスタック構造、テクニカル・ダイジ
ェスト・オブ・アイ・イー・ディー・エム(Techn
icalDigest of IEDM)、p.348
(1978、Dec)に示されているトレンチ構造など
縦方向に表面積を稼ぐ構造や、それらの変更としてのテ
クニカル・ダイジェスト・オブ・アイ・イー・ディー・
エム(TechnicalDigest of IED
M)、p.592(1988、Dec)に示されている
フィン構造、テクニカル・ダイジェスト・オブ・アイ・
イー・ディー・エム(Technical Diges
t of IEDM)、p.659(1990、De
c)に示されている粗面化電極構造が開発されてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べてい
るような容量電極構造の工夫による表面積の増加は25
6メガビット以上の集積度のDRAMにおいては困難に
なってきている。すなわち、表面積を増加するために容
量電極の縦方向のサイズが増加し、集積密度の向上と相
乗して、縦横のサイズ比(アスペクト比)が大きくなっ
てくるが、それに伴って、トランジスタ間を接続するた
めの電極及び配線の形成が困難になってきている。ま
た、アスペクト比の大きな電極によって、電極形成後の
凹凸が大きくなり、その後の配線形成が困難になった
り、信頼性が低下するなどの問題が生じている。
るような容量電極構造の工夫による表面積の増加は25
6メガビット以上の集積度のDRAMにおいては困難に
なってきている。すなわち、表面積を増加するために容
量電極の縦方向のサイズが増加し、集積密度の向上と相
乗して、縦横のサイズ比(アスペクト比)が大きくなっ
てくるが、それに伴って、トランジスタ間を接続するた
めの電極及び配線の形成が困難になってきている。ま
た、アスペクト比の大きな電極によって、電極形成後の
凹凸が大きくなり、その後の配線形成が困難になった
り、信頼性が低下するなどの問題が生じている。
【0004】また、従来は容量電極の材料としてポリシ
リコンを用いているため、ポリシリコンの抵抗率が高い
ために、サイズ縮小によって電極抵抗、コンタクトプラ
グ抵抗が高くなる問題を有している。
リコンを用いているため、ポリシリコンの抵抗率が高い
ために、サイズ縮小によって電極抵抗、コンタクトプラ
グ抵抗が高くなる問題を有している。
【0005】シリコン酸化膜以外のより誘電率の高い材
料を容量膜に用いることが以上述べた課題を解決する最
も良い方法であるが、鉛、ジルコニウムなどの従来はシ
リコンプロセスにおいて、ほとんど使われていない元素
を含む材料を、シリコンプロセスに取り入れることは、
不純物制御が製造歩留まりの支配的要因であることから
困難であり、できるだけ、従来用いられている限られた
材料で構成することが求められている。
料を容量膜に用いることが以上述べた課題を解決する最
も良い方法であるが、鉛、ジルコニウムなどの従来はシ
リコンプロセスにおいて、ほとんど使われていない元素
を含む材料を、シリコンプロセスに取り入れることは、
不純物制御が製造歩留まりの支配的要因であることから
困難であり、できるだけ、従来用いられている限られた
材料で構成することが求められている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の半導体集
積回路装置は、DRAMにおいて半導体基板と電気的に
接続した金属電極と、該金属電極表面に形成された容量
絶縁膜を備えたことを特徴とする。
積回路装置は、DRAMにおいて半導体基板と電気的に
接続した金属電極と、該金属電極表面に形成された容量
絶縁膜を備えたことを特徴とする。
【0007】また、本発明の第2の半導体集積回路装置
は、絶縁膜に形成されたコンタクトホールの内周のみで
容量が形成されていることを特徴とする。
は、絶縁膜に形成されたコンタクトホールの内周のみで
容量が形成されていることを特徴とする。
【0008】また、本発明の第3の半導体集積回路装置
は、容量電極である金属表面に凹凸を有することを特徴
とする。
は、容量電極である金属表面に凹凸を有することを特徴
とする。
【0009】また、本発明の第1の半導体集積回路装置
の製造方法は、絶縁膜にコンタクトホールを形成する工
程と、膜厚がコンタクト径より薄い電極金属を全面に堆
積すする工程と、電極金属を堆積する工程の後にコンタ
クトホール内周以外の電極金属を研磨して除去する工程
と、電極金属表面上に容量絶縁膜を形成する工程を備え
ていることを特徴とする。
の製造方法は、絶縁膜にコンタクトホールを形成する工
程と、膜厚がコンタクト径より薄い電極金属を全面に堆
積すする工程と、電極金属を堆積する工程の後にコンタ
クトホール内周以外の電極金属を研磨して除去する工程
と、電極金属表面上に容量絶縁膜を形成する工程を備え
ていることを特徴とする。
【0010】また、本発明の第2の半導体集積回路装置
の製造方法は、絶縁膜にコンタクトホールを形成する工
程と、イオン化ビーム蒸着によって金属を蒸着して、コ
ンタクトホール内周に、凹凸を有する金属電極を形成す
る工程と、該金属電極表面に容量絶縁膜を形成する工程
を備えていることを特徴とする。
の製造方法は、絶縁膜にコンタクトホールを形成する工
程と、イオン化ビーム蒸着によって金属を蒸着して、コ
ンタクトホール内周に、凹凸を有する金属電極を形成す
る工程と、該金属電極表面に容量絶縁膜を形成する工程
を備えていることを特徴とする。
【0011】また、本発明の第3の半導体集積回路装置
の製造方法は、請求項4の半導体集積回路装置の製造方
法において、凹凸を有する金属電極表面を酸化して金属
酸化物からなる容量絶縁膜を形成する工程を備えている
ことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
の製造方法は、請求項4の半導体集積回路装置の製造方
法において、凹凸を有する金属電極表面を酸化して金属
酸化物からなる容量絶縁膜を形成する工程を備えている
ことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。
説明する。
【0013】図1は、本発明の半導体集積回路装置の第
1の実施例の工程断面図である。図1(a)に示してい
るように、メモリセルを構成するMOSトランジスタ1
をシリコン基板2上に作製する。MOSトランジスタは
ソース、ドレインとなる拡散層3とゲート電極4から構
成され、隣合うゲート電極あるいはトランジスタの拡散
層とは、素子分離層5で電気的に絶縁されている。ま
た、ゲート電極側面にはシリコン酸化膜、シリコン窒化
膜等からなる側壁6が設けられている。さらに、トラン
ジスタは、シリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜7で覆
われ、本実施例の場合には図1(a)のように、層間絶
縁膜表面が平坦化されている。平坦化には、反応性イオ
ンエッチング(RIE)や化学機械研磨(CMP)によ
るエッチバックを用いている。ここでは、平坦化を行っ
ているが、平坦化は行わなくても良い。ゲート電極幅
は、0.2μmであり層間絶縁膜の膜厚は0.6μmで
ある。
1の実施例の工程断面図である。図1(a)に示してい
るように、メモリセルを構成するMOSトランジスタ1
をシリコン基板2上に作製する。MOSトランジスタは
ソース、ドレインとなる拡散層3とゲート電極4から構
成され、隣合うゲート電極あるいはトランジスタの拡散
層とは、素子分離層5で電気的に絶縁されている。ま
た、ゲート電極側面にはシリコン酸化膜、シリコン窒化
膜等からなる側壁6が設けられている。さらに、トラン
ジスタは、シリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜7で覆
われ、本実施例の場合には図1(a)のように、層間絶
縁膜表面が平坦化されている。平坦化には、反応性イオ
ンエッチング(RIE)や化学機械研磨(CMP)によ
るエッチバックを用いている。ここでは、平坦化を行っ
ているが、平坦化は行わなくても良い。ゲート電極幅
は、0.2μmであり層間絶縁膜の膜厚は0.6μmで
ある。
【0014】次に、図1(b)に示しているように、層
間絶縁膜に通常のフォトリソグラフィーと酸化膜RIE
によって、直径0.25μmのコンタクトホール8を形
成する。
間絶縁膜に通常のフォトリソグラフィーと酸化膜RIE
によって、直径0.25μmのコンタクトホール8を形
成する。
【0015】次に、図1(c)に示しているように、全
面にコンタクト金属(Ti)をコリメートスパッタによ
り、コンタクトホール底に充分な膜厚が堆積するように
堆積し、下地のSiと反応させチタンシリサイドを形成
する。つづいて、電極金属として窒化チタン膜を50n
mの膜厚だけ堆積する。窒化チタンの堆積には、テトラ
ジエチルアミノチタン(TDEAT)あるいは、テトラ
ジメチルアミノチタン(TDMAT)を原料とした有機
金属ソース化学的気相成長(MOCVD)を用いる。次
に、TiNの上に容量絶縁膜として5酸化タンタル(T
a2 O5 )をCVD法で膜厚10nmだけ堆積する。
面にコンタクト金属(Ti)をコリメートスパッタによ
り、コンタクトホール底に充分な膜厚が堆積するように
堆積し、下地のSiと反応させチタンシリサイドを形成
する。つづいて、電極金属として窒化チタン膜を50n
mの膜厚だけ堆積する。窒化チタンの堆積には、テトラ
ジエチルアミノチタン(TDEAT)あるいは、テトラ
ジメチルアミノチタン(TDMAT)を原料とした有機
金属ソース化学的気相成長(MOCVD)を用いる。次
に、TiNの上に容量絶縁膜として5酸化タンタル(T
a2 O5 )をCVD法で膜厚10nmだけ堆積する。
【0016】次に、図2(a)に示しているように、再
び、TDEATあるいはTDMATを用いたMOCVD
で容量絶縁膜を上部電極金属(TiN)12を堆積す
る。
び、TDEATあるいはTDMATを用いたMOCVD
で容量絶縁膜を上部電極金属(TiN)12を堆積す
る。
【0017】次に、図2(b)に示しているように、周
知のフォトリソグラフィーとRIEを用いて上部電極金
属12、容量絶縁膜11、電極金属10、コンタクト金
属を加工してパターンを形成する。
知のフォトリソグラフィーとRIEを用いて上部電極金
属12、容量絶縁膜11、電極金属10、コンタクト金
属を加工してパターンを形成する。
【0018】このようにしてできた本発明の第1の半導
体集積回路装置の実施例はDRAMのメモリセルとして
使用する。
体集積回路装置の実施例はDRAMのメモリセルとして
使用する。
【0019】ここで述べた実施例においては、コンタク
ト金属9としてTiを用いた例を示しているが、Tiの
かわりにTa、W、Mo、Pt、Co、Ni等を用いて
もよい。さらに、チタンシリサイド、タンタルシリサイ
ド、タングステンシリサイド、モリブテンシリサイド、
白金シリサイドCoSi、NiSi等のシリサイドでも
良い。
ト金属9としてTiを用いた例を示しているが、Tiの
かわりにTa、W、Mo、Pt、Co、Ni等を用いて
もよい。さらに、チタンシリサイド、タンタルシリサイ
ド、タングステンシリサイド、モリブテンシリサイド、
白金シリサイドCoSi、NiSi等のシリサイドでも
良い。
【0020】また、ここで述べた実施例においては電極
金属10として、TiNを用いているが、TiNのかわ
りに窒化タングステン(WN)、窒化モリブテン(Mo
N)等の金属窒化物、チタンタングステン(TiW)、
タングステンシリサイド(WSi)などの合金やそれら
の窒化物であるTiWN、WSiN等を用いても良い。
金属10として、TiNを用いているが、TiNのかわ
りに窒化タングステン(WN)、窒化モリブテン(Mo
N)等の金属窒化物、チタンタングステン(TiW)、
タングステンシリサイド(WSi)などの合金やそれら
の窒化物であるTiWN、WSiN等を用いても良い。
【0021】また、ここで述べた実施例においては、容
量絶縁膜11としてTa2 O5 を用いているが、ルチル
(TiO2 )、チタン酸ストロンチウム(SrTi
O3 )、ジルコニウム・チタン酸鉛(PZT)等を用い
ても良い。ルチルを用いる場合、後述するように、電極
金属としてTiNを用いて、その表面を酸化すること
で、工程が短縮でき、歩留まりが高くなる。また、Si
LSIプロセスにおいて、既に実績のあるTiのみで電
極メタル、容量絶縁膜を構成でき、実用性を高くでき
る。
量絶縁膜11としてTa2 O5 を用いているが、ルチル
(TiO2 )、チタン酸ストロンチウム(SrTi
O3 )、ジルコニウム・チタン酸鉛(PZT)等を用い
ても良い。ルチルを用いる場合、後述するように、電極
金属としてTiNを用いて、その表面を酸化すること
で、工程が短縮でき、歩留まりが高くなる。また、Si
LSIプロセスにおいて、既に実績のあるTiのみで電
極メタル、容量絶縁膜を構成でき、実用性を高くでき
る。
【0022】本実施例で形成した容量は、Ta2 O5 の
誘電率が従来のシリコン酸化膜の約6倍であることか
ら、コンタクトホール内のみで約10fFである。ルチ
ルを用いる場合には、同じくコンタクトホール内のみで
約50fFとなり、この場合には、コンタクトホール内
のみでメモリセルに必要な容量は満たされる。コンタク
トホール内のみに容量を形成する場合、メモリセル形成
後の表面が平坦化でき、配線形成などの後の工程が容易
になる。このような構造が次に説明する本発明の第2の
半導体集積回路装置である。
誘電率が従来のシリコン酸化膜の約6倍であることか
ら、コンタクトホール内のみで約10fFである。ルチ
ルを用いる場合には、同じくコンタクトホール内のみで
約50fFとなり、この場合には、コンタクトホール内
のみでメモリセルに必要な容量は満たされる。コンタク
トホール内のみに容量を形成する場合、メモリセル形成
後の表面が平坦化でき、配線形成などの後の工程が容易
になる。このような構造が次に説明する本発明の第2の
半導体集積回路装置である。
【0023】次に、本発明の第2の半導体集積回路装置
の実施例について、工程断面図を用いて以下に説明す
る。
の実施例について、工程断面図を用いて以下に説明す
る。
【0024】図3(a)〜(d)は、本発明の第2の半
導体集積回路装置を本発明の第1の半導体集積回路装置
の製造方法によって製造する実施例を説明するための工
程断面図である。
導体集積回路装置を本発明の第1の半導体集積回路装置
の製造方法によって製造する実施例を説明するための工
程断面図である。
【0025】まず、本発明の第1の半導体集積回路の場
合と同様に、図1(a)に示しているように、メモリセ
ルを構成するMOSトランジスタ1をシリコン基板2上
に作製する。MOSトランジスタはソース、ドレインと
なる拡散層3とゲート電極4から構成され、隣合うゲー
ト電極あるいはトランジスタの拡散層とは、素子分離層
5で電気的に絶縁されている。また、ゲート電極側面に
はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなる側壁6が
設けられている。さらに、トランジスタは、シリコン酸
化膜等からなる層間絶縁膜7で覆われ、本実施例の場合
には図1(a)にように、層間絶縁膜表面が平坦化され
ている。平坦化には、反応性イオンエッチング(RI
E)や化学機械研磨(CMP)によるエッチバックを用
いている。ここでは、平坦化を行っているが、平坦化は
行わなくても良い。ゲート電極幅は、0.2μmであり
層間絶縁膜の膜厚は0.6μmである。
合と同様に、図1(a)に示しているように、メモリセ
ルを構成するMOSトランジスタ1をシリコン基板2上
に作製する。MOSトランジスタはソース、ドレインと
なる拡散層3とゲート電極4から構成され、隣合うゲー
ト電極あるいはトランジスタの拡散層とは、素子分離層
5で電気的に絶縁されている。また、ゲート電極側面に
はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなる側壁6が
設けられている。さらに、トランジスタは、シリコン酸
化膜等からなる層間絶縁膜7で覆われ、本実施例の場合
には図1(a)にように、層間絶縁膜表面が平坦化され
ている。平坦化には、反応性イオンエッチング(RI
E)や化学機械研磨(CMP)によるエッチバックを用
いている。ここでは、平坦化を行っているが、平坦化は
行わなくても良い。ゲート電極幅は、0.2μmであり
層間絶縁膜の膜厚は0.6μmである。
【0026】次に、図1(b)に示しているように、層
間絶縁膜に通常のフォトリソグラフィー酸化膜RIEに
よって、直径0.25μmのコンタクトホール8を形成
する。
間絶縁膜に通常のフォトリソグラフィー酸化膜RIEに
よって、直径0.25μmのコンタクトホール8を形成
する。
【0027】次に図3(a)に示しているように、全面
にコンタクト金属(Ti)をコリメートスパッタによ
り、コンタクトホール底に充分な膜厚が堆積するように
堆積し、下地のSiと反応させチタンシリサイドを形成
する。つづいて、電極金属として窒化チタン膜を50n
mの膜厚だけ堆積する。窒化チタンの堆積には、テトラ
ジエチルアミノチタン(TDEAT)あるいは、テトラ
ジメチルアミノチタン(TDMAT)を原料とした有機
金属ソース化学的気相成長(MOCVD)を用いる。
にコンタクト金属(Ti)をコリメートスパッタによ
り、コンタクトホール底に充分な膜厚が堆積するように
堆積し、下地のSiと反応させチタンシリサイドを形成
する。つづいて、電極金属として窒化チタン膜を50n
mの膜厚だけ堆積する。窒化チタンの堆積には、テトラ
ジエチルアミノチタン(TDEAT)あるいは、テトラ
ジメチルアミノチタン(TDMAT)を原料とした有機
金属ソース化学的気相成長(MOCVD)を用いる。
【0028】次に図3(b)に示しているように、化学
機械研磨(CMP)によって、コンタクトホール8内以
外の電極金属10とコンタクト金属9を除去する。この
場合、フォトレジストの全面に塗布し、コンタクトホー
ルを埋め込んで平坦化し、フォトレジストと電極金属1
0及びコンタクトメタル9を、RIEまたはアルゴンイ
オンミリングによってエッチバック除去した後、フォト
レジストを有機溶媒によって溶解除去して、図3(b)
に示している構造を作製しても良い。
機械研磨(CMP)によって、コンタクトホール8内以
外の電極金属10とコンタクト金属9を除去する。この
場合、フォトレジストの全面に塗布し、コンタクトホー
ルを埋め込んで平坦化し、フォトレジストと電極金属1
0及びコンタクトメタル9を、RIEまたはアルゴンイ
オンミリングによってエッチバック除去した後、フォト
レジストを有機溶媒によって溶解除去して、図3(b)
に示している構造を作製しても良い。
【0029】次に、図3(c)に示しているように、金
属電極10及びコンタクト金属表面に容量絶縁膜(ルチ
ル)11を形成する。容量絶縁膜は、酸素雰囲気におい
て500℃以上に電気炉もしくはランプ炉で酸化熱処理
して、膜厚10nmのものを形成する。この時、電極金
属表面はもちろん、コンタクト金属9のコンタクトホー
ル開口部の表面も酸化させて絶縁膜を形成することが必
要である。
属電極10及びコンタクト金属表面に容量絶縁膜(ルチ
ル)11を形成する。容量絶縁膜は、酸素雰囲気におい
て500℃以上に電気炉もしくはランプ炉で酸化熱処理
して、膜厚10nmのものを形成する。この時、電極金
属表面はもちろん、コンタクト金属9のコンタクトホー
ル開口部の表面も酸化させて絶縁膜を形成することが必
要である。
【0030】次に、図3(d)に示しているように、上
部電極金属としてTiNをMOCVD法で膜厚200n
mだけ堆積し、コンタクトホールを埋め込む。
部電極金属としてTiNをMOCVD法で膜厚200n
mだけ堆積し、コンタクトホールを埋め込む。
【0031】こうして作製した本発明の第2の半導体集
積回路装置の実施例の装置は、DRAMのメモリセルを
構成し、容量として50fFで確保できる。また、30
fF程度の容量値で良い場合には、さらに、層間絶縁膜
7の膜厚を、本実施例の3/5に薄くしても良い。
積回路装置の実施例の装置は、DRAMのメモリセルを
構成し、容量として50fFで確保できる。また、30
fF程度の容量値で良い場合には、さらに、層間絶縁膜
7の膜厚を、本実施例の3/5に薄くしても良い。
【0032】さらに、本実施例では、コンタクトホール
内のみに容量絶縁膜を形成しているが、図4に断面構造
を示しているような、コンタクトホールを含んで絶縁膜
に形成した様々の形の溝内にのみ容量絶縁膜を形成して
も良い。この場合、溝側面の面積が増加できるため、容
量値が充分でない場合に有効である。
内のみに容量絶縁膜を形成しているが、図4に断面構造
を示しているような、コンタクトホールを含んで絶縁膜
に形成した様々の形の溝内にのみ容量絶縁膜を形成して
も良い。この場合、溝側面の面積が増加できるため、容
量値が充分でない場合に有効である。
【0033】また、本実施例ではルチルからなる容量絶
縁膜を窒化チタンからなる電極メタルの酸化によって形
成しているが、同様にしてルチルのかわりに5酸化タン
タルをTaあるいはTaNの酸化によって形成しても良
い。さらに、本発明の第3の半導体集積回路装置の製造
方法を用いないで、CVD法でルチル、Ta2 O5 、S
rTiO3 、PZT等を堆積しても良い。ただし、この
場合においては、容量絶縁膜を挟んでいる電極金属同士
が絶縁されているように、容量絶縁膜形成後のエッチバ
ックの後に、本実施例と同様に表面酸化等による表面の
絶縁化処理が必要である。
縁膜を窒化チタンからなる電極メタルの酸化によって形
成しているが、同様にしてルチルのかわりに5酸化タン
タルをTaあるいはTaNの酸化によって形成しても良
い。さらに、本発明の第3の半導体集積回路装置の製造
方法を用いないで、CVD法でルチル、Ta2 O5 、S
rTiO3 、PZT等を堆積しても良い。ただし、この
場合においては、容量絶縁膜を挟んでいる電極金属同士
が絶縁されているように、容量絶縁膜形成後のエッチバ
ックの後に、本実施例と同様に表面酸化等による表面の
絶縁化処理が必要である。
【0034】また、本実施例ではコンタクトメタルとし
てTiをもちいているが、Ta、W、Mo、Pt等の金
属、TiSi、TiSi、WSi、PtSi、MoSi
等のシリサイド合金、Ti−Ta合金等を用いても良
い。
てTiをもちいているが、Ta、W、Mo、Pt等の金
属、TiSi、TiSi、WSi、PtSi、MoSi
等のシリサイド合金、Ti−Ta合金等を用いても良
い。
【0035】また上部電極メタルとして、TiNのかわ
りにW、Mo、TiW、Pt、WN、MoN、TiW
N、WSi、WSiN等を用いても良い。
りにW、Mo、TiW、Pt、WN、MoN、TiW
N、WSi、WSiN等を用いても良い。
【0036】次に、本発明の第3の半導体集積回路装置
の実施例について、工程断面図を用いて説明する。
の実施例について、工程断面図を用いて説明する。
【0037】図5は本発明の第3の半導体集積回路装置
を本発明の第2の半導体集積回路装置の製造方法で製造
した実施例の工程断面図である。
を本発明の第2の半導体集積回路装置の製造方法で製造
した実施例の工程断面図である。
【0038】まず、図1(a)に示しているように、メ
モリセルを構成するMOSトランジスタ1をシリコン基
板2上に作製する。MOSトランジスタはソース、ドレ
インとなる拡散層3とゲート電極4から構成され、隣合
うゲート電極あるいはトランジスタの拡散層とは、素子
分離層5で電気的に絶縁されている。また、ゲート電極
側面にはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなる側
壁6が設けられている。さらに、トランジスタは、シリ
コン酸化膜等からなる層間絶縁膜7で覆われ、本実施例
の場合には図1(a)のように、層間絶縁膜表面が平坦
化されている。平坦化には、反応性イオンエッチング
(RIE)や化学機械研磨(CMP)によるエッチバッ
クを用いている。ここでは、平坦化を行っているが、平
坦化は行わなくても良い。ゲート電極幅は0.2μmで
あり層間絶縁膜の膜厚は0.6μmである。
モリセルを構成するMOSトランジスタ1をシリコン基
板2上に作製する。MOSトランジスタはソース、ドレ
インとなる拡散層3とゲート電極4から構成され、隣合
うゲート電極あるいはトランジスタの拡散層とは、素子
分離層5で電気的に絶縁されている。また、ゲート電極
側面にはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなる側
壁6が設けられている。さらに、トランジスタは、シリ
コン酸化膜等からなる層間絶縁膜7で覆われ、本実施例
の場合には図1(a)のように、層間絶縁膜表面が平坦
化されている。平坦化には、反応性イオンエッチング
(RIE)や化学機械研磨(CMP)によるエッチバッ
クを用いている。ここでは、平坦化を行っているが、平
坦化は行わなくても良い。ゲート電極幅は0.2μmで
あり層間絶縁膜の膜厚は0.6μmである。
【0039】次に、図1(b)に示しているように、層
間絶縁膜に通常のフォトリソグラフィーと酸化膜RIE
によって、直径0.25μmのコンタクトホール8を形
成する。以上の工程は、本発明の第1および第2の半導
体集積回路装置の工程と同じである。
間絶縁膜に通常のフォトリソグラフィーと酸化膜RIE
によって、直径0.25μmのコンタクトホール8を形
成する。以上の工程は、本発明の第1および第2の半導
体集積回路装置の工程と同じである。
【0040】次に、図5(a)に示しているように、全
面にコンタクト金属(Ti)をコリメートスパッタによ
り、コンタクトホール底に充分な膜厚が堆積するように
堆積し、下地のSiと反応させチタンシリサイドを形成
する。
面にコンタクト金属(Ti)をコリメートスパッタによ
り、コンタクトホール底に充分な膜厚が堆積するように
堆積し、下地のSiと反応させチタンシリサイドを形成
する。
【0041】次に、イオン化ビーム蒸着によって、凹凸
金属電極(TiN)14を形成する。イオン化ビーム蒸
着では、例えば、チタン(Ti)を原料として、真空チ
ャンバー内で蒸発させ、そのTiに電子をぶつけて正イ
オンとし、基板に負の電圧を印加する。それによって、
イオン化したTiは、電界によって方向性が与えられ、
基板に対して鉛直方向(コンタクトホールに平行方向)
に飛ぶようになる。また、蒸着チャンバー内に窒素を導
入し、Tiと反応させて基板面にTiNを降り積もらせ
る。この場合、実験によればTiNはコンタクトホール
内に図5(b)のように、凹凸を持った柱状に堆積す
る。次に、凹凸金属電極14表面にTa2O5 からなる
容量絶縁膜11を膜厚10nmだけ堆積する。
金属電極(TiN)14を形成する。イオン化ビーム蒸
着では、例えば、チタン(Ti)を原料として、真空チ
ャンバー内で蒸発させ、そのTiに電子をぶつけて正イ
オンとし、基板に負の電圧を印加する。それによって、
イオン化したTiは、電界によって方向性が与えられ、
基板に対して鉛直方向(コンタクトホールに平行方向)
に飛ぶようになる。また、蒸着チャンバー内に窒素を導
入し、Tiと反応させて基板面にTiNを降り積もらせ
る。この場合、実験によればTiNはコンタクトホール
内に図5(b)のように、凹凸を持った柱状に堆積す
る。次に、凹凸金属電極14表面にTa2O5 からなる
容量絶縁膜11を膜厚10nmだけ堆積する。
【0042】図5(a)、(b)の一連のコンタクト金
属および凹凸金属電極を形成する工程において、コンタ
クト金属(Ti)9の堆積、凹凸金属電極(TiN)1
4の堆積のかわりに、イオン化蒸着によって、コンタク
ト金属及び金属電極としてTiからなる凹凸金属電極膜
を堆積し、つづいて、700℃程度で窒素雰囲気中で熱
処理し、Ti表面の窒化によってTiN凹凸金属電極と
シリサイド化を同時に行っても良い。
属および凹凸金属電極を形成する工程において、コンタ
クト金属(Ti)9の堆積、凹凸金属電極(TiN)1
4の堆積のかわりに、イオン化蒸着によって、コンタク
ト金属及び金属電極としてTiからなる凹凸金属電極膜
を堆積し、つづいて、700℃程度で窒素雰囲気中で熱
処理し、Ti表面の窒化によってTiN凹凸金属電極と
シリサイド化を同時に行っても良い。
【0043】次に、図5(b)の容量絶縁膜11を覆う
ように、上部金属電極(TiN)12をTiNのMOC
VDにより堆積し、さらに、周知のフォトリソグラフィ
ーとドライエッチングによって、上部金属電極12、容
量絶縁膜11、コンタクト金属をパターン加工して、本
発明の第3の半導体集積回路装置の実施例が完成する。
この装置は、DRAMメモリセルとして動作する。この
構造によれば、先に述べたように、容量コンタクトが金
属で構成されていることにより、寄生抵抗が減少し、さ
らには、金属電極表面の凹凸による表面積の増加効果に
よって、凹凸がないものに比較して、容量が約2倍に増
加する。従来、ポリシリコンの球状グレイン成長を利用
した表面積増加効果が知られている。この場合、シリコ
ングレインは原理的に熱力学的な表面エネルギーの平衡
に従って等方的に球面成長するため、面積増加効果が限
られ、容量の増加は1.6倍程度である。一方、本発明
の製造方法による場合、金属電極表面の凹凸は、金属堆
積時の非等方的な柱状グレイン成長であり、コンタクト
側面では、その柱状グレインが疎となり隣合うグレイン
と接触しないで成長させることができることを利用して
いるため、等方的な球状グレインよりも表面積の増加効
果が高くなっている。
ように、上部金属電極(TiN)12をTiNのMOC
VDにより堆積し、さらに、周知のフォトリソグラフィ
ーとドライエッチングによって、上部金属電極12、容
量絶縁膜11、コンタクト金属をパターン加工して、本
発明の第3の半導体集積回路装置の実施例が完成する。
この装置は、DRAMメモリセルとして動作する。この
構造によれば、先に述べたように、容量コンタクトが金
属で構成されていることにより、寄生抵抗が減少し、さ
らには、金属電極表面の凹凸による表面積の増加効果に
よって、凹凸がないものに比較して、容量が約2倍に増
加する。従来、ポリシリコンの球状グレイン成長を利用
した表面積増加効果が知られている。この場合、シリコ
ングレインは原理的に熱力学的な表面エネルギーの平衡
に従って等方的に球面成長するため、面積増加効果が限
られ、容量の増加は1.6倍程度である。一方、本発明
の製造方法による場合、金属電極表面の凹凸は、金属堆
積時の非等方的な柱状グレイン成長であり、コンタクト
側面では、その柱状グレインが疎となり隣合うグレイン
と接触しないで成長させることができることを利用して
いるため、等方的な球状グレインよりも表面積の増加効
果が高くなっている。
【0044】ここで述べた実施例においては、コンタク
ト金属9としてTiを用いた例を示しているが、Tiの
かわりにTa、W、Mo、Pt等を用いてもよい。さら
に、チタンシリサイド、タンタルシリサイド、タングス
テンシリサイド、モリブデンシリサイド、白金シリサイ
ド等のシリサイドでも良い。
ト金属9としてTiを用いた例を示しているが、Tiの
かわりにTa、W、Mo、Pt等を用いてもよい。さら
に、チタンシリサイド、タンタルシリサイド、タングス
テンシリサイド、モリブデンシリサイド、白金シリサイ
ド等のシリサイドでも良い。
【0045】また、ここで述べた実施例においては凹凸
電極金属14として、TiNを用いているが、TiNの
かわりに窒化タングステン(WN)、窒化モリブデン
(MoN)等の金属窒化物、チタンタングステン(Ti
W)、タングステンシリサイド(WSi)などの合金や
それらの窒化物であるTiWN、WSiN等を用いても
良い。
電極金属14として、TiNを用いているが、TiNの
かわりに窒化タングステン(WN)、窒化モリブデン
(MoN)等の金属窒化物、チタンタングステン(Ti
W)、タングステンシリサイド(WSi)などの合金や
それらの窒化物であるTiWN、WSiN等を用いても
良い。
【0046】また、ここで述べた実施例においては、容
量絶縁膜11としてTa2 O5 を用いているが、ルチル
(TiO2 )、チタン酸ストロンチウム(SrTi
O3 )、ジルコニウム・チタン酸鉛(PZT)等を用い
ても良い。ルチルを用いる場合、後で本発明の第3の半
導体集積回路装置の実施例で説明するように、凹凸電極
金属としてTiNを用いて、その表面を酸化すること
で、工程が短縮でき、歩留まりが高くなる。また、Si
LSIプロセスにおいて、既に実績のあるTiのみで電
極メタル、容量絶縁膜を構成でき、実用性を高くでき
る。
量絶縁膜11としてTa2 O5 を用いているが、ルチル
(TiO2 )、チタン酸ストロンチウム(SrTi
O3 )、ジルコニウム・チタン酸鉛(PZT)等を用い
ても良い。ルチルを用いる場合、後で本発明の第3の半
導体集積回路装置の実施例で説明するように、凹凸電極
金属としてTiNを用いて、その表面を酸化すること
で、工程が短縮でき、歩留まりが高くなる。また、Si
LSIプロセスにおいて、既に実績のあるTiのみで電
極メタル、容量絶縁膜を構成でき、実用性を高くでき
る。
【0047】本実施例で形成した容量は、Ta2 O5 の
誘電率が従来のシリコン酸化膜の約6倍であることか
ら、面積増加効果も含めてコンタクトホール内のみで約
20fFである。ルチルを用いる場合には、同じくコン
タクトホール内のみで約100fFとなり、この場合に
は、コンタクトホール内のみでメモリセルに必要な容量
は充分に満たされる。コンタクトホール内のみに容量を
形成する場合、メモリセル形成後の表面が平坦化でき、
配線形成などの後の工程が容易になる。このような構造
が次に説明する本発明の第1から第3までの半導体集積
回路装置の特徴をすべて備えた本発明の半導体集積回路
装置の実施例である。この実施例では、本発明の第1、
第2、第3の半導体集積回路装置の製造方法を用いて製
造している。
誘電率が従来のシリコン酸化膜の約6倍であることか
ら、面積増加効果も含めてコンタクトホール内のみで約
20fFである。ルチルを用いる場合には、同じくコン
タクトホール内のみで約100fFとなり、この場合に
は、コンタクトホール内のみでメモリセルに必要な容量
は充分に満たされる。コンタクトホール内のみに容量を
形成する場合、メモリセル形成後の表面が平坦化でき、
配線形成などの後の工程が容易になる。このような構造
が次に説明する本発明の第1から第3までの半導体集積
回路装置の特徴をすべて備えた本発明の半導体集積回路
装置の実施例である。この実施例では、本発明の第1、
第2、第3の半導体集積回路装置の製造方法を用いて製
造している。
【0048】まず、図1(a)に示しているように、メ
モリセルを構成するMOSトランジスタ1をシリコン基
板2上に作製する。MOSトランジスタはソース、ドレ
インとなる拡散層3とゲート電極4から構成され、隣合
うゲート電極あるいはトランジスタの拡散層とは、素子
分離層5で電気的に絶縁されている。また、ゲート電極
側面にはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなる側
壁6が設けられている。さらに、トランジスタは、シリ
コン酸化膜等からなる層間絶縁膜7で覆われ、本実施例
の場合には図1(a)のように、層間絶縁膜表面が平坦
化されている。平坦化には、反応性イオンエッチング
(RIE)や化学機械研磨(CMP)によるエッチバッ
クを用いている。ここでは、平坦化を行っているが、平
坦化は行わなくても良い。ゲート電極幅は、0.2μm
であり層間絶縁膜の膜厚は0.6μmである。
モリセルを構成するMOSトランジスタ1をシリコン基
板2上に作製する。MOSトランジスタはソース、ドレ
インとなる拡散層3とゲート電極4から構成され、隣合
うゲート電極あるいはトランジスタの拡散層とは、素子
分離層5で電気的に絶縁されている。また、ゲート電極
側面にはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなる側
壁6が設けられている。さらに、トランジスタは、シリ
コン酸化膜等からなる層間絶縁膜7で覆われ、本実施例
の場合には図1(a)のように、層間絶縁膜表面が平坦
化されている。平坦化には、反応性イオンエッチング
(RIE)や化学機械研磨(CMP)によるエッチバッ
クを用いている。ここでは、平坦化を行っているが、平
坦化は行わなくても良い。ゲート電極幅は、0.2μm
であり層間絶縁膜の膜厚は0.6μmである。
【0049】次に、図1(b)に示しているように、層
間絶縁膜に通常のフォトリソグラフィーと酸化膜RIE
によって、直径0.25μmのコンタクトホール8を形
成する。以上の工程は、本発明の第1、第2、第3の半
導体集積回路装置の工程と同じである。
間絶縁膜に通常のフォトリソグラフィーと酸化膜RIE
によって、直径0.25μmのコンタクトホール8を形
成する。以上の工程は、本発明の第1、第2、第3の半
導体集積回路装置の工程と同じである。
【0050】次に、図6(a)に示しているように、全
面にコンタクト金属(Ti)をコリメートスパッタによ
り、コンタクトホール底に充分な膜厚が堆積するように
堆積し、下地のSiと反応させチタンシリサイドを形成
する。イオン化ビーム蒸着では、例えば、チタン(T
i)を原料として、真空チャンバー内で蒸発させ、その
Tiに電子をぶつけて正イオンとし、基板に負の電圧を
印加する。それによって、イオン化したTiは、電界に
よって方向性が与えられ、基板に対して鉛直方向(コン
タクトホールに平行方向)に飛ぶようになる。同時に、
蒸着チャンバー内に窒素を導入し、Tiと反応させて基
板面にTiNを降り積もらせる。この場合、実験によれ
ばTiNはコンタクトホール内に図6(a)のように、
凹凸を持った柱状に堆積する。
面にコンタクト金属(Ti)をコリメートスパッタによ
り、コンタクトホール底に充分な膜厚が堆積するように
堆積し、下地のSiと反応させチタンシリサイドを形成
する。イオン化ビーム蒸着では、例えば、チタン(T
i)を原料として、真空チャンバー内で蒸発させ、その
Tiに電子をぶつけて正イオンとし、基板に負の電圧を
印加する。それによって、イオン化したTiは、電界に
よって方向性が与えられ、基板に対して鉛直方向(コン
タクトホールに平行方向)に飛ぶようになる。同時に、
蒸着チャンバー内に窒素を導入し、Tiと反応させて基
板面にTiNを降り積もらせる。この場合、実験によれ
ばTiNはコンタクトホール内に図6(a)のように、
凹凸を持った柱状に堆積する。
【0051】図6(a)の一連のコンタクト金属および
凹凸金属電極を形成する工程において、コンタクト金属
(Ti)9の堆積、凹凸電極金属(TiN)14の堆積
のかわりに、イオン蒸着によって、コンタクト金属及び
金属電極としてTiからなる凹凸金属電極膜を堆積し、
つづいて、700℃程度で窒素雰囲気中で熱処理し、T
i表面の窒化によってTiN凹凸金属電極とシリサイド
化を同時に行っても良い。
凹凸金属電極を形成する工程において、コンタクト金属
(Ti)9の堆積、凹凸電極金属(TiN)14の堆積
のかわりに、イオン蒸着によって、コンタクト金属及び
金属電極としてTiからなる凹凸金属電極膜を堆積し、
つづいて、700℃程度で窒素雰囲気中で熱処理し、T
i表面の窒化によってTiN凹凸金属電極とシリサイド
化を同時に行っても良い。
【0052】次に、化学機械研磨(CMP)によって、
コンタクトホール8内以外の凹凸電極金属14とコンタ
クト金属9を除去する。この時、フォトレジストを全面
に塗布し、コンタクトホールを埋め込んで平坦化し、フ
ォトレジストと及びコンタクトメタル9を、RIEまた
はアルゴンイオンミリングによってエッチバック除去し
た後、フォトレジストを有機溶媒によって溶解除去して
も良い。
コンタクトホール8内以外の凹凸電極金属14とコンタ
クト金属9を除去する。この時、フォトレジストを全面
に塗布し、コンタクトホールを埋め込んで平坦化し、フ
ォトレジストと及びコンタクトメタル9を、RIEまた
はアルゴンイオンミリングによってエッチバック除去し
た後、フォトレジストを有機溶媒によって溶解除去して
も良い。
【0053】次に、図6(b)に示しているように、凹
凸電極金属14及びコンタクト金属表面に容量絶縁膜
(ルチル)11を形成する。容量絶縁膜は、酸素雰囲気
において500℃以上で電気炉もしくはランプ炉で酸化
熱処理して、膜厚10nmのものを形成する。この時、
凹凸電極金属表面はもちろん、コンタクト金属9のコン
タクトホール開口部の表面も酸化させて絶縁膜を形成す
ることが必要である。
凸電極金属14及びコンタクト金属表面に容量絶縁膜
(ルチル)11を形成する。容量絶縁膜は、酸素雰囲気
において500℃以上で電気炉もしくはランプ炉で酸化
熱処理して、膜厚10nmのものを形成する。この時、
凹凸電極金属表面はもちろん、コンタクト金属9のコン
タクトホール開口部の表面も酸化させて絶縁膜を形成す
ることが必要である。
【0054】次に、図6(c)に示しているように、上
部電極金属としてTiNをMOCVD法で膜厚200n
mだけ堆積し、コンタクトホールを埋め込む。
部電極金属としてTiNをMOCVD法で膜厚200n
mだけ堆積し、コンタクトホールを埋め込む。
【0055】こうして作製した本発明の第1、第2、第
3の半導体集積回路装置の特徴を備えた実施例の装置
は、DRAMのメモリセルを構成し、容量として100
fFが確保できる。また、30fF程度の容量値で良い
場合には、さらに、層間絶縁膜7の膜厚を、本実施例の
1/3の200nmにしても良い。
3の半導体集積回路装置の特徴を備えた実施例の装置
は、DRAMのメモリセルを構成し、容量として100
fFが確保できる。また、30fF程度の容量値で良い
場合には、さらに、層間絶縁膜7の膜厚を、本実施例の
1/3の200nmにしても良い。
【0056】また、本実施例ではルチルからなる容量絶
縁膜を窒化チタンからなる電極メタルの酸化によって形
成しているが、同様にしてルチルのかわりに5酸化タン
タルをTaあるいはTaNの酸化によって形成しても良
い。さらに、本発明の第3の半導体集積回路の製造方法
を用いないで、CVD法でルチル、Ta2 O5 、SrT
iO3 、PZT等を堆積しても良い。ただし、この場合
においては、容量絶縁膜を挟んでいる電極金属同士が絶
縁されているように、容量絶縁膜形成後のエッチバック
の後に、本実施例と同様に表面酸化等による表面の絶縁
化処理が必要である。
縁膜を窒化チタンからなる電極メタルの酸化によって形
成しているが、同様にしてルチルのかわりに5酸化タン
タルをTaあるいはTaNの酸化によって形成しても良
い。さらに、本発明の第3の半導体集積回路の製造方法
を用いないで、CVD法でルチル、Ta2 O5 、SrT
iO3 、PZT等を堆積しても良い。ただし、この場合
においては、容量絶縁膜を挟んでいる電極金属同士が絶
縁されているように、容量絶縁膜形成後のエッチバック
の後に、本実施例と同様に表面酸化等による表面の絶縁
化処理が必要である。
【0057】また、本実施例ではコンタクトメタルとし
てTiをもちいているが、Ta、W、Mo、Pt等の金
属、TaSi、TiSi、WSi、PtSi、MoSi
等のシリサイド合金、Ti−Ta合金等を用いても良
い。
てTiをもちいているが、Ta、W、Mo、Pt等の金
属、TaSi、TiSi、WSi、PtSi、MoSi
等のシリサイド合金、Ti−Ta合金等を用いても良
い。
【0058】また上部電極メタルとして、TiNかわり
にW、Mo、TiW、Pt、WN、MoN、TiWN、
WSi、WSiN等を用いても良い。
にW、Mo、TiW、Pt、WN、MoN、TiWN、
WSi、WSiN等を用いても良い。
【0059】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1の半
導体集積回路装置では、例えばそれをDRAMのメモリ
セルに用いる場合に、電極金属が下地シリコン拡散層と
のコンタクト電極及び容量電極として同時に形成され、
工程が短縮される効果がある。さらには、金属であるた
め、従来のポリシリコンよりも抵抗が低く、寄生抵抗を
低減できる効果がある。実際、0.25μm以下の微細
コンタクトをポリシリコンで形成することは抵抗が上昇
し問題となっている。本発明はこの問題に対する対策と
して効果がある。
導体集積回路装置では、例えばそれをDRAMのメモリ
セルに用いる場合に、電極金属が下地シリコン拡散層と
のコンタクト電極及び容量電極として同時に形成され、
工程が短縮される効果がある。さらには、金属であるた
め、従来のポリシリコンよりも抵抗が低く、寄生抵抗を
低減できる効果がある。実際、0.25μm以下の微細
コンタクトをポリシリコンで形成することは抵抗が上昇
し問題となっている。本発明はこの問題に対する対策と
して効果がある。
【0060】また、本発明の第2の半導体集積回路装置
では、微細化するに従って益々深刻な問題となっている
段差の増加を抑制する対策として効果がある。すなわ
ち、絶縁膜に形成されたコンタクトホール内あるいはコ
ンタクトホールを含む絶縁膜溝内にのみ、容量が形成さ
れているため、容量の上部電極金属堆積後に平坦面を得
ることができる。また、本発明の第1の半導体集積回路
装置の製造方法には、コンタクトホール内にのみ容量絶
縁膜を有する本発明の第2の半導体集積回路装置を容易
に形成できる効果がある。
では、微細化するに従って益々深刻な問題となっている
段差の増加を抑制する対策として効果がある。すなわ
ち、絶縁膜に形成されたコンタクトホール内あるいはコ
ンタクトホールを含む絶縁膜溝内にのみ、容量が形成さ
れているため、容量の上部電極金属堆積後に平坦面を得
ることができる。また、本発明の第1の半導体集積回路
装置の製造方法には、コンタクトホール内にのみ容量絶
縁膜を有する本発明の第2の半導体集積回路装置を容易
に形成できる効果がある。
【0061】また、本発明の第3の半導体集積回路装置
では、容量の下部電極を構成する電極金属が凹凸を有す
ることによって、表面積の増加効果によって容量を実効
的に増加できる効果があり、その効果は、従来のポリシ
リコン電極の表面積増加効果よりも大きい。これは、従
来の半球状ポリシリコングレインの場合は、原理的に熱
力学的な表面エネルギーの平衡に従って等方的に球面成
長するため、面積増加効果が限られ、容量の増加は1.
6倍程度であるが、一方、本発明の第3の半導体集積回
路装置の場合、金属電極表面の凹凸は、金属堆積時の非
等方的な柱状グレイン成長であり、コンタクト側面で
は、その柱状グレインが疎となり隣合うグレインと接触
しないで成長させることができることを利用しているた
め、等方的な球状グレインよりも表面積の増加効果を大
きくできることによる。さらに、このような、凹凸電極
金属は、本発明の第2の半導体集積回路装置の製造方法
によって、金属の堆積と同時に形成され、従来の凹凸ポ
リシリコン電極のように、シリコンの堆積とアニールあ
るいは、シリコンの堆積とエッチングといった複数の工
程を要する場合よりも工程が単純で、製造コスト低減と
歩留まりの向上に効果がある。
では、容量の下部電極を構成する電極金属が凹凸を有す
ることによって、表面積の増加効果によって容量を実効
的に増加できる効果があり、その効果は、従来のポリシ
リコン電極の表面積増加効果よりも大きい。これは、従
来の半球状ポリシリコングレインの場合は、原理的に熱
力学的な表面エネルギーの平衡に従って等方的に球面成
長するため、面積増加効果が限られ、容量の増加は1.
6倍程度であるが、一方、本発明の第3の半導体集積回
路装置の場合、金属電極表面の凹凸は、金属堆積時の非
等方的な柱状グレイン成長であり、コンタクト側面で
は、その柱状グレインが疎となり隣合うグレインと接触
しないで成長させることができることを利用しているた
め、等方的な球状グレインよりも表面積の増加効果を大
きくできることによる。さらに、このような、凹凸電極
金属は、本発明の第2の半導体集積回路装置の製造方法
によって、金属の堆積と同時に形成され、従来の凹凸ポ
リシリコン電極のように、シリコンの堆積とアニールあ
るいは、シリコンの堆積とエッチングといった複数の工
程を要する場合よりも工程が単純で、製造コスト低減と
歩留まりの向上に効果がある。
【0062】さらに、本発明の第1、第2、第3の半導
体集積回路装置においては、下部容量電極としてTi
N、TaNなどの金属を用い、それらの金属となじみの
良い容量絶縁膜を用いている。例えば、TiN電極金属
に対してルチル(TiO2 )を用いる場合、従来のポリ
シリコン電極を用いるよりも、同一元素であるTiを含
むためなじみが良い。ルチルの誘電率はSiO2 の約3
0倍であり、その分、容量絶縁膜の膜厚の緩和や、表面
積の増加が緩和でき、ルチルを用いる利点は大きい。上
に述べている実施例では、凹凸を設けない場合でも、
0.25μmの直径で、深さ0.6μmの深さのコンタ
クトホール内径のみに膜厚10nmのルチルを形成した
場合に、50fFの容量が得られ、DRAMセルに必要
な容量が実現できる。さらに、コンタクトホールの直径
を0.15μmに縮小しても、30fFが得られ、1G
DRAMが実現できる。
体集積回路装置においては、下部容量電極としてTi
N、TaNなどの金属を用い、それらの金属となじみの
良い容量絶縁膜を用いている。例えば、TiN電極金属
に対してルチル(TiO2 )を用いる場合、従来のポリ
シリコン電極を用いるよりも、同一元素であるTiを含
むためなじみが良い。ルチルの誘電率はSiO2 の約3
0倍であり、その分、容量絶縁膜の膜厚の緩和や、表面
積の増加が緩和でき、ルチルを用いる利点は大きい。上
に述べている実施例では、凹凸を設けない場合でも、
0.25μmの直径で、深さ0.6μmの深さのコンタ
クトホール内径のみに膜厚10nmのルチルを形成した
場合に、50fFの容量が得られ、DRAMセルに必要
な容量が実現できる。さらに、コンタクトホールの直径
を0.15μmに縮小しても、30fFが得られ、1G
DRAMが実現できる。
【0063】また、材料的にはTiN電極とルチル(T
iO2 )の組み合わせが本発明の半導体集積回路装置に
おいては、最も容易にできる組み合わせであると同時
に、従来のSi電極とSiO2 の組み合わせが安定な構
造として広く用いられてきたのと同様に、構成元素の数
が少なく、従来のSiLSIプロセスにおいて実績のあ
る材料であるという利点がある。これは、SiLSIの
構造において、製造歩留まりを向上するための不純物制
御の観点から、使用する元素は従来の実績があり、数が
限定されているほど良いからである。
iO2 )の組み合わせが本発明の半導体集積回路装置に
おいては、最も容易にできる組み合わせであると同時
に、従来のSi電極とSiO2 の組み合わせが安定な構
造として広く用いられてきたのと同様に、構成元素の数
が少なく、従来のSiLSIプロセスにおいて実績のあ
る材料であるという利点がある。これは、SiLSIの
構造において、製造歩留まりを向上するための不純物制
御の観点から、使用する元素は従来の実績があり、数が
限定されているほど良いからである。
【0064】本発明の第3の半導体集積回路装置の製造
方法には、以上述べているような利点を持つTiN電極
とルチルの良好な積層膜を簡単に形成できる効果があ
る。
方法には、以上述べているような利点を持つTiN電極
とルチルの良好な積層膜を簡単に形成できる効果があ
る。
【図1】本発明の第1の半導体集積回路装置の実施例の
構造と製造方法を示す工程断面図である。
構造と製造方法を示す工程断面図である。
【図2】本発明の第1の半導体集積回路装置の実施例の
構造と製造方法を示す工程断面図であり、図1のつづき
である。
構造と製造方法を示す工程断面図であり、図1のつづき
である。
【図3】本発明の第2の半導体集積回路装置の第1の実
施例の構造と製造方法の一部を示す工程断面図である。
施例の構造と製造方法の一部を示す工程断面図である。
【図4】本発明の第2の半導体集積回路装置の第2の実
施例の構造を示す工程断面図である。
施例の構造を示す工程断面図である。
【図5】本発明の第3の実施例集積回路装置の第1の実
施例の構造と製造方法の一部を示す工程断面図である。
施例の構造と製造方法の一部を示す工程断面図である。
【図6】本発明の第1、第2、第3の半導体集積回路装
置の特徴を備えた実施例の構造と製造方法の一部を示す
工程断面図である。
置の特徴を備えた実施例の構造と製造方法の一部を示す
工程断面図である。
1 MOSトランジスタ 2 シリコン基板 3 拡散層 4 ゲート電極 5 素子分離層 6 側壁 7 層間絶縁膜 8 コンタクトホール 9 コンタクト金属(Ti) 10 電極金属(TiN) 11 容量絶縁膜(Ta2 O5 ) 12 上部電極金属(TiN) 13 溝 14 凹凸電極金属(TiN)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/28 301 T 8826−4M 27/04 21/822 7210−4M H01L 27/10 325 J
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体基板と電気的に接続した金属電極
と、該金属電極表面に形成された容量絶縁膜を備えたこ
とを特徴とするDRAM。 - 【請求項2】 絶縁膜に形成されたコンタクトホールの
内周のみで容量が形成されていることを特徴とする半導
体集積回路装置。 - 【請求項3】 容量電極である金属表面に凹凸を有する
ことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項4】 絶縁膜にコンタクトホールを形成する工
程と、膜厚がコンタクト径より薄い電極金属を全面に堆
積する工程と、電極金属を堆積する工程の後にコンタク
トホール内周以外の電極金属を研磨して除去する工程
と、少なくとも電極金属表面上に容量絶縁膜を形成する
工程を備えていることを特徴とする半導体集積回路装置
の製造方法。 - 【請求項5】 絶縁膜にコンタクトホールを形成する工
程と、イオン化ビーム蒸着によって金属を蒸着して、コ
ンタクトホール内周に、凹凸を有する金属電極を形成す
る工程と、該金属電極表面に容量絶縁膜を形成する工程
を備えていることを特徴とする半導体集積回路装置の製
造方法。 - 【請求項6】 前記電極金属の表面は凹凸を有し、この
凹凸の表面を酸化して金属酸化物からなる容量絶縁膜を
形成する工程を備えていることを特徴とする請求項4の
半導体集積回路装置の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5338592A JP2897631B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体集積回路装置および製造方法 |
KR1019940037217A KR100295258B1 (ko) | 1993-12-28 | 1994-12-27 | 캐패시턴스를증가시킨캐패시터구조를갖고있는반도체집적회로디바이스및그제조방법 |
US08/363,883 US5696017A (en) | 1993-12-28 | 1994-12-27 | Method of fabricating a semiconductor device with a capacitor structure having increased capacitance |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5338592A JP2897631B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体集積回路装置および製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07202019A true JPH07202019A (ja) | 1995-08-04 |
JP2897631B2 JP2897631B2 (ja) | 1999-05-31 |
Family
ID=18319626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5338592A Expired - Fee Related JP2897631B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 半導体集積回路装置および製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5696017A (ja) |
JP (1) | JP2897631B2 (ja) |
KR (1) | KR100295258B1 (ja) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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