JPH11307738A - キャパシタおよびその製造方法 - Google Patents
キャパシタおよびその製造方法Info
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- JPH11307738A JPH11307738A JP10239055A JP23905598A JPH11307738A JP H11307738 A JPH11307738 A JP H11307738A JP 10239055 A JP10239055 A JP 10239055A JP 23905598 A JP23905598 A JP 23905598A JP H11307738 A JPH11307738 A JP H11307738A
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- capacitor
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- dielectric thin
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/01—Manufacture or treatment
- H10B12/02—Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
- H10B12/03—Making the capacitor or connections thereto
- H10B12/033—Making the capacitor or connections thereto the capacitor extending over the transistor
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D1/00—Resistors, capacitors or inductors
- H10D1/60—Capacitors
- H10D1/68—Capacitors having no potential barriers
- H10D1/692—Electrodes
- H10D1/711—Electrodes having non-planar surfaces, e.g. formed by texturisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 下部電極と誘電体薄膜の間の境界にクラック
が発生しやすくなり、漏れ電流を生じさせていた。 【解決手段】 基板上に形成された少なくとも1つのゲ
ートとソース/ドレーン層を有するトランジスタの上に
少なくとも形成されると共に、側壁を有する開孔部によ
ってソース/ドレーン層が露出するように貫通された絶
縁層と、開孔部の側壁を覆うと共に、ソース/ドレーン
領域に接続するように形成され、キャパシタの下部電極
として機能する第1金属層と、第1金属層を覆う誘電体
薄膜と、誘電体層を覆うと共に、キャパシタの上部電極
として機能する第2金属層とを備える。
が発生しやすくなり、漏れ電流を生じさせていた。 【解決手段】 基板上に形成された少なくとも1つのゲ
ートとソース/ドレーン層を有するトランジスタの上に
少なくとも形成されると共に、側壁を有する開孔部によ
ってソース/ドレーン層が露出するように貫通された絶
縁層と、開孔部の側壁を覆うと共に、ソース/ドレーン
領域に接続するように形成され、キャパシタの下部電極
として機能する第1金属層と、第1金属層を覆う誘電体
薄膜と、誘電体層を覆うと共に、キャパシタの上部電極
として機能する第2金属層とを備える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体内に組み
込まれるキャパシタの製造方法に関するものであり、特
に、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)
素子内に組み込まれるキャパシタおよびその製造方法に
関するものである。
込まれるキャパシタの製造方法に関するものであり、特
に、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)
素子内に組み込まれるキャパシタおよびその製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】高度に集積化されたメモリ素子、例えば
256MbitのDRAMに組み込まれるキャパシタに
は、積層構造または溝構造のような三次元構造で形成さ
れた絶縁薄膜が必要である。従って、ソフトのエラーを
防止するためには、これらのメモリ素子は、電荷を蓄え
るために大面積の絶縁膜を備えるべきである。化学的気
相成長法(CVD)の一種である低圧化学的気相成長法
(LPCVD)を用いて、Ta2O5から成る絶縁薄膜を
形成することが現在よく用いられているのは、この膜の
絶縁定数が約25であり、これは酸化物(oxide)よりも
かなり大きな誘電率を示し、ステップカバレージ(step
coverage)の特性もよいからである。ステップカバレー
ジというのは、被膜表面に角の丸まっていない階段形状
(step shape)が保たれることを意味する。
256MbitのDRAMに組み込まれるキャパシタに
は、積層構造または溝構造のような三次元構造で形成さ
れた絶縁薄膜が必要である。従って、ソフトのエラーを
防止するためには、これらのメモリ素子は、電荷を蓄え
るために大面積の絶縁膜を備えるべきである。化学的気
相成長法(CVD)の一種である低圧化学的気相成長法
(LPCVD)を用いて、Ta2O5から成る絶縁薄膜を
形成することが現在よく用いられているのは、この膜の
絶縁定数が約25であり、これは酸化物(oxide)よりも
かなり大きな誘電率を示し、ステップカバレージ(step
coverage)の特性もよいからである。ステップカバレー
ジというのは、被膜表面に角の丸まっていない階段形状
(step shape)が保たれることを意味する。
【0003】超大規模集積回路(VLSI)の設計におい
て、集積回路(IC)内のキャパシタンス(静電容量)を
増やすためには、3つの効果的な方法がある。第1の方
法は、キャパシタンスが2つの電極間距離に反比例する
ことに基づき、2つの電極間に挿入される絶縁薄膜の膜
厚を薄くすることである。この方法では、キャパシタン
スを効果的に増大させることができるが、均一で安定し
た絶縁薄膜を得るように制御することは困難である。
て、集積回路(IC)内のキャパシタンス(静電容量)を
増やすためには、3つの効果的な方法がある。第1の方
法は、キャパシタンスが2つの電極間距離に反比例する
ことに基づき、2つの電極間に挿入される絶縁薄膜の膜
厚を薄くすることである。この方法では、キャパシタン
スを効果的に増大させることができるが、均一で安定し
た絶縁薄膜を得るように制御することは困難である。
【0004】第2の方法は、絶縁薄膜と電極との境界領
域の面積を大きくすることであり、この方法は、キャパ
シタンスがこの境界領域の面積に比例することに基づく
ものである。このように絶縁薄膜と電極との境界領域の
面積を増大させるためには、フィン形状や、半球形状が
用いられているが、製造方法が複雑であることから、大
量生産が困難であった。また、筒型形状を用いる方法も
あったが同様の理由から大量生産には向いていなかっ
た。
域の面積を大きくすることであり、この方法は、キャパ
シタンスがこの境界領域の面積に比例することに基づく
ものである。このように絶縁薄膜と電極との境界領域の
面積を増大させるためには、フィン形状や、半球形状が
用いられているが、製造方法が複雑であることから、大
量生産が困難であった。また、筒型形状を用いる方法も
あったが同様の理由から大量生産には向いていなかっ
た。
【0005】第3の方法は、誘電率を増加させることで
あり、例えば、Ta2O5膜や、Pb(Zr,Ti)O3で
構成される鉛ジルコニウムチタネート(PZT:Lead Zir
conium Titanete)や、(Ba,Sr)TiO3で構成される
ビスマスストロンチウムチタネート(BST:Bismuth St
rontium Titanate)等の絶縁定数の高い材料が用いられ
る。
あり、例えば、Ta2O5膜や、Pb(Zr,Ti)O3で
構成される鉛ジルコニウムチタネート(PZT:Lead Zir
conium Titanete)や、(Ba,Sr)TiO3で構成される
ビスマスストロンチウムチタネート(BST:Bismuth St
rontium Titanate)等の絶縁定数の高い材料が用いられ
る。
【0006】従来の半導体素子の製造において、ポリシ
リコン材料は、キャパシタの電極によく用いられてい
た。この場合、絶縁薄膜の加熱処理における温度を高く
すれば高くするほど、絶縁薄膜内の欠陥を少なくするこ
とができる。このことは、絶縁薄膜の膜質が良くなるは
ずであることを意味している。しかし、加熱処理の温度
が高すぎると、絶縁薄膜と、この下にある電極との境界
の周辺に自然発生的に酸化膜が形成され、キャパシタン
スを減少させてしまう。
リコン材料は、キャパシタの電極によく用いられてい
た。この場合、絶縁薄膜の加熱処理における温度を高く
すれば高くするほど、絶縁薄膜内の欠陥を少なくするこ
とができる。このことは、絶縁薄膜の膜質が良くなるは
ずであることを意味している。しかし、加熱処理の温度
が高すぎると、絶縁薄膜と、この下にある電極との境界
の周辺に自然発生的に酸化膜が形成され、キャパシタン
スを減少させてしまう。
【0007】しかし、このとき、絶縁薄膜と上部電極と
の間の境界の周辺に酸化膜が形成されないのは、絶縁薄
膜の上には未だ境界が作製されていないからである。こ
れとは逆に、加熱処理の温度が低すぎる場合は、絶縁薄
膜内に存在する欠陥が効果的に除去されることはない。
の間の境界の周辺に酸化膜が形成されないのは、絶縁薄
膜の上には未だ境界が作製されていないからである。こ
れとは逆に、加熱処理の温度が低すぎる場合は、絶縁薄
膜内に存在する欠陥が効果的に除去されることはない。
【0008】従って、上述のような問題点を排除するた
めには、従来の方法において電極として用いられていた
ポリシリコンの代わりに金属層を電極として用いること
が一般的な方法である。即ち、特に高度に集積化された
不揮発性強誘電体メモリ(FeRAM)やDRAMに適用
されている金属−絶縁体−金属(MIM)キャパシタを用
いるのである。
めには、従来の方法において電極として用いられていた
ポリシリコンの代わりに金属層を電極として用いること
が一般的な方法である。即ち、特に高度に集積化された
不揮発性強誘電体メモリ(FeRAM)やDRAMに適用
されている金属−絶縁体−金属(MIM)キャパシタを用
いるのである。
【0009】MIMキャパシタの金属層は、一般的に例
えば白金(Platinum)、イリジウム(Iridium)、酸化イリ
ジウム(Iridium oxide)および酸化ルテニウム(Rutheniu
m oxide)等の導電材料で構成されている。しかしなが
ら、一般的なMIMキャパシタは、膜厚の厚い下部電極
を備えており、下部電極上で行うエッチングは、複雑で
時間のかかるものであった。
えば白金(Platinum)、イリジウム(Iridium)、酸化イリ
ジウム(Iridium oxide)および酸化ルテニウム(Rutheniu
m oxide)等の導電材料で構成されている。しかしなが
ら、一般的なMIMキャパシタは、膜厚の厚い下部電極
を備えており、下部電極上で行うエッチングは、複雑で
時間のかかるものであった。
【0010】これ以外の問題は、開孔コンタクトウィン
ドウ(pitted contact window)の側面(profile)が切り立
っているため、ソース/ドレーンのアライメント(align
ment)がとり難いだけでなく、ステップカバレージの質
的悪化を招くことがあった。従って、開孔コンタクトウ
ィンドウの中にポリシリコン層およびグル−/バリヤ(g
lue/barrier)層を充填する作業は、下部電極のための材
料を充填する前に行わなければならなかった。
ドウ(pitted contact window)の側面(profile)が切り立
っているため、ソース/ドレーンのアライメント(align
ment)がとり難いだけでなく、ステップカバレージの質
的悪化を招くことがあった。従って、開孔コンタクトウ
ィンドウの中にポリシリコン層およびグル−/バリヤ(g
lue/barrier)層を充填する作業は、下部電極のための材
料を充填する前に行わなければならなかった。
【0011】図7ないし図14は、従来の製造工程にお
けるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。これ
らの図において、同一あるいは同様の素子には同一の符
号を付するものとする。図7において、一方のみに符号
を付すが、2つのゲート102を基板100の基板表面
101上に示す。図7には、さらに、ソース/ドレーン
領域110と、共通ソース/ドレーン領域110aを示
しており、共通ソース/ドレーン領域110aは、2つ
のゲート102の間に、基板表面101の下に位置する
ように形成されている。
けるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。これ
らの図において、同一あるいは同様の素子には同一の符
号を付するものとする。図7において、一方のみに符号
を付すが、2つのゲート102を基板100の基板表面
101上に示す。図7には、さらに、ソース/ドレーン
領域110と、共通ソース/ドレーン領域110aを示
しており、共通ソース/ドレーン領域110aは、2つ
のゲート102の間に、基板表面101の下に位置する
ように形成されている。
【0012】符号を付してある方のゲート102は、ス
ペーサ104およびキャップ層108によって覆われた
注入型のポリシリコン層106を備えている。ソース/
ドレーン領域110および共通ソース/ドレーン領域1
10aは、注入度の低いドレーン(LDD:lightly dope
d area)構造から成る注入型の領域であり、イオン注入
(ion implantation)を行うことによって形成される。イ
オン注入を行う際に、ゲート102は、マスクとして機
能する。注入度の低い領域は、ソース/ドレーン領域1
10および共通ソース/ドレーン領域110aの縁の比
較的浅い位置に配設されており、スペーサ104が形成
される前に最初に作製される。
ペーサ104およびキャップ層108によって覆われた
注入型のポリシリコン層106を備えている。ソース/
ドレーン領域110および共通ソース/ドレーン領域1
10aは、注入度の低いドレーン(LDD:lightly dope
d area)構造から成る注入型の領域であり、イオン注入
(ion implantation)を行うことによって形成される。イ
オン注入を行う際に、ゲート102は、マスクとして機
能する。注入度の低い領域は、ソース/ドレーン領域1
10および共通ソース/ドレーン領域110aの縁の比
較的浅い位置に配設されており、スペーサ104が形成
される前に最初に作製される。
【0013】スペーサ104が形成された後、さらに深
い領域に、ソース/ドレーン領域110および共通ソー
ス/ドレーン領域110a上の中央部に、注入度のより
高い領域が形成される。スペーサ104は、典型的に
は、酸化ケイ素(silicon oxide)あるいは窒化ケイ素(si
licon nitride)で構成される。ソース/ドレーン領域1
10および共通ソース/ドレーン領域が完全に形成され
た後に、基板100およびゲート102の上に絶縁領域
112が形成される。
い領域に、ソース/ドレーン領域110および共通ソー
ス/ドレーン領域110a上の中央部に、注入度のより
高い領域が形成される。スペーサ104は、典型的に
は、酸化ケイ素(silicon oxide)あるいは窒化ケイ素(si
licon nitride)で構成される。ソース/ドレーン領域1
10および共通ソース/ドレーン領域が完全に形成され
た後に、基板100およびゲート102の上に絶縁領域
112が形成される。
【0014】図7および図8において、エッチング技術
を用いて、コンタクトウィンドウ111が絶縁層112
に形成され、絶縁層112は絶縁層112aとなる。コ
ンタクトウィンドウ111により、共通ソース/ドレー
ン110aの一部が露出される。図8および図9におい
て、ポリシリコン層114は、LPCVD法によって注
入型のポリシリコンで形成されていることが好ましく、
また、コンタクトウィンドウ111が充填されるよう
に、絶縁層112a上に形成されている。
を用いて、コンタクトウィンドウ111が絶縁層112
に形成され、絶縁層112は絶縁層112aとなる。コ
ンタクトウィンドウ111により、共通ソース/ドレー
ン110aの一部が露出される。図8および図9におい
て、ポリシリコン層114は、LPCVD法によって注
入型のポリシリコンで形成されていることが好ましく、
また、コンタクトウィンドウ111が充填されるよう
に、絶縁層112a上に形成されている。
【0015】図9および図10において、エッチバック
処理を用いることにより、絶縁層112aの一部が露出
するまで、ポリシリコン層114は除去(エッチ)され
る。この処理の結果、ポリシリコン層114は、ポリシ
リコン層114aとなる。
処理を用いることにより、絶縁層112aの一部が露出
するまで、ポリシリコン層114は除去(エッチ)され
る。この処理の結果、ポリシリコン層114は、ポリシ
リコン層114aとなる。
【0016】図10および図11において、それぞれT
i/TiAlNで構成されることが好ましいグルー/バ
リヤ層(glue/barrier layer)116は、ポリシリコン層
114上に形成される。そして、ポリシリコン層14が
形成された後すぐに、加熱処理(process of annealing)
が行われる。この加熱処理により、ポリシリコン層11
4aとグルー/バリヤ層116との境界周辺に、TiS
i2層117が形成される。また、この加熱処理は、ポ
リシリコン層114aと下部電極とのオーミック接続を
良好なものとし、抵抗値を減少させる。なお、下部電極
は図12に示してある。
i/TiAlNで構成されることが好ましいグルー/バ
リヤ層(glue/barrier layer)116は、ポリシリコン層
114上に形成される。そして、ポリシリコン層14が
形成された後すぐに、加熱処理(process of annealing)
が行われる。この加熱処理により、ポリシリコン層11
4aとグルー/バリヤ層116との境界周辺に、TiS
i2層117が形成される。また、この加熱処理は、ポ
リシリコン層114aと下部電極とのオーミック接続を
良好なものとし、抵抗値を減少させる。なお、下部電極
は図12に示してある。
【0017】図11および図12により、導電層118
がグルー/バリヤ層116上に形成される。導電層11
8は、下部電極として機能すると共に、好適なCVD法
あるいはスパッタリングによって形成されるプラチナ
(Pt)、イリジウム(Iridium)、酸化イリジウム(Iridiu
m oxide)あるいは酸化ルテニウム(Ruthenium oxide)で
構成されることが好ましい。
がグルー/バリヤ層116上に形成される。導電層11
8は、下部電極として機能すると共に、好適なCVD法
あるいはスパッタリングによって形成されるプラチナ
(Pt)、イリジウム(Iridium)、酸化イリジウム(Iridiu
m oxide)あるいは酸化ルテニウム(Ruthenium oxide)で
構成されることが好ましい。
【0018】図12および図13において、導電層11
8aと、上述したグルー/バリヤ層116aとから構成
された下部電極は、導電層118およびグルー/バリヤ
層116に写真製版技術によるエッチング技術を用いる
ことによって形成される。
8aと、上述したグルー/バリヤ層116aとから構成
された下部電極は、導電層118およびグルー/バリヤ
層116に写真製版技術によるエッチング技術を用いる
ことによって形成される。
【0019】図13および図14において、面120a
上に、厚さ10から60オングストロームの誘電体薄膜
120が形成される。誘電体薄膜120は、例えば、T
a2O5,PZTあるいはBST等の誘電率の高い材料
で構成されることが好ましい。次に、誘電体薄膜120
の上に、上部電極となる導電層128が形成されると共
に、下部電極と同様のCVD法またはスパッタリングに
より、プラチナ(Pt)、イリジウム(Iridium)、酸化イ
リジウム(Iridium oxide)または酸化ルテニウム(Ruthen
ium oxide)で構成されることが好ましい。
上に、厚さ10から60オングストロームの誘電体薄膜
120が形成される。誘電体薄膜120は、例えば、T
a2O5,PZTあるいはBST等の誘電率の高い材料
で構成されることが好ましい。次に、誘電体薄膜120
の上に、上部電極となる導電層128が形成されると共
に、下部電極と同様のCVD法またはスパッタリングに
より、プラチナ(Pt)、イリジウム(Iridium)、酸化イ
リジウム(Iridium oxide)または酸化ルテニウム(Ruthen
ium oxide)で構成されることが好ましい。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のDRA
MのMIMキャパシタは、以下に記すような数々の欠点
を備えていた。 1.十分な電荷を蓄えることができないほど下部電極の
厚さが厚すぎると、エッチング工程を容易に行うことが
できず、また、下部電極と誘電体薄膜の間の境界にクラ
ックが発生しやすくなり、漏れ電流を生じさせることに
なる。
MのMIMキャパシタは、以下に記すような数々の欠点
を備えていた。 1.十分な電荷を蓄えることができないほど下部電極の
厚さが厚すぎると、エッチング工程を容易に行うことが
できず、また、下部電極と誘電体薄膜の間の境界にクラ
ックが発生しやすくなり、漏れ電流を生じさせることに
なる。
【0021】2.開孔されたコンタクトウィンドウの壁
面は、基板表面に対してほぼ垂直であるため、グル−/
バリヤ層のアライメントがとり難いという問題があっ
た。さらに、金属材料に対するステップカバレージが悪
いため、下部電極を作製する前に、ポリシリコン層およ
びグルー/バリヤ層を開孔したコンタクトウィンドウの
中に充填する必要があった。
面は、基板表面に対してほぼ垂直であるため、グル−/
バリヤ層のアライメントがとり難いという問題があっ
た。さらに、金属材料に対するステップカバレージが悪
いため、下部電極を作製する前に、ポリシリコン層およ
びグルー/バリヤ層を開孔したコンタクトウィンドウの
中に充填する必要があった。
【0022】3.従来のMIMキャパシタは、絶縁層の
上に形成されていたため、キャパシタ間の距離を効果的
に縮めることができず、高度に集積されたICの特性は
効果的に改善されることはなかった。これは、キャパシ
タ同士が接近すぎると、導電パスが微小になって帯電量
が微小(マイクロローディング:micro-loading)になる
ことによるものであり、従来のMIMキャパシタにおい
て生じやすい問題であった。
上に形成されていたため、キャパシタ間の距離を効果的
に縮めることができず、高度に集積されたICの特性は
効果的に改善されることはなかった。これは、キャパシ
タ同士が接近すぎると、導電パスが微小になって帯電量
が微小(マイクロローディング:micro-loading)になる
ことによるものであり、従来のMIMキャパシタにおい
て生じやすい問題であった。
【0023】従って、この発明の目的は、多数のゲー
ト、共通のソース/ドレーン領域およびソース/ドレー
ン領域を基板上に備えるキャパシタを提供することを目
的とするものである。
ト、共通のソース/ドレーン領域およびソース/ドレー
ン領域を基板上に備えるキャパシタを提供することを目
的とするものである。
【0024】
【課題を解決するための手段】この発明では、上述の課
題を解決するために、絶縁層上におけるセルフアライン
コンタクト(SAC:self align contact)を導入してお
り、このセルフアラインコンタクトは、基板上におい
て、開孔されるセルフアラインコンタクトウィンドウ
(PSACW:pitted self align contact window)を形
成すると共に、共通ソース/ドレーン領域の一部を露出
させる。
題を解決するために、絶縁層上におけるセルフアライン
コンタクト(SAC:self align contact)を導入してお
り、このセルフアラインコンタクトは、基板上におい
て、開孔されるセルフアラインコンタクトウィンドウ
(PSACW:pitted self align contact window)を形
成すると共に、共通ソース/ドレーン領域の一部を露出
させる。
【0025】次に、PSACWは、グルー/バリヤ層お
よび第1導電層で完全に充填される。第1導電層は、キ
ャパシタの下部電極となるものである。次に、誘電体薄
膜が第1導電膜の上に形成される。次に、キャパシタの
上部電極となる第2導電層が誘電体薄膜の上に形成さ
れ、この発明のMIMキャパシタが形成される。このM
IMキャパシタにおいて、開孔される構造は、隣り合う
この発明のMIMキャパシタの間におけるバリヤとして
の機能を果たす凹構造となる。
よび第1導電層で完全に充填される。第1導電層は、キ
ャパシタの下部電極となるものである。次に、誘電体薄
膜が第1導電膜の上に形成される。次に、キャパシタの
上部電極となる第2導電層が誘電体薄膜の上に形成さ
れ、この発明のMIMキャパシタが形成される。このM
IMキャパシタにおいて、開孔される構造は、隣り合う
この発明のMIMキャパシタの間におけるバリヤとして
の機能を果たす凹構造となる。
【0026】結果的に、この発明は、以下のような数々
の優位点を備える。 1.この発明のMIMキャパシタは、PSACWの構造
を用いており、この発明に係るMIMキャパシタの間に
バリヤを設け、上述したマイクロローディングの問題を
解決すると共に、キャパシタ間の距離を可能な限り短く
している。
の優位点を備える。 1.この発明のMIMキャパシタは、PSACWの構造
を用いており、この発明に係るMIMキャパシタの間に
バリヤを設け、上述したマイクロローディングの問題を
解決すると共に、キャパシタ間の距離を可能な限り短く
している。
【0027】2.この発明は、SAC処理を用いてPS
ACWを形成することにより、エッチング工程が容易に
行えるようにし、製造工程を簡単にすることができる。
さらに、この発明のMIMキャパシタは、傾斜した側壁
を有するPSACWによる大きな誘電体領域を備えてい
る。PSACWは、従来のMIMキャパシタにおける垂
直な側壁に比べてより大きな誘電体領域を備えている。
ACWを形成することにより、エッチング工程が容易に
行えるようにし、製造工程を簡単にすることができる。
さらに、この発明のMIMキャパシタは、傾斜した側壁
を有するPSACWによる大きな誘電体領域を備えてい
る。PSACWは、従来のMIMキャパシタにおける垂
直な側壁に比べてより大きな誘電体領域を備えている。
【0028】3.この発明は、グルー/バリヤ層にTi
/TiNxの材料を用いているため、用いている技術は
通常のものであり、特別に困難な技術を要することはな
い。
/TiNxの材料を用いているため、用いている技術は
通常のものであり、特別に困難な技術を要することはな
い。
【0029】4.この発明は、例えば、WN、Pt、R
uO2やその他の同様な性質を備える好適な材料を下部
電極に用いることにより、製造工程において通常要求さ
れる高温時におけるTi/TiNxの酸化を防止してい
る。
uO2やその他の同様な性質を備える好適な材料を下部
電極に用いることにより、製造工程において通常要求さ
れる高温時におけるTi/TiNxの酸化を防止してい
る。
【0030】5.この発明では、従来のものに比べて下
部電極をかなり薄くしているので、エッチング処理を容
易に行うことができると共に、下部電極と誘電体薄膜と
の間の境界周辺におけるクラックの発生を抑制すること
ができる。従来のMIMキャパシタでは、クラックは容
易に発生するものであり、漏れ電流の問題を生じさせて
いた。
部電極をかなり薄くしているので、エッチング処理を容
易に行うことができると共に、下部電極と誘電体薄膜と
の間の境界周辺におけるクラックの発生を抑制すること
ができる。従来のMIMキャパシタでは、クラックは容
易に発生するものであり、漏れ電流の問題を生じさせて
いた。
【0031】6.この発明では、セルフアラインドシリ
サイド(self aligned silicide)(サリサイド(salicid
e))の処理においてソース/ドレーン領域と接合させる
ために、好ましくはTiから成る金属層を用いているの
で、SiNx層は接合箇所周辺に自動的に形成され、オ
ーミック接合を良好にすると共に抵抗値を減少させてい
る。
サイド(self aligned silicide)(サリサイド(salicid
e))の処理においてソース/ドレーン領域と接合させる
ために、好ましくはTiから成る金属層を用いているの
で、SiNx層は接合箇所周辺に自動的に形成され、オ
ーミック接合を良好にすると共に抵抗値を減少させてい
る。
【0032】7.この発明は、現在利用されている製造
方法に適合させることのできる製造方法を実現したもの
であり、この発明に係るMIMキャパシタを製造するた
めの方法である。従って、この発明に係るMIMキャパ
シタの製造を成し遂げるために、従来の製造方法を容易
に改良することができる。即ち、企業は、従来の製造装
置に基づいて、多大な労力を必要とすることなく、この
発明に係るMIMキャパシタの製造を達成することがで
きる。
方法に適合させることのできる製造方法を実現したもの
であり、この発明に係るMIMキャパシタを製造するた
めの方法である。従って、この発明に係るMIMキャパ
シタの製造を成し遂げるために、従来の製造方法を容易
に改良することができる。即ち、企業は、従来の製造装
置に基づいて、多大な労力を必要とすることなく、この
発明に係るMIMキャパシタの製造を達成することがで
きる。
【0033】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1ないし図6
は、この発明の好適な実施の形態による製造方法におけ
るDRAMのキャパシタの断面を示す図である。図にお
いて、同一あるいは同等の構成要素には同一の符号を付
して表す。
は、この発明の好適な実施の形態による製造方法におけ
るDRAMのキャパシタの断面を示す図である。図にお
いて、同一あるいは同等の構成要素には同一の符号を付
して表す。
【0034】図1において、一方にしか符号を付してい
ないが同一の構造を有する2つのゲート202を、基板
200の基板表面201上に示してある。図1には、さ
らに、ソース/ドレーン領域210と、2つのゲート2
02の間で基板表面の下に形成された共通ソース/ドレ
ーン領域210aとを示してある。符号を付してあるゲ
ート202は、スペーサ204およびキャップ層208
によって覆われた注入型のポリシリコン層206を備え
る。
ないが同一の構造を有する2つのゲート202を、基板
200の基板表面201上に示してある。図1には、さ
らに、ソース/ドレーン領域210と、2つのゲート2
02の間で基板表面の下に形成された共通ソース/ドレ
ーン領域210aとを示してある。符号を付してあるゲ
ート202は、スペーサ204およびキャップ層208
によって覆われた注入型のポリシリコン層206を備え
る。
【0035】ソース/ドレーン領域210および共通ソ
ース/ドレーン領域210aは、注入度の低いドレーン
(LDD)構造を有する注入型の領域であり、イオン注入
を行うことによって形成される。このイオン注入を行う
際に、ゲート202は、マスクとして取り扱われる。多
くの注入度の低い領域は、ソース/ドレーン領域210
および共通ソース/ドレーン領域210aの縁の薄く形
成された部分の上に配設され、スペーサ204が形成さ
れる前にまず形成される。
ース/ドレーン領域210aは、注入度の低いドレーン
(LDD)構造を有する注入型の領域であり、イオン注入
を行うことによって形成される。このイオン注入を行う
際に、ゲート202は、マスクとして取り扱われる。多
くの注入度の低い領域は、ソース/ドレーン領域210
および共通ソース/ドレーン領域210aの縁の薄く形
成された部分の上に配設され、スペーサ204が形成さ
れる前にまず形成される。
【0036】注入度がより高く、膜厚がより厚い領域
は、スペーサ204が形成された後に、ソース/ドレー
ン領域210および共通ソース/ドレーン領域210a
の中央部分の上に形成される。スペーサ204は、典型
的には、酸化ケイ素あるいは窒化ケイ素で構成される。
は、スペーサ204が形成された後に、ソース/ドレー
ン領域210および共通ソース/ドレーン領域210a
の中央部分の上に形成される。スペーサ204は、典型
的には、酸化ケイ素あるいは窒化ケイ素で構成される。
【0037】ソース/ドレーン210および共通ソース
/ドレーン領域210aが十分に形成された後、基板2
00およびゲート202の上に絶縁層212が形成され
る。絶縁層212は、APCVD法によって、ボロン-
ホスホ-シリケート-グラス(BPSG:Boron-Phospho-Si
licate-Glass)またはテトラ-エチル-オルト-シリケート
(TEOS:Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate)を用いて作製
される。
/ドレーン領域210aが十分に形成された後、基板2
00およびゲート202の上に絶縁層212が形成され
る。絶縁層212は、APCVD法によって、ボロン-
ホスホ-シリケート-グラス(BPSG:Boron-Phospho-Si
licate-Glass)またはテトラ-エチル-オルト-シリケート
(TEOS:Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate)を用いて作製
される。
【0038】図1および図2において、セルフアライン
コンタクト(SAC)技術を用いることにより、PSA
CW211は絶縁層212内に形成され、絶縁層212
は、絶縁層212aとなる。PSACW211を形成す
るためにSAC技術を用いることの優位点は、エッチン
グ処理をより簡単に行うことができて、製造方法をより
簡略化できることである。さらに、図に示すようなPS
ACW211の傾斜した側壁は、図14に示すコンタク
トウィンドウ111の周囲の領域を含むように、従来の
ものに比べてより大きな領域を備えることになる。従っ
て、PSACWはより多くの電荷を蓄えることができ
る。
コンタクト(SAC)技術を用いることにより、PSA
CW211は絶縁層212内に形成され、絶縁層212
は、絶縁層212aとなる。PSACW211を形成す
るためにSAC技術を用いることの優位点は、エッチン
グ処理をより簡単に行うことができて、製造方法をより
簡略化できることである。さらに、図に示すようなPS
ACW211の傾斜した側壁は、図14に示すコンタク
トウィンドウ111の周囲の領域を含むように、従来の
ものに比べてより大きな領域を備えることになる。従っ
て、PSACWはより多くの電荷を蓄えることができ
る。
【0039】図2および図3において、金属層であるT
i215は、絶縁層212aと、PSACW211の傾
斜した側壁213と、共通ソース/ドレーン領域210
aとを覆うように形成する。次に、Ti/TiNx層21
6を金属層であるTi215上に形成する。これら2つ
の層であるTi2O5およびTi/TiNx216を成膜
するためには、スパッタリング(sputtering)を用いるこ
とが好ましい。従って、グルー/バリヤ層を用いれば、
導電層との接合性を改善することができる。導電層は次
の工程で作製する。これら2つの層は、スパイキング(s
piking)を抑制することができる。グルー/バリヤ層を
作製するための材料にTi/TiNxを用いることは、通
常の技術であり、特別困難な技術を必要とするものでは
ない。
i215は、絶縁層212aと、PSACW211の傾
斜した側壁213と、共通ソース/ドレーン領域210
aとを覆うように形成する。次に、Ti/TiNx層21
6を金属層であるTi215上に形成する。これら2つ
の層であるTi2O5およびTi/TiNx216を成膜
するためには、スパッタリング(sputtering)を用いるこ
とが好ましい。従って、グルー/バリヤ層を用いれば、
導電層との接合性を改善することができる。導電層は次
の工程で作製する。これら2つの層は、スパイキング(s
piking)を抑制することができる。グルー/バリヤ層を
作製するための材料にTi/TiNxを用いることは、通
常の技術であり、特別困難な技術を必要とするものでは
ない。
【0040】図3および図4のうち、図4の方が後に行
われる処理を示している。導電層218は、従来技術を
表す図を用いて説明したように、SiNx層216の上
に形成され、下部電極となるものである。導電層218
を形成するのに好適な方法は、スパッタリングにより、
例えば、WN,Pt,RuO2その他同様の性質を有す
る材料を成膜することである。これは、製造工程中にお
ける一般的な環境である400℃より高温では、SiN
x層216が酸化されてしまうからである。
われる処理を示している。導電層218は、従来技術を
表す図を用いて説明したように、SiNx層216の上
に形成され、下部電極となるものである。導電層218
を形成するのに好適な方法は、スパッタリングにより、
例えば、WN,Pt,RuO2その他同様の性質を有す
る材料を成膜することである。これは、製造工程中にお
ける一般的な環境である400℃より高温では、SiN
x層216が酸化されてしまうからである。
【0041】さらに、PSACWは傾斜した側壁213
を有するため、図14に示した従来の下部電極118a
の表面120aよりも表面が広くなっている。従って、
導電層218の膜厚を従来のように厚くする必要はな
く、エッチング処理を容易に行うことができ、かつ、導
電層218と誘電体薄膜との間の境界におけるクラック
の発生を抑止して漏れ電流を削減できる厚さがあればよ
い。図6に誘電体薄膜を示す。
を有するため、図14に示した従来の下部電極118a
の表面120aよりも表面が広くなっている。従って、
導電層218の膜厚を従来のように厚くする必要はな
く、エッチング処理を容易に行うことができ、かつ、導
電層218と誘電体薄膜との間の境界におけるクラック
の発生を抑止して漏れ電流を削減できる厚さがあればよ
い。図6に誘電体薄膜を示す。
【0042】図4および図5のうち、図5の方が後に行
う工程を示す図である。エッチング技術を用いて、グル
ー/バリヤ層215a/216aを形成し、グルー/バ
リヤ層215a/216aの上にこの発明に係るMIM
キャパシタの下部電極として用いられる導電層218a
を形成する。
う工程を示す図である。エッチング技術を用いて、グル
ー/バリヤ層215a/216aを形成し、グルー/バ
リヤ層215a/216aの上にこの発明に係るMIM
キャパシタの下部電極として用いられる導電層218a
を形成する。
【0043】図5および図6において、誘電体薄膜22
0は、表面220a上に10から60オングストローム
の膜厚に形成される。誘電体薄膜220は、好適なCV
D法を用いて、例えば、Ta2O5、PZT、BSTそ
の他同様の誘電率の高い材料で構成されるように形成す
ることが好ましい。CVDを行う間の温度は、例えばT
iSi2層217のようなシリサイド(silicide)を作製
するのに十分高い温度で行うことが好ましく、TiSi
2層217は、共通ソース/ドレーン領域210aとグ
ルー/バリヤ層215との間の境界におけるオーミック
接続を良好にして、PSACW211の抵抗値を低減す
るために用いられる。
0は、表面220a上に10から60オングストローム
の膜厚に形成される。誘電体薄膜220は、好適なCV
D法を用いて、例えば、Ta2O5、PZT、BSTそ
の他同様の誘電率の高い材料で構成されるように形成す
ることが好ましい。CVDを行う間の温度は、例えばT
iSi2層217のようなシリサイド(silicide)を作製
するのに十分高い温度で行うことが好ましく、TiSi
2層217は、共通ソース/ドレーン領域210aとグ
ルー/バリヤ層215との間の境界におけるオーミック
接続を良好にして、PSACW211の抵抗値を低減す
るために用いられる。
【0044】次に、導電層228が誘電体薄膜220の
上に形成され、これはこの発明に係るMIMキャパシタ
の上部電極となる。導電層228を形成するための好適
な方法では、例えばWN、Pt,RuO2その他同様の
性質を有する材料を成膜するために、スパッタリングが
用いられる。
上に形成され、これはこの発明に係るMIMキャパシタ
の上部電極となる。導電層228を形成するための好適
な方法では、例えばWN、Pt,RuO2その他同様の
性質を有する材料を成膜するために、スパッタリングが
用いられる。
【0045】以上、この発明の代表的な好適な実施の形
態について説明したが、この発明の範囲は、この実施の
形態に限定されるものではなく、様々な変形例や類似の
構成を含むものである。従って、特許請求の範囲は、様
々な変形例や類似の構成を含むように、最も広義に解釈
されるべきである。
態について説明したが、この発明の範囲は、この実施の
形態に限定されるものではなく、様々な変形例や類似の
構成を含むものである。従って、特許請求の範囲は、様
々な変形例や類似の構成を含むように、最も広義に解釈
されるべきである。
【図1】 この発明の好適な実施の形態による製造方法
におけるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。
におけるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。
【図2】 この発明の好適な実施の形態による製造方法
におけるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。
におけるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。
【図3】 この発明の好適な実施の形態による製造方法
におけるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。
におけるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。
【図4】 この発明の好適な実施の形態による製造方法
におけるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。
におけるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。
【図5】 この発明の好適な実施の形態による製造方法
におけるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。
におけるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。
【図6】 この発明の好適な実施の形態による製造方法
におけるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。
におけるDRAMのキャパシタの断面を示す図である。
【図7】 従来の製造方法におけるDRAMのキャパシ
タの断面を示す図である。
タの断面を示す図である。
【図8】 従来の製造方法におけるDRAMのキャパシ
タの断面を示す図である。
タの断面を示す図である。
【図9】 従来の製造方法におけるDRAMのキャパシ
タの断面を示す図である。
タの断面を示す図である。
【図10】 従来の製造方法におけるDRAMのキャパ
シタの断面を示す図である。
シタの断面を示す図である。
【図11】 従来の製造方法におけるDRAMのキャパ
シタの断面を示す図である。
シタの断面を示す図である。
【図12】 従来の製造方法におけるDRAMのキャパ
シタの断面を示す図である。
シタの断面を示す図である。
【図13】 従来の製造方法におけるDRAMのキャパ
シタの断面を示す図である。
シタの断面を示す図である。
【図14】 従来の製造方法におけるDRAMのキャパ
シタの断面を示す図である。
シタの断面を示す図である。
200 基板 201 基板表面 202 ゲート 204 スペーサ 206 ポリシリコン層 208 キャップ層 210、210a ソース/ドレーン領域 212、212a 絶縁層 213 側壁 215a/216a グルー/バリヤ層 218、218a 導電層 220 誘電体薄膜 228 導電層
Claims (38)
- 【請求項1】 周囲にスペーサが形成されると共に頂部
にキャップ層が形成された少なくとも1つのゲートおよ
び少なくとも1つのソース/ドレーン領域が上部に形成
された基板を設ける工程と、 少なくとも上記ゲートおよび上記ソース/ドレーン領域
を覆うように、上記基板の上に絶縁層を形成する工程
と、 上記絶縁層をパターニングして、上記ソース/ドレーン
領域を露出させる、側壁を有する開孔部を形成するパタ
ーニング工程と、 上記ソース/ドレーン領域に接続されるグルー/バリヤ
層を上記側壁に形成する工程と、 上記グルー/バリヤ層の上に、下部電極として機能する
第1導電層を形成する工程と、 上記第1導電層の上に誘電体薄膜を形成する工程と、 上記誘電体薄膜の上に、上部電極として機能する第2導
電層を形成する工程とを備えるキャパシタの製造方法。 - 【請求項2】 上記ゲートを形成する工程において形成
される上記スペーサは、化学気相成長(CVD)法によっ
て形成される請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項3】 上記ゲートを形成する工程において形成
される上記スペーサは、窒化ケイ素を含む請求項1に記
載の製造方法。 - 【請求項4】 上記開孔部を形成する工程は、セルフア
ラインコンタクト(SAC)によって形成される請求項1
に記載の製造方法。 - 【請求項5】 上記ゲートを形成する工程において形成
される上記キャップ層は、CVD法によって形成される
請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項6】 上記ゲートを形成する工程において形成
される上記キャップ層は、窒化ケイ素を含む請求項1に
記載の製造方法。 - 【請求項7】 上記絶縁層は、CVD法によって形成さ
れる請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項8】 上記絶縁層は、酸化ケイ素を含む請求項
1に記載の製造方法。 - 【請求項9】 上記グルー/バリヤ層はスパッタリング
によって形成される請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項10】 上記グルー/バリヤ層は、Ti/TiN
xを含む請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項11】 上記第1導電層はスパッタリングで形
成される請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項12】 上記第1導電層は、タングステン(W)
を含む請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項13】 上記第1導電層は、プラチナ(Pt)を
含む請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項14】 上記第1導電層は、ルテニウム(Ru)
を含む請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項15】 上記誘電体薄膜が形成される間に、少
なくとも共通ソース/ドレーン領域とグルー/バリヤ層
との間の境界周辺にTiSi2層が形成される請求項1
に記載の製造方法。 - 【請求項16】 上記誘電体薄膜はCVD法によって形
成される請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項17】 上記誘電体薄膜は、Ta2O5を含む
請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項18】 上記誘電体薄膜は、Pb(Zr,Ti)O
3(PZT)を含む請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項19】 上記誘電体薄膜は、(Ba,Sr)TiO
3(BST)を含む請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項20】 上記第2導電層は、スパッタリングに
よって形成される請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項21】 上記第2導電層は、タングステン(W)
を含む請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項22】 上記第2導電層は、プラチナを含む請
求項1に記載の製造方法。 - 【請求項23】 上記第2導電層は、ルテニウム(Ru)
を含む請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項24】 少なくとも1つのゲートとソース/ド
レーン層を有するトランジスタが形成された基板と、 少なくとも上記トランジスタ上に形成されると共に、側
壁を有する開孔部によって上記ソース/ドレーン層が露
出するように貫通された絶縁層と、 上記開孔部の側壁を覆うと共に、上記ソース/ドレーン
領域に接続するように形成され、キャパシタの下部電極
として機能する第1金属層と、 上記第1金属層を覆う誘電体薄膜と、 上記誘電体層を覆うと共に、キャパシタの上部電極とし
て機能する第2金属層とを備えるキャパシタ。 - 【請求項25】 上記絶縁層は、酸化ケイ素を含む請求
項24に記載のキャパシタ。 - 【請求項26】 上記開孔部は、セルフアラインコンタ
クト(SAC)ウィンドウである請求項24に記載のキャ
パシタ。 - 【請求項27】 上記第1金属層は、タングステン(W)
を含む請求項24に記載のキャパシタ。 - 【請求項28】 上記第1金属層は、プラチナ(Pt)を
含む請求項24に記載のキャパシタ。 - 【請求項29】 上記第1金属層は、ルテニウム(Ru)
を含む請求項24に記載のキャパシタ。 - 【請求項30】 上記誘電体薄膜は、Ta2O5を含む
請求項24に記載のキャパシタ。 - 【請求項31】 上記誘電体薄膜は、Pb(Zr,Ti)O
3(PZT)を含む請求項24に記載の製造方法。 - 【請求項32】 上記誘電体薄膜は、(Ba,Sr)TiO
3(BST)を含む請求項24に記載のキャパシタ。 - 【請求項33】 上記第2金属層は、タングステンを含
む請求項24に記載のキャパシタ。 - 【請求項34】 上記第2金属層は、プラチナを含む請
求項24に記載のキャパシタ。 - 【請求項35】 上記第2金属層は、ルテニウムを含む
請求項24に記載のキャパシタ。 - 【請求項36】 上記第1金属層と、上記開孔部の傾斜
した側壁との間に、グルー/バリヤ層を備える請求項2
4に記載のキャパシタ。 - 【請求項37】 上記グルー/バリヤ層は、Ti/TiN
xを含む請求項36に記載のキャパシタ。 - 【請求項38】 共通ソース/ドレーン領域と上記グル
ー/バリヤ層との間の境界周辺にTiSi2層が形成さ
れる請求項36に記載のキャパシタ。
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