TWI538103B - 半導體裝置及半導體裝置之製造方法 - Google Patents

半導體裝置及半導體裝置之製造方法 Download PDF

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Description

半導體裝置及半導體裝置之製造方法
本發明係關於一種半導體裝置及半導體裝置之製造方法。
近年來，隨著半導體的微細化，而有增加電容器的每單位面積的電容之要求。增加電容器電容的方法之一，係使電容絕緣膜薄膜化之手段。但是，即使使電容絕緣膜薄膜化，有時整體的電容器電容不會增加，反而減少。
例如，專利文獻1提到：存在於下部電極上部與由Ta2O5所構成的電容膜之間的薄狀矽氧化膜，其作為寄生電容而發揮作用，藉此整體的介電率降低，在削減電容膜的膜厚時，電容器電容減少。關於解決此類課題的技術手段，係如下所述。亦即，根據同一文獻，在將Ta2O5形成於TiN的下部電極上之後，進行700~900℃的熱處理，以將TiN的一部分變換為高介電率的TiO2。藉此，(i)可使電容膜成為Ta2O5/TiO2之高介電率之堆疊構造。藉由此熱處理，(ii)提升Ta2O5的膜質。又，因為所採用之構造，其隔著由TiN所構成的下部電極，將電容膜的TiO2設在多晶矽累積節點上，所以(iii)即使多晶矽累積節點氧化，仍可抑制其矽氧化膜作為寄生電容而發揮作用。從以上的(i)~(iii)點來看，能防止在削減電容膜的膜厚時電容器電容的降低。
又，專利文獻2提到一種技術，其藉由將電容膜形成於已進行預備加熱處理之Ru膜(下部電極)上，而抑制電容膜的破裂。亦即，根據同一文獻，藉由預備加熱處理，Ru膜的結晶粒結晶性地成長而成為安定狀態。藉此，在形成電容膜時所進行的熱處理的時候，能抑制Ru膜的結晶粒更加結晶性地成長。所以，在形成電容膜時，可抑制因Ru膜的結晶性地成長所造成之電容膜的破裂。
又，專利文獻3提到：將電容膜形成於非晶質狀態的下部電極(TiN)上，使電容膜成為非晶質狀態，因而能降低此電容膜的漏電流。
又，專利文獻4提到：藉由使用未添加AlO之非晶質電容膜(氧化鉿)，可提供一種能同時滿足大電容與低漏電流的條件之半導體裝置。另外，在同一文獻中提到：以遠距離電漿將TiN的下部電極氮化。此遠距離電漿處理之目的，係防止電容器電容的降低，此乃因去除在下部電極形成步驟所產生的氧化層，而低介電率的氧化層作為寄生電容而發揮作用。
[習知技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2007-329496號公報
專利文獻2：日本特開2004-047633號公報
專利文獻3：日本特開2007-158222號公報
專利文獻4：日本特開2007-329286號公報
在上述文獻所提到的技術中，若將電容絕緣膜形成於下部電極膜的非晶質上，則電容膜會繼承正下方的非晶質之結晶性，而變成非晶質。但是，根據本發明人檢討之結果，可知因為繼承下部電極膜的非結晶狀態之電容絕緣膜的非結晶層具有低介電率，所以整體的電容器電容將會降低。又，若使電容絕緣膜薄膜化，電容器電容應該增加，但若電容絕緣膜的下層係非結晶，則電容器電容將會降低。
根據本發明，可提供一種半導體裝置，其具有電容元件，該電容元件在上部電極膜與下部電極膜之間設有電容絕緣膜；該下部電極膜，至少在與該電容絕緣膜相接觸的部分，具有多晶氮化鈦。
根據本發明，可提供一種半導體裝置之製造方法，其形成電容元件，該電容元件在上部電極膜與下部電極膜之間設有電容絕緣膜，該半導體裝置之製造方法具有：在基板上形成層間絕緣膜之步驟；藉由選擇性地去除，將凹部設於該層間絕緣膜之步驟；在該凹部的底部上以及側壁上，形成該下部電極膜之步驟；以及在該下部電極膜上，將該電容絕緣膜及該上部電極膜依此順序形成之步驟；而在形成該下部電極膜之步驟中，至少在該下部電極膜與該電容絕緣膜相接觸的部分，形成多晶氮化鈦。
在本發明中，下部電極膜的表層為多晶氮化鈦，而電容絕緣膜形成於此多晶氮化鈦上。因此，由於電容絕緣膜繼承多晶氮化鈦的結晶性，所以電容絕緣膜從下層到上層，變成結晶化。因此，在本發明中，若相較於下層為非結晶的電容絕緣膜，則整體的電容器電容增加。再者，若使電容絕緣膜薄膜化，則電容器電容應該增加，但是，若電容絕緣膜的下層為非結晶，則電容器電容減少。相對於此，在本發明中，由於電容絕緣膜的下層為高介電率的多晶，所以整體的電容器電容不會減少，而是增加。
根據本發明，可提供一種抑制電容器電容的降低之半導體裝置。
以下針對本發明的實施形態，利用圖示說明之。另外，在所有的圖式中，於相同的構成元件上標示相同的符號，以適當地省略說明。
(第1實施形態)
圖1及圖2，係顯示在本實施形態中半導體裝置的製造程序之製程剖面圖。在此，針對半導體裝置將MIM(Metal-Insulator-Metal，金屬絕緣體金屬)構成用於DRAM(Dynamic Random Access Memory，動態隨機存取記憶體)電容器的構造，進行說明。
本實施形態的半導體裝置之製造方法，係形成電容元件，該電容元件在上部電極膜(上部電極膜114、上部電極膜116)與下部電極膜110之間設有電容絕緣膜112。此半導體裝置之製造方法，具有：在基板(矽基板100)上形成層間絕緣膜106之步驟；藉由選擇性地去除，將凹部108設於層間絕緣膜106之步驟；在凹部108的底部上以及側壁上，形成下部電極膜110之步驟；以及在下部電極膜110上，將電容絕緣膜112以及上部電極膜(上部電極膜114、上部電極膜116)依此順序形成之步驟；而在形成下部電極膜110的步驟中，至少在下部電極膜110與電容絕緣膜112相接觸的部分，形成多晶氮化鈦。
在本實施形態中，下部電極膜110的表層為多晶氮化鈦，而電容絕緣膜112形成於此多晶氮化鈦上。因此，由於電容絕緣膜112繼承多晶氮化鈦的結晶性，所以電容絕緣膜112從下層到上層，變成結晶化。因此，在本實施形態中，若相較於下層為非結晶的電容絕緣膜，則整體的電容器電容增加。
又，若使電容絕緣膜薄膜化，則電容器電容應該增加，但是若電容絕緣膜的下層為非結晶，則電容器電容減少。相對於此，在本實施形態中，由於電容絕緣膜112的下層為高介電率的多晶，所以整體的電容器電容不會減少，而是增加。
以下針對本實施形態的半導體裝置之製造方法進行說明。
首先，將絕緣膜102(第1層間絕緣膜)設於半導體基板(矽基板100)上。接下來，將接觸孔設於絕緣膜102。將金屬膜埋入此接觸孔內，進行平坦化處理，藉此形成接觸部104。在此，於矽基板100，設有未圖示的電晶體等半導體元件。而接觸部104連接至電晶體的擴散層。至於接觸部104，乃使用例如鎢(W)。
接下來，如圖1(a)所示，將層間絕緣膜106(第2層間絕緣膜)形成於絕緣膜102上。而選擇性地去除此層間絕緣膜106，將凹部108(孔)設於層間絕緣膜106。至於此去除方法，例如有可將光阻圖案作為光罩而進行乾蝕刻之方法。
例如，至於層間絕緣膜106，只要是矽氧化膜等之具有絕緣性的膜即可，亦可為單層或是多層。又，至於層間絕緣膜106，亦可使用比介電率低於矽氧化膜(比介電率4.5)之多孔質絕緣膜。至於多孔質絕緣膜，例如有：使矽氧化膜多孔化，以降低比介電率之多孔化氧化矽材料，或使HSQ(Hydrogen Silsesquioxane，氫矽鹽酸類)膜、或是SiOCH、SiOC(例如Black DiamondTM、AuroraTM)等多孔化，以降低比介電率之材料等。又，絕緣膜102亦可使用與層間絕緣膜106相同的材料。
凹部108的平面形狀，採用圓狀。另一方面，凹部108的剖面形狀，採用推拔狀亦即梯形形狀。如上所述，形成圓筒形狀的凹部108。於凹部108的底部，設有接觸部104。至於層間絕緣膜106，乃使用例如SiO2。又，層間絕緣膜106的膜厚為例如300nm~1μm。
接下來，如圖1(b)所示，將下部電極膜110形成於層間絕緣膜106上，俾至少填滿凹部108的底部(俾接觸到接觸部104)。在本實施形態中，將下部電極膜110形成於凹部108的底部上以及側壁上和層間絕緣膜106的表層。下部電極膜110的膜厚為例如3nm~20nm。
在此，針對本實施形態的下部電極膜110的成膜步驟，進行詳細說明。
在下部電極膜110的成膜步驟中，例如進行將下部電極膜110形成於層間絕緣膜106上之成膜處理。在成膜處理後，對此下部電極膜110進行氮化處理與結晶化處理。藉此，形成至少表層為多晶的氮化鈦之下部電極膜110。
例如，氮化處理包含使氮自由基與下部電極膜110接觸之步驟。
在本實施形態中，下部電極膜110的成膜處理以及氮化處理之一連串的步驟，在例如遠距離電漿ALD(atomic layer deposition，原子層沉積)裝置中進行。
遠距離電漿ALD裝置，在異於配置有基板的處理室(成膜室)之位置，具有氣體導入口、與電漿產生室(遠距離電漿單元)。遠距離電漿ALD裝置，在成膜室的上游，藉由遠距離電漿單元，事先使N2電漿化。若使N2電漿化，則會大量產生沒有異向性之自由基成分(N*)。在遠距離電漿ALD裝置中，使自由基成分從電漿產生室經由石英管，導入至配置有基板的處理室。而在處理室，使用自由基成分進行基板表面的處理。
如上所述，有關下部電極膜110的成膜，則使用遠距離電漿ALD裝置，因而可使沒有異向性的自由基成分(N*)，對圓筒構造之凹部108的底部上與側壁上之下部電極膜110，進行同等的接觸。亦即，(i)在底部上的下部電極膜110之表面方向中，自由基成分進行同等的接觸；(ii)在側壁上的下部電極膜110之表面方向中，自由基成分進行同等的接觸；又，(iii)在底部上的下部電極膜110與側壁上的下部電極膜110中，自由基成分進行同等的接觸。
藉此，在底部上的下部電極膜110之表層與側壁上的下部電極膜110之表層中，可同等地氮化。在本實施形態中，多晶氮化鈦的氮含量，可為40以上(atomic%)。
又，由於使用此遠距離電漿ALD裝置，亦可使下部電極膜110的全部表層，或是至少與電容絕緣膜相接觸的預定範圍中之表層附近結晶化。
至於下部電極膜110的原料，乃使用TDMAT(Tetrakis-Dimethylamino-Titanium，四次二甲基銨基鈦)。例如，將TDMAT作為原料供給至遠距離電漿ALD裝置的室內，使TDMAT的熱分解物堆積於基板上。接下來，如上所述，藉由遠距離電漿使N2氣體電漿化，並將N自由基照射於基板上。而重複進行複數次如上所述之供給原料、照射N自由基等一連串的循環步驟，直到形成所期望的膜厚為止。如此形成的氮化鈦係結晶化而成為多晶。
電漿條件採用，例如溫度：340度~370度，電漿功率：3KW~5KW，N2的流量：1L/min~5L/min。
如以上所述，將於表層附近形成有多晶氮化鈦之下部電極膜110形成。亦即，使底部上的下部電極膜110之表層附近與側壁上的下部電極膜110的表層附近，成為同程度的膜質。在此，膜質得以氮含量的程度、結晶面、或平均結晶粒徑等多晶的特性表示。
接下來，如圖1(c)所示，將下部電極膜110加工成所期望的形狀。關於加工，係進行例如曝光、顯影、蝕刻以及灰化。藉此，將層間絕緣膜106的表面上之下部電極膜110去除，僅留下凹部108的內部。加工後的下部電極膜110，設成從凹部108的底部包覆到側壁部的上端附近。
接下來，如圖2(a)所示，將電容絕緣膜112形成於加工後的下部電極膜110上。亦即，底部上的下部電極膜110之表層附近與側壁上的下部電極膜110的表層附近，具有同程度的膜質，使電容絕緣膜112長成於此類的下部電極膜110的表層上。成膜方法，係使用ALD法。而電容絕緣膜112，則使用ZrO2。又，電容絕緣膜112的膜厚為例如5nm~12nm。在將電容器電容提升到非常高的情形，則令電容絕緣膜112的膜厚，為8nm以下。在此時，對基板進行熱處理。至於此熱處理的溫度為例如300度~450度。
在下部電極膜110的膜厚方向之構造中，至少僅在表層附近存在有多晶氮化鈦即可。亦即，在下部電極膜110的膜厚方向之構造中，亦可全部設有多晶氮化鈦，亦可交互設置多晶與其以外的狀態(例如非結晶)之層。此時，多晶氮化鈦，只要能滿足上述多晶的特性即可，在特性的容許範圍內亦可有既定的差異，特性的容許範圍亦可幾乎相同。另外，下部電極膜110，亦可為單層，亦可為Ti以及TiN等之多層構造。
接下來，針對在下部電極膜110中與電容絕緣膜112相接觸表面的方向之構造進行說明。如上所述，底部上的下部電極膜110之表層附近與側壁上的下部電極膜110之表層附近，具有同程度的膜質。亦即，若觀察底部上的下部電極膜110與側壁上的下部電極膜110之表面方向，則發現下部電極膜110同等地氮化，且結晶化。
在下部電極膜110同等地氮化時，在下部電極膜110的表面方向中氮含量為40以上(原子%：atomic%)。
又，在下部電極膜110同等地結晶化時，例如在下部電極膜110的表面方向中結晶面的主面為相同。
此後，如圖2(b)以及(c)所示，藉由例如CVD(chemical vapor deposition，化學氣相沉積)，將上部電極膜114以及上部電極膜116形成於電容絕緣膜112上。至於上部電極膜114，乃使用氮化鈦；上部電極膜116，乃使用鎢。另外，將未圖示的第3層間絕緣膜設於此等的上部電極膜114、116上。
藉由以上步驟，可得到一種具有MIM構造的DRAM電容器之半導體裝置。
接下來，說明本實施形態的半導體裝置。
本實施形態的半導體裝置，具有電容元件，該電容元件在上部電極膜(上部電極膜114、上部電極膜116)與下部電極膜110之間設有電容絕緣膜112，而下部電極膜110，至少在與電容絕緣膜112相接觸的部分，具有多晶氮化鈦。
在本實施形態中，多晶氮化鈦，例如可採用由微結晶所構成之多晶。
在本實施形態中多晶構造，可藉由下述特性表現之。
(1)存在有結晶面
針對(1)的特性，則藉由In-plane XRD(In-plane X-Ray Diffraction，面內X光繞射)測量。
圖3係顯示對於在本實施形態中所使用的下部電極係由TiN所構成之例子所進行之In-plane XRD的繞射峰值。
如圖3所示，以In-plane XRD調查TiN的結晶性。其結果，關於(1)結晶面，於TiN發現了(111)、(220)、(200)的繞射峰值。因此可確認，藉由依本實施例之遠距離電漿ALD裝置所得之TiN為結晶化。又，可知多晶氮化鈦的結晶面，具有(200)面以作為主面。又，多晶氮化鈦的結晶面，具有(111)、(200)、(220)面中的任一者即可，亦可具有(220)面以作為主面。
針對下部電極膜110的表層之多晶氮化鈦，以XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy，X射線光電子能譜術)測量氮量。得知此多晶淡化鈦的氮含量，為40以上50以下(atomic%)。
在如上述之下部電極膜110上形成的電容絕緣膜112，易於繼承正下方的下部電極膜110之結晶資訊。因此，由本案發明人檢討可知：電容絕緣膜112之初始膜(下層部分的電容絕緣膜112)係以結晶化而形成。在已結晶化的電容絕緣膜112中，亦可使用例如高介電率的ZrO2。至於ZrO2，其介電率在Cubic(立方晶)構造為36.8，在Tetragonal(正方晶)構造為46.6。
又，在本實施形態中的電容絕緣膜112中，可使用高介電率的金屬氧化物。至於此金屬氧化物，除了ZrO2以外，可列舉出HfO2、以及Ta2O3、或是於此等元素中添加其他元素之物。至於其他元素，可列舉出例如Ti、Al、Y、或La、Er等鑭系元素。此類金屬氧化物的多晶，係易於繼承正下方的多晶氮化鈦之結晶性。此電容絕緣膜112，可具有多晶金屬氧化物的單層或是多層構造。
接下來，針對本實施形態的作用效果進行說明。
在本實施形態中，下部電極膜110的表層為多晶氮化鈦，於此多晶氮化鈦上形成電容絕緣膜112。因此，在電容絕緣膜112的形成過程中，電容絕緣膜112的下層繼承正下方的多晶氮化鈦的結晶性。其結果，電容絕緣膜112從下層到上層，變成結晶化。所以，在本實施形態中，若相較於下層為非結晶的電容絕緣膜，則整體的電容器電容增加。
在此，電容器電容，理論上係以C=(ε/d)×S之通用公式來表示。C：電容器電容，ε：電容絕緣膜的介電率，d：電容絕緣膜的膜厚，S：電極面積。
若按照此通用公式，使電容絕緣膜薄膜化，則電容器電容增加。但是，若電容絕緣膜的下層為非結晶，則因為非結晶較結晶具有低介電率，所以整體的電容器電容沒有增加，反而是減少。
相對於此，在本實施形態中，電容絕緣膜112薄膜化，例如電容絕緣膜112的膜厚為8nm以下，即使在這種情形下，由於電容絕緣膜112的下層為高介電率的多晶，所以整體的電容器電容不會減少，而是增加。
針對這點，則邊參照圖4以及圖5邊詳細說明。
圖4(a)係顯示在本實施形態中削減電容絕緣膜的膜厚時電容器電容與漏電流之關係。圖4(b)係示意地顯示依本實施形態的MIM電容器之剖面構造。圖5(a)係顯示在下部電極膜為非結晶的例子中削減電容絕緣膜的膜厚時電容器電容與漏電流之關係。圖5(b)係示意地顯示在下部電極膜為非結晶的例子中MIM電容器之剖面構造。
在圖5(a)所示之例子中，使用由非晶質的TiN300所構成的下部電極膜。在此情形，例如由ZrO2所構成的電容絕緣膜，在膜厚方向中具有從非結晶到結晶之結晶性的分布。亦即，若將電容絕緣膜形成於下部電極膜的非晶質上，則電容絕緣膜繼承此非晶質的結晶性，而在與非晶質的TiN300(下部電極膜)相接觸的部分(ZrO2302)，電容絕緣膜變成非晶質。另一方面，因為根據膜厚的增加，而在電容絕緣膜的非晶質上進行結晶化，所以在稍微遠離非晶質的TiN300之部分(ZrO2304)進行些許的結晶化，在更遠離之部分(ZrO2306)，電容絕緣膜結晶化。在非結晶的部分，介電率降低；在多晶的部分，介電率提高。所以，如圖5(b)中的[1]~[4]所示，若使高介電率的多晶之上層部分(ZrO2306)變薄，則因為下層部分的ZrO2302以及ZrO2304為非晶質，所以介電率低，因而電容器電容減少(圖5(a))。
相對於此，如圖4(b)所示，在本實施形態中，在由多晶的TiN200所構成之下部電極膜上，形成從形成初期就已結晶化的ZrO2202(電容絕緣膜)。ZrO2202即使如圖4(b)中的[1]~[4]所示而薄膜化，因為於膜厚方向為相同品質，所以ZrO2202(電容絕緣膜)的介電率係顯示固定的值。所以，在使電容絕緣膜薄膜化的情形，雖然膜厚d減少，但是其他介電率等為固定。根據上述通用公式，則電容器電容C，與d成反比地增加(圖4(a))。
如上所述，在本實施形態中，相較於具有下層為非結晶狀態的電容絕緣膜之技術，則整體的電容器電容增加。而且即使電容絕緣膜薄膜化，由於電容絕緣膜的下層為高介電率的多晶，所以整體的電容器電容不會減少，而是增加。
換言之，在本實施形態中，在MIM電容器中使用已結晶化的下部電極，藉此可提升電容膜的結晶性，可增大電容器電容，且可抑制在削減電容膜的膜厚時電容的降低。
又，如上所述，在本實施形態之半導體裝置的製造步驟中，圓筒構造的凹部108之底部上的多晶氮化鈦與側壁上的多晶氮化鈦係同等地氮化或是結晶化。設有電容絕緣膜112，俾使其相接觸於此類底部上與側壁上的膜質同等之多晶氮化鈦(下部電極膜110)。因此，底部上的電容絕緣膜112與側壁上的電容絕緣膜112之膜質(例如介電率等)亦同等。因為如上所述設有成膜性優良的電容絕緣膜112，所以能提升電容絕緣膜112的介電率。又，在本實施形態的製造過程中，因為可令底部上的電容絕緣膜112與側壁上的電容絕緣膜112之膜質同等，所以能抑制電容絕緣膜112的成膜性之差異。藉此，能防止電容絕緣膜112的漏電流之差異。
在專利文獻1所提到的技術中，因為熱處理溫度為700~900℃之相對高溫，所以特別是在混合式DRAM中，會對此熱處理之前所形成之閘極周邊的構造或特性造成影響。根據本案發明人檢討的結果，鎳矽化物的形成，通常是使用高至500℃左右之熱處理溫度，但若施加比其高溫的熱負荷，則發生Ni的擴散，而引起接合漏電流的增加。又，在用於電容絕緣膜之TiO2中，雖然介電率高，但電容器的漏電流仍有增加。
相對於此，在本實施形態中，著眼於電容膜之初始膜的結晶性，在MIM電容器中將電容絕緣膜112形成於已結晶的下部電極膜110上，因而提升電容絕緣膜112的結晶性。因此，可增加電容器電容，而無須使用高溫製程以及TiO2等高電容器漏電流之材料。亦即，在本實施形態中，即使沒有進行高溫的電容膜用回火處理，藉由使用已結晶化之下部電極，可得到具有高介電率之高品質的電容膜。
(第2實施形態)
以下針對第2實施形態，使用圖1以及圖2，來說明與第1實施形態相異之處。亦即，在第1實施形態中之下部電極膜110的成膜中，使用相同裝置進行了氮化處理與結晶化處理，但並不限於此，在第2實施形態中，可使用不同的裝置來進行下部電極成膜與氮化、結晶化處理。
首先，與第1實施形態相同，準備如圖1(a)所示之構造。接下來，將下部電極膜110形成於圓筒構造的凹部108之側壁上以及底部上(圖1(b))。有關下部電極膜110的成膜，乃使用平行平板型電漿CVD。至於原料氣體，乃使用例如TDMAT(Tetrakis-Dimethylamino-Titanium)。
此時，於圓筒構造的凹部108的底部上，形成已結晶化的下部電極膜110。另一方面，因為於圓筒構造的凹部108的側壁上，幾乎沒有照射到具有異向性的離子等之電漿，所以形成非晶質的下部電極膜110(圖1(b))。
此後，進行與第1實施形態相同的遠距離電漿氮化處理。藉由不具有異向性的自由基成分，可使圓筒構造的凹部108的側壁上之非晶質的TiN氮化，同時進行結晶化。此時，亦可使於圓筒構造的凹部108的底部上之已結晶化的下部電極膜110氮化。
接下來，在氮化處理以及結晶化處理之後，進行下部電極膜110的加工處理(圖1(c))。在加工處理中，乃進行曝光、顯影、蝕刻、灰化。
針對此後的圖2(a)~(c)，則使其與第1實施形態相同，可得到具有MIM構造的DRAM電容器之半導體裝置。即使在第2實施形態中，亦可得到與第1實施形態相同的效果。
在此，藉由在加工下部電極膜110時的灰化處理，於下部電極膜110的表面形成氧化層。相對於此，在第2實施形態中，可在加工下部電極膜110之後且形成電容絕緣膜112之前，實施遠距離電漿氮化處理。藉由此類之氮化處理，可將氧化層置換為TiN，去除作為寄生電容而發揮作用之氧化層。更可同時進行此氧化層的去除與結晶化。如此並行氧化層的去除與結晶化，藉此能更加提升電容器電容。另外，在形成電容絕緣膜112之前，若至少與電容絕緣膜112相接觸的下部電極膜110有結晶化，則可得到第2實施形態的效果。
又，有關下部電極膜110的成膜，除了遠距離電漿ALD的方法之外，只要是以下的成膜方法即可：可將已結晶化的下部電極膜110形成於圓筒構造的凹部108之側壁上以及底部上。至於此成膜方法，例如可列舉出熱ALD，但亦可使用CVD或PVD(Physical vapor deposition，物理氣相沉積)。又，亦可藉由使用NH3的熱處理等，使圓筒構造的凹部108之側壁上之非晶質的TiN，進行氮化以及結晶化，而不是進行遠距離電漿氮化處理。至於此熱處理的溫度為例如350度~450度。
以上，參照圖面針對本發明的實施形態進行了說明，但是此等係本發明的例示，亦可採用上述以外之各式各樣的構成。
又，接觸部104的材料，例如亦可在W膜的下層設置堆疊有Ti(上層)/TiN(下層)以作為金屬阻障層膜之膜。
凹部108除了圓筒形狀以外，亦可採用圓柱狀。在此情形，凹部108的平面形狀為圓狀。另一方面，凹部108的剖面形狀可採用正方形狀或是矩形狀。
100．．．矽基板
102．．．絕緣膜
104．．．接觸部
106．．．層間絕緣膜
108．．．凹部
110．．．下部電極膜
112．．．電容絕緣膜
114．．．上部電極膜
116．．．上部電極膜
200．．．TiN
202．．．ZrO2
300．．．TiN
302．．．ZrO2
304．．．ZrO2
306．．．ZrO2
圖1之1(a)、1(b)、1(c)係顯示在本發明的實施形態中半導體裝置的製造程序之製程剖面圖。
圖2之2(a)、2(b)、2(c)係顯示在本發明的實施形態中半導體裝置的製造程序之製程剖面圖。
圖3係顯示在本實施形態中所使用的下部電極TiN之In-plane XRD(面內X光繞射)繞射峰值之圖。
圖4(a)係顯示在本實施形態中削減電容膜的膜厚時電容器電容與漏電流的關係之圖；圖4(b)係顯示本實施形態的剖面構造之圖。
圖5(a)係顯示在習知技術中削減電容膜的膜厚時電容器電容與漏電流的關係之圖；圖5(b)係顯示習知技術的剖面構造之圖。
100．．．矽基板
102．．．絕緣膜
104．．．接觸部
106．．．層間絕緣膜
108．．．凹部
110．．．下部電極膜

Claims (12)

  1. 一種半導體裝置，具有電容元件，該電容元件在上部電極膜與下部電極膜之間設有電容絕緣膜；該下部電極膜的全部表層係由多晶氮化鈦所形成；且在該電容絕緣膜中，與該下部電極膜的全部表層相接觸之處係由多晶金屬氧化物所形成。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，該多晶氮化鈦的氮含量為40原子%以上。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，該多晶氮化鈦的結晶面，具有(111)、(200)、(220)面中的任一者。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，該電容絕緣膜為多晶金屬氧化物，且該多晶金屬氧化物，係包含選自於由ZrO2、HfO2、以及Ta2O3，及於此等氧化物中添加了Ti、Al、Y或是鑭系元素所構成的群組中之至少一種。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，該電容絕緣膜的膜厚為8nm以下。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，更具有：基板；以及設於該基板上的層間絕緣膜；於該層間絕緣膜設有凹部，且於該凹部的底部上以及側壁上，設有該下部電極膜以及該電容絕緣膜。
  7. 如申請專利範圍第6項之半導體裝置，其中，設於該凹部的底部上以及該凹部的側壁上之該下部電極膜，至少在其與該電容絕緣膜相接觸的部分具有多晶氮化鈦。
  8. 一種半導體裝置之製造方法，用以形成在上部電極膜與下部電極膜之間設有電容絕緣膜的電容元件，包含如下步驟：在基板上形成層間絕緣膜之步驟；藉由選擇性去除之方式，而於該層間絕緣膜設置凹部之步驟； 在該凹部的底部上及側壁上，形成該下部電極膜之步驟；以及在該下部電極膜上，依序形成該電容絕緣膜及該上部電極膜之步驟；其中在形成該下部電極膜之步驟中，以多晶氮化鈦形成該下部電極膜的全部表層；且在依序形成該電容絕緣膜及該上部電極膜之步驟中，以多晶金屬氧化物形成該電容絕緣膜中之與該下部電極膜的全部表層相接觸之處。
  9. 如申請專利範圍第8項的半導體裝置之製造方法，其中，在該下部電極膜形成步驟中形成於該凹部的底部上之該下部電極膜及形成於該凹部的側壁上之該下部電極膜，形成該多晶氮化鈦。
  10. 如申請專利範圍第8項的半導體裝置之製造方法，其中，形成該下部電極膜之步驟，包含使氮自由基與該下部電極膜接觸之步驟。
  11. 如申請專利範圍第10項的半導體裝置之製造方法，其中，該氮自由基係藉由遠距離電漿法所取得。
  12. 如申請專利範圍第10項的半導體裝置之製造方法，其中，形成該下部電極膜之步驟，包含：將該下部電極膜加工成僅殘留在該凹部的底部上以及側壁上之加工步驟；以及在該加工步驟之後，使該氮自由基與該下部電極膜接觸之步驟。
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