JPH11289055A - 半導体素子のキャパシタ製造方法 - Google Patents
半導体素子のキャパシタ製造方法Info
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Abstract
れる残留物によりキャパシタの電気的特性を劣化させる
ことなく、かつ、キャパシタの全体有効面積を増加し得
る半導体素子のキャパシタ製造方法を提供しようとす
る。 【解決手段】コンタクトプラグ32の形成された半導体
基板31の上面に第1導電層33及び第2導電層パター
ン34aを順次形成し、該第2導電層パターン34aを
マスクとして前記第1導電層33をパターニングして第
1導電層パターン33aを形成するが、前記第1導電層
33をパターニングするとき、前記第1及び第2導電層
パターン33a,34aの両側面に導電性側壁36を形
成する。
Description
パシタ製造方法に係るもので、詳しくは、半導体素子の
キャパシタの下部電極を形成する方法に関するものであ
る。
させる方法としては、キャパシタを立体的に構成して有
効表面積を増加させる方法、誘電体の厚さを減少させる
方法、若しくは誘電率を増加させる方法などが挙げられ
るが、DRAM素子の高集積化に伴い、キャパシタの表
面積を増加させたり、誘電体の厚さを減少させたりする
工程は極めて煩雑になり、信頼性が低下する。よって、
最近では、(Ba、Sr)TiO3(以下、BSTと称
す)及び(Pb、La)(Zr、Ti)O3のような高
誘電膜物質を用いてキャパシタの有効電荷量を増加させ
ているが、前記BSTのような高誘電膜物質をシリコン
(Si)基板上に直接蒸着すると、シリコンが酸化され
て電気的接触が不良になったり、BSTとSiとの反応
によりBST薄膜が劣化されることが発生するため、該
BST等の高誘電薄膜の下部にPt,Ru,Ir等の金
属薄膜から成る下部電極を形成して、信頼性を向上して
いる。
は、図5に示したように、コンタクトプラグ12の形成
されたシリコン基板11の上面に障壁層(Barrier laye
r)13が形成され、該障壁層13の上面にPt,R
u,Ir等から成る下部電極15が形成され、該下部電
極15及び前記シリコン基板11上に高誘電薄膜17が
形成されて構成されていた。このような半導体素子のキ
ャパシタを製造するときに、高誘電薄膜17としてBS
Tのような高誘電薄膜を用いると、キャパシタの有効面
積を増加させるために3次元構造を形成しなくても、ギ
ガ(Giga)級以上の集積度を有する記憶素子を製造
することができる。
来の半導体素子のキャパシタ製造方法においては、反応
性が低く仕事関数が大きいPtが下部電極15として大
いに用いられる。Pt薄膜の下部電極15を形成する場
合には、図6に示したように、感光膜又は酸化膜から成
るマスク19を用いて、酸素ガス等のエッチングガスに
よりPt薄膜を食刻する。このとき、前記マスク19の
材質である感光膜又は酸化膜とPt薄膜とが混合され
て、前記下部電極15の側面にポリマー21が蒸着形成
される。該ポリマー21は主にPt,C,O等の混合残
留物であるため除去することが難しく、更に、前記ポリ
マー21上に誘電膜を直接蒸着すると、該ポリマー21
に包含された炭素(C)等が誘電膜と反応してキャパシ
タの電気的特性が劣化するという不都合な点があった。
め、下部電極の側面を活用することができず、ひいては
キャパシタ全体の有効表面積が縮小されるという不都合
な点があった。
なされたもので、キャパシタの下部電極を形成するとき
に生成される残留物によりキャパシタの電気的特性を劣
化させることなく、かつ、キャパシタの全体有効面積を
増加し得る半導体素子のキャパシタ製造方法を提供する
ものである。
るため、本発明の請求項1に係る半導体素子のキャパシ
タ製造方法は、コンタクトプラグの形成された半導体基
板の上面に第1導電層を形成する工程と、該第1導電層
の上面に第2導電層を形成し、該第2導電層をパターニ
ングして第2導電層パターンを形成する工程と、該第2
導電層パターンをマスクとして前記第1導電層をパター
ニングして、第1導電層パターンを形成する工程と、を
順次行い、前記第1導電層をパターニングするとき、前
記第1導電層及び第2導電層パターンの両側面に、前記
第1導電層及び第2導電層の混合物から成る導電性側壁
を形成し、キャパシタの下部電極を形成するようになっ
ている。
層パターンを形成する工程の後に、前記第2導電層パタ
ーンの全部又は一部を除去する工程を追加して行い、下
部電極の表面積を調節する。
層は、前記第1導電層を形成する物質の食刻選択比より
高い食刻選択比を有する物質により形成される。請求項
4に記載の発明では、前記導電層パターン及び前記導電
性側壁の上面に酸化導電膜を形成する工程を追加して行
う。
ターン及び前記導電性側壁を包含する前記半導体基板の
上面に、ABO3(A=Pb,La,Ba,Sr及びL
i中何れか1つ、B=Zr,Ti,Nb及びTa中何れ
か1つ、O=酸素)にて成る誘電膜を形成する工程を追
加して行う。
面を用いて説明する。先ず、本発明の第1実施形態に係
る半導体素子のキャパシタ下部電極の製造方法について
説明する。
シタ下部電極の製造方法においては、図1(A)に示し
たように、半導体基板31の内部にポリシリコン又はタ
ングステン(W)から成るコンタクトプラグ32を形成
する。ここで、該コンタクトプラグ32は、半導体素子
の駆動トランジスタとキャパシタとを電気的に連結する
ためのものである。
コンタクトプラグ32を包含する前記半導体基板31の
上面に第1導電層33及び第2導電層34を順次形成
し、該第2導電層34上にマスクパターン35を形成す
る。
導電層33を形成する物質よりも食刻選択比の高い物質
により形成され、例えば、前記第1導電層33はPtを
包含して形成され、前記第2導電層34はRu及びRu
Ox中何れか1つを包含して形成される。
膜のどちらか1つを用いて構成される。前記マスクパタ
ーン35を酸化膜で形成するときは、該酸化膜と第2導
電層34間にTi又はTa等から成る接着層(図示され
ず)を付加形成して層間接着力を向上させる。
マスクパターン35をマスクとし、前記第2導電層34
をパターニングして第2導電層パターン34aを形成す
る。該第2導電層パターン34aは、反応ソースとして
酸素を含有したプラズマ食刻ガスを用いた乾式食刻法に
より形成される。
第2導電層パターン34aをマスクに用い、Ar,Cl
2等を包含した食刻ガスを用いて前記第1導電層33を
食刻してパターニングし、下部電極となる第1導電層パ
ターン33aを形成する。このとき、前記第1導電層パ
ターン33aは、前記マスクパターン35を除去しない
状態(図示されず)で前記第1導電層33をエッチング
して形成することもできる。
グするとき、該第1導電層33と第2導電層34との混
合物から成る残留物により、前記第1導電層パターン3
3a及び第2導電層パターン34aの両側面に導電性側
壁36が形成される。例えば、前記第1導電層パターン
33aをPt薄膜で形成し、前記第2導電層パターン3
4aをRu薄膜で形成する場合には、前記導電性側壁3
6はPtとRuが混合されたPt−Ru薄膜で形成され
る。
クに用いた前記第2導電層パターン34aを、酸素を含
有したプラズマ食刻ガスを用いて乾式食刻法により除去
した後、前記導電性側壁36,前記第1導電層パターン
33a及び半導体基板31の上面に誘電膜37を形成し
て、半導体素子のキャパシタ製造を終了する。ここで、
前記誘電膜37は、ABO3(A=Pb,La,Ba,
Sr及びLi中何れか1つ、B=Zr,Ti,Nb及び
Ta中何れか1つ、O=酸素)の物質により構成され
る。
ャパシタ下部電極の製造方法では、従来のキャパシタ製
造方法において下部電極の側面に生成される残留物を、
第1導電層及び第2導電層の導電性物質の混合物から成
る導電性側壁として形成するので、キャパシタの電気的
特性を劣化させることなく、キャパシタの全体有効面積
を増加させることができる。
素子のキャパシタ下部電極の製造方法について説明す
る。本第2実施形態の半導体素子のキャパシタ下部電極
の製造方法は、上述した本第1実施形態とほぼ同様であ
るが、図2(A)に示した第2導電層パターン34aを
完全に除去せずに、図3に示したように、一部のみ除去
して、前記第1導電層パターン33a及び残留する第2
導電層パターン34aをキャパシタの下部電極として形
成する。
下部電極の製造方法では、所望の厚さの第2導電層パタ
ーン34aを残留させて下部電極を形成することによ
り、下部電極の有効表面積のサイズを調節することがで
きるので、高集積化される記憶素子のキャパシタに適用
し得る。
素子のキャパシタ下部電極の製造方法について説明す
る。本第3実施形態の半導体素子のキャパシタ下部電極
の製造方法は、上述した本第1実施形態とほぼ同様であ
るが、誘電膜37を形成する前に、図4に示したよう
に、図2(A)に示した第2導電層パターン34a及び
導電性側壁36に対して酸化雰囲気下で熱処理又はプラ
ズマ処理を施し、それら第2導電層パターン34a及び
導電性側壁36の上面に酸化導電膜40を形成する。例
えば、前記第1導電層パターン33aをPt薄膜で形成
して前記第2導電層パターン34aをRu薄膜で形成す
る場合には、前記酸化導電膜40は、Pt−Ru−O及
びRuO膜で形成される。
下部電極の製造方法では、第2導電層パターン34a及
び導電性側壁36上面に酸化導電膜40を形成すること
により、電極への酸素の拡散を効果的に防止することが
できるので、キャパシタの電気的特性の劣化を抑制でき
る。
係る半導体素子のキャパシタ製造方法によれば、従来の
キャパシタ製造方法で下部電極をパターニングするとき
に生成される下部電極両側面の残留物を、導電性物質か
ら成る導電性側壁として形成するので、キャパシタの電
気的特性が劣化されることなく、前記下部電極の有効表
面積が増大されるため、記憶素子の蓄電容量を増加する
ことができるというという効果がある。
部電極の有効表面積を調節することができるので、高集
積化される記憶素子のキャパシタに適用し得るという効
果がある。
も第2導電層のほうが食刻し易いので、エッチングマス
クを利用して第2導電層を食刻するとき、食刻終了点
(etching end point)を正確に把握することができる
という効果がある。
り、電極への酸素の拡散を効率的に防止できるので、キ
ャパシタの電気的特性の劣化を抑制し得るという効果が
ある。
容量を増加することができるという効果がある。
パシタ製造方法の工程縦断面図である。
パシタ製造方法の工程縦断面図である。
パシタ製造方法の工程縦断面図である。
パシタ製造方法の工程縦断面図である。
る。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】コンタクトプラグの形成された半導体基板
の上面に第1導電層を形成する工程と、 該第1導電層の上面に第2導電層を形成し、該第2導電
層をパターニングして第2導電層パターンを形成する工
程と、 該第2導電層パターンをマスクとして前記第1導電層を
パターニングして、第1導電層パターンを形成する工程
と、を順次行い、前記第1導電層をパターニングすると
き、前記第1導電層及び第2導電層パターンの両側面
に、前記第1導電層及び第2導電層の混合物から成る導
電性側壁を形成し、キャパシタの下部電極を形成するこ
とを特徴とする半導体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項2】前記第1導電層パターンを形成する工程の
後に、前記第2導電層パターンの全部又は一部を除去す
る工程を追加して行うことを特徴とする請求項1記載の
半導体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項3】前記第2導電層は、前記第1導電層を形成
する物質の食刻選択比より高い食刻選択比を有する物質
により形成されたことを特徴とする請求項1又は請求項
2に記載の半導体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項4】前記導電層パターン及び前記導電性側壁の
上面に酸化導電膜を形成する工程を追加して行うことを
特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の
半導体素子のキャパシタ製造方法。 - 【請求項5】前記導電層パターン及び前記導電性側壁を
包含する前記半導体基板の上面に、ABO3(A=P
b,La,Ba,Sr及びLi中何れか1つ、B=Z
r,Ti,Nb及びTa中何れか1つ、O=酸素)にて
成る誘電膜を形成する工程を追加して行うことを特徴と
する請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の半導体
素子のキャパシタ製造方法。
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