KR100732026B1 - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
커패시터 유전체막의 원료막으로서 PLZT 막(30)을 형성한 후, PLZT 막(30) 위에 상부 전극막(31)을 형성한다. 상부 전극막(31)은 서로 조성이 다른 2층의 IrOx 막으로 구성한다. 이어서, 반도체 기판(11)의 배면의 세정을 행한다. 그리고, 상부 전극막(31) 위에 Ir 밀착막(32)을 형성한다. 이 때 기판 온도를 400℃ 이상으로 한다. 다음에, 하드 마스크로서 TiN 막 및 TEOS 막을 차례로 형성한다. 이러한 방법에서는, Ir 밀착막(32)을 형성할 때 반도체 기판(11)의 온도를 400℃ 이상으로 유지하고 있는 동안에, 배면의 세정 후에 상부 전극막(31) 위에 잔류하고 있었던 탄소가 챔버 내로 방출된다. 이 때문에, 그 후, 형성되는 TiN 막과 Ir 밀착막(32) 사이의 밀착성이 높아져서, TiN 막의 벗겨짐이 발생하기 어려워진다. After the PLZT film 30 is formed as a raw material film of the capacitor dielectric film, the upper electrode film 31 is formed on the PLZT film 30. The upper electrode film 31 is composed of two layers of IrO x films having different compositions. Next, the back surface of the semiconductor substrate 11 is washed. Then, the Ir adhesion film 32 is formed on the upper electrode film 31. At this time, the substrate temperature is 400 ° C or higher. Next, a TiN film and a TEOS film are sequentially formed as a hard mask. In this method, while the temperature of the semiconductor substrate 11 is maintained at 400 ° C or higher when the Ir adhesion film 32 is formed, carbon remaining on the upper electrode film 31 after cleaning the back surface is released into the chamber. do. For this reason, the adhesiveness between the TiN film | membrane formed and the Ir adhesion film 32 becomes high after that, and peeling of a TiN film becomes difficult to occur.
강유전체막, 상부 전극막, 귀금속 원소, 마스크 밀착막, 하드 마스크, 에칭,반도체 장치, 제조 방법 Ferroelectric film, upper electrode film, precious metal element, mask adhesion film, hard mask, etching, semiconductor device, manufacturing method
Description
본 발명은 일괄 에칭을 이용한 강유전체 커패시터의 제조에 적합한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device suitable for the manufacture of ferroelectric capacitors using batch etching.
강유전체 메모리(FeRAM)는 강유전체의 히스테리시스 특성을 이용하여 정보를 기억한다. 강유전체 메모리에는, 1쌍의 전극 사이의 커패시터 유전체막으로서 강유전체막을 갖는 강유전체 커패시터가 메모리 셀마다 마련되어 있다. 강유전체에서는 전극 사이의 인가 전압에 따라 분극이 발생하고, 인가 전압이 제거되어도 자발 분극이 남는다. 또한, 인가 전압의 극성이 반전되면, 자발 분극의 극성도 반전한다. 따라서, 자발 분극을 검출하면 정보를 판독할 수 있다. A ferroelectric memory (FeRAM) stores information using the hysteresis characteristics of the ferroelectric. In a ferroelectric memory, a ferroelectric capacitor having a ferroelectric film as a capacitor dielectric film between a pair of electrodes is provided for each memory cell. In the ferroelectric, polarization occurs in accordance with the applied voltage between the electrodes, and spontaneous polarization remains even when the applied voltage is removed. In addition, when the polarity of the applied voltage is reversed, the polarity of the spontaneous polarization is also reversed. Therefore, when the spontaneous polarization is detected, the information can be read.
강유전체 메모리에 있어서도 다른 반도체 디바이스와 마찬가지로, 셀 면적의 저감이 필요하게 되었다. 강유전체 메모리의 구조는 주로 플라나(planar) 구조와 스택(stack) 구조로 분류되며, 스택 구조 쪽이 플라나 구조보다도 셀 면적이 작아진다. 스택 구조란, 셀마다 마련된 전계 효과 트랜지스터의 드레인 위에 형성된 플러그의 바로 위에 커패시터가 형성된 구조이다. 즉 W 플러그의 바로 위에 배리어 메탈막, 하부 전극, 강유전체막 및 상부 전극이 차례로 퇴적되어 있다. In the ferroelectric memory, as with other semiconductor devices, it is necessary to reduce the cell area. The structure of the ferroelectric memory is mainly classified into a planar structure and a stack structure, and the stack structure has a smaller cell area than the planar structure. The stack structure is a structure in which a capacitor is formed directly on the plug formed on the drain of the field effect transistor provided for each cell. That is, a barrier metal film, a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode are sequentially deposited directly on the W plug.
배리어 메탈막은 상층으로부터 W 플러그로의 산소의 확산을 억제하는 역할을 담당하고 있다. 배리어 메탈막의 재료로서는, TiN, Ir, IrO2, Pt 및 SRO(SrRuO3)의 조합이 사용되고 있다. 단, 배리어 메탈막의 재료로는 그대로 하부 전극으로서도 기능할 수 있는 것이 많이 사용되므로, 배리어 메탈막과 하부 전극을 명확하게 구별할 수는 없다. 배리어 메탈막과 하부 전극막을 합한 구조로서는, Ir 막, IrO2 막, Pt 막, PtO 막 및 Pt 막이 차례로 적층된 것이 있다. The barrier metal film plays a role of suppressing diffusion of oxygen from the upper layer into the W plug. As a material of the barrier metal film, a combination of TiN, Ir, IrO 2 , Pt, and SRO (SrRuO 3 ) is used. However, the barrier metal film and the lower electrode cannot be clearly distinguished because many materials that can function as the lower electrode are used as it is. As a structure in which the barrier metal film and the lower electrode film are combined, an Ir film, an IrO 2 film, a Pt film, a PtO film, and a Pt film are stacked in this order.
디바이스의 미세화의 요구에 부응하기 위해서는, 커패시터를 구성하는 각 막의 측면에 경사를 갖지 않고, 수직에 가까운 형상으로 에칭하는 것이 바람직하다. 이러한 에칭의 방법으로서는, 각 막을 일괄하여 에칭하는 방법, 상부 전극막 및 강유전체막을 일괄하여 에칭하는 방법이 있다. In order to meet the demand for miniaturization of the device, it is preferable to etch in a shape close to the vertical without having an inclination on the side surface of each film constituting the capacitor. As such a method of etching, there is a method of collectively etching each film, and a method of collectively etching the upper electrode film and the ferroelectric film.
일괄 에칭을 이용하여 스택 구조의 강유전체 커패시터를 형성하기 위해서는, 하드 마스크를 사용한 에칭이 필요하다. 이는 유기계의 레지스트 마스크와 강유전체막의 선택성이 낮기 때문이다. In order to form a ferroelectric capacitor having a stack structure by using batch etching, etching using a hard mask is required. This is because the selectivity of the organic resist mask and the ferroelectric film is low.
일괄 에칭에서 사용하는 하드 마스크의 재료로서는, SiO2, SiN 및 TiN 등이 널리 사용되고 있다. 이들 중에서도, TiN은 할로겐에 산소가 첨가된 가스를 사용한 에칭에 있어서 거의 에칭되지 않기 때문에, 강유전체 커패시터를 형성할 때의 에칭용 마스크 재료로서 적합하다. As the material of the hard mask used in the bulk etch, such as SiO 2, SiN, and TiN are widely used. Among them, TiN is hardly etched in etching using a gas in which oxygen is added to halogen, and therefore, TiN is suitable as a mask material for etching when forming a ferroelectric capacitor.
그러나, 할로겐에 산소가 첨가된 가스를 사용한 에칭에서는, 강유전체막의 에칭시에 현저히 에칭 레이트가 저하해버린다. 이 때문에, 강유전체막의 에칭시에 상기와 같은 가스를 사용하는 것은 처리량(throughput) 면에서 바람직하지 못하다.However, in the etching using the gas in which oxygen is added to the halogen, the etching rate significantly decreases at the time of etching the ferroelectric film. For this reason, it is not preferable to use such a gas at the time of etching a ferroelectric film in terms of throughput.
이에 대하여, TiN 막 위에 SiO2 막이 형성된 적층 구조의 하드 마스크를 형성하여 강유전체막을 에칭하기까지의 마스크로서 SiO2 막을 사용하고, 하부 전극막의 에칭에서는 TiN 막을 마스크로서 사용하면, 처리량이 양호해진다. In contrast, when the SiO 2 film is used as a mask for forming a hard mask having a laminated structure in which a SiO 2 film is formed on the TiN film and the ferroelectric film is etched, and the TiN film is used as a mask in etching the lower electrode film, the throughput becomes good.
또, 강유전체 커패시터를 구성하는 각 막을 퇴적한 후에는, 컨택트홀 등을 형성할 때 사용한 유기계 레지스트의 잔류물을 제거하기 위해, 웨이퍼의 배면(이면)을 세정할 필요가 있다. In addition, after depositing each film constituting the ferroelectric capacitor, it is necessary to clean the back surface (backside) of the wafer in order to remove residues of the organic resist used when forming contact holes and the like.
그러나, 상술한 바와 같은 적층 구조의 하드 마스크를 사용한 일괄 에칭을 행할 경우, 처리량은 양호해지지만, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate: 테트라에틸오르쏘실리케이트)를 형성할 때에, 웨이퍼의 전체 면에 걸쳐 상부 전극막과 하드 마스크의 사이에서 벗겨짐이 발생하거나, 웨이퍼의 가장자리에 있어서 하부 전극막 및 배리어 메탈막 내에서 벗겨짐이 발생하거나 하는 경우가 있다. However, when batch etching using the above-described hard mask of the laminated structure is performed, the throughput becomes good, but when forming TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate), the upper part is covered over the entire surface of the wafer. Peeling may occur between the electrode film and the hard mask, or peeling may occur in the lower electrode film and the barrier metal film at the edge of the wafer.
또한, 일괄 에칭할 때나 하드 마스크를 제거할 때, 커패시터의 소실이 발생하는 경우도 있다. 즉 커패시터를 구성하는 상부 전극, 커패시터 유전체막 등이 박리하여 완전히 없어져버리는 경우가 있다. In addition, the loss of a capacitor may occur at the time of collective etching or when removing a hard mask. That is, the upper electrode, the capacitor dielectric film, etc. constituting the capacitor may peel off and disappear completely.
한편, 일본 특개2001-135798호 공보에는, 금속 배선을 형성한 후의 열처리에 의해 강유전체 커패시터의 특성이 열화하는 것을 억제하기 위해, 상부 전극과 접하는 배선층으로 금속 실리사이드층을 사용한 구조가 개시되어 있다. 이 구조에서는, 상부 전극으로서 IrOx 막 및 Ir 막의 적층체가 사용되고 있다. 또한, 커패시터 소자의 제조에 있어서는, 상부 전극막에 대하여 리소그래피법(레지스트 마스크) 및 드라이 에칭법을 이용하여 패터닝을 행하고, 그 후에 강유전체막 및 하부 전극막에 대하여 리소그래피법 및 드라이 에칭법을 이용하여 패터닝을 행하고 있다. On the other hand, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001-135798 discloses a structure in which a metal silicide layer is used as the wiring layer in contact with the upper electrode in order to suppress the deterioration of the characteristics of the ferroelectric capacitor by the heat treatment after the metal wiring is formed. In this structure, a laminate of IrO x films and Ir films is used as the upper electrode. In the manufacture of the capacitor element, the upper electrode film is patterned using a lithography method (resist mask) and a dry etching method, and then the lithography method and a dry etching method are applied to the ferroelectric film and the lower electrode film. Patterning is performed.
그러나, 이 종래의 제조 방법에서는, 상부 전극막, 강유전체막 및 하부 전극막의 일괄 에칭을 행하지 않고, 일괄 에칭을 행하려면 하드 마스크가 필요하게 된다. 이 때문에, 상술한 바와 같은 벗겨짐의 문제를 해결할 수는 없다. However, in this conventional manufacturing method, a hard mask is required to perform batch etching without performing batch etching of the upper electrode film, the ferroelectric film and the lower electrode film. For this reason, the problem of peeling as mentioned above cannot be solved.
[특허문헌 1] 일본 특개2001-135798호 공보 [Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-135798
발명의 개시Disclosure of the Invention
본 발명의 목적은, 막의 박리를 억제할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공함에 있다. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can suppress peeling of a film.
본원 발명자가 종래의 제조 방법에서 벗겨짐이 발생하는 원인을 조사한 바, 웨이퍼의 배면(이면)을 세정한 후에도, 상부 전극막 위에 탄소가 잔류하고 있어, 이 탄소가 원인으로 되어서, 웨이퍼의 중앙부에 있어서 상부 전극막과 하드 마스크의 사이에서 벗겨짐이 발생함을 알아냈다. 또한, 본원 발명자는, 웨이퍼의 가장자리에서는 PtOx 막과 IrOx 막이 직접 접하는 부분이 존재하고, 제조 도중에 이 부분에 비교적 큰 응력이 작용하면, 이 부분으로부터 벗겨짐이 발생함도 알아냈다. When the inventor of the present invention investigated the cause of peeling in the conventional manufacturing method, even after cleaning the back (backside) of the wafer, carbon remained on the upper electrode film, which caused this carbon, It was found that peeling occurred between the upper electrode film and the hard mask. The inventors also found that a portion where the PtO x film and the IrO x film directly contact each other exists at the edge of the wafer, and when a relatively large stress acts on this part during manufacturing, peeling from this part occurs.
예를 들면, 본원 발명자는, 배면 세정을 행한 2종류의 웨이퍼에 대하여 TDS(승온 이탈 가스 분광법: Thermal Desertion Spectroscopy)에 의한 분석을 행했다. 이 때, 한쪽 웨이퍼에 대해서는, 배면 세정 후에 200℃의 산소 분위기 중에서 30초 간의 애싱(ashing) 처리를 하고 나서 분석을 행하고, 다른쪽 웨이퍼에 대해서는 상기의 애싱 처리를 하지 않고 분석을 행했다. 분석의 결과를 도 1A 및 도 1B에 나타낸다. 도 1A는 분자량이 28인 물질(CO 및 C2H4 등)에 대한 분석 결과를 나타내는 그래프이며, 도 1B는 분자량이 44인 물질(CO2 등)에 대한 분석 결과를 나타내는 그래프이다. 도 1A 및 도 1B 중의 ◆은 애싱 처리를 행한 웨이퍼에 대한 결과를 나타내고, ■은 애싱 처리를 행하지 않은 웨이퍼에 대한 결과를 나타낸다. For example, the inventors analyzed TDS (Temperature Release Gas Spectroscopy: Thermal Desertion Spectroscopy) on two kinds of wafers subjected to back cleaning. At this time, one wafer was analyzed after the ashing treatment for 30 seconds in an oxygen atmosphere of 200 ° C. after the back cleaning, and the other wafer was analyzed without the above ashing treatment. The results of the analysis are shown in Figures 1A and 1B. 1A is a graph showing an analysis result for a substance having a molecular weight of 28 (such as CO and C 2 H 4 ), and FIG. 1B is a graph showing an analysis result for a substance having a molecular weight of 44 (such as CO 2 ). In FIG. 1A and FIG. 1B, ◆ shows the result with respect to the wafer which carried out the ashing process, and ■ shows the result with respect to the wafer which did not perform the ashing process.
애싱 처리를 행하지 않은 웨이퍼에서는, 도 1A 및 도 1B에 나타내는 바와 같이, 350℃ 부근에 탄소를 함유하는 가스의 탈출 피크가 명확하게 나타났다. 이에 대하여, 애싱 처리를 행한 웨이퍼에서는, 도 1A 및 도 1B에 나타내는 바와 같이, 탄소를 함유하는 가스의 탈출 피크가 거의 나타나지 않았다. 이들 사실은, 배면 세정을 행한 후에도, 웨이퍼의 표면에 탄소가 잔류하고 있음을 의미하고 있다. In the wafer without ashing treatment, as shown in FIGS. 1A and 1B, an escape peak of a gas containing carbon in the vicinity of 350 ° C. was clearly seen. In contrast, in the wafer subjected to ashing, as shown in FIGS. 1A and 1B, almost no escape peak of the gas containing carbon was observed. These facts mean that carbon remains on the surface of the wafer even after the back cleaning is performed.
또한, 본원 발명자는, 주사형 전자 현미경(SEM)을 사용하여 웨이퍼의 주변부의 단면의 관찰을 행했다. 도2A 및 도 2B는 웨이퍼의 주변부의 단면을 나타내는 SEM 사진의 도면이다. 하부 전극 및 커패시터 유전체막에 있어서는, IrOx 막과 PtO 막의 계면에서 벗겨짐이 발생하고 있었다. 또한, 상부 전극 및 하드 마스크에 있어서는, 상부 전극인 IrOx 막과 하드 마스크를 구성하는 TiN 막의 계면에서 벗겨짐이 발생하고 있었다. Moreover, this inventor observed the cross section of the periphery of a wafer using a scanning electron microscope (SEM). 2A and 2B are SEM photographs showing a cross section of the periphery of the wafer. In the lower electrode and the capacitor dielectric film, peeling occurred at the interface between the IrO x film and the PtO film. In the upper electrode and the hard mask, peeling occurred at the interface between the IrO x film serving as the upper electrode and the TiN film constituting the hard mask.
도 2A 및 도 2B에 나타내는 바와 같이, 열산화막(SiO2 막)(FOX) 위에 IrOx 막(두께: 200 nm)을 형성하고, 그 위에 하드 마스크로서 TiN 막 및 TEOS 막을 더 형성한 경우에는, 주변부에 있어서, 열산화막과 IrOx 막의 계면에서 박리가 발생했다. 이는, IrOx 막과 TiN 막과의 밀착성이 낮을뿐만 아니라, 주변부에서 IrOx 막의 두께가 40 nm 정도까지 얇아져서 비교적 강한 응력이 작용했기 때문이기도 한 것으로 생각된다. 2A and 2B, when an IrO x film (thickness: 200 nm) is formed on a thermal oxide film (SiO 2 film) (FOX), and a TiN film and a TEOS film are further formed thereon as a hard mask. In the peripheral portion, peeling occurred at the interface between the thermal oxide film and the IrO x film. This is considered to be because not only the adhesion between the IrO x film and the TiN film is low, but also the relatively strong stress acted by the thickness of the IrO x film becoming thin at about 40 nm.
본원발명은, 이러한 실험 결과 및 인식에 의거하여 된 것이다. The present invention has been made based on these experimental results and recognition.
본 발명에 의한 반도체 장치의 제조 방법에서는, 반도체 기판의 윗쪽에, 강유전체 커패시터의 커패시터 유전체막의 원료막으로서 강유전체막을 형성한다. 다음에, 상기 강유전체막 위에 상기 강유전체 커패시터의 상부 전극의 원료막으로서 상부 전극막을 형성한다. 그리고 나서, 상기 상부 전극막 위에 귀금속 원소를 함유하는 마스크 밀착막을 형성한다. 그 후에 상기 마스크 밀착막 위에 하드 마스크를 형성한다. 그리고, 상기 하드 마스크를 사용하여 상기 상부 전극막 및 상기 강유전체막을 에칭한다. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a ferroelectric film is formed on the semiconductor substrate as a raw material film of a capacitor dielectric film of a ferroelectric capacitor. Next, an upper electrode film is formed on the ferroelectric film as a raw material film of the upper electrode of the ferroelectric capacitor. Then, a mask adhesion film containing a noble metal element is formed on the upper electrode film. Thereafter, a hard mask is formed on the mask adhesion film. The upper electrode film and the ferroelectric film are etched using the hard mask.
도 1A는 분자량이 28인 물질에 대한 분석 결과를 나타내는 그래프이며, 도 1B는 분자량 44의 물질에 대한 분석 결과를 나타내는 그래프. 1A is a graph showing an analysis result for a substance having a molecular weight of 28, and FIG. 1B is a graph showing an analysis result for a substance having a molecular weight of 44.
도 2A 및 도 2B는 웨이퍼의 주변부의 단면을 나타내는 SEM 사진의 도면. 2A and 2B are SEM photographs showing a cross section of the periphery of the wafer;
도 3은 본 발명의 실시 형태에 의한 방법에 의해 제조되는 강유전체 메모리(반도체 장치)의 메모리 셀 어레이의 구성을 나타내는 회로도. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a memory cell array of a ferroelectric memory (semiconductor device) manufactured by the method according to the embodiment of the present invention.
도 4A 내지 도 4E는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 강유전체 메모리(반도체 장치)의 제조 방법을 공정 순으로 나타내는 단면도. 4A to 4E are sectional views showing a method of manufacturing the ferroelectric memory (semiconductor device) according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 강유전체 메모리(반도체 장치)의 제조 방법을 나타내는 단면도. 5 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a ferroelectric memory (semiconductor device) according to the second embodiment of the present invention.
도 6은 스위칭 특성의 검사의 결과를 나타내는 그래프. 6 is a graph showing the results of a test of switching characteristics.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 강유전체 메모리(반도체 장치)의 제조 방법을 나타내는 단면도. 7 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a ferroelectric memory (semiconductor device) according to the third embodiment of the present invention.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시 형태에 의한 방법에 의해 제조되는 강유전체 메모리(반도체 장치)의 메모리 셀 어레이의 구성을 나타내는 회로도이다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described concretely with reference to an accompanying drawing. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a memory cell array of a ferroelectric memory (semiconductor device) manufactured by the method according to the embodiment of the present invention.
이 메모리 셀 어레이에는, 한 방향으로 뻗은 복수 개의 비트 선(bit kune)(3), 및 비트 선(3)이 뻗은 방향에 대하여 수직 방향으로 뻗은 복수 개의 워드 선(word line)(4) 및 플레이트 선(plate line)(5)이 마련되어 있다. 또한, 이들 비트 선(3), 워드 선(4) 및 플레이트 선(5)이 구성하는 격자와 정합(整合)하도록 하여, 복수개의 본 실시 형태에 의한 강유전체 메모리의 메모리 셀이 어레이 모양으로 배치되어 있다. 각 메모리 셀에는, 강유전체 커패시터(1) 및 MOS 트랜지스터(2)가 마련되어 있다. The memory cell array includes a plurality of
MOS 트랜지스터(2)의 게이트는 워드 선(4)에 접속되어 있다. 또한, MOS 트 랜지스터(2)의 일방의 소스·드레인은 비트 선(3)에 접속되고, 타방의 소스·드레인은 강유전체 커패시터(1)의 일방의 전극에 접속되어 있다. 그리고, 강유전체 커패시터(1)의 타방의 전극이 플레이트 선(5)에 접속되어 있다. 또, 각 워드 선(4) 및 플레이트 선(5)은 그들이 뻗은 방향과 동일한 방향으로 나란히 있는 복수개의 MOS 트랜지스터(2)에 의해 공유되어 있다. 마찬가지로, 각 비트 선(3)은 그것이 뻗은 방향과 동일한 방향으로 나란히 있는 복수개의 MOS 트랜지스터(2)에 의해 공유되어 있다. 워드 선(4) 및 플레이트 선(5)이 뻗은 방향, 비트 선(3)이 뻗은 방향은, 각기 "행 방향", "열 방향"으로 불리는 경우가 있다. The gate of the
이렇게 구성된 강유전체 메모리의 메모리 셀 어레이에서는, 강유전체 커패시터(1)에 마련된 강유전체막의 분극 상태에 따라, 데이타가 기억된다. In the memory cell array of the ferroelectric memory configured as described above, data is stored in accordance with the polarization state of the ferroelectric film provided in the
(제1 실시 형태)(1st embodiment)
다음에, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 4A 내지 도 4E는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 강유전체 메모리(반도체 장치)의 제조 방법을 공정 순으로 나타내는 단면도이다. 단, 도 4A 내지 도 4E는 비트 선(3)이 뻗은 방향에 수직인 단면을 나타낸다. 또한, 도 4A 내지 도 4E에는 1개의 비트 선(도 1 중의 비트 선(3)에 해당)을 공유하는 2개의 MOS 트랜지스터에 해당하는 부분을 도시한다. Next, a first embodiment of the present invention will be described. 4A to 4E are cross-sectional views showing a method of manufacturing the ferroelectric memory (semiconductor device) according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. 4A to 4E, however, show a cross section perpendicular to the direction in which the
제1 실시 형태에서는 우선, 도 4A에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판 등의 반도체 기판(11)의 표면에 웰(12)을 형성한다. 그리고 나서, 반도체 기판(11)의 표면에, 예를 들면, STI(shallow trench isolation)에 의해 소자 분리 영역(13)을 형성한다. 이어서, 게이트 절연막(14), 게이트 전극(15), 캡 막(16), 사이드 월(17), 소스·드레인 확산층(18) 및 실리사이드층(19)을 웰(12)의 표면에 형성함으로써, 스위칭 소자로서 MOS 트랜지스터(20)를 형성한다. 이 MOS 트랜지스터(20)가 도 3에 있어서의 MOS 트랜지스터(2)에 해당한다. 또, 각 MOS 트랜지스터(20)에는, 소스 및 드레인용으로 2개의 소스·드레인 확산층(18)을 형성하지만, 그 일방은 2개의 MOS 트랜지스터(20) 간에서 공유시킨다. In 1st Embodiment, as shown to FIG. 4A, the well 12 is first formed in the surface of the
다음에, 전체 면에 실리콘 산질화막(21)을, MOS 트랜지스터(20)를 덮도록 하여 형성하고, 전체 면에 층간 절연막으로서 SiO2 막(22)을 더 형성하고, CMP(화학기계적연마) 등에 의해 SiO2 막(22)을 평탄화한다. 실리콘 산질화막(21)은, SiO2 막(22)을 형성할 때의 게이트 절연막(14) 등의 수소 열화를 방지하기 위해 형성되어 있다. 그 후, 각 실리사이드층(19)까지 도달하는 컨택트홀을 SiO2 막(22) 및 실리콘 산질화막(21)에 형성함으로써, 플러그 콘택트부를 개구(開口)한다. 그리고, 컨택트홀 내에 글루막(23)을 형성한 후, 예를 들면, CVD법에 의해 W 막을 매립하고, CMP을 행하여 평탄화함으로써, W 플러그(24)를 형성한다. Next, the
이어서, 도 4B에 나타내는 바와 같이, SiO2 막(22) 위에 Ir 막(25)을 스퍼터링에 의해 형성한다. 이 때의 조건으로서는, 예를 들면, 기판 온도를 500℃로 하고, 성막 파워를 1 kW로 하고, Ar 가스의 유량을 100 sccm으로 하고, 챔버 내의 압력을 0.35 Pa로 하고, 성막 시간을 176초간으로 한다. 이 결과, 두께가 250 nm 정도의 Ir 막(25)이 얻어진다. Subsequently, as shown in FIG. 4B, the
그리고 나서, Ir 막(25) 위에 IrOx 막(26)을 스퍼터링에 의해 형성한다. 이 때의 조건으로서는, 예를 들면, 기판 온도를 50℃로 하고, 성막 파워를 1 kW로 하고, Ar 가스의 유량을 60 sccm으로 하고, O2 가스의 유량을 60 sccm으로 하고, 챔버 내의 압력을 0.37 Pa로 하고, 성막 시간을 10초간으로 한다. 이 결과, 두께가 28 nm 정도의 IrOx 막(26)이 얻어진다. Then, an IrO x film 26 is formed on the
그리고 나서, IrOx 막(26) 위에 Pt 막(27)을 스퍼터링에 의해 형성한다. 이 때의 조건으로서는, 예를 들면, 기판 온도를 350℃로 하고, 성막 파워를 1 kW로 하고, Ar 가스의 유량을 100 sccm으로 하고, 챔버 내의 압력을 0.38 Pa로 하고, 성막 시간을 8초간으로 한다. 이 결과, 두께가 15 nm 정도의 Pt 막(27)이 얻어진다. Pt 막(27)의 형성에서는, Pt 막(27)과 반도체 기판(실리콘 기판)(11)이 직접 접하여 반응하는 것을 방지하기 위해, 클램프 링(clamp ring)을 사용한다. 이 때문에, 반도체 기판(11)의 가장자리에서는, Pt 막(27)이 형성되지 않는 부분이 존재한다. Then, a
그 후, Pt 막(27) 위에 PtOx 막(28)을 스퍼터링에 의해 형성한다. 이 때의 조건으로서는, 예를 들면, 기판 온도를 350℃로 하고, 성막 파워를 1 kW로 하고, Ar 가스의 유량을 36 sccm으로 하고, O2 가스의 유량을 144 sccm으로 하고, 챔버 내의 압력을 6.2 Pa로 하고, 성막 시간을 22초간으로 한다. 이 결과, 두께가 25 nm 정도의 PtOx 막(28)이 형성된다. 또, 반도체 기판(11)의 가장자리에 있어서는 Pt 막(27)이 형성되지 않는 부분이 존재하지만, 이 부분에서는 IrOx 막(26) 위에 PtOx 막(28)이 형성된다. Thereafter, a PtO x film 28 is formed on the
그리고, PtOx 막(28) 위에 Pt 막(29)을 스퍼터링에 의해 형성한다. 이 때의 조건으로서는, 예를 들면, 기판 온도를 100℃로 하고, 성막 파워를 1 kW로 하고, Ar 가스의 유량을 100 sccm으로 하고, 챔버 내의 압력을 0.4 Pa로 하고, 성막 시간을 32초간으로 한다. 이 결과, 두께가 50 nm 정도의 Pt 막(29)이 형성된다. Then, a
이들 Ir 막(25), IrOx 막(26), Pt 막(27), PtOx 막(28) 및 Pt 막(29)으로 배리어 메탈막 및 하부 전극막이 구성된다. These
또, Ir 막(25) 및 IrOx 막(26)은 서로 동일한 챔버를 사용하여 형성할 수 있고, Pt 막(27), PtOx 막(28) 및 Pt 막(29)은 서로 동일한 챔버를 사용하여 형성할 수 있다. In addition, the
다음에, 이들 막에 대하여, 예를 들면, 750℃에서 Ar 분위기 중의 급속 가열 처리를 60초간 행함으로써, Pt 막(27, 29)의 결정화를 행한다. Next, the
그리고 나서, 도 4C에 나타내는 바와 같이, Pt 막(29) 위에 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3)막(30)을 스퍼터링에 의해 형성하고, 그 결정화 어닐을 행한다. PLZT 막은, 예를 들면, MOCVD법에 의해 형성할 수도 있지만, MOCVD법을 사용하는 경우에는, 하부 전극의 구성을 변경하는 것이 바람직하다. Then, as shown in FIG. 4C, a PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 )
그 후, PLZT 막(30) 위에 상부 전극막(31)을 스퍼터링에 의해 형성한다. 상부 전극막(31)은, 예를 들면, 서로 조성이 다른 2층의 IrOx 막으로 구성한다. 1층 째의 IrOx 막의 형성에서는, 예를 들면, 기판 온도를 실온으로 하고, 성막 파워를 2 kW로 하고, Ar 가스의 유량을 100 sccm으로 하고, O2 가스의 유량을 59 sccm으로 한다. 그리고, 1층째의 IrOx 막은, 예를 들면, 50 nm 정도로 한다. 1층째의 IrOx 막을 형성한 후에는, 어닐을 행하고, 그 후, 2층째의 IrOx 막을 형성한다. 2층째의 IrOx 막은, 예를 들면, 75∼125 nm 정도로 한다. Thereafter, the
이어서, 반도체 기판(웨이퍼)(11)의 배면(이면)의 세정을 행한다. Next, the back surface (back surface) of the semiconductor substrate (wafer) 11 is washed.
그리고, 상부 전극막(31) 위에 Ir 밀착막(마스크 밀착막)(32)을 스퍼터링에 의해 형성한다. 이 때의 조건으로서는, 예를 들면, 기판 온도를 400℃ 이상으로 하고, Ar 가스의 유량을 100 sccm으로 하고, 성막 파워를 1 kW로 하고, 성막 시간을 7초간으로 한다. 이 결과, 두께가 10 nm 정도의 Ir 밀착막(32)이 형성된다. 또한, Ir 밀착막(32)을 형성함에 있어서는, 반도체 기판(11)을 400℃로 설정된 웨이퍼 스테이지 위에 30초간 유지한 후, 성막을 개시한다. 이것은, 기판 온도를 안정시키기 위해서이다. An Ir adhesion film (mask adhesion film) 32 is formed on the
Ir 밀착막(32)을 형성한 후, 도 4D에 나타내는 바와 같이, 상부 전극막(31), PLZT 막(30), Pt 막(29), PtOx 막(28), Pt 막(27), IrOx 막(26) 및 Ir 막(25)을 패터닝할 때 하드 마스크로서 사용하는 TiN 막(33) 및 TEOS 막(34)을 차례로 형성한다. TiN 막(33)은, 예를 들면, 200℃에서 형성하고, 그 두께는 200 nm 정도이다. 또한, TEOS 막(34)은, 예를 들면, 390℃에서 형성하고, 그 두께는 390 nm 정도이 다. After the
다음에, TEOS 막(34) 및 TiN 막(33)을 패터닝함으로써, 스택형의 강유전체 커패시터를 형성하는 예정 영역에만 하드 마스크를 형성한다. Next, by patterning the
그리고 나서, 도 4E에 나타내는 바와 같이, TEOS 막(34) 및 TiN 막(33)을 하드 마스크로서 사용한 패터닝 및 에칭 기술을 사용하여, 상부 전극막(31), PLZT 막(30), Pt 막(29), PtOx 막(28), Pt 막(27), IrOx 막(26) 및 Ir 막(25)을 일괄하여 가공함으로써, 스택 구조의 강유전체 커패시터를 형성한다. 이 강유전체 커패시터가, 도 3에 있어서의 강유전체 커패시터(1)에 해당한다. Then, as shown in FIG. 4E, the
그 후, 하드 마스크(TEOS 막(34) 및 TiN 막(33))을 제거한다. 이어서, 성막이나 에칭 프로세스 등에 의한 PLZT 막(30)에의 손상(damage)을 회복하기 위해, 회복 어닐을 행한다. Thereafter, the hard masks (
다음에, 강유전체 커패시터를 프로세스 손상으로부터 보호하는 보호막으로서 전체 면에 알루미나막(35)을 형성한다. 그리고 나서, 층간 절연막(36)을 전체 면에 형성하고, 이 층간 절연막(36)의 평탄화를 CMP에 의해 실시한다. Next, an
그 후, 패터닝 및 에칭 기술을 사용하여 W 플러그(24)까지 도달하는 컨택트홀을 층간 절연막(36) 및 알루미나막(35)에 형성한다. 이어서, 이 컨택트홀 내에 글루막(37)을 형성한 후, W 막을 매립하고, CMP을 행하여 평탄화함으로써, W 플러그(38)를 형성한다. Thereafter, contact holes reaching the
다음에, 전체 면에 W 산화 방지 절연막(도면에 나타내지 않음)을 형성한다. W 산화 방지 절연막으로서는, 예를 들면, SiON 막을 사용한다. 그리고, 패터닝 및 에칭 기술을 사용하여, W 산화 방지 절연막 및 층간 절연막(36)에, Ir 밀착막(32)까지 도달하는 컨택트홀을 형성한다. 이어서, 에칭에 의한 손상을 회복시키기 위한 어닐을 행한다. 이 어닐 후, W 산화 방지 절연막을 에치 백(etch back)에 의해 제거한다. Next, a W oxidation prevention insulating film (not shown) is formed over the entire surface. As the W oxidation preventing insulating film, for example, a SiON film is used. Then, using a patterning and etching technique, contact holes reaching the
다음에, 하층의 글루막(39), 배선 재료막(40) 및 상층의 글루막(41)을 차례로 퇴적한다. Next, the
그리고 나서, 글루막(41) 위에 반사 방지막(도면에 나타내지 않음)을 형성하고, 레지스트막(도면에 나타내지 않음)을 도포한다. 그 후, 레지스트막을 배선 패턴에 정합하도록 가공하고, 가공 후의 레지스트막을 마스크로서, 반사 방지막, 글루막(41), 배선 재료막(40) 및 글루막(39)을 에칭한다. 반사 방지막으로서는, 예를 들면, SiON 막을 사용한다. 이러한 에칭에 의해, 도 4E에 나타내는 바와 같이, 소정의 평면 형상의 글루막(41), 배선 재료막(40) 및 글루막(39)으로 이루어지는 배선(42)이 얻어진다. Then, an antireflection film (not shown) is formed on the
그 후, 층간 절연막(43)의 형성, 글루막(44) 및 W 플러그(45)의 컨택트홀로의 매립 및 밑에서부터 제2층째 이후의 배선의 형성 등을 행한다. 그리고, 예를 들면, TEOS 막 및 SiN 막으로 이루어지는 커버막을 형성하여 강유전체 커패시터를 갖는 강유전체 메모리를 완성시킨다. 또, 상층 배선을 형성할 때는, Ir 밀착막(32)을 거쳐 상부 전극막(31)에 접속된 배선(42)이 플레이트 선에 접속되도록 하고, 2개의 MOS 트랜지스터(20)에 의해 공유된 소스·드레인 확산층(18)에 접속된 배선(42)이 비트 선에 접속되도록 한다. 게이트 전극(15)에 대해서는, 그 자체를 워드 선으로 해도 좋고, 또한, 상층 배선에 있어서, 게이트 전극(15)이 워드 선에 접속되도록 해도 좋다. Thereafter, the
이러한 제1 실시 형태에 의하면, Ir 밀착막(32)을 형성함에 있어서 반도체 기판(11)의 온도를 400℃ 이상으로 유지하고 있는 동안에, 배면의 세정 후에 상부 전극막(31) 위에 잔류하고 있었던 탄소가 챔버 내로 방출된다. 이 때문에, 그 후, 형성되는 TiN 막(33)과 Ir 밀착막(32) 사이의 밀착성이 높아져서, TiN 막(33)의 벗겨짐이 발생하기 어려워진다. According to this first embodiment, the carbon remaining on the
또한, Ir 밀착막(32)을 형성할 때는, Pt 막의 형성에서 필요로 하는 클램프 링을 사용할 필요가 없기 때문에, 반도체 기판(11)의 전체 면에 걸쳐 Ir 밀착막(32)이 형성된다. 또한, Ir 밀착막(32)의 성막 온도는 400℃이며, 이 온도에서 성막된 Ir 막의 내부 응력은 극히 낮다. 이 때문에, 이미 형성되어 있는 각 막에 작용하는 응력도 작아지게 되어서, IrOx 막(26)과 PtOx 막(28)이 직접 접하고 있어도, 이들 사이에서 벗겨짐은 발생하지 않는다. In addition, when forming the
실제로, 본원 발명자가 제1 실시 형태와 같이 하여 하드 마스크를 형성한 바, 양호한 결과가 얻어졌다. 여기서, 그 내용에 대하여 설명한다. 또한, 제1 실시 형태(실시예 1)와의 비교를 위하여, 다음 실시예 2 및 3 및 비교예 4 및 5에 대해서도, 실시예 1과 마찬가지의 평가를 행했다. In fact, when the inventor of the present invention formed a hard mask as in the first embodiment, good results were obtained. Here, the content is demonstrated. In addition, in order to compare with 1st Embodiment (Example 1), the following Example 2 and 3 and Comparative Examples 4 and 5 were also evaluated similarly to Example 1.
또, 실시예 2에서는, 배면 세정을 행한 후에, 200℃에서 2분간, 산소 분위기 중에서 애싱 처리를 행하고, 그 후, 하드 마스크(TEOS 막/TiN 막)를 형성했다. In Example 2, after the back washing was performed, ashing was performed in an oxygen atmosphere at 200 ° C. for 2 minutes, and then a hard mask (TEOS film / TiN film) was formed.
실시예 3에서는, 실시예 2와 마찬가지로 하여, TiN 막을 형성한 후, 반도체 기판(11)의 외측 가장자리로부터 3 mm의 링 모양의 부분을 절단에 의해 제거했다. 이어서, TEOS 막을 형성했다. In Example 3, after forming a TiN film similarly to Example 2, the ring-shaped part of 3 mm was removed by cutting from the outer edge of the
비교예 4에서는, 배면 세정을 행한 후에, 그대로 하드 마스크를 형성했다. 종래의 방법과 마찬가지의 방법이다. In the comparative example 4, after performing back surface washing, the hard mask was formed as it was. It is a method similar to the conventional method.
비교예 5에서는, 배면 세정을 행한 후에, TiN 막을 형성하고, 높은 성막 파워 하에서 성막 온도를 340℃로 하여, TEOS 막을 형성했다. In Comparative Example 5, after the back washing, a TiN film was formed, and the TEOS film was formed at a film forming temperature of 340 ° C. under high film forming power.
그리고, 이들 시료에 대하여 반도체 기판(웨이퍼)의 중앙부에 있어서의 벗겨짐 및 가장자리에 있어서의 벗겨짐의 발생 상황을 평가했다. 이 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1 중의 분모는 시험을 실시한 반도체 기판의 수이며, 분자는 벗겨짐이 발생한 반도체 기판의 수이다. And the generation | occurrence | production situation of the peeling in the center part of a semiconductor substrate (wafer) and the peeling in the edge was evaluated about these samples. The results are shown in Table 1. The denominator in Table 1 is the number of the semiconductor substrates tested, and the molecule | numerator is the number of the semiconductor substrates which peeled.
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1∼3에서는, 중앙부에 있어서의 벗겨짐이 전혀 발생하지 않았다. 단, 실시예 2에서는, 가장자리에 있어서의 벗겨짐이 발생했다. 또한, 실시예 3에서는, 벗겨짐이 억제되어 있지만, 실시예 1과 비교하면 공정 수가 증가해버린다. As shown in Table 1, in Examples 1-3, peeling in the center part did not generate | occur | produce at all. However, in Example 2, peeling at the edge occurred. In addition, in Example 3, although peeling is suppressed, compared with Example 1, the number of processes increases.
이들에 대하여, 비교예 4 및 5에서는, 중앙부 및 가장자리에 있어서 벗겨짐이 발생했다. On the other hand, in Comparative Examples 4 and 5, peeling occurred at the central portion and the edges.
(제2 실시 형태)(2nd embodiment)
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 강유전체 메모리(반도체 장치)의 제조 방법을 나타내는 단면도이다. 단, 도 5는 비트 선(3)이 뻗은 방향에 수직인 단면을 나타낸다. Next, a second embodiment of the present invention will be described. 5 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a ferroelectric memory (semiconductor device) according to the second embodiment of the present invention. 5 shows a cross section perpendicular to the direction in which the
제2 실시 형태에서는 우선, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 웰(12)의 형성에서 W 플러그(24)의 형성까지의 처리를 행한다. In 2nd Embodiment, first, as shown in FIG. 5, the process from formation of the well 12 to formation of the
다음에, 전체 면에 Ir 막을, 예를 들면, 400 nm의 두께로 형성한다. 그리고 나서, 패터닝 및 에칭 기술을 사용하여 Ir 막을 패터닝함으로써, 선택적으로, 강유전체 커패시터의 하부 전극에 접속되는 W 플러그(24) 위에 배리어 메탈막(51)을 형성한다. Next, an Ir film is formed over the entire surface, for example, at a thickness of 400 nm. The Ir film is then patterned using patterning and etching techniques to selectively form a
그 후, W 플러그(24)의 산화를 방지함과 동시에, 후의 공정에서 형성하는 하부 전극막, 강유전체막 및 상부 전극막을 에칭할 때의 에칭 스토퍼(stopper)로 되는 W 산화 방지막(52)을 전체 면에 형성하고, 그 위에 하부 전극막과의 밀착성이 높은 커패시터 밀착막(53)을 형성한다. W 산화 방지막(52)으로서는, 예를 들면, 두께가 100 nm 정도의 SiN 막 또는 SiON 막을 형성한다. 커패시터 밀착막(53)으로서는, 예를 들면, 두께가 800 nm 정도의 TEOS 막을 형성한다. Thereafter, oxidation of the
이어서, 배리어 메탈막(51)을 스토퍼로 하는 CMP를 행한다. 또, 커패시터 밀착막(53)도, W 플러그(24)의 산화 방지에 기여한다. Next, CMP is performed using the
그리고, 제1 실시 형태와 마찬가지로 하여, Ir 막(25)의 형성 이후의 처리를 행하여, 강유전체 커패시터를 갖는 강유전체 메모리를 완성시킨다. 단, 본 실시 형태에서는 Ir 막(25) 아래에 배리어 메탈막(51)이 형성되어 있으므로, Ir 막(25)의 두께는, 제1 실시 형태보다도 얇게, 예를 들면, 30 nm로 한다. Then, similarly to the first embodiment, the process after formation of the
이러한 제2 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 동일한 효과가 얻어짐과 함께, 배리어 메탈막(51), W 산화 방지막(52) 및 커패시터 밀착막(53)의 존재에 의해, W 플러그(24)의 산화가 보다 발생하기 어려워진다. According to this second embodiment, the same effect as that of the first embodiment is obtained, and the
실제로, 본원 발명자가 제2 실시 형태와 같이 하여 하드 마스크를 형성한 바, 양호한 결과가 얻어졌다. 여기에서, 그 내용에 대하여 설명한다. 또한, 제2 실시 형태(실시예 11)와의 비교를 위하여, 다음 실시예 12 및 비교예 13에 대해서도, 실시예 11과 마찬가지의 평가를 행했다. In fact, when the inventor of the present invention formed a hard mask as in the second embodiment, good results were obtained. Here, the content is demonstrated. In addition, the following Example 12 and Comparative Example 13 were evaluated similarly to Example 11 for the comparison with 2nd Embodiment (Example 11).
또, 실시예 12에서는, 배면 세정을 행한 후에, 200℃에서 2분간, 산소 분위기 중에서 애싱 처리를 행하고, 그 후, TiN 막을 형성했다. 그리고, 실시예 3과 마찬가지로, 반도체 기판(11)의 외측 가장자리로부터 3 mm의 링 모양의 부분을 절단에 의해 제거했다. 이어서, TEOS 막을 형성했다. Moreover, in Example 12, after performing back washing, the ashing process was performed in 200 degreeC for 2 minutes in oxygen atmosphere, and the TiN film was formed after that. And similarly to Example 3, the ring-shaped part of 3 mm was removed from the outer edge of the
비교예 13에서는, 배면 세정을 행한 후에, 비교예 4와 마찬가지로, 그대로 하드 마스크를 형성했다. 종래의 방법과 마찬가지의 방법이다. In the comparative example 13, after performing back surface washing, the hard mask was formed as it was in the same manner as in the comparative example 4. It is a method similar to the conventional method.
그리고, 이들 시료에 대하여 반도체 기판(웨이퍼)의 중앙부에 있어서의 벗겨짐 및 가장자리에 있어서의 벗겨짐의 발생 상황을 평가했다. 이 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2 중의 분모는 시험을 실시한 반도체 기판의 수이며, 분자는 벗겨짐이 발생한 반도체 기판의 수이다. And the generation | occurrence | production situation of the peeling in the center part of a semiconductor substrate (wafer) and the peeling in the edge was evaluated about these samples. The results are shown in Table 2. The denominator in Table 2 is the number of semiconductor substrates tested, and the molecule is the number of semiconductor substrates where peeling occurred.
표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 11 및 12에서는, 중앙부에 있어서의 벗겨짐이 전혀 발생하지 않았다. 단, 실시예 12에서는, 벗겨짐이 억제되고 있지만, 실시예 11과 비교하면 공정 수가 증가해버린다. As shown in Table 2, in Examples 11 and 12, peeling in the center part did not occur at all. However, in Example 12, although peeling was suppressed, compared with Example 11, the number of processes increases.
이들에 대하여, 비교예 13에서는, 중앙부 및 가장자리에 있어서 벗겨짐이 발생했다. On the other hand, in Comparative Example 13, peeling occurred at the center portion and the edges.
또한, 실시예 11 및 12에 대해서는, 하드 마스크를 사용한 고온화에서의 에칭을 행한 후, 결함 검사 장치를 사용한 유효 숏(shot) 내의 커패시터 소실(omission)의 검사, 및 광학 현미경을 사용한 유효 숏 밖의 커패시터 소실의 검사 및 커패시터 벗겨짐의 검사를 행했다. 이 결과를 표 3에 나타낸다. 표 3 중의 분모는 시험을 실시한 반도체 기판의 수이며, 분자는 벗겨지거나 또는 커패시터 소실이 발생한 반도체 기판의 수이다. 여기서, "커패시터 소실"(capacitor omission)이란, 커패시터의 상부 전극 또는 강유전체막이 완전히 벗겨져 없어지는 것을 말한다. 또한, 커패시터 벗겨짐의 검사에서는, 커패시터를 구성하는 막 중 어느 것에 부분적으로 발생한 벗겨짐(완전히는 벗겨져 있지 않음)의 상황을 관찰했다. 또한, 유효 숏 밖의 커패시터 소실은, 하드 마스크를 구성하는 TiN 막을 제거하기 위한 웨트 처리시에 발생한 것이며, 커패시터 벗겨짐은 웨트 처리 전에 발생한 것이다. 또한, "유효 숏 내"란, 웨이퍼의 중앙부에서 소정의 직사각형 영역이 확보된 부분을 나타내고, "유효 숏 밖"이란, 웨이퍼의 주변부에서 소정의 직사각형 영역이 확보되지 않은 부분을 나타낸다. 또, 커패시터 벗겨짐의 검사 대상은, 평면에서 보아 한 변의 길이가 200 μm인 커패시터이다. In addition, about Example 11 and 12, after performing the etching at the high temperature using a hard mask, the inspection of the capacitor omission in the effective shot using a defect inspection apparatus, and the capacitor outside the effective shot using an optical microscope The test | inspection of loss | disappearance and the test | inspection of capacitor peeling were performed. The results are shown in Table 3. The denominator in Table 3 is the number of semiconductor substrates subjected to the test, and the molecule is the number of semiconductor substrates on which peeling or capacitor disappearance occurred. Here, "capacitor omission" means that the upper electrode or ferroelectric film of the capacitor is completely peeled off. In addition, in the inspection of capacitor peeling, the situation of peeling (not completely peeling off) which partially occurred in any of the films constituting the capacitor was observed. In addition, the loss of the capacitor out of the effective shot occurred at the wet processing for removing the TiN film constituting the hard mask, and the peeling of the capacitor occurred at the wet processing. In addition, "in an effective shot" means the part which the predetermined rectangular area was ensured in the center part of a wafer, and "out of an effective shot" means the part which the predetermined rectangular area is not secured in the peripheral part of a wafer. In addition, the inspection object of capacitor peeling is a capacitor whose length of one side is 200 micrometers in plan view.
표 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 11에서는, 어느 검사에 의해서도 불량이 발생하지 않았다. 한편, 실시예 12에서는, 웨트 처리 전에 커패시터 벗겨짐이 발생하고, 웨트 처리 후에 유효 숏 밖에서의 커패시터 소실이 발생했다. 이 결과로 부터, Ir 밀착막의 형성이 가장 유효함을 알았다. As shown in Table 3, in Example 11, defect did not generate | occur | produce by either test | inspection. On the other hand, in Example 12, capacitor peeling occurred before the wet treatment, and capacitor disappearance outside the effective shot occurred after the wet treatment. From this result, it turned out that formation of Ir adhesive film is the most effective.
또한, 본원 발명자는 실시예 11 및 12에 대하여, 밑에서부터 제1층째의 배선이 형성된 상태에서, 커패시터의 스위칭 특성의 검사로서 스위칭 전하량 Qsw의 측정을 실시했다. 이 측정에서는, 스위칭 전압을 1.8 V 및 3.0 V으로 했다. 이 결과를 도 6에 나타낸다. In addition, the inventors of Example 11 and 12 carried out the measurement of the switching charge amount Qsw as a test of the switching characteristics of the capacitor in the state where the wiring of the first layer was formed from the bottom. In this measurement, switching voltages were 1.8V and 3.0V. This result is shown in FIG.
도 6에 나타내는 바와 같이, 실시예 11에서는 실시예 12보다도 1 μm/cm2 정도 높은 스위칭 전하량이 얻어졌다. 이로부터, Ir 밀착막에는 촉매의 부작용이 없다고 생각된다. As shown in FIG. 6, in Example 11, the switching charge amount was about 1 μm / cm 2 higher than that of Example 12. From this, it is thought that Ir adhesion film does not have a side effect of a catalyst.
(제3 실시 형태)(Third embodiment)
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 제1 및 제2 실시 형태는, 본 발명을 스택 구조의 강유전체 커패시터에 적용한 것이지만, 제3 실시 형태는, 본 발명을 플라나 구조의 강유전체 커패시터에 적용한 것이다. Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the first and second embodiments, the present invention is applied to a ferroelectric capacitor having a stack structure. In the third embodiment, the present invention is applied to a ferroelectric capacitor having a planar structure.
플라나 구조의 강유전체 커패시터에서도, 커패시터 면적의 증대를 억제하기 위해, 상부 전극막 및 강유전체막의 일괄 에칭을 행하고 있다. 이 일괄 에칭에서는, 일반적으로, 단층의 TiN 막, SiON 막, SiN 막 또는 TEOS 막 등이 하드 마스크로서 사용되고 있다. 이 때문에, 스택 구조의 강유전체 커패시터와 마찬가지로, 하드 마스크를 형성할 때, 일괄 에칭을 행한 후, 하드 마스크를 제거할 때 등에, 막의 벗겨짐이나 커패시터의 소실이 발생하기 쉽다. In the planar ferroelectric capacitor, the upper electrode film and the ferroelectric film are collectively etched to suppress an increase in the capacitor area. In this batch etching, generally, a single layer TiN film, SiON film, SiN film, TEOS film, or the like is used as the hard mask. Therefore, similarly to the ferroelectric capacitor of the stack structure, when the hard mask is formed, peeling of the film and loss of the capacitor are likely to occur when the hard mask is removed after the batch etching is performed.
본 실시 형태는, 이러한 과제를 해결하는 것이다. 도 7은 본 발명의 제3 실 시 형태에 의한 강유전체 메모리(반도체 장치)의 제조 방법을 나타내는 단면도이다. 단, 도 7은 비트 선(3)이 뻗은 방향에 수직인 단면을 나타낸다. This embodiment solves such a subject. 7 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a ferroelectric memory (semiconductor device) according to the third embodiment of the present invention. 7 shows a cross section perpendicular to the direction in which the
제3 실시 형태에서는 우선, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 웰(12)의 형성에서 W 플러그(24)의 형성까지의 처리를 행한다. In 3rd Embodiment, first, as shown in FIG. 7, the process from formation of the well 12 to formation of the
다음에, 전체 면에 하부 전극 밀착막 및 Pt 막(도면에 나타내지 않음)을 차례로 형성한다. 하부 전극 밀착막 및 Pt 막(하부 전극막)은, 예를 들면, 스퍼터링법에 의해 형성한다. 하부 전극 밀착막은, 예를 들면, 20℃에서 형성하고, 그 두께는 20 nm 정도이다. 또한, Pt 막은, 예를 들면, 100℃에서 형성하고, 그 두께는 175 nm 정도이다. 하부 전극 밀착막으로서는, 예를 들면, Ti 막, TiOx 막 또는 Al2O3 막 등을 사용할 수 있다. 그리고, 하부 전극 밀착막 및 Pt 막의 패터닝을 행함으로써, 하부 전극(61)을 형성한다. Next, a lower electrode adhesion film and a Pt film (not shown) are sequentially formed on the entire surface. The lower electrode adhesion film and the Pt film (lower electrode film) are formed by, for example, a sputtering method. The lower electrode adhesion film is formed at 20 ° C., for example, and its thickness is about 20 nm. In addition, a Pt film is formed at 100 degreeC, for example, and the thickness is about 175 nm. As the lower electrode adhesion film, for example, a Ti film, a TiO x film, or an Al 2 O 3 film can be used. Then, the lower electrode adhesion film and the Pt film are patterned to form the
그리고 나서, Pt 막(하부 전극막) 위에 강유전체막, 예를 들면, PLZT 막(도면에 나타내지 않음)을 스퍼터링법에 의해 형성한다. 그 후, PLZT 막에 대하여 Ar 및 O2 분위기 하에서 600℃ 이상의 가열 처리를 RTA(Rapid Thermal Annealing)법으로 행한다. 이 결과, 강유전체막이 결정화함과 함께, 하부 전극막인 Pt 막이 치밀화한다. 이 때문에, Pt 막과 강유전체막의 사이의 계면 근방에 있어서의 Pt와 O의 상호 확산이 억제된다. A ferroelectric film, for example, a PLZT film (not shown), is then formed on the Pt film (lower electrode film) by the sputtering method. Thereafter, the PLZT film is subjected to heat treatment of 600 ° C. or higher in an Ar and O 2 atmosphere by RTA (Rapid Thermal Annealing). As a result, the ferroelectric film is crystallized and the Pt film as the lower electrode film is densified. For this reason, mutual diffusion of Pt and O in the vicinity of an interface between a Pt film and a ferroelectric film is suppressed.
그 후, 결정화한 강유전체막 위에, 두께가 200 nm 정도의 IrO2로 이루어지는 상부 전극막(도면에 나타내지 않음)을 스퍼터링법에 의해 형성한다. Thereafter, on the crystallized ferroelectric film, an upper electrode film (not shown) made of IrO 2 having a thickness of about 200 nm is formed by the sputtering method.
그리고 나서, 반도체 기판(웨이퍼)(11)의 배면의 세정을 행한다. Then, the back surface of the semiconductor substrate (wafer) 11 is washed.
다음에, 상부 전극막 위에 Ir 밀착막(도면에 나타내지 않음)을 스퍼터링법에 의해 형성한다. Ir 밀착막은, 예를 들면, 400℃의 기판 온도에서 형성하고, 그 두께는 10 nm 정도이다. 그리고, 제1 실시 형태와 마찬가지로 하여, 일괄 에칭용의 하드 마스크로서, TiN 막 및 TEOS 막을 차례로 형성한다. 그리고, TiN 막 및 TEOS 막의 패터닝을 행한다. Next, an Ir adhesion film (not shown) is formed on the upper electrode film by the sputtering method. An Ir adhesion film is formed at the substrate temperature of 400 degreeC, for example, and the thickness is about 10 nm. In the same manner as in the first embodiment, a TiN film and a TEOS film are sequentially formed as a hard mask for batch etching. Then, the TiN film and the TEOS film are patterned.
그리고 나서, 상부 전극막 및 강유전체막을 일괄 에칭함으로써, 강유전체막으로 이루어지는 커패시터 유전체막(62) 및 Pt 막으로 이루어지는 상부 전극(63)을 형성한다. 그리고, 하드 마스크를 제거한다. 그 후, 회복 어닐(650℃, 60분간, 산소 분위기 중)을 실시한다. Then, by collectively etching the upper electrode film and the ferroelectric film, the
그리고, 제1 실시 형태와 마찬가지로 하여, 알루미나막(35)의 형성 이후의 처리를 행하여, 강유전체 커패시터를 갖는 강유전체 메모리를 완성시킨다. In the same manner as in the first embodiment, the process after formation of the
이러한 제3 실시 형태에 의하면, 플라나 구조의 강유전체 커패시터를 제조하는 경우라도, 하드 마스크의 벗겨짐을 방지할 수 있다. According to this third embodiment, even when a ferroelectric capacitor having a planar structure is manufactured, peeling off of the hard mask can be prevented.
또, 마스크 밀착막은, Ir 막에 한정되지 않고, 예를 들면, Ru 막, Rh 막, Pd 막 등을 사용해도 좋고, 또한, 이들 원소의 산화막을 사용해도 좋다. In addition, the mask adhesion film is not limited to an Ir film, for example, a Ru film, a Rh film, a Pd film, etc. may be used, and the oxide film of these elements may be used.
또한, 상부 전극막 및 하부 전극막의 재료도 한정되지 않는다. 상부 전극막으로서는, 예를 들면, Ir, Ru, Pt, Rh, Pd의 산화막을 사용해도 좋고, 또한, 이러한 산화막의 적층체를 사용해도 좋다. 또한, 이들 산화막 위에 SrRuO3 막이 형성되 어 구성된 적층체를 사용해도 좋다. In addition, the materials of the upper electrode film and the lower electrode film are not limited. As the upper electrode film, for example, an oxide film of Ir, Ru, Pt, Rh, Pd may be used, or a laminate of such oxide films may be used. Alternatively, a laminate formed by forming an SrRuO 3 film on these oxide films may be used.
또한, 일괄 에칭시의 온도는 상온 또는 고온으로 함이 바람직하다. In addition, it is preferable to make the temperature at the time of batch etching into normal temperature or high temperature.
또한, 하드 마스크의 일부로서, TiN 막 대신에 Ti 막을 사용해도 좋다. As a part of the hard mask, a Ti film may be used instead of the TiN film.
또한, 강유전체막으로서는, PLZT 막 이외에, PZT(Pb(Zr, Ti)O3) 막, PZT 막에 Ca, Sr, Si 등을 미량 첨가한 막 등의 페롭스카이트(perovskite) 구조의 화합물막이나, SBT(SrBi2Ta2O9) 등의 Bi 층상계 구조의 화합물막을 사용해도 좋다. 또한, 강유전체막의 형성 방법은 특히 한정되지 않고, 졸겔법, 스퍼터링법, MOCVD법 등에 의해 강유전체막을 형성할 수 있다. As the ferroelectric film, a compound film having a perovskite structure, such as a PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) film, a film in which trace amounts of Ca, Sr, Si, etc. are added to the PZT film, in addition to the PLZT film; Or a compound film having a Bi layer structure such as SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) may be used. The method of forming the ferroelectric film is not particularly limited, and the ferroelectric film can be formed by the sol-gel method, the sputtering method, the MOCVD method, or the like.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 하드 마스크를 형성할 때 벗겨짐 및 커패시터의 소실을 방지할 수 있다. 이 때문에, 미세화에 적합한 스택 구조의 강유전체 커패시터를 높은 수율로 제조할 수 있다. As described above in detail, the present invention can prevent peeling and loss of a capacitor when forming a hard mask. For this reason, a ferroelectric capacitor having a stack structure suitable for miniaturization can be manufactured with high yield.
[표 1]TABLE 1
[표 2]TABLE 2
[표 3]TABLE 3
Claims (20)
Priority Applications (1)
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KR1020057006076A KR100732026B1 (en) | 2005-04-08 | 2003-04-15 | Method for fabricating semiconductor device |
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- 2003-04-15 KR KR1020057006076A patent/KR100732026B1/en active IP Right Grant
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