JPH11274431A - Semiconductor integrated circuit device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device and its manufacture

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JPH11274431A
JPH11274431A JP10073660A JP7366098A JPH11274431A JP H11274431 A JPH11274431 A JP H11274431A JP 10073660 A JP10073660 A JP 10073660A JP 7366098 A JP7366098 A JP 7366098A JP H11274431 A JPH11274431 A JP H11274431A
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JP
Japan
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film
lower electrode
integrated circuit
circuit device
semiconductor integrated
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Application number
JP10073660A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinpei Iijima
晋平 飯島
Shigehiko Nakanishi
成彦 中西
Yasuhiro Sugawara
安浩 菅原
Misuzu Kanai
美鈴 金井
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology wherein a capacitor with a sufficient capacity is realized in a limited flat area. SOLUTION: A titanium nitride film 56 constitutes a lower part electrode 60, which is etched to form a irregularity 80 on its surface for a larger surface area. An upper part electrode 62 is formed on the lower part electrode 60 through a capacity insulating film comprising a tantalic oxide film 61 of large permittivity, constituting a capacitor (information-accumulation capacity element) C.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置およびその製造方法に関し、特に、DRAM(Dynami
c Random Access Memory)において限られた平面面積の
中で十分な容量を確保するキャパシタの実現に適用して
有効な技術に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a DRAM (Dynami
The present invention relates to a technology effective when applied to the realization of a capacitor that secures a sufficient capacity in a limited plane area in a random access memory (c).

【0002】[0002]

【従来の技術】DRAMのメモリセルは、半導体基板の
主面上にマトリクス状に配置された複数のワード線と複
数のビット線との交点に配置され、1個のメモリセル選
択用MISFET(Metal Insulator Semiconductor Fie
ld Effect Transistor) とこれに直列に接続された1個
の情報蓄積用容量素子(キャパシタ)とで構成されてい
る。メモリセル選択用MISFETは、周囲を素子分離
領域で囲まれた活性領域に形成され、主としてゲート酸
化膜、ワード線と一体に構成されたゲート電極およびソ
ース、ドレインを構成する一対の半導体領域で構成され
ている。ビット線は、メモリセル選択用MISFETの
上部に配置され、その延在方向に隣接する2個のメモリ
セル選択用MISFETによって共有されるソース、ド
レインの一方と電気的に接続されている。キャパシタ
は、同じくメモリセル選択用MISFETの上部に配置
され、上記ソース、ドレインの他方と電気的に接続され
ている。
2. Description of the Related Art A memory cell of a DRAM is arranged at an intersection of a plurality of word lines and a plurality of bit lines arranged in a matrix on a main surface of a semiconductor substrate. Insulator Semiconductor Fie
ld Effect Transistor) and one information storage capacitor (capacitor) connected in series to the ld effect transistor. The memory cell selection MISFET is formed in an active region surrounded by an element isolation region, and mainly includes a gate oxide film, a gate electrode integrally formed with a word line, and a pair of semiconductor regions forming a source and a drain. Have been. The bit line is arranged above the memory cell selecting MISFET, and is electrically connected to one of a source and a drain shared by two memory cell selecting MISFETs adjacent in the extending direction. The capacitor is also arranged above the memory cell selection MISFET, and is electrically connected to the other of the source and the drain.

【0003】DRAMは半導体製造技術の向上につれて
益々大容量化の傾向にあり、最近では256メガビット
の大容量のものが開発されつつある。このような大容量
のDRAMを製造するには素子の微細化を図る必要があ
り、必然的にメモリセルの面積が縮小されてくる。この
ため、キャパシタの容量を十分に確保するのが困難にな
る。キャパシタの容量を増大するには、半導体基板上で
キャパシタを形成する平面面積(ここで、平面面積とは
基板面への投影面積をいう)を大きくとればよいが、メ
モリセルの面積が縮小されてきていることを考慮する
と、これは不可能である。つまり、キャパシタを単に平
面的に拡大することはできない。したがって、キャパシ
タの表面面積の拡大は、キャパシタを立体的に形成する
ことにより実現する必要がある。また、キャパシタを構
成する容量絶縁膜として誘電率の大きい材料を選択する
ことが、キャパシタの容量を増大する上で必要となる。
The capacity of DRAMs has been increasing with the improvement of semiconductor manufacturing technology. Recently, DRAMs having a large capacity of 256 megabits have been developed. In order to manufacture such a large-capacity DRAM, it is necessary to miniaturize the element, and the area of the memory cell is inevitably reduced. For this reason, it is difficult to sufficiently secure the capacitance of the capacitor. In order to increase the capacitance of the capacitor, the planar area for forming the capacitor on the semiconductor substrate (here, the planar area refers to the projected area on the substrate surface) may be increased, but the area of the memory cell is reduced. This is not possible given the fact that That is, the capacitor cannot be simply enlarged in a planar manner. Therefore, it is necessary to increase the surface area of the capacitor by forming the capacitor three-dimensionally. In addition, it is necessary to select a material having a large dielectric constant as the capacitance insulating film forming the capacitor in order to increase the capacitance of the capacitor.

【0004】このような要望に沿って、キャパシタの容
量を増大する技術の例が、特開平1−187847号公
報および特開昭64−42161号公報に開示されてい
る。これらの公報では、積層容量型(STC)のキャパ
シタを有するDRAMにおいて、キャパシタを構成する
多結晶シリコンからなる下部電極の表面に凹凸を形成す
ることにより電極面積の拡大を図り、この下部電極上に
酸化シリコン膜および窒化シリコン膜からなる容量絶縁
膜を介して上部電極を形成してキャパシタを構成するこ
とによって、容量の増大を図っている。
[0004] In response to such demands, examples of techniques for increasing the capacity of a capacitor are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 1-187847 and 64-42161. In these publications, in a DRAM having a stacked capacitance type (STC) capacitor, the surface area of a lower electrode made of polycrystalline silicon constituting the capacitor is made uneven to increase the electrode area. The capacity is increased by forming a capacitor by forming an upper electrode through a capacity insulating film made of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

【0005】この場合、下部電極の表面に凹凸を形成す
るには、多結晶シリコンをCVD(Chemical Vapor Dep
osition )法によって成膜する時、その初期段階におい
て下地の表面状態に依存して粒状のシリコンが成長する
現象、あるいは多結晶シリコンのウエットエッチングを
行う時にエッチングが均一に進まずに凹凸が生ずる現象
等を利用することにより、下部電極の表面の凹凸が大き
くなる処理条件を選択して、形成するようにしている。
In this case, in order to form irregularities on the surface of the lower electrode, polycrystalline silicon is formed by CVD (Chemical Vapor Depth).
Osition) A phenomenon in which granular silicon grows in the initial stage depending on the surface condition of the base when forming a film, or a phenomenon in which unevenness occurs when wet etching of polycrystalline silicon does not proceed uniformly. Utilizing the above, the processing conditions under which the unevenness of the surface of the lower electrode becomes large are selected and formed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した従来
技術では以下のような問題点があった。
However, the above-mentioned prior art has the following problems.

【0007】特開平1−187847号公報および特開
昭64−42161号公報に記載されている技術では、
キャパシタを構成する容量絶縁膜として酸化シリコン膜
および窒化シリコン膜からなる材料を用いているが、こ
れらの材料は誘電率が小さいので、限られた平面面積の
中で十分な容量を確保することは困難である。この点
で、最近では、容量絶縁膜としては誘電率の大きい酸化
タンタル(Ta2 5 )が用いられる。
[0007] In the technology described in JP-A-1-187847 and JP-A-64-42161,
Materials consisting of a silicon oxide film and a silicon nitride film are used for the capacitor insulating film that composes the capacitor, but since these materials have a small dielectric constant, it is impossible to secure a sufficient capacitance in a limited plane area. Have difficulty. In this regard, recently, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) having a large dielectric constant is used as the capacitive insulating film.

【0008】ここで、酸化タンタルは、埋め込み性、段
差被覆性に優れたCVD法によって形成されるが、酸化
タンタルを単にCVD法によって堆積しただけ(いわゆ
る、アズ デポ状態)では、酸素欠陥の多い膜が形成さ
れてしまうのでリーク電流が著しくなる。このために、
CVD法による膜堆積後に酸化タンタルの膜質の改善を
目的として、酸化雰囲気中での熱処理(酸化改質処理)
が必要になる。ところが、この酸化改質処理によって下
地である多結晶シリコンからなる下部電極が酸化され
て、酸化タンタル膜との界面に酸化シリコン膜(SiO
2 )が形成されるようになる。この酸化シリコン膜は、
誘電率が低く、またこの酸化シリコン膜が容量絶縁膜の
一部としても作用するため、容量絶縁膜全体の見掛け上
の誘電率を低下させ、また、その膜厚を厚くして、結果
的に容量の増大を図ることが困難になるという問題があ
る。
[0008] Here, tantalum oxide is formed by a CVD method excellent in embedding property and step coverage, but when tantalum oxide is simply deposited by the CVD method (so-called as-deposited state), there are many oxygen defects. Since a film is formed, a leak current becomes remarkable. For this,
Heat treatment in oxidizing atmosphere (oxidation reforming treatment) for the purpose of improving the film quality of tantalum oxide after film deposition by CVD method
Is required. However, the lower electrode made of polycrystalline silicon, which is the base, is oxidized by this oxidation reforming treatment, and a silicon oxide film (SiO
2 ) is formed. This silicon oxide film
Since the dielectric constant is low and this silicon oxide film also acts as a part of the capacitive insulating film, the apparent dielectric constant of the entire capacitive insulating film is lowered, and the film thickness is increased. There is a problem that it is difficult to increase the capacity.

【0009】また、前記公報に記載された従来の技術で
は、下部電極の表面に凹凸を形成して電極面積の拡大を
図る処理を行う場合に、下部電極の表面の凹凸が大きく
なる処理条件を選択するのが容易でなく、結果的に製造
工程が複雑になるので、製造コストのアップが避けられ
ないという問題がある。
Further, in the conventional technique described in the above publication, when a process for forming an unevenness on the surface of the lower electrode to increase the electrode area is performed, a processing condition under which the unevenness on the surface of the lower electrode becomes large is set. It is not easy to select, and as a result, the manufacturing process becomes complicated, so that there is a problem that an increase in manufacturing cost cannot be avoided.

【0010】本発明の目的は、限られた平面面積の中で
十分な容量を確保するキャパシタを実現できる技術を提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a technique capable of realizing a capacitor which secures a sufficient capacitance in a limited plane area.

【0011】また、本発明の目的は、耐酸化性に優れた
下部電極を有するキャパシタを実現できる技術を提供す
ることにある。
Another object of the present invention is to provide a technique capable of realizing a capacitor having a lower electrode having excellent oxidation resistance.

【0012】また、本発明の目的は、限られた平面面積
の中で十分な容量を確保でき、かつ耐酸化性に優れた下
部電極を有するキャパシタを実現できる技術を提供する
ことにある。
It is another object of the present invention to provide a technique capable of securing a sufficient capacitance in a limited plane area and realizing a capacitor having a lower electrode having excellent oxidation resistance.

【0013】また、本発明の目的は、限られた平面面積
の中で十分な容量を確保するキャパシタを実現すること
により、蓄積電荷量の増大を図ってリフレッシュマージ
ンを拡大した半導体集積回路装置を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device in which a refresh margin is increased by increasing a stored charge amount by realizing a capacitor which secures a sufficient capacitance in a limited plane area. To provide.

【0014】また、本発明の目的は、蓄積電荷量の増大
を図って、低電圧、低電力化を実現した半導体集積回路
装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device which realizes low voltage and low power by increasing the amount of stored charge.

【0015】また、本発明の目的は、キャパシタ製造工
程途中でのキャパシタ電極の倒壊を防止する技術を提供
することにある。
Another object of the present invention is to provide a technique for preventing collapse of a capacitor electrode during a capacitor manufacturing process.

【0016】また、本発明の目的は、下部電極の表面に
凹凸を形成する工程を簡単にして、限られた平面面積の
中で十分な容量を確保するキャパシタを実現する技術を
提供することにある。
It is another object of the present invention to provide a technique for simplifying a process of forming irregularities on the surface of a lower electrode and realizing a capacitor which secures a sufficient capacitance in a limited plane area. is there.

【0017】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.

【0019】(1)本発明の半導体集積回路装置は、半
導体基板の主面に形成されたメモリセル選択用MISF
ETと、前記メモリセル選択用MISFETに直列に接
続され、前記メモリセル選択用MISFETのソースま
たはドレインに接続された下部電極、前記下部電極に接
して形成された容量絶縁膜および前記容量絶縁膜を介し
て前記下部電極を覆うように形成されたものである。
(1) A semiconductor integrated circuit device according to the present invention provides a memory cell selecting MISF formed on a main surface of a semiconductor substrate.
ET, a lower electrode connected in series to the memory cell selecting MISFET and connected to a source or drain of the memory cell selecting MISFET, a capacitive insulating film formed in contact with the lower electrode, and the capacitive insulating film. The lower electrode is formed so as to cover the lower electrode.

【0020】(2)本発明の半導体集積回路装置は、請
求項1記載の半導体集積回路装置において、前記金属膜
は遷移金属膜であり、前記金属化合物膜は前記遷移金属
膜の化合物膜である。
(2) In the semiconductor integrated circuit device according to the present invention, the metal film is a transition metal film, and the metal compound film is a compound film of the transition metal film. .

【0021】(3)本発明の半導体集積回路装置は、
(1)または(2)記載の半導体集積回路装置におい
て、前記金属膜はチタン膜、タングステン膜、ルテニウ
ム膜またはイリジウム膜であり、前記金属化合物膜は窒
化チタン膜、窒化タングステン膜、酸化ルテニウム膜ま
たは酸化イリジウム膜である。
(3) The semiconductor integrated circuit device of the present invention
In the semiconductor integrated circuit device according to (1) or (2), the metal film is a titanium film, a tungsten film, a ruthenium film, or an iridium film, and the metal compound film is a titanium nitride film, a tungsten nitride film, a ruthenium oxide film, It is an iridium oxide film.

【0022】(4)本発明の半導体集積回路装置は、
(1)〜(3)記載のいずれかの半導体集積回路装置に
おいて、前記下部電極は、その表面に形成された前記金
属膜の酸化膜を含んでいる。
(4) The semiconductor integrated circuit device of the present invention
(1) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of (1) to (3), the lower electrode includes an oxide film of the metal film formed on a surface thereof.

【0023】(5)本発明の半導体集積回路装置は、
(1)〜(4)記載のいずれかの半導体集積回路装置に
おいて、前記下部電極は、前記金属膜もしくは金属化合
物膜または前記酸化膜の表面に形成されたルテニウム膜
または酸化ルテニウム膜を含んでいる。
(5) The semiconductor integrated circuit device of the present invention
(1) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of (1) to (4), the lower electrode includes a ruthenium film or a ruthenium oxide film formed on a surface of the metal film, the metal compound film, or the oxide film. .

【0024】(6)本発明の半導体集積回路装置は、
(1)〜(5)記載のいずれかの半導体集積回路装置に
おいて、前記下部電極は、上方に開口部を有する筒形に
形成されている。
(6) The semiconductor integrated circuit device of the present invention
(1) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of (1) to (5), the lower electrode is formed in a cylindrical shape having an opening above.

【0025】(7)本発明の半導体集積回路装置は、
(6)記載の半導体集積回路装置において、前記筒形の
下部電極の外壁に補強部材が形成されている。
(7) The semiconductor integrated circuit device of the present invention
(6) In the semiconductor integrated circuit device described in (6), a reinforcing member is formed on an outer wall of the cylindrical lower electrode.

【0026】(8)本発明の半導体集積回路装置は、
(6)または(7)記載の半導体集積回路装置におい
て、前記半導体集積回路装置は前記メモリセル選択用M
ISFETのソースまたはドレインに接続されたプラグ
導電体を含み、前記プラグ導電体の前記下部電極と接す
る界面にチタンシリサイド膜が形成されている。
(8) The semiconductor integrated circuit device of the present invention
(6) In the semiconductor integrated circuit device according to (7), the semiconductor integrated circuit device is a memory cell selecting M.
Including a plug conductor connected to the source or drain of the ISFET, a titanium silicide film is formed at an interface of the plug conductor in contact with the lower electrode.

【0027】(9)本発明の半導体集積回路装置は、
(1)〜(8)記載のいずれかの半導体集積回路装置に
おいて、前記容量絶縁膜は酸化タンタル膜またはBST
膜からなり、前記上部電極は窒化チタン、ルテニウムま
たは酸化ルテニウムから選択された単層膜またはそれら
の積層膜からなる。
(9) The semiconductor integrated circuit device according to the present invention
In the semiconductor integrated circuit device according to any one of (1) to (8), the capacitance insulating film is a tantalum oxide film or a BST.
The upper electrode is a single-layer film selected from titanium nitride, ruthenium or ruthenium oxide, or a laminated film thereof.

【0028】(10)本発明の半導体集積回路装置は、
(1)〜(9)記載のいずれかの半導体集積回路装置に
おいて、前記下部電極の凹凸の高低差の平均値hは、前
記容量絶縁膜の膜厚をdとしたとき、0.5d≦h≦5d
を満足する範囲に選ばれている。
(10) The semiconductor integrated circuit device of the present invention
(1) In the semiconductor integrated circuit device according to any one of (1) to (9), the average value h of the height difference of the unevenness of the lower electrode is 0.5d ≦ h, where d is the thickness of the capacitive insulating film. ≦ 5d
Is selected in the range that satisfies.

【0029】(11)本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、(a)半導体基板の主面にメモリセル選択用
MISFETおよびそのメモリセル選択用MISFET
を覆う絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に多結晶構造を有
する金属膜または金属化合物膜を堆積する工程、(b)
前記金属膜または金属化合物膜をエッチングすることに
よりその表面に凹凸を形成した後、前記金属膜または金
属化合物膜をパターニングして下部電極を形成する工
程、(c)前記下部電極の表面に容量絶縁膜を堆積した
後、前記容量絶縁膜を酸化改質処理する工程、(d)前
記容量絶縁膜上に上部電極を形成し、前記下部電極、容
量絶縁膜および上部電極からなる情報蓄積用容量素子を
形成する工程を含んでいる。
(11) The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention comprises: (a) a MISFET for selecting a memory cell and a MISFET for selecting the memory cell on a main surface of a semiconductor substrate;
Forming an insulating film covering the insulating film, and depositing a metal film or a metal compound film having a polycrystalline structure on the insulating film, (b)
(C) forming a lower electrode by patterning the metal film or the metal compound film to form irregularities on the surface of the metal film or the metal compound film by etching, and (c) capacitively insulating the surface of the lower electrode. (C) forming an upper electrode on the capacitive insulating film after depositing a film, and (d) forming an upper electrode on the capacitive insulating film; and an information storage capacitive element comprising the lower electrode, the capacitive insulating film, and the upper electrode. Is formed.

【0030】(12)本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、(a)半導体基板の主面にメモリセル選択用
MISFETおよびそのメモリセル選択用MISFET
を覆う絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に多結晶構造を有
する金属膜または金属化合物膜を堆積する工程、(b)
前記金属膜または金属化合物膜をパターニングした後、
そのパターニングされた金属膜または金属化合物膜をエ
ッチングすることによりその表面に凹凸を形成して下部
電極を形成する工程、(c)前記下部電極の表面に容量
絶縁膜を堆積した後、前記容量絶縁膜を酸化改質処理す
る工程、(d)前記容量絶縁膜上に上部電極を形成し、
前記下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる情報
蓄積用容量素子を形成する工程を含んでいる。
(12) The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention comprises: (a) a MISFET for selecting a memory cell and a MISFET for selecting the memory cell on a main surface of a semiconductor substrate;
Forming an insulating film covering the insulating film, and depositing a metal film or a metal compound film having a polycrystalline structure on the insulating film, (b)
After patterning the metal film or metal compound film,
Forming a lower electrode by forming irregularities on the surface by etching the patterned metal film or metal compound film, and (c) depositing a capacitor insulating film on the surface of the lower electrode, (D) forming an upper electrode on the capacitive insulating film,
A step of forming an information storage capacitance element including the lower electrode, the capacitance insulating film, and the upper electrode.

【0031】(13)本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、(a)半導体基板の主面にメモリセル選択用
MISFETを形成し、前記メモリセル選択用MISF
ET上に開口部を有する絶縁膜を形成した後、前記絶縁
膜の前記開口部内に前記開口部が埋まらない膜厚で多結
晶構造を有する金属膜または金属化合物膜を堆積する工
程、(b)前記金属膜または金属化合物膜をエッチング
することによりその表面に凹凸を形成した後、前記絶縁
膜上面の前記金属膜または金属化合物膜を除去して、筒
形の下部電極を形成する工程、(c)前記下部電極の表
面に容量絶縁膜を堆積した後、前記容量絶縁膜を酸化改
質処理する工程、(d)前記容量絶縁膜上に上部電極を
形成し、前記下部電極、容量絶縁膜および上部電極から
なる情報蓄積用容量素子を形成する工程を含んでいる。
(13) A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention comprises the steps of: (a) forming a memory cell selecting MISFET on a main surface of a semiconductor substrate;
Forming an insulating film having an opening on the ET, and then depositing a metal film or a metal compound film having a polycrystalline structure in the opening of the insulating film so as not to fill the opening, (b) (C) forming irregularities on the surface of the metal film or the metal compound film by etching the metal film or the metal compound film, and then removing the metal film or the metal compound film on the upper surface of the insulating film to form a cylindrical lower electrode; A) a step of oxidizing and reforming the capacitive insulating film after depositing a capacitive insulating film on the surface of the lower electrode; (d) forming an upper electrode on the capacitive insulating film; The method includes a step of forming an information storage capacitor composed of an upper electrode.

【0032】(14)本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、(a)半導体基板の主面にメモリセル選択用
MISFETを形成し、前記メモリセル選択用MISF
ET上に開口部を有する第1絶縁膜を形成した後、前記
第1絶縁膜の前記開口部内に前記開口部が埋まらない膜
厚で多結晶構造を有する金属膜または金属化合物膜を堆
積する工程、(b)前記第1絶縁膜の前記開口部内に第
2絶縁膜を埋め込んだ後、前記第2絶縁膜および前記第
1絶縁膜上の前記金属膜または金属化合物膜を除去し、
前記第1絶縁膜および第2絶縁膜をエッチングして前記
金属膜または金属化合物膜からなる上方に開口部を有す
る筒形構造を露出する工程、(c)前記筒形構造の表面
をエッチングすることによりその表面に凹凸を形成して
筒形の下部電極を形成する工程、(d)前記下部電極の
表面に容量絶縁膜を堆積した後、前記容量絶縁膜を酸化
改質処理する工程、(e)前記容量絶縁膜上に上部電極
を形成し、前記下部電極、容量絶縁膜および上部電極か
らなる情報蓄積用容量素子を形成する工程を含んでい
る。
(14) The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention comprises the steps of: (a) forming a memory cell selecting MISFET on a main surface of a semiconductor substrate;
Forming a first insulating film having an opening on the ET, and then depositing a metal film or a metal compound film having a polycrystalline structure in such a thickness that the opening is not filled in the opening of the first insulating film. (B) after embedding a second insulating film in the opening of the first insulating film, removing the metal film or the metal compound film on the second insulating film and the first insulating film;
Etching the first insulating film and the second insulating film to expose a cylindrical structure having an opening above the metal film or the metal compound film; and (c) etching the surface of the cylindrical structure. Forming a cylindrical lower electrode by forming irregularities on the surface of the lower electrode, (d) depositing a capacitive insulating film on the surface of the lower electrode, and then subjecting the capacitive insulating film to oxidative reforming; A) forming an upper electrode on the capacitive insulating film and forming an information storage capacitive element including the lower electrode, the capacitive insulating film, and the upper electrode.

【0033】(15)本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、請求項11〜14のいずれか一項に記載の半
導体集積回路装置の製造方法において、前記下部電極の
表面の凹凸は、前記金属膜または金属化合物膜の結晶粒
界におけるエッチング速度の相違を利用して形成する。
(15) In the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 11 to 14, the unevenness on the surface of the lower electrode may be as follows: The metal film or the metal compound film is formed using a difference in etching rate at a crystal grain boundary.

【0034】(16)本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、請求項11〜15のいずれか一項に記載の半
導体集積回路装置の製造方法において、前記下部電極の
表面の凹凸は、過酸化水素水を含むウエットエッチング
液を用いて形成する。
(16) The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention is the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 11 to 15, wherein the unevenness on the surface of the lower electrode is excessive. It is formed using a wet etching solution containing hydrogen oxide water.

【0035】(17)本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、請求項11〜16のいずれか一項に記載の半
導体集積回路装置の製造方法において、前記金属膜また
は金属化合物膜を構成する金属は遷移金属である。
(17) In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 11 to 16, the metal film or the metal compound film is formed. The metal is a transition metal.

【0036】(18)本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、請求項11〜17のいずれか一項に記載の半
導体集積回路装置の製造方法において、前記金属膜とし
てチタン膜、タングステン膜、ルテニウム膜またはイリ
ジウム膜を、前記金属化合物膜として窒化チタン膜、窒
化タングステン膜、酸化ルテニウム膜または酸化イリジ
ウム膜を堆積する。
(18) The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention is the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 11 to 17, wherein the metal film is a titanium film, a tungsten film, A ruthenium film or an iridium film is deposited, and a titanium nitride film, a tungsten nitride film, a ruthenium oxide film, or an iridium oxide film is deposited as the metal compound film.

【0037】(19)本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、請求項18記載の半導体集積回路装置の製造
方法において、前記金属膜または金属化合物膜の表面に
前記金属膜または金属化合物膜を構成する金属の酸化膜
を形成する工程を含んでいる。
(19) A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, wherein the metal film or the metal compound film is formed on a surface of the metal film or the metal compound film. A step of forming an oxide film of a constituent metal.

【0038】(20)本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、請求項18または19記載の半導体集積回路
装置の製造方法において、前記金属膜、金属化合物膜ま
たは前記酸化膜の表面にルテニウム膜または酸化ルテニ
ウム膜を形成する工程を含んでいる。
(20) The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention is the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 18 or 19, wherein a ruthenium film is formed on a surface of the metal film, the metal compound film or the oxide film. Alternatively, a step of forming a ruthenium oxide film is included.

【0039】(21)本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、(13)〜(20)記載のいずれかの半導体
集積回路装置の製造方法において、前記(a)工程にお
いて、前記金属膜または金属化合物膜を堆積する前に、
前記半導体基板上の前記下部電極の形成される領域の周
囲となる領域に予め補強部材を形成する工程を含んでい
る。
(21) The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention is the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of (13) to (20), wherein in the step (a), the metal film or Before depositing the metal compound film,
Forming a reinforcing member in advance in a region around the region where the lower electrode is formed on the semiconductor substrate.

【0040】(22)本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、(11)〜(21)記載のいずれかの半導体
集積回路装置の製造方法において、前記(a)工程にお
いて、前記金属膜または金属化合物膜を堆積する前に、
前記メモリセル選択用MISFETのソースまたはドレ
インに接続されるプラグ導電体を形成し、前記プラグ導
電体の表面にチタンシリサイド膜を形成する工程を含ん
でいる。
(22) The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention is the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of (11) to (21), wherein in the step (a), the metal film or Before depositing the metal compound film,
Forming a plug conductor connected to a source or a drain of the memory cell selection MISFET, and forming a titanium silicide film on a surface of the plug conductor.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一の機能を有する部材には同
一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, members having the same functions are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

【0042】(実施の形態1)図1は、本実施の形態の
DRAMを形成した半導体チップの全体平面図である。
図示のように、単結晶シリコンからなる半導体チップ1
Aの主面には、X方向(半導体チップ1Aの長辺方向)
およびY方向(半導体チップ1Aの短辺方向)に沿って
多数のメモリアレイMARYがマトリクス状に配置され
ている。X方向に沿って互いに隣接するメモリアレイM
ARYの間にはセンスアンプSAが配置されている。半
導体チップ1Aの主面の中央部には、ワードドライバW
D、データ線選択回路などの制御回路や、入出力回路、
ボンディングパッドなどが配置されている。
(First Embodiment) FIG. 1 is an overall plan view of a semiconductor chip on which a DRAM according to the present embodiment is formed.
As shown, a semiconductor chip 1 made of single crystal silicon
X direction (long side direction of semiconductor chip 1A) on the main surface of A
And a large number of memory arrays MARY are arranged in a matrix along the Y direction (the short side direction of the semiconductor chip 1A). Memory arrays M adjacent to each other along the X direction
A sense amplifier SA is arranged between ARY. A word driver W is provided at the center of the main surface of the semiconductor chip 1A.
D, control circuits such as data line selection circuits, input / output circuits,
Bonding pads and the like are arranged.

【0043】図2は、上記DRAMの等価回路図であ
る。図示のように、このDRAMのメモリアレイ(MA
RY)は、マトリクス状に配置された複数のワード線W
L(WLn-1 、WLn 、WLn+1 …)と複数のビット線
BLおよびそれらの交点に配置された複数のメモリセル
(MC)により構成されている。1ビットの情報を記憶
する1個のメモリセルは、1個の情報蓄積用容量素子
(キャパシタ)Cとこれに直列に接続された1個のメモ
リセル選択用MISFETQsとで構成されている。メ
モリセル選択用MISFETQsのソース、ドレインの
一方は、情報蓄積用容量素子Cと電気的に接続され、他
方はビット線BLと電気的に接続されている。ワード線
WLの一端は、ワードドライバWDに接続され、ビット
線BLの一端は、センスアンプSAに接続されている。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the DRAM. As shown, the memory array of this DRAM (MA
RY) includes a plurality of word lines W arranged in a matrix.
L (WL n−1 , WL n , WL n + 1 ...), A plurality of bit lines BL, and a plurality of memory cells (MC) arranged at their intersections. One memory cell that stores one bit of information is composed of one information storage capacitor element (capacitor) C and one memory cell selection MISFET Qs connected in series to it. One of the source and the drain of the memory cell selection MISFET Qs is electrically connected to the information storage capacitor C, and the other is electrically connected to the bit line BL. One end of the word line WL is connected to a word driver WD, and one end of the bit line BL is connected to a sense amplifier SA.

【0044】次に、上記のように構成されたメモリセル
の製造方法の一例を図3〜図43を用いて工程順に説明
する。
Next, an example of a method for manufacturing the memory cell configured as described above will be described in the order of steps with reference to FIGS.

【0045】まず、図3に示すように、p型で比抵抗が
10Ωcm程度の半導体基板1を850℃程度でウェット
酸化してその表面に膜厚10nm程度の薄い酸化シリコン
膜2を形成した後、この酸化シリコン膜2の上部にCV
D法で膜厚140nm程度の窒化シリコン膜3を堆積す
る。酸化シリコン膜2は、後の工程で素子分離溝の内部
に埋め込まれる酸化シリコン膜をシンタリング(焼き締
め)するときなどに基板に加わるストレスを緩和するた
めに形成される。窒化シリコン膜3は酸化されにくい性
質を持つので、その下部(活性領域)の基板表面の酸化
を防止するマスクとして利用される。
First, as shown in FIG. 3, a p-type semiconductor substrate 1 having a specific resistance of about 10 Ωcm is wet-oxidized at about 850 ° C. to form a thin silicon oxide film 2 having a thickness of about 10 nm on its surface. CV is formed on the silicon oxide film 2
A silicon nitride film 3 having a thickness of about 140 nm is deposited by the method D. The silicon oxide film 2 is formed in order to reduce stress applied to the substrate when sintering (burning) the silicon oxide film embedded in the element isolation trench in a later step. Since the silicon nitride film 3 has the property of being hardly oxidized, it is used as a mask for preventing the oxidation of the substrate surface below (the active region).

【0046】次に、図4に示すように、フォトレジスト
膜4をマスクにして窒化シリコン膜3、酸化シリコン膜
2および半導体基板1をドライエッチングすることによ
り、素子分離領域の半導体基板1に深さ300〜400
nm程度の溝5aを形成する。溝5aを形成するには、フ
ォトレジスト膜4をマスクにして窒化シリコン膜3をド
ライエッチングし、次いでフォトレジスト膜4を除去し
た後、窒化シリコン膜3をマスクにして酸化シリコン膜
2および半導体基板1をドライエッチングしてもよい。
Next, as shown in FIG. 4, the silicon nitride film 3, the silicon oxide film 2, and the semiconductor substrate 1 are dry-etched using the photoresist film 4 as a mask, so that the semiconductor substrate 1 in the element isolation region is deeply etched. 300-400
A groove 5a of about nm is formed. In order to form the groove 5a, the silicon nitride film 3 is dry-etched using the photoresist film 4 as a mask, the photoresist film 4 is removed, and then the silicon oxide film 2 and the semiconductor substrate are etched using the silicon nitride film 3 as a mask. 1 may be dry-etched.

【0047】次に、フォトレジスト膜4を除去した後、
図5に示すように、前記エッチングで溝5aの内壁に生
じたダメージ層を除去するために、半導体基板1を85
0〜900℃程度でウェット酸化して溝5aの内壁に膜
厚10nm程度の薄い酸化シリコン膜6を形成した後、図
6に示すように、半導体基板1上に溝5aの深さ(30
0〜400nm)に相当する膜厚程度の酸化シリコン膜7
を堆積し、次いで半導体基板1を1000℃程度でドラ
イ酸化することにより、溝5aに埋め込んだ酸化シリコ
ン膜7の膜質を改善するためのシンタリング(焼き締
め)を行う。酸化シリコン膜7は、例えばオゾン
(O3 )とテトラエトキシシラン(TEOS)とをソー
スガスに用いたプラズマCVD法で堆積する。
Next, after removing the photoresist film 4,
As shown in FIG. 5, in order to remove a damaged layer generated on the inner wall of the groove 5a by the etching, the semiconductor substrate 1 is
After a thin silicon oxide film 6 having a thickness of about 10 nm is formed on the inner wall of the groove 5a by wet oxidation at about 0 to 900 [deg.] C., as shown in FIG.
0 to 400 nm).
Then, the semiconductor substrate 1 is dry-oxidized at about 1000 ° C. to perform sintering (burning) for improving the film quality of the silicon oxide film 7 buried in the trench 5a. The silicon oxide film 7 is deposited by, for example, a plasma CVD method using ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas.

【0048】次に、図7に示すように、酸化シリコン膜
7の上部にCVD法で膜厚100nm程度の窒化シリコ
ン膜8を堆積した後、図8に示すように、フォトレジス
ト膜9をマスクにして窒化シリコン膜8をドライエッチ
ングすることにより、例えばメモリアレイと周辺回路の
境界部のように、相対的に広い面積の溝5aの上部のみ
に窒化シリコン膜8を残す。溝5aの上部に残った窒化
シリコン膜8は、次の工程で酸化シリコン膜7を化学的
機械研磨(Chemical Mechanical
Polishing; CMP) 法で研磨して平坦化す
る際、相対的に広い面積の溝5aの内部の酸化シリコン
膜7が相対的に狭い面積の溝5aの内部の酸化シリコン
膜7に比べて深く研磨される現象(ディッシング;dish
ing )を防止するために形成される。
Next, as shown in FIG. 7, a silicon nitride film 8 having a thickness of about 100 nm is deposited on the silicon oxide film 7 by the CVD method, and then, as shown in FIG. Then, the silicon nitride film 8 is dry-etched, so that the silicon nitride film 8 is left only on the upper portion of the groove 5a having a relatively large area, for example, at the boundary between the memory array and the peripheral circuit. The silicon nitride film 8 remaining on the groove 5a is formed by polishing the silicon oxide film 7 in the next step by chemical mechanical polishing (Chemical Mechanical).
When polishing and flattening by polishing (CMP), the silicon oxide film 7 inside the groove 5a having a relatively large area is polished deeper than the silicon oxide film 7 inside the groove 5a having a relatively small area. Phenomenon (dish; dish
ing).

【0049】次に、フォトレジスト膜9を除去した後、
図9に示すように、窒化シリコン膜3、8をストッパに
用いたCMP法で酸化シリコン膜7を研磨して溝5aの
内部に残すことにより、素子分離溝5を形成する。
Next, after removing the photoresist film 9,
As shown in FIG. 9, the element isolation groove 5 is formed by polishing the silicon oxide film 7 by a CMP method using the silicon nitride films 3 and 8 as stoppers and leaving the silicon oxide film 7 inside the groove 5a.

【0050】次に、熱リン酸を用いたウェットエッチン
グで窒化シリコン膜3、8を除去した後、図10に示す
ように、メモリセルを形成する領域(メモリアレイ)の
半導体基板1にn型不純物、例えばP(リン)をイオン
打ち込みしてn型半導体領域10を形成し、メモリアレ
イと周辺回路の一部(nチャネル型MISFETを形成
する領域)にp型不純物、例えばB(ホウ素)をイオン
打ち込みしてp型ウエル11を形成し、周辺回路の他の
一部(pチャネル型MISFETを形成する領域)にn
型不純物、例えばPをイオン打ち込みしてn型ウエル1
2を形成する。また、このイオン打ち込みに続いて、M
ISFETのしきい値電圧を調整するための不純物、例
えばBF2 フッ化ホウ素) )をp型ウエル11およびn
型ウエル12にイオン打ち込みする。n型半導体領域1
0は、入出力回路などから半導体基板1を通じてメモリ
アレイのp型ウエル11にノイズが侵入するのを防止す
るために形成される。
Next, after removing the silicon nitride films 3 and 8 by wet etching using hot phosphoric acid, as shown in FIG. 10, an n-type semiconductor substrate 1 in a region (memory array) where a memory cell is to be formed is formed. An n-type semiconductor region 10 is formed by ion-implanting an impurity, for example, P (phosphorus), and a p-type impurity, for example, B (boron) is added to a part of the memory array and peripheral circuits (a region for forming an n-channel MISFET). The p-type well 11 is formed by ion implantation, and n is formed in another part of the peripheral circuit (the region where the p-channel MISFET is formed).
N-type well 1 by ion implantation of a p-type impurity, for example, P
Form 2 Following this ion implantation, M
An impurity for adjusting the threshold voltage of the ISFET, for example, BF 2 boron fluoride)) is added to the p-type wells 11 and n
The mold well 12 is ion-implanted. n-type semiconductor region 1
0 is formed to prevent noise from entering the p-type well 11 of the memory array from the input / output circuit or the like through the semiconductor substrate 1.

【0051】次に、p型ウエル11およびn型ウエル1
2の各表面の酸化シリコン膜2をHF(フッ酸)系の洗
浄液を使って除去した後、半導体基板1を850℃程度
でウェット酸化してp型ウエル11およびn型ウエル1
2の各表面に膜厚7nm程度の清浄なゲート酸化膜13を
形成する。
Next, the p-type well 11 and the n-type well 1
After removing the silicon oxide film 2 on each surface of the semiconductor substrate 1 using a HF (hydrofluoric acid) -based cleaning solution, the semiconductor substrate 1 is wet-oxidized at about 850 ° C. to form a p-type well 11 and an n-type well 1.
Then, a clean gate oxide film 13 having a thickness of about 7 nm is formed on each surface of No. 2.

【0052】特に限定はされないが、上記ゲート酸化膜
13を形成した後、半導体基板1をNO(酸化窒素)あ
るいはN2 O(亜酸化窒素)雰囲気中で熱処理すること
によって、ゲート酸化膜13と半導体基板1との界面に
窒素を偏析させてもよい(酸窒化処理)。ゲート酸化膜
13が7nm程度まで薄くなると、半導体基板1との熱膨
張係数差に起因して両者の界面に生じる歪みが顕在化
し、ホットキャリアの発生を誘発する。半導体基板1と
の界面に偏析した窒素はこの歪みを緩和するので、上記
の酸窒化処理は、極薄ゲート酸化膜13の信頼性を向上
できる。
Although not particularly limited, after the gate oxide film 13 is formed, the semiconductor substrate 1 is subjected to a heat treatment in a NO (nitrogen oxide) or N 2 O (nitrogen oxide) atmosphere to form the gate oxide film 13. Nitrogen may be segregated at the interface with the semiconductor substrate 1 (oxynitridation treatment). When the thickness of the gate oxide film 13 is reduced to about 7 nm, distortion generated at the interface between the semiconductor substrate 1 and the semiconductor substrate 1 due to a difference in thermal expansion coefficient becomes apparent, and hot carriers are generated. Nitrogen segregated at the interface with the semiconductor substrate 1 alleviates this distortion, so that the above oxynitridation can improve the reliability of the ultra-thin gate oxide film 13.

【0053】次に、図11に示すように、ゲート酸化膜
13の上部にゲート電極14A、14B、14Cを形成
する。ゲート電極14Aは、メモリセル選択用MISF
ETの一部を構成し、活性領域以外の領域ではワード線
WLとして機能する。このゲート電極14A(ワード線
WL)の幅、すなわちゲート長は、メモリセル選択用M
ISFETの短チャネル効果を抑制して、しきい値電圧
を一定値以上に確保できる許容範囲内の最小寸法(例え
ば0.24μm)で構成される。また、隣接する2本のゲ
ート電極14A(ワード線WL)の間隔は、フォトリソ
グラフィの解像限界で決まる最小寸法(例えば0.22μ
m)で構成される。ゲート電極14Bおよびゲート電極
14Cは、周辺回路のnチャネル型MISFETおよび
pチャネル型MISFETの各一部を構成する。
Next, as shown in FIG. 11, gate electrodes 14A, 14B and 14C are formed on the gate oxide film 13. The gate electrode 14A is provided with a memory cell selecting MISF.
It forms a part of the ET, and functions as a word line WL in a region other than the active region. The width of the gate electrode 14A (word line WL), that is, the gate length is the memory cell selection M
It has a minimum dimension (for example, 0.24 μm) within an allowable range in which the short channel effect of the ISFET can be suppressed and the threshold voltage can be secured to a certain value or more. The distance between two adjacent gate electrodes 14A (word lines WL) is the minimum dimension determined by the resolution limit of photolithography (for example, 0.22 μm).
m). The gate electrode 14B and the gate electrode 14C constitute each part of the n-channel MISFET and the p-channel MISFET of the peripheral circuit.

【0054】ゲート電極14A(ワード線WL)および
ゲート電極14B、14Cは、例えばP(リン)などの
n型不純物がドープされた膜厚70nm程度の多結晶シリ
コン膜を半導体基板1上にCVD法で堆積し、次いでそ
の上部に膜厚50nm程度のWN(タングステンナイトラ
イド)膜と膜厚100nm程度のW膜とをスパッタリング
法で堆積し、さらにその上部に膜厚150nm程度の窒化
シリコン膜15をCVD法で堆積した後、フォトレジス
ト膜16をマスクにしてこれらの膜をパターニングする
ことにより形成する。WN膜は、高温熱処理時にW膜と
多結晶シリコン膜とが反応して両者の界面に高抵抗のシ
リサイド層が形成されるのを防止するバリア層として機
能する。バリア層には、WN膜の他、TiN(チタンナ
イトライド)膜などを使用することもできる。
For the gate electrode 14A (word line WL) and the gate electrodes 14B and 14C, a polycrystalline silicon film having a thickness of about 70 nm doped with an n-type impurity such as P (phosphorus) is formed on the semiconductor substrate 1 by the CVD method. Then, a WN (tungsten nitride) film having a thickness of about 50 nm and a W film having a thickness of about 100 nm are deposited thereon by sputtering, and a silicon nitride film 15 having a thickness of about 150 nm is further deposited thereon. After deposition by the CVD method, these films are formed by patterning these films using the photoresist film 16 as a mask. The WN film functions as a barrier layer that prevents the W film and the polycrystalline silicon film from reacting during the high-temperature heat treatment to form a high-resistance silicide layer at the interface between them. As the barrier layer, a TiN (titanium nitride) film or the like can be used in addition to the WN film.

【0055】ゲート電極14A(ワード線WL)の一部
を低抵抗の金属(W)で構成した場合には、そのシート
抵抗を2〜2.5Ω/□程度にまで低減できるので、ワー
ド線遅延を低減することができる。また、ゲート電極1
4(ワード線WL)をAl配線などで裏打ちしなくとも
ワード線遅延を低減できるので、メモリセルの上部に形
成される配線層の数を1層減らすことができる。
When a part of the gate electrode 14A (word line WL) is made of low-resistance metal (W), its sheet resistance can be reduced to about 2 to 2.5 Ω / □, so that the word line delay is reduced. Can be reduced. Also, the gate electrode 1
Since the word line delay can be reduced without backing 4 (word line WL) with an Al wiring or the like, the number of wiring layers formed above the memory cells can be reduced by one.

【0056】次に、フォトレジスト膜16を除去した
後、フッ酸などのエッチング液を使って、半導体基板1
の表面に残ったドライエッチング残渣やフォトレジスト
残渣などを除去する。このウェットエッチングを行う
と、ゲート電極14A(ワード線WL)およびゲート電
極14B、14Cの下部以外の領域のゲート酸化膜13
が削られると同時に、ゲート側壁下部のゲート酸化膜1
3も等方的にエッチングされてアンダーカットが生じる
ため、そのままではゲート酸化膜13の耐圧が低下す
る。そこで、半導体基板1を900℃程度で酸化するこ
とによって、削れたゲート酸化膜13の膜質を改善す
る。
Next, after removing the photoresist film 16, the semiconductor substrate 1 is etched using an etching solution such as hydrofluoric acid.
Dry etching residues and photoresist residues remaining on the surface of the substrate are removed. When this wet etching is performed, the gate oxide film 13 in a region other than the region under the gate electrode 14A (word line WL) and the gate electrodes 14B and 14C is formed.
At the same time that the gate oxide film 1 under the gate sidewall is removed.
3 is also isotropically etched and an undercut occurs, so that the breakdown voltage of the gate oxide film 13 is reduced as it is. Therefore, the quality of the cut gate oxide film 13 is improved by oxidizing the semiconductor substrate 1 at about 900 ° C.

【0057】次に、図12に示すように、n型ウエル1
2にp型不純物、例えばB(ホウ素)をイオン打ち込み
してゲート電極14Cの両側のn型ウエル12にp-
半導体領域17を形成する。また、p型ウエル11にn
型不純物、例えばP(リン)をイオン打ち込みしてゲー
ト電極14Bの両側のp型ウエル11にn- 型半導体領
域18を形成し、ゲート電極14Aの両側のp型ウエル
11にn型半導体領域19を形成する。これにより、メ
モリアレイにメモリセル選択用MISFETQsが形成
される。
Next, as shown in FIG.
A p - type semiconductor region 17 is formed in the n-type well 12 on both sides of the gate electrode 14C by ion implantation of a p-type impurity, for example, B (boron) into the gate electrode 14C. In addition, the p-type well 11 has n
An n - type semiconductor region 18 is formed in the p-type well 11 on both sides of the gate electrode 14B by ion-implanting a p-type impurity, for example, P (phosphorus), and an n - type semiconductor region 19 is formed in the p-type well 11 on both sides of the gate electrode 14A. To form As a result, the memory cell selecting MISFET Qs is formed in the memory array.

【0058】次に、図13に示すように、半導体基板1
上にCVD法で膜厚50nm程度の窒化シリコン膜20を
堆積した後、図14に示すように、メモリアレイの窒化
シリコン膜20をフォトレジスト膜21で覆い、周辺回
路の窒化シリコン膜20を異方性エッチングすることに
より、ゲート電極14B、14Cの側壁にサイドウォー
ルスペーサ20aを形成する。このエッチングは、ゲー
ト酸化膜13や素子分離溝5に埋め込まれた酸化シリコ
ン膜7の削れ量を最少とするために、酸化シリコン膜に
対する窒化シリコン膜20のエッチングレートが大きく
なるようなエッチングガスを使用して行う。また、ゲー
ト電極14B、14C上の窒化シリコン膜15の削れ量
を最少とするために、オーバーエッチング量を必要最小
限にとどめるようにする。
Next, as shown in FIG.
After a silicon nitride film 20 having a thickness of about 50 nm is deposited thereon by the CVD method, the silicon nitride film 20 of the memory array is covered with a photoresist film 21 as shown in FIG. By performing isotropic etching, sidewall spacers 20a are formed on the side walls of the gate electrodes 14B and 14C. In this etching, an etching gas that increases the etching rate of the silicon nitride film 20 with respect to the silicon oxide film is used in order to minimize the shaving amount of the silicon oxide film 7 buried in the gate oxide film 13 and the element isolation trench 5. Use to do. Further, in order to minimize the amount of the silicon nitride film 15 shaved on the gate electrodes 14B and 14C, the amount of over-etching is minimized.

【0059】次に、フォトレジスト膜21を除去した
後、図15に示すように、周辺回路領域のn型ウエル1
2にp型不純物、例えばB(ホウ素)をイオン打ち込み
してpチャネル型MISFETのp+ 型半導体領域22
(ソース、ドレイン)を形成し、周辺回路領域のp型ウ
エル11にn型不純物、例えばAs(ヒ素)をイオン打
ち込みしてnチャネル型MISFETのn+ 型半導体領
域23(ソース、ドレイン)を形成する。これにより、
周辺回路領域にpチャネル型MISFETQpおよびn
チャネル型MISFETQnが形成される。
Next, after removing the photoresist film 21, as shown in FIG. 15, the n-type well 1 in the peripheral circuit region is formed.
2 is ion-implanted with a p-type impurity, for example, B (boron) to form ap + -type semiconductor region 22 of a p-channel MISFET.
(Source, drain) are formed, and an n-type impurity, for example, As (arsenic) is ion-implanted into the p-type well 11 in the peripheral circuit region to form an n + -type semiconductor region 23 (source, drain) of the n-channel MISFET. I do. This allows
P channel type MISFETs Qp and n
A channel type MISFET Qn is formed.

【0060】次に、図16に示すように、半導体基板1
上に膜厚300nm程度のSOG(スピンオングラス)膜
24をスピン塗布した後、半導体基板1を800℃、1
分程度熱処理してSOG膜24をシンタリング(焼き締
め)する。
Next, as shown in FIG.
After spin coating an SOG (spin-on-glass) film 24 having a thickness of about 300 nm on the semiconductor substrate 1,
The heat treatment is performed for about a minute, and the SOG film 24 is sintered (sintered).

【0061】次に、図17に示すように、SOG膜24
の上部に膜厚600nm程度の酸化シリコン膜25を堆積
した後、この酸化シリコン膜25をCMP法で研磨して
その表面を平坦化する。酸化シリコン膜25は、例えば
オゾン(O3 )とテトラエトキシシラン(TEOS)と
をソースガスに用いたプラズマCVD法で堆積する。
Next, as shown in FIG.
After a silicon oxide film 25 having a thickness of about 600 nm is deposited on the upper surface of the silicon oxide film 25, the silicon oxide film 25 is polished by a CMP method to flatten the surface. The silicon oxide film 25 is deposited by, for example, a plasma CVD method using ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas.

【0062】次に、図18に示すように、酸化シリコン
膜25の上部に膜厚100nm程度の酸化シリコン膜26
を堆積する。この酸化シリコン膜26は、CMP法で研
磨されたときに生じた前記酸化シリコン膜25の表面の
微細な傷を補修するために堆積する。酸化シリコン膜2
6は、例えばオゾン(O3 )とテトラエトキシシラン
(TEOS)とをソースガスに用いたプラズマCVD法
で堆積する。酸化シリコン膜25の上部には、酸化シリ
コン膜26に代えてPSG(Phospho Silicate Glass)膜
を堆積してもよい。
Next, as shown in FIG. 18, a silicon oxide film 26 having a thickness of about 100 nm
Is deposited. The silicon oxide film 26 is deposited in order to repair fine scratches on the surface of the silicon oxide film 25 generated when the silicon oxide film 25 is polished by the CMP method. Silicon oxide film 2
6 is deposited by a plasma CVD method using, for example, ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas. A PSG (Phospho Silicate Glass) film may be deposited on the silicon oxide film 25 instead of the silicon oxide film 26.

【0063】次に、図19に示すように、フォトレジス
ト膜27をマスクにしたドライエッチングでメモリセル
選択用MISFETQsのn型半導体領域19(ソー
ス、ドレイン)の上部の酸化シリコン膜26、25およ
びSOG膜24を除去する。このエッチングは、窒化シ
リコン膜20に対する酸化シリコン膜26、25および
SOG膜24のエッチングレートが大きくなるような条
件で行い、n型半導体領域19や素子分離溝5の上部を
覆っている窒化シリコン膜20が完全には除去されない
ようにする。
Next, as shown in FIG. 19, the silicon oxide films 26, 25 on the n-type semiconductor region 19 (source, drain) of the memory cell selection MISFET Qs are dry-etched using the photoresist film 27 as a mask. The SOG film 24 is removed. This etching is performed under such a condition that the etching rates of the silicon oxide films 26 and 25 and the SOG film 24 with respect to the silicon nitride film 20 are increased, and the silicon nitride film covering the n-type semiconductor region 19 and the upper part of the element isolation trench 5 is formed. 20 is not completely removed.

【0064】続いて、図20に示すように、上記フォト
レジスト膜27をマスクにしたドライエッチングでメモ
リセル選択用MISFETQsのn型半導体領域19
(ソース、ドレイン)の上部の窒化シリコン膜20とゲ
ート酸化膜13とを除去することにより、n型半導体領
域19(ソース、ドレイン)の一方の上部にコンタクト
ホール28を形成し、他方の上部にコンタクトホール2
9を形成する。このエッチングは、酸化シリコン膜(ゲ
ート酸化膜13および素子分離溝5内の酸化シリコン膜
7)に対する窒化シリコン膜20のエッチングレートが
大きくなるような条件で行い、n型半導体領域19や素
子分離溝5が深く削れないようにする。また、このエッ
チングは、窒化シリコン膜20が異方的にエッチングさ
れるような条件で行い、ゲート電極14A(ワード線W
L)の側壁に窒化シリコン膜20が残るようにする。こ
れにより、フォトリソグラフィの解像限界以下の微細な
径を有するコンタクトホール28、29がゲート電極1
4A(ワード線WL)に対して自己整合で形成される。
コンタクトホール28、29をゲート電極14A(ワー
ド線WL)に対して自己整合で形成するには、あらかじ
め窒化シリコン膜20を異方性エッチングしてゲート電
極14A(ワード線WL)の側壁にサイドウォールスペ
ーサを形成しておいてもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 20, the n-type semiconductor region 19 of the memory cell selecting MISFET Qs is dry-etched using the photoresist film 27 as a mask.
By removing the silicon nitride film 20 and the gate oxide film 13 above the (source, drain), a contact hole 28 is formed in one upper part of the n-type semiconductor region 19 (source, drain) and in the other upper part. Contact hole 2
9 is formed. This etching is performed under conditions such that the etching rate of the silicon nitride film 20 with respect to the silicon oxide film (the gate oxide film 13 and the silicon oxide film 7 in the element isolation trench 5) is increased. Make sure that 5 is not sharpened. This etching is performed under such conditions that the silicon nitride film 20 is anisotropically etched, and the gate electrode 14A (word line W
The silicon nitride film 20 is left on the side wall of L). As a result, the contact holes 28 and 29 having a fine diameter smaller than the resolution limit of photolithography are formed in the gate electrode 1.
4A (word line WL) is formed in a self-aligned manner.
In order to form the contact holes 28 and 29 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 14A (word line WL), the silicon nitride film 20 is anisotropically etched in advance to form a sidewall on the side wall of the gate electrode 14A (word line WL). A spacer may be formed.

【0065】次に、フォトレジスト膜27を除去した
後、図21に示すように、コンタクトホール28、29
の内部にプラグ(導電体)30を形成する。プラグ30
は、酸化シリコン膜26の上部にn型不純物(例えばP
(リン))をドープした多結晶シリコン膜をCVD法で
堆積した後、この多結晶シリコン膜をCMP法で研磨し
てコンタクトホール28、29の内部に残すことにより
形成する。
Next, after removing the photoresist film 27, as shown in FIG. 21, contact holes 28 and 29 are formed.
A plug (conductor) 30 is formed inside the substrate. Plug 30
Is an n-type impurity (for example, P
After depositing a polycrystalline silicon film doped with (phosphorus)) by a CVD method, the polycrystalline silicon film is polished by a CMP method and left inside the contact holes 28 and 29 to form the film.

【0066】次に、図22に示すように、酸化シリコン
膜26の上部に膜厚200nm程度の酸化シリコン膜31
を堆積した後、半導体基板1を800℃程度で熱処理す
る。酸化シリコン膜31は、例えばオゾン(O3 )とテ
トラエトキシシラン(TEOS)とをソースガスに用い
たプラズマCVD法で堆積する。また、この熱処理によ
って、プラグ30を構成する多結晶シリコン膜中のn型
不純物がコンタクトホール28、29の底部からメモリ
セル選択用MISFETQsのn型半導体領域19(ソ
ース、ドレイン)に拡散し、n型半導体領域19が低抵
抗化される。
Next, as shown in FIG. 22, a silicon oxide film 31 having a thickness of about 200 nm is formed on the silicon oxide film 26.
Is deposited, the semiconductor substrate 1 is heat-treated at about 800 ° C. The silicon oxide film 31 is deposited by, for example, a plasma CVD method using ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas. Further, by this heat treatment, n-type impurities in the polycrystalline silicon film forming plug 30 diffuse from the bottoms of contact holes 28 and 29 into n-type semiconductor region 19 (source, drain) of MISFET Qs for memory cell selection, and n The resistance of the type semiconductor region 19 is reduced.

【0067】次に、図23に示すように、フォトレジス
ト膜32をマスクにしたドライエッチングで前記コンタ
クトホール28の上部の酸化シリコン膜31を除去して
プラグ30の表面を露出させる。次に、フォトレジスト
膜32を除去した後、図24に示すように、フォトレジ
スト膜33をマスクにしたドライエッチングで周辺回路
領域の酸化シリコン膜31、26、25、SOG膜24
およびゲート酸化膜13を除去することにより、nチャ
ネル型MISFETQnのn+ 型半導体領域23(ソー
ス、ドレイン)の上部にコンタクトホール34、35を
形成し、pチャネル型MISFETQpのp+ 型半導体
領域22(ソース、ドレイン)の上部にコンタクトホー
ル36、37を形成する。
Next, as shown in FIG. 23, the silicon oxide film 31 above the contact hole 28 is removed by dry etching using the photoresist film 32 as a mask to expose the surface of the plug 30. Next, after removing the photoresist film 32, as shown in FIG. 24, the silicon oxide films 31, 26, 25 and the SOG film 24 in the peripheral circuit region are dry-etched using the photoresist film 33 as a mask.
By removing the gate oxide film 13 and contact holes 34 and 35 above the n + -type semiconductor region 23 (source and drain) of the n-channel MISFET Qn, the p + -type semiconductor region 22 of the p-channel MISFET Qp Contact holes 36 and 37 are formed above (source, drain).

【0068】次に、フォトレジスト膜33を除去した
後、図25に示すように、酸化シリコン膜31の上部に
ビット線BLと周辺回路の第1層配線38、39とを形
成する。ビット線BLおよび第1層配線38、39は、
例えば酸化シリコン膜31の上部に膜厚50nm程度のT
i膜と膜厚50nm程度のTiN膜とをスパッタリング法
で堆積し、さらにその上部に膜厚150nm程度のW膜と
膜厚200nm程度の窒化シリコン膜40とをCVD法で
堆積した後、フォトレジスト膜41をマスクにしてこれ
らの膜をパターニングすることにより形成する。
Next, after removing the photoresist film 33, as shown in FIG. 25, a bit line BL and first layer wirings 38 and 39 of the peripheral circuit are formed on the silicon oxide film 31. The bit line BL and the first layer wirings 38 and 39 are
For example, a T film having a thickness of about 50 nm is formed on the silicon oxide film 31.
An i film and a TiN film having a thickness of about 50 nm are deposited by a sputtering method, and a W film having a thickness of about 150 nm and a silicon nitride film 40 having a thickness of about 200 nm are further deposited thereon by a CVD method. These films are formed by patterning these films using the film 41 as a mask.

【0069】酸化シリコン膜31の上部にTi膜を堆積
した後、半導体基板1を650℃程度で熱処理すること
により、Ti膜とSi基板とが反応し、nチャネル型M
ISFETQnのn+ 型半導体領域23(ソース、ドレ
イン)の表面とpチャネル型MISFETQpのp+
半導体領域22(ソース、ドレイン)の表面とに低抵抗
のTiSi2 (チタンシリサイド)層42が形成され
る。これにより、n+ 型半導体領域23およびp+ 型半
導体領域22に接続される配線(ビット線BL、第1層
配線38、39)のコンタクト抵抗を低減することがで
きる。また、ビット線BLをW膜/TiN膜/Ti膜で
構成することにより、そのシート抵抗を2Ω/□以下に
まで低減できるので、ビット線BLと周辺回路の第1層
配線38、39とを同一工程で同時に形成することがで
きる。
After a Ti film is deposited on the silicon oxide film 31, the semiconductor substrate 1 is subjected to a heat treatment at about 650 ° C., whereby the Ti film reacts with the Si substrate, and the n-channel type M
A low-resistance TiSi 2 (titanium silicide) layer 42 is formed on the surface of the n + type semiconductor region 23 (source, drain) of the ISFET Qn and the surface of the p + type semiconductor region 22 (source, drain) of the p-channel MISFET Qp. You. Thereby, the contact resistance of the wiring (bit line BL, first layer wirings 38 and 39) connected to n + -type semiconductor region 23 and p + -type semiconductor region 22 can be reduced. Further, since the bit line BL is composed of the W film / TiN film / Ti film, the sheet resistance can be reduced to 2 Ω / □ or less, so that the bit line BL and the first layer wirings 38 and 39 of the peripheral circuit are connected. They can be formed simultaneously in the same step.

【0070】次に、フォトレジスト膜41を除去した
後、図26に示すように、ビット線BLおよび第1層配
線38、39の側壁にサイドウォールスペーサ43を形
成する。サイドウォールスペーサ43は、ビット線BL
および第1層配線38、39の上部にCVD法で窒化シ
リコン膜40を堆積した後、この窒化シリコン膜40を
異方性エッチングして形成する。
Next, after removing the photoresist film 41, as shown in FIG. 26, a sidewall spacer 43 is formed on the side wall of the bit line BL and the first layer wirings 38 and 39. The side wall spacer 43 is connected to the bit line BL
After a silicon nitride film 40 is deposited on the first layer wirings 38 and 39 by the CVD method, the silicon nitride film 40 is formed by anisotropic etching.

【0071】次に、図27に示すように、ビット線BL
および第1層配線38、39の上部に膜厚300nm程度
のSOG膜44をスピン塗布した後、半導体基板1を8
00℃、1分程度熱処理してSOG膜44をシンタリン
グ(焼き締め)する。
Next, as shown in FIG.
After spin-coating an SOG film 44 having a thickness of about 300 nm on the first layer wirings 38 and 39, the semiconductor substrate 1 is
The SOG film 44 is subjected to heat treatment at 00 ° C. for about 1 minute to sinter (sinter) the SOG film 44.

【0072】次に、図28に示すように、SOG膜44
の上部に膜厚600nm程度の酸化シリコン膜45を堆積
した後、この酸化シリコン膜45をCMP法で研磨して
その表面を平坦化する。酸化シリコン膜45は、例えば
オゾン(O3 )とテトラエトキシシラン(TEOS)と
をソースガスに用いたプラズマCVD法で堆積する。
Next, as shown in FIG.
After a silicon oxide film 45 having a thickness of about 600 nm is deposited on the upper surface of the substrate, the silicon oxide film 45 is polished by a CMP method to flatten the surface. The silicon oxide film 45 is deposited by, for example, a plasma CVD method using ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas.

【0073】次に、図29に示すように、酸化シリコン
膜45の上部に膜厚100nm程度の酸化シリコン膜46
を堆積する。この酸化シリコン膜46は、CMP法で研
磨されたときに生じた前記酸化シリコン膜45の表面の
微細な傷を補修するために堆積する。酸化シリコン膜4
6は、例えばオゾン(O3 )とテトラエトキシシラン
(TEOS)とをソースガスに用いたプラズマCVD法
で堆積する。
Next, as shown in FIG. 29, a silicon oxide film 46 having a thickness of about 100 nm is formed on the silicon oxide film 45.
Is deposited. The silicon oxide film 46 is deposited to repair fine scratches on the surface of the silicon oxide film 45 generated when the silicon oxide film 45 is polished by the CMP method. Silicon oxide film 4
6 is deposited by a plasma CVD method using, for example, ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas.

【0074】次に、図30に示すように、フォトレジス
ト膜47をマスクにしたドライエッチングでコンタクト
ホール29の上部の酸化シリコン膜46、45、SOG
膜44および酸化シリコン膜31を除去してプラグ30
の表面に達するスルーホール48を形成する。このエッ
チングは、酸化シリコン膜46、45、31およびSO
G膜44に対する窒化シリコン膜のエッチングレートが
小さくなるような条件で行い、スルーホール48とビッ
ト線BLの合わせずれが生じた場合でも、ビット線BL
の上部の窒化シリコン膜40やサイドウォールスペーサ
43が深く削れないようにする。これにより、スルーホ
ール48がビット線BLに対して自己整合で形成され
る。
Next, as shown in FIG. 30, the silicon oxide films 46 and 45 over the contact holes 29 are removed by dry etching using the photoresist film 47 as a mask.
After removing the film 44 and the silicon oxide film 31, the plug 30
Is formed to reach the surface of the substrate. This etching is performed on the silicon oxide films 46, 45, 31 and SO
The etching is performed under such a condition that the etching rate of the silicon nitride film with respect to the G film 44 becomes small.
To prevent the silicon nitride film 40 and the sidewall spacers 43 on the upper portion from being etched deeply. As a result, the through hole 48 is formed in self alignment with the bit line BL.

【0075】次に、フォトレジスト膜47を除去した
後、図31に示すように、スルーホール48の内部にプ
ラグ49を形成する。プラグ49は、酸化シリコン膜4
6の上部にn型不純物(例えばP(リン))をドープし
た多結晶シリコン膜をCVD法で堆積した後、この多結
晶シリコン膜をエッチバックしてスルーホール48の内
部に残すことにより形成する。
Next, after removing the photoresist film 47, a plug 49 is formed inside the through hole 48 as shown in FIG. The plug 49 is made of the silicon oxide film 4
6 is formed by depositing a polycrystalline silicon film doped with an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) by CVD, and then etching back the polycrystalline silicon film to leave inside the through hole 48. .

【0076】次に、図32に示すように、酸化シリコン
膜46の上部に膜厚100nm程度の窒化シリコン膜51
をCVD法で堆積した後、フォトレジスト膜52をマス
クにしたドライエッチングで周辺回路領域の窒化シリコ
ン膜51を除去する。メモリアレイに残った窒化シリコ
ン膜51は、後述する情報蓄積用容量素子(キャパシ
タ)の下部電極を形成する工程で下部電極の間の酸化シ
リコン膜をエッチングする際のエッチングストッパとし
て利用される。
Next, as shown in FIG. 32, a silicon nitride film 51 having a thickness of about 100 nm is formed on the silicon oxide film 46.
Is deposited by the CVD method, and the silicon nitride film 51 in the peripheral circuit region is removed by dry etching using the photoresist film 52 as a mask. The silicon nitride film 51 remaining in the memory array is used as an etching stopper when etching a silicon oxide film between the lower electrodes in a step of forming a lower electrode of an information storage capacitor (capacitor) described later.

【0077】次に、フォトレジスト膜52を除去した
後、図33に示すように、窒化シリコン膜51の上部に
膜厚1.0μm程度の酸化シリコン膜53を堆積し、フォ
トレジスト膜54をマスクにしたドライエッチングで酸
化シリコン膜53および窒化シリコン膜51を除去する
ことにより、スルーホール48の上部に溝55を形成し
て、プラグ49の上面を露出する。このとき同時に、メ
モリアレイの周囲にメモリアレイを取り囲む枠状の溝5
5aを形成する。酸化シリコン膜53は、例えばオゾン
(O3 )とテトラエトキシシラン(TEOS)とをソー
スガスに用いたプラズマCVD法で堆積する。
Next, after removing the photoresist film 52, as shown in FIG. 33, a silicon oxide film 53 having a thickness of about 1.0 μm is deposited on the silicon nitride film 51, and the photoresist film 54 is masked. By removing the silicon oxide film 53 and the silicon nitride film 51 by the dry etching described above, a groove 55 is formed above the through hole 48, and the upper surface of the plug 49 is exposed. At the same time, a frame-shaped groove 5 surrounding the memory array is formed around the memory array.
5a is formed. The silicon oxide film 53 is deposited by, for example, a plasma CVD method using ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas.

【0078】次に、フォトレジスト膜54を除去した
後、図34に示すように、溝55、55aを含む酸化シ
リコン膜53の上部に膜厚100nm程度の窒化チタン膜
(TiN)56をCVD法で堆積する。窒化チタン膜5
6の膜厚は100nm程度であるので、溝55を埋め込む
ことはない。この窒化チタン膜56は、キャパシタの下
部電極材料として使用される。続いて半導体基板1を過
酸化水素水に5分間程度浸漬して、窒化チタン膜56の
表面(内面)に凹凸80を形成する。図45は、酸化シ
リコン膜46上の窒化チタン膜56の一部を拡大して示
した断面図である。このように、窒化チタン膜56の表
面に凹凸80を形成することにより、窒化チタン膜56
から構成される下部電極の表面積の拡大を図ることがで
きる。
Next, after removing the photoresist film 54, as shown in FIG. 34, a titanium nitride film (TiN) 56 having a thickness of about 100 nm is formed on the silicon oxide film 53 including the grooves 55 and 55a by the CVD method. Is deposited. Titanium nitride film 5
Since the film thickness of No. 6 is about 100 nm, the groove 55 is not buried. This titanium nitride film 56 is used as a lower electrode material of the capacitor. Subsequently, the semiconductor substrate 1 is immersed in a hydrogen peroxide solution for about 5 minutes to form irregularities 80 on the surface (inner surface) of the titanium nitride film 56. FIG. 45 is a cross-sectional view showing a part of the titanium nitride film 56 on the silicon oxide film 46 in an enlarged manner. By forming the irregularities 80 on the surface of the titanium nitride film 56 in this manner, the titanium nitride film 56
, The surface area of the lower electrode composed of the lower electrode can be increased.

【0079】基板上にCVD法で形成した窒化チタン膜
56を透過電子顕微鏡で観察すると、その断面構造は模
式的に示すと図44(a)に示すようになっており、窒
化チタン膜56は柱状の多結晶状態で複数の粒界が存在
している。また、その平面構造を模式的に示すと図44
(b)に示すようになっており、比較的幅の広い非晶質
状態の粒界56aと、比較的幅の狭い非晶質状態の粒界
56bとからなっているのが観察される。このような幅
の異なる非晶質状態の粒界を有する窒化チタン膜56を
過酸化水素水に浸漬処理すると、この窒化チタン膜56
の表面において、結晶粒界におけるエッチング速度の相
違に基づいた選択エッチングが行われるので、高低差の
大きな凹凸80を形成することができ、結果的に窒化チ
タン膜56の表面積の拡大を図ることができる。
When the titanium nitride film 56 formed on the substrate by the CVD method is observed with a transmission electron microscope, the cross-sectional structure is schematically shown in FIG. 44 (a). A plurality of grain boundaries exist in a columnar polycrystalline state. FIG. 44 schematically shows the planar structure.
It is observed as shown in (b), which is composed of a relatively wide amorphous grain boundary 56a and a relatively narrow amorphous grain boundary 56b. When the titanium nitride film 56 having such amorphous grain boundaries having different widths is immersed in a hydrogen peroxide solution, this titanium nitride film 56
Is selectively etched based on the difference in the etching rate at the crystal grain boundaries on the surface of the substrate, so that large unevenness 80 having a large difference in height can be formed, and as a result, the surface area of the titanium nitride film 56 can be increased. it can.

【0080】この場合、選択エッチングにおける選択性
は、窒化チタン膜56の成膜温度に依存し、成膜温度が
高い程個々の結晶粒の結晶性が向上して選択性が大きく
なる。しかしながら、この成膜温度は既に半導体基板1
に形成されているメモリセル選択用MISFETQs等
の耐熱性との関連があるので、一定の限界がある。その
成膜温度は一般に400〜800℃が適当であり、実際
には650±50℃が望ましい。なお、このような浸漬
処理は、場合によっては、過酸化水素水にアンモニア水
等を添加してアルカリ性にした溶液で行うことも効果的
である。
In this case, the selectivity in the selective etching depends on the film forming temperature of the titanium nitride film 56, and the higher the film forming temperature, the higher the crystallinity of each crystal grain and the larger the selectivity. However, this film formation temperature has already been
There is a certain limit because it is related to the heat resistance of the memory cell selecting MISFETs Qs and the like formed in the above. Generally, the film forming temperature is suitably from 400 to 800 ° C., and in practice, preferably 650 ± 50 ° C. In some cases, such an immersion treatment may be effectively performed using a solution made alkaline by adding ammonia water or the like to a hydrogen peroxide solution.

【0081】次に、図35に示すように、窒化チタン膜
56の上部に溝55、55aの深さよりも厚い膜厚のS
OG膜57をスピン塗布した後、図36に示すように、
SOG膜57をエッチバックし、さらに酸化シリコン膜
53の上部の窒化チタン膜56をエッチバックすること
により、溝55、55aの内側(内壁および底部)にS
OG膜57を残す。
Next, as shown in FIG. 35, an S film having a thickness larger than the depth of the grooves 55 and 55a is formed on the titanium nitride film 56.
After spin coating the OG film 57, as shown in FIG.
The SOG film 57 is etched back, and the titanium nitride film 56 on the silicon oxide film 53 is etched back, so that the S (inner wall and bottom) is formed inside the grooves 55 and 55a.
The OG film 57 is left.

【0082】次に、図37に示すように、周辺回路領域
の酸化シリコン膜53を覆うフォトレジスト膜58をマ
スクに溝55の内部のSOG膜57と溝55の隙間の酸
化シリコン膜53をウェットエッチングしてキャパシタ
を構成する筒形(クラウン形)の下部電極60を形成す
る。凹凸80は筒形の下部電極60の内面にのみ存在し
ていることになる。このとき、溝55の隙間には窒化シ
リコン膜51が残っているので、その下部の酸化シリコ
ン膜46がエッチングされることはない。また、下部電
極60の周囲にこの下部電極60に接するように窒化シ
リコン膜51が残っていることにより、この窒化シリコ
ン膜51は下部電極60を周囲から補強するように働く
ので、下部電極60の倒壊を防止する効果が得られる。
さらに、周辺回路領域の酸化シリコン膜53を覆うフォ
トレジスト膜58は、その一端をメモリアレイの最も外
側に形成される下部電極60と周辺回路領域との境界
部、すなわち溝55aの上部に配置する。このようにす
ると、フォトレジスト膜58の端部に合わせずれが生じ
た場合でも、メモリアレイの最も外側に形成される下部
電極60の溝55の内部にSOG膜57が残ったり、周
辺回路領域の酸化シリコン膜53がエッチングされたり
することはない。
Next, as shown in FIG. 37, with the photoresist film 58 covering the silicon oxide film 53 in the peripheral circuit region as a mask, the SOG film 57 inside the groove 55 and the silicon oxide film 53 in the gap between the groove 55 are wetted. Etching is performed to form a cylindrical (crown-shaped) lower electrode 60 constituting a capacitor. The unevenness 80 exists only on the inner surface of the cylindrical lower electrode 60. At this time, since the silicon nitride film 51 remains in the gap between the trenches 55, the silicon oxide film 46 thereunder is not etched. Further, since the silicon nitride film 51 remains around the lower electrode 60 so as to be in contact with the lower electrode 60, the silicon nitride film 51 acts to reinforce the lower electrode 60 from the periphery. The effect of preventing collapse is obtained.
Further, one end of the photoresist film 58 covering the silicon oxide film 53 in the peripheral circuit region is disposed at the boundary between the lower electrode 60 formed on the outermost side of the memory array and the peripheral circuit region, that is, above the groove 55a. . In this way, even when misalignment occurs at the end of the photoresist film 58, the SOG film 57 remains inside the groove 55 of the lower electrode 60 formed on the outermost side of the memory array, The silicon oxide film 53 is not etched.

【0083】次に、フォトレジスト膜58を除去し、図
38に示すように、下部電極60の上部に膜厚20nm程
度の酸化タンタル( Ta2 5 膜61をCVD法で堆積
する。次いで半導体基板1を酸化雰囲気中で600℃以
上で熱処理して酸化タンタル膜61を酸化改質処理す
る。この酸化タンタル膜61は、キャパシタの容量絶縁
膜材料として使用される。
Next, the photoresist film 58 is removed, and as shown in FIG. 38, a tantalum oxide (Ta 2 O 5 film 61) having a thickness of about 20 nm is deposited on the lower electrode 60 by a CVD method. The substrate 1 is heat-treated in an oxidizing atmosphere at a temperature of 600 ° C. or higher to oxidize and reform the tantalum oxide film 61. The tantalum oxide film 61 is used as a capacitor insulating film material of a capacitor.

【0084】この酸化改質処理の際、酸化剤である酸素
が酸化タンタル膜61を透過して下部電極60の表面に
達するが、下部電極60は窒化チタン膜からなるため、
酸化シリコン膜等の低誘電率な絶縁膜が下部電極60と
酸化タンタル膜61との界面に形成されることはない。
このため、キャパシタの容量絶縁膜の実質的な誘電率を
低下させることなく、また、容量絶縁膜の膜厚を実質的
に増加することもない。したがって、キャパシタの容量
を大きく維持することができる。また、前記のとおり酸
素が下部電極60に到達しても、生成される酸化チタン
は導電性を有し、容量絶縁膜の膜厚増加には寄与しな
い。このため、キャパシタの容量を大きく維持できる。
In this oxidation reforming process, oxygen as an oxidizing agent passes through the tantalum oxide film 61 and reaches the surface of the lower electrode 60. Since the lower electrode 60 is made of a titanium nitride film,
An insulating film having a low dielectric constant such as a silicon oxide film is not formed on the interface between the lower electrode 60 and the tantalum oxide film 61.
Therefore, the dielectric constant of the capacitor insulating film of the capacitor is not substantially reduced, and the thickness of the capacitor insulating film is not substantially increased. Therefore, the capacity of the capacitor can be maintained large. Even if oxygen reaches the lower electrode 60 as described above, the generated titanium oxide has conductivity and does not contribute to an increase in the thickness of the capacitor insulating film. Therefore, the capacitance of the capacitor can be maintained large.

【0085】次に、図39に示すように、酸化タンタル
膜61の上部にCVD法で膜厚100nm程度の窒化チタ
ン(TiN)膜62を堆積した後、フォトレジスト膜6
3をマスクにしたドライエッチングで窒化チタン膜62
および酸化タンタル膜61をパターニングすることによ
り、窒化チタン膜62からなる上部電極と、酸化タンタ
ル膜61からなる容量絶縁膜(誘電体膜)と、窒化チタ
ン膜56からなり表面に凹凸80を有する筒形の下部電
極60とで構成されるキャパシタCを形成する。図46
は、キャパシタCの一部の拡大構造を示した断面図であ
る。図46において、窒化チタン膜62の膜厚は実際に
は相対的にもっと大きくなっているが、説明を簡単にす
るため概略的に示している。これにより、メモリセル選
択用MISFETQsとこれに直列に接続されたキャパ
シタCとで構成されるDRAMのメモリセルが完成す
る。
Next, as shown in FIG. 39, a titanium nitride (TiN) film 62 having a thickness of about 100 nm is deposited on the tantalum oxide film 61 by the CVD method.
3 by dry etching using titanium as a mask.
By patterning the tantalum oxide film 61, a cylinder made of an upper electrode made of the titanium nitride film 62, a capacitor insulating film (dielectric film) made of the tantalum oxide film 61, and a titanium nitride film 56 having an uneven surface 80 is formed. The lower electrode 60 forms a capacitor C. FIG.
Is a sectional view showing an enlarged structure of a part of the capacitor C. In FIG. 46, the thickness of the titanium nitride film 62 is actually relatively large, but is schematically shown for simplicity. Thus, a DRAM memory cell including the memory cell selecting MISFET Qs and the capacitor C connected in series thereto is completed.

【0086】なお、窒化チタン膜62からなる上部電極
の形成は、高い温度で形成すると既に形成されている酸
化タンタル膜61にダメージを与えてリーク電流を増大
させるおそれがあるので、550℃程度以下の低温で形
成することが望ましい。前記キャパシタCを構成してい
る酸化タンタル膜61及び窒化チタン膜62はいずれも
CVD法で形成されるため優れた段差被覆性を備えてい
る。このため、下部電極60に凹凸80が存在していて
も、凹凸80を完全に覆うことができ、平坦性の点で問
題はない。
The upper electrode made of the titanium nitride film 62 is formed at a high temperature, which may damage the already formed tantalum oxide film 61 and increase the leak current. It is desirable to form at low temperature. Since the tantalum oxide film 61 and the titanium nitride film 62 constituting the capacitor C are both formed by the CVD method, they have excellent step coverage. Therefore, even if the lower electrode 60 has the irregularities 80, the irregularities 80 can be completely covered, and there is no problem in terms of flatness.

【0087】ここで、図46に示すように、キャパシタ
Cを構成している筒形の下部電極60の凹凸80は、頂
部をp、谷部をv、容量絶縁膜61の膜厚をdで表す
と、その高低差(p−v)の平均値hは、0.5d≦h≦
5dを満足する範囲に選ばれる。もし、平均値hが0.5
dに達しない場合には、凹凸80の度合いが小さくなっ
て電極面積の拡大が図りにくくなるので、限られた平面
面積の中で十分な容量を確保するのが困難になる。一
方、平均値hが5dを越えると、凹凸80の度合いが大
きくなり過ぎ、容量絶縁膜61の膜厚dが20nm程度で
あることを考慮すれば、筒形の下部電極60の特に側壁
の機械的強度を維持するのが困難になる。
Here, as shown in FIG. 46, the irregularities 80 of the cylindrical lower electrode 60 constituting the capacitor C are represented by p at the top, v at the valley, and d at the thickness of the capacitive insulating film 61. When expressed, the average value h of the height difference (p−v) is 0.5d ≦ h ≦
5d is selected. If the average h is 0.5
If d does not reach d, the degree of the irregularities 80 becomes small, making it difficult to increase the electrode area, and it becomes difficult to secure a sufficient capacitance in a limited plane area. On the other hand, if the average value h exceeds 5d, the degree of the irregularities 80 becomes too large, and considering that the thickness d of the capacitive insulating film 61 is about 20 nm, the mechanical properties of the cylindrical lower electrode 60, especially the side wall, are considered. It is difficult to maintain the target strength.

【0088】なお、凹凸80の度合いは、窒化チタン膜
56の結晶粒の粒径に関係し、この粒径は窒化チタン膜
56の成膜条件、その膜厚等により変化させることがで
きるため、このような成膜条件等により制御することが
可能である。
It should be noted that the degree of the irregularities 80 is related to the grain size of the crystal grains of the titanium nitride film 56, and this grain size can be changed by the film formation conditions, the film thickness, etc. of the titanium nitride film 56. It can be controlled by such film forming conditions and the like.

【0089】次に、フォトレジスト膜63を除去した
後、図40に示すように、キャパシタCの上部に膜厚1
00nm程度の酸化シリコン膜64を堆積する。酸化シリ
コン膜64は、例えばオゾン(O3 )とテトラエトキシ
シラン(TEOS)とをソースガスに用いたプラズマC
VD法で堆積する。続いて、フォトレジスト膜65をマ
スクにしたドライエッチングで周辺回路の第1層配線3
8の上部の酸化シリコン膜64、53、46、45、S
OG膜44および窒化シリコン膜40を除去することに
より、スルーホール66を形成する。
Next, after removing the photoresist film 63, as shown in FIG.
A silicon oxide film 64 of about 00 nm is deposited. The silicon oxide film 64 is made of, for example, plasma C using ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas.
Deposit by VD method. Subsequently, the first layer wiring 3 of the peripheral circuit is formed by dry etching using the photoresist film 65 as a mask.
8, silicon oxide films 64, 53, 46, 45, S
By removing the OG film 44 and the silicon nitride film 40, a through hole 66 is formed.

【0090】次に、フォトレジスト膜65を除去した
後、図41に示すように、スルーホール66の内部にプ
ラグ67を形成し、続いて酸化シリコン膜64の上部に
第2層配線68、69を形成する。プラグ67は、酸化
シリコン膜64の上部にスパッタリング法で膜厚100
nm程度のTiN膜を堆積し、さらにその上部にCVD法
で膜厚500nm程度のW膜を堆積した後、これらの膜を
エッチバックしてスルーホール66の内部に残すことに
より形成する。第2層配線68、69は、酸化シリコン
膜64の上部にスパッタリング法で膜厚50nm程度のT
iN膜、膜厚500nm程度のAl(アルミニウム)膜、
膜厚50nm程度のTi膜を堆積した後、フォトレジスト
膜をマスクにしたドライエッチングでこれらの膜をパタ
ーニングして形成する。
Next, after removing the photoresist film 65, as shown in FIG. 41, a plug 67 is formed inside the through hole 66, and then second layer wirings 68 and 69 are formed on the silicon oxide film 64. To form The plug 67 is formed on the silicon oxide film 64 with a thickness of 100 by a sputtering method.
A TiN film having a thickness of about nm is deposited, and a W film having a thickness of about 500 nm is further deposited thereon by a CVD method. Then, these films are etched back and left inside the through-hole 66. The second layer wirings 68 and 69 are formed on the silicon oxide film 64 by sputtering to a thickness of about 50 nm.
an iN film, an Al (aluminum) film having a thickness of about 500 nm,
After a Ti film having a thickness of about 50 nm is deposited, these films are formed by patterning by dry etching using a photoresist film as a mask.

【0091】次に、図42に示すように、第2層配線6
8、69の上部に層間絶縁膜を堆積する。層間絶縁膜
は、例えば膜厚300nm程度の酸化シリコン膜71、膜
厚400nm程度のSOG膜72および膜厚300nm程度
の酸化シリコン膜73で構成する。酸化シリコン膜7
1、73は、例えばオゾン(O3 )とテトラエトキシシ
ラン(TEOS)とをソースガスに用いたプラズマCV
D法で堆積する。
Next, as shown in FIG.
An interlayer insulating film is deposited on the upper portions of 8 and 69. The interlayer insulating film includes, for example, a silicon oxide film 71 having a thickness of about 300 nm, an SOG film 72 having a thickness of about 400 nm, and a silicon oxide film 73 having a thickness of about 300 nm. Silicon oxide film 7
Reference numerals 1 and 73 denote plasma CVs using, for example, ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS) as source gases.
Deposit by D method.

【0092】次に、図43に示すように、キャパシタC
の上部の層間絶縁膜にスルーホール74を形成し、周辺
回路の第2層配線69の上部の層間絶縁膜にスルーホー
ル75を形成した後、スルーホール74、75の内部に
プラグ76を形成し、続いて、層間絶縁膜の上部に第3
層配線77、78、79を形成する。スルーホール7
4、75は、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエ
ッチングで酸化シリコン膜73、SOG膜72および酸
化シリコン膜71を除去し、また、スルーホール74に
ついては、さらに酸化シリコン膜64を除去することに
より形成する。プラグ76は、層間絶縁膜の上部にスパ
ッタリング法で膜厚100nm程度のTiN膜を堆積し、
さらにその上部にCVD法で膜厚500nm程度のW膜を
堆積した後、これらの膜をエッチバックしてスルーホー
ル74、75の内部に残すことにより形成する。第3層
配線77〜79は、層間絶縁膜の上部にスパッタリング
法で膜厚50nm程度のTiN膜、膜厚500nm程度のA
l膜、膜厚50nm程度のTi膜を堆積した後、フォトレ
ジスト膜をマスクにしたドライエッチングでこれらの膜
をパターニングして形成する。
Next, as shown in FIG.
Then, a through hole 74 is formed in the interlayer insulating film on the upper portion of the semiconductor device, a through hole 75 is formed in the interlayer insulating film on the second layer wiring 69 of the peripheral circuit, and a plug 76 is formed in the through holes 74 and 75. Then, a third layer is formed on the interlayer insulating film.
The layer wirings 77, 78, 79 are formed. Through hole 7
4 and 75 are obtained by removing the silicon oxide film 73, the SOG film 72, and the silicon oxide film 71 by dry etching using a photoresist film as a mask, and further removing the silicon oxide film 64 from the through hole 74. Form. The plug 76 is formed by depositing a TiN film having a thickness of about 100 nm on the interlayer insulating film by sputtering.
Further, a W film having a thickness of about 500 nm is deposited thereon by a CVD method, and then these films are etched back and left inside the through holes 74 and 75. The third layer wirings 77 to 79 are formed by sputtering a TiN film having a thickness of about 50 nm and an A film having a thickness of about 500 nm on the interlayer insulating film.
After depositing a 1-layer film and a Ti film having a thickness of about 50 nm, these films are patterned and formed by dry etching using a photoresist film as a mask.

【0093】その後、第3層配線77〜79の上部に酸
化シリコン膜と窒化シリコン膜とで構成されたパッシベ
ーション膜を堆積するが、その図示は省略する。以上の
工程により、本実施の形態のDRAMが略完成する。
After that, a passivation film composed of a silicon oxide film and a silicon nitride film is deposited on the third layer wirings 77 to 79, but illustration thereof is omitted. Through the above steps, the DRAM of the present embodiment is substantially completed.

【0094】本実施の形態によれば、窒化チタン膜56
からなる下部電極60の表面(内面)に凹凸80を形成
して表面積を拡大し、この下部電極60上に誘電率の大
きい酸化タンタル膜61からなる容量絶縁膜を介して窒
化チタン膜62からなる上部電極を形成してキャパシタ
を構成したので、基板上の限られた平面面積の中で十分
な容量を確保するキャパシタを実現でき、容量の増大を
図ることができる。
According to the present embodiment, titanium nitride film 56
The surface area is increased by forming irregularities 80 on the surface (inner surface) of the lower electrode 60 made of a titanium nitride film 62 on the lower electrode 60 via a capacitance insulating film made of a tantalum oxide film 61 having a large dielectric constant. Since the capacitor is formed by forming the upper electrode, it is possible to realize a capacitor having a sufficient capacitance within a limited plane area on the substrate, and to increase the capacitance.

【0095】しかも、この凹凸80は、窒化チタン膜5
6が多結晶構造を有することを利用し、その結晶粒界に
おける過酸化水素水によるエッチング速度の相違(バル
ク結晶部分とアモルファス状態の粒界部分とのエッチン
グ速度の相違)を利用して形成するため、安定かつ容易
に形成することができ、拡大されたプロセスマージンの
下に簡便に形成することができる。このため、特に製造
コストが著しく上昇することも避けることができる。
In addition, the irregularities 80 correspond to the titanium nitride film 5.
6 has a polycrystalline structure, and is formed using a difference in etching rate due to aqueous hydrogen peroxide at a crystal grain boundary (a difference in etching rate between a bulk crystal part and an amorphous state grain boundary part). Therefore, it can be formed stably and easily, and can be formed easily under an enlarged process margin. For this reason, a remarkable increase in manufacturing cost can be avoided.

【0096】また、下部電極60を窒化チタン膜56で
構成したので、酸化タンタル膜61の酸化改質処理の際
に、酸化シリコンのような低誘電率の絶縁膜が形成され
ず、キャパシタCの容量を大きく維持できる。さらに上
部電極に内部応力の小さな窒化チタン膜62を用いたの
で、酸化タンタル膜61に好ましくない応力を加えるこ
となく、キャパシタCのリーク電流を低減することがで
きる。また、窒化シリコン膜51を下部電極60の倒壊
防止用部材として形成したため、下部電極60の機械的
強度を増加し、半導体集積回路装置の信頼性を向上でき
る。
Further, since the lower electrode 60 is made of the titanium nitride film 56, a low-dielectric-constant insulating film such as silicon oxide is not formed when the tantalum oxide film 61 is oxidized and reformed. Large capacity can be maintained. Further, since the titanium nitride film 62 having a small internal stress is used for the upper electrode, the leakage current of the capacitor C can be reduced without applying an undesired stress to the tantalum oxide film 61. Further, since the silicon nitride film 51 is formed as a member for preventing the lower electrode 60 from collapsing, the mechanical strength of the lower electrode 60 can be increased, and the reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved.

【0097】(実施の形態2)本実施の形態では、キャ
パシタを構成する筒形の下部電極の内面だけでなく、そ
の側面にも凹凸を形成して下部電極の表面積のさらなる
拡大を図ったDRAMの例を示す。本実施のDRAMの
製造方法について図47〜図51を用いて説明する。
(Embodiment 2) In the present embodiment, a DRAM is formed in which not only the inner surface of the cylindrical lower electrode constituting the capacitor but also the side surfaces thereof are formed with irregularities to further increase the surface area of the lower electrode. Here is an example. The method of manufacturing the DRAM of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0098】図47は実施の形態1の図33に相当する
工程を示し、酸化シリコン膜46のスルーホール48に
プラグ49を形成した後、酸化シリコン膜81をCVD
法で堆積し、下部電極を形成すべき酸化シリコン膜81
の領域に溝82を形成する。次に、図48に示すよう
に、窒化チタン膜83を全面にCVD法で形成する。次
に、図49に示すように、溝82にSOG膜84をスピ
ン塗布して埋め込んだ後、SOG膜84および酸化シリ
コン膜81上の窒化チタン膜83をCMP法で研磨して
除去する。
FIG. 47 shows a step corresponding to FIG. 33 of the first embodiment. After plug 49 is formed in through hole 48 of silicon oxide film 46, silicon oxide film 81 is formed by CVD.
Oxide film 81 to be deposited and formed with a lower electrode
A groove 82 is formed in the region of FIG. Next, as shown in FIG. 48, a titanium nitride film 83 is formed on the entire surface by a CVD method. Next, as shown in FIG. 49, after the SOG film 84 is spin-coated in the trench 82 and buried, the titanium nitride film 83 on the SOG film 84 and the silicon oxide film 81 is polished and removed by the CMP method.

【0099】次に、図50に示すように、溝82の内部
のSOG膜84と酸化シリコン膜81をドライエッチン
グして窒化チタン膜83を露出する。なお、SOG膜8
4および酸化シリコン膜81の除去にはウエットエッチ
ング法を用いることもできる。ただし、この場合には、
酸化シリコン膜46の表面にウエットエッチングのエッ
ングストッパとして、窒化シリコン膜を形成しておくこ
とが必要である。次に、基板を過酸化水素水に浸漬し
て、実施の形態1における窒化チタン膜56と同様に、
窒化チタン膜83の内面および側面に凹凸80を形成し
て、下部電極85を形成する。
Next, as shown in FIG. 50, the SOG film 84 and the silicon oxide film 81 inside the groove 82 are dry-etched to expose the titanium nitride film 83. The SOG film 8
4 and the silicon oxide film 81 can be removed by a wet etching method. However, in this case,
It is necessary to form a silicon nitride film on the surface of the silicon oxide film 46 as an etching stopper for wet etching. Next, the substrate is immersed in a hydrogen peroxide solution, and, like the titanium nitride film 56 in the first embodiment,
The lower electrode 85 is formed by forming the unevenness 80 on the inner surface and the side surface of the titanium nitride film 83.

【0100】次に、図51に示すように、下部電極85
の上部に酸化タンタル( Ta2 5膜86をCVD法で
堆積し、次いで基板を酸化雰囲気中で600℃以上の熱
処理を施して酸化タンタル膜86を酸化改質処理する。
次に、酸化タンタル膜86を覆うように窒化チタン膜8
7をCVD法で堆積することにより、窒化チタン膜87
からなる上部電極と、酸化タンタル膜86からなる容量
絶縁膜と、窒化チタン膜83からなる筒形の下部電極8
5とで構成されるキャパシタを形成する。なお、酸化タ
ンタル膜86および窒化チタン膜87の形成は実施の形
態1と同様である。本実施の形態によれば、実施の形態
1の効果に加えて、筒形の下部電極85の内面だけでな
く、側面にも凹凸80を形成するようにしたので、下部
電極85の表面積を拡大することができる。したがっ
て、キャパシタのさらなる容量の増大を図ることができ
る。
Next, as shown in FIG.
A tantalum oxide (Ta 2 O 5 film 86 is deposited on the upper surface of the substrate by a CVD method, and then the substrate is subjected to a heat treatment at 600 ° C. or more in an oxidizing atmosphere to oxidize the tantalum oxide film 86.
Next, the titanium nitride film 8 is formed so as to cover the tantalum oxide film 86.
7 is deposited by a CVD method to form a titanium nitride film 87.
, A capacitor insulating film made of a tantalum oxide film 86, and a cylindrical lower electrode 8 made of a titanium nitride film 83
5 is formed. The formation of the tantalum oxide film 86 and the titanium nitride film 87 is the same as in the first embodiment. According to the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, irregularities 80 are formed not only on the inner surface of cylindrical lower electrode 85 but also on the side surfaces, so that the surface area of lower electrode 85 is increased. can do. Therefore, the capacity of the capacitor can be further increased.

【0101】(実施の形態3)本実施の形態では、実施
の形態2のようにキャパシタを構成する筒形の下部電極
の内面および側面に凹凸を形成して下部電極の表面積の
さらなる拡大を図るDRAMにおいて、特に下部電極の
高さを高くする場合に積極的に下部電極の倒壊防止を図
る例を示す。本実施の形態の製造方法について図52〜
図56を用いて説明する。
(Embodiment 3) In the present embodiment, as in Embodiment 2, irregularities are formed on the inner surface and side surfaces of a cylindrical lower electrode constituting a capacitor to further increase the surface area of the lower electrode. In the DRAM, an example will be described in which the lower electrode is actively prevented from collapsing particularly when the height of the lower electrode is increased. FIGS. 52 to 52 show the manufacturing method of the present embodiment.
This will be described with reference to FIG.

【0102】図52は実施の形態1の図33に相当する
工程を示す。酸化シリコン膜46のスルーホール48に
プラグ49を形成した後、窒化シリコン膜88および酸
化シリコン膜89を例えばCVD法で形成し、最終的に
下部電極を形成すべき領域に溝90を形成する。酸化シ
リコン膜89に窒化シリコン膜88を加えた膜厚は実施
の形態1と同様とし、窒化シリコン膜88の膜厚は30
0〜500nm程度とすることができる。この窒化シリコ
ン膜88の具体的な膜厚は下部電極の高さとの関連で決
定される。窒化シリコン膜88の形成手段は、前記実施
の形態1の一連の工程で説明した窒化シリコン膜の形成
方法を利用して形成することができる。そして、本実施
の形態においては窒化シリコン膜88の膜厚を、実施の
形態1における窒化シリコン膜51の膜厚よりも大きめ
に形成するようにする。
FIG. 52 shows a step corresponding to FIG. 33 of the first embodiment. After a plug 49 is formed in the through hole 48 of the silicon oxide film 46, a silicon nitride film 88 and a silicon oxide film 89 are formed by, for example, a CVD method, and finally a groove 90 is formed in a region where a lower electrode is to be formed. The film thickness obtained by adding the silicon nitride film 88 to the silicon oxide film 89 is the same as that in Embodiment 1, and the thickness of the silicon nitride film 88 is 30
It can be about 0 to 500 nm. The specific thickness of the silicon nitride film 88 is determined in relation to the height of the lower electrode. The means for forming the silicon nitride film 88 can be formed using the method for forming a silicon nitride film described in the series of steps of the first embodiment. In this embodiment, the thickness of the silicon nitride film 88 is set to be larger than the thickness of the silicon nitride film 51 in the first embodiment.

【0103】次に、図53に示すように、窒化チタン膜
91を全面にCVD法で形成し、続いて、図54に示す
ように、溝90にSOG膜92をスピン塗布して埋め込
んだ後、SOG膜92および酸化シリコン膜89上の窒
化チタン膜91をCMP法で研磨して除去する。このと
きその表面は平坦化される。
Next, as shown in FIG. 53, a titanium nitride film 91 is formed on the entire surface by the CVD method, and then, as shown in FIG. , The titanium nitride film 91 on the SOG film 92 and the silicon oxide film 89 are polished and removed by the CMP method. At this time, the surface is flattened.

【0104】次に、図55に示すように、溝90の内部
のSOG膜92と酸化シリコン膜89をドライエッチン
グして窒化チタン膜91を露出する。なお、ドライエッ
チングはウエットエッチングに代えることができる。こ
のウエットエッチングの際には、窒化シリコン膜88が
エッチングストッパとして機能する。その後、基板を過
酸化水素水に浸漬して、窒化チタン膜91の内面および
側面に凹凸80を形成して、下部電極93を形成する。
次に、下部電極93の上部に酸化タンタル( Ta2 5
膜94をCVD法で堆積し、次いで基板を酸化雰囲気中
で600℃以上の熱処理を施して酸化タンタル膜94を
酸化改質処理する。
Next, as shown in FIG. 55, the SOG film 92 and the silicon oxide film 89 inside the trench 90 are dry-etched to expose the titanium nitride film 91. Note that dry etching can be replaced with wet etching. During this wet etching, the silicon nitride film 88 functions as an etching stopper. Thereafter, the substrate is immersed in a hydrogen peroxide solution to form irregularities 80 on the inner surface and side surfaces of the titanium nitride film 91, thereby forming the lower electrode 93.
Next, tantalum oxide (Ta 2 O 5) is formed on the lower electrode 93.
The film 94 is deposited by the CVD method, and then the substrate is subjected to a heat treatment at 600 ° C. or more in an oxidizing atmosphere to oxidize and modify the tantalum oxide film 94.

【0105】これにより、キャパシタのリーク電流を低
減できる。また、酸化改質処理により下部電極93と酸
化タンタル膜94との界面に低誘電率の絶縁膜が形成さ
れないことは、実施の形態1と同様である。
Thus, the leakage current of the capacitor can be reduced. Further, as in the first embodiment, an insulating film having a low dielectric constant is not formed at the interface between the lower electrode 93 and the tantalum oxide film 94 by the oxidation reforming process.

【0106】次に、図56に示すように、酸化タンタル
膜94を覆うように窒化チタン膜95をCVD法で堆積
することにより、窒化チタン膜95からなる上部電極
と、酸化タンタル膜94からなる容量絶縁膜と、窒化チ
タン膜91からなる筒形の下部電極93とで構成される
キャパシタを形成する。
Next, as shown in FIG. 56, a titanium nitride film 95 is deposited by a CVD method so as to cover the tantalum oxide film 94, whereby an upper electrode made of the titanium nitride film 95 and a tantalum oxide film 94 are formed. A capacitor composed of a capacitor insulating film and a cylindrical lower electrode 93 made of a titanium nitride film 91 is formed.

【0107】本実施の形態によれば、筒形の下部電極9
3の内面および側面に凹凸80を形成し下部電極93の
高さを高くして下部電極93の表面積のさらなる拡大を
図る場合、窒化チタン膜91からなる下部電極93の周
囲の位置に、予め下部電極93に接するように大きめの
膜厚の窒化シリコン膜88を形成するようにしたので、
この窒化シリコン膜88が下部電極93の倒壊防止用絶
縁膜として働くため、下部電極93の倒壊を防止するこ
とができる。これによって、安定性よくキャパシタ容量
の増大が図れる。なお、凹凸80は筒型の下部電極93
の内面のみに形成するようにしてもよい。その効果につ
いても実施の形態1または2と同様に得られる。
According to the present embodiment, cylindrical lower electrode 9
In order to further increase the surface area of the lower electrode 93 by forming the unevenness 80 on the inner surface and side surface of the lower electrode 3 to increase the surface area of the lower electrode 93, the lower part is previously placed at a position around the lower electrode 93 made of the titanium nitride film 91. Since the silicon nitride film 88 having a large thickness was formed so as to be in contact with the electrode 93,
Since the silicon nitride film 88 functions as an insulating film for preventing the lower electrode 93 from collapsing, the lower electrode 93 can be prevented from collapsing. Thereby, the capacitance of the capacitor can be increased with stability. The unevenness 80 is a cylindrical lower electrode 93.
May be formed only on the inner surface. The effect can be obtained in the same manner as in the first or second embodiment.

【0108】(実施の形態4)本実施の形態では、下部
電極を構成する窒化チタン膜と、この窒化チタン膜と接
するプラグを構成する多結晶シリコンとの反応防止を図
ったDRAMの例を示す。本実施の形態の製造方法につ
いて図58〜図62を用いて説明する。
(Embodiment 4) This embodiment shows an example of a DRAM in which a reaction between a titanium nitride film forming a lower electrode and polycrystalline silicon forming a plug in contact with the titanium nitride film is prevented. . The manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0109】図57に示すように、下部電極101とな
る窒化チタン膜99上に容量絶縁膜となる酸化タンタル
膜102をCVD法で形成した後、酸化改質のための熱
処理を施した場合、窒化チタン膜99とプラグ49であ
る多結晶シリコンとの接触部分において、両者が反応し
てチタンシリサイド96が形成されて図57に示すよう
に形状が変化する場合がある。このように容量絶縁膜で
ある酸化タンタル膜102の形成後に形状が変化する
と、酸化タンタル膜102が機械的なストレスを受け
て、この部分がパスとなってリーク電流が増大する原因
となる。これを防止するために、予め、多結晶シリコン
(プラグ49)の表面にチタンシリサイドを形成してお
くと効果的となる。
As shown in FIG. 57, when a tantalum oxide film 102 serving as a capacitive insulating film is formed on a titanium nitride film 99 serving as a lower electrode 101 by a CVD method and then subjected to a heat treatment for oxidative reforming, At the contact portion between the titanium nitride film 99 and the polycrystalline silicon as the plug 49, the two react with each other to form a titanium silicide 96, and the shape may change as shown in FIG. If the shape changes after the formation of the tantalum oxide film 102 serving as the capacitive insulating film, the tantalum oxide film 102 receives mechanical stress, and this portion becomes a path, which causes an increase in leakage current. In order to prevent this, it is effective to form titanium silicide on the surface of polycrystalline silicon (plug 49) in advance.

【0110】すなわち、図58に示すように、酸化シリ
コン膜46のスルーホール48に多結晶シリコンからな
るプラグ49を形成した後、このプラグ49上にチタン
シリサイド96を形成する。これには、プラグ49を形
成後全面にチタン膜をCVD法で堆積し、続いて基板を
600℃程度以上で熱処理することにより、プラグ49
とこの直上のチタンを反応させてチタンシリサイド96
を形成する。次に、未反応のチタン膜をエッチングして
除去した後、図52の工程と同様に、最終的に下部電極
を形成すべき領域に溝97を形成した酸化シリコン膜9
8を窒化シリコン膜88を介して形成する。
That is, as shown in FIG. 58, after a plug 49 made of polycrystalline silicon is formed in the through hole 48 of the silicon oxide film 46, a titanium silicide 96 is formed on the plug 49. For this, a titanium film is deposited on the entire surface after the formation of the plug 49 by a CVD method, and then the substrate is subjected to a heat treatment at about 600 ° C. or more, so that
And the titanium immediately above the titanium silicide 96
To form Next, after removing the unreacted titanium film by etching, similarly to the process of FIG. 52, the silicon oxide film 9 in which the groove 97 is finally formed in the region where the lower electrode is to be formed is formed.
8 is formed with a silicon nitride film 88 interposed therebetween.

【0111】次に、図59に示すように、窒化チタン膜
99を全面にCVD法で形成した後、図60に示すよう
に、溝97にSOG膜100をスピン塗布して埋め込ん
だ後、SOG膜100および酸化シリコン膜89上の窒
化チタン膜99をCMP法で研磨して除去し、その表面
を平坦化する。次に、図61に示すように、溝97の内
部のSOG膜100と酸化シリコン膜98をドライエッ
チングまたはウエットエッチングで除去して窒化チタン
膜99を露出した後、基板を過酸化水素水に浸漬して、
窒化チタン膜99の内面および側面に凹凸80を形成し
て、下部電極101を形成する。
Next, as shown in FIG. 59, after a titanium nitride film 99 is formed on the entire surface by the CVD method, as shown in FIG. The titanium nitride film 99 on the film 100 and the silicon oxide film 89 is polished and removed by a CMP method, and the surfaces thereof are planarized. Next, as shown in FIG. 61, the SOG film 100 and the silicon oxide film 98 inside the groove 97 are removed by dry etching or wet etching to expose the titanium nitride film 99, and then the substrate is immersed in a hydrogen peroxide solution. do it,
The unevenness 80 is formed on the inner surface and the side surface of the titanium nitride film 99 to form the lower electrode 101.

【0112】次に、下部電極101の上部に酸化タンタ
ル( Ta2 5 膜102をCVD法で堆積し、次いで基
板を酸化雰囲気中で600℃以上で熱処理して酸化タン
タル膜102を酸化改質処理した後、図62に示すよう
に、酸化タンタル膜102を覆うように窒化チタン膜1
03を堆積することにより、窒化チタン膜103からな
る上部電極と、酸化タンタル膜102からなる容量絶縁
膜と、窒化チタン膜99からなる筒形の下部電極101
とで構成されるキャパシタを形成する。
Next, a tantalum oxide (Ta 2 O 5 film 102) is deposited on the lower electrode 101 by a CVD method, and the substrate is heat-treated at 600 ° C. or more in an oxidizing atmosphere to oxidize the tantalum oxide film 102. After the treatment, as shown in FIG. 62, the titanium nitride film 1 is formed so as to cover the tantalum oxide film 102.
03 is deposited, an upper electrode made of a titanium nitride film 103, a capacitor insulating film made of a tantalum oxide film 102, and a cylindrical lower electrode 101 made of a titanium nitride film 99 are formed.
Is formed.

【0113】本実施の形態によれば、酸化タンタル膜1
02の酸化改質処理の際に、600℃以上の熱処理を施
すが、予め下部電極101となる窒化チタン膜99の直
下のプラグ49にチタンシリサイド96を形成するよう
にしたので、窒化チタン膜99とプラグ49との反応を
防止して、新たなチタンシリサイドが形成されることが
なく、そのような酸化タンタル膜102の形成後のチタ
ンシリサイドの生成に起因する酸化タンタル膜102の
好ましくないストレスの発生を抑制し、キャパシタのリ
ーク電流の低減を図ることができる。
According to the present embodiment, the tantalum oxide film 1
In the oxidation reforming process of No. 02, a heat treatment at 600 ° C. or more is performed. Since the titanium silicide 96 is formed on the plug 49 immediately below the titanium nitride film 99 serving as the lower electrode 101, the titanium nitride film 99 is formed. The reaction between the tantalum oxide film 102 and the plug 49 is prevented, so that new titanium silicide is not formed, and undesired stress of the tantalum oxide film 102 due to the generation of titanium silicide after the formation of the tantalum oxide film 102 is prevented. Generation can be suppressed and leakage current of the capacitor can be reduced.

【0114】(実施の形態5)本実施の形態では、下部
電極の耐酸化性を向上するDRAMの例を示す。本実施
の形態のDRAMを図63を用いて説明する。
(Embodiment 5) In this embodiment, an example of a DRAM that improves the oxidation resistance of a lower electrode will be described. A DRAM according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0115】下部電極が窒化チタン膜だけの場合、この
上に容量絶縁膜である酸化タンタル膜をCVD法で形成
した後酸化改質処理を600℃程度以上で行うと、酸化
タンタル膜中を拡散した酸素によって窒化チタン膜が著
しく酸化されて、その表面に酸化チタンが形成されるよ
うになる。これによって、下部電極の体積が膨張するよ
うになるので、極端な場合下部電極を覆っている酸化タ
ンタル膜が剥がれる問題が生ずる。また、酸化タンタル
膜が剥離しなくとも、酸化タンタル膜へのストレスによ
りリーク電流が増大する可能性がある。従って、窒化チ
タン膜で下部電極を構成する場合には、酸化タンタル膜
の剥がれが生じない程度の低い温度で酸化タンタル膜の
酸化改質処理を行わざるを得ない。その結果、酸化タン
タル膜の改質効果が不十分となってキャパシタまたはD
RAMの特性が安定しない場合がある。このような不安
定性を改善するためには、酸化されにくい材料で下部電
極を構成して、より高い温度で酸化タンタル膜の酸化改
質処理を行うことが有効となる。
In the case where the lower electrode is only a titanium nitride film, a tantalum oxide film serving as a capacitive insulating film is formed thereon by a CVD method and then subjected to an oxidation reforming treatment at about 600 ° C. or more. The titanium nitride film is remarkably oxidized by the generated oxygen, and titanium oxide is formed on the surface. As a result, the volume of the lower electrode expands, and in extreme cases, a problem arises in that the tantalum oxide film covering the lower electrode peels off. Further, even if the tantalum oxide film does not peel off, a leak current may increase due to stress on the tantalum oxide film. Therefore, when the lower electrode is made of the titanium nitride film, the tantalum oxide film must be oxidized at a temperature low enough to prevent the tantalum oxide film from peeling off. As a result, the reforming effect of the tantalum oxide film becomes insufficient and the capacitor or D
The characteristics of the RAM may not be stable. In order to improve such instability, it is effective to configure the lower electrode with a material that is not easily oxidized and perform the oxidation reforming treatment of the tantalum oxide film at a higher temperature.

【0116】この点で、ルテニウムは金属としては一般
に酸化されにくい材料なので、ルテニウムを下部電極の
材料に利用することは前記問題を解決する手段となり得
る。しかしながら、ルテニウム自身に凹凸を形成するこ
とは一般に容易でないので、予め凹凸を形成し易い窒化
チタン膜を用いて凹凸を形成して表面積を拡大した後、
この表面にルテニウムを形成することにより、拡大した
表面積を維持しつつ酸化タンタル膜の高温での改質処理
が可能となる。
In this regard, since ruthenium is a material that is generally hard to be oxidized as a metal, using ruthenium as a material for the lower electrode can be a means for solving the above problem. However, since it is generally not easy to form irregularities on ruthenium itself, after increasing the surface area by forming irregularities in advance using a titanium nitride film that easily forms irregularities,
By forming ruthenium on this surface, the tantalum oxide film can be modified at a high temperature while maintaining an enlarged surface area.

【0117】すなわち、図63に示すように、下部電極
を構成する窒化チタン膜104の内面および側面に凹凸
80を形成した後、この凹凸80の表面に膜厚5〜20
nm程度のルテニウム膜105をCVD法で形成して、下
部電極106とする。次に、ルテニウム膜105上に酸
化タンタル膜107をCVDで形成する。図66は、こ
の時点における下部電極106の一部の拡大断面構造を
示している。続いて600℃程度以上で酸化タンタル膜
107の酸化改質処理を行った後、酸化タンタル膜10
7を覆うように窒化チタン膜108をCVDで形成す
る。
That is, as shown in FIG. 63, after forming the unevenness 80 on the inner surface and the side surface of the titanium nitride film 104 constituting the lower electrode, the surface of the unevenness 80 has a thickness of 5 to 20 nm.
A ruthenium film 105 of about nm is formed by a CVD method to form a lower electrode 106. Next, a tantalum oxide film 107 is formed on the ruthenium film 105 by CVD. FIG. 66 shows an enlarged sectional structure of a part of the lower electrode 106 at this time. Subsequently, after performing an oxidation reforming process on the tantalum oxide film 107 at about 600 ° C. or more, the tantalum oxide film 10
7, a titanium nitride film 108 is formed by CVD.

【0118】これにより、窒化チタン膜108からなる
上部電極と、酸化タンタル膜107からなる容量絶縁膜
と、ルテニウム膜105で覆われた窒化チタン膜104
からなる筒形の下部電極106とで構成されるキャパシ
タを形成する。
Thus, the upper electrode made of the titanium nitride film 108, the capacitance insulating film made of the tantalum oxide film 107, and the titanium nitride film 104 covered with the ruthenium film 105
And a lower electrode 106 having a cylindrical shape.

【0119】本実施の形態によれば、極めて酸化されに
くいルテニウム膜105を用いて凹凸80を形成した窒
化チタン膜104を覆って下部電極106としたので、
下部電極106の耐酸化性を向上することができる。こ
れによって、ルテニウム膜105がない場合に比べて、
酸化改質処理における窒化チタン膜104の表面での酸
化チタン膜の形成に起因する体積膨張を抑制し、リーク
電流を低減することができる。また、下部電極106の
表面積を拡大した利点を維持したまま容量絶縁膜である
酸化タンタル膜107の剥がれを防止して、安定性の高
い、容量の大きなキャパシタを実現することができる。
また、下部電極106の耐酸化性を向上したので、より
高い温度で容量絶縁膜である酸化タンタル膜107の酸
化改質処理が可能となり、酸化タンタル膜107の絶縁
性を向上できる。これによりキャパシタのリーク電流を
低減できる。
According to the present embodiment, the lower electrode 106 is formed by covering the titanium nitride film 104 on which the irregularities 80 are formed by using the ruthenium film 105 which is hardly oxidized.
The oxidation resistance of the lower electrode 106 can be improved. Thereby, compared to the case where the ruthenium film 105 is not provided,
Volume expansion due to the formation of the titanium oxide film on the surface of the titanium nitride film 104 in the oxidation reforming process can be suppressed, and leakage current can be reduced. Further, it is possible to prevent the tantalum oxide film 107, which is a capacitance insulating film, from peeling off while maintaining the advantage of increasing the surface area of the lower electrode 106, thereby realizing a capacitor with high stability and large capacitance.
In addition, since the oxidation resistance of the lower electrode 106 is improved, the tantalum oxide film 107 serving as a capacitance insulating film can be subjected to an oxidation reforming process at a higher temperature, and the insulation of the tantalum oxide film 107 can be improved. Thereby, the leakage current of the capacitor can be reduced.

【0120】なお、ルテニウム膜105に代えて酸化ル
テニウム膜を用いるとより効果的となる。すなわち、ル
テニウム膜に比べて酸化ルテニウム膜は酸素を含んでい
る分、酸化改質処理時における酸素の拡散を抑制できる
という優れた働きをする。この酸化ルテニウム膜はCV
D法によって形成することができ、あるいはルテニウム
膜をCVD法で形成した後、それを酸化処理することで
形成することができる。
It is more effective to use a ruthenium oxide film in place of the ruthenium film 105. That is, since the ruthenium oxide film contains oxygen as compared with the ruthenium film, the ruthenium oxide film has an excellent function of suppressing the diffusion of oxygen during the oxidation reforming treatment. This ruthenium oxide film is CV
It can be formed by the D method, or can be formed by forming a ruthenium film by the CVD method and then oxidizing the same.

【0121】(実施の形態6)本実施の形態では、実施
の形態5で示したように、下部電極の一部をルテニウム
膜または酸化ルテニウム膜で構成した場合に、下部電極
の耐酸化性をさらに向上するDRAMの例を示す。本実
施の形態のDRAMを図64を用いて説明する。前記実
施の形態5で示したように、下部電極の一部をルテニウ
ム膜または酸化ルテニウム膜で構成する場合、これらル
テニウム膜または酸化ルテニウム膜の膜厚は極めて薄く
形成される(一般に、前記したような5〜20nm程度)
ので、微細なピンホールができたりして膜質が劣化しが
ちである。このため、実施の形態5で述べたのと同様な
理由で、酸化タンタル膜の酸化改質処理の温度に制限を
受ける場合がある。このような問題を解決するには、ル
テニウム膜または酸化ルテニウム膜の膜質の劣化を補う
ために、ルテニウム膜または酸化ルテニウム膜を形成す
る前に窒化チタン膜上に予め酸化チタンを形成すること
が有効となる。
(Embodiment 6) In this embodiment, as shown in Embodiment 5, when a part of the lower electrode is formed of a ruthenium film or a ruthenium oxide film, the oxidation resistance of the lower electrode is reduced. An example of a DRAM that is further improved will be described. The DRAM of this embodiment will be described with reference to FIG. As described in the fifth embodiment, when a part of the lower electrode is formed of a ruthenium film or a ruthenium oxide film, the thickness of the ruthenium film or the ruthenium oxide film is extremely small (generally, as described above). About 5-20nm)
Therefore, fine pinholes are formed and the film quality tends to deteriorate. For this reason, for the same reason as described in the fifth embodiment, the temperature of the oxidation reforming treatment of the tantalum oxide film may be limited. In order to solve such a problem, it is effective to form titanium oxide on the titanium nitride film before forming the ruthenium film or the ruthenium oxide film in order to compensate for the deterioration of the film quality of the ruthenium film or the ruthenium oxide film. Becomes

【0122】すなわち、図64に示すように、下部電極
を構成する窒化チタン膜108の内面および側面に凹凸
80を形成した後、窒化チタン膜108を酸化処理して
その凹凸80の表面に予め酸化チタン膜109を形成す
る。次に酸化チタン膜109上にルテニウム膜110を
CVDで形成して、下部電極111とする。次に、ルテ
ニウム膜110上に酸化タンタル膜112をCVDで形
成する。図67は、この時点における下部電極111の
一部の拡大断面構造を示している。続いて酸化雰囲気下
において600℃程度以上で酸化タンタル膜112の酸
化改質処理を行った後、酸化タンタル膜112を覆うよ
うに窒化チタン膜113をCVDで形成する。
That is, as shown in FIG. 64, after forming the irregularities 80 on the inner surface and side surfaces of the titanium nitride film 108 forming the lower electrode, the titanium nitride film 108 is oxidized to oxidize the surface of the irregularities 80 in advance. A titanium film 109 is formed. Next, a ruthenium film 110 is formed on the titanium oxide film 109 by CVD to form a lower electrode 111. Next, a tantalum oxide film 112 is formed on the ruthenium film 110 by CVD. FIG. 67 shows an enlarged cross-sectional structure of a part of the lower electrode 111 at this time. Subsequently, after performing an oxidation reforming process on the tantalum oxide film 112 at about 600 ° C. or more in an oxidizing atmosphere, a titanium nitride film 113 is formed by CVD so as to cover the tantalum oxide film 112.

【0123】これにより、窒化チタン膜113からなる
上部電極と、酸化タンタル膜112からなる容量絶縁膜
と、酸化チタン膜109を介してルテニウム膜110で
覆われた窒化チタン膜108からなる筒形の下部電極1
11とで構成されるキャパシタを形成する。
As a result, a cylindrical electrode made of an upper electrode made of a titanium nitride film 113, a capacitor insulating film made of a tantalum oxide film 112, and a titanium nitride film 108 covered with a ruthenium film 110 via a titanium oxide film 109 is formed. Lower electrode 1
11 is formed.

【0124】本実施の形態によれば、予め窒化チタン膜
108上に酸化チタン膜109を形成し、この酸化チタ
ン膜109をルテニウム膜110で覆って下部電極11
1を構成したので、ルテニウム膜110の膜質が劣化し
ている場合でも酸化チタン膜109で補うことができる
ので、下部電極の耐酸化性をより向上することができ
る。これにより、より高い温度で容量絶縁膜である酸化
タンタル膜107の酸化改質処理が可能となる。すなわ
ち、予め形成した酸化チタン膜109上にルテニウム膜
110を形成して下部電極111を構成するので、酸化
タンタル膜107の酸化改質処理を600℃程度以上で
行っても、酸化タンタル膜107及びルテニウム膜11
0を拡散した酸素は酸化チタン膜109によって抑制さ
れるので、下部電極111の体積膨張は防止される。こ
れによって、酸化タンタル膜107が剥がれる問題はな
くなる。
According to the present embodiment, a titanium oxide film 109 is formed in advance on a titanium nitride film 108, and this titanium oxide film 109 is covered with a ruthenium film 110 to form a lower electrode 11.
With the configuration 1, even if the film quality of the ruthenium film 110 is deteriorated, it can be compensated for by the titanium oxide film 109, so that the oxidation resistance of the lower electrode can be further improved. Thus, the oxidation reforming treatment of the tantalum oxide film 107 serving as the capacitance insulating film can be performed at a higher temperature. That is, since the lower electrode 111 is formed by forming the ruthenium film 110 on the titanium oxide film 109 formed in advance, even if the oxidation modification treatment of the tantalum oxide film 107 is performed at about 600 ° C. or more, the tantalum oxide film 107 and Ruthenium film 11
Oxygen that diffuses 0 is suppressed by the titanium oxide film 109, so that the volume expansion of the lower electrode 111 is prevented. This eliminates the problem that the tantalum oxide film 107 peels off.

【0125】なお、酸化チタン膜109の形成は酸化処
理法によることなく、CVD法で形成するようにしても
よい。また、ルテニウム膜110に代えて酸化ルテニウ
ム膜を用いても効果的である。
The formation of the titanium oxide film 109 may be performed by a CVD method without using the oxidation method. It is also effective to use a ruthenium oxide film instead of the ruthenium film 110.

【0126】(実施の形態7)本実施の形態では、下部
電極だけでなく上部電極の耐酸化性も向上するDRAM
の例を示す。本実施の形態のDRAMを図65を用いて
説明する。
(Embodiment 7) In this embodiment, a DRAM in which the oxidation resistance of not only the lower electrode but also the upper electrode is improved.
Here is an example. The DRAM of this embodiment will be described with reference to FIG.

【0127】すなわち、図65に示すように、下部電極
を構成する窒化チタン膜114の内面および側面に凹凸
80を形成した後、この凹凸80の表面にルテニウム膜
115をCVD法で形成して、下部電極116とする。
次に、ルテニウム膜115上に酸化タンタル膜117を
形成する。図68は、この時点における下部電極116
の一部の拡大構造を示している。続いて酸化雰囲気下に
おいて600℃程度以上で酸化改質処理を行った後、酸
化タンタル膜117を覆うようにルテニウム膜118を
CVD法で形成して上部電極を形成する。
That is, as shown in FIG. 65, after forming unevenness 80 on the inner surface and side surface of the titanium nitride film 114 constituting the lower electrode, a ruthenium film 115 is formed on the surface of the unevenness 80 by CVD. The lower electrode 116 is used.
Next, a tantalum oxide film 117 is formed on the ruthenium film 115. FIG. 68 shows the lower electrode 116 at this time.
3 shows an enlarged structure of a part of. Subsequently, after performing an oxidation reforming process at about 600 ° C. or more in an oxidizing atmosphere, a ruthenium film 118 is formed by a CVD method so as to cover the tantalum oxide film 117 to form an upper electrode.

【0128】本実施の形態によれば、下部電極116の
一部にルテニウム膜115を用いるだけでなく、上部電
極をもルテニウム膜118を用いて構成するようにした
ので、上部電極の耐酸化性も向上することができるよう
になる。これによって、窒化チタン膜を上部電極に用い
た場合に、その後の熱処理でリーク電流が増大してしま
う問題を解決することができる。また、ルテニウム膜1
15、118に代えて酸化ルテニウム膜を用いても効果
的である。
According to the present embodiment, not only is the ruthenium film 115 used as a part of the lower electrode 116, but also the upper electrode is formed using the ruthenium film 118. Can also be improved. Thus, when the titanium nitride film is used for the upper electrode, it is possible to solve a problem that a leak current increases in a subsequent heat treatment. Also, the ruthenium film 1
It is effective to use a ruthenium oxide film instead of 15 and 118.

【0129】(実施の形態8)本実施の形態では、キャ
パシタとして単純STC構造を採用して容量の増大を図
るDRAMの例を示すもので、その製造方法について図
69〜図72を用いて説明する。
(Embodiment 8) In this embodiment, an example of a DRAM in which the capacity is increased by adopting a simple STC structure as a capacitor will be described. A method of manufacturing the DRAM will be described with reference to FIGS. I do.

【0130】図69に示すように、酸化シリコン膜46
のスルーホール48にプラグ49を形成した後、膜厚1
00nm程度の窒化チタン膜121を全面にCVD法で形
成する。次に、図70に示すように、基板を過酸化水素
水に5分間程度浸漬して、窒化チタン膜121の表面
(上面)に凹凸80を形成する。
As shown in FIG. 69, the silicon oxide film 46
After the plug 49 is formed in the through hole 48 of FIG.
A titanium nitride film 121 of about 00 nm is formed on the entire surface by a CVD method. Next, as shown in FIG. 70, the substrate is immersed in a hydrogen peroxide solution for about 5 minutes to form irregularities 80 on the surface (upper surface) of the titanium nitride film 121.

【0131】次に、図71に示すように、窒化チタン膜
121の最終的に下部電極を形成すべき領域をフォトレ
ジスト膜122でマスクした後、マスクされていない窒
化チタン膜121をドライエッチング法で除去して、残
した窒化チタン膜121で下部電極123を形成する。
次に、フォトレジスト膜122を除去した後、洗浄処理
を施す。
Next, as shown in FIG. 71, after a region of the titanium nitride film 121 where a lower electrode is to be finally formed is masked with a photoresist film 122, the unmasked titanium nitride film 121 is dry-etched. Then, the lower electrode 123 is formed using the remaining titanium nitride film 121.
Next, after removing the photoresist film 122, a cleaning process is performed.

【0132】次に、図72に示すように、下部電極12
3の上部に酸化タンタル( Ta2 5 膜124をCVD
法で堆積し、次いで基板を酸化雰囲気中で600℃以上
で熱処理して酸化タンタル膜124を酸化改質処理す
る。次に、酸化タンタル膜124を覆うように窒化チタ
ン膜125を堆積することにより、窒化チタン膜125
からなる上部電極と、酸化タンタル膜124からなる容
量絶縁膜と、窒化チタン膜121からなる下部電極12
3とで構成されるキャパシタを形成する。
Next, as shown in FIG.
Tantalum oxide (Ta 2 O 5 film 124 on top of CVD 3)
Then, the substrate is heat-treated at 600 ° C. or more in an oxidizing atmosphere to oxidize and modify the tantalum oxide film 124. Next, by depositing a titanium nitride film 125 so as to cover the tantalum oxide film 124, the titanium nitride film 125 is deposited.
, An upper electrode made of a tantalum oxide film 124, and a lower electrode 12 made of a titanium nitride film 121
3 is formed.

【0133】本実施の形態によれば、下部電極123の
表面に凹凸80を形成して単純STC構造のキャパシタ
を構成するようにしたので、製造工程の簡易な単純ST
C構造のキャパシタにおいても下部電極123の電極面
積の拡大を図ることができるようになり、より容量の増
大を図ることができる。
According to the present embodiment, the unevenness 80 is formed on the surface of the lower electrode 123 to constitute a capacitor having a simple STC structure.
In the capacitor having the C structure, the electrode area of the lower electrode 123 can be increased, and the capacitance can be further increased.

【0134】(実施の形態9)本実施の形態では、単純
STC構造のキャパシタを構成する下部電極の上面およ
び側面に凹凸を形成して、より容量の増大を図る場合の
DRAMの例を示すもので、その製造方法について図7
3〜図75を用いて説明する。
(Embodiment 9) In this embodiment, an example of a DRAM in which the upper and lower surfaces of a lower electrode constituting a capacitor having a simple STC structure are provided with irregularities to further increase the capacitance will be described. The manufacturing method is shown in FIG.
This will be described with reference to FIGS.

【0135】図73に示すように、酸化シリコン膜46
のスルーホール48に形成されたプラグ49を覆うよう
に、膜厚100nm程度の窒化チタン膜126を全面にC
VD法で形成した後、窒化チタン膜126の最終的に下
部電極を形成すべき領域をフォトレジスト膜127でマ
スクする。次に、マスクされていない窒化チタン膜12
6をドライエッチング法で除去した後、図74に示すよ
うに、基板を過酸化水素水に5分間程度浸漬して、窒化
チタン膜126の表面(上面)および側面に凹凸80を
形成して下部電極128を形成する。
As shown in FIG. 73, a silicon oxide film 46 is formed.
A titanium nitride film 126 having a thickness of about 100 nm is formed on the entire surface so as to cover the plug 49 formed in the through hole 48 of FIG.
After the formation by the VD method, a region of the titanium nitride film 126 where a lower electrode is to be finally formed is masked with a photoresist film 127. Next, the unmasked titanium nitride film 12
After the substrate 6 is removed by dry etching, the substrate is immersed in a hydrogen peroxide solution for about 5 minutes to form irregularities 80 on the surface (upper surface) and side surfaces of the titanium nitride film 126, as shown in FIG. An electrode 128 is formed.

【0136】次に、フォトレジスト膜127を除去し、
洗浄処理を施した後、図75に示すように、下部電極1
28の上面および側面に酸化タンタル( Ta2 5 膜1
29をCVD法で堆積し、次いで基板を酸化雰囲気中で
600℃以上で熱処理して酸化タンタル膜129を酸化
改質処理する。次に、酸化タンタル膜129を覆うよう
に窒化チタン膜130を堆積することにより、窒化チタ
ン膜130からなる上部電極と、酸化タンタル膜129
からなる容量絶縁膜と、窒化チタン膜126からなる下
部電極128とで構成されるキャパシタを形成する。
Next, the photoresist film 127 is removed,
After performing the cleaning process, as shown in FIG.
Tantalum oxide (Ta 2 O 5 film 1)
29 is deposited by a CVD method, and then the substrate is heat-treated in an oxidizing atmosphere at a temperature of 600 ° C. or higher to oxidize and modify the tantalum oxide film 129. Next, by depositing a titanium nitride film 130 so as to cover the tantalum oxide film 129, an upper electrode made of the titanium nitride film 130 and the tantalum oxide film 129 are formed.
A capacitor composed of a capacitive insulating film made of and a lower electrode 128 made of a titanium nitride film 126 is formed.

【0137】本実施の形態によれば、実施の形態8の効
果に加えて下部電極128の上面および側面に凹凸80
を形成して単純STC構造のキャパシタを構成するよう
にしたので、下部電極128のさらなる電極面積の拡大
を図ることができるようになり、さらなるキャパシタ容
量の増大を図ることができる。
According to the present embodiment, in addition to the effect of the eighth embodiment, the upper and lower surfaces of lower electrode 128 have unevenness 80.
Is formed to form a capacitor having a simple STC structure, so that the electrode area of the lower electrode 128 can be further increased, and the capacitance of the capacitor can be further increased.

【0138】(実施の形態10)本実施の形態では、単
純STC構造のキャパシタを構成する下部電極の耐酸化
性を向上させるDRAMの例を示すもので、図76を用
いて説明する。
(Embodiment 10) In this embodiment, an example of a DRAM for improving the oxidation resistance of a lower electrode constituting a capacitor having a simple STC structure will be described with reference to FIG.

【0139】単純STC構造のキャパシタの場合でも、
下部電極を窒化チタン膜から構成すると、前記実施の形
態5で説明したような問題が生ずる。このため、単純S
TC構造においても、酸化されにくい材料としてルテニ
ウム膜あるいは酸化ルテニウム膜を用いて下部電極を構
成することによって、より高い温度で酸化タンタル膜の
酸化改質処理を行うことが有効となる。
In the case of a capacitor having a simple STC structure,
If the lower electrode is made of a titanium nitride film, the problem described in the fifth embodiment occurs. Therefore, the simple S
Also in the TC structure, by forming the lower electrode using a ruthenium film or a ruthenium oxide film as a material that is hardly oxidized, it becomes effective to perform the oxidation reforming treatment of the tantalum oxide film at a higher temperature.

【0140】すなわち、図76に示すように、酸化シリ
コン膜46のスルーホール48に形成されたプラグ49
を覆うように、上面および側面に凹凸80が形成された
窒化チタン膜131を最終的に下部電極を形成すべき領
域に形成した後、この凹凸80の表面に膜厚5〜20nm
程度のルテニウム膜132をCVD法で形成して、下部
電極133とする。図78は、この時点における下部電
極133の一部の拡大断面構造を示している。
That is, as shown in FIG. 76, plugs 49 formed in through holes 48 of silicon oxide film 46 are formed.
Is formed on a region where a lower electrode is to be finally formed, so that a thickness of 5 to 20 nm is formed on the surface of the unevenness 80.
A ruthenium film 132 is formed by the CVD method so as to form a lower electrode 133. FIG. 78 shows an enlarged sectional structure of a part of the lower electrode 133 at this time.

【0141】続いて、前記実施の形態5の場合と同様
に、ルテニウム膜132上に容量絶縁膜として酸化タン
タル膜をCVDで形成した後、酸化改質処理を行い、酸
化タンタル膜を覆うように窒化チタン膜からなる上部電
極を形成することにより、キャパシタを形成する。
Subsequently, as in the case of the fifth embodiment, a tantalum oxide film is formed as a capacitive insulating film on the ruthenium film 132 by CVD, and then an oxidation reforming process is performed to cover the tantalum oxide film. A capacitor is formed by forming an upper electrode made of a titanium nitride film.

【0142】本実施の形態によれば、単純STC構造の
キャパシタの場合でも、酸化されにくいルテニウム膜1
32を用いて下部電極133を構成するようにしたの
で、下部電極の耐酸化性を向上させることができ、前記
実施の形態5の場合と同様な効果が得られる。すなわ
ち、よりリーク電流を低減することができ、下部電極の
表面積を拡大した利点を維持したまま誘電体材料である
酸化タンタル膜の剥がれを防止して、安定性の高い、容
量の大きなキャパシタを実現することができる。なお、
ルテニウム膜132に代えて酸化ルテニウム膜を用いて
も効果的である。
According to the present embodiment, even in the case of a capacitor having a simple STC structure, the ruthenium film 1 which is hardly oxidized is formed.
Since the lower electrode 133 is formed by using 32, the oxidation resistance of the lower electrode can be improved, and the same effect as that of the fifth embodiment can be obtained. In other words, the leakage current can be further reduced and the tantalum oxide film, which is a dielectric material, is prevented from peeling off while maintaining the advantage of increasing the surface area of the lower electrode, realizing a highly stable, large-capacity capacitor. can do. In addition,
It is also effective to use a ruthenium oxide film instead of the ruthenium film 132.

【0143】(実施の形態11)本実施の形態では、単
純STC構造のキャパシタを構成する下部電極の一部を
ルテニウム膜または酸化ルテニウム膜で構成した場合
に、下部電極の耐酸化性を向上するDRAMの例を示す
もので、図77を用いて説明する。
(Embodiment 11) In this embodiment, when a part of the lower electrode constituting the capacitor having the simple STC structure is formed of a ruthenium film or a ruthenium oxide film, the oxidation resistance of the lower electrode is improved. An example of a DRAM will be described with reference to FIG.

【0144】単純STC構造のキャパシタの場合でも、
下部電極の一部をルテニウム膜または酸化ルテニウム膜
で構成すると、前記実施の形態6で説明したような問題
が生ずる。このため、単純STC構造においても、酸化
ルテニウムを形成する前に窒化チタン膜上に予め酸化チ
タンを形成することが有効となる。
Even in the case of a capacitor having a simple STC structure,
If a part of the lower electrode is formed of a ruthenium film or a ruthenium oxide film, the problem described in the sixth embodiment occurs. Therefore, even in the simple STC structure, it is effective to form titanium oxide on the titanium nitride film before forming ruthenium oxide.

【0145】すなわち、図77に示すように、酸化シリ
コン膜46のスルーホール48に形成されたプラグ49
を覆うように、上面および側面に凹凸80が形成された
窒化チタン膜134を最終的に下部電極を形成すべき領
域に形成した後、この凹凸80の表面に酸化チタン膜1
35を酸化処理して形成し、またはCVD法で形成し、
次にこの酸化チタン膜135上にルテニウム膜136を
CVD法で形成して、下部電極137とする。図79
は、この時点における下部電極137の一部の拡大断面
構造を示している。
That is, as shown in FIG. 77, plugs 49 formed in through holes 48 of silicon oxide film 46 are formed.
Is formed in a region where a lower electrode is to be finally formed, so that a titanium oxide film 1 is formed on the surface of the unevenness 80.
35 is formed by an oxidation treatment or formed by a CVD method,
Next, a ruthenium film 136 is formed on the titanium oxide film 135 by a CVD method to form a lower electrode 137. Fig. 79
Shows an enlarged sectional structure of a part of the lower electrode 137 at this point.

【0146】続いて、前記実施の形態6の場合と同様
に、ルテニウム膜136上に容量絶縁膜として酸化タン
タル膜を形成した後、酸化改質処理を行い、酸化タンタ
ル膜を覆うように窒化チタン膜からなる上部電極を形成
することにより、キャパシタを形成する。
Subsequently, in the same manner as in the sixth embodiment, after forming a tantalum oxide film as a capacitive insulating film on the ruthenium film 136, an oxidation reforming process is performed, and titanium nitride is formed so as to cover the tantalum oxide film. A capacitor is formed by forming an upper electrode made of a film.

【0147】本実施の形態によれば、単純STC構造の
キャパシタの場合でも、予め窒化チタン膜134上に酸
化チタン膜135を形成し、この酸化チタン膜135を
ルテニウム膜136で覆って下部電極137を構成した
ので、下部電極の耐酸化性をより向上することができ
る。なお、ルテニウム膜136に代えて酸化ルテニウム
膜を用いても効果的である。
According to the present embodiment, even in the case of a capacitor having a simple STC structure, a titanium oxide film 135 is previously formed on a titanium nitride film 134, and this titanium oxide film 135 is covered with a ruthenium film 136 so as to cover the lower electrode 137. With this configuration, the oxidation resistance of the lower electrode can be further improved. It is also effective to use a ruthenium oxide film instead of the ruthenium film 136.

【0148】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでも
ない。
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments of the invention. However, the invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made without departing from the gist of the invention. Needless to say, it can be changed.

【0149】例えば、前記実施の形態では、下部電極を
構成する材料として窒化チタン膜を用いた例で示した
が、この下部電極としては窒化チタン膜に限らず、少な
くとも多結晶構造を有する金属膜または金属化合物膜な
ら用いることができる。これら金属膜または金属化合物
膜には、遷移金属膜またはその化合物膜を含めることが
できる。そのような金属膜としては、チタン(Ti)
膜、タングステン(W)膜、ルテニウム(Ru)膜また
はイリジウム(Ir)膜等の金属材料、金属化合物膜と
してはチタンナイトライド(TiN)膜、タングステン
ナイトライド(WN)膜、酸化ルテニウム(RuOx)
膜または酸化イリジウム(IrOx)膜等の化合物をあ
げることができる。
For example, in the above-described embodiment, an example was described in which a titanium nitride film was used as a material forming the lower electrode. However, the lower electrode is not limited to a titanium nitride film, and at least a metal film having a polycrystalline structure. Alternatively, a metal compound film can be used. These metal films or metal compound films can include a transition metal film or a compound film thereof. As such a metal film, titanium (Ti)
Film, a tungsten (W) film, a metal material such as a ruthenium (Ru) film or an iridium (Ir) film, and as a metal compound film, a titanium nitride (TiN) film, a tungsten nitride (WN) film, ruthenium oxide (RuOx)
Compounds such as a film or an iridium oxide (IrOx) film can be given.

【0150】また、前記実施の形態では、酸化されにく
い下部電極としてルテニウム膜または酸化ルテニウム膜
を例示したが、これと同様にイリジウム膜または酸化イ
リジウム膜を用いることができる。
In the above embodiment, the ruthenium film or the ruthenium oxide film is exemplified as the lower electrode which is hardly oxidized. However, an iridium film or an iridium oxide film can be used similarly.

【0151】さらに、前記実施の形態では、容量絶縁膜
として酸化タンタル膜を用いた例で説明したが、これに
限らず誘電率の高いBST(チタン酸バリウムストロン
チウム)を用いるようにしてもよい。これによって、一
層キャパシタの大容量化を図ることができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, an example was described in which a tantalum oxide film was used as the capacitive insulating film. However, the present invention is not limited to this, and BST (barium strontium titanate) having a high dielectric constant may be used. Thereby, the capacity of the capacitor can be further increased.

【0152】[0152]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下のとおりである。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0153】(1)限られた平面面積の中で十分な容量
を確保するキャパシタを有する半導体集積回路装置が得
られる。
(1) A semiconductor integrated circuit device having a capacitor that secures a sufficient capacitance in a limited plane area can be obtained.

【0154】(2)耐酸化性に優れた下部電極を有する
キャパシタが得られる。
(2) A capacitor having a lower electrode having excellent oxidation resistance can be obtained.

【0155】(3)限られた平面面積の中で十分な容量
を確保でき、かつ耐酸化性に優れた下部電極を有するキ
ャパシタが得られる。
(3) A capacitor having a lower electrode which can secure a sufficient capacitance in a limited plane area and has excellent oxidation resistance can be obtained.

【0156】(4)限られた平面面積の中で十分な容量
を確保するキャパシタを実現することにより、蓄積電荷
量の増大を図ってリフレッシュマージンを拡大した半導
体集積回路装置が得られる。
(4) By realizing a capacitor that secures a sufficient capacitance within a limited plane area, a semiconductor integrated circuit device with an increased refresh margin by increasing the amount of accumulated charge can be obtained.

【0157】(5)蓄積電荷量の増大を図って、低電
圧、低電力化を実現した半導体集積回路装置が得られ
る。
(5) A semiconductor integrated circuit device which realizes low voltage and low power by increasing the amount of accumulated charge can be obtained.

【0158】(6)キャパシタ製造工程途中でのキャパ
シタ電極の倒壊を防止することができる。
(6) The collapse of the capacitor electrode during the capacitor manufacturing process can be prevented.

【0159】(7)下部電極の表面に凹凸を形成する工
程を簡単にして、限られた平面面積の中で十分な容量を
確保するキャパシタを製造できる。
(7) The process of forming irregularities on the surface of the lower electrode can be simplified, and a capacitor can be manufactured that secures sufficient capacitance in a limited plane area.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態であるDRAMを形成し
た半導体チップの全体平面図である。
FIG. 1 is an overall plan view of a semiconductor chip on which a DRAM according to an embodiment of the present invention is formed.

【図2】本発明の実施の形態1であるDRAMの等価回
路図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 3 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図4】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図5】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図6】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図7】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図8】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図9】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図10】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 10 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図11】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 11 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図12】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図13】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 13 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図14】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 14 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図15】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 15 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図16】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 16 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図17】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 17 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図18】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 18 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図19】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 19 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図20】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 20 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図21】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 21 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図22】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 22 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図23】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 23 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図24】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 24 is an essential part cross sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図25】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 25 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図26】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 26 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図27】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 27 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図28】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 28 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図29】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 29 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図30】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 30 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図31】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 31 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図32】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 32 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図33】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 33 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図34】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 34 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図35】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 35 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図36】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 36 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図37】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 37 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図38】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 38 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図39】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 39 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図40】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 40 is an essential part cross sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図41】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 41 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図42】本発明の実施の形態1であるDRAMを示す
半導体基板の要部断面図である。
FIG. 42 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図43】本発明の実施の形態1であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 43 is an essential part cross sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the DRAM according to the first embodiment of the present invention;

【図44】(a)は本発明においてDRAMのキャパシ
タを構成する下部電極へ凹凸を形成する原理を模式的に
示す断面構造図、(b)は本発明においてDRAMのキ
ャパシタを構成する下部電極へ凹凸を形成する原理を模
式的に示す平面構造図である。
FIG. 44 (a) is a cross-sectional view schematically showing a principle of forming irregularities on a lower electrode constituting a DRAM capacitor in the present invention, and FIG. 44 (b) is a sectional structural view showing a principle of forming a DRAM capacitor in the present invention; FIG. 3 is a plan view schematically illustrating the principle of forming the irregularities.

【図45】図34の一部の拡大構造を示す半導体基板の
一部断面図である。
FIG. 45 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate showing a partially enlarged structure of FIG. 34;

【図46】図39の一部の拡大構造を示す半導体基板の
一部断面図である。
FIG. 46 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate showing a partially enlarged structure of FIG. 39;

【図47】本発明の実施の形態2であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 47 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the second embodiment of the present invention;

【図48】本発明の実施の形態2であるDRAMを示す
半導体基板の一部断面図である。
FIG. 48 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the DRAM according to the second embodiment of the present invention;

【図49】本発明の実施の形態2であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 49 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the second embodiment of the present invention;

【図50】本発明の実施の形態2あるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 50 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the second embodiment of the present invention;

【図51】本発明の実施の形態2であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 51 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the second embodiment of the present invention;

【図52】本発明の実施の形態3であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 52 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the third embodiment of the present invention;

【図53】本発明の実施の形態3であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 53 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the third embodiment of the present invention;

【図54】本発明の実施の形態3であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 54 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the third embodiment of the present invention;

【図55】本発明の実施の形態3であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 55 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the third embodiment of the present invention;

【図56】本発明の実施の形態3であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 56 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the third embodiment of the present invention;

【図57】本発明の実施の形態4であるDRAMの製造
方法が発明されるに至った背景を説明する半導体基板の
一部断面図である。
FIG. 57 is a partial cross-sectional view of a semiconductor substrate for describing the background upon which the method of manufacturing a DRAM according to the fourth embodiment of the present invention was invented;

【図58】本発明の実施の形態4であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 58 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention;

【図59】本発明の実施の形態4であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 59 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention;

【図60】本発明の実施の形態4であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 60 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention;

【図61】本発明の実施の形態4であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 61 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention;

【図62】本発明の実施の形態4であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 62 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the fourth embodiment of the present invention;

【図63】本発明の実施の形態5であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 63 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the fifth embodiment of the present invention;

【図64】本発明の実施の形態6であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 64 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the sixth embodiment of the present invention;

【図65】本発明の実施の形態7であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 65 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the seventh embodiment of the present invention;

【図66】図63の一部を示す拡大断面構造図である。FIG. 66 is an enlarged sectional view showing a part of FIG. 63;

【図67】図64の一部を示す拡大断面構造図である。FIG. 67 is an enlarged sectional structural view showing a part of FIG. 64;

【図68】図65の一部を示す拡大断面構造図である。FIG. 68 is an enlarged sectional view showing a part of FIG. 65;

【図69】本発明の実施の形態8であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 69 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the method for manufacturing the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention;

【図70】本発明の実施の形態8であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 70 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention;

【図71】本発明の実施の形態8であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 71 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention;

【図72】本発明の実施の形態8であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 72 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the method for manufacturing the DRAM according to the eighth embodiment of the present invention;

【図73】本発明の実施の形態9であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 73 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the method for manufacturing the DRAM according to the ninth embodiment of the present invention;

【図74】本発明の実施の形態9であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 74 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the method for manufacturing the DRAM according to the ninth embodiment of the present invention;

【図75】本発明の実施の形態9であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 75 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the method for manufacturing the DRAM according to the ninth embodiment of the present invention;

【図76】本発明の実施の形態10であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 76 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the method for manufacturing the DRAM according to the tenth embodiment of the present invention.

【図77】本発明の実施の形態11であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の一部断面図である。
FIG. 77 is a partial cross-sectional view of the semiconductor substrate showing the method for manufacturing the DRAM according to Embodiment 11 of the present invention;

【図78】図76の一部を示す拡大断面構造図である。FIG. 78 is an enlarged sectional structural view showing a part of FIG. 76;

【図79】図77の一部を示す拡大断面構造図である。FIG. 79 is an enlarged sectional view showing a part of FIG. 77;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 1A 半導体チップ 2 酸化シリコン膜 3 窒化シリコン膜 4 フォトレジスト膜 5 素子分離溝 5a 溝 6 薄い酸化シリコン膜 7 酸化シリコン膜 8 窒化シリコン膜 9 フォトレジスト膜 10 n型半導体領域 11 p型ウエル 12 n型ウエル 13 ゲート酸化膜 14、14A、14B、14C ゲート電極 15 窒化シリコン膜 16 フォトレジスト膜 17 p- 型半導体領域 18 n- 型半導体領域 19 n型半導体領域 20 窒化シリコン膜 20a サイドウォールスペーサ 21 フォトレジスト膜 22 p+ 型半導体領域 23 n+ 型半導体領域 24 SOG膜 25 酸化シリコン膜 26 酸化シリコン膜 27 フォトレジスト膜 28、29 コンタクトホール 30 プラグ 31 酸化シリコン膜 32 フォトレジスト膜 33 フォトレジスト膜 34、35、36、37 コンタクトホール 38、39 第1層配線 40 窒化シリコン膜 41 フォトレジスト膜 42 チタンシリサイド層 43 サイドウォールスペーサ 44 SOG膜 45 酸化シリコン膜 46 酸化シリコン膜 47 フォトレジスト膜 48 スルーホール 49 プラグ 51 窒化シリコン膜 52 フォトレジスト膜 53 酸化シリコン膜 54 フォトレジスト膜 55 溝 55a 枠状の溝 56 窒化チタン膜 56a 比較的幅の広い非結晶状態の粒界 56b 比較的幅の狭い非結晶状態の粒界 57 SOG膜 58 フォトレジスト膜 60 下部電極(TiN膜) 61 容量絶縁膜(Ta2 5 膜) 62 上部電極(TiN膜) 63 フォトレジスト膜 64 酸化シリコン膜 65 フォトレジスト膜 66、66a、66b スルーホール 67 プラグ 68、69 第2層配線 70 金属プラグ 71 酸化シリコン膜 72 SOG膜 73 酸化シリコン膜 74、75 スルーホール 76 プラグ 77、78、79 第3層配線 80 凹凸 81 酸化シリコン膜 82 溝 83 窒化チタン膜 84 SOG膜 85 下部電極 86 酸化タンタル膜 87 窒化チタン膜 88 窒化シリコン膜 89 酸化シリコン膜 90 溝 91 窒化チタン膜 92 SOG膜 93 下部電極 94 酸化タンタル膜 95 窒化チタン膜 96 チタンシリサイド 97 溝 98 酸化シリコン膜 99 窒化チタン膜 100 SOG膜 101 下部電極 102 酸化タンタル膜 103 窒化チタン膜 104 窒化チタン膜 105 ルテニウム膜 106 下部電極 107 酸化タンタル膜 108 窒化チタン膜 109 酸化チタン膜 110 ルテニウム膜 111 下部電極 112 酸化タンタル膜 113 窒化チタン膜 114 窒化チタン膜 115 ルテニウム膜 116 下部電極 117 酸化タンタル膜 118 ルテニウム膜 121 窒化チタン膜 122 フォトレジスト膜 123 下部電極 124 酸化タンタル膜 125 窒化チタン膜 126 窒化チタン膜 127 フォトレジスト膜 128 下部電極 129 酸化タンタル膜 130 窒化チタン膜 131 窒化チタン膜 132 ルテニウム膜 133 下部電極 134 窒化チタン膜 135 酸化チタン膜 136 ルテニウム膜 137 下部電極 BL ビット線 C 情報蓄積用容量素子 MARY メモリアレイ Qn nチャネル型MISFET Qp pチャネル型MISFET Qs メモリセル選択用MISFET SA センスアンプ WD ワードドライバREFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor substrate 1A semiconductor chip 2 silicon oxide film 3 silicon nitride film 4 photoresist film 5 element isolation groove 5a groove 6 thin silicon oxide film 7 silicon oxide film 8 silicon nitride film 9 photoresist film 10 n-type semiconductor region 11 p-type well 12 n-type well 13 gate oxide film 14, 14A, 14B, 14C gate electrode 15 silicon nitride film 16 photoresist film 17 p - type semiconductor region 18 n - type semiconductor region 19 n-type semiconductor region 20 silicon nitride film 20a sidewall spacer 21 the photoresist film 22 p + -type semiconductor region 23 n + -type semiconductor region 24 SOG film 25 a silicon oxide film 26 a silicon oxide film 27 a photoresist film 29 contact hole 30 plug 31 a silicon oxide film 32 a photoresist film 33 Fotore Strike film 34, 35, 36, 37 contact hole 38, 39 first layer wiring 40 silicon nitride film 41 photoresist film 42 titanium silicide layer 43 sidewall spacer 44 SOG film 45 silicon oxide film 46 silicon oxide film 47 photoresist film 48 Through hole 49 Plug 51 Silicon nitride film 52 Photoresist film 53 Silicon oxide film 54 Photoresist film 55 Groove 55a Frame-shaped groove 56 Titanium nitride film 56a Relatively wide amorphous grain boundary 56b Relatively narrow non-crystalline Grain boundaries in a crystalline state 57 SOG film 58 Photoresist film 60 Lower electrode (TiN film) 61 Capacitive insulating film (Ta 2 O 5 film) 62 Upper electrode (TiN film) 63 Photoresist film 64 Silicon oxide film 65 Photoresist film 66 , 66a, 66b Through Ho 67 Plug 68, 69 Second layer wiring 70 Metal plug 71 Silicon oxide film 72 SOG film 73 Silicon oxide film 74, 75 Through hole 76 Plug 77, 78, 79 Third layer wiring 80 Unevenness 81 Silicon oxide film 82 Groove 83 Titanium nitride Film 84 SOG film 85 lower electrode 86 tantalum oxide film 87 titanium nitride film 88 silicon nitride film 89 silicon oxide film 90 groove 91 titanium nitride film 92 SOG film 93 lower electrode 94 tantalum oxide film 95 titanium nitride film 96 titanium silicide 97 groove 98 oxidation Silicon film 99 Titanium nitride film 100 SOG film 101 Lower electrode 102 Tantalum oxide film 103 Titanium nitride film 104 Titanium nitride film 105 Ruthenium film 106 Lower electrode 107 Tantalum oxide film 108 Titanium nitride film 109 Titanium oxide film 110 L Ruthenium film 111 Lower electrode 112 Tantalum oxide film 113 Titanium nitride film 114 Titanium nitride film 115 Ruthenium film 116 Lower electrode 117 Tantalum oxide film 118 Ruthenium film 121 Titanium nitride film 122 Photoresist film 123 Lower electrode 124 Tantalum oxide film 125 Titanium nitride film 126 Titanium nitride film 127 Photoresist film 128 Lower electrode 129 Tantalum oxide film 130 Titanium nitride film 131 Titanium nitride film 132 Ruthenium film 133 Lower electrode 134 Titanium nitride film 135 Titanium oxide film 136 Ruthenium film 137 Lower electrode BL Bit line C Information storage capacitor Element MARY Memory array Qn N-channel MISFET Qp P-channel MISFET Qs MISFET for selecting memory cell SA Sense amplifier WD Word driver Bas

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金井 美鈴 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Misuzu Kanai 5-2-1, Josuihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo In the Semiconductor Division, Hitachi, Ltd.

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の主面に形成されたメモリセ
ル選択用MISFETと、前記メモリセル選択用MIS
FETに直列に接続され、前記メモリセル選択用MIS
FETのソースまたはドレインに接続された下部電極、
前記下部電極に接して形成された容量絶縁膜および前記
容量絶縁膜を介して前記下部電極を覆うように形成され
た上部電極を備えた情報蓄積用容量素子とを含む半導体
集積回路装置であって、 前記下部電極は、多結晶構造を有する金属膜または金属
化合物膜を含み、前記金属膜または金属化合物膜の結晶
粒界におけるエッチング速度の相違を用いて、その表面
に凹凸が形成されたものであることを特徴とする半導体
集積回路装置。
1. A memory cell selecting MISFET formed on a main surface of a semiconductor substrate, and the memory cell selecting MISFET.
FET connected in series with the FET,
A lower electrode connected to the source or drain of the FET,
A semiconductor integrated circuit device comprising: a capacitance insulating film formed in contact with the lower electrode; and an information storage capacitance element including an upper electrode formed to cover the lower electrode with the capacitance insulating film interposed therebetween. The lower electrode includes a metal film or a metal compound film having a polycrystalline structure, and has irregularities formed on its surface using a difference in etching rate at a crystal grain boundary of the metal film or the metal compound film. A semiconductor integrated circuit device.
【請求項2】 請求項1記載の半導体集積回路装置であ
って、 前記金属膜は遷移金属膜であり、前記金属化合物膜は前
記遷移金属膜の化合物膜であることを特徴とする半導体
集積回路装置。
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said metal film is a transition metal film, and said metal compound film is a compound film of said transition metal film. apparatus.
【請求項3】 請求項1または2記載の半導体集積回路
装置であって、 前記金属膜はチタン膜、タングステン膜、ルテニウム膜
またはイリジウム膜であり、前記金属化合物膜は窒化チ
タン膜、窒化タングステン膜、酸化ルテニウム膜または
酸化イリジウム膜であることを特徴とする半導体集積回
路装置。
3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said metal film is a titanium film, a tungsten film, a ruthenium film or an iridium film, and said metal compound film is a titanium nitride film or a tungsten nitride film. And a ruthenium oxide film or an iridium oxide film.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか一項に記載の半
導体集積回路装置であって、 前記下部電極は、その表面に形成された前記金属膜の酸
化膜を含むことを特徴とする半導体集積回路装置。
4. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said lower electrode includes an oxide film of said metal film formed on a surface thereof. Semiconductor integrated circuit device.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれか一項に記載の半
導体集積回路装置であって、 前記下部電極は、前記金属膜もしくは金属化合物膜また
は前記酸化膜の表面に形成されたルテニウム膜または酸
化ルテニウム膜を含むことを特徴とする半導体集積回路
装置。
5. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the lower electrode is a ruthenium film formed on a surface of the metal film, the metal compound film, or the oxide film. Alternatively, a semiconductor integrated circuit device including a ruthenium oxide film.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれか一項に記載の半
導体集積回路装置であって、 前記下部電極は、上方に開口部を有する筒形に形成され
ていることを特徴とする半導体集積回路装置。
6. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said lower electrode is formed in a cylindrical shape having an upper opening. Integrated circuit device.
【請求項7】 請求項6記載の半導体集積回路装置であ
って、 前記筒形の下部電極の外壁に補強部材が形成されている
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
7. The semiconductor integrated circuit device according to claim 6, wherein a reinforcing member is formed on an outer wall of the cylindrical lower electrode.
【請求項8】 請求項6または7記載の半導体集積回路
装置であって、 前記半導体集積回路装置は前記メモリセル選択用MIS
FETのソースまたはドレインに接続されたプラグ導電
体を含み、前記プラグ導電体の前記下部電極と接する界
面にチタンシリサイド膜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。
8. The semiconductor integrated circuit device according to claim 6, wherein said semiconductor integrated circuit device is said memory cell selecting MIS.
A semiconductor integrated circuit device including a plug conductor connected to a source or a drain of an FET, wherein a titanium silicide film is formed at an interface of the plug conductor in contact with the lower electrode.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれか一項に記載の半
導体集積回路装置であって、 前記容量絶縁膜は酸化タンタル膜またはBST膜からな
り、前記上部電極は窒化チタン、ルテニウムまたは酸化
ルテニウムから選択された単層膜またはそれらの積層膜
からなることを特徴とする半導体集積回路装置。
9. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said capacitance insulating film is made of a tantalum oxide film or a BST film, and said upper electrode is made of titanium nitride, ruthenium or oxide. A semiconductor integrated circuit device comprising a single layer film selected from ruthenium or a laminated film thereof.
【請求項10】 請求項1〜9のいずれか一項に記載の
半導体集積回路装置であって、 前記下部電極の凹凸の高低差の平均値hは、前記容量絶
縁膜の膜厚をdとしたとき、0.5d≦h≦5dを満足す
る範囲に選ばれていることを特徴とする半導体集積回路
装置。
10. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the average value h of the difference in height of the unevenness of the lower electrode is d with the thickness of the capacitive insulating film. The semiconductor integrated circuit device is selected in a range satisfying 0.5d ≦ h ≦ 5d.
【請求項11】 (a)半導体基板の主面にメモリセル
選択用MISFETおよびそのメモリセル選択用MIS
FETを覆う絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に多結晶構
造を有する金属膜または金属化合物膜を堆積する工程、
(b)前記金属膜または金属化合物膜をエッチングする
ことによりその表面に凹凸を形成した後、前記金属膜ま
たは金属化合物膜をパターニングして下部電極を形成す
る工程、(c)前記下部電極の表面に容量絶縁膜を堆積
した後、前記容量絶縁膜を酸化改質処理する工程、
(d)前記容量絶縁膜上に上部電極を形成し、前記下部
電極、容量絶縁膜および上部電極からなる情報蓄積用容
量素子を形成する工程、 を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
11. A memory cell selecting MISFET and a memory cell selecting MIS on a main surface of a semiconductor substrate.
Forming an insulating film covering the FET, depositing a metal film or a metal compound film having a polycrystalline structure on the insulating film,
(B) forming irregularities on the surface by etching the metal film or the metal compound film, and then patterning the metal film or the metal compound film to form a lower electrode; (c) a surface of the lower electrode Depositing a capacitive insulating film on the capacitor insulating film;
(D) forming an upper electrode on the capacitive insulating film, and forming an information storage capacitive element comprising the lower electrode, the capacitive insulating film, and the upper electrode. Method.
【請求項12】 (a)半導体基板の主面にメモリセル
選択用MISFETおよびそのメモリセル選択用MIS
FETを覆う絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に多結晶構
造を有する金属膜または金属化合物膜を堆積する工程、 (b)前記金属膜または金属化合物膜をパターニングし
た後、そのパターニングされた金属膜または金属化合物
膜をエッチングすることによりその表面に凹凸を形成し
て下部電極を形成する工程、 (c)前記下部電極の表面に容量絶縁膜を堆積した後、
前記容量絶縁膜を酸化改質処理する工程、 (d)前記容量絶縁膜上に上部電極を形成し、前記下部
電極、容量絶縁膜および上部電極からなる情報蓄積用容
量素子を形成する工程、 を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
12. A MISFET for selecting a memory cell and a MIS for selecting the memory cell on a main surface of a semiconductor substrate.
Forming an insulating film covering the FET and depositing a metal film or a metal compound film having a polycrystalline structure on the insulating film; (b) patterning the metal film or the metal compound film and then patterning the patterned metal Forming a lower electrode by forming irregularities on the surface of the film or the metal compound film by etching, (c) depositing a capacitive insulating film on the surface of the lower electrode;
(D) forming an upper electrode on the capacitor insulating film, and forming an information storage capacitor element including the lower electrode, the capacitor insulating film, and the upper electrode. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
【請求項13】 (a)半導体基板の主面にメモリセル
選択用MISFETを形成し、前記メモリセル選択用M
ISFET上に開口部を有する絶縁膜を形成した後、前
記絶縁膜の前記開口部内に前記開口部が埋まらない膜厚
で多結晶構造を有する金属膜または金属化合物膜を堆積
する工程、(b)前記金属膜または金属化合物膜をエッ
チングすることによりその表面に凹凸を形成した後、前
記絶縁膜上面の前記金属膜または金属化合物膜を除去し
て、筒形の下部電極を形成する工程、(c)前記下部電
極の表面に容量絶縁膜を堆積した後、前記容量絶縁膜を
酸化改質処理する工程、(d)前記容量絶縁膜上に上部
電極を形成し、前記下部電極、容量絶縁膜および上部電
極からなる情報蓄積用容量素子を形成する工程、 を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
13. A memory cell selecting MISFET is formed on a main surface of a semiconductor substrate, and said memory cell selecting MISFET is formed.
Forming an insulating film having an opening on the ISFET, and then depositing a metal film or a metal compound film having a polycrystalline structure in the opening of the insulating film so as not to fill the opening, (b) (C) forming irregularities on the surface of the metal film or the metal compound film by etching the metal film or the metal compound film, and then removing the metal film or the metal compound film on the upper surface of the insulating film to form a cylindrical lower electrode; A) a step of oxidizing and reforming the capacitive insulating film after depositing a capacitive insulating film on the surface of the lower electrode; (d) forming an upper electrode on the capacitive insulating film; Forming a capacitance element for information storage composed of an upper electrode.
【請求項14】 (a)半導体基板の主面にメモリセル
選択用MISFETを形成し、前記メモリセル選択用M
ISFET上に開口部を有する第1絶縁膜を形成した
後、前記第1絶縁膜の前記開口部内に前記開口部が埋ま
らない膜厚で多結晶構造を有する金属膜または金属化合
物膜を堆積する工程、(b)前記第1絶縁膜の前記開口
部内に第2絶縁膜を埋め込んだ後、前記第2絶縁膜およ
び前記第1絶縁膜上の前記金属膜または金属化合物膜を
除去し、前記第1絶縁膜および第2絶縁膜をエッチング
して前記金属膜または金属化合物膜からなる上方に開口
部を有する筒形構造を露出する工程、(c)前記筒形構
造の表面をエッチングすることによりその表面に凹凸を
形成して筒形の下部電極を形成する工程、(d)前記下
部電極の表面に容量絶縁膜を堆積した後、前記容量絶縁
膜を酸化改質処理する工程、(e)前記容量絶縁膜上に
上部電極を形成し、前記下部電極、容量絶縁膜および上
部電極からなる情報蓄積用容量素子を形成する工程、 を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
14. (a) A memory cell selecting MISFET is formed on a main surface of a semiconductor substrate, and the memory cell selecting MISFET is formed.
Forming a first insulating film having an opening on the ISFET, and then depositing a metal film or a metal compound film having a polycrystalline structure in the opening of the first insulating film so as not to fill the opening. (B) after embedding a second insulating film in the opening of the first insulating film, removing the metal film or the metal compound film on the second insulating film and the first insulating film; Etching the insulating film and the second insulating film to expose a cylindrical structure having an opening above the metal film or the metal compound film; and (c) etching the surface of the cylindrical structure by etching the surface. Forming a cylindrical lower electrode by forming irregularities on the lower electrode, (d) depositing a capacitive insulating film on the surface of the lower electrode, and then oxidizing and reforming the capacitive insulating film; Forming an upper electrode on the insulating film, Serial lower electrode, manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device, which comprises a step, of forming the information storage capacitor comprising a capacitor insulating film and the upper electrode.
【請求項15】 請求項11〜14のいずれか一項に記
載の半導体集積回路装置の製造方法であって、 前記下部電極の表面の凹凸は、前記金属膜または金属化
合物膜の結晶粒界におけるエッチング速度の相違を利用
して形成することを特徴とする半導体集積回路装置の製
造方法。
15. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 11, wherein the unevenness on the surface of the lower electrode is at a crystal grain boundary of the metal film or the metal compound film. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein the semiconductor integrated circuit device is formed by utilizing a difference in etching rate.
【請求項16】 請求項11〜15のいずれか一項に記
載の半導体集積回路装置の製造方法であって、 前記下部電極の表面の凹凸は、過酸化水素水を含むウエ
ットエッチング液を用いて形成することを特徴とする半
導体集積回路装置の製造方法。
16. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 11, wherein the unevenness on the surface of the lower electrode is formed by using a wet etching solution containing a hydrogen peroxide solution. Forming a semiconductor integrated circuit device.
【請求項17】 請求項11〜16のいずれか一項に記
載の半導体集積回路装置の製造方法であって、 前記金属膜または金属化合物膜を構成する金属は、遷移
金属であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造
方法。
17. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 11, wherein the metal forming the metal film or the metal compound film is a transition metal. Of manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
【請求項18】 請求項11〜17のいずれか一項に記
載の半導体集積回路装置の製造方法であって、 前記金属膜としてチタン膜、タングステン膜、ルテニウ
ム膜またはイリジウム膜を、前記金属化合物膜として窒
化チタン膜、窒化タングステン膜、酸化ルテニウム膜ま
たは酸化イリジウム膜を堆積することを特徴とする半導
体集積回路装置の製造方法。
18. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 11, wherein the metal film is a titanium film, a tungsten film, a ruthenium film, or an iridium film, and the metal compound film is a metal compound film. A titanium nitride film, a tungsten nitride film, a ruthenium oxide film, or an iridium oxide film.
【請求項19】 請求項18記載の半導体集積回路装置
の製造方法であって、 前記金属膜または金属化合物膜
の表面に前記金属膜または金属化合物膜を構成する金属
の酸化膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体
集積回路装置の製造方法。
19. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 18, wherein the step of forming an oxide film of a metal forming the metal film or the metal compound film on a surface of the metal film or the metal compound film is performed. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
【請求項20】 請求項18または19記載の半導体集
積回路装置の製造方法であって、 前記金属膜、金属化合物膜または前記酸化膜の表面にル
テニウム膜または酸化ルテニウム膜を形成する工程を含
むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
20. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 18, further comprising a step of forming a ruthenium film or a ruthenium oxide film on a surface of the metal film, the metal compound film, or the oxide film. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
【請求項21】 請求項13〜20のいずれか一項に記
載の半導体集積回路装置の製造方法であって、 前記(a)工程において、前記金属膜または金属化合物
膜を堆積する前に、前記半導体基板上の前記下部電極の
形成される領域の周囲となる領域に予め補強部材を形成
する工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の
製造方法。
21. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 13, wherein, in the step (a), the step of depositing the metal film or the metal compound film comprises: A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising a step of forming a reinforcing member in advance in a region around a region where the lower electrode is formed on a semiconductor substrate.
【請求項22】 請求項11〜21のいずれか一項に記
載の半導体集積回路装置の製造方法であって、 前記(a)工程において、前記金属膜または金属化合物
膜を堆積する前に、前記メモリセル選択用MISFET
のソースまたはドレインに接続されるプラグ導電体を形
成し、前記プラグ導電体の表面にチタンシリサイド膜を
形成する工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装
置の製造方法。
22. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 11, wherein in the step (a), before depositing the metal film or the metal compound film, MISFET for memory cell selection
Forming a plug conductor to be connected to the source or drain of the semiconductor device, and forming a titanium silicide film on the surface of the plug conductor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004071759A (en) * 2002-08-05 2004-03-04 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2006173558A (en) 2004-12-17 2006-06-29 Hynix Semiconductor Inc Manufacturing method for capacitor of semiconductor element
US7074669B2 (en) 2002-05-28 2006-07-11 Elpida Memory,Inc. Semiconductor integrated circuit device with capacitor of crown structure and method of manufacturing the same
JP2007059861A (en) * 2005-08-25 2007-03-08 Hynix Semiconductor Inc Semiconductor element and its manufacture
KR100895823B1 (en) * 2002-10-31 2009-05-08 주식회사 하이닉스반도체 Method for fabricating capacitor

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