JPH11289068A - Semiconductor storage device and manufacture thereof - Google Patents
Semiconductor storage device and manufacture thereofInfo
- Publication number
- JPH11289068A JPH11289068A JP10108665A JP10866598A JPH11289068A JP H11289068 A JPH11289068 A JP H11289068A JP 10108665 A JP10108665 A JP 10108665A JP 10866598 A JP10866598 A JP 10866598A JP H11289068 A JPH11289068 A JP H11289068A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- insulating film
- memory device
- semiconductor memory
- lower electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体記憶装置及
びその製造方法に関し、例えば、DRAM等のメモリキ
ャパシタを有する半導体記憶装置に適用して特に好適な
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and is particularly suitable for application to a semiconductor memory device having a memory capacitor such as a DRAM.
【0002】[0002]
【従来の技術】近時では、半導体素子の微細化及び高集
積化が進行している。それに伴って、DRAMではメモ
リキャパシタの占有面積が減少し、十分な記憶容量を確
保することが困難になりつつあり、記憶容量の確保が克
服すべき重要な課題の一つとなっている。そこで、いく
つかの解決策が提案されている。例えば特開昭62−1
20072号公報には、メモリキャパシタの容量絶縁膜
の材料として、シリコン窒化物より比誘電率の大きい絶
縁材料、例えばTa2 O5 を用い、狭い占有面積でも大
きな記憶容量を得ることを可能とした技術が開示されて
いる。このTa2O5 膜は、非晶質状態の方が結晶化状
態よりも比誘電率が高いことが知られており、非晶質状
態で用いることが望ましい。2. Description of the Related Art In recent years, miniaturization and high integration of semiconductor devices have been progressing. As a result, the area occupied by the memory capacitor in the DRAM has been reduced, and it has become difficult to secure a sufficient storage capacity. Ensuring the storage capacity is one of the important issues to be overcome. Thus, several solutions have been proposed. For example, JP-A-62-1
Japanese Patent Application Laid-Open No. 20072 discloses that an insulating material having a higher relative dielectric constant than silicon nitride, for example, Ta 2 O 5 is used as a material of a capacitance insulating film of a memory capacitor, and a large storage capacity can be obtained even with a small occupation area. Techniques are disclosed. It is known that the Ta 2 O 5 film has a higher relative dielectric constant in an amorphous state than in a crystallized state, and is preferably used in an amorphous state.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
62−120072号公報の場合、非晶質状態のTa2
O5 膜はリーク電流が大きいという欠点があり、しかも
この膜をCVD法で形成する場合に、原料ガスにTa
(OC2 H5 )5 を用いることでTa2 O5 膜中に炭素
が混入し、更なるリーク電流の増加を招くという重大な
問題がある。However, in the case of Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-120072, an amorphous Ta 2
The O 5 film has a disadvantage of a large leak current, and when this film is formed by a CVD method, Ta gas is used as a source gas.
There is a serious problem that the use of (OC 2 H 5 ) 5 causes carbon to be mixed into the Ta 2 O 5 film, which further increases the leak current.
【0004】このリーク電流の改善対策として、例えば
特開平7−14986号公報には、形成された非晶質状
態のTa2 O5 膜に酸素プラズマ雰囲気中で熱処理を施
してTa2 O5 膜を結晶化させる技術が開示されてい
る。この手法によれば、Ta2O5 膜内に酸素が供給さ
れると共に、Ta2 O5 膜内の炭素が除去され、リーク
電流の発生を抑えることができる。ところがこの場合、
Ta2 O5 膜を完全に結晶化させてしまうために誘電率
があまり高くなくなってしまうので、大きな記憶容量は
実施できない。[0004] As measures to improve the leakage current, for example, JP-A-7-14986, heat-treated in an oxygen plasma atmosphere in the Ta 2 O 5 film of the formed amorphous state the Ta 2 O 5 film A technique for crystallizing is disclosed. According to this method, the oxygen is supplied to the Ta 2 O 5 film in the carbon in the Ta 2 O 5 film is removed, it is possible to suppress generation of leakage current. However, in this case,
Since the Ta 2 O 5 film is completely crystallized and the dielectric constant is not so high, a large storage capacity cannot be implemented.
【0005】そこで更に、Ta2 O5 膜の表面のみを結
晶化させて脱炭素化することも考えられるが、この場
合、Ta2 O5 膜、即ち容量絶縁膜と上部電極との間の
リーク電流を抑えることはできる反面、容量絶縁膜と下
部電極との間のリーク電流を抑えることはできない。Therefore, it is conceivable to decrystallize only by crystallizing only the surface of the Ta 2 O 5 film. In this case, however, the leakage between the Ta 2 O 5 film, that is, the capacitance insulating film and the upper electrode is considered. Although the current can be suppressed, the leak current between the capacitor insulating film and the lower electrode cannot be suppressed.
【0006】本発明の目的は、容量絶縁膜に強誘電材料
を用いた場合に、容量絶縁膜と上部電極との間のリーク
電流発生の改善のみならず、容量絶縁膜と下部電極との
間のリーク電流発生の改善をも図り、半導体素子の更な
る微細化が進行してもリーク電流に代表される特性劣化
を抑止しつつ大きな記憶容量を得ることが可能な信頼性
の高い半導体記憶装置及びその製造方法を提供すること
である。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve not only the occurrence of a leakage current between a capacitor insulating film and an upper electrode but also the use of a ferroelectric material for the capacitor insulating film, as well as to improve the capacity between a capacitor insulating film and a lower electrode. Reliable semiconductor memory device capable of obtaining a large storage capacity while suppressing the characteristic degradation typified by the leak current even if the further miniaturization of the semiconductor element progresses by improving the generation of the leak current of the semiconductor device. And a method for producing the same.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶装置
は、下部電極と上部電極とが容量絶縁膜を介して対向し
て容量結合するキャパシタ部分を備えた半導体記憶装置
であって、前記容量絶縁膜は、非晶質の強誘電材料を含
み、上下の両表層がそれぞれ脱炭素化されている。According to the present invention, there is provided a semiconductor memory device having a capacitor portion in which a lower electrode and an upper electrode are capacitively coupled to each other via a capacitive insulating film. The insulating film includes an amorphous ferroelectric material, and both upper and lower surface layers are decarbonized.
【0008】本発明の半導体記憶装置の一態様例におい
ては、前記下部電極と前記誘電体膜との間に耐酸化性の
保護膜が形成されている。In one embodiment of the semiconductor memory device of the present invention, an oxidation-resistant protective film is formed between the lower electrode and the dielectric film.
【0009】本発明の半導体記憶装置の一態様例におい
ては、前記下部電極は、タングステン、白金、窒化チタ
ン及びルテニウムから選ばれた1種を材料として含む。In one embodiment of the semiconductor memory device according to the present invention, the lower electrode contains, as a material, one selected from tungsten, platinum, titanium nitride and ruthenium.
【0010】本発明の半導体記憶装置の一態様例におい
ては、前記容量絶縁膜は、Ta2 O5 を材料として含
む。In one embodiment of the semiconductor memory device according to the present invention, the capacitance insulating film contains Ta 2 O 5 as a material.
【0011】本発明の半導体記憶装置の一態様例におい
ては、前記上部電極は、窒化チタン、タングステン及び
多結晶シリコンのうちから選ばれた1種を材料として含
む。In one embodiment of the semiconductor memory device according to the present invention, the upper electrode includes, as a material, one selected from titanium nitride, tungsten, and polycrystalline silicon.
【0012】本発明の半導体記憶装置の製造方法は、下
部電極と上部電極とが容量絶縁膜を介して対向して容量
結合するキャパシタ部分を備えた半導体記憶装置の製造
方法であって、半導体基板の上層に少なくとも層間絶縁
膜を介して第1の導電膜を堆積し、前記第1の導電膜を
島状に加工して下部電極を形成する第1の工程と、前記
下部電極を覆うように、非晶質の強誘電材料を含む第1
の誘電体膜を堆積する第2の工程と、酸素プラズマ雰囲
気中で前記第1の誘電体膜に熱処理を施し、当該第1の
誘電体膜を脱炭素化する第3の工程と、前記第1の誘電
体膜を覆うように、非晶質の強誘電材料を含む第2の誘
電体膜を堆積する第4の工程と、酸素プラズマ雰囲気中
で前記第2の誘電体膜に熱処理を施し、当該第2の誘電
体膜の表層を脱炭素化する第5の工程と、前記第2の誘
電体膜を覆うように第2の導電膜を形成し、前記第2の
導電膜を加工して前記上部電極を形成する第6の工程と
を有し、前記容量絶縁膜が、前記第1及び第2の誘電体
膜の積層構造体として、上下の両表層がそれぞれ脱炭素
化されたかたちに構成される。A method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor memory device having a capacitor portion in which a lower electrode and an upper electrode face and capacitively oppose each other via a capacitive insulating film. A first step of depositing a first conductive film at least through an interlayer insulating film on the upper layer, processing the first conductive film into an island shape to form a lower electrode, and so as to cover the lower electrode. , Including an amorphous ferroelectric material
A second step of depositing the first dielectric film, a third step of subjecting the first dielectric film to a heat treatment in an oxygen plasma atmosphere, and decarbonizing the first dielectric film, A fourth step of depositing a second dielectric film containing an amorphous ferroelectric material so as to cover the first dielectric film, and performing a heat treatment on the second dielectric film in an oxygen plasma atmosphere. A fifth step of decarbonizing the surface layer of the second dielectric film, forming a second conductive film so as to cover the second dielectric film, and processing the second conductive film. A sixth step of forming the upper electrode by decapping the upper and lower surface layers of the capacitive insulating film as a laminated structure of the first and second dielectric films, respectively. It is composed of
【0013】本発明の半導体記憶装置の製造方法の一態
様例においては、前記第1の工程の後、前記第2の工程
の前に、前記下部電極を覆うように耐酸化性の保護膜を
形成する。In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, after the first step and before the second step, an oxidation-resistant protective film is formed so as to cover the lower electrode. Form.
【0014】本発明の半導体記憶装置の製造方法の一態
様例においては、前記第1の誘電体膜を前記第2の誘電
体膜に比して薄い膜厚に形成する。In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, the first dielectric film is formed to be thinner than the second dielectric film.
【0015】本発明の半導体記憶装置の製造方法の一態
様例においては、前記第1の導電膜は、タングステン、
白金、窒化チタン及びルテニウムから選ばれた1種を材
料として含む。In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, the first conductive film is made of tungsten,
The material includes one selected from platinum, titanium nitride, and ruthenium.
【0016】本発明の半導体記憶装置の製造方法の一態
様例においては、前記容量絶縁膜は、Ta2 O5 を材料
として含む。In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, the capacitance insulating film contains Ta 2 O 5 as a material.
【0017】本発明の半導体記憶装置の製造方法の一態
様例においては、前記第2の導電膜は、窒化チタン、タ
ングステン及び多結晶シリコンのうちから選ばれた1種
を材料として含む。In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, the second conductive film contains, as a material, one selected from titanium nitride, tungsten, and polycrystalline silicon.
【0018】[0018]
【作用】本発明においては、キャパシタ部分の容量絶縁
膜が、非晶質の強誘電材料を含み上下の両表層が例えば
酸素プラズマ雰囲気中での熱処理により脱炭素化されて
いる。即ちこの容量絶縁膜は、実質的には脱炭素化され
た結晶化状態の両表層と非晶質状態の内層の3層構造と
されている。この場合、内層がリーク電流の発生抑止に
寄与する非晶質状態であることに加えて、容量絶縁膜と
下部電極間及び容量絶縁膜と上部電極間にはそれぞれ脱
炭素化された結晶化状態の表層が存するため、容量絶縁
膜と両電極間ではそれぞれ炭素等の存在による悪影響に
妨げられることなくリーク電流がほぼ無視し得る程度ま
で抑止されることになる。In the present invention, the capacitor insulating film of the capacitor portion contains an amorphous ferroelectric material, and both upper and lower surface layers are decarbonized by, for example, heat treatment in an oxygen plasma atmosphere. In other words, this capacitive insulating film has a substantially three-layer structure of both the decarbonized surface layer in the crystallized state and the inner layer in the amorphous state. In this case, in addition to the amorphous state in which the inner layer contributes to the suppression of generation of a leak current, the decarbonized crystallization state is formed between the capacitor insulating film and the lower electrode and between the capacitor insulating film and the upper electrode. The leakage current is suppressed to a negligible level between the capacitor insulating film and both electrodes without being adversely affected by the presence of carbon or the like.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体記憶装
置及びその製造方法の具体的な実施形態について、図面
を参照しながら詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0020】本実施形態においては、半導体記憶装置と
してアクセストランジスタ及びメモリキャパシタを有
し、このメモリキャパシタが実質的にビット線の上層に
形成される所謂COB(Capacitor Over Bitline)構造
のDRAMを例示し、その構成を製造方法とともに説明
する。図1〜図3は、この第1の実施形態のDRAMの
製造方法を工程順に示す概略断面図である。In this embodiment, a DRAM having a so-called COB (Capacitor Over Bitline) structure in which an access transistor and a memory capacitor are provided as a semiconductor memory device, and the memory capacitor is formed substantially above a bit line. The configuration will be described together with the manufacturing method. 1 to 3 are schematic sectional views showing a method of manufacturing the DRAM of the first embodiment in the order of steps.
【0021】先ず、図1(a)に示すように、例えばp
型のシリコン半導体基板11に、素子分離構造として所
謂LOCOS法によりフィールド酸化膜13を形成して
素子活性領域を画定する。なお、このフィールド酸化膜
13の代わりに、フィールドシールド素子分離法によ
り、酸化膜内に導電膜が埋設されてなり、この導電膜に
より直下のシリコン半導体基板の部位を所定電位に固定
して素子分離を行うフィールドシールド素子分離構造
や、若しくは、基板の素子分離領域に溝を形成し、酸化
膜をその溝内に埋め込んで、上部が基板表面から突出し
たSTI(シャロウ・トレンチ・アイソレーション)構
造を形成してもよい。First, as shown in FIG.
A field oxide film 13 is formed as a device isolation structure on a silicon semiconductor substrate 11 of a die by a so-called LOCOS method to define a device active region. Instead of the field oxide film 13, a conductive film is buried in the oxide film by a field shield element isolation method, and a portion of the silicon semiconductor substrate immediately below is fixed at a predetermined potential by the conductive film to perform element isolation. Or an STI (Shallow Trench Isolation) structure in which a groove is formed in the element isolation region of the substrate and an oxide film is buried in the groove, and the upper part protrudes from the substrate surface. It may be formed.
【0022】次いで、フィールド酸化膜13により互い
に分離されて相対的に画定された素子形成領域のシリコ
ン半導体基板11の表面に熱処理を施して熱酸化膜を形
成し、続いてCVD法により不純物がドープされた多結
晶シリコン膜及びシリコン酸化膜を堆積形成する。Next, a thermal oxide film is formed by performing a heat treatment on the surface of the silicon semiconductor substrate 11 in the element forming region which is separated from each other by the field oxide film 13 and is relatively defined. A polycrystalline silicon film and a silicon oxide film are deposited and formed.
【0023】次いで、熱酸化膜、多結晶シリコン膜及び
シリコン酸化膜をフォトリソグラフィー及びそれに続く
ドライエッチングによりパターニングして、素子形成領
域に熱酸化膜、多結晶シリコン膜及びシリコン酸化膜を
電極形状に残して、ゲート酸化膜12、ゲート電極15
及びそのキャップ絶縁膜16をパターン形成する。ここ
で、フィールド酸化膜13上では、ゲート電極15及び
キャップ絶縁膜16のみが当該フィールド酸化膜13上
を跨ぐように形成される。Next, the thermal oxide film, the polycrystalline silicon film, and the silicon oxide film are patterned by photolithography and subsequent dry etching, and the thermal oxide film, the polycrystalline silicon film, and the silicon oxide film are formed into an electrode shape in the element formation region. Leave the gate oxide film 12 and the gate electrode 15
Then, the cap insulating film 16 is patterned. Here, on the field oxide film 13, only the gate electrode 15 and the cap insulating film 16 are formed so as to extend over the field oxide film 13.
【0024】次いで、パターニングに用いたフォトレジ
ストを灰化処理して除去した後、ゲート電極15上を含
む全面にCVD法によりシリコン酸化膜を堆積形成し、
このシリコン酸化膜の全面を異方性エッチングして、ゲ
ート酸化膜12、ゲート電極15及びそのキャップ絶縁
膜16の側面にのみシリコン酸化膜を残してサイドウォ
ール17を形成する。Next, after the photoresist used for patterning is removed by ashing, a silicon oxide film is deposited and formed on the entire surface including the gate electrode 15 by CVD.
The entire surface of the silicon oxide film is anisotropically etched to form a sidewall 17 while leaving the silicon oxide film only on the side surfaces of the gate oxide film 12, the gate electrode 15, and the cap insulating film 16.
【0025】次いで、キャップ絶縁膜16及びサイドウ
ォール17をマスクとして、ゲート電極15の両側のシ
リコン半導体基板11の表面領域にイオン注入により不
純物を導入し、ソース/ドレインとなる一対の不純物拡
散層10を形成して、ゲート電極15及び一対の不純物
拡散層10を有するアクセストランジスタを完成させ
る。Next, using the cap insulating film 16 and the side wall 17 as a mask, an impurity is introduced into the surface region of the silicon semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 15 by ion implantation to form a pair of impurity diffusion layers 10 serving as a source / drain. To complete the access transistor having the gate electrode 15 and the pair of impurity diffusion layers 10.
【0026】次いで、フィールド酸化膜13上を含む全
面にCVD法により多結晶シリコン膜を形成し、この多
結晶シリコン膜をフォトリソグラフィー及びそれに続く
ドライエッチングによりパターニングして、不純物拡散
層10上を含み隣接するフィールド酸化膜13間にかけ
て広がる島状に多結晶シリコン膜を残して、引き出し電
極14を形成する。この引き出し電極14は、後述する
各開孔(ビットコンタクト孔19,ストレージコンタク
ト孔23)の形成時における不純物拡散層10に対する
合わせ余裕を確保するためのパッドとして機能する。な
お、この引き出し電極14を不純物拡散層10を形成す
る前に形成し、シリコン半導体基板11に熱処理を施す
ことにより引き出し電極14中の不純物をシリコン半導
体基板11内に拡散させて、不純物拡散層10を形成す
るようにしてもよい。Next, a polycrystalline silicon film is formed on the entire surface including the field oxide film 13 by the CVD method, and the polycrystalline silicon film is patterned by photolithography and subsequent dry etching to cover the impurity diffusion layer 10. The extraction electrode 14 is formed while leaving the polycrystalline silicon film in an island shape extending between the adjacent field oxide films 13. The lead electrode 14 functions as a pad for securing a margin for matching with the impurity diffusion layer 10 when forming each of the openings (bit contact holes 19 and storage contact holes 23) described later. Note that the extraction electrode 14 is formed before the impurity diffusion layer 10 is formed, and the impurity in the extraction electrode 14 is diffused into the silicon semiconductor substrate 11 by subjecting the silicon semiconductor substrate 11 to heat treatment. May be formed.
【0027】次いで、フィールド酸化膜13上を含むシ
リコン半導体基板11の全面にCVD法によりシリコン
酸化膜を堆積形成し、リフロー処理を施して表面を平坦
化することにより層間絶縁膜18を形成する。続いて、
層間絶縁膜18をフォトリソグラフィー及びそれに続く
ドライエッチングによりパターニングして、一対の不純
物拡散層10の一方(通常、ドレインとなる)上に形成
された引き出し電極14の表面の一部を露出させるビッ
トコンタクト孔19を形成する。続いて、ビットコンタ
クト孔19の内壁を含む層間絶縁膜18上に例えばチタ
ン(Ti)やチタン(Ti)/窒化チタン(TiN)等
の導電性の保護膜31を形成する。しかる後、ビットコ
ンタクト孔19内を含む保護膜31上にCVD法により
多結晶シリコン膜を堆積形成し、この多結晶シリコン膜
をフォトリソグラフィー及びそれに続くドライエッチン
グにより帯状にパターニングして、引き出し電極14及
び保護膜31を介して下層の不純物拡散層10と接続さ
れるビット線20を形成する。ここで、ビット線20
は、信号処理速度を向上させるために多結晶シリコン膜
上にWSi層を積層したポリサイド層としてもよい。Next, a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the silicon semiconductor substrate 11 including the field oxide film 13 by a CVD method, and the surface is flattened by a reflow process to form an interlayer insulating film 18. continue,
A bit contact that exposes a part of the surface of the extraction electrode 14 formed on one of the pair of impurity diffusion layers 10 (usually serving as a drain) by patterning the interlayer insulating film 18 by photolithography and subsequent dry etching. A hole 19 is formed. Subsequently, a conductive protective film 31 such as titanium (Ti) or titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) is formed on the interlayer insulating film 18 including the inner wall of the bit contact hole 19. Thereafter, a polycrystalline silicon film is deposited and formed on the protective film 31 including the inside of the bit contact hole 19 by the CVD method, and the polycrystalline silicon film is patterned into a band shape by photolithography and subsequent dry etching to form the extraction electrode 14. Then, the bit line 20 connected to the lower impurity diffusion layer 10 via the protective film 31 is formed. Here, the bit line 20
May be a polycide layer in which a WSi layer is stacked on a polycrystalline silicon film in order to improve the signal processing speed.
【0028】次に、ビット線20を覆うようにシリコン
酸化膜をCVD法により堆積形成し、層間絶縁膜22を
形成し、層間絶縁膜22,18をフォトリソグラフィー
及びそれに続くドライエッチングによりパターニングし
て、一対の不純物拡散層10の他方(通常、ソースとな
る)上に形成された引き出し電極14の表面の一部を露
出させるストレージコンタクト孔23(図中、破線で示
す。)を形成する。Next, a silicon oxide film is deposited by CVD to cover the bit line 20, an interlayer insulating film 22 is formed, and the interlayer insulating films 22, 18 are patterned by photolithography and subsequent dry etching. Then, a storage contact hole 23 (indicated by a broken line in the drawing) is formed to expose a part of the surface of the extraction electrode 14 formed on the other (usually a source) of the pair of impurity diffusion layers 10.
【0029】次に、図1(b)に示すように、ストレー
ジコンタクト孔23内を含む層間絶縁膜22の全面にC
VD法により不純物を添加した多結晶シリコン膜32を
膜厚5000Å程度に堆積形成した後、図1(c)に示
すように、この多結晶シリコン膜をフォトリソグラフィ
ー及びそれに続くドライエッチングにより島状にパター
ニングして、ストレージノード電極24を形成する。な
お、多結晶シリコン膜32の代わりにタングステン膜、
白金膜、窒化チタン膜及びルテニウム膜等を形成してス
トレージノード電極をパターン形成してもよい。Next, as shown in FIG. 1B, the entire surface of the interlayer insulating film 22 including the inside of the storage contact hole 23 is C
After a polycrystalline silicon film 32 doped with impurities is deposited to a thickness of about 5000 ° by the VD method, as shown in FIG. 1C, the polycrystalline silicon film is formed into an island shape by photolithography and subsequent dry etching. By patterning, a storage node electrode 24 is formed. Note that, instead of the polycrystalline silicon film 32, a tungsten film,
The storage node electrode may be patterned by forming a platinum film, a titanium nitride film, a ruthenium film, or the like.
【0030】次に、図2(a)に示すように、ストレー
ジノード電極24を覆うように耐酸化性の保護膜、ここ
ではシリコン窒化膜25をCVD法により膜厚20Å程
度に堆積形成する。続いて、シリコン窒化膜25を覆う
ように、CVD法により原料ガスをTa(OC2 H5 )
5 として450℃程度の温度で第1の誘電体膜、ここで
は非晶質のTa2 O5 膜26を膜厚50Å程度に堆積形
成する。Next, as shown in FIG. 2A, an oxidation-resistant protective film, here a silicon nitride film 25, is deposited to a thickness of about 20 ° by a CVD method so as to cover the storage node electrode 24. Subsequently, the source gas is made of Ta (OC 2 H 5 ) by CVD so as to cover the silicon nitride film 25.
A first dielectric film, here, an amorphous Ta 2 O 5 film 26 is deposited to a film thickness of about 50 ° at a temperature of about 450 ° C. as 5 .
【0031】次に、図2(b)に示すように、Ta2 O
5 膜26に酸素プラズマ中でアニール処理を施す。具体
的には、所定のアッシング装置を用い、圧力が1.0T
orr程度、酸素流量が200sccm程度、RF出力
が800W程度、温度が500℃程度の雰囲気で15分
間程度の処理を行う。このアニール処理により、Ta2
O5 膜26内から炭素が除去されて結晶化し、化学量論
組成のTa2 O5 膜27が形成される。ここで、Ta2
O5 膜26を比較的薄い膜厚に形成したため、Ta2 O
5 膜27はTa2 O5 膜26のほぼ全体が結晶化したも
のとなる。またこのとき、ストレージノード電極24を
覆うシリコン窒化膜25の存在により、ストレージノー
ド電極24の酸化が防止される。Next, as shown in FIG. 2 (b), Ta 2 O
5. Anneal the film 26 in oxygen plasma. Specifically, the pressure is set to 1.0 T using a predetermined ashing device.
Processing is performed for about 15 minutes in an atmosphere of about orr, an oxygen flow rate of about 200 sccm, an RF output of about 800 W, and a temperature of about 500 ° C. By this annealing treatment, Ta 2
The carbon is removed from the O 5 film 26 and crystallized to form a Ta 2 O 5 film 27 having a stoichiometric composition. Here, Ta 2
Since the O 5 film 26 is formed to have a relatively small thickness, Ta 2 O
The 5 film 27 is obtained by crystallizing almost the entire Ta 2 O 5 film 26. At this time, the oxidation of the storage node electrode 24 is prevented by the presence of the silicon nitride film 25 covering the storage node electrode 24.
【0032】次に、図2(c)に示すように、Ta2 O
5 膜27を覆うように、CVD法により原料ガスをTa
(OC2 H5 )5 として450℃程度の温度で第2の誘
電体膜、ここでは非晶質のTa2 O5 膜28を膜厚15
0Å程度に堆積形成する。[0032] Next, as shown in FIG. 2 (c), Ta 2 O
5 The source gas is made of Ta by CVD so as to cover the film 27.
At a temperature of about 450 ° C. as (OC 2 H 5 ) 5 , a second dielectric film, here, an amorphous Ta 2 O 5 film 28 is
Deposition is formed at about 0 °.
【0033】次に、図3(a)に示すように、Ta2 O
5 膜28に酸素プラズマ中でアニール処理を施す。具体
的には、所定のアッシング装置を用い、圧力が1.0T
orr程度、酸素流量が200sccm程度、RF出力
が800W程度、温度が500℃程度の雰囲気で15分
間程度の処理を行う。このアニール処理により、Ta2
O5 膜26の表層から炭素が除去されて結晶化し、化学
量論組成のTa2 O5膜29が形成される。ここで、T
a2 O5 膜28をTa2 O5 膜26に比べ厚い膜厚(3
倍程度)に形成し、両者をほぼ同一の条件下でアニール
処理したため、Ta2 O5 膜29はTa2 O5 膜27の
場合とは異なりTa2 O5 膜28の表層のみが結晶化し
たものとなる。このときも同様に、ストレージノード電
極24を覆うシリコン窒化膜25の存在により、ストレ
ージノード電極24の酸化が防止される。ここで、Ta
2 O5 膜27,28,29により、容量絶縁膜33が構
成されることになる。Next, as shown in FIG. 3 (a), Ta 2 O
5 Anneal the film 28 in oxygen plasma. Specifically, the pressure is set to 1.0 T using a predetermined ashing device.
Processing is performed for about 15 minutes in an atmosphere of about orr, an oxygen flow rate of about 200 sccm, an RF output of about 800 W, and a temperature of about 500 ° C. By this annealing treatment, Ta 2
Carbon is removed from the surface layer of the O 5 film 26 and crystallized, and a Ta 2 O 5 film 29 having a stoichiometric composition is formed. Where T
The a 2 O 5 film 28 is thicker than the Ta 2 O 5 film 26 (3
), And both were annealed under substantially the same conditions. Therefore, unlike the case of the Ta 2 O 5 film 27, only the surface layer of the Ta 2 O 5 film 28 was crystallized in the Ta 2 O 5 film 29. It will be. At this time, similarly, the presence of the silicon nitride film 25 covering the storage node electrode 24 prevents the storage node electrode 24 from being oxidized. Where Ta
The 2 O 5 films 27, 28 and 29 constitute the capacitance insulating film 33.
【0034】次に、図3(b)に示すように、ストレー
ジノード電極24を容量絶縁膜33を介して覆うよう
に、CVD法により窒化チタン(TiN)膜を堆積形成
し、所定のパターニングを施してセルプレート電極34
を形成する。なお、セルプレート電極の材料としては、
TiNの代わりにタングステンや多結晶シリコンを用い
てもよい。ここで、ストレージノード電極24、及びセ
ルプレート電極34を備えてなり、ストレージノード電
極24とセルプレート電極34とが誘電体膜である容量
絶縁膜33を介して対向し容量結合するメモリキャパシ
タが完成する。Next, as shown in FIG. 3B, a titanium nitride (TiN) film is deposited and formed by a CVD method so as to cover the storage node electrode 24 with the capacitance insulating film 33 interposed therebetween, and is subjected to predetermined patterning. Cell plate electrode 34
To form In addition, as a material of the cell plate electrode,
Tungsten or polycrystalline silicon may be used instead of TiN. Here, a memory capacitor including the storage node electrode 24 and the cell plate electrode 34 is completed, in which the storage node electrode 24 and the cell plate electrode 34 are opposed to each other via a capacitance insulating film 33 as a dielectric film and capacitively coupled. I do.
【0035】しかる後、図示は省略したが、更なる層間
絶縁膜の形成、接続孔の形成やそれに続く配線層の形
成、メモリセル部の周辺回路部の形成(この周辺回路部
はメモリセル部とともに順次形成される場合が多い。)
等の諸工程を経て、DRAMを完成させる。Thereafter, although not shown, further formation of an interlayer insulating film, formation of a connection hole and subsequent formation of a wiring layer, formation of a peripheral circuit portion of a memory cell portion (this peripheral circuit portion is a memory cell portion Are often formed sequentially.)
Through various steps such as the above, the DRAM is completed.
【0036】上述のように、本実施形態においては、メ
モリキャパシタの容量絶縁膜25が、非晶質の強誘電材
料であるTa2 O5 からなる上下の両表層が酸素プラズ
マ雰囲気中での熱処理により脱炭素化され、Ta2 O5
膜27,29が形成される。即ちこの容量絶縁膜33
は、実質的には脱炭素化された結晶化状態の両表層であ
るTa2 O5 膜27,29と非晶質状態の内層であるT
a2 O5 膜28の3層構造とされている。この場合、内
層がリーク電流の発生抑止に寄与する非晶質状態である
ことに加えて、容量絶縁膜33とストレージノード電極
24間及び容量絶縁膜33とセルプレート電極34間に
はそれぞれ脱炭素化された結晶化状態の表層が存するた
め、容量絶縁膜33と両電極24,34間ではそれぞれ
炭素等の存在による悪影響に妨げられることなくリーク
電流がほぼ無視し得る程度まで抑止されることになる。As described above, in the present embodiment, the upper and lower surface layers of Ta 2 O 5 , which is an amorphous ferroelectric material, are heat-treated in an oxygen plasma atmosphere. Decarbonized by Ta 2 O 5
Films 27 and 29 are formed. That is, the capacitance insulating film 33
Are the Ta 2 O 5 films 27 and 29, which are both surface layers in the decarbonized crystallized state, and the T, the inner layer in the amorphous state.
The a 2 O 5 film 28 has a three-layer structure. In this case, in addition to the fact that the inner layer is in an amorphous state contributing to the suppression of generation of leakage current, decarbonization occurs between the capacitor insulating film 33 and the storage node electrode 24 and between the capacitor insulating film 33 and the cell plate electrode 34. Since the crystallized surface layer exists, the leakage current between the capacitance insulating film 33 and the electrodes 24 and 34 is suppressed to a negligible level without being hindered by the adverse effects of the presence of carbon or the like. Become.
【0037】従って、本実施形態によれば、容量絶縁膜
33に強誘電材料であるTa2 O5を用いた場合に、容
量絶縁膜33とストレージノード電極24との間のリー
ク電流発生の改善のみならず、容量絶縁膜33とセルプ
レート電極34との間のリーク電流発生の改善をも図
り、DRAMの更なる微細化が進行してもリーク電流に
代表される特性劣化を抑止しつつ大きな記憶容量を得る
ことが可能となる。Therefore, according to the present embodiment, when Ta 2 O 5 which is a ferroelectric material is used for the capacitor insulating film 33, the generation of the leak current between the capacitor insulating film 33 and the storage node electrode 24 is improved. Not only that, the generation of a leak current between the capacitor insulating film 33 and the cell plate electrode 34 is also improved, and even if the further miniaturization of the DRAM advances, the characteristic deterioration typified by the leak current is suppressed while the DRAM is greatly reduced. It is possible to obtain a storage capacity.
【0038】なお、この実施形態では半導体記憶装置と
してDRAMを例示したが、本発明はこれに限定される
ことなく、例えばEPROMやEEPROM等はもちろ
ん、他のあらゆる半導体記憶装置に適用可能である。In this embodiment, a DRAM is shown as an example of a semiconductor memory device. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention is applicable not only to EPROM and EEPROM but also to any other semiconductor memory device.
【0039】[0039]
【発明の効果】本発明によれば、容量絶縁膜に強誘電材
料を用いた場合に、容量絶縁膜と上部電極との間のリー
ク電流発生の改善のみならず、容量絶縁膜と下部電極と
の間のリーク電流発生の改善をも図り、半導体素子の更
なる微細化が進行してもリーク電流に代表される特性劣
化を抑止しつつ大きな記憶容量を得ることが可能とな
る。According to the present invention, when a ferroelectric material is used for a capacitor insulating film, not only the leakage current between the capacitor insulating film and the upper electrode can be improved, but also the capacitor insulating film and the lower electrode can be used. In addition, it is possible to obtain a large storage capacity while suppressing the characteristic deterioration represented by the leak current even if the further miniaturization of the semiconductor element progresses.
【図1】本発明の実施形態におけるDRAMの製造方法
を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view illustrating a method for manufacturing a DRAM according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に引き続き、本発明の実施形態におけるD
RAMの製造方法を示す概略断面図である。FIG. 2 is a continuation of FIG. 1 showing D in an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a schematic sectional view illustrating a method for manufacturing a RAM.
【図3】図2に引き続き、本発明の実施形態におけるD
RAMの製造方法を示す概略断面図である。FIG. 3 is a continuation of FIG. 2 showing D in the embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a schematic sectional view illustrating a method for manufacturing a RAM.
11 シリコン半導体基板 12 ゲート酸化膜 13 フィールド酸化膜 14 引き出し電極 15 ゲート電極 16 キャップ絶縁膜 17 サイドウォール 18,22 層間絶縁膜 19 ビットコンタクト孔 20 ビット線 23 ストレージコンタクト孔 24 ストレージノード電極 25 シリコン窒化膜 26,28 非晶質のTa2 O5 膜 27,29 結晶状態のTa2 O5 膜 31 導電性の下地膜 32 多結晶シリコン膜 33 容量絶縁膜 34 セルプレート電極DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Silicon semiconductor substrate 12 Gate oxide film 13 Field oxide film 14 Leader electrode 15 Gate electrode 16 Cap insulating film 17 Side wall 18, 22 Interlayer insulating film 19 Bit contact hole 20 Bit line 23 Storage contact hole 24 Storage node electrode 25 Silicon nitride film 26, 28 amorphous the Ta 2 O 5 film 27, 29 the Ta 2 O 5 film 31 conductive underlying film 32 of polycrystalline silicon film 33 capacitive insulating film 34 cell plate electrode of the crystalline state
Claims (11)
して対向して容量結合するキャパシタ部分を備えた半導
体記憶装置であって、 前記容量絶縁膜は、非晶質の強誘電材料を含み、上下の
両表層がそれぞれ脱炭素化されていることを特徴とする
半導体記憶装置。1. A semiconductor memory device comprising: a capacitor portion in which a lower electrode and an upper electrode are capacitively coupled to each other via a capacitive insulating film, wherein the capacitive insulating film is made of an amorphous ferroelectric material. A semiconductor memory device, wherein both upper and lower surface layers are decarbonized.
酸化性の保護膜が形成されていることを特徴とする請求
項1に記載の半導体記憶装置。2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein an oxidation-resistant protective film is formed between said lower electrode and said dielectric film.
窒化チタン及びルテニウムから選ばれた1種を材料とし
て含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体
記憶装置。3. The method according to claim 1, wherein the lower electrode comprises tungsten, platinum,
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the semiconductor memory device includes one selected from titanium nitride and ruthenium as a material.
して含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項
に記載の半導体記憶装置。4. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein said capacitor insulating film contains Ta 2 O 5 as a material.
テン及び多結晶シリコンのうちから選ばれた1種を材料
として含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1
項に記載の半導体記憶装置。5. The method according to claim 1, wherein the upper electrode includes one material selected from titanium nitride, tungsten, and polycrystalline silicon as a material.
13. The semiconductor memory device according to item 9.
して対向して容量結合するキャパシタ部分を備えた半導
体記憶装置の製造方法であって、 半導体基板の上層に少なくとも層間絶縁膜を介して第1
の導電膜を堆積し、前記第1の導電膜を島状に加工して
前記下部電極を形成する第1の工程と、 前記下部電極を覆うように、非晶質の強誘電材料を含む
第1の誘電体膜を堆積する第2の工程と、 酸素プラズマ雰囲気中で前記第1の誘電体膜に熱処理を
施し、当該第1の誘電体膜を脱炭素化する第3の工程
と、 前記第1の誘電体膜を覆うように、非晶質の強誘電材料
を含む第2の誘電体膜を堆積する第4の工程と、 酸素プラズマ雰囲気中で前記第2の誘電体膜に熱処理を
施し、当該第2の誘電体膜の表層を脱炭素化する第5の
工程と、 前記第2の誘電体膜を覆うように第2の導電膜を堆積
し、前記第2の導電膜を加工して前記上部電極を形成す
る第6の工程とを有し、 前記容量絶縁膜を、前記第1及び第2の誘電体膜の積層
構造体として、上下の両表層がそれぞれ脱炭素化された
かたちに構成することを特徴とする半導体記憶装置の製
造方法。6. A method of manufacturing a semiconductor memory device comprising a capacitor portion in which a lower electrode and an upper electrode are capacitively coupled to each other via a capacitive insulating film, wherein at least an interlayer insulating film is formed on an upper layer of the semiconductor substrate. First
A first step of forming the lower electrode by depositing a conductive film and forming the lower electrode by processing the first conductive film into an island shape; and forming a lower electrode including an amorphous ferroelectric material so as to cover the lower electrode. A second step of depositing the first dielectric film; a third step of performing a heat treatment on the first dielectric film in an oxygen plasma atmosphere to decarbonize the first dielectric film; A fourth step of depositing a second dielectric film containing an amorphous ferroelectric material so as to cover the first dielectric film, and performing a heat treatment on the second dielectric film in an oxygen plasma atmosphere. Performing a fifth step of decarbonizing the surface layer of the second dielectric film, depositing a second conductive film so as to cover the second dielectric film, and processing the second conductive film. And forming a sixth step of forming the upper electrode, wherein the capacitive insulating film is a laminated structure of the first and second dielectric films. Method of manufacturing a semiconductor memory device characterized by configuring the shape of both surface layers of the lower is decarbonisation respectively.
前に、前記下部電極を覆うように耐酸化性の保護膜を形
成することを特徴とする請求項6に記載の半導体記憶装
置の製造方法。7. The semiconductor according to claim 6, wherein an oxidation-resistant protective film is formed so as to cover the lower electrode after the first step and before the second step. A method for manufacturing a storage device.
膜に比して薄い膜厚に形成することを特徴とする請求項
6又は7に記載の半導体記憶装置の製造方法。8. The method according to claim 6, wherein the first dielectric film is formed to be thinner than the second dielectric film.
金、窒化チタン及びルテニウムから選ばれた1種を材料
として含むことを特徴とする請求項6〜8に記載の半導
体記憶装置の製造方法。9. The method according to claim 6, wherein the first conductive film contains, as a material, one selected from tungsten, platinum, titanium nitride, and ruthenium. .
として含むことを特徴とする請求項6〜9のいずれか1
項に記載の半導体記憶装置の製造方法。10. The capacitor insulating film according to claim 6, wherein the capacitor insulating film contains Ta 2 O 5 as a material.
13. The method for manufacturing a semiconductor memory device according to item 13.
ングステン及び多結晶シリコンのうちから選ばれた1種
を材料として含むことを特徴とする請求項6〜10のい
ずれか1項に記載の半導体記憶装置の製造方法。11. The semiconductor device according to claim 6, wherein the second conductive film contains, as a material, one selected from titanium nitride, tungsten, and polycrystalline silicon. Manufacturing method of a semiconductor memory device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10108665A JPH11289068A (en) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | Semiconductor storage device and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10108665A JPH11289068A (en) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | Semiconductor storage device and manufacture thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11289068A true JPH11289068A (en) | 1999-10-19 |
Family
ID=14490583
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10108665A Withdrawn JPH11289068A (en) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | Semiconductor storage device and manufacture thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11289068A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001144032A (en) * | 1999-11-17 | 2001-05-25 | Tokyo Electron Ltd | TiSiN MEMBRANE, FILM FORMING METHOD THEREFOR, SEMICONDUCTOR DEVICE, PRODUCING METHOD THEREFOR AND FILM FORMING DEVICE FOR TiSiN MEMBRANE |
-
1998
- 1998-04-03 JP JP10108665A patent/JPH11289068A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001144032A (en) * | 1999-11-17 | 2001-05-25 | Tokyo Electron Ltd | TiSiN MEMBRANE, FILM FORMING METHOD THEREFOR, SEMICONDUCTOR DEVICE, PRODUCING METHOD THEREFOR AND FILM FORMING DEVICE FOR TiSiN MEMBRANE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5843818A (en) | Methods of fabricating ferroelectric capacitors | |
US5702970A (en) | Method for fabricating a capacitor of a semiconductor device | |
US8580666B2 (en) | Methods of forming conductive contacts | |
JPH10321814A (en) | Planarization technique for dram cell capacitor electrode | |
US20060275991A1 (en) | Method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device | |
JP4070919B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2001217403A (en) | Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method therefor | |
US6479364B2 (en) | Method for forming a capacitor for semiconductor devices with diffusion barrier layer on both sides of dielectric layer | |
US6285038B1 (en) | Integrated circuitry and DRAM integrated circuitry | |
US5989953A (en) | Method for manufacturing DRAM capacitor | |
US20050145917A1 (en) | Semiconductor memory device and method of producing the same | |
JP2002124649A (en) | Semiconductor integrated circuit device and the manufacturing method therefor | |
JP2000091538A (en) | Manufacture of dram capacitor | |
JPH1022467A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
JPH08321591A (en) | Semiconductor device and fabrication thereof | |
JP2003179224A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JPH11233737A (en) | Semiconductor device and its manufacture | |
JPH11289068A (en) | Semiconductor storage device and manufacture thereof | |
JPH11330067A (en) | Semiconductor device and its manufacture | |
JP2000196017A (en) | Semiconductor device and manufacture of the same | |
JPH0454390B2 (en) | ||
JPH0278270A (en) | Semiconductor memory device and manufacture thereof | |
US5888895A (en) | Method for making titanium poly-silicide CMOS circuit contacts | |
JP3317736B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JPH11354752A (en) | Fabrication of semiconductor memory |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050607 |