KR20000011381A - Semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents

Semiconductor device and method for fabricating the same

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KR20000011381A
KR20000011381A KR1019990025987A KR19990025987A KR20000011381A KR 20000011381 A KR20000011381 A KR 20000011381A KR 1019990025987 A KR1019990025987 A KR 1019990025987A KR 19990025987 A KR19990025987 A KR 19990025987A KR 20000011381 A KR20000011381 A KR 20000011381A
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곤도가즈아끼
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아끼구사 나오유끼
후지쯔 가부시끼가이샤
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Abstract

PURPOSE: A semiconductor production method is provided to improve production shrinkage by improving an adhesive property of a Pt film, preventing a peeling off of a Pt film and restricting the number of particles sticking to the wafer. CONSTITUTION: The semiconductor is produced in the process of: step 1, an element separating film(14) forming on the surface of a silicon substrate by the LOCOS(Local Oxidation of Silicon) method; step 2, forming a transistor having a gate electrode(18) and a source/drain spreading layer(20); and step 3, forming a contact hole(23) in the interlayer insulation film(22) after flattening the surface of the interlayer insulation film by CMP(Chemical Mechanical Polishing) method.

Description

반도체 장치 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}Semiconductor device and manufacturing method therefor {SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것이며, 특히 커패시터를 갖는 반도체 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a capacitor.

FeRAM(Ferro-electric Random Access Memory, 강유전체 RAM)은 커패시터의 유전체로서 강유전체를 사용한 불휘발성의 반도체 메모리이다. FeRAM은 고속, 저소비전력이며, 반복 특성이 우수하므로 커다란 주목을 받고 있다.Ferro-electric Random Access Memory (FeRAM) is a nonvolatile semiconductor memory using a ferroelectric as a dielectric of a capacitor. FeRAM attracts great attention because of its high speed, low power consumption, and excellent repeatability.

강유전체 커패시터의 형성 프로세스에서는, 전극을 형성한 후에 강유전체막의 결정성을 높이기 위해 산소 어닐이 이루어진다. 따라서 강유전체 커패시터의 전극에는 산소 어닐에 의해 산화되어 도전성이 낮아지거나, 강유전체막 중의 산소를 빼앗아서 커패시터의 전기적 특성을 열화시키는 일이 없는 재료를 사용할 필요가 있다. 일반적인 반도체 장치에 전극 재료로서 널리 사용되고 있는 Al, Ti, W 등은 산소 어닐에 의해 산화하거나, 강유전체막 중의 산소를 빼앗거나 하기 때문에 강유전체 커패시터의 전극으로서는 적합하지 않다.In the process of forming the ferroelectric capacitor, oxygen annealing is performed to increase the crystallinity of the ferroelectric film after forming the electrode. Therefore, it is necessary to use a material for the electrode of the ferroelectric capacitor which is oxidized by oxygen annealing to lower its conductivity or does not deprive oxygen of the ferroelectric film to deteriorate the electrical characteristics of the capacitor. Al, Ti, W, and the like, which are widely used as electrode materials for general semiconductor devices, are not suitable as electrodes of ferroelectric capacitors because they are oxidized by oxygen annealing or take oxygen out of the ferroelectric film.

그래서 산소 분위기 중의 어닐에 의해서도 산화하는 일이 없는 재료인 Pt를 강유전체 커패시터의 전극 재료로 사용하는 것이 제안되고 있다.Therefore, it has been proposed to use Pt, which is a material which does not oxidize even by annealing in an oxygen atmosphere, as an electrode material of a ferroelectric capacitor.

그러나 강유전체 커패시터의 전극으로서 Pt를 사용한 경우에는, 강유전체막에 반복 전계를 인가하면 전계 인가 회수의 증가와 더불어 잔류 분극치가 저하해 버리기 때문에, 양호한 피로 특성이 얻어지지 않는다.However, in the case where Pt is used as the electrode of the ferroelectric capacitor, when a repetitive electric field is applied to the ferroelectric film, the residual polarization value decreases with the increase in the number of electric field applications, so that good fatigue characteristics are not obtained.

그래서 양호한 피로 특성이 얻어지는 전극 재료로서, IrO2등의 금속 산화물을 강유전체 커패시터의 전극으로 사용하는 것이 제안되고 있다. IrO2등의 금속 산화물은 산소 어닐에 의해 산화되어 도전성이 낮아지거나, 강유전체막 중의 산소를 빼앗아서 커패시터의 전기적 특성을 열화시키거나 하는 일은 없다.So, as the electrode material obtained in good fatigue characteristics, a metal oxide such as IrO 2 has been proposed to use as an electrode of the ferroelectric capacitor. Metal oxides such as IrO 2 are not oxidized by oxygen annealing to lower conductivity or deprive oxygen in the ferroelectric film to deteriorate the electrical characteristics of the capacitor.

그러나 강유전체 커패시터의 하부 전극으로 IrO2막을 사용한 경우에는, 강유전체 커패시터의 자발 분극이나 리크 전류 등의 전기적 특성이 악화되어 버린다. 이는 금속 산화물이 통상의 금속에 비해 결정성이 뒤떨어지기 때문에, 이러한 금속 산화물로 된 하부 전극 상에는 양호한 결정성을 갖는 강유전체막을 형성할 수 없기 때문으로 생각된다. 또 강유전체 커패시터의 상부 전극으로 IrO2막 등의 금속 산화물을 사용한 경우에는, 상부 전극과 Al이나 TiN 등의 배선을 접촉시킬 때 Al이나 TiN이 상부 전극의 산소를 빼앗아서 산화해 버리기 때문에, 콘택트 저항이 증가하고 만다.However, when the IrO 2 film is used as the lower electrode of the ferroelectric capacitor, electrical characteristics such as spontaneous polarization and leakage current of the ferroelectric capacitor are deteriorated. This is considered to be because the ferroelectric film having good crystallinity cannot be formed on the lower electrode made of this metal oxide because the metal oxide is inferior in crystallinity to that of ordinary metals. In the case where a metal oxide such as an IrO 2 film is used as the upper electrode of the ferroelectric capacitor, when the upper electrode is brought into contact with wiring such as Al or TiN, Al or TiN takes oxygen from the upper electrode and oxidizes the contact resistance. This increases.

이 때문에 금속 산화물을 전극 재료로 사용하는 경우에는, 금속 산화물 상에 산소 분위기 중의 어닐에 의해서도 산화하는 일이 없는 금속을 형성하는 것이 바람직하다. 그래서 Pt/IrO2구조의 전극이 제안되고 있다. Pt/IrO2구조의 전극을 사용하면 양호한 전기적 특성의 커패시터를 얻을 수 있고, 콘택트 저항의 증가를 방지할 수 있으며, 더구나 강유전체막의 피로 특성을 향상시킬 수 있다.For this reason, when using a metal oxide as an electrode material, it is preferable to form the metal which does not oxidize even by annealing in oxygen atmosphere on a metal oxide. Therefore, an electrode having a Pt / IrO 2 structure has been proposed. By using an electrode having a Pt / IrO 2 structure, a capacitor having good electrical characteristics can be obtained, an increase in contact resistance can be prevented, and further, fatigue characteristics of the ferroelectric film can be improved.

그러나, Pt/IrO2구조의 적층 전극은 Pt막과 IrO2막의 계면의 밀착성이 나빠서 Pt막이 IrO2막으로부터 박리해 버리는 일이 있기 때문에, 이것이 FeRAM의 제조 수율을 향상하는 면에서 저해 요인이 되고 있었다.However, since the Pt / IrO 2 structured electrode has poor adhesion between the interface between the Pt film and the IrO 2 film, the Pt film may peel off from the IrO 2 film, which is a detrimental factor in improving the production yield of FeRAM. there was.

본 발명의 목적은 밀착성이 높은 전극을 커패시터의 전극으로 사용한 반도체 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor device using a high adhesion electrode as an electrode of a capacitor and a manufacturing method thereof.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도(1).Fig. 2 is a process sectional view (1) showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도(2).Fig. 3 is a cross sectional view (2) showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도(3).Fig. 4 is a cross sectional view (3) showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도(4).Fig. 5 is a process sectional view 4 showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 전극 구조의 구체예를 나타낸 단면도(1).Fig. 6 is a cross-sectional view (1) showing a specific example of the electrode structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 전극 구조의 구체예를 나타낸 단면도(2).Fig. 7 is a sectional view (2) showing a specific example of the electrode structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도.8 is a sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도(1).Fig. 9 is a cross sectional view (1) showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도(2).Fig. 10 is a process sectional view (2) showing the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

도 11은 스퍼터 장치의 체임버를 나타낸 개략도.11 is a schematic view showing a chamber of the sputter apparatus.

도 12는 본 발명의 제2 실시예의 변형례(1)에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도.12 is a sectional view of a semiconductor device according to Modification Example 1 of the second embodiment of the present invention.

도 13은 본 발명의 제2 실시예의 변형례(1)에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도.13 is a cross sectional view showing the manufacturing method of the semiconductor device according to the modification (1) of the second embodiment of the present invention.

도 14는 PtOX막을 형성할 때의 타임차트(1).14 is a time chart 1 when forming a PtO X film.

도 15는 PtOX막을 형성할 때의 타임차트(2).15 is a time chart 2 when forming a PtO X film.

도 16은 PtOX막을 형성할 때의 타임차트(3).Fig. 16 is a time chart 3 when forming a PtO X film.

도 17은 Ir막이나 IrO2막을 형성한 경우의 파티클 수를 나타낸 그래프.17 is a graph showing the number of particles when an Ir film or an IrO 2 film is formed.

도 18은 Pt막이나 PtOX막을 형성한 경우의 파티클 수를 나타낸 그래프.18 is a graph showing the number of particles when a Pt film or a PtO X film is formed.

도 19는 본 발명의 제3 실시예에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도.Fig. 19 is a sectional view of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

도 20은 본 발명의 제3 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도(1).20 is a cross sectional view (1) illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

도 21은 본 발명의 제3 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도(2).Fig. 21 is a process sectional view (2) showing the manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

도 22는 본 발명의 제3 실시예에 의한 변형례에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도.Fig. 22 is a sectional view of a semiconductor device according to a modification of the third embodiment of the present invention.

도 23은 본 발명의 제4 실시예에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도.Fig. 23 is a sectional view of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

도 24는 본 발명의 제4 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도(1).24 is a cross sectional view (1) showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

도 25는 본 발명의 제4 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도(2).Fig. 25 is a cross sectional view (2) showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

도 26은 본 발명의 제4 실시예의 변형례에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도.Fig. 26 is a sectional view of a semiconductor device according to a modification of the fourth embodiment of the present invention.

[부호의 설명][Description of the code]

8 … 웨이퍼8 … wafer

10 … 반도체 기판10... Semiconductor substrate

12 … 소자 영역12... Device area

14 … 소자 분리막14. Device separator

16 … 사이드 월 절연막16. Sidewall insulation film

18 … 게이트 전극18. Gate electrode

20 … 소스/드레인 확산층20... Source / Drain Diffusion Layer

22 … 층간 절연막22. Interlayer insulation film

23 … 콘택트 홀23. Contact hall

24a, 24b … 도체 플럭24a, 24b... Conductor Flock

26 … 실리콘 질화막26. Silicon nitride film

28 … 실리콘 산화막28. Silicon oxide

29 … SRO막29. SRO membrane

30 … IrO230. IrO 2 membrane

31 … PtOX31. PtO X Membrane

31a … PtOX31a. PtO X Membrane

32 … Ir막32. Ir film

33 … PtIrOX33. PtIrO X Membrane

33a … PtIrOX33a... PtIrO X Membrane

34 … Pt막34. Pt film

36 … 하부 전극36. Bottom electrode

36a … 하부 전극36a... Bottom electrode

36b … 하부 전극36b... Bottom electrode

36c … 하부 전극36c... Bottom electrode

36d … 하부 전극36d. Bottom electrode

36e … 하부 전극36e... Bottom electrode

36f … 하부 전극36f... Bottom electrode

38 … 강유전체막38. Ferroelectric film

39 … SRO막39. SRO membrane

40 … IrO240…. IrO 2 membrane

41 … PtOX41…. PtO X Membrane

41a … PtOX41a. PtO X Membrane

42 … Ir막42. Ir film

43 … PtIrOX43. PtIrO X Membrane

43a … PtIrOX43a... PtIrO X Membrane

44 … Pt막44. Pt film

46 … 상부 전극46. Upper electrode

46a … 상부 전극46a. Upper electrode

46b … 상부 전극46b... Upper electrode

46c … 상부 전극46c... Upper electrode

46d … 상부 전극46d. Upper electrode

46e … 상부 전극46e... Upper electrode

46f … 상부 전극46f... Upper electrode

48 … 커패시터48. Capacitor

48a … 커패시터48a... Capacitor

48b … 커패시터48b... Capacitor

48c … 커패시터48c... Capacitor

48d … 커패시터48d. Capacitor

48e … 커패시터48e... Capacitor

48f … 커패시터48f... Capacitor

50 … 실리콘 산화막50... Silicon oxide

52 … 콘택트 홀52... Contact hall

54 … 콘택트 홀54. Contact hall

56 … 국부 배선56. Local wiring

58 … 층간 절연막58. Interlayer insulation film

60 … 콘택트 홀60... Contact hall

62 … 비트선62. Bit line

64 … 방착판64. Barrier plate

66 … 체임버66. Chamber

68 … 타깃68. target

70 … 자석70... magnet

상기 목적은 제1 금속의 산화막으로 되는 제1 도전막과, 상기 제1 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속으로 되는 제2 도전막과, 상기 제2 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 함유한 제3 도전막을 갖는 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에 의해 달성된다. 이에 따라 제1 도전막과 제3 도전막 사이에 제2 도전막을 끼운 구조로 함으로써, 제3 도전막의 밀착성을 향상시킬 수 있으므로, 제3 도전막이 박리해 버리는 것을 방지할 수 있다.The object is a first conductive film that is an oxide film of a first metal, a second conductive film that is formed on the first conductive film and is the first metal, and is formed on the second conductive film and is the first metal. It is achieved by the semiconductor device characterized by including the electrode which has a 3rd conductive film containing the 2nd metal different from the other. Thereby, since the adhesiveness of a 3rd conductive film can be improved by having a structure which sandwiched the 2nd conductive film between a 1st conductive film and a 3rd conductive film, peeling of a 3rd conductive film can be prevented.

또 상기의 반도체 장치에 있어서, 상기 전극은 상기 제1 도전막 밑에 형성된 상기 제1 금속으로 되는 제4 도전막을 더 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라 기층과의 밀착성이 양호한 제4 도전막을 제1 도전막 밑에 형성함으로써, 제1 도전막과 기층과의 밀착성을 향상시킬 수 있으므로, 기층과 전극의 밀착성을 향상시킬 수 있다.In the above semiconductor device, it is preferable that the electrode further has a fourth conductive film made of the first metal formed under the first conductive film. Thereby, since the adhesiveness of a 1st conductive film and a base layer can be improved by forming the 4th conductive film with favorable adhesiveness with a base layer under a 1st conductive film, adhesiveness of a base layer and an electrode can be improved.

또 상기 목적은 하부 전극과, 상기 하부 전극 상에 형성된 유전체막과, 상기 유전체막 상에 형성된 상부 전극을 갖는 커패시터를 구비하며, 상기 하부 전극 및/또는 상기 상부 전극은 제1 금속의 산화막으로 되는 제1 도전막과, 상기 제1 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속으로 되는 제2 도전막과, 상기 제2 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 함유한 제3 도전막을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에 의해 달성된다. 이에 따라 제1 도전막과 제3 도전막 사이에 제2 도전막을 끼운 구조로 함으로써, 제3 도전막의 밀착성을 향상시킬 수 있으므로, 제3 도전막이 박리해 버리는 것을 방지할 수 있다. 따라서 밀착성이 높은 전극을 커패시터의 전극으로 사용한 반도체 장치를 제공할 수 있다.In addition, the object includes a capacitor having a lower electrode, a dielectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the dielectric film, wherein the lower electrode and / or the upper electrode is an oxide film of a first metal. A third conductive film formed on the first conductive film, the second conductive film formed on the first conductive film, and made of the first metal, and a second metal formed on the second conductive film and different from the first metal; It is achieved by the semiconductor device which has a conductive film. Thereby, since the adhesiveness of a 3rd conductive film can be improved by having a structure which sandwiched the 2nd conductive film between a 1st conductive film and a 3rd conductive film, peeling of a 3rd conductive film can be prevented. Therefore, the semiconductor device which used the high adhesive electrode as the electrode of a capacitor can be provided.

또 상기 목적은 제1 금속을 함유한 산화막으로 되는 제1 도전막과, 상기 제1 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 함유한 산화막으로 되는 제2 도전막과, 상기 제2 도전막 상에 형성되고 상기 제2 금속을 함유한 제3 도전막을 갖는 전극을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 장치에 의해 달성된다. 이에 따라 막 응력이 작은 제2 도전막을 형성하므로, 웨이퍼에 부착하는 파티클 수를 억제할 수 있어서 반도체 장치의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.The above object is a first conductive film made of an oxide film containing a first metal, a second conductive film formed on the first conductive film and made of an oxide film containing a second metal different from the first metal; An electrode having a third conductive film formed on the second conductive film and containing the second metal is provided. Thereby, since the 2nd conductive film with a small film stress is formed, the number of particles adhering to a wafer can be suppressed and the manufacturing yield of a semiconductor device can be improved.

또 상기의 반도체 장치에 있어서, 상기 제2 도전막은 상기 제1 도전막과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 산소의 조성비가 작아지고 있는 것이 바람직하다. 이에 따라 제2 도전막과 제3 도전막 사이에서 산소의 조성비가 불연속이 되는 것을 억제할 수 있으므로, 양호한 밀착성을 갖는 전극을 형성할 수 있다.In the semiconductor device described above, it is preferable that the composition ratio of oxygen decreases as the second conductive film is separated from the interface with the first conductive film. Thereby, since it can suppress that the composition ratio of oxygen becomes discontinuous between a 2nd conductive film and a 3rd conductive film, the electrode which has favorable adhesiveness can be formed.

또 상기 목적은 하부 전극과, 상기 하부 전극 상에 형성된 유전체막과, 상기 유전체막 상에 형성된 상부 전극을 갖는 커패시터를 구비하며, 상기 하부 전극 및/또는 상기 상부 전극은 제1 금속을 함유한 산화막으로 되는 제1 도전막과, 상기 제1 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 함유한 산화막으로 되는 제2 도전막과, 상기 제2 도전막 상에 형성되고 상기 제2 금속을 함유한 제3 도전막을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치에 의해 달성된다. 이에 따라 막 응력이 작은 제2 도전막을 형성하므로, 웨이퍼에 부착하는 파티클 수를 억제할 수 있어서 반도체 장치의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, the object includes a capacitor having a lower electrode, a dielectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the dielectric film, wherein the lower electrode and / or the upper electrode comprises an oxide film containing a first metal. And a second conductive film formed on the first conductive film, the second conductive film being an oxide film containing a second metal different from the first metal, and formed on the second conductive film. It is achieved by the semiconductor device characterized by having a 3rd conductive film containing a metal. Thereby, since the 2nd conductive film with a small film stress is formed, the number of particles adhering to a wafer can be suppressed and the manufacturing yield of a semiconductor device can be improved.

또 상기 목적은 제1 금속을 함유한 산화막으로 되는 제1 도전막을 형성하는 공정과, 상기 제1 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 함유한 산화막으로 되며 상기 제1 도전막과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 산소의 조성비가 작아지는 제2 도전막을 형성하는 공정과, 상기 제2 도전막 상에 상기 제2 금속을 함유한 제3 도전막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 제2 도전막을 형성하는 공정에서는 성막실 내의 산소 농도를 작게 하면서 상기 제2 도전막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법에 의해 달성된다. 이에 따라 제1 도전막과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 산소의 조성비가 작아지는 제2 도전막을 형성할 수 있으므로, 제2 도전막과 제3 도전막 사이의 산소의 조성비가 불연속이 되는 것을 억제할 수 있다. 따라서 양호한 밀착성을 갖는 전극을 형성할 수 있고, 나아가서는 밀착성이 양호한 커패시터를 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있다.The above object is a process of forming a first conductive film made of an oxide film containing a first metal, and an oxide film formed on the first conductive film and containing a second metal different from the first metal. Fabrication of a semiconductor device having a step of forming a second conductive film in which a composition ratio of oxygen decreases as it is separated from an interface with a film, and a step of forming a third conductive film containing the second metal on the second conductive film. As a method, in the step of forming the second conductive film, the second conductive film is formed while reducing the oxygen concentration in the film formation chamber. This makes it possible to form a second conductive film in which the composition ratio of oxygen decreases as it falls away from the interface with the first conductive film, thereby preventing discontinuity in the composition ratio of oxygen between the second conductive film and the third conductive film. have. Therefore, the electrode which has favorable adhesiveness can be formed, and also the semiconductor device which has a capacitor with favorable adhesiveness can be manufactured.

[실시예]EXAMPLE

[제1 실시예][First Embodiment]

본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법을 도 1∼도 5를 사용하여 설명한다. 도 1은 본 실시예에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도이다. 도 2∼도 5는 본 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the present embodiment. 2 to 5 are process sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.

(반도체 장치)(Semiconductor device)

본 발명에 의한 반도체 장치는 강유전체 RAM, 즉 FeRAM에 적용한 것이다.The semiconductor device according to the present invention is applied to ferroelectric RAM, that is, FeRAM.

도 1에 나타낸 바와 같이, 실리콘 기판(10) 상에는 소자 영역(12)을 구획하는 소자 분리막(14)이 형성되어 있다. 소자 분리막(14)에 의해 구획된 소자 영역(12)에는 측면에 사이드 월 절연막(16)이 형성된 게이트 전극(18)과, 소스/드레인 확산층(20)을 갖는 트랜지스터가 형성되어 있다.As shown in FIG. 1, an element isolation film 14 for partitioning the element region 12 is formed on the silicon substrate 10. In the device region 12 partitioned by the device isolation film 14, a transistor including a gate electrode 18 having a sidewall insulating film 16 formed on a side thereof, and a source / drain diffusion layer 20 is formed.

또한 전면에 막 두께 400nm의 층간 절연막(22)이 형성되어 있다. 층간 절연막(22)에는 소스/드레인 확산층(20)에 달하는 콘택트 홀(23)이 형성되어 있으며, 콘택트 홀(23) 내에는 도체 플럭(24a, 24b)이 형성되어 있다.Further, an interlayer insulating film 22 having a film thickness of 400 nm is formed on the entire surface. A contact hole 23 reaching the source / drain diffusion layer 20 is formed in the interlayer insulating film 22, and conductor flocks 24a and 24b are formed in the contact hole 23.

층간 절연막(22) 상에는 막 두께 100nm의 실리콘 질화막으로 되는 스토퍼막(26), 막 두께 100nm의 실리콘 산화막(28)이 차례로 형성되어 있다.On the interlayer insulating film 22, a stopper film 26 serving as a silicon nitride film having a film thickness of 100 nm and a silicon oxide film 28 having a film thickness of 100 nm are sequentially formed.

실리콘 산화막(28) 상에는 막 두께 50nm의 Ir02막(30), 막 두께 50nm의 Ir막 및 막 두께 75nm의 Pt막(34)을 차례로 적층하여 구성된 Pt/Ir/Ir02구조의 하부 전극(36)이 형성되어 있다. 하부 전극(36) 상에는 막 두께 300nm의 PbZrXTi1-XO3(PZT)막으로 되는 강유전체막(38)이 형성되어 있다. Zr의 조성비 X는 예를 들어 0.4로 할 수 있으나, Zr의 조성비 X는 0.4에 한정되는 것은 아니고, 적의 설정할 수 있다.On the silicon oxide film 28, a lower electrode 36 having a Pt / Ir / Ir0 2 structure, which is formed by sequentially stacking an Ir0 2 film 30 having a thickness of 50 nm, an Ir film having a thickness of 50 nm, and a Pt film 34 having a thickness of 75 nm. ) Is formed. On the lower electrode 36, a ferroelectric film 38, which is a PbZr X Ti 1-X O 3 (PZT) film having a thickness of 300 nm, is formed. Although the composition ratio X of Zr can be 0.4, for example, the composition ratio X of Zr is not limited to 0.4, It can set suitably.

강유전체막(38) 상에 막 두께 50nm의 Ir02막(40), 막 두께 50nm의 Ir막(42) 및 막 두께 75nm의 Pt막(44)을 차례로 적층하여 구성된 Pt/Ir/Ir02구조의 상부 전극(46)이 형성되어 있다. 그리고 이들 하부 전극(36), 강유전체막(38) 및 상부 전극(46)으로 메모리용의 커패시터(48)가 구성되어 있다.The Pt / Ir / Ir0 2 structure having a structure of 50 nm thick Ir0 2 film 40, 50 nm thick Ir film 42, and 75 nm thick Pt film 44 is sequentially stacked on the ferroelectric film 38. The upper electrode 46 is formed. The lower electrode 36, the ferroelectric film 38, and the upper electrode 46 constitute a memory capacitor 48.

본 실시예에 의한 반도체 장치는 하부 전극(36) 및 상부 전극(46)의 구조에 특징이 있는 것이다. 즉 하부 전극(36)은 Ir02막(30) 상에 Pt막(34)이 직접 형성되는 것이 아니고, Ir02막(30) 상에 우선 Ir막(32)이 형성되고, 이 Ir막(32) 상에 Pt막(34)이 형성되어 있다. 이와 같은 Pt/Ir/Ir02구조의 전극에서는 Ir02막(30)과 Pt막(34) 사이에 산화막이 아닌 Ir막(32)이 끼어 있으므로, Pt막(34)의 밀착성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 Pt막(34)이 박리해 버리는 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로 상부 전극(46)도 Pt/Ir/Ir02구조로 함으로써 Pt막(44)의 밀착성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 Pt막(34)이 박리해 버리는 것을 방지할 수 있다.The semiconductor device according to the present embodiment is characterized by the structure of the lower electrode 36 and the upper electrode 46. I.e., the lower electrode 36 is Ir0 2 film 30 is not to be phase to form a direct Pt film 34, a first Ir film 32 on the Ir0 2 film 30 is formed, and the Ir film (32 ), A Pt film 34 is formed. In this Pt / Ir / Ir0 2 electrode, since the Ir film 32, not the oxide film, is sandwiched between the Ir0 2 film 30 and the Pt film 34, the adhesion of the Pt film 34 can be improved. This can prevent the Pt film 34 from peeling off. Similarly, the upper electrode 46 also has a Pt / Ir / Ir0 2 structure, whereby the adhesion of the Pt film 44 can be improved, thereby preventing the Pt film 34 from peeling off.

그리고 또한 전면에 막 두께 200nm의 실릭콘 산화막(50)이 형성되어 있다. 실리콘 산화막(50)에는 상부 전극(46)에 달하는 콘택트 홀(52)과, 도체 플럭(24a)에 달하는 콘택트 홀(54)이 형성되어 있다. 그리고 실리콘 산화막(50)에는 콘택트 홀(52, 54)을 통해서 상부 전극(46)과 도체 플럭(24a)을 접속하는 국부 배선(56)이 형성되어 있다.Further, a silicon oxide film 50 having a thickness of 200 nm is formed on the entire surface. The silicon oxide film 50 is formed with a contact hole 52 reaching the upper electrode 46 and a contact hole 54 reaching the conductor plug 24a. In the silicon oxide film 50, local wirings 56 are formed to connect the upper electrode 46 and the conductor plug 24a through the contact holes 52 and 54.

또한 전면에 막 두께 300nm의 실리콘 산화막으로 되는 층간 절연막(58)이 형성되어 있으며, 층간 절연막(58), 실리콘 산화막(50, 28) 및 스토퍼막(26)에는 도체 플럭(24b)에 달하는 콘택트 홀(60)이 형성되어 있다. 그리고 비트선(62)이 콘택트 홀(60)을 통해서 도체 플럭(24b)에 접속되어 있다.Further, an interlayer insulating film 58 made of a silicon oxide film having a thickness of 300 nm is formed on the entire surface, and contact holes reaching the conductor flocks 24b are formed in the interlayer insulating film 58, the silicon oxide films 50 and 28, and the stopper film 26. 60 is formed. The bit line 62 is connected to the conductor flocks 24b through the contact holes 60.

이와 같이 본 실시예에 의하면 커패시터의 전극을 Pt/Ir/Ir02구조, 즉 Pt막과 Ir02막 사이에 Ir을 끼운 구조로 함으로써 Pt막의 밀착성을 향상시킬 수 있으므로, Pt막이 박리해 버리는 것을 방지할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the Pt / Ir / Ir0 2 structure of the capacitor has a structure in which Ir is interposed between the Pt film and the Ir0 2 film to improve the adhesion of the Pt film, thereby preventing the Pt film from peeling off. can do.

(반도체 장치의 제조 방법)(Manufacturing Method of Semiconductor Device)

다음에 본 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 도 2∼도 5를 사용하여 설명한다.Next, the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

우선 도 2a에 나타낸 바와 같이, LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)법에 의해 실리콘 기판(10)의 표면에 소자 영역(12)을 구획하는 소자 분리막(14)을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, an element isolation film 14 that partitions the element region 12 is formed on the surface of the silicon substrate 10 by the LOCOS (LOCal Oxidation of Silicon) method.

다음에 소자 영역(12)에, 측면에 사이드 월 절연막(16)이 형성된 게이트 전극(18)과, 소스/드레인 확산층(20)을 갖는 트랜지스터를 형성한다(도 2a 참조).Next, in the device region 12, a transistor including a gate electrode 18 having a sidewall insulating film 16 formed on its side and a source / drain diffusion layer 20 is formed (see Fig. 2A).

다음에 전면에 CVD(Chemical Vapor Deposition, 화학 기상 퇴적)법에 의해 실리콘 산화막으로 되는 막 두께 400nm의 층간 절연막(22)을 형성하고, 그 후에 CMP(Chemical Mechanical Polishing, 화학 기계적 연마)법에 의해 층간 절연막(22)의 표면을 평탄화한다.Next, an interlayer insulating film 22 having a thickness of 400 nm, which is a silicon oxide film, is formed on the entire surface by CVD (Chemical Vapor Deposition), and thereafter, an interlayer is formed by CMP (Chemical Mechanical Polishing). The surface of the insulating film 22 is planarized.

다음에 포토리소그래피 기술에 의해 층간 절연막(22)에 소스/드레인 확산층(20)에 달하는 콘택트 홀(23)을 형성한다.Next, a contact hole 23 reaching the source / drain diffusion layer 20 is formed in the interlayer insulating film 22 by a photolithography technique.

다음에 전면에 스퍼터법에 의해 막 두께 20nm의 Ti막과 막 두께 50nm의 TiN막을 차례로 형성함으로써, Ti막과 TiN막으로 되는 밀착층을 형성한다. 다음에 전면에 CVD법에 의해 두께 1μm의 텅스텐층을 형성한다.Next, a Ti film having a thickness of 20 nm and a TiN film having a thickness of 50 nm are sequentially formed on the entire surface by a sputtering method to form an adhesion layer composed of a Ti film and a TiN film. Next, a tungsten layer having a thickness of 1 m is formed on the entire surface by CVD.

다음에 CMP법에 의해 층간 절연막(22)의 표면이 노출할 때까지 텅스텐층과 밀착층을 연마하고, 이에 따라 콘택트 홀(23) 내에 밀착층과 텅스텐층으로 되는 도전 플럭(24a, 24b)을 형성한다(도 2b 참조).Next, the tungsten layer and the adhesion layer are polished until the surface of the interlayer insulating film 22 is exposed by the CMP method, so that the conductive plugs 24a and 24b serving as the adhesion layer and the tungsten layer are formed in the contact hole 23. Form (see FIG. 2B).

다음에 전면에 CVD법에 의해 막 두께 100nm의 실리콘 질화막(26), 막 두께 100nm의 실리콘 산화막(28)을 차례로 형성한다(도 2c 참조).Next, a silicon nitride film 26 having a thickness of 100 nm and a silicon oxide film 28 having a thickness of 100 nm are sequentially formed on the entire surface by CVD (see FIG. 2C).

다음에 전면에 반응성 스퍼터법에 의해 O2분위기 중에서 막 두께 50nm의 IrO2막(30)을 형성한다. 성막 조건은 예를 들어 타깃으로서 Ir를 사용하여 파워를 0.5∼5.0kW, O2유량을 50∼200sccm, 기판 온도를 실온∼500℃로 할 수 있다.Next, an IrO 2 film 30 having a thickness of 50 nm is formed on the entire surface in an O 2 atmosphere by a reactive sputtering method. As film formation conditions, for example, can execute a 0.5~5.0kW, O 2 flow rate of the power by using the Ir as a target for 50~200sccm, the substrate temperature was room temperature ~500 ℃.

다음에 전면에 스퍼터법에 의해 Ar 분위기 중에서 막 두께 50nm의 Ir막(32)을 형성한다. 성막 조건은 예를 들어 타깃으로서 Ir를 사용하여 파워를 0.5∼5.0kW, O2유량을 50∼200sccm, 기판 온도를 실온∼500℃로 할 수 있다.Next, an Ir film 32 having a thickness of 50 nm is formed on the entire surface in an Ar atmosphere by the sputtering method. As film formation conditions, for example, can execute a 0.5~5.0kW, O 2 flow rate of the power by using the Ir as a target for 50~200sccm, the substrate temperature was room temperature ~500 ℃.

다음에 전면에 스퍼터법에 의해 Ar 분위기 중에서 막 두께 75nm의 Pt막(34)을 형성한다. 성막 조건은 예를 들어 타깃으로서 Pt를 사용하여 파워를 0.5∼5.0kW, O2유량을 50∼200sccm, 기판 온도를 실온∼500℃로 할 수 있다.Next, a Pt film 34 having a thickness of 75 nm is formed on the entire surface in an Ar atmosphere by the sputtering method. For example, the film forming conditions can be 0.5 to 5.0 kW in power, 50 to 200 sccm in flow rate of O 2 , and substrate temperature to room temperature to 500 ° C. using Pt as a target.

다음에 전면에 CVD법에 의해 PbZrXTi1-XO3(PZT)막으로 되는 강유전체막(38)을 형성한다(도 3a 참조).Next, a ferroelectric film 38, which becomes a PbZr X Ti 1-X O 3 (PZT) film, is formed on the entire surface by CVD (see FIG. 3A).

다음에 전면에 IrO2막(30)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 50nm의 IrO2막(40)을 형성한다.Next, an IrO 2 film 40 having a thickness of 50 nm is formed in the same manner as in the case of forming the IrO 2 film 30 on the entire surface.

다음에 전면에 Ir막(32)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 50nm의 Ir막(42)을 형성한다.Next, an Ir film 42 having a thickness of 50 nm is formed in the same manner as in the case of forming the Ir film 32 on the entire surface.

다음에 전면에 Pt막(34)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 75nm의 Pt막(44)을 형성한다(도 3b 참조).Next, in the same manner as the case where the Pt film 34 is formed on the entire surface, a Pt film 44 having a thickness of 75 nm is formed (see Fig. 3B).

다음에 포토리소그래피 기술에 의해 Pt막(44), Ir막(42), IrO2막(40), 강유전체막(38), Pt막(34), Ir막(32) 및 IrO2막(30)을 패터닝한다. 이에 따라 IrO2막(30), Ir막(32) 및 Pt(34)으로 Pt/Ir/IrO2구조의 하부 전극(36)이 구성되고, IrO2막(40), Ir막(42) 및 Pt(44)으로 Pt/Ir/IrO2구조의 상부 전극(46)이 구성되어, 하부 전극(36), 강유전체막(38) 및 상부 전극(46)으로 커패시터(48)가 구성되는 것이다(도 4a 참조). 패터닝에는 드라이 에칭을 사용할 수 있으며, 에칭 조건은 예를 들어 에칭 가스로서 Cl2와 Ar을 사용할 수 있다.Next, a Pt film 44, an Ir film 42, an IrO 2 film 40, a ferroelectric film 38, a Pt film 34, an Ir film 32, and an IrO 2 film 30 are formed by photolithography. Pattern. Accordingly, the lower electrode 36 having the Pt / Ir / IrO 2 structure is formed of the IrO 2 film 30, the Ir film 32, and the Pt 34, and the IrO 2 film 40, the Ir film 42, The upper electrode 46 having the Pt / Ir / IrO 2 structure is formed of Pt 44, and the capacitor 48 is composed of the lower electrode 36, the ferroelectric film 38, and the upper electrode 46 (FIG. 4a). Dry etching may be used for patterning, and etching conditions may use, for example, Cl 2 and Ar as etching gases.

다음에 전면에 막 두께 200nm의 실리콘 산화막(50)을 형성한다.Next, a silicon oxide film 50 having a thickness of 200 nm is formed on the entire surface.

다음에 포토리소그래피 기술에 의해 실리콘 산화막(50)에 상부 전극(46)에 달하는 콘택트 홀(52)을 형성하고, 또 실리콘 산화막(50, 28) 및 실리콘 질화막(26)에 도체 플럭(24a)에 달하는 콘택트 홀(54)을 형성한다.Next, a contact hole 52 that reaches the upper electrode 46 is formed in the silicon oxide film 50 by photolithography, and the conductor flocks 24a are formed in the silicon oxide films 50 and 28 and the silicon nitride film 26. A contact hole 54 is formed.

다음에 전면에 TiN막을 형성한다. 그 후에 포토리소그래피 기술을 사용하여 TiN막을 패터닝함으로써, 콘택트 홀(52, 54)을 통해서 상부 전극(46)과 도체 플럭(24a)을 접속하는 국부 배선(56)을 형성한다(도 4b 참조).Next, a TiN film is formed over the entire surface. Thereafter, the TiN film is patterned using photolithography technology to form a local wiring 56 connecting the upper electrode 46 and the conductor flocks 24a through the contact holes 52 and 54 (see FIG. 4B).

다음에 전면에 막 두께 300nm의 실리콘 산화막으로 되는 층간 절연막(58)을 형성한다.Next, an interlayer insulating film 58 made of a silicon oxide film having a thickness of 300 nm is formed on the entire surface.

다음에 포토리소그래피 기술에 의해 층간 절연막(58), 실리콘 산화막(50, 28) 및 실리콘 질화막(26)에 도체 플럭(24b)의 상면에 달하는 콘택트 홀(60)을 형성한다.Next, a contact hole 60 reaching the upper surface of the conductor flocks 24b is formed in the interlayer insulating film 58, the silicon oxide films 50 and 28 and the silicon nitride film 26 by photolithography.

다음에 전면에 막 두께 600nm의 Al막을 형성한다. 그 후에 Al막을 패터닝함으로써, 콘택트 홀(60)을 통해서 도체 플럭(24b)에 접속되는 비트선(62)을 형성한다(도 5 참조).Next, an Al film with a film thickness of 600 nm is formed on the entire surface. Thereafter, the Al film is patterned to form bit lines 62 connected to the conductor flocks 24b through the contact holes 60 (see FIG. 5).

이렇게 해서 본 실시예에 의한 반도체 장치가 제조되는 것이다.In this way, the semiconductor device according to the present embodiment is manufactured.

제안되고 있는 Pt/IrO2구조의 전극을 사용한 반도체 장치에서는, 제조 과정에서 예를 들어 100개의 웨이퍼 중의 2, 3개의 웨이퍼로 전극의 박리가 생겨 버렸다. 이에 비해서 본 실시예에 의한 반도체 장치에서는, 제조 과정에서 전극의 박리가 전혀 생기지 않았다.In the semiconductor device using the electrode of the proposed Pt / IrO 2 structure, peeling of the electrode has arisen in the manufacturing process, for example in 2 or 3 wafers of 100 wafers. In contrast, in the semiconductor device according to the present embodiment, no peeling of the electrode occurred in the manufacturing process.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 상부 전극이나 하부 전극을 Pt/Ir/IrO2구조, 즉 Pt막과 IrO2막 사이에 Ir를 끼운 구조로 함으로써 Pt막의 밀착성을 향상시킬 수 있으므로, Pt막이 박리하여 버리는 것을 방지할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, since the upper electrode and the lower electrode have a Pt / Ir / IrO 2 structure, that is, a structure in which Ir is interposed between the Pt film and the IrO 2 film, the adhesion of the Pt film can be improved. You can prevent throwing away.

또한 상기에서는 Pt/Ir/IrO2구조를 커패시터의 상부 전극과 하부 전극의 양자에 적용하였으나, Pt/Ir/IrO2구조는 반드시 상부 전극과 하부 전극의 양자에 적용하지 않아도 좋으며, 예를 들어 Pt막의 박리가 생기기 쉬운 한쪽의 전극에만 Pt/Ir/IrO2구조를 적용하도록 하여도 좋다.In addition, while the Pt / Ir / IrO 2 structure is applied to both the upper electrode and the lower electrode of the capacitor, the Pt / Ir / IrO 2 structure may not necessarily be applied to both the upper electrode and the lower electrode, for example, Pt. The Pt / Ir / IrO 2 structure may be applied only to one electrode where the film is easily peeled off.

또 상기에서는 IrO2막의 막 두께를 50nm, Ir막의 막 두께를 50nm, Pt막의 막 두께를 75nm로 하였으나, 이들 막 두께는 상기에 한정되는 것은 아니고, 적의 설정하면 된다.In the above description, the film thickness of the IrO 2 film is 50 nm, the film thickness of the Ir film is 50 nm, and the film thickness of the Pt film is 75 nm. However, these film thicknesses are not limited to the above, and may be appropriately set.

커패시터의 전극 구조의 구체예를 도 6 및 도 7을 사용하여 설명한다. 도 6 및 도 7에서는 커패시터(48)를 제외한 구성 요소에 대해서는 생략하고 있다.Specific examples of the electrode structure of the capacitor will be described with reference to FIGS. 6 and 7. 6 and 7, components other than the capacitor 48 are omitted.

예를 들어 도 6a의 커패시터에서는 막 두께 50nm의 IrO2막(30) 및 막 두께 200nm의 Pt막(34)을 차례로 형성함으로써 Pt/IrO2구조의 하부 전극(36)이 구성되어 있으며, 막 두께 50nm의 IrO2막(40), 막 두께 50nm의 Ir막(42) 및 막 두께 75nm의 Pt막(44)을 차례로 형성함으로써, Pt/Ir/IrO2구조의 상부 전극(46)이 구성되어 있다. 이들 하부 전극(36)과 상부 전극(46) 사이에는 강유전체막(38)이 형성되어 있으며, 하부 전극(36), 강유전체막(38) 및 상부 전극(46)으로 커패시터(48)가 구성되어 있다. 즉 도 6a의 커패시터는 상부 전극(46)에만 Pt/Ir/IrO2구조를 적용한 것이다.For example, in the capacitor of FIG. 6A, a Pt / IrO 2 structure lower electrode 36 is formed by sequentially forming an IrO 2 film 30 having a thickness of 50 nm and a Pt film 34 having a thickness of 200 nm. A 50 nm IrO 2 film 40, a 50 nm Ir film 42, and a 75 nm Pt film 44 are sequentially formed to form an upper electrode 46 having a Pt / Ir / IrO 2 structure. . A ferroelectric film 38 is formed between the lower electrode 36 and the upper electrode 46, and a capacitor 48 is formed of the lower electrode 36, the ferroelectric film 38, and the upper electrode 46. . That is, the capacitor of FIG. 6A applies the Pt / Ir / IrO 2 structure only to the upper electrode 46.

또 도 6b의 커패시터에서는 막 두께 50nm의 IrO2막(30), 막 두께 50nm의 Ir막(32) 및 막 두께 75nm의 Pt막(34)을 차례로 형성함으로써, Pt/Ir/IrO2구조의 하부 전극(36)이 구성되어 있으며, 막 두께 50nm의 IrO2막(40), 막 두께 200nm의 Pt막(44)을 차례로 형성함으로써, Pt/IrO2구조의 상부 전극(46)이 구성되어 있다. 이들 하부 전극(36)과 상부 전극(48) 사이에는 강유전체막(38)이 형성되어 있으며, 하부 전극(36), 강유전체막(38) 및 상부 전극(46)으로 커패시터(48)가 구성되어 있다. 즉 도 6b의 커패시터는 하부 전극(36)에만 Pt/Ir/IrO2구조를 적용한 것이다.In the capacitor of FIG. 6B, an IrO 2 film 30 having a thickness of 50 nm, an Ir film 32 having a thickness of 50 nm, and a Pt film 34 having a thickness of 75 nm are sequentially formed to form a lower portion of the Pt / Ir / IrO 2 structure. the electrode 36 is configured, and is a film by forming in order, the upper electrode 46 of Pt / IrO 2 structure is configured to 50nm of the Pt film 44 of the IrO 2 film 40, a film thickness of 200nm thickness. A ferroelectric film 38 is formed between the lower electrode 36 and the upper electrode 48, and the capacitor 48 is composed of the lower electrode 36, the ferroelectric film 38, and the upper electrode 46. . That is, the capacitor of FIG. 6B applies the Pt / Ir / IrO 2 structure only to the lower electrode 36.

또 도 6c의 커패시터에서는 막 두께 50nm의 IrO2막(30) 및 막 두께 200nm의 Pt막(34)을 차례로 형성함으로써, Pt/IrO2구조의 하부 전극(36)이 구성되어 있으며, 막 두께 50nm의 IrO2막(40) 막 두께 50nm의 Ir막(42) 및 막 두께 200nm의 Pt막(44)을 차례로 형성함으로써, Pt/Ir/IrO2구조의 상부 전극(46)이 구성되어 있다. 이들 하부 전극(36)과 상부 전극(48) 사이에는 강유전체막(38)이 형성되어 있으며, 하부 전극(36), 강유전체막(38) 및 상부 전극(46)으로 커패시터(48)가 구성되어 있다. 즉 도 6c의 커패시터는 도 6a에 나타낸 커패시터에 비해 상부 전극(46)의 Pt막(44)의 막 두께를 200nm로 두껍게 한 것이다. Pt막(44)의 막 두께를 두껍게 함으로써 상부 전극(46)의 단면적을 크게 할 수 있으며, 이에 따라 상부 전극(46)의 저항치를 작게 할 수 있다.In the capacitor of FIG. 6C, an IrO 2 film 30 having a thickness of 50 nm and a Pt film 34 having a thickness of 200 nm are sequentially formed to form a lower electrode 36 having a Pt / IrO 2 structure, and has a film thickness of 50 nm. An IrO 2 film 40 having a thickness of 50 nm and an Ir film 42 having a thickness of 200 nm and a Pt film 44 having a thickness of 200 nm are sequentially formed to form an upper electrode 46 having a Pt / Ir / IrO 2 structure. A ferroelectric film 38 is formed between the lower electrode 36 and the upper electrode 48, and the capacitor 48 is composed of the lower electrode 36, the ferroelectric film 38, and the upper electrode 46. . That is, the capacitor of FIG. 6C thickens the film thickness of the Pt film 44 of the upper electrode 46 to 200 nm, compared to the capacitor shown in FIG. 6A. By increasing the thickness of the Pt film 44, the cross-sectional area of the upper electrode 46 can be increased, and accordingly the resistance of the upper electrode 46 can be reduced.

또 도 7a의 커패시터에서는 막 두께 50nm의 IrO2막(30), 막 두께 50nm의 Ir막(32) 및 막 두께 200nm의 Pt막(34)을 차례로 형성함으로써, Pt/Ir/IrO2구조의 하부 전극(36)이 구성되어 있으며, 막 두께 50nm의 IrO2막(40) 및 막 두께 200nm의 Pt막(44)을 차례로 형성함으로써, Pt/IrO2구조의 상부 전극(46)이 구성되어 있다. 이들 하부 전극(36)과 상부 전극(48) 사이에는 강유전체막(38)이 형성되어 있으며, 하부 전극(36), 강유전체막(38) 및 상부 전극(46)으로 커패시터(48)가 구성되어 있다. 즉 도 7a의 커패시터는 도 6b에 비해 하부 전극(36)의 Pt막(34)의 막 두께를 200nm로 두껍게 한 것이다. Pt막(34)의 막 두께를 두껍게 함으로써 하부 전극(36)의 단면적을 크게 할 수 있으며, 이에 따라 하부 전극(36)의 저항치를 작게 할 수 있다.In the capacitor of FIG. 7A, an IrO 2 film 30 having a thickness of 50 nm, an Ir film 32 having a thickness of 50 nm, and a Pt film 34 having a thickness of 200 nm are sequentially formed to form a lower portion of the Pt / Ir / IrO 2 structure. The electrode 36 is constituted, and the upper electrode 46 of the Pt / IrO 2 structure is formed by sequentially forming an IrO 2 film 40 having a thickness of 50 nm and a Pt film 44 having a thickness of 200 nm. A ferroelectric film 38 is formed between the lower electrode 36 and the upper electrode 48, and the capacitor 48 is composed of the lower electrode 36, the ferroelectric film 38, and the upper electrode 46. . That is, the capacitor of FIG. 7A thickens the film thickness of the Pt film 34 of the lower electrode 36 to 200 nm compared to FIG. 6B. By increasing the thickness of the Pt film 34, the cross-sectional area of the lower electrode 36 can be increased, and thus the resistance of the lower electrode 36 can be reduced.

또 도 7b의 커패시터에서는 막 두께 50nm의 IrO2막(30), 막 두께 50nm의 Ir막(32) 및 막 두께 75nm의 Pt막(34)을 차례로 형성함으로써, Pt/Ir/IrO2구조의 하부 전극(36)이 구성되어 있으며, 막 두께 175nm의 IrO2막(40)으로 상부 전극(46)이 구성되어 있다. 이들 하부 전극(36)과 상부 전극(48) 사이에는 강유전체막(38)이 형성되어 있으며, 하부 전극(36), 강유전체막(38) 및 상부 전극(46)으로 커패시터(48)가 구성되어 있다. 즉 도 7b의 커패시터는 하부 전극(36)에만 Pt/Ir/IrO2구조를 적용하고, 상부 전극(46)을 IrO2막(40)만으로 구성한 것이다. 상부 전극(46)을 IrO2막(40)으로만 구성하므로, 제조 공정을 간략화할 수 있다.In the capacitor of FIG. 7B, an IrO 2 film 30 having a thickness of 50 nm, an Ir film 32 having a thickness of 50 nm, and a Pt film 34 having a thickness of 75 nm are sequentially formed to form a lower portion of the Pt / Ir / IrO 2 structure. The electrode 36 is constituted, and the upper electrode 46 is composed of an IrO 2 film 40 having a thickness of 175 nm. A ferroelectric film 38 is formed between the lower electrode 36 and the upper electrode 48, and the capacitor 48 is composed of the lower electrode 36, the ferroelectric film 38, and the upper electrode 46. . That is, in the capacitor of FIG. 7B, the Pt / Ir / IrO 2 structure is applied only to the lower electrode 36, and the upper electrode 46 includes only the IrO 2 film 40. Since the upper electrode 46 is composed only of the IrO 2 film 40, the manufacturing process can be simplified.

이와 같이 전극 구조나 막 두께 등은 그 반도체 장치의 구조나, 실현하여야 할 전기적 특성 등을 고려하여 적의 설정하면 된다.Thus, the electrode structure, the film thickness, and the like may be appropriately set in consideration of the structure of the semiconductor device, the electrical characteristics to be realized, and the like.

[제2 실시예]Second Embodiment

본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법을 도 8∼도 10을 사용하여 설명한다. 도 8a는 본 실시예에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도이며, 도 8b는 커패시터의 구성을 나타낸 개략도이다. 도 9 및 도 10은 본 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다. 도 11은 스퍼터 장치의 체임버를 나타낸 개략도이다. 도 1∼도 7에 나타낸 제1 실시예에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략 또는 간결하게 한다.A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8A is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 8B is a schematic diagram showing the structure of a capacitor. 9 and 10 are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. 11 is a schematic view showing a chamber of the sputter apparatus. The same components as those of the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7 and the manufacturing method thereof are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or concise.

(반도체 장치)(Semiconductor device)

도 8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이 실리콘 산화막(28) 상에는 막 두께 50nm의 IrO2막(30), 막 두께 50nm의 PtOX막(31) 및 막 두께 200nm의 Pt막(34)을 차례로 적층하여 구성된 Pt/PtOX/IrO2구조의 하부 전극(36a)이 형성되어 있다. PtOX막(31)의 산소의 조성비 X는 예를 들어 0.1∼2.0의 범위로 적의 설정할 수 있다.As shown in FIGS. 8A and 8B, on the silicon oxide film 28, an IrO 2 film 30 having a thickness of 50 nm, a PtO X film 31 having a thickness of 50 nm, and a Pt film 34 having a thickness of 200 nm are sequentially stacked. The lower electrode 36a having the constructed Pt / PtO X / IrO 2 structure is formed. The composition ratio X of oxygen in the PtO X film 31 can be suitably set in the range of 0.1 to 2.0, for example.

하부 전극(36a) 상에는 막 두께 300nm의 PbZrTiO3(PZT)막으로 되는 강유전체막(38)이 형성되어 있다. 강유전체막(38)에 사용하는 PZT막의 조성비는 예를 들어 Pb : Zr : Ti를 110 : 52 : 48로 할 수 있으나, 반드시 이와 같은 조성비로 하는 것에 한정되는 것은 아니고, 적의 조성비를 설정할 수 있다.On the lower electrode 36a, a ferroelectric film 38 made of a PbZrTiO 3 (PZT) film having a thickness of 300 nm is formed. Although the composition ratio of the PZT film used for the ferroelectric film 38 can be Pb: Zr: Ti 110: 52: 48, for example, it is not necessarily limited to such a composition ratio, and an enemy composition ratio can be set.

강유전체막(38) 상에는 막 두께 50nm의 IrO2막(40), 막 두께 50nm의 PtOX막(41) 및 막 두께 200nm의 Pt막(44)을 차례로 적층하여 구성된 Pt/PtOX/IrO2구조의 상부 전극(46a)이 형성되어 있다. 그리고 이들 하부 전극(36a), 강유전체막(38) 및 상부 전극(46a)으로 메모리용의 커패시터(48a)가 구성되어 있다.On the ferroelectric film 38, a Pt / PtO X / IrO 2 structure formed by sequentially stacking an IrO 2 film 40 having a thickness of 50 nm, a PtO X film 41 having a thickness of 50 nm, and a Pt film 44 having a thickness of 200 nm was sequentially stacked. The upper electrode 46a is formed. The lower electrode 36a, the ferroelectric film 38, and the upper electrode 46a constitute a memory capacitor 48a.

본 실시예에 의한 반도체 장치는 하부 전극(36a)이나 상부 전극(46a)에 Ir막을 사용하지 않은 것에 주요한 특징이 있다.The semiconductor device according to the present embodiment has a major feature in that an Ir film is not used for the lower electrode 36a or the upper electrode 46a.

즉 제1 실시예에 의한 반도체 장치에서는 커패시터(48)의 하부 전극(36)이나 상부 전극(46)에 Ir막(32, 42)이 사용되고 있으며, 이러한 Ir막(32, 42)은 스퍼터법에 의해 형성된다. Ir막(32, 42)을 반도체 기판(10) 상에 형성할 때는 도 11에 나타낸 바와 같은 체임버(66)를 갖는 스퍼터 장치가 일반적으로 사용되나, 타깃(68)으로부터 추방된 Ir는 반도체 기판 상뿐 아니라 방착판(64)에도 퇴적한다. 방착판(64)에 퇴적된 Ir막은 방착판(64)의 표면으로부터 벗겨지는 일이 있으며, 벗겨진 Ir막은 파티클(particle, 소편)이 되어 웨이퍼(8) 상에 부착한다. 이렇게 해서 웨이퍼(8) 상에 부착된 Ir막으로 되는 파티클은 반도체 장치의 제조 수율을 저하시키는 요인이 된다.That is, in the semiconductor device according to the first embodiment, Ir films 32 and 42 are used for the lower electrode 36 and the upper electrode 46 of the capacitor 48, and the Ir films 32 and 42 are formed by sputtering. Is formed by. When the Ir films 32 and 42 are formed on the semiconductor substrate 10, a sputtering apparatus having a chamber 66 as shown in FIG. 11 is generally used, but Ir expelled from the target 68 is only on the semiconductor substrate. In addition, it deposits on the adhesion board 64. The Ir film deposited on the adhesion plate 64 may peel off from the surface of the adhesion plate 64, and the peeled Ir film becomes particles (small particles) and adheres to the wafer 8. In this way, the particle | grains which become an Ir film adhering on the wafer 8 become a factor which reduces the manufacture yield of a semiconductor device.

Ir막을 형성한 경우에 파티클이 생기는 것은 Ir막의 막 응력이 1×1011dynes/cm2정도로 크기 때문에, Ir막이 방착판(64)으로부터 벗겨지기 쉬운 것으로 생각된다. IrO2막의 막 응력은 5×1010dynes/cm2정도인 데 비해서 Ir막에서는 1×1011dynes/cm2정도로 약 2배의 막 응력이 생긴다.It is considered that since the film stress of the Ir film is about 1 x 10 11 dynes / cm 2 , the Ir film is likely to peel off from the anti-glare plate 64 when the Ir film is formed. The film stress of the IrO 2 film is about 5 × 10 10 dynes / cm 2 , whereas about 1 × 10 11 dynes / cm 2 is generated in the Ir film.

그래서 본 실시예에서는 Ir막을 사용하는 일이 없이 Pt막과 IrO2막 사이에 막 응력이 작은 PtOX막을 끼운 구조로 하고 있다. PtOX막의 막 응력은 5×109dynes/cm2로 작기 때문에, PtOX막은 방착판(64)으로부터 벗겨지기 어렵다. 이때문에, 본 실시예에 의하면 파티클이 웨이퍼에 부착하는 것을 억제할 수 있어서, 반도체 장치의 제조 수율을 향상시킬 수 있게 된다.Therefore, in this embodiment, a PtO X film having a small film stress is sandwiched between the Pt film and the IrO 2 film without using an Ir film. Since the film stress of the PtO X film is small as 5 x 10 9 dynes / cm 2 , the PtO X film is hard to peel off from the adhesion plate 64. For this reason, according to the present embodiment, the particles can be prevented from adhering to the wafer, and the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

(반도체 장치의 제조 방법)(Manufacturing Method of Semiconductor Device)

다음에 본 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 도 9 및 도 10을 사용하여 설명한다.Next, the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

우선 실리콘 산화막(28)을 형성하는 공정까지는 도 2a∼도 2c에 나타낸 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법과 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.First, since the process of forming the silicon oxide film 28 is the same as the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in Figs. 2A to 2C, the description is omitted.

다음에 전면에 반응성 스퍼터법에 의해 O2분위기 중에서 막 두께 50nm의 IrO2막(30)을 형성한다. 성막 조건은 예를 들어 타깃으로서 Ir를 사용하여 파워를 0.5∼5.0kW, O2유량을 50∼200sccm, 기판 온도를 실온∼500℃로 할 수 있다.Next, an IrO 2 film 30 having a thickness of 50 nm is formed on the entire surface in an O 2 atmosphere by a reactive sputtering method. As film formation conditions, for example, can execute a 0.5~5.0kW, O 2 flow rate of the power by using the Ir as a target for 50~200sccm, the substrate temperature was room temperature ~500 ℃.

다음에 전면에 반응성 스퍼터법에 의해 Ar 및 O2분위기 중에서 막 두께 50nm의 PtOX막(31)을 형성한다. 성막 조건은 예를 들어 타깃으로서 Pt를 사용하여 파워를 50∼200kW, Ar 유량을 50~200sccm, O2유량을 50∼200sccm, 기판 온도를 실온∼500℃로 할 수 있다. PtOX막(31)을 성막할 때의 O2/Ar 가스비 X는 예를 들어 0.1∼2.0의 범위로 적의 설정할 수 있다.Next, a PtO X film 31 having a film thickness of 50 nm is formed over the entire surface in an Ar and O 2 atmosphere by the reactive sputtering method. The film forming conditions can be, for example, Pt as a target, 50-200 kW of power, 50-200 sccm of Ar flow rate, 50-200 sccm of O 2 flow rate, and substrate temperature of room temperature to 500 ° C. The O 2 / Ar gas ratio X at the time of forming the PtO X film 31 can be suitably set in the range of 0.1 to 2.0, for example.

다음에 전면에 스퍼터법에 의해 Ar 분위기 중에서 막 두께 200nm의 Pt막(34)을 형성한다. 성막 조건은 예를 들어 타깃으로서 Pt를 사용하여 파워를 0.5∼5.kW, Ar유량을 50∼200sccm, 기판 온도를 실온∼500℃로 할 수 있다.Next, a Pt film 34 having a thickness of 200 nm is formed on the entire surface in an Ar atmosphere by the sputtering method. For example, the film forming conditions can be 0.5 to 5. kW in power, 50 to 200 sccm in Ar flow rate, and substrate temperature to room temperature to 500 ° C using Pt as a target.

다음에 전면에 예를 들어 졸겔(sol-gel)법에 의해, 막두께 300nm의 PbZrXTi1-XO3(PZT)막으로 되는 강유전체막(38)을 형성한다(도 9a 참조). 졸겔의 원료는 예를 들어 미쓰비시 머티어리얼 제의 것을 사용할 수 있다. 스핀코트 조건은 3000rpm, 15초로 할 수 있다. 또 150℃, 10분의 건조를 한다. 그 후에 전기로 어닐 장치를 사용해서 산소 분위기 중, 400℃, 10분의 가(假) 소성을 한다. 이와 같은 공정을 5회 정도 반복하면 막 두께 300nm의 PZT막이 형성된다. 다음에 RTA(Rapid Thermal Annealing, 단시간 어닐)법에 의해 PZT막의 본 소성을 한다. 어닐 조건은 산소 분위기 중, 700℃, 1분으로 할 수 있다.Next, a ferroelectric film 38 formed of a PbZr X Ti 1-X O 3 (PZT) film having a film thickness of 300 nm is formed on the entire surface, for example, by a sol-gel method (see FIG. 9A). The raw material of a sol gel can use the thing made by Mitsubishi material, for example. Spin coat conditions can be 3000 rpm and 15 second. Moreover, 150 degreeC is dried for 10 minutes. Thereafter, an oven is used to anneal at 400 ° C. for 10 minutes in an oxygen atmosphere. By repeating this process five times, a PZT film with a thickness of 300 nm is formed. Next, the main firing of the PZT film is performed by RTA (Rapid Thermal Annealing) method. Annealing conditions can be made into 700 degreeC and 1 minute in oxygen atmosphere.

다음에 전면에 IrO2막(30)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 50nm의 IrO2막(40)을 형성한다.Next, an IrO 2 film 40 having a thickness of 50 nm is formed in the same manner as in the case of forming the IrO 2 film 30 on the entire surface.

다음에 전면에 PtOX막(31)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 50nm의 PtOX막(41)을 형성한다.Next, a PtO X film 41 having a thickness of 50 nm is formed in the same manner as in the case of forming the PtO X film 31 on the entire surface.

다음에 전면에 Pt막(34)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 200nm의 Pt막(44)을 형성한다(도 9b 참조).Next, a Pt film 44 having a thickness of 200 nm is formed in the same manner as in the case of forming the Pt film 34 on the entire surface (see Fig. 9B).

다음에 포토리소그래피 기술에 의해 Pt막(44), PtOX막(41), IrO2막(40), 강유전체막(38), Pt막(34), PtOX막(31) 및 IrO2막(30)을 패터닝한다. 이에 따라 IrO2막(30), PtOX막(31) 및 Pt막(34)으로 Pt/PtOX/IrO2구조의 하부 전극(36a)이 구성되고, IrO2막(40), PtOX막(41) 및 Pt막(44)으로 Pt/PtOX/IrO2구조의 상부 전극(46a)이 구성되어, 하부 전극(36a), 강유전체막(38) 및 상부 전극(46a)으로 커패시터(48)가 구성된다(도 10 참조). 패터닝에는 드라이 에칭을 사용할 수 있으며, 에칭 조건은 예를 들어 에칭 가스로서 Cl2가스와 Ar 가스를 사용할 수 있다.Next, the Pt film 44, the PtO X film 41, the IrO 2 film 40, the ferroelectric film 38, the Pt film 34, the PtO X film 31 and the IrO 2 film ( Pattern 30). As a result, the lower electrode 36a having the Pt / PtO X / IrO 2 structure is formed of the IrO 2 film 30, the PtO X film 31, and the Pt film 34, and the IrO 2 film 40 and the PtO X film An upper electrode 46a having a Pt / PtO X / IrO 2 structure is formed of the 41 and the Pt film 44, and the capacitor 48 is formed of the lower electrode 36a, the ferroelectric film 38, and the upper electrode 46a. Is configured (see FIG. 10). Dry etching may be used for patterning, and etching conditions may use, for example, Cl 2 gas and Ar gas as etching gas.

그 후의 반도체 장치의 제조 방법은 도 4b 또는 도 5에 나타낸 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법과 동일하므로, 설명을 생략한다. 이렇게 해서 본 실시예에 의한 반도체 장치가 제조된다.Subsequently, the method of manufacturing the semiconductor device is the same as the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 4B or FIG. 5, and thus description thereof is omitted. In this way, the semiconductor device according to the present embodiment is manufactured.

(변형례(1))(Variation example (1))

다음에 본 실시예에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법의 변형례(1)를 도 12∼도 14를 사용하여 설명한다. 도 12a는 본 변형례에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도이며, 도 12b는 커패시터의 구성을 나타낸 개략도이다. 도 13은 본 변형례에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다. 도 14는 본 변형례에 의해 PtOX막을 형성할 때의 타임차트이다.Next, the modification (1) of the semiconductor device and its manufacturing method which concern on a present Example are demonstrated using FIGS. 12A is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the present modification, and FIG. 12B is a schematic diagram showing the structure of a capacitor. 13 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the present modification. 14 is a time chart when forming a PtO X film according to the present modification.

본 변형례에 의한 반도체 장치는 PtOX막(31a, 41a) 중의 산소의 조성비가 각각 IrO2막(30, 40)과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 작아지는 경사 조성으로 되어 있는 것을 특징으로 한다. PtOX막을 성막할 때의 02/Ar 가스비 X는 예를 들어 0∼2.0의 범위로 적의 변화시킬 수 있다. 본 변형례에 의하면, PtOX막(31a, 41a) 중의 산소의 조성비 X를 각각 IrO2막(30, 40)과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 작게 하므로, PtOX막(31a)과 Pt막(34) 사이, PtOX막(41a)과 Pt막(44) 사이의 산소 조성의 차가 작아진다. 따라서 본 실시예에 의하면, 밀착성이 높은 하부 전극(36b)이나 상부 전극(46b)을 형성할 수 있다.The semiconductor device according to the present modification is characterized by an inclined composition that decreases as the composition ratio of oxygen in the PtO X films 31a and 41a is separated from the interface with the IrO 2 films 30 and 40, respectively. The 0 2 / Ar gas ratio X at the time of forming the PtO X film can be suitably changed in the range of 0 to 2.0, for example. According to this modification, since the composition ratio X of oxygen in the PtO X films 31a and 41a is made smaller as they fall from the interface with the IrO 2 films 30 and 40, respectively, the PtO X film 31a and the Pt film 34 ), The difference in oxygen composition between the PtO X film 41a and the Pt film 44 becomes small. Therefore, according to this embodiment, the lower electrode 36b or the upper electrode 46b having high adhesion can be formed.

다음에 본 변형례에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 도 13을 사용하여 설명한다.Next, the manufacturing method of the semiconductor device by this modification is demonstrated using FIG.

본 변형례에 의한 반도체 장치의 제조 방법은 IrO2막(30)을 형성하는 공정까지는 제2 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법과 동일하다.The semiconductor device manufacturing method according to this modification is the same as the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment until the step of forming the IrO 2 film 30.

다음에 PtOX막(31a)을 형성한다. 본 변형례에서는 이하와 같이 해서 PtOX막(31a) 중의 산소의 조성비를 IrO2막(30)과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 작게 한다.Next, a PtO X film 31a is formed. In this modification, the composition ratio of oxygen in the PtO X film 31a is made smaller as follows from the interface with the IrO 2 film 30.

도 14는 PtOX막(31a)을 형성할 때의 체임버 내에 도입하는 산소의 유량과, 체임버 내의 분압 및 플라즈마의 파워를 나타낸 타임차트이다.FIG. 14 is a time chart showing the flow rate of oxygen introduced into the chamber, the partial pressure in the chamber, and the plasma power when the PtO X film 31a is formed.

본 변형례에서는, 체임버 내로의 산소의 도입의 중지하여 체임버 내의 산소 분압이 낮아질 때에, 플라즈마의 파워를 유지함으로써 성막을 계속한다. 따라서 체임버 내의 산소 분압이 낮아지는 과정에서, PtOX막(31a) 중의 산소 조성이 연속적으로 저하한다. 막 두께 50nm 정도의 PtOX막은 수십초로 성막되나, 이와 같은 타임차트로 PtOX막을 형성하면, 산소 조성이 연속적으로 변화하는 PtOX막을 간편한 공정으로 형성할 수 있다. 이와 같이 본 변형례에 의하면, PtOX막(31a)과 Pt막(34)과의 계면의 산소 조성이 불연속으로 되어 버리는 것을 억제할 수 있다.In this modification, film formation is continued by maintaining the power of plasma when the introduction of oxygen into the chamber is stopped and the oxygen partial pressure in the chamber is lowered. Therefore, in the process of lowering the oxygen partial pressure in the chamber, the oxygen composition in the PtO X film 31a continuously decreases. Although several tens of seconds, the deposition film PtO X of 50nm thickness approximately, when this same film is formed PtO X in the time chart, the oxygen composition can be formed by a simple process X PtO film changes continuously. Thus, according to this modification, it can suppress that the oxygen composition of the interface of PtO X film 31a and Pt film 34 becomes discontinuous.

다음에 제2 실시예와 동일하게 하여 Pt막(34), 강유전체막(38)을 형성한다(도 13a 참조).Next, in the same manner as in the second embodiment, a Pt film 34 and a ferroelectric film 38 are formed (see Fig. 13A).

다음에 전면에 IrO2막(30)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 50nm의 IrO2막(40)을 형성한다.Next, an IrO 2 film 40 having a thickness of 50 nm is formed in the same manner as in the case of forming the IrO 2 film 30 on the entire surface.

다음에 전면에 PtOx막(31a)를 형성하는 경우와 동일하게 하여 두께 50nm의 PtOX막(41a)을 형성한다.Next, a PtO X film 41a having a thickness of 50 nm is formed in the same manner as the case where the PtOx film 31a is formed on the entire surface.

다음에 전면에 Pt막(34)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 200nm의 Pt막(44)을 형성한다(도 13b 참조).Next, a Pt film 44 having a thickness of 200 nm is formed in the same manner as in the case of forming the Pt film 34 on the entire surface (see Fig. 13B).

그 후의 본 변형례에 의한 반도체 장치의 제조 방법은 제2 실시예와 동일하므로, 설명을 생략한다. 이렇게 해서 본 변형례에 의한 반도체 장치가 제조된다.Since the manufacturing method of the semiconductor device by this modified example after that is the same as that of 2nd Example, description is abbreviate | omitted. In this way, the semiconductor device according to the present modification is manufactured.

(변형례(2))(Variation (2))

다음에 본 실시예에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법의 변형례(2)를 도 15를 사용하여 설명한다. 도 15는 본 변형례에 의해 PtOX막을 형성할 때의 타임차트이다.Next, a modification 2 of the semiconductor device and its manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 15. 15 is a time chart when forming a PtO X film according to the present modification.

본 변형례에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법은 도 15에 나타낸 바와 같은 타임차트로 PtOX막(31a, 41a)을 형성하는 것에 주요한 특징이 있다.The semiconductor device and its manufacturing method according to the present modification have a major feature in forming the PtO X films 31a and 41a with a time chart as shown in FIG.

본 변형례에서는, 도 15에 나타낸 바와 같이 체임버 내에 소정의 유량으로 산소를 도입하여, 체임버 내의 산소 유량을 안정시키고 나서 플라즈마를 온으로 하여 소정의 막 두께의 PtOX막을 형성한다. 그 후에 플라즈마의 파워를 오프하여 PtOX막의 성막을 중단한다.In this modification, as shown in Fig. 15, oxygen is introduced into the chamber at a predetermined flow rate, the oxygen flow rate in the chamber is stabilized, and then the plasma is turned on to form a PtO X film having a predetermined film thickness. Thereafter, the plasma power is turned off to stop the film formation of the PtO X film.

다음에 체임버 내로의 산소 유량을 감소시켜서, 체임버 내의 산소 분압을 안정시키고 나서 플라즈마의 파워를 재차 온으로 하여, PtOX막을 성막한다. 그 후에 플라즈마의 파워를 오프로 하여 PtOX막의 성막을 중단한다.Next, the oxygen flow rate into the chamber is reduced, the oxygen partial pressure in the chamber is stabilized, and then the plasma power is turned on again to form a PtO X film. After that, the plasma power is turned off to stop the film formation of the PtO X film.

다음에 체임버 내로의 산소 유량을 더욱 감소시켜서, 체임버 내의 산소 분압을 안정시키고 나서 플라즈마의 파워를 재차 온으로 하여, PtOX막을 성막한다. 그 후에 플라즈마의 파워를 오프로 하여 PtOX막의 성막을 중단한다.Next, the oxygen flow rate into the chamber is further reduced to stabilize the oxygen partial pressure in the chamber, and then the plasma power is turned on again to form a PtO X film. After that, the plasma power is turned off to stop the film formation of the PtO X film.

다음에 체임버 내에의 산소의 도입을 중단하여 체임버 내에 산소가 없어진 후에, 플라즈마의 파워를 재차 온으로 하여 산소의 조성비 X가 0인 PtOX막을 성막한다. 이렇게 해서 산소 조성이 서서히 작아지는 PtOX막(31a)이나 PtOX막(41a)이 형성된다.Next, after the introduction of oxygen into the chamber is stopped to remove oxygen from the chamber, the plasma power is turned on again to form a PtO X film having an oxygen composition ratio X of zero. In this way, a PtO X film 31a or a PtO X film 41a is formed in which the oxygen composition gradually decreases.

막 두께 50nm 정도의 PtOX막은 수십초의 성막 시간으로 형성되나, 본 변형례에서는 적의 플라즈마를 오프로 하여 체임버 내의 산소 농도를 작게 한 후, 다시 단시간 플라즈마를 온으로 하여 성막하므로, 산소 조성이 완만히 변화하는 PtOX막을 형성할 수 있다.A PtO X film having a thickness of about 50 nm is formed with a film formation time of several tens of seconds, but in this modification, the oxygen composition changes slowly because the red plasma is turned off to reduce the oxygen concentration in the chamber and then the plasma is turned on for a short time. Can form a PtO X film.

본 변형례에 의하면, IrO2막(30, 40)과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 PtOX막(31a, 41a) 중의 산소 조성이 서서히 작아지므로, 더욱 양호한 밀착성을 갖는 하부 전극(36b)이나 상부 전극(46b)을 형성할 수 있다.According to this modification, since the oxygen composition in the PtO X films 31a and 41a gradually decreases as it is separated from the interface with the IrO 2 films 30 and 40, the lower electrode 36b or the upper electrode having better adhesion. 46b can be formed.

(변형례(3))(Variation example (3))

다음에 본 실시예에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법의 변형례(3)를 도 16을 사용하여 설명한다. 도 16은 본 변형례에 의해 PtOX막을 형성할 때의 타임차트이다.Next, a modification (3) of the semiconductor device and its manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Fig. 16 is a time chart when forming a PtO X film according to the present modification.

본 변형례에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법은 도 16에 나타낸 바와 같은 타임차트로 PtOX막(31a, 41a)을 형성하는 것에 주요한 특징이 있다.The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present modification have a major feature in forming the PtO X films 31a and 41a with the time chart as shown in FIG.

본 변형례에서는, 도 16에 나타낸 바와 같이 체임버 내에 소정의 유량으로 산소를 도입하여, 체임버 내의 산소 유량을 안정시키고 나서 플라즈마를 온으로 하여 PtOX막의 성막을 개시한다.In this modification, as shown in Fig. 16, oxygen is introduced into the chamber at a predetermined flow rate, the oxygen flow rate in the chamber is stabilized, and the plasma is turned on to start the formation of the PtO X film.

다음에 플라즈마를 온 상태로 한 채로 체임버 내에의 산소 유량을 서서히 감소시킨다. 그리고 체임버 내에 산소가 없어진 후에, 플라즈마의 파워를 오프로 하여 성막을 종료한다. 이렇게 해서 산소 조성이 서서히 작아지는 PtOX막(31a)이나 PtOX막(41a)이 형성된다.Next, the oxygen flow rate in the chamber is gradually reduced while the plasma is turned on. After oxygen is lost in the chamber, plasma power is turned off to complete film formation. In this way, a PtO X film 31a or a PtO X film 41a is formed in which the oxygen composition gradually decreases.

본 변형례에 의하면, 플라즈마의 파워를 온으로 한 채로 산소 유량을 감소시킴으로써, 산소 조성이 서서히 작아지는 PtOX막(31a, 41a)을 형성하므로, 간편한 공정으로 반도체 장치를 제조할 수 있다.According to this modification, the PtO X films 31a and 41a, which gradually decrease in oxygen composition, are formed by decreasing the oxygen flow rate while the plasma power is on, so that the semiconductor device can be manufactured by a simple process.

(평가 결과)(Evaluation results)

다음에 본 실시예에 의해 제조된 반도체 장치의 하부 전극이나 상부 전극의 밀착성의 평가 시험 결과에 대해 설명한다.Next, the evaluation test result of the adhesiveness of the lower electrode and upper electrode of the semiconductor device manufactured by the present Example is demonstrated.

하부 전극, 상부 전극의 밀착성에 대한 평가 시험은 상부 전극과 견인 수단 사이에 에폭시수지를 도포하고, 150℃에서 1시간 에폭시수지를 건조시킨 후, 견인 수단을 상방으로 끌어올려서 에폭시수지를 통해서 상부 전극을 잡아당김으로써 실시하였다. 상부 전극과 에폭시수지 사이의 계면에서 벗겨진 경우에는 전극의 밀착성이 양호한 것으로 판단하고, 커패시터의 임의의 막의 계면에서 벗겨진 경우에는 밀착성이 불량인 것으로 판단하였다. 밀착성 평가 시험은 각각 50개의 샘플에 대해 실시하여 불량이 생긴 비율을 산출하였다.The evaluation test for the adhesion between the lower electrode and the upper electrode was carried out by applying an epoxy resin between the upper electrode and the traction means, drying the epoxy resin at 150 ° C. for 1 hour, and then pulling up the traction means upwards. It was carried out by pulling. When peeled off at the interface between the upper electrode and the epoxy resin, it was judged that the adhesion of the electrode was good, and when peeled off at the interface of any film of the capacitor, it was judged that the adhesion was poor. An adhesive evaluation test was carried out on each of 50 samples to calculate the rate at which defects occurred.

제안되고 있는 반도체 장치, 즉 Pt/IrO2구조의 하부 전극이나 상부 전극을 사용한 반도체 장치에서는, 불량률이 80%이었다. 또 제1 실시예에 의한 반도체 장치, 즉 Pt/Ir/IrO2구조의 하부 전극이나 상부 전극을 사용한 반도체 장치에서는, 불량률은 20%이었다.In the proposed semiconductor device, that is, a semiconductor device using a lower electrode or an upper electrode having a Pt / IrO 2 structure, the defective rate was 80%. In the semiconductor device according to the first embodiment, that is, a semiconductor device using a lower electrode or an upper electrode having a Pt / Ir / IrO 2 structure, the defective rate was 20%.

이에 비해서 본 실시예에 의한 반도체 장치, 즉 Pt/PtOx/IrO2구조의 하부 전극이나 상부 전극을 사용한 반도체 장치에서는, 불량률은 25%이었다. 또 본 실시예의 변형례에 의한 반도체 장치, 즉 PtOX막(31a, 41a)의 산소 조성비가 각각 IrO2막(30, 40)으로부터 떨어짐에 따라 작아지고 있는 반도체 장치에서는, 불량률은 0%이었다.On the other hand, in the semiconductor device according to the present embodiment, that is, the semiconductor device using the lower electrode or the upper electrode having the Pt / PtOx / IrO 2 structure, the defective rate was 25%. In the semiconductor device according to the modification of the present embodiment, that is, in the semiconductor device in which the oxygen composition ratios of the PtO X films 31a and 41a dropped from the IrO 2 films 30 and 40, respectively, the defective rate was 0%.

따라서 본 실시예에 의한 반도체 장치는 제1 실시예에 의한 반도체 장치와 거의 마찬가지로 낮은 불량률을 실현할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에 의하면, 양호한 밀착성을 갖는 하부 전극이나 상부 전극을 형성할 수 있다.Therefore, the semiconductor device according to the present embodiment can realize a low failure rate almost the same as the semiconductor device according to the first embodiment. Thus, according to this embodiment, the lower electrode or upper electrode which has favorable adhesiveness can be formed.

다음에 파티클 수에 대한 평가 시험 결과를 도 17 및 도 18을 사용하여 설명한다. 도 17은 Ir막이나 IrO2막을 형성한 경우의 파티클 수를 나타낸 그래프이다. 도 18은 Pt막이나 PtOX막을 형성한 경우의 파티클 수를 나타낸 그래프이다. 도 17 및 도 18의 횡축은 스퍼터량, 즉 스퍼터 전력과 스퍼터 시간의 곱을 나타내고 있으며, 종축은 웨이퍼에 부착한 파티클 수를 나타내고 있다. 파티클 수는 스퍼터하고 있을 때에 소정 시간 웨이퍼를 체임버 내에 재치(載置)하고, 웨이퍼에 부착한 파티클의 증가 수를 산출함으로써 구하였다. 파티클 수를 산출할 때는 0.2μm 이상의 크기의 파티클을 대상으로 하였다. 웨이퍼로는 6인치의 실리콘 웨이퍼를 사용하였다.Next, evaluation test results for the number of particles will be described with reference to FIGS. 17 and 18. 17 is a graph showing the number of particles when an Ir film or an IrO 2 film is formed. 18 is a graph showing the number of particles when a Pt film or a PtO X film is formed. 17 and 18 represent the sputter amount, i.e., the product of sputter power and sputter time, and the vertical axis represents the number of particles attached to the wafer. The particle number was determined by placing the wafer in the chamber for a predetermined time while sputtering, and calculating the increase in the number of particles attached to the wafer. When calculating the number of particles, particles of a size of 0.2 μm or more were used. A 6 inch silicon wafer was used as the wafer.

도 17의 비교예 1은 Ir막과 IrO2막을 형성한 경우의 파티클 수를 나타내고 있으며, 실시예 1은 IrO2막만을 형성한 경우의 파티클 수를 나타내고 있다.17 shows the number of particles when an Ir film and an IrO 2 film are formed, and Example 1 shows the number of particles when only an IrO 2 film is formed.

도 17에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에서는 스퍼터량 5kWh 이상에서 100개 이상의 파티클이 웨이퍼에 부착해 버리는 데 비하여, 실시에 1에서는 스퍼터량 10kWh에서도 파티클 수는 100개 이하로 억제되어 있다.As shown in Fig. 17, in Comparative Example 1, 100 or more particles adhered to the wafer at a sputtering amount of 5 kWh or more. In Example 1, the number of particles was suppressed to 100 or less even at a sputtering amount of 10 kWh.

도 18의 비교예 2는 Pt막만을 형성한 경우의 파티클 수를 나타내고 있으며, 실시예 2는 Pt막과 PtOX막을 형성한 경우의 파티클 수를 나타내고 있으며, 실시예 3은 Pt막과 PtOX막을 형성할 때에 PtOX막 중의 산소 조성비를 서서히 변화시킨 경사 조성의 경우의 파티클 수를 나타내고 있다.18 shows the particle number when only the Pt film is formed, and Example 2 shows the particle number when the Pt film and the PtO X film are formed, and Example 3 shows the Pt film and the PtO X film. The particle number in the case of the gradient composition which gradually changed the oxygen composition ratio in the PtO X film at the time of formation is shown.

도 18에 나타낸 바와 같이, 비교예 2, 실시예 2, 실시예 3 중의 어느 것에서도 스퍼터량 30kWh에서 파티클 수는 극히 적었다. 이 결과로부터 PtOX막이나 Pt막을 형성할 때는 파티클이 생기기 어려운 것으로 생각된다.As shown in FIG. 18, in any of Comparative Examples 2, 2, and 3, the particle number was extremely small at the sputtering amount of 30 kWh. From these results, it is thought that particles are less likely to form when forming a PtO X film or a Pt film.

본 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법은 실시예 1과 실시예 2의 조합, 또는 실시예 1과 실시예 3의 조합에 의해 하부 전극이나 상부 전극을 형성하는 경우에 해당하는 것이며, 어느 것이나 파티클의 발생은 억제되고 있다.The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment corresponds to the case where the lower electrode or the upper electrode is formed by the combination of the first embodiment and the second embodiment or the combination of the first embodiment and the third embodiment. The occurrence of is suppressed.

이와 같이 본 실시예에 의하면, Ir막을 사용함이 없이 하부 전극과 상부 전극을 형성하므로, 웨이퍼에 부착하는 파티클 수를 억제할 수 있어서, 반도체 장치의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.As described above, according to this embodiment, since the lower electrode and the upper electrode are formed without using an Ir film, the number of particles adhering to the wafer can be suppressed, so that the yield of manufacturing a semiconductor device can be improved.

[제3 실시예]Third Embodiment

본 발명의 제3 실시예에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법을 도 19∼도 21을 사용하여 설명한다. 도 19a는 본 실시예에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도이며, 도 19b는 커패시터의 구성을 나타낸 개략도이다. 도 20 및 도 21은 본 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다. 도 1∼도 18에 나타낸 제1 실시예 및 제2 실시예에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략 또는 간결하게 한다.A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 to 21. 19A is a sectional view showing the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 19B is a schematic diagram showing the structure of a capacitor. 20 and 21 are process sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. The same components as those of the semiconductor device according to the first embodiment and the second embodiment and the manufacturing method thereof shown in FIGS. 1 to 18 are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted or concise.

(반도체 장치)(Semiconductor device)

우선 본 실시예에 의한 반도체 장치를 도 19를 사용하여 설명한다. 본 실시예에 의한 반도체 장치는 상부 전극이나 하부 전극에 SrRuO3(SR0)막이 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.First, the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 19. The semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that an SrRuO 3 (SR0) film is used for the upper electrode and the lower electrode.

도 19a 및 도 19b에 나타낸 바와 같이 실리콘 산화막(28) 상에는 막 두께 50nm의 SrO막(29), 막 두께 50nm의 PtOX막(31) 및 막 두께 200nm의 Pt막(34)을 차례로 적층하여 구성된 Pt/PtOX/SrO구조의 하부 전극(36c)이 형성되어 있다. PtOX막(31)의 산소의 조성비 X는 예를 들어 0.1∼2.0의 범위로 적의 설정할 수 있다.19A and 19B, on the silicon oxide film 28, a SrO film 29 having a thickness of 50 nm, a PtO X film 31 having a thickness of 50 nm, and a Pt film 34 having a thickness of 200 nm are sequentially stacked. The lower electrode 36c of the Pt / PtO X / SrO structure is formed. The composition ratio X of oxygen in the PtO X film 31 can be suitably set in the range of 0.1 to 2.0, for example.

하부 전극(36a) 상에는 막 두께 300nm의 PZT막으로 되는 제2 실시예와 동일한 강유전체막(38)이 형성되어 있다.On the lower electrode 36a, the same ferroelectric film 38 as in the second embodiment, which is a PZT film having a thickness of 300 nm, is formed.

강유전체막(38) 상에는 막 두께 50nm의 SrO막(39), 막 두께 50nm의 PtOX막(41) 및 막 두께 200nm의 Pt막(44)을 차례로 적층하여 구성된 Pt/PtOX/SrO구조의 상부 전극(46c)이 형성되어 있다. 그리고 이들 하부 전극(36c), 강유전체막(38) 및 상부 전극(46c)으로 메모리용의 커패시터(48c)가 구성되어 있다.On top of the ferroelectric film 38, an SrO film 39 having a thickness of 50 nm, a PtO X film 41 having a thickness of 50 nm, and a Pt film 44 having a thickness of 200 nm are sequentially stacked on top of the Pt / PtO X / SrO structure. The electrode 46c is formed. The lower electrode 36c, the ferroelectric film 38, and the upper electrode 46c form a capacitor 48c for a memory.

본 실시예에 의한 반도체 장치는 하부 전극(36c)이나 상부 전극(46c)에 SRO막이 사용되는 것에 주요한 특징이 있다. 즉 SrRu는 대기 중의 수분과 용이하게 반응하기 쉽기 때문에, 안정한 SrRu막을 형성하기는 곤란하다. 따라서 제1 실시예에 의한 반도체 장치에서 IrO2막(30, 40) 대신에 SRO막을 사용한 경우에는, SRO막 상에 SrRu막을 형성하지 않으면 안되며, 이러한 SrRu막의 형성은 상기의 이유로 인해 곤란하기 때문에, Ir02막(30, 40) 대신에 SRO막을 사용할 수 없었다. 이에 비해서 본 실시예에 의하면 SRO막(29, 39) 상에 각각 PtOX막(31, 41)을 형성하면 되므로, SRO막(29, 39)을 사용한 경우라도 밀착성이 높은 하부 전극(36c)이나 상부 전극(46c)을 형성할 수 있다.The semiconductor device according to the present embodiment has a major feature in that an SRO film is used for the lower electrode 36c or the upper electrode 46c. That is, since SrRu easily reacts with moisture in the air, it is difficult to form a stable SrRu film. Therefore, in the case where the SRO film is used instead of the IrO 2 films 30 and 40 in the semiconductor device according to the first embodiment, an SrRu film must be formed on the SRO film, and the formation of such an SrRu film is difficult because of the above reasons. The SRO film could not be used in place of the Ir0 2 films 30 and 40. On the other hand, according to the present embodiment, since the PtO X films 31 and 41 are formed on the SRO films 29 and 39, respectively, the lower electrode 36c having high adhesion even when the SRO films 29 and 39 are used, The upper electrode 46c can be formed.

이와 같이 본 실시예에 의하면, Pt막과 SRO막 사이에 PtOX막을 끼우는 구조로 함으로써, SRO막을 사용한 하부 전극이나 상부 전극을 형성할 수 있다. 이에 따라 SRO막을 사용하여 밀착성이 높은 하부 전극이나 상부 전극을 형성할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the PtO X film is sandwiched between the Pt film and the SRO film, whereby the lower electrode and the upper electrode using the SRO film can be formed. Thereby, the lower electrode or upper electrode with high adhesiveness can be formed using an SRO film | membrane.

(반도체 장치의 제조 방법)(Manufacturing Method of Semiconductor Device)

다음에 본 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 도 20 및 도 21을 사용하여 설명한다.Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 20 and 21.

우선 실리콘 산화막(28)을 형성하는 공정까지는 도 2a∼도 2c에 나타낸 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법과 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.First, since the process of forming the silicon oxide film 28 is the same as the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in Figs. 2A to 2C, the description is omitted.

다음에 전면에 스퍼터법에 의해 막 두께 50nm의 SrO막(29)을 형성한다. 성막 조건은 예를 들어 파워를 0.3∼5kW, Ar 가스유량을 200∼500sccm, 기판 온도를 실온∼500℃로 할 수 있다. 다음에 600℃, 30분의 산소 어닐을 실시함으로써 SRO막(29)을 결정화한다.Next, an SrO film 29 having a thickness of 50 nm is formed on the entire surface by the sputtering method. Film-forming conditions can be 0.3-5 kW of power, 200-500 sccm of Ar gas flow rates, and a board | substrate temperature of room temperature-500 degreeC, for example. Next, the SRO film 29 is crystallized by performing oxygen annealing at 600 ° C. for 30 minutes.

다음에 제2 실시예와 동일하게 하여 막 두께 50nm의 PtOX막(31) 및 막 두께 200nm의 Pt막(34)을 차례로 적층한다.Next, as in the second embodiment, a PtO X film 31 having a thickness of 50 nm and a Pt film 34 having a thickness of 200 nm are sequentially stacked.

다음에 제2 실시예와 동일하게 하여 막 두께 300nm의 PZT막으로 되는 강유전체막(38)을 형성한다(도 20a 참조).Next, in the same manner as in the second embodiment, a ferroelectric film 38 made of a PZT film having a thickness of 300 nm is formed (see Fig. 20A).

다음에 전면에 SRO막(29)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 50nm의 SRO막(39)을 형성한다.Next, an SRO film 39 having a thickness of 50 nm is formed in the same manner as in the case of forming the SRO film 29 on the entire surface.

다음에 전면에 PtOX막(31)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 50nm의 PtOX막(41)을 형성한다.Next, a PtO X film 41 having a thickness of 50 nm is formed in the same manner as in the case of forming the PtO X film 31 on the entire surface.

다음에 전면에 Pt막(34)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 200nm의 Pt막(44)을 형성한다(도 20b 참조).Next, a Pt film 44 having a thickness of 200 nm is formed in the same manner as in the case of forming the Pt film 34 on the entire surface (see FIG. 20B).

다음에 제2 실시예와 동일하게 하여 Pt막(44), PtOX막(41), SrO막(39), 강유전체막(38), Pt막(34), PtOX막(31) 및 SrO막(29)을 패터닝한다. 이에 따라 SrO막(29), PtOX막(31) 및 Pt막(34)으로 Pt/PtOX/SrO구조의 하부 전극(36c)이 구성되고, SrO막(39), PtOX막(41) 및 Pt막(44)으로 Pt/PtOX/SrO구조의 상부 전극(46c)이 구성되어, 하부 전극(36c), 강유전체막(38) 및 상부 전극(46c)으로 커패시터(48c)가 구성된다(도 21 참조).Next, as in the second embodiment, the Pt film 44, the PtO X film 41, the SrO film 39, the ferroelectric film 38, the Pt film 34, the PtO X film 31, and the SrO film were Pattern (29). As a result, the SrO film 29, the PtO X film 31, and the Pt film 34 form a lower electrode 36c having a Pt / PtO X / SrO structure. The SrO film 39 and the PtO X film 41 are formed. And an upper electrode 46c having a Pt / PtO X / SrO structure as the Pt film 44, and a capacitor 48c as the lower electrode 36c, the ferroelectric film 38, and the upper electrode 46c ( See FIG. 21).

그 후의 반도체 장치의 제조 방법은 도 4b 내지 도 5에 나타낸 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법과 동일하므로, 설명을 생략한다. 이렇게 해서 본 실시예에 의한 반도체 장치가 제조된다.Subsequently, the method of manufacturing the semiconductor device is the same as the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in Figs. 4B to 5, and thus description thereof is omitted. In this way, the semiconductor device according to the present embodiment is manufactured.

(변형례)(Variation)

다음에 본 실시예에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법의 변형례를 도 22를 사용하여 설명한다. 도 22a는 본 변형례에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도이며, 도 22b는 커패시터의 구성을 나타낸 개략도이다.Next, a modification of the semiconductor device and its manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 22. FIG. 22A is a sectional view of the semiconductor device according to the present modification, and FIG. 22B is a schematic diagram showing the structure of a capacitor.

본 변형례에 의한 반도체 장치는 PtOX막(31a, 41a) 중의 산소의 조성비가 각각 SrO막(29, 39)과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 작아지는 경사 조성으로 되어 있는 것을 특징으로 한다. PtOX막을 성막할 때의 02/Ar 가스비 X는 예를 들어 0∼2.0의 범위로 적의 변화시킬 수 있다. 본 변형례에 의하면, PtOX막(31a, 41a) 중의 산소의 조성비 X를 각각 SrO막(29, 39)과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 작게 하므로, PtOX막(31a)과 Pt막(34) 사이, PtOX막(41a)과 Pt막(44) 사이의 산소 조성의 차가 작아진다.The semiconductor device according to the present modification is characterized by an inclined composition that decreases as the composition ratio of oxygen in the PtO X films 31a and 41a is separated from the interface with the SrO films 29 and 39, respectively. The 0 2 / Ar gas ratio X at the time of forming the PtO X film can be suitably changed in the range of 0 to 2.0, for example. According to this modification, since the composition ratio X of oxygen in the PtO X films 31a and 41a is made smaller as they fall from the interface with the SrO films 29 and 39, respectively, the PtO X film 31a and the Pt film 34 are reduced. In the meantime, the difference in oxygen composition between the PtO X film 41a and the Pt film 44 becomes small.

이와 같이 본 변형례에 의하면, 밀착성이 높은 하부 전극(36d)이나 상부 전극(46d)을 형성할 수 있다. 이와 같은 조성의 PtOX막(31a, 41a)은 제2 실시예의 변형례에 의한 반도체 장치의 제조 방법과 동일하게 하여 형성할 수 있다.Thus, according to this modification, the lower electrode 36d or the upper electrode 46d with high adhesiveness can be formed. The PtO X films 31a and 41a having such a composition can be formed in the same manner as the semiconductor device manufacturing method according to the modification of the second embodiment.

(평가 결과)(Evaluation results)

다음에 본 실시예에 의해 제조된 반도체 장치의 하부 전극이나 상부 전극의 밀착성의 평가 시험 결과에 대해 설명한다.Next, the evaluation test result of the adhesiveness of the lower electrode and upper electrode of the semiconductor device manufactured by the present Example is demonstrated.

하부 전극, 상부 전극의 밀착성에 대한 평가 시험은 제2 실시예와 동일하게 하여 실시하였다.The evaluation test about the adhesiveness of a lower electrode and an upper electrode was performed similarly to 2nd Example.

하부 전극이나 상부 전극을 Pt/SRO 구조로 한 경우에는 불량률은 90% 이었다.When the lower electrode or the upper electrode had a Pt / SRO structure, the defective rate was 90%.

이에 비해서, 본 실시예에 의한 반도체 장치, 즉 Pt/PtOX/SrO 구조의 하부 전극이나 상부 전극을 사용한 반도체 장치에서는, 불량률은 30%이었다. 또 본 실시예의 변형례에 의한 반도체 장치, 즉 PtOX막(31a, 41a)의 산소 조성비가 각각 IrO2막(30, 40)으로부터 떨어짐에 따라 작아지고 있는 반도체 장치에서는, 불량률은 0%이었다.On the other hand, in the semiconductor device according to the present embodiment, that is, the semiconductor device using the lower electrode or the upper electrode of the Pt / PtO X / SrO structure, the defective rate was 30%. In the semiconductor device according to the modification of the present embodiment, that is, in the semiconductor device in which the oxygen composition ratios of the PtO X films 31a and 41a dropped from the IrO 2 films 30 and 40, respectively, the defective rate was 0%.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 양호한 밀착성을 갖는 하부 전극이나 상부 전극을 형성할 수 있다.Thus, according to this embodiment, the lower electrode or upper electrode which has favorable adhesiveness can be formed.

다음에 파티클 수에 대한 평가 시험 결과를 설명한다. SrRu막을 형성한 경우에는 웨이퍼에 많은 파티클이 부착하였으나, SRO막을 형성한 경우에는 웨이퍼에 부착하는 파티클의 수를 억제할 수 있었다.Next, the evaluation test results for the particle number will be described. When the SrRu film was formed, many particles adhered to the wafer. However, when the SRO film was formed, the number of particles adhering to the wafer could be suppressed.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 웨이퍼에 부착하는 파티클 수를 억제할 수 있어서, 반도체 장치의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the number of particles adhering to the wafer can be suppressed, and the production yield of the semiconductor device can be improved.

[제4 실시예][Example 4]

본 발명의 제4 실시예에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법을 도 23∼도 25를 사용하여 설명한다. 도 23a는 본 실시예에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도이며, 도 23b는 커패시터의 구성을 나타낸 개략도이다. 도 24 및 도 25는 본 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다. 도 1∼도 22에 나타낸 제1 실시예∼제3 실시예에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략 또는 간결하게 한다.A semiconductor device and a method of manufacturing the same according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 23A is a sectional view showing the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 23B is a schematic diagram showing the structure of a capacitor. 24 and 25 are process sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. The same components as those in the semiconductor device and the manufacturing method according to the first to third embodiments shown in FIGS. 1 to 22 are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted or concise.

(반도체 장치)(Semiconductor device)

우선 본 실시예에 의한 반도체 장치를 도 23을 사용하여 설명한다. 본 실시예에 의한 반도체 장치는 전극에 Pt막과 IrO2막 사이에 PtIrOX막, 즉 Pt와 Ir과의 합금의 산화막이 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.First, the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that a PtIrO X film, that is, an oxide film of an alloy of Pt and Ir is used between the Pt film and the IrO 2 film as an electrode.

도 23에 나타낸 바와 같이 실리콘 산화막(28) 상에는 막 두께 50nm의 IrO2막(30), 막 두께 50nm의 PtIrOX막(33) 및 막 두께 200nm의 Pt막(34)을 차례로 적층하여 구성된 Pt/PtIrOX/IrO2구조의 하부 전극(36e)이 형성되어 있다. PtIrOX막(33)을 성막할 때의 O2/Ar 가스비 X는 예를 들어 0.1∼2.0의 범위로 적의 설정할 수 있다.As shown in Fig. 23, on the silicon oxide film 28, Pt / formed by sequentially stacking an IrO 2 film 30 having a thickness of 50 nm, a PtIrO X film 33 having a thickness of 50 nm, and a Pt film 34 having a thickness of 200 nm. The lower electrode 36e of the PtIrO X / IrO 2 structure is formed. The O 2 / Ar gas ratio X at the time of forming the PtIrO X film 33 can be suitably set in the range of 0.1 to 2.0, for example.

하부 전극(36e) 상에는 제2 실시예와 마찬가지로 막 두께 300nm의 PZT막으로 되는 강유전체막(38)이 형성되어 있다.On the lower electrode 36e, similarly to the second embodiment, a ferroelectric film 38, which is a PZT film having a thickness of 300 nm, is formed.

강유전체막(38) 상에는 막 두께 50nm의 IrO2막(40), 막 두께 50nm의 PtIrOX막(43) 및 막 두께 200nm의 Pt막(44)을 차례로 적층하여 구성된 Pt/PtIrOX/IrO2구조의 상부 전극(46e)이 형성되어 있다. 그리고 이들 하부 전극(36e), 강유전체막(38) 및 상부 전극(46e)으로 메모리용의 커패시터(48e)가 구성되어 있다.On the ferroelectric film 38, a Pt / PtIrO X / IrO 2 structure formed by sequentially stacking an IrO 2 film 40 having a thickness of 50 nm, a PtIrO X film 43 having a film thickness of 50 nm, and a Pt film 44 having a thickness of 200 nm was sequentially stacked. The upper electrode 46e is formed. A capacitor 48e for memory is formed of these lower electrodes 36e, ferroelectric film 38, and upper electrode 46e.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 커패시터의 전극을 Pt/PtIrOX/IrO2구조, 즉 Pt막과 IrO2막 사이에 Pt와 Ir와의 합금의 산화막을 끼운 구조로 한 경우에도, 상부 전극이나 하부 전극을 형성할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, even when the electrode of the capacitor has a Pt / PtIrO X / IrO 2 structure, that is, a structure in which an oxide film of an alloy of Pt and Ir is sandwiched between the Pt film and the IrO 2 film, an upper electrode or a lower electrode Can be formed.

(반도체 장치의 제조 방법)(Manufacturing Method of Semiconductor Device)

다음에 본 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 도 24 및 도 25를 사용하여 설명한다.Next, the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 24 and 25.

우선 실리콘 산화막(28)을 형성하는 공정까지는 도 2a∼도 2c에 나타낸 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법과 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.First, since the process of forming the silicon oxide film 28 is the same as the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in Figs. 2A to 2C, the description is omitted.

다음에 제2 실시예와 동일하게 하여 막 두께 50nm의 IrO2막(30)을 형성한다.Next, in the same manner as in the second embodiment, an IrO 2 film 30 having a thickness of 50 nm is formed.

다음에 전면에 반응성 스퍼터법에 의해 Ar 및 O2분위기 중에서 막 두께 50nm의 PtIrOX막(33)을 형성한다. 성막 조건은 타깃으로서 Ir/Pt비가 0.1∼0.5의 타깃을 사용하고, 파워를 0.5∼5kW, Ar 가스유량을 200∼500sccm, O2유량을 200∼500sccm, 기판 온도를 실온∼500℃로 할 수 있다. PtOX막(31)을 성막할 때의 O2/Ar 가스비는 예를 들어 0.1∼2.0의 범위로 적의 설정할 수 있다.Next, a PtIrO X film 33 having a thickness of 50 nm is formed on the entire surface in an Ar and O 2 atmosphere by the reactive sputtering method. The film formation conditions are targets having an Ir / Pt ratio of 0.1 to 0.5 as targets, power of 0.5 to 5 kW, Ar gas flow rate of 200 to 500 sccm, O 2 flow rate of 200 to 500 sccm, and substrate temperature of room temperature to 500 ° C. have. The O 2 / Ar gas ratio when forming the PtO X film 31 can be suitably set in the range of 0.1 to 2.0, for example.

다음에 제2 실시예와 동일하게 하여 막 두께 200nm의 Pt막(34), 막 두께 300nm의 PZT막으로 되는 강유전체막(38)을 차례로 형성한다(도 24a 참조).Next, similarly to the second embodiment, a Pt film 34 having a thickness of 200 nm and a ferroelectric film 38 made of a PZT film having a thickness of 300 nm are sequentially formed (see FIG. 24A).

다음에 전면에 IrO2막(30)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 50nm의 SRO막(39)을 형성한다.Next, an SRO film 39 having a thickness of 50 nm is formed in the same manner as in the case of forming the IrO 2 film 30 on the entire surface.

다음에 전면에 PtIrOX막(33)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 50nm의 PtIrOX막(43)을 형성한다.Next, a PtIrO X film 43 having a film thickness of 50 nm is formed in the same manner as the case where the PtIrO X film 33 is formed on the entire surface.

다음에 전면에 Pt막(34)을 형성하는 경우와 동일하게 하여 막 두께 200nm의 Pt막(44)을 형성한다(도 24b 참조).Next, a Pt film 44 having a thickness of 200 nm is formed in the same manner as in the case of forming the Pt film 34 on the entire surface (see Fig. 24B).

다음에 제2 실시예와 동일하게 하여 Pt막(44), PtIrOX막(43), IrO2막(40), 강유전체막(38), Pt막(34), PtIrOX막(33) 및 IrO2막(30)을 패터닝한다. 이에 따라 IrO2막(30), PtIrOX막(33) 및 Pt막(34)으로 Pt/PtIrOX/IrO2구조의 하부 전극(36e)이 구성되고, IrO2막(40), PtIrOX막(43) 및 Pt막(44)으로 Pt/PtIrOX/IrO2구조의 상부 전극(46e)이 구성되어, 하부 전극(36e), 강유전체막(38) 및 상부 전극(46e)으로 커패시터(48e)가 구성된다(도 25 참조).Next, as in the second embodiment, the Pt film 44, the PtIrO X film 43, the IrO 2 film 40, the ferroelectric film 38, the Pt film 34, the PtIrO X film 33, and IrO were 2 film 30 is patterned. As a result, the lower electrode 36e having the Pt / PtIrO X / IrO 2 structure is formed of the IrO 2 film 30, the PtIrO X film 33, and the Pt film 34, and the IrO 2 film 40 and the PtIrO X film The upper electrode 46e of the Pt / PtIrO X / IrO 2 structure is formed of the 43 and the Pt film 44, and the capacitor 48e is formed of the lower electrode 36e, the ferroelectric film 38, and the upper electrode 46e. Is configured (see FIG. 25).

그 후의 반도체 장치의 제조 방법은 도 4b 또는 도 5에 나타낸 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법과 동일하므로, 설명을 생략한다. 이렇게 해서 본 실시예에 의한 반도체 장치가 제조된다.Subsequently, the method of manufacturing the semiconductor device is the same as the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 4B or FIG. 5, and thus description thereof is omitted. In this way, the semiconductor device according to the present embodiment is manufactured.

(변형례)(Variation)

다음에 본 실시예에 의한 반도체 장치 및 그 제조 방법의 변형례를 도 26을 사용하여 설명한다. 도 26a는 본 변형례에 의한 반도체 장치를 나타낸 단면도이며, 도 26b는 커패시터의 구성을 나타낸 개략도이다.Next, a modification of the semiconductor device and its manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 26. FIG. 26A is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the present modification, and FIG. 26B is a schematic diagram showing the structure of a capacitor.

본 변형례에 의한 반도체 장치는 PtIrOX막(33a, 43a) 중의 산소의 조성비가 각각 IrO2막(30, 40)과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 작아지는 경사 조성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다. PtIrOX막을 성막할 때의 02/Ar 가스비 X는 예를 들어 0∼2.0의 범위로 적의 변화시킬 수 있다. 본 변형례에 의하면, PtIrOX막(33a, 43a) 중의 산소의 조성비 X를 각각 IrO2막(30, 40)과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 작게 하므로, PtIrOX막(33a)과 Pt막(34) 사이, PtIrOX막(43a)과 Pt막(44) 사이의 산소 조성의 차가 작아진다.The semiconductor device according to the present modification is characterized in that it has an inclined composition that becomes smaller as the composition ratio of oxygen in the PtIrO X films 33a and 43a falls from the interface with the IrO 2 films 30 and 40, respectively. The 0 2 / Ar gas ratio X at the time of forming the PtIrO X film can be suitably changed in the range of 0 to 2.0, for example. According to this modification, the composition ratio X of the oxygen in the PtIrO X films 33a and 43a is made smaller as they fall from the interface with the IrO 2 films 30 and 40, respectively, so that the PtIrO X film 33a and the Pt film 34 ), The difference in oxygen composition between the PtIrO X film 43a and the Pt film 44 becomes small.

이와 같이 본 변형례에 의하면, 밀착성이 높은 하부 전극(36f)이나 상부 전극(46f)을 형성할 수 있다. 또한 이와 같은 경사 조성의 PtIrOX막(33a, 43a)은 제2 실시예의 변형례에 의한 반도체 장치의 제조 방법과 동일하게 하여 형성할 수 있다.Thus, according to this modification, the lower electrode 36f or the upper electrode 46f with high adhesiveness can be formed. The PtIrO X films 33a and 43a having such an inclined composition can be formed in the same manner as the semiconductor device manufacturing method according to the modification of the second embodiment.

(평가 결과)(Evaluation results)

다음에 본 실시예에 의해 제조된 반도체 장치의 하부 전극이나 상부 전극의 밀착성의 평가 시험 결과에 대해 설명한다.Next, the evaluation test result of the adhesiveness of the lower electrode and upper electrode of the semiconductor device manufactured by the present Example is demonstrated.

하부 전극, 상부 전극의 밀착성에 대한 평가 시험은 제2 실시예와 동일하게 하여 실시하였다.The evaluation test about the adhesiveness of a lower electrode and an upper electrode was performed similarly to 2nd Example.

하부 전극이나 상부 전극을 Pt/IrO2구조로 한 경우에는, 불량률은 80%이었다.In the case where the lower electrode or the upper electrode had a Pt / IrO 2 structure, the defective rate was 80%.

이에 비해서 본 실시예에 의한 반도체 장치, 즉 Pt/PtIrOX/IrO2구조의 하부 전극이나 상부 전극을 사용한 반도체 장치에서는, 불량률은 20%이었다. 또 본 실시예의 변형례에 의한 반도체 장치, 즉 PtIrOX막(33a, 43a)의 산소 조성비가 각각 IrO2막(30, 40)으로부터 떨어짐에 따라 작아지고 있는 반도체 장치에서는 불량률은 0%이었다.On the other hand, in the semiconductor device according to the present embodiment, that is, the semiconductor device using the lower electrode or the upper electrode of the Pt / PtIrO X / IrO 2 structure, the defective rate was 20%. In addition, in the semiconductor device according to the modification of the present embodiment, that is, in the semiconductor device in which the oxygen composition ratios of the PtIrO X films 33a and 43a fell from the IrO 2 films 30 and 40, respectively, the defective rate was 0%.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 양호한 밀착성을 갖는 하부 전극이나 상부 전극을 형성할 수 있다.Thus, according to this embodiment, the lower electrode or upper electrode which has favorable adhesiveness can be formed.

다음에 파티클 수에 대한 평가 시험 결과를 설명한다. Ir막을 형성한 경우에는 웨이퍼에 많은 파티클이 부착하였으나, PtIrOX막을 형성한 경우에는 웨이퍼에 부착하는 파티클의 수를 억제할 수 있었다.Next, the evaluation test results for the particle number will be described. When the Ir film was formed, many particles adhered to the wafer. However, when the PtIrO X film was formed, the number of particles attached to the wafer could be suppressed.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 웨이퍼에 부착하는 파티클 수를 억제할 수 있어서, 반도체 장치의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the number of particles adhering to the wafer can be suppressed, and the production yield of the semiconductor device can be improved.

[변형 실시예]Modified Example

본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고 여러 가지 변형이 가능하다.The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.

예를 들어 제1∼제4 실시예에서는 FeRAM에 적용하는 경우를 예로 설명하였으나, 적용하는 대상은 FeRAM에 한정되는 것은 아니며, Pt를 전극으로 사용하는 모든 반도체 장치에 적용할 수 있으며, 예를 들어 산화막을 커패시터의 유전체로서 사용하는 반도체 장치 등, 특히 고유전율막(Ba, Sr) Ti03을 사용한 DRAM에 적용할 수 있다.For example, in the first to fourth embodiments, the case of applying to FeRAM has been described as an example, but the object to be applied is not limited to FeRAM, and it can be applied to all semiconductor devices using Pt as an electrode. It can be applied to a semiconductor device using an oxide film as a dielectric of a capacitor and the like, in particular to a DRAM using high dielectric constant films (Ba, Sr) Ti0 3 .

또 제1∼제4 실시예에서는 Pt막을 전극으로 사용하였으나, Pt막 대신에 Pt를 함유한 합금을 전극으로 사용하여도 좋다.In the first to fourth embodiments, a Pt film is used as an electrode, but an alloy containing Pt may be used as an electrode instead of the Pt film.

또 제1 실시예에서는 전극을 Pt/Ir/IrO2구조로 하였으나, IrO2막의 기층에 대한 밀착성을 향상시키기 위해, 예를 들어 Pt/Ir/IrO2/Ir구조로 하여도 좋다.In addition, in the first embodiment, the electrode has a Pt / Ir / IrO 2 structure, but for example, a Pt / Ir / IrO 2 / Ir structure may be used to improve the adhesion to the substrate layer of the IrO 2 film.

또 제1 실시예에서는 전극을 Pt/Ir/IrO2구조로 하였으나, 전극은 Pt/Ir/IrO2구조에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 전극을 Pt/Ru/RuO2구조나 Pt/Rh/RhO2구조 등으로 하여도 좋다.In the first embodiment, the electrode has a Pt / Ir / IrO 2 structure, but the electrode is not limited to the Pt / Ir / IrO 2 structure. For example, the electrode may have a Pt / Ru / RuO 2 structure or a Pt / Rh / structure. RhO 2 structure or the like may be used.

또 제1 실시예에서는 Pt막, Ir막, IrO2막의 독립한 3개의 막을 적층함으로써 상부 전극이나 하부 전극을 구성하였으나, 반드시 독립한 막을 적층함으로써 전극을 구성할 필요는 없고, 예를 들어 막의 조성을 연속적으로 변화시킴으로써 전극을 구성하여도 좋다. 예를 들어 IrO2막을 형성한 후, 성막실에의 O2의 도입을 중지함으로써 Ir막을 형성하고, 그 후에 Pt의 조성을 증가함으로써 Pt와 Ir과의 합금막을 형성하여도 좋다.In the first embodiment, the upper electrode and the lower electrode were formed by laminating three independent films of the Pt film, the Ir film, and the IrO 2 film. However, it is not necessary to necessarily form the electrode by laminating the independent films. You may comprise an electrode by changing continuously. For example, after forming the IrO 2 film, the Ir film may be formed by stopping the introduction of O 2 into the film formation chamber, and thereafter, an alloy film of Pt and Ir may be formed by increasing the composition of Pt.

또 제1∼제4 실시예에서는 강유전체막으로서 PbZrXTi1-XO3(PZT)막을 사용하였으나, 강유전체막은 PbZrXTi1-XO3(PZT)막에 한정되는 것이 아니라, 모든 강유전체막을 사용할 수 있다. 예를 들어 La가 도핑된 PbZrXTi1-XO3(PZT)막, SrBi2Ta2O9(SBT)막, SrBi2(Ta, Nb)2O9막, Y1계의 막 등을 사용할 수 있다.In the first to fourth embodiments, a PbZr X Ti 1-X O 3 (PZT) film was used as the ferroelectric film. However, the ferroelectric film is not limited to the PbZr X Ti 1-X O 3 (PZT) film. Can be used. For example, a PbZr X Ti 1-X O 3 (PZT) film doped with La, an SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT) film, an SrBi 2 (Ta, Nb) 2 O 9 film, or a Y1-based film may be used. Can be.

또 제2 실시예에서는 Pt/PtOX/IrO2구조를 커패시터의 상부 전극과 하부 전극의 양자에 적용하였으나, Pt/PtOX/IrO2구조는 반드시 상부 전극과 하부 전극의 양자에 적용하지 않아도 되며, 예를 들어 Pt막의 박리가 생기기 쉬운 한쪽 전극에만 Pt/PtOX/IrO2구조를 적용하도록 하여도 좋다.In addition, in the second embodiment, the Pt / PtO X / IrO 2 structure is applied to both the upper electrode and the lower electrode of the capacitor, but the Pt / PtO X / IrO 2 structure is not necessarily applied to both the upper electrode and the lower electrode. For example, the Pt / PtO X / IrO 2 structure may be applied only to one electrode where the Pt film is easily peeled off.

또 제2 실시예에서는 IrO2막의 막 두께를 50nm, PtOX막의 막 두께를 50nm, Pt의 막 두께를 200nm로 하였으나, 이들 막 두께는 상기에 한정되는 것은 아니며, 적의 설정할 수 있다. 예를 들어 PtOX막의 막 두께는 예컨대 20∼200nm로 할 수 있다.In the second embodiment, the film thickness of the IrO 2 film is 50 nm, the film thickness of the PtO X film is 50 nm, and the film thickness of Pt is 200 nm. However, these film thicknesses are not limited to the above and can be appropriately set. For example, the film thickness of a PtO X film can be 20-200 nm, for example.

또 제2 및 제4 실시예에서는 IrO2막(30, 40)을 형성하였으나, IrO2막(30, 40)에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 Ir, Ru 또는 Rh의 산화막, 또는 Ir, Ru 또는 Rh를 함유한 합금의 산화막을 사용하여도 좋다.In addition, although the IrO 2 films 30 and 40 were formed in the second and fourth embodiments, the present invention is not limited to the IrO 2 films 30 and 40, for example, an oxide film of Ir, Ru or Rh, or Ir, Ru. Alternatively, an oxide film of an alloy containing Rh may be used.

또 제2 및 제3 실시예에서는 PtOX막(31, 41)을 형성하였으나, PtOX막(31, 41)에 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 Ir, Ru 또는 Rh의 산화막, 또는 Ir, Ru 또는 Rh를 함유한 합금의 산화막을 사용하여도 좋다.In the second and third embodiments, the PtO X films 31 and 41 are formed, but not limited to the PtO X films 31 and 41, and for example, an oxide film of Ir, Ru, or Rh, or Ir, Ru. Alternatively, an oxide film of an alloy containing Rh may be used.

또 제2∼제4 실시예에서는 Pt막(34, 44)을 형성하였으나, Pt막(34, 44)에 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 Ir막, Ru막 또는 Rh막, 또는 Ir, Ru 또는 Rh를 함유한 합금막을 사용하여도 좋다.In the second to fourth embodiments, the Pt films 34 and 44 are formed, but they are not limited to the Pt films 34 and 44. For example, Ir films, Ru films or Rh films, or Ir, Ru or An alloy film containing Rh may be used.

또 제2 실시예에서는 Pt/PtOX/IrO2구조의 하부 전극이나 상부 전극을 형성하였으나, PtOX막과 IrO2막 사이에 Ir가 낀 Pt/PtOX/Ir/IrO2구조의 하부 전극이나 상부 전극을 형성하여도 좋다. 이와 같은 구조의 하부 전극이나 상부 전극으로도 양호한 밀착성을 실현할 수 있다.In the second embodiment, the lower electrode or the upper electrode of the Pt / PtO X / IrO 2 structure is formed, but the lower electrode of the Pt / PtO X / Ir / IrO 2 structure in which Ir is sandwiched between the PtO X film and the IrO 2 film. The upper electrode may be formed. Good adhesion can also be achieved with a lower electrode or an upper electrode having such a structure.

또 제3 실시예에서는 Pt/PtOX/SRO구조를 커패시터의 상부 전극과 하부 전극의 양자에 적용하였으나, Pt/PtOX/SRO구조는 반드시 상부 전극과 하부 전극의 양자에 적용하지 않아도 되며, 예를 들어 Pt막의 박리가 생기기 쉬운 한쪽의 전극에만 Pt/PtOX/SRO구조를 적용하도록 하여도 좋다.In the third embodiment, the Pt / PtO X / SRO structure is applied to both the upper electrode and the lower electrode of the capacitor, but the Pt / PtO X / SRO structure does not necessarily need to be applied to both the upper electrode and the lower electrode. For example, the Pt / PtO X / SRO structure may be applied only to one electrode where the Pt film is easily peeled off.

또 제3 실시예에서는 SRO막의 막 두께를 50nm, PtOX막의 막 두께를 50nm, Pt의 막 두께를 200nm로 하였으나, 이들 막 두께는 상기에 한정되는 것은 아니며, 적의 설정할 수 있다. 예를 들어 PtOX막의 막 두께는 예컨대 20∼200nm로 할 수 있다.In the third embodiment, the film thickness of the SRO film is 50 nm, the film thickness of the PtO X film is 50 nm, and the film thickness of Pt is 200 nm. However, these film thicknesses are not limited to the above and can be appropriately set. For example, the film thickness of a PtO X film can be 20-200 nm, for example.

또 제3 실시예에서는 SRO막(29, 39)을 형성하였으나, SRO막(29, 39)에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 SrRu를 함유한 합금의 산화막을 사용하여도 좋다.In addition, although the SRO films 29 and 39 were formed in the third embodiment, they are not limited to the SRO films 29 and 39. For example, an oxide film of an alloy containing SrRu may be used.

또한 제4 실시예에서는 Pt/PtIrOX/IrO2구조를 커패시터의 상부 전극과 하부 전극의 양자에 적용하였으나, Pt/PtIrOX/IrO2구조는 반드시 상부 전극과 하부 전극의 양자에 적용하지 않아도 되며, 예를 들어 Pt막의 박리가 생기기 쉬운 한쪽의 전극에만 Pt/PtIrOX/IrO2구조를 적용하도록 하여도 좋다.In addition, in the fourth embodiment, the Pt / PtIrO X / IrO 2 structure is applied to both the upper electrode and the lower electrode of the capacitor, but the Pt / PtIrO X / IrO 2 structure is not necessarily applied to both the upper electrode and the lower electrode. For example, the Pt / PtIrO X / IrO 2 structure may be applied only to one electrode where the Pt film is easily peeled off.

또 제4 실시예에서는 IrO2막의 막 두께를 50nm, PtIrOX막의 막 두께를 50nm, Pt의 막 두께를 200nm로 하였으나, 이들 막 두께는 상기에 한정되는 것은 아니며, 적의 설정할 수 있다. 예를 들어 PtIrOX막의 막 두께는 예컨대 20∼200nm로 할 수 있다.In the fourth embodiment, the film thickness of the IrO 2 film is 50 nm, the film thickness of the PtIrO X film is 50 nm, and the film thickness of Pt is 200 nm. However, these film thicknesses are not limited to the above and can be appropriately set. For example, the film thickness of the PtIrO X film can be, for example, 20 to 200 nm.

또 제4 실시예에서는 PtIrOX막(33, 43)을 형성하였으나, PtIrOX막(33, 43)에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 Pt, Ir, Ru 또는 Rh를 함유한 합금의 산화막을 사용하여도 좋다.In the fourth embodiment, the PtIrO X films 33 and 43 are formed, but not limited to the PtIrO X films 33 and 43. For example, an oxide film of an alloy containing Pt, Ir, Ru, or Rh is used. You may also do it.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 커패시터의 전극을 Pt/Ir/IrO2구조, 즉 Pt막과 IrO2막 사이에 Ir막을 끼운 구조로 함으로써 Pt막의 밀착성을 향상시킬 수 있으므로, Pt막이 박리해 버리는 것을 방지할 수 있다. 즉 밀착성이 높은 전극을 커패시터의 전극으로 사용한 반도체 장치를 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, since the adhesion of the Pt film can be improved by making the electrode of the capacitor have a Pt / Ir / IrO 2 structure, that is, a structure having an Ir film sandwiched between the Pt film and the IrO 2 film, the Pt film is peeled off. You can prevent it. That is, the semiconductor device which used the high adhesive electrode as the electrode of a capacitor can be provided.

또 본 발명에 의하면, Ir막을 사용하는 일이 없이 하부 전극과 상부 전극을 형성하므로, 웨이퍼에 부착하는 파티클 수를 억제할 수 있어서, 반도체 장치의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.Further, according to the present invention, since the lower electrode and the upper electrode are formed without using an Ir film, the number of particles adhering to the wafer can be suppressed, so that the yield of manufacturing a semiconductor device can be improved.

Claims (18)

제1 금속의 산화막으로 되는 제1 도전막과, 상기 제1 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속으로 되는 제2 도전막과, 상기 제2 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 함유한 제3 도전막을 갖는 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.A first conductive film that is an oxide film of a first metal, a second conductive film that is formed on the first conductive film and is the first metal, and a second material that is formed on the second conductive film and that is different from the first metal A semiconductor device comprising an electrode having a third conductive film containing a metal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전극은 상기 제1 도전막 밑에 형성된 상기 제1 금속으로 되는 제4 도전막을 더 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the electrode further has a fourth conductive film made of the first metal formed under the first conductive film. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제3 도전막은 상기 제1 금속을 더 함유한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The third conductive film further contains the first metal. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제3 도전막은 상기 제2 도전막과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 상기 제1 금속의 조성비가 작아지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The third conductive film is a semiconductor device, characterized in that the composition ratio of the first metal is reduced as it is separated from the interface with the second conductive film. 제1항∼제4항 중의 어느 1항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 제1 금속은 Ir, Ru 또는 Rh인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the first metal is Ir, Ru, or Rh. 제1항∼제5항 중의 어느 1항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 제2 금속은 Pt인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the second metal is Pt. 하부 전극과, 상기 하부 전극 상에 형성된 유전체막과, 상기 유전체막 상에 형성된 상부 전극을 갖는 커패시터를 구비하며,A capacitor having a lower electrode, a dielectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the dielectric film, 상기 하부 전극 및/또는 상기 상부 전극은 제1 금속의 산화막으로 되는 제1 도전막과, 상기 제1 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속으로 되는 제2 도전막과, 상기 제2 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 함유한 제3 도전막을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The lower electrode and / or the upper electrode may include a first conductive film formed of an oxide film of a first metal, a second conductive film formed on the first conductive film, and formed of the first metal, and an upper portion of the second conductive film. And a third conductive film formed on the substrate and containing a second metal different from the first metal. 제1 금속을 함유한 산화막으로 되는 제1 도전막과, 상기 제1 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 함유한 산화막으로 되는 제2 도전막과, 상기 제2 도전막 상에 형성되고 상기 제2 금속을 함유한 제3 도전막을 갖는 전극을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.A first conductive film made of an oxide film containing a first metal, a second conductive film formed on the first conductive film and made of an oxide film containing a second metal different from the first metal, and the second conductive film And an electrode having a third conductive film formed on and containing the second metal. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1 금속을 함유한 산화막은 상기 제1 금속의 산화막 또는 상기 제1 금속을 함유한 합금의 산화막인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The oxide film containing the first metal is an oxide film of the first metal or an oxide film of an alloy containing the first metal. 제8항 또는 제9항에 있어서,The method according to claim 8 or 9, 상기 제2 금속을 함유한 산화막은 상기 제2 금속의 산화막 또는 상기 제2 금속을 함유한 합금의 산화막인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The oxide film containing the second metal is an oxide film of the second metal or an oxide film of an alloy containing the second metal. 제8항∼제10항 중의 어느 1항에 있어서,The method according to any one of claims 8 to 10, 상기 제2 금속을 함유한 제3 도전막은 상기 제2 금속으로 되는 도전막 또는 상기 제2 금속을 함유한 합금으로 되는 도전막인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the third conductive film containing the second metal is a conductive film made of the second metal or a conductive film made of an alloy containing the second metal. 제8항∼제11항 중의 어느 1항에 있어서,The method according to any one of claims 8 to 11, 상기 전극은 상기 제1 도전막과 상기 제2 도전막 사이에 형성되고, 상기 제1 금속을 함유한 제4 도전막을 더 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the electrode is formed between the first conductive film and the second conductive film and further has a fourth conductive film containing the first metal. 제8항∼제12항 중의 어느 1항에 있어서,The method according to any one of claims 8 to 12, 상기 제2 도전막은 상기 제1 도전막과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 산소의 조성비가 작아지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.A composition ratio of oxygen decreases as the second conductive film is separated from the interface with the first conductive film. 제8항∼제13항 중의 어느 1항에 있어서,The method according to any one of claims 8 to 13, 상기 제1 금속은 Ir, Ru, Rh 또는 SrRu인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the first metal is Ir, Ru, Rh or SrRu. 제8항∼제14항 중의 어느 1항에 있어서,The method according to any one of claims 8 to 14, 상기 제2 금속은 Pt, Ir, Ru 또는 Rh인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the second metal is Pt, Ir, Ru, or Rh. 하부 전극과, 상기 하부 전극 상에 형성된 유전체막과, 상기 유전체막 상에 형성된 상부 전극을 갖는 커패시터를 구비하며,A capacitor having a lower electrode, a dielectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the dielectric film, 상기 하부 전극 및/또는 상기 상부 전극은 제1 금속을 함유한 산화막으로 되는 제1 도전막과, 상기 제1 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 함유한 산화막으로 되는 제2 도전막과, 상기 제2 도전막 상에 형성되고 상기 제2 금속을 함유한 제3 도전막을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The lower electrode and / or the upper electrode may include a first conductive film made of an oxide film containing a first metal and an oxide film formed on the first conductive film and containing a second metal different from the first metal. A semiconductor device comprising a second conductive film and a third conductive film formed on the second conductive film and containing the second metal. 제1 금속을 함유한 산화막으로 되는 제1 도전막을 형성하는 공정과, 상기 제1 도전막 상에 형성되고 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 함유한 산화막으로 되며 상기 제1 도전막과의 계면으로부터 떨어짐에 따라 산소의 조성비가 작아지는 제2 도전막을 형성하는 공정과, 상기 제2 도전막 상에 상기 제2 금속을 함유한 제3 도전막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법으로서,Forming a first conductive film made of an oxide film containing a first metal, and forming an oxide film formed on the first conductive film and containing a second metal different from the first metal and interfacing with the first conductive film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a second conductive film in which the composition ratio of oxygen decreases as it is separated from the step; and forming a third conductive film containing the second metal on the second conductive film. 상기 제2 도전막을 형성하는 공정에서는, 성막실 내의 산소 농도를 작게 하면서 상기 제2 도전막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.In the step of forming the second conductive film, the second conductive film is formed while reducing the oxygen concentration in the deposition chamber. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제2 도전막을 형성하는 공정에서는, 상기 성막실 내의 산소 농도를 복수의 단계로 작게 하면서 상기 제2 도전막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.In the step of forming the second conductive film, the second conductive film is formed while reducing the oxygen concentration in the film formation chamber in a plurality of steps.
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