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JP3813476B2 - Semiconductor device - Google Patents

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JP3813476B2
JP3813476B2 JP2001266299A JP2001266299A JP3813476B2 JP 3813476 B2 JP3813476 B2 JP 3813476B2 JP 2001266299 A JP2001266299 A JP 2001266299A JP 2001266299 A JP2001266299 A JP 2001266299A JP 3813476 B2 JP3813476 B2 JP 3813476B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、より詳しくは、キャパシタの誘電体膜に強誘電体材料を用いた不揮発性半導体メモリ(FeRAM:Ferroelectric Random Access Memory) 、又はキャパシタの誘電体膜に高誘電体材料を用いた揮発性半導体メモリ(DRAM:Dynamic Random Access Memory)、又はこれらのメモリ素子とロジック素子とを混載したシステムLSIに代表される半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、低消費電力の不揮発性半導体メモリとしてキャパシタの誘電体膜に強誘電体材料を用いたFeRAMが注目されている。また、近年、半導体メモリの微細化及び高集積化が要求されており、その要求にこたえるべくキャパシタの誘電体膜に高誘電体材料を用いたDRAMが開発されている。
【0003】
これらのFeRAMの強誘電体材料、DRAMの高誘電体材料として、それぞれ金属酸化物が通常使用されている。
【0004】
そのような強誘電体材料、高誘電体材料は還元性雰囲気に弱く、特に強誘電体材料では分極特性が劣化しやすいという性質がある。
【0005】
強誘電体材料の分極特性の劣化を防止する方法として、特開平9−307074号公報には、キャパシタの上にスパッタ酸化シリコン又はSOG(Spin-On-Glass) のいずれかの下層絶縁膜を形成した後に、下層絶縁膜の上にオゾンとTEOS(tetraethoxysilane; Si(OC2H5)4) から酸化シリコンの上層絶縁膜を形成することにより、キャパシタの誘電体膜の還元を防止することが記載されている。また、特開平10−275897号公報には、メタルCVD(Chemical Vapor Deposition) 装置やMO(Metal Organic) CVD装置を用いた還元性雰囲気中で配線用導電膜を形成するのではなく、配線用導電膜をDCスパッタにより形成することにより、配線用導電膜の下方のキャパシタの分極特性の劣化を防止することが記載されている。この公報には、TEOSを使用してプラズマCVD法によってキャパシタの上にSiO2膜を形成し、このSiO2膜に形成したホールを通してキャパシタの上部電極に配線を接続することが記載されている。
【0006】
また、特開平11−238855号公報には、キャパシタを覆う薄い絶縁膜に形成されたホールを通してキャパシタ上部電極に薄い導電パターン(配線)を接続し、さらにその導電パターンを覆う絶縁膜の上に厚いアルミニウム配線パターンを形成し、そのアルミニウム配線パターンをさらに絶縁膜で覆う構造が記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平11−238855号公報では、ビット線として使用されるアルミニウム配線パターンの膜厚が厚いので、その上に形成される層間絶縁膜の表面の凹凸の段差が大きくなる。
【0008】
そして、アルミニウム配線パターンを覆う層間絶縁膜の凹凸が大きくなると、その層間絶縁膜上に上部配線を形成するためのフォトリソグラフィ工程では、露光の際の焦点がデフォーカスになり易く、上部配線のパターン精度が低下するといった問題が生じる。特に、プラズマCVD法により層間絶縁膜を形成する場合には、層間絶縁膜の表面の凹凸の段差が大きくなりやすい。
【0009】
これに対して、表面の凹凸の段差が小さなHDP(High Density Plasma) 膜を形成することも考えられるが、そのHDP膜を形成する際には水素が絶縁膜に入ってキャパシタの酸化物誘電体膜を還元するおそれがある。
【0010】
本発明の目的は、強誘電体材料又は高誘電体材料を用いたキャパシタとビット線のさらに上方に形成される配線を精度良く形成するとともに、キャパシタの劣化を防止するための半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、半導体基板に形成された第1の不純物領域及び第2の不純物領域と該半導体基板上に形成されたゲート電極とを有するトランジスタと、前記トランジスタを覆う第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜の上に形成され、強誘電体材料と高誘電体材料のいずれかよりなる誘電体膜とこれを挟む上部電極及び下部電極とを有するキャパシタと、前記キャパシタの上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜の上に形成され、前記キャパシタの前記上部電極と前記第1の不純物領域とを接続する局所配線と、前記局所配線と前記第2の絶縁膜の上に形成された第3の絶縁膜と、前記第3の絶縁膜の上に形成され、且つ前記第1、第2及び第3の絶縁膜に形成されたホールを通して前記第2の不純物領域に接続される第1の配線と、前記第1の配線の上にTEOSガスと酸素ガスとを使用するプラズマCVD法により形成され、且つ研磨により平坦化された上面がプラズマアニールにより脱水処理されている第4の絶縁膜と、前記第4の絶縁膜上に形成された第2の配線とを有することを特徴とする半導体装置により解決される。
【0012】
本発明によれば、強誘電体材料又は高誘電体材料を用いたキャパシタとその上に絶縁膜を介して形成された第1の配線と、第1の配線の上に形成されて上面が平坦化された絶縁膜と、絶縁膜の上に形成された第2の配線とを有している。
【0013】
これにより、強誘電体膜又は高誘電体膜を有するキャパシタの上方に形成される第2の配線のパターンは精度良く形成される。
【0014】
また、上記した課題は、半導体基板の上方に、強誘電体材料又は高誘電体材料からなる誘電体膜を備えたキャパシタを形成し、このキャパシタの上方に第1の絶縁膜を形成し、さらに第1の絶縁膜を研磨してその上面を平坦化し、その後に第1の絶縁膜に対してプラズマアニールによる脱水処理を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法により解決する。
【0015】
本発明によれば、誘電体膜として強誘電体材料又は高誘電体材料を用いたキャパシタを形成した後、その上方に第1の絶縁膜を形成し、この第1の絶縁膜を例えばCMP法により平坦化する工程を有している。
【0016】
研磨工程では、研磨剤中の水分や洗浄液中の水分が第1の絶縁膜の表面に付着するだけでなく、第1の絶縁膜中にも水分が侵入する。第1の絶縁膜表面に付着した水分と、第1の絶縁膜中に侵入した水分とを除去するために、本発明においては、例えばN2O ガス又はNOガスのプラズマ雰囲気中でのアニールによって第1の絶縁膜の研磨面から脱水処理を施している。
【0017】
ところで、脱水のための熱処理として電気炉を用いる場合には、第1の絶縁膜の下層に金属配線層があるため、電気炉内のアニールは例えばアルミニウムの耐熱温度450℃以下に限定される。このような低温の単なる熱処理では脱水処理の効果が不十分である。これに対して、本発明のように、プラズマアニールを用いると、450℃以下の低温でより確実に絶縁膜から水分を除去することが可能であり、かつ、このような低温では金属配線層が酸化してしまうという問題も発生しない。
【0018】
従って、そのようなプラズマアニールでは、単なる熱処理に比べて第1の絶縁膜の中の水分をより確実に除去することができる。これにより、第1の絶縁膜の表面又はその中の水分に起因する強誘電体膜又は高誘電体膜の還元やキャパシタの劣化が防止され、良好なFeRAM又はDRAMを製造することができる。
【0019】
N2O ガス又はNOガスのプラズマアニールによれば、第1の絶縁膜がシリコン酸化膜から形成されている場合に、少なくともその表面には窒素が含まれることになる。
【0020】
CMP法で平坦化が行われた第1の絶縁膜の中に空洞(ス、ボイド又はキーホール)が形成されている場合には、その空洞が研磨面から溝状に露出してしまうことがある。そして、その研磨面上に配線層を形成した場合には、配線層を構成する導電材料が空洞内に入って、空洞を横切る複数の配線同士を短絡するおそれがある。このため、第1の絶縁膜の研磨面上に第2の絶縁膜を形成して、第1の絶縁膜の研磨面に溝状に露出した空洞を第2の絶縁膜で覆ったり、埋めたりすることが好ましい。
【0021】
上記の効果を確実に得るためには、第2の絶縁膜の厚さを100nm以上とすることが好ましい。
【0022】
また、研磨面から露出する空洞の幅がばらついて、その空洞の一部が第2の絶縁膜によって覆われない部分が発生すると、第2の絶縁膜の上に形成される金属膜には空洞の上でスリットが形成されるおそれがある。金属膜にスリットが存在すると、そのスリットを通して第1の絶縁膜内に水素が入ってキャパシタを劣化するおそれがある。そこで、金属膜にスリットが形成されることを防止するためには、第2の絶縁膜の膜厚を少なくとも300nmにすることが好ましい。
【0023】
なお、第1の絶縁膜の上に第2の絶縁膜を形成し、その後に上記のプラズマアニールを施してもよい。この場合、第1及び第2の絶縁膜の絶縁特性の劣化を回避できるとともに、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜中の水分を同時に除去することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【0025】
図1〜図16は本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、本実施形態の半導体装置としてFeRAMを例に挙げて説明する。
【0026】
まず、図1に示す断面構造を得るまでの工程を説明する。
【0027】
図1に示すように、p型シリコン(半導体)基板10表面に、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法により素子分離絶縁膜11を選択的に形成する。素子分離絶縁膜11の形成はLOCOS法の他、STI(Shallow Trench Isolation)を採用してもよい。
【0028】
そのような素子分離絶縁膜11を形成した後に、シリコン基板10のメモリセル領域1、周辺回路領域2における所定の活性領域(トランジスタ形成領域)にp型不純物及びn型不純物を選択的に導入して、pウェル12a及びnウェル12bを形成する。なお、図1には示していないが、周辺回路領域2ではCMOSを形成するためにpウェル(不図示)も形成される。
【0029】
その後、シリコン基板10の活性領域表面を熱酸化して、ゲート絶縁膜10aとしてシリコン酸化膜を形成する。
【0030】
次に、シリコン基板10の上側全面にアモルファスシリコン膜及びタングステンシリサイド膜を順次形成し、これらのアモルファスシリコン膜及びタングステンシリサイド膜をフォトリソグラフィ法により所定の形状にパターニングして、ゲート電極13a〜13c及び配線14を形成する。なお、ゲート電極13a〜13cを構成するアモルファスシリコン膜の代わりにポリシリコン膜を形成してもよい。
【0031】
メモリセル領域1では、1つのpウェル12a上には2つのゲート電極13a,13bがほぼ平行に配置され、それらのゲート電極13a、13bはワード線WLの一部を構成する。
【0032】
次に、メモリセル領域1において、ゲート電極13a,13bの両側のpウェル12a内にn型不純物をイオン注入して、nチャネルMOSトランジスタのソース・ドレインとなるn型不純物拡散領域15aを形成する。これと同時に、周辺回路領域2のpウェル(不図示)にもn型不純物拡散領域を形成してもよい。続いて、周辺回路領域2において、ゲート電極13cの両側のnウェル12bにp型不純物をイオン注入して、pチャネルMOSトランジスタのソース・ドレインとなるp型不純物拡散領域15bを形成する。n型不純物とp型不純物の打ち分けは、レジストパターンを使用して行われる。
【0033】
その後に、シリコン基板10の全面に絶縁膜を形成した後、その絶縁膜をエッチバックしてゲート電極13a〜13c及び配線14の両側部分にのみ側壁絶縁膜16として残す。その絶縁膜として、例えばCVD法により酸化シリコン(SiO2)を形成する。
【0034】
次に、プラズマCVD法によりシリコン基板10の全面に、カバー膜3として酸窒化シリコン(SiON)膜を約200nmの厚さに形成する。その後、TEOSガスを用いるプラズマCVD法により、カバー膜3の上に酸化シリコン(SiO2)を約1.0μmの厚さに成長させ、これにより第1の層間絶縁膜(第1の絶縁膜)17を形成する。なお、TEOSを用いてプラズマCVD法により形成されるSiO2膜を、以下にTEOS膜ともいう。
【0035】
続いて、第1の層間絶縁膜17の緻密化処理として、常圧の窒素雰囲気中で第1の層間絶縁膜17を700℃の温度で30分間熱処理する。その後に、第1の層間絶縁膜17を化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing :以下、CMPという)法により研磨して第1の層間絶縁膜17上面を平坦化する。
【0036】
次に、図2に示す構造を形成するまでの工程を説明する。
【0037】
まず、フォトリソグラフィ法により、不純物拡散領域15a,15bに到達する深さのコンタクトホール17a〜17dと、配線14に到達する深さのビアホール17eをそれぞれ第1の層間絶縁膜17に形成する。その後、第1の層間絶縁膜17上面とホール17a〜17e内面に膜厚20nmのTi(チタン)薄膜と膜厚50nmのTiN (チタンナイトライド)薄膜をスパッタ法により順に形成する。さらに、CVD法によりタングステン(W)をTiN 薄膜上に成長する。この結果、コンタクトホール17a〜17d、ビアホール17e内にタングステン膜が埋め込まれる。
【0038】
その後、第1の層間絶縁膜17上面が露出するまでタングステン膜、TiN薄膜及びTi薄膜をCMP法により研磨する。この研磨後にホール17a〜17e内に残存するタングステン膜等は、不純物拡散領域15a,15bと配線14に後述の配線を電気的接続するためのプラグ18a〜18eとして使用される。
【0039】
メモリセル領域1の1つのpウェル12aにおいて2つのゲート電極13a,13bに挟まれるn型不純物拡散領域15a上の第1のプラグ18aは後述するビット線に接続され、さらに、残り2つの第2のプラグ18bは後述するキャパシタに接続される。
【0040】
なお、コンタクトホール17a〜17d、ビアホール17eを形成した後に、コンタクト補償のために不純物拡散領域15a,15bに不純物をイオン注入してもよい。
【0041】
次に、図3に示すように、プラグ18a〜18eの酸化を防止するために、シラン(SiH4)を用いるプラズマCVD法により、第1の層間絶縁膜17上とプラグ18a〜18e上にSiON(絶縁膜)膜21を100nmの厚さに形成し、さらに、反応ガスとしてTEOSと酸素を用いるプラズマCVD法によりSiO2膜22を150nmの厚さに形成する。なお、SiON膜21は、第1の層間絶縁膜17への水の侵入を防止するために形成される。
【0042】
その後、SiON膜21、SiO2膜22の緻密化のために、それらの膜を常圧の窒素雰囲気中で温度650℃で30分間熱処理する。
【0043】
なお、TEOSガスを用いてプラズマCVD法により形成された第1の層間絶縁膜17とSiO2膜22はそれぞれ650〜700℃の温度で加熱されるが、その下にはアルミニウムのような融点の低い金属膜が存在しないので、その程度の温度の加熱による悪影響は発生しない。
【0044】
次に、図4に示すように、DC(Direct Current)スパッタ法によりSiO2膜22上に、Ti及びPt(白金)を順次堆積させて二層構造の第1の導電膜23aを形成する。この場合、Ti膜の厚さを10〜30nm程度、Pt膜の厚さを100〜300nm程度とする。例えば、Ti膜の厚さを20nm、Pt膜の厚さを175nmとする。なお、第1の導電膜23aとして、イリジウム、ルテニウム、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウムストロンチウム(SrRuO3)等の膜を形成してもよい。
【0045】
続いて、RF(Radio Frequency) スパッタ法により、第1の導電膜23aの上に強誘電体材料であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT; Pb(Zr1-xTix )O3 )を100〜300nmの厚さに堆積させてPZT膜24aを形成する。例えば、PZT膜24aの厚さを240nmとする。
【0046】
そして、PZT膜24aの結晶化処理として、酸素雰囲気中で温度650〜850℃、30〜120秒間の条件でRTA(Rapid Thermal Annealing) を行う。例えば、温度750℃で60秒間アニールする。
【0047】
強誘電体材料膜の形成方法としては、上記したスパッタ法の他にスピンオン法、ゾル−ゲル法、MOD(Metal Organi Deposition) 法、MOCVD法がある。また、強誘電体材料としてはPZTの他に、ジルコン酸チタン酸ランタン鉛(PLZT)、SrBi2(Tax Nb1-x )2O9(但し、0<x<1)、Bi4Ti2O12 などがある。更に、DRAMを形成する場合には、上記の強誘電体材料に代えて(BaSr)TiO3(BST)、チタン酸ストロンチウム(STO)等の高誘電体材料を使用すればよい。
【0048】
そのようなPZT膜24aを形成した後に、その上に第2の導電膜25aとしてPt膜をDCスパッタ法により100〜300nmの厚さに形成する。例えば、第2の導電膜25aの厚さを200nmとする。なお、第2の導電膜25aとして、酸化イリジウム(IrO2)膜もしくは酸化ルテニウムストロンチウム(SRO)をスパッタ法により形成してもよい。
【0049】
次に、第2の導電膜25a、PZT膜24a及び第1の導電膜23aをフォトリソグラフィ法により順次パターニングすることにより、それらの膜から図5に示すような所定形状のキャパシタを形成する。
【0050】
ここで、第2の導電膜25aは上部電極25となり、PZT膜24aは誘電体膜24となり、第1の導電膜23aは下部電極23となる。そして、上部電極25、誘電体膜24及び下部電極23によりキャパシタQが構成される。キャパシタQは、1つのpウェル12a内に形成されたMOSトランジスタと同じ数だけpウェル12aの周囲に形成される。
【0051】
ところで、第2の導電膜25aをパターニングして上部電極25を形成した後には、キャパシタQのダメージ除去のために回復アニールを施す。具体的には、酸素雰囲気中にシリコン基板10を置いて、キャパシタQを500〜700℃の温度で30〜120分間加熱する。例えば、温度650℃で60分間加熱する回復アニールを実施するものとする。また、第1の導電体膜23aをパターニングして下部電極23を形成した後にも同じ条件で回復アニールを実施する。
【0052】
以上のような工程を経てキャパシタQを形成した後に、図6に示すように、全面にTEOS膜及びSOG膜からなる2層構造の第2の層間絶縁膜(第2の絶縁膜)26を形成し、この第2の層間絶縁膜26によりキャパシタQを覆う。そのTEOS膜は、TEOSガスを用いるプラズマCVD法により、成長温度が390℃、パワーが400Wの条件でシリコン基板10の上側全面に100〜300nmの厚さで形成される。また、SOG膜は、TEOS膜上にSOG溶液を80〜200nmの厚さに塗布した後に、これを加熱することにより形成される。この例では、TEOS膜の厚さが200nm、SOG(Spin-On-Glass) 膜の厚さが100nmであるとする。ここで、SOG膜は塗布性絶縁膜であるので、その表面の凹凸差は小さくなる。
【0053】
なお、SOG膜はエッチバックで除去してもよい。この場合には、TEOS膜の膜厚を500nm、SOG膜の膜厚を100nmとする。
【0054】
そして、フォトリソグラフィ法により第2の層間絶縁膜26をパターニングして、キャパシタQの上部電極25の上にコンタクトホール26aを形成する。その後、誘電体膜24に対して回復アニールを実施する。具体的には、酸素雰囲気中で500〜650℃の温度で30〜120分間加熱する。この例では、550℃の温度で60分間加熱するものとする。
【0055】
次に、第2の層間絶縁膜26、SiON膜21、SiO2膜22をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、メモリセル領域1の第2のプラグ18bの上にコンタクトホール26bを形成して第2のプラグ18bを露出させる。そして、第2の層間絶縁膜26上とコンタクトホール26a,26b内に、膜厚100nmのTiN 膜をスパッタ法により形成する。続いて、そのTiN 膜をフォトリソグラフィ法でパターニングすることにより、メモリセル領域1においてコンタクトホール26a,26bを通してpウェル12a上の第2のプラグ18bとキャパシタ上部電極25とを電気的接続するための局所配線(ローカル配線)27を形成する。
【0056】
次に、図7に示すような構造を形成するまでの工程を説明する。
【0057】
まず、局所配線27と第2の層間絶縁膜26の上に、プラズマCVD法によりTEOS膜を200〜400nm、例えば300nmの厚さに形成する。このTEOS膜は第3の層間絶縁膜(第3の絶縁膜)31として使用される。なお、その上の第3の絶縁膜31の上面の凹凸差は、その下の第2の層間絶縁膜26の上面の凹凸差を反映し、研磨を必要とするほどの大きさではない。
【0058】
続いて、メモリセル領域1における第3の層間絶縁膜31からその下方のSiON膜21までをフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、pウェル12aの中央位置の第1のプラグ18aの上にコンタクトホール31aを形成するとともに、周辺回路領域2の各プラグ18c〜18e上にもコンタクトホール31c〜31eを形成する。
【0059】
さらに、第3の層間絶縁膜31の上とコンタクトホール31c〜31eの中にTi膜,TiN 膜、Al(アルミニウム)膜及びTiN 膜の4層を順次積層し、これらの金属膜をパターニングすることにより、メモリセル領域1でビット線32aを形成するとともに、周辺回路領域2では配線32c〜32eを形成する。これらのビット線32a、配線32c〜32eは、一層目のアルミニウム配線となる。
【0060】
なお、メモリセル領域1のビット線32aは第1のプラグ18aに接続され、また、周辺回路領域2の配線32c〜32eは各プラグ18c〜18eに接続される。
【0061】
ビット線32a、配線32c〜32eを構成する各金属膜の膜厚として例えば最下層のTi膜を20nmの厚さ、下側のTiN 膜を50nmの厚さ、Al膜を500nmの厚さ、上側のTiN 膜を100nmの厚さとする。
【0062】
次に、図8に示すように、TEOSガスと酸素(O2)ガスを使用するプラズマCVD法により、第4の絶縁膜となる2.0μmの厚さのSiO2からなる第4の層間絶縁膜33を第3の層間絶縁膜31、ビット線32a及び配線32c〜32eの上に形成する。
【0063】
そのプラズマCVDに使用する装置は、シリコン基板10を載せる第1電極とこれに対向する第2の電極が配置されるチャンバを有するとともに、第2の電極に高周波電力を印加し、第1の電極を定電圧とする単周波印加構造を有している。このときの成膜条件は、成長温度を400℃以下、例えば390℃とし、圧力を1.2Paとする。また、高周波電力の周波数を13.56MHz 、そのパワーを400Wとする。なお、TEOSガスに対する酸素の流量比を例えば1程度とする。これらの条件によれば、成膜中にキャパシタQを構成する強誘電体材料を殆ど劣化しないし、ビット線32a及び配線32c〜32eに悪影響を与えることもない。
【0064】
ところで、TEOSガスと酸素ガスを使用するプラズマCVD法により形成された第4の層間絶縁膜33は等方的に成長するために、第4の層間絶縁膜33の上面形状はその下のビット線32aや配線32c〜32e等の一層目のアルミニウム配線の形状の影響を受け易くなる。従って、第4の層間絶縁膜33であるTEOS膜の上に二層目のアルミニウム配線を形成しようとすると、二層目のアルミニウム配線のパターニング精度が低下したり、断線が発生し易くなる等の問題がある。
【0065】
そこで、第4の層間絶縁膜33であるTEOS膜の上面を平坦化するために、図9に示すように、その上面をCMP法により研磨する工程を採用する。その研磨量は、最上面から約1.0μmの厚さ相当程度とする。
【0066】
ところで、第4の層間絶縁膜33をCMP法により研磨した後に、後述するように第4の層間絶縁膜33を加熱すると、その加熱によりキャパシタQの分極電荷量が小さくなることが実験により明らかになった。
【0067】
これは、CMP法による平坦化の際に使用されるスラリー中の水分や、その後の洗浄時に使用される洗浄液中の水分が、第4の層間絶縁膜3であるTEOS膜の表面に付着したりその内部に吸収され、その下方のキャパシタQまで達し、その水分が加熱によってキャパシタQを劣化させるからである。
【0068】
即ち、第4の層間絶縁膜33の研磨後にキャパシタQが高温で加熱されることにより、キャパシタ誘電体膜24を構成する強誘電体材料が層間絶縁膜中の水分により還元されて強誘電性が失われ、或いは、強誘電体材料と電極の界面が水分により劣化されるためであると考えられる。特に、第4の層間絶縁膜33が後述する金属膜に覆われた状態で第4の層間絶縁膜33、第3の層間絶縁膜31が加熱されると、第4の層間絶縁膜33に吸収された水分は、外部に放出されにくくなって、ビット配線32aの間の隙間を通って第3の層間絶縁膜31内に浸透してキャパシタQの周囲に到達することになり、水分によるキャパシタQの劣化が進むことになる。
【0069】
そこで、研磨時に第4の層間絶縁膜33内に入り込んだ水分やその表面に付着している水分を除去してキャパシタQの劣化を防止するために、図10に示すように第4の層間絶縁膜33に対してプラズマアニールによる脱水処理を施す。
【0070】
即ち、第4の層間絶縁膜33をCMP法により平坦化した後に、シリコン基板10をプラズマ発生装置(不図示)のチャンバ内に載置し、そのチャンバ内でN2O ガスを700sccm、N2ガスを200sccmの流量で供給し、これらのガスをプラズマ化して、基板温度を450℃以下、例えば350℃として3分間以上、好ましくは4分以上の時間で第4の層間絶縁膜33をプラズマに曝す。これにより、第4の層間絶縁膜33内の水分が外部に放出されるとともに、第4の層間絶縁膜33の少なくとも表面には、窒素(N)原子が入り込んでSiONが形成され、その後に水分が入り難くい状態となる。
【0071】
プラズマを使用しない熱処理を用いてN原子でプラズマTEOS膜を窒化しようとすると、使用されるN2分子が不活性なため、1000℃以上の熱処理が必要である。また、より活性なアンモニア(NH3) 分子を用いる場合でも、750℃以上の熱処理が必要であり、下層のアルミニウム配線層が溶融してしまう問題が生じる。効果的に、プラズマTEOS膜を窒化しようとすれば、プラズマアニールが最も有効である。
【0072】
そのプラズマアニールは、450℃以下の温度で行っているので、その下方でアルミニウムから形成された一層目のアルミニウム配線32a、32c〜32eに悪影響を与えることはない。
【0073】
ところで、特開平10−83990号公報(米国特許6017784)では、TEOSガスを使用して酸化シリコン膜を形成した後にN2又はN2O のプラズマ処理によって酸化シリコン膜中の水素を脱ガスすることが記載されている。このプラズマ処理は、研磨された酸化シリコン膜に対して行われるものではなく、しかも、強誘電体キャパシタを覆っている酸化シリコン膜に対して行われるものではない。
【0074】
これに対して、本発明の実施形態では、TEOSを用いて形成されたSiO2からなる第4の層間絶縁膜33の表面を研磨した後に、第4の層間絶縁膜33をプラズマアニールしているのであり、その研磨処理工程で侵入した水分を除去するためにN2O プラズマアニールが有効であることについては、上記文献には記載がない。また、本実施形態では、上記した条件のプラズマアニールを経ても強誘電体又は高誘電体キャパシタQの特性が良好に維持されることを明らかにしている。
【0075】
以上のようなプラズマアニール処理を終えた後に、図11に示すように、第5の絶縁膜(以下、「再堆積層間絶縁膜」という)34としてTEOS膜を層間絶縁膜33上に100nm以上の厚さ、例えば200nmの厚さに形成する。再堆積層間絶縁膜34は、次に述べるように第4の層間絶縁膜33の研磨面に現れる空洞を覆うために形成される。再堆積層間絶縁膜34はキャップ層として作用し、層間絶縁膜33の再吸湿を防止するという効果もある。再堆積層間絶縁膜34の最適膜厚については後述する。
【0076】
なお、再堆積層間絶縁膜34をN2O プラズマアニールしてもよい。
【0077】
ところで上記したように、第4の層間絶縁膜33の研磨面にはキーホールやスリットと呼ばれる空洞(ス、ボイドともいう)が現れることがあるが、これは次のような理由による。
【0078】
プラズマCVD法によりTEOS膜を形成すると、そのTEOS膜は等方的に成長してその膜厚が2.0μm程度の厚さになると、一層目のアルミニウム配線間、即ちメモリセル領域1のビット線32a相互間や周辺回路領域2の一層目のアルミニウム配線32c〜32eの相互間で空洞が発生し易くなる。
【0079】
ところで、図17(a) に示すように、ビット線32aはキャパシタQによって持ち上げられているので、ビット線32a間に発生する空洞33uは、他の領域で発生する空洞33uよりも高い位置に形成されることになる。
【0080】
従って、TEOS膜からなる第4の層間絶縁膜33を研磨した後には、図17(b) に示すように、メモリセル領域1に存在する空洞33uが研磨面から露出し易くなる。
【0081】
なお、図17(a) は、図8のI−I断面図、図17(b) は図9のII−II線断面図であり、図中符号32f、32gは、それぞれ一層目のアルミニウム配線を示している。
【0082】
そのように、メモリセル領域1において第4の層間絶縁膜33上から露出する空洞33uは、ビット線32aの間に沿って溝状に表出するので、その空洞33uが露出した状態で第4の層間絶縁膜33の上に直に配線形成用金属膜を形成すると、その金属膜が空洞33u内に埋め込まれることになり、金属膜をパターニングして配線を形成した後でも、空洞33u内の金属膜が除去されずに残ってしまう。その空洞33u内の金属膜は、これと同じ金属膜から形成された配線同士を短絡させる媒体になるので、空洞33u内に金属膜を予め形成しないようにする必要がある。
【0083】
本実施形態では、図11に示したように、第4の層間絶縁膜33を研磨した後に、再堆積層間絶縁膜34で第4の層間絶縁膜33の研磨面を覆うようにしているので、第4の層間絶縁膜34の研磨面から露出した空洞33u内には金属膜が形成されないことになる。なお、図11のIII-III 線断面を示すと図18(a) のようになる。
【0084】
図19(a) は、再堆積層間絶縁膜34がない場合の第4の層間絶縁膜33とその下の構造を示す断面図であり、図19(b) は、第4の層間絶縁膜33の上に再堆積層間絶縁膜34を形成した状態を示す断面図である。なお、図19(a),(b) は、FeRAMのメモリセル領域の断面写真に基づいて描かれている。
【0085】
以上のような再堆積層間絶縁膜34を形成した後に、図12〜図16に示すように、二層目のアルミニウム配線を形成する工程に移る。
【0086】
まず、図12に示すように、フォトリソグラフィ法により再堆積層間絶縁膜34及び第4の層間絶縁膜33をパターニングして、一層目のアルミニウム配線、例えば周辺回路領域2の配線32dに到達するビアホール33aを形成する。その後に、ビアホール33aを通してその下の配線32dの表面を所定量、例えば35nmの深さでエッチングする。
【0087】
続いて、図13に示すように、ビアホール33aの内面と再堆積層間絶縁膜34の上面に、膜厚20nmのTi膜と膜厚50nmのTiN膜をスパッタリングにより順次形成し、それらの膜をグルーレイヤ35aとする。なお、図18(b) は、図13のIV−IV線断図である。
【0088】
その後、六フッ化タングステン(WF6)ガスとシラン(SiH4) ガスを使用してCVD法によりグルーレイヤ35aの上にタングステンシード(不図示)を形成する。さらに、WF6 ガスとシラン(SiH4)ガスに水素(H2)ガスを加えて、成長温度を430℃としてグルーレイヤ35a上にタングステン膜35bを形成する。これにより、図14に示すように、ビアホール33a内には、グルーレイヤ35aとタングステン膜35bが充填される。
【0089】
その後、再堆積層間絶縁膜34上面上のタングステン膜35bをCMP法又はエッチバックにより除去して、ビアホール33a内にのみ残存させる。このとき、再堆積層間絶縁膜34上のグルーレイヤ35aは除去しても、しなくてもよい。図15ではグルーレイヤ35aを再堆積層間絶縁膜34上面からCMP法により除去した場合を示している。
【0090】
これにより、配線32dと上層配線とを電気的に接続するためのビア(プラグ)35がビアホール33a内に形成される。
【0091】
ところで、上記した第4の層間絶縁膜33の研磨面から現れる空洞33uの幅は、CMP法による研磨のばらつきなどによって均一とはならない。空洞33uの露出幅がばらつくと、次のような問題が発生する。
【0092】
即ち、図20(a) に示すように、第4の層間絶縁膜33上から露出した空洞33uの上に薄い再堆積層間絶縁膜34を形成すると、図20(b) に示すように、空洞33uが再堆積層間絶縁膜34によって完全に覆われずにその一部が露出することがある。そして、そのような状態で、図20(c) に示すように、上記したグルーレイヤ35aを形成すると、グルーレイヤ35aが空洞33uの上で段切れを起こしてスリットが形成されるおそれがあり、そのスリットが存在すると、タングステン膜35bを形成する際に使用する反応ガス中の水素が図20(d) に示すように、そのスリットを通してその下の第4の層間絶縁膜33に入ってしまう。第4の層間絶縁膜33中に侵入した水素は、キャパシタQを還元してキャパシタ特性を劣化させるので好ましくない。
【0093】
そこで、第4の層間絶縁膜33から露出した空洞33uを確実に覆うためには再堆積層間絶縁膜34が少なくとも300nm以上の膜厚が必要であることが実験結果から明らかになった。
【0094】
ところで、空洞33u内にグルーレイヤ35aやタングステン膜35bが充填されることを防止するために、再堆積層間絶縁膜34の膜厚がどの程度必要かを調査したところ、図21のような結果が得られた。図21の縦軸は、配線間のリークが発生する頻度を示し、その横軸はリーク電流値を示している。図21の結果によれば、再堆積層間絶縁膜34の膜厚が50nmでは配線間のリークの頻度が大きく、その膜厚を増やすに従って配線間リーク頻度が減少し、100nmでほぼ配線間ショートを防止できることがわかった。従って、空洞33uの露出による配線間のリークを低減するためには再堆積層間絶縁膜34の膜厚が少なくとも100nmあることが望ましい。
【0095】
一方、再堆積層間絶縁膜34の上にグルーレイヤ35a、タングステン膜35bを形成し、これをパターニングしてプラグ35を形成し、その上に後述する二層目のアルミニウム配線を形成し、さらに、二層目のアルミニウム配線を絶縁膜で覆うといった一連の工程を終えた後に、再堆積層間絶縁膜34の膜厚と加速試験によるキャパシタ分極電荷量の変化の関係を調査したところ、次の表1に示すような結果が得られた。なお、加速試験は、大気中で温度200℃で1時間、基板を加熱して行われた。
【0096】
【表1】

Figure 0003813476
【0097】
表1によれば、加速試験前の状態では、再堆積層間絶縁膜が厚い方が分極電荷量が僅かに大きくなっている。しかし、加熱後は、試料間の分極電荷量の差が顕著になる。とくに、再堆積層間絶縁膜34が0nmの場合、即ち再堆積層間絶縁膜34を形成しないときには、分極電荷量が加熱後に半分以下に減り、強誘電体キャパシタQは著しく特性が劣化する。また、再堆積層間絶縁膜34が300nmの時は、強誘電体キャパシタQの劣化は軽度であり、加熱後の分極電荷量は22.6μC/cm2となって、FeRAMを正常に動作させるためには十分な値となっている。
【0098】
なお、再堆積層間絶縁膜34の300nmという膜厚は、空洞33uの露出する部分のばらつきを考慮して決定されるのである。
【0099】
ところで、再堆積層間絶縁膜34が厚すぎると、ビアホール33aのアスペクト比が増大してビアホール33a内でグルーレイヤ35aやタングステン膜35bのカバレッジが悪くなる。即ち、再堆積層間絶縁膜34の膜厚の上限値は、ビアホール33aのアスペクト比から決定される。例えば、ビアホール33aのアスペクト比を2.3とする場合に、ビアホール33aの直径を0.6μm、第4の層間絶縁膜33の厚さを1.0μmとすれば、再堆積層間絶縁膜34の膜厚は約0.4μm(400nm)必要となる。
【0100】
以上のような工程によって再堆積層間絶縁膜34、ビア35を形成する工程を終えた後に、再堆積層間絶縁膜34の上に第1のTiN 膜を50nm、Al膜を500nm、第2のTiN 膜を50nmの厚さに順次形成し、これらの膜をパターニングすることにより、配線36を形成する。なお、再堆積層間絶縁膜34上面にグルーレイヤ35aを残す場合には、第1のTiN 膜の形成を省略してグルーレイヤ35aの上にアルミニウム膜と第2のTiN 膜を形成することになる。
【0101】
次に、第1及び第2のTiN 膜とAl膜、又は、第2のTiN 膜とAl膜とグルーレイヤをフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、図16に示すように、二層目のアルミニウム配線36を再堆積層間絶縁膜34の上に形成する。
【0102】
その後、TEOSを用いるプラズマCVD法により、二層目のアルミニウム配線36と再堆積層間絶縁膜34の上に、第1のカバー絶縁膜37としてSiO2膜を200nmの厚さに形成する。さらに、第1のカバー絶縁膜37の上に、プラズマCVD法によりSiN よりなる第2のカバー絶縁膜膜38を500nmの厚さに形成する。これらの第1及び第2のカバー膜37,38により二層目の配線36が被覆される。
【0103】
二層目のアルミニウム配線36が形成された後のメモリセル領域1における各種導電パターンの平面的な位置関係は図22のようになる。なお、図22中で素子分離絶縁膜11以外の絶縁膜は省略されている。
【0104】
以上のような工程により、キャパシタ誘電体膜24として強誘電体を用いたFeRAMの基本的な構造が完成する。
【0105】
本実施の形態においては、キャパシタQと一層目のアルミニウム配線32a,32c〜32eを覆う第4の層間絶縁膜33の上面をCMP法で平坦化している。これにより、キャパシタQと配線32aの上に形成した層間絶縁膜33のさらに上で平坦に形成される二層目のアルミニウム配線36のパターン精度を良好にすることができる。
【0106】
また、層間絶縁膜33を研磨した後に、N2O プラズマアニールを施して層間絶縁膜33中の水分を除去しているので、その後の工程において加熱されても、強誘電体膜(キャパシタ誘電体膜24)の還元、劣化が回避される。これにより、良好な特性のFeRAMを製造できる。しかも、N2O プラズマアニールを450℃以下で行っているので、一層目のアルミニウム配線を劣化させることもない。
【0107】
そのようなN2O プラズマアニール工程を入れてFeRAMを形成した場合と、その工程を省略してFeRAMを形成した場合のキャパシタQの分極電荷量を調べたところ次の表2に示すような結果が得られ、N2O プラズマアニールがキャパシタの劣化を防止するために有効であることが確かめられた。
【0108】
【表2】
Figure 0003813476
【0109】
なお、上記の実施の形態では、N2O を用いたプラズマアニールにより層間絶縁膜33を脱水処理する場合について説明したが、脱水処理に用いるガスはN2O に限定されるものではなく、例えばN2ガス、O2ガス又はNOガスを用いたプラズマアニールでも同様の効果が得られる。また、プラズマアニールに使用するガスは、N2O +N2、N2+O2等の混合ガスでもよい。さらに、そのような単体ガス又は混合ガスに、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)の不活性ガスを混合してプラズマ化してもよい。
【0110】
更にまた、上記の実施の形態では層間絶縁膜33に対し脱水処理を施した後、再堆積層間絶縁膜34を形成したが、CMP研磨後の層間絶縁膜33の上に再堆積層間絶縁膜34を形成し、その後脱水処理を施してもよい。
【0111】
上記の実施の形態のように再堆積層間絶縁膜34を薄く形成する場合は再堆積層間絶縁膜34中に含まれる水分量が極めて少ないが、再堆積層間絶縁膜34を厚く形成する場合は再堆積層間絶縁膜34中に含まれる水分によりキャパシタ誘電体膜が還元されてしまうおそれがある。これを防止するために、再堆積層間絶縁膜34を形成した後、N2O 又はNOを用いるプラズマアニールによる脱水処理を実施してもよい。但し、この場合、再堆積層間絶縁膜34をプラズマCVD法により酸窒化シリコン(SiON)膜又はプラズマCVD法により窒化シリコン(SiN)膜で形成すると、これらの膜は水分を通しにくいので、第4の層間絶縁膜33中の水分を十分に除去することができなくなる。このため、再堆積層間絶縁膜34を形成した後にプラズマアニールを施す場合は、再堆積層間絶縁膜34をプラズマTEOS膜、O3−TEOS膜、又はプラズマSiO2膜により形成することが好ましい。
【0112】
即ち、再堆積層間絶縁膜34としては、上述したプラズマCVD法により形成したTEOS膜(P−TEOS膜)に代えて、熱CVD法でオゾン(O3)とTEOSとを用いて形成したTEOS(O3−TEOS)膜、プラズマCVD法により形成したSiO2(P−SiO2)膜、ノンバイアスのHDP(High Density Plasma) −CVDにより形成したSiO2膜、プラズマCVD法により形成したSiON(P−SiON)膜及びプラズマCVD法により形成したSiN ( P−SiN )膜などを使用してもよい。但し、O3−TEOS膜は、水分含有量がP−TEOS膜に比べて多いので、本実施形態ではP−TEOS膜を用いている。また、SiON膜及びSiN 膜は水分の透過性が低いので、これらの膜を再堆積層間絶縁膜34として使用する場合は、第4の層間絶縁膜33を脱水処理した後に、再堆積層間絶縁膜34を形成することが必要である。
【0113】
図23は、横軸にP−TEOS膜に対するプラズマアニール処理時間をとり、縦軸に分極電荷量(Qsw)をとって、分極電荷量の脱水処理時間依存性を示す図である。但し、プラズマアニールの条件は、温度が350℃、プラズマに印加するパワーが300W、N2O の流量が700sccm、N2ガスの流量が200sccmである。分極電荷量Qswの値が大きいほど、分極特性が良好であるといえる。
【0114】
図23からわかるように、プラズマアニールの処理時間を3分以上とすることにより、十分な特性を得ることができる。強誘電体膜の初期状態における分極電荷量は約28μC/cm2 であり、約4分間のプラズマアニールにより初期状態の分極電荷量まで回復させることができる。
【0115】
上記した実施形態では、第4の層間絶縁膜33として、TEOSガスを用いるプラズマCVD法により形成したSiO2膜(p−TEOS)を用いたが、その他に、熱CVD法でO3とTEOSとを用いて形成したTEOS(O3−TEOS)膜、プラズマCVD法により形成したSiO2(P−SiO2)膜などで形成してもよい。 O3−TEOS膜は、P−TEOS膜よりも成長速度が遅いが、その膜内に空洞は生じない。
【0116】
また、上記した実施形態では、FeRAM及びその形成工程について説明したが、高誘電体キャパシタを有する揮発性メモリ(DRAM)についても、水分と加熱によって高誘電体材料の絶縁性が劣化したり、高誘電体材料膜と電極との界面が劣化し易くなる。そこで、上記したと同様に、高誘電体キャパシタの上に形成される絶縁膜の上面をCMP法により平坦化した後に、その表面をN2O 、NO等のガスを用いてその絶縁膜の脱水処理をしたり、あるいは、そのような脱水処理後、又は脱水処理前に平坦化された面の上にP−TEOSを用いて再堆積層間絶縁膜を形成してもよい。高誘電体材料として、(BaSr)TiO3などの高誘電体材料を使用すればよい。
【0117】
また、本発明は、強誘電体不揮発性半導体メモリ又は高誘電体半導体メモリとロジックデバイスとを混載したいわゆるシステムLSIの製造に適用することもできる。
【0118】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、キャパシタとその上を通る配線のさらに上に形成された絶縁膜を研磨して平坦化するようにしたので、その絶縁膜の平坦面の上に配線を精度良く形成することが容易になる。
【0119】
また、研磨された絶縁膜に対しN2O 又はNOを含むプラズマアニールによる脱水処理を施すようにしたので、その絶縁膜の表面に付着している水分、及び絶縁膜中に侵入している水分をより確実に除去することができて、キャパシタを構成する強誘電体材料又は高誘電体材料の還元や、キャパシタ劣化を防止できる。従って、強誘電体材料又は高誘電体材料の誘電特性の劣化を回避でき、良好な特性のFeRAM又はDRAMを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その1)である。
【図2】図2は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その2)である。
【図3】図3は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その3)である。
【図4】図4は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その4)である。
【図5】図5は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その5)である。
【図6】図6は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その6)である。
【図7】図7は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その7)である。
【図8】図8は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その8)である。
【図9】図9は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その9)である。
【図10】図10は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その10)である。
【図11】図11は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その11)である。
【図12】図12は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その12)である。
【図13】図13は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その13)である。
【図14】図14は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その14)である。
【図15】図15は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その15)である。
【図16】図16は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(その16)である。
【図17】図17(a) は図8のI−I線断面図、図17(b) は図8のII−II線断面図である。
【図18】図18(a) は図11のIII-III 線断面図、図18(b) は図13のIV−IV線断面図である。
【図19】図19(a) は、図17(b) の断面を撮影した写真に基づいて描いた断面図であり、図19(b) は、図18(a) の断面を撮影した写真に基づいて描いた断面図である。
【図20】図20(a) 〜(d) は、図17(b) に示した空洞が絶縁膜によって十分埋め込まれない工程を示す断面図である。
【図21】図21は、本発明の実施形態に係る半導体装置のメモリセルに使用されるキャパシタのリーク電流と累積確率の関係を示す図であって、累積確率を示す縦軸とリーク電流量を示す横軸は対数目盛で示される。
【図22】図22は、本発明の実施形態に係る半導体装置のメモリセル領域の導電パターンの配置を示す平面図である。
【図23】図23は、本発明の実施形態に係る半導体装置に形成されたキャパシタの分極電荷量の脱水処理時間依存性を示す図である。
【符号の説明】
10…半導体基板、11…素子分離絶縁膜、12a,12b…ウェル領域、13a,13b,13c…ゲート電極、15a,15b…不純物拡散領域、16…サイドウォール、17,26,31,33…層間絶縁膜、18…プラグ、21…SiON膜、22…SiO2膜、23…下部電極、24…誘電体膜、25…上部電極、27…局所配線、32a…ビット線、32b〜32g…配線、34…再堆積層間絶縁膜、35a…グルーレイヤ、35b…タングステン膜、35…プラグ、36…アルミニウム配線、37,38…カバー膜。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device, and more specifically, a nonvolatile semiconductor memory (FeRAM: Ferroelectric Random Access Memory) using a ferroelectric material for a dielectric film of a capacitor, or a high dielectric material for a dielectric film of a capacitor. The present invention relates to a volatile semiconductor memory (DRAM: Dynamic Random Access Memory) used or a semiconductor device represented by a system LSI in which these memory elements and logic elements are mixedly mounted.
[0002]
[Prior art]
In recent years, FeRAM using a ferroelectric material as a dielectric film of a capacitor has attracted attention as a low power consumption nonvolatile semiconductor memory. In recent years, there has been a demand for miniaturization and high integration of semiconductor memories, and a DRAM using a high dielectric material for a dielectric film of a capacitor has been developed to meet the demand.
[0003]
As these FeRAM ferroelectric materials and DRAM high dielectric materials, metal oxides are usually used.
[0004]
Such ferroelectric materials and high-dielectric materials are weak in reducing atmospheres, and in particular, ferroelectric materials have a property that their polarization characteristics are likely to deteriorate.
[0005]
As a method for preventing deterioration of the polarization characteristics of a ferroelectric material, Japanese Patent Laid-Open No. 9-307074 discloses that a lower insulating film of either sputtered silicon oxide or SOG (Spin-On-Glass) is formed on a capacitor. After the formation of ozone and TEOS (tetraethoxysilane; Si (OC 2 H Five ) Four ) To prevent reduction of the dielectric film of the capacitor by forming an upper insulating film of silicon oxide. JP-A-10-275897 discloses that a conductive film for wiring is not formed in a reducing atmosphere using a metal CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus or an MO (Metal Organic) CVD apparatus. It is described that the film is formed by DC sputtering to prevent deterioration of the polarization characteristics of the capacitor below the conductive film for wiring. In this publication, TEOS is used to deposit SiO on a capacitor by plasma CVD. 2 This SiO film forms 2 It is described that a wiring is connected to an upper electrode of a capacitor through a hole formed in the film.
[0006]
In Japanese Patent Laid-Open No. 11-238855, a thin conductive pattern (wiring) is connected to the capacitor upper electrode through a hole formed in a thin insulating film covering the capacitor, and further thick on the insulating film covering the conductive pattern. A structure in which an aluminum wiring pattern is formed and the aluminum wiring pattern is further covered with an insulating film is described.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-238855, since the aluminum wiring pattern used as the bit line is thick, the unevenness on the surface of the interlayer insulating film formed thereon becomes large.
[0008]
When the unevenness of the interlayer insulating film covering the aluminum wiring pattern becomes large, in the photolithography process for forming the upper wiring on the interlayer insulating film, the focus at the time of exposure tends to be defocused, and the pattern of the upper wiring There arises a problem that accuracy is lowered. In particular, when an interlayer insulating film is formed by a plasma CVD method, uneven steps on the surface of the interlayer insulating film tend to be large.
[0009]
On the other hand, it is conceivable to form an HDP (High Density Plasma) film with small unevenness on the surface, but when the HDP film is formed, hydrogen enters the insulating film and the oxide dielectric of the capacitor There is a risk of reducing the membrane.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to accurately form a capacitor using a ferroelectric material or a high dielectric material and a wiring formed further above the bit line, and to prevent the deterioration of the capacitor and its manufacture. It is to provide a method.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The above-mentioned problem was formed on a semiconductor substrate A first impurity region; a second impurity region; and a gate electrode formed on the semiconductor substrate. A transistor, Said Covering the transistor A first insulating film; Formed on the first insulating film And a dielectric film made of either a ferroelectric material or a high dielectric material, and an upper electrode and a lower electrode sandwiching the dielectric film. A capacitor; Said On the capacitor Formed in Second insulating film And connecting the upper electrode of the capacitor and the first impurity region, formed on the second insulating film. Local wiring, Said Local wiring And a third insulating film formed on the second insulating film, Formed on the third insulating film And connected to the second impurity region through holes formed in the first, second and third insulating films. A first wiring; Said On the first wire Formed by a plasma CVD method using TEOS gas and oxygen gas, and By polishing Flattened top surface Has been dehydrated by plasma annealing A fourth insulating film; Said This is solved by a semiconductor device having the second wiring formed over the fourth insulating film.
[0012]
According to the present invention, a capacitor using a ferroelectric material or a high-dielectric material, a first wiring formed thereon via an insulating film, and a flat top surface formed on the first wiring. And a second wiring formed on the insulating film.
[0013]
Thereby, the pattern of the second wiring formed above the capacitor having the ferroelectric film or the high dielectric film is formed with high accuracy.
[0014]
In addition, the above-described problem is that a capacitor including a dielectric film made of a ferroelectric material or a high dielectric material is formed above a semiconductor substrate, a first insulating film is formed above the capacitor, This is solved by a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the first insulating film is polished and the upper surface thereof is flattened, and then the first insulating film is dehydrated by plasma annealing.
[0015]
According to the present invention, after forming a capacitor using a ferroelectric material or a high-dielectric material as a dielectric film, a first insulating film is formed thereon, and this first insulating film is formed by, for example, CMP. A step of flattening.
[0016]
In the polishing step, moisture in the polishing agent and moisture in the cleaning liquid not only adhere to the surface of the first insulating film, but also penetrate into the first insulating film. In order to remove the moisture adhering to the surface of the first insulating film and the moisture entering the first insulating film, in the present invention, for example, N 2 Dehydration is performed from the polished surface of the first insulating film by annealing in a plasma atmosphere of O 2 gas or NO gas.
[0017]
By the way, when an electric furnace is used as a heat treatment for dehydration, since the metal wiring layer is provided below the first insulating film, annealing in the electric furnace is limited to, for example, an aluminum heat-resistant temperature of 450 ° C. or lower. Such simple heat treatment at a low temperature is not sufficient for the effect of dehydration. On the other hand, when plasma annealing is used as in the present invention, it is possible to more reliably remove moisture from the insulating film at a low temperature of 450 ° C. or lower, and the metal wiring layer is formed at such a low temperature. There is no problem of oxidation.
[0018]
Therefore, in such plasma annealing, moisture in the first insulating film can be more reliably removed than in a simple heat treatment. As a result, the reduction of the ferroelectric film or the high dielectric film or the deterioration of the capacitor due to the surface of the first insulating film or moisture therein can be prevented, and a good FeRAM or DRAM can be manufactured.
[0019]
N 2 According to the plasma annealing of O 2 gas or NO gas, when the first insulating film is formed of a silicon oxide film, at least the surface thereof contains nitrogen.
[0020]
When a cavity (spore, void, or keyhole) is formed in the first insulating film planarized by the CMP method, the cavity may be exposed in a groove shape from the polished surface. is there. When the wiring layer is formed on the polished surface, the conductive material constituting the wiring layer may enter the cavity and short-circuit a plurality of wirings that cross the cavity. For this reason, the second insulating film is formed on the polished surface of the first insulating film, and the cavity exposed in the groove shape on the polished surface of the first insulating film is covered or filled with the second insulating film. It is preferable to do.
[0021]
In order to reliably obtain the above effect, the thickness of the second insulating film is preferably set to 100 nm or more.
[0022]
Further, when the width of the cavity exposed from the polished surface varies and a part of the cavity is not covered with the second insulating film, the metal film formed on the second insulating film has a cavity. There is a risk of forming a slit on the top. If there is a slit in the metal film, hydrogen may enter the first insulating film through the slit to deteriorate the capacitor. Therefore, in order to prevent the formation of slits in the metal film, the thickness of the second insulating film is preferably set to at least 300 nm.
[0023]
Note that a second insulating film may be formed over the first insulating film, and then the above-described plasma annealing may be performed. In this case, deterioration of the insulating characteristics of the first and second insulating films can be avoided, and moisture in the first insulating film and the second insulating film can be removed simultaneously.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0025]
1 to 16 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of steps. The semiconductor device of this embodiment will be described by taking FeRAM as an example.
[0026]
First, steps required until a sectional structure shown in FIG.
[0027]
As shown in FIG. 1, an element isolation insulating film 11 is selectively formed on the surface of a p-type silicon (semiconductor) substrate 10 by a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method. The element isolation insulating film 11 may be formed by STI (Shallow Trench Isolation) in addition to the LOCOS method.
[0028]
After such an element isolation insulating film 11 is formed, p-type impurities and n-type impurities are selectively introduced into predetermined active regions (transistor formation regions) in the memory cell region 1 and the peripheral circuit region 2 of the silicon substrate 10. Thus, the p well 12a and the n well 12b are formed. Although not shown in FIG. 1, a p-well (not shown) is also formed in the peripheral circuit region 2 to form a CMOS.
[0029]
Thereafter, the active region surface of the silicon substrate 10 is thermally oxidized to form a silicon oxide film as the gate insulating film 10a.
[0030]
Next, an amorphous silicon film and a tungsten silicide film are sequentially formed on the entire upper surface of the silicon substrate 10, and the amorphous silicon film and the tungsten silicide film are patterned into a predetermined shape by a photolithography method to obtain gate electrodes 13a to 13c and A wiring 14 is formed. A polysilicon film may be formed in place of the amorphous silicon film constituting the gate electrodes 13a to 13c.
[0031]
In the memory cell region 1, two gate electrodes 13a and 13b are arranged substantially in parallel on one p-well 12a, and these gate electrodes 13a and 13b constitute a part of the word line WL.
[0032]
Next, in the memory cell region 1, n-type impurities are ion-implanted into the p-wells 12a on both sides of the gate electrodes 13a and 13b to form n-type impurity diffusion regions 15a that become the source / drain of the n-channel MOS transistor. . At the same time, an n-type impurity diffusion region may be formed in a p-well (not shown) in the peripheral circuit region 2. Subsequently, in the peripheral circuit region 2, a p-type impurity is ion-implanted into the n-well 12b on both sides of the gate electrode 13c to form a p-type impurity diffusion region 15b that becomes the source / drain of the p-channel MOS transistor. The n-type impurity and the p-type impurity are divided using a resist pattern.
[0033]
Thereafter, after an insulating film is formed on the entire surface of the silicon substrate 10, the insulating film is etched back to leave the side wall insulating film 16 only on both sides of the gate electrodes 13 a to 13 c and the wiring 14. As the insulating film, for example, silicon oxide (SiO2) is formed by a CVD method. 2 ).
[0034]
Next, a silicon oxynitride (SiON) film is formed as a cover film 3 to a thickness of about 200 nm on the entire surface of the silicon substrate 10 by plasma CVD. Thereafter, silicon oxide (SiO 2) is formed on the cover film 3 by plasma CVD using TEOS gas. 2 ) To a thickness of about 1.0 μm, First interlayer insulating film (first insulating film) 17 is formed. In addition, SiO formed by plasma CVD method using TEOS 2 Hereinafter, the film is also referred to as a TEOS film.
[0035]
Subsequently, as the densification treatment of the first interlayer insulating film 17, the first interlayer insulating film 17 is heat-treated at a temperature of 700 ° C. for 30 minutes in a normal-pressure nitrogen atmosphere. Thereafter, the first interlayer insulating film 17 is polished by a chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) method to planarize the upper surface of the first interlayer insulating film 17.
[0036]
Next, steps required until a structure shown in FIG.
[0037]
First, contact holes 17a to 17d having a depth reaching the impurity diffusion regions 15a and 15b and via holes 17e having a depth reaching the wiring 14 are formed in the first interlayer insulating film 17 by photolithography. Thereafter, a Ti (titanium) thin film having a thickness of 20 nm and a TiN (titanium nitride) thin film having a thickness of 50 nm are sequentially formed on the upper surface of the first interlayer insulating film 17 and the inner surfaces of the holes 17a to 17e by sputtering. Further, tungsten (W) is grown on the TiN thin film by the CVD method. As a result, a tungsten film is buried in the contact holes 17a to 17d and the via hole 17e.
[0038]
Thereafter, the tungsten film, the TiN thin film, and the Ti thin film are polished by the CMP method until the upper surface of the first interlayer insulating film 17 is exposed. The tungsten film or the like remaining in the holes 17a to 17e after the polishing is used as plugs 18a to 18e for electrically connecting the later-described wiring to the impurity diffusion regions 15a and 15b and the wiring 14.
[0039]
In one p-well 12a of the memory cell region 1, a first plug 18a on an n-type impurity diffusion region 15a sandwiched between two gate electrodes 13a and 13b is connected to a bit line described later, and the remaining two second second electrodes The plug 18b is connected to a capacitor to be described later.
[0040]
In addition, after forming the contact holes 17a to 17d and the via hole 17e, impurities may be ion-implanted into the impurity diffusion regions 15a and 15b for contact compensation.
[0041]
Next, as shown in FIG. 3, in order to prevent oxidation of the plugs 18a to 18e, silane (SiH Four ) Is used to form a SiON (insulating film) film 21 with a thickness of 100 nm on the first interlayer insulating film 17 and the plugs 18a to 18e, and plasma using TEOS and oxygen as reaction gases. SiO by CVD 2 The film 22 is formed to a thickness of 150 nm. The SiON film 21 is formed in order to prevent water from entering the first interlayer insulating film 17.
[0042]
After that, SiON film 21, SiO 2 In order to densify the films 22, the films are heat-treated at a temperature of 650 ° C. for 30 minutes in a normal-pressure nitrogen atmosphere.
[0043]
The first interlayer insulating film 17 formed by plasma CVD using TEOS gas and SiO 2 2 Each of the films 22 is heated at a temperature of 650 to 700 ° C., but a metal film having a low melting point such as aluminum does not exist thereunder, so that no adverse effect is caused by heating at such a temperature.
[0044]
Next, as shown in FIG. 4, SiO (Direct Current) sputtering is used to form SiO. 2 Ti and Pt (platinum) are sequentially deposited on the film 22 to form a first conductive film 23a having a two-layer structure. In this case, the thickness of the Ti film is about 10 to 30 nm, and the thickness of the Pt film is about 100 to 300 nm. For example, the thickness of the Ti film is 20 nm and the thickness of the Pt film is 175 nm. Note that as the first conductive film 23a, iridium, ruthenium, ruthenium oxide, iridium oxide, ruthenium oxide strontium (SrRuO Three ) Etc. may be formed.
[0045]
Subsequently, lead zirconate titanate (PZT; Pb (Zr), which is a ferroelectric material, is formed on the first conductive film 23a by RF (Radio Frequency) sputtering. 1-x Ti x ) O Three ) Is deposited to a thickness of 100 to 300 nm to form a PZT film 24a. For example, the thickness of the PZT film 24a is 240 nm.
[0046]
Then, as a crystallization process for the PZT film 24a, RTA (Rapid Thermal Annealing) is performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 650 to 850 ° C. for 30 to 120 seconds. For example, annealing is performed at a temperature of 750 ° C. for 60 seconds.
[0047]
As a method for forming the ferroelectric material film, there are a spin-on method, a sol-gel method, a MOD (Metal Organi Deposition) method, and an MOCVD method in addition to the sputtering method described above. In addition to PZT, ferroelectric materials include lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), SrBi. 2 (Ta x Nb 1-x ) 2 O 9 (However, 0 <x <1), Bi Four Ti 2 O 12 and so on. Furthermore, in the case of forming a DRAM, instead of the above ferroelectric material, (BaSr) TiO Three A high dielectric material such as (BST) or strontium titanate (STO) may be used.
[0048]
After such a PZT film 24a is formed, a Pt film is formed thereon as a second conductive film 25a to a thickness of 100 to 300 nm by DC sputtering. For example, the thickness of the second conductive film 25a is 200 nm. Note that as the second conductive film 25a, iridium oxide (IrO 2 ) A film or ruthenium strontium oxide (SRO) may be formed by sputtering.
[0049]
Next, the second conductive film 25a, the PZT film 24a and the first conductive film 23a are sequentially patterned by photolithography to form a capacitor having a predetermined shape as shown in FIG.
[0050]
Here, the second conductive film 25 a becomes the upper electrode 25, the PZT film 24 a becomes the dielectric film 24, and the first conductive film 23 a becomes the lower electrode 23. The upper electrode 25, the dielectric film 24, and the lower electrode 23 constitute a capacitor Q. Capacitors Q are formed around p well 12a by the same number as the MOS transistors formed in one p well 12a.
[0051]
By the way, after the second conductive film 25a is patterned to form the upper electrode 25, recovery annealing is performed to remove damage to the capacitor Q. Specifically, the silicon substrate 10 is placed in an oxygen atmosphere, and the capacitor Q is heated at a temperature of 500 to 700 ° C. for 30 to 120 minutes. For example, recovery annealing is performed by heating at a temperature of 650 ° C. for 60 minutes. Further, after the first conductor film 23a is patterned to form the lower electrode 23, recovery annealing is performed under the same conditions.
[0052]
After the capacitor Q is formed through the above steps, as shown in FIG. 6, a two-layer structure consisting of a TEOS film and an SOG film is formed on the entire surface. Second interlayer insulating film (second insulating film) 26 is formed, and the capacitor Q is covered with the second interlayer insulating film 26. The TEOS film is formed with a thickness of 100 to 300 nm on the entire upper surface of the silicon substrate 10 under the conditions of a growth temperature of 390 ° C. and a power of 400 W by plasma CVD using TEOS gas. The SOG film is formed by applying an SOG solution to a thickness of 80 to 200 nm on the TEOS film and then heating it. In this example, it is assumed that the TEOS film has a thickness of 200 nm and the SOG (Spin-On-Glass) film has a thickness of 100 nm. Here, since the SOG film is a coatable insulating film, the unevenness of the surface becomes small.
[0053]
Note that the SOG film may be removed by etch back. In this case, the thickness of the TEOS film is 500 nm, and the thickness of the SOG film is 100 nm.
[0054]
Then, the second interlayer insulating film 26 is patterned by photolithography to form a contact hole 26a on the upper electrode 25 of the capacitor Q. Thereafter, recovery annealing is performed on the dielectric film 24. Specifically, heating is performed at a temperature of 500 to 650 ° C. for 30 to 120 minutes in an oxygen atmosphere. In this example, heating is performed at a temperature of 550 ° C. for 60 minutes.
[0055]
Next, the second interlayer insulating film 26, SiON film 21, SiO 2 The film 22 is patterned by photolithography to form a contact hole 26b on the second plug 18b in the memory cell region 1 to expose the second plug 18b. Then, a TiN film having a thickness of 100 nm is formed by sputtering on the second interlayer insulating film 26 and in the contact holes 26a and 26b. Subsequently, the TiN film is patterned by photolithography to electrically connect the second plug 18b on the p-well 12a and the capacitor upper electrode 25 through the contact holes 26a and 26b in the memory cell region 1. A local wiring (local wiring) 27 is formed.
[0056]
Next, steps required until a structure as shown in FIG.
[0057]
First, a TEOS film is formed on the local wiring 27 and the second interlayer insulating film 26 to a thickness of 200 to 400 nm, for example, 300 nm by plasma CVD. This TEOS film is Third interlayer insulating film (third insulating film) Used as 31. Note that the unevenness difference of the upper surface of the third insulating film 31 thereon reflects the unevenness of the upper surface of the second interlayer insulating film 26 therebelow and is not so large as to require polishing.
[0058]
Subsequently, a contact hole is formed on the first plug 18a at the center position of the p-well 12a by patterning the third interlayer insulating film 31 in the memory cell region 1 to the underlying SiON film 21 by photolithography. 31 a is formed, and contact holes 31 c to 31 e are also formed on the plugs 18 c to 18 e in the peripheral circuit region 2.
[0059]
Further, four layers of Ti film, TiN film, Al (aluminum) film and TiN film are sequentially laminated on the third interlayer insulating film 31 and in the contact holes 31c to 31e, and these metal films are patterned. Thus, the bit line 32a is formed in the memory cell region 1, and the wirings 32c to 32e are formed in the peripheral circuit region 2. These bit lines 32a and wirings 32c to 32e are first-layer aluminum wirings.
[0060]
The bit line 32a in the memory cell region 1 is connected to the first plug 18a, and the wirings 32c to 32e in the peripheral circuit region 2 are connected to the plugs 18c to 18e.
[0061]
For example, the lowermost Ti film has a thickness of 20 nm, the lower TiN film has a thickness of 50 nm, the Al film has a thickness of 500 nm, and the upper film has a thickness of each metal film constituting the bit line 32a and the wirings 32c to 32e. The thickness of the TiN film is 100 nm.
[0062]
Next, as shown in FIG. 8, TEOS gas and oxygen (O 2 ) By plasma CVD using gas, 4th insulating film SiO with a thickness of 2.0 μm 2 A fourth interlayer insulating film 33 is formed on the third interlayer insulating film 31, the bit line 32a, and the wirings 32c to 32e.
[0063]
The apparatus used for the plasma CVD has a chamber in which a first electrode on which the silicon substrate 10 is placed and a second electrode facing the first electrode is disposed, and applies high-frequency power to the second electrode, and the first electrode Has a single frequency application structure with a constant voltage. The film forming conditions at this time are a growth temperature of 400 ° C. or lower, for example, 390 ° C., and a pressure of 1.2 Pa. The frequency of the high frequency power is 13.56 MHz and the power is 400 W. Note that the flow ratio of oxygen to the TEOS gas is set to about 1, for example. According to these conditions, the ferroelectric material constituting the capacitor Q is hardly deteriorated during the film formation, and the bit line 32a and the wirings 32c to 32e are not adversely affected.
[0064]
Incidentally, since the fourth interlayer insulating film 33 formed by the plasma CVD method using TEOS gas and oxygen gas isotropically grows, the shape of the upper surface of the fourth interlayer insulating film 33 is the bit line below it. It becomes easy to be influenced by the shape of the aluminum wiring of the first layer such as 32a and wirings 32c to 32e. Therefore, when the second layer aluminum wiring is formed on the TEOS film which is the fourth interlayer insulating film 33, the patterning accuracy of the second layer aluminum wiring is lowered or disconnection is likely to occur. There's a problem.
[0065]
Therefore, in order to flatten the upper surface of the TEOS film which is the fourth interlayer insulating film 33, a step of polishing the upper surface by CMP is employed as shown in FIG. The amount of polishing is approximately equivalent to a thickness of about 1.0 μm from the top surface.
[0066]
By the way, when the fourth interlayer insulating film 33 is polished by the CMP method and then the fourth interlayer insulating film 33 is heated as will be described later, it is apparent from experiments that the polarization charge amount of the capacitor Q is reduced by the heating. became.
[0067]
This is because moisture in the slurry used for planarization by the CMP method and moisture in the cleaning liquid used for subsequent cleaning adhere to the surface of the TEOS film as the fourth interlayer insulating film 3. This is because it is absorbed inside and reaches the capacitor Q below, and the moisture deteriorates the capacitor Q by heating.
[0068]
That is, when the capacitor Q is heated at a high temperature after the polishing of the fourth interlayer insulating film 33, the ferroelectric material constituting the capacitor dielectric film 24 is reduced by the moisture in the interlayer insulating film, and the ferroelectricity is increased. This is considered to be due to the loss of the interface between the ferroelectric material and the electrode due to moisture. In particular, when the fourth interlayer insulating film 33 and the third interlayer insulating film 31 are heated in a state where the fourth interlayer insulating film 33 is covered with a metal film to be described later, the fourth interlayer insulating film 33 absorbs the fourth interlayer insulating film 33. The released moisture is less likely to be released to the outside, penetrates into the third interlayer insulating film 31 through the gap between the bit wirings 32a, and reaches the periphery of the capacitor Q. Degradation will progress.
[0069]
Therefore, in order to remove moisture that has entered the fourth interlayer insulating film 33 at the time of polishing or moisture that has adhered to the surface of the fourth interlayer insulating film 33 to prevent deterioration of the capacitor Q, as shown in FIG. The film 33 is dehydrated by plasma annealing.
[0070]
That is, after the fourth interlayer insulating film 33 is planarized by the CMP method, the silicon substrate 10 is placed in a chamber of a plasma generator (not shown), and N in the chamber. 2 O gas 700sccm, N 2 Gases are supplied at a flow rate of 200 sccm, these gases are converted into plasma, and the substrate temperature is set to 450 ° C. or lower, for example, 350 ° C., for 3 minutes or more, preferably 4 minutes or more, and the fourth interlayer insulating film 33 is turned into plasma. Expose. As a result, moisture in the fourth interlayer insulating film 33 is released to the outside, and at least the surface of the fourth interlayer insulating film 33 enters nitrogen (N) atoms to form SiON. Is difficult to enter.
[0071]
When trying to nitride a plasma TEOS film with N atoms using a heat treatment that does not use plasma, the N 2 Since the molecules are inactive, heat treatment at 1000 ° C. or higher is necessary. Also more active ammonia (NH Three ) Even when molecules are used, heat treatment at 750 ° C. or higher is required, which causes a problem that the lower aluminum wiring layer is melted. In order to effectively nitride the plasma TEOS film, plasma annealing is most effective.
[0072]
Since the plasma annealing is performed at a temperature of 450 ° C. or lower, the first-layer aluminum wirings 32a and 32c to 32e formed from aluminum under the plasma annealing are not adversely affected.
[0073]
In Japanese Patent Laid-Open No. 10-83990 (US Pat. No. 6,017784), after forming a silicon oxide film using TEOS gas, N 2 Or N 2 It is described that hydrogen in a silicon oxide film is degassed by O 2 plasma treatment. This plasma treatment is not performed on the polished silicon oxide film, and is not performed on the silicon oxide film covering the ferroelectric capacitor.
[0074]
In contrast, in the embodiment of the present invention, SiO formed using TEOS. 2 After the surface of the fourth interlayer insulating film 33 made of is polished, the fourth interlayer insulating film 33 is subjected to plasma annealing, and N is removed in order to remove moisture that has entered during the polishing process. 2 There is no description in the above literature about the effectiveness of O plasma annealing. Further, in the present embodiment, it has been clarified that the characteristics of the ferroelectric or high-dielectric capacitor Q are satisfactorily maintained even after the plasma annealing under the above conditions.
[0075]
After the plasma annealing process as described above is finished, as shown in FIG. Fifth insulating film (hereinafter referred to as “re-deposited interlayer insulating film”) As 34, a TEOS film is formed on the interlayer insulating film 33 to a thickness of 100 nm or more, for example, 200 nm. The redeposited interlayer insulating film 34 is formed to cover the cavity appearing on the polished surface of the fourth interlayer insulating film 33 as described below. The redeposited interlayer insulating film 34 functions as a cap layer, and has an effect of preventing the interlayer insulating film 33 from resorbing moisture. Redeposited interlayer insulation film 34 The optimum film thickness will be described later.
[0076]
Note that the redeposited interlayer insulating film 34 is formed of N. 2 O Plasma annealing may be performed.
[0077]
By the way, as described above, cavities (also referred to as voids) called keyholes or slits may appear on the polished surface of the fourth interlayer insulating film 33 for the following reason.
[0078]
When a TEOS film is formed by plasma CVD, the TEOS film isotropically grows to a thickness of about 2.0 μm. When the TEOS film reaches a thickness of about 2.0 μm, the bit line in the memory cell region 1 is formed between the first aluminum wirings. Cavities are likely to occur between 32a and between the first-layer aluminum wirings 32c to 32e in the peripheral circuit region 2.
[0079]
Incidentally, as shown in FIG. 17A, since the bit line 32a is lifted by the capacitor Q, the cavity 33u generated between the bit lines 32a is formed at a position higher than the cavity 33u generated in other regions. Will be.
[0080]
Therefore, after the fourth interlayer insulating film 33 made of the TEOS film is polished, as shown in FIG. 17B, the cavities 33u existing in the memory cell region 1 are easily exposed from the polishing surface.
[0081]
17 (a) is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 8, and FIG. 17 (b) is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 9. Reference numerals 32f and 32g in FIG. Is shown.
[0082]
As described above, the cavity 33u exposed from above the fourth interlayer insulating film 33 in the memory cell region 1 is exposed in a groove shape between the bit lines 32a. Therefore, the fourth cavity is exposed with the cavity 33u exposed. When the wiring forming metal film is formed directly on the interlayer insulating film 33, the metal film is embedded in the cavity 33u, and even after the wiring is formed by patterning the metal film, the metal film is embedded in the cavity 33u. The metal film remains without being removed. Since the metal film in the cavity 33u serves as a medium for short-circuiting the wirings formed from the same metal film, it is necessary not to form the metal film in the cavity 33u in advance.
[0083]
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, after the fourth interlayer insulating film 33 is polished, the redeposited interlayer insulating film 34 covers the polished surface of the fourth interlayer insulating film 33. A metal film is not formed in the cavity 33 u exposed from the polished surface of the fourth interlayer insulating film 34. The cross section taken along the line III-III in FIG. 11 is as shown in FIG.
[0084]
FIG. 19A is a cross-sectional view showing the fourth interlayer insulating film 33 and the underlying structure when there is no redeposited interlayer insulating film 34, and FIG. 19B is the fourth interlayer insulating film 33. It is sectional drawing which shows the state which formed the redeposition interlayer insulation film 34 on the top. 19A and 19B are drawn based on a cross-sectional photograph of the FeRAM memory cell region.
[0085]
After forming the redeposited interlayer insulating film 34 as described above, the process proceeds to a step of forming a second-layer aluminum wiring as shown in FIGS.
[0086]
First, as shown in FIG. 12, the redeposited interlayer insulating film 34 and the fourth interlayer insulating film 33 are patterned by photolithography, and a via hole reaching the first aluminum wiring, for example, the wiring 32d in the peripheral circuit region 2 is formed. 33a is formed. Thereafter, the surface of the underlying wiring 32d is etched through the via hole 33a with a predetermined amount, for example, a depth of 35 nm.
[0087]
Subsequently, as shown in FIG. 13, a 20 nm thick Ti film and a 50 nm thick TiN film are sequentially formed on the inner surface of the via hole 33a and the upper surface of the redeposited interlayer insulating film 34 by sputtering. Let it be layer 35a. FIG. 18B is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
[0088]
Then tungsten hexafluoride (WF 6 Gas and Silane (SiH) Four ) A tungsten seed (not shown) is formed on the glue layer 35a by a CVD method using a gas. In addition, WF 6 Gas and Silane (SiH Four ) Hydrogen to gas (H 2 ) A gas is added to increase the growth temperature to 430 ° C. to form a tungsten film 35b on the glue layer 35a. As a result, as shown in FIG. 14, the via layer 33a is filled with the glue layer 35a and the tungsten film 35b.
[0089]
Thereafter, the tungsten film 35b on the upper surface of the redeposited interlayer insulating film 34 is removed by CMP or etch back, and remains only in the via hole 33a. At this time, the glue layer 35a on the redeposited interlayer insulating film 34 may or may not be removed. FIG. 15 shows a case where the glue layer 35a is removed from the upper surface of the redeposited interlayer insulating film 34 by the CMP method.
[0090]
Thus, a via (plug) 35 for electrically connecting the wiring 32d and the upper layer wiring is formed in the via hole 33a.
[0091]
By the way, the width of the cavity 33u appearing from the polished surface of the fourth interlayer insulating film 33 is not uniform due to variations in polishing by the CMP method. When the exposed width of the cavity 33u varies, the following problem occurs.
[0092]
That is, as shown in FIG. 20A, when the thin redeposited interlayer insulating film 34 is formed on the cavity 33u exposed from the fourth interlayer insulating film 33, the cavity is formed as shown in FIG. In some cases, 33u is not completely covered by the redeposited interlayer insulating film 34, but a part thereof is exposed. In such a state, as shown in FIG. 20 (c), when the above-described glue layer 35a is formed, the glue layer 35a may be stepped on the cavity 33u to form a slit, If the slit exists, hydrogen in the reaction gas used when forming the tungsten film 35b enters the fourth interlayer insulating film 33 therebelow through the slit, as shown in FIG. 20 (d). Hydrogen entering the fourth interlayer insulating film 33 is not preferable because it reduces the capacitor Q and deteriorates the capacitor characteristics.
[0093]
Thus, it has been clarified from experimental results that the redeposited interlayer insulating film 34 needs to have a film thickness of at least 300 nm or more in order to reliably cover the cavity 33u exposed from the fourth interlayer insulating film 33.
[0094]
By the way, in order to prevent the cavity 33u from being filled with the glue layer 35a or the tungsten film 35b, an investigation was made of the required film thickness of the redeposited interlayer insulating film 34. The result shown in FIG. Obtained. The vertical axis in FIG. 21 indicates the frequency of occurrence of leakage between wirings, and the horizontal axis indicates the leakage current value. According to the result of FIG. 21, when the film thickness of the redeposited interlayer insulating film 34 is 50 nm, the frequency of leakage between wirings increases. As the film thickness increases, the frequency of leakage between wirings decreases, and when the film thickness increases, the shorting between wirings occurs substantially. I found that it can be prevented. Therefore, it is desirable that the film thickness of the redeposited interlayer insulating film 34 be at least 100 nm in order to reduce the leakage between wirings due to the exposure of the cavity 33u.
[0095]
On the other hand, a glue layer 35a and a tungsten film 35b are formed on the redeposited interlayer insulating film 34, and this is patterned to form a plug 35, on which a second-layer aluminum wiring described later is formed, After a series of steps such as covering the second-layer aluminum wiring with an insulating film, the relationship between the film thickness of the redeposited interlayer insulating film 34 and the change in the capacitor polarization charge amount by the acceleration test was investigated. The results as shown in Fig. 1 were obtained. The acceleration test was performed by heating the substrate in the atmosphere at a temperature of 200 ° C. for 1 hour.
[0096]
[Table 1]
Figure 0003813476
[0097]
According to Table 1, in the state before the acceleration test, the thicker the redeposited interlayer insulating film, the slightly larger the polarization charge amount. However, after heating, the difference in the amount of polarization charge between samples becomes significant. In particular, when the redeposited interlayer insulating film 34 is 0 nm, that is, when the redeposited interlayer insulating film 34 is not formed, the polarization charge amount is reduced to half or less after heating, and the characteristics of the ferroelectric capacitor Q are remarkably deteriorated. When the redeposited interlayer insulating film 34 is 300 nm, the ferroelectric capacitor Q is slightly deteriorated, and the polarization charge after heating is 22.6 μC / cm. 2 Thus, the value is sufficient for normal operation of the FeRAM.
[0098]
The film thickness of 300 nm of the redeposited interlayer insulating film 34 is determined in consideration of the variation of the exposed portion of the cavity 33u.
[0099]
By the way, if the redeposited interlayer insulating film 34 is too thick, the aspect ratio of the via hole 33a is increased and the coverage of the glue layer 35a and the tungsten film 35b is deteriorated in the via hole 33a. That is, the upper limit value of the film thickness of the redeposited interlayer insulating film 34 is determined from the aspect ratio of the via hole 33a. For example, when the aspect ratio of the via hole 33a is 2.3 and the diameter of the via hole 33a is 0.6 μm and the thickness of the fourth interlayer insulating film 33 is 1.0 μm, the redeposited interlayer insulating film 34 The film thickness needs to be about 0.4 μm (400 nm).
[0100]
After completing the steps of forming the redeposited interlayer insulating film 34 and the via 35 by the above-described steps, the first TiN film is 50 nm, the Al film is 500 nm, and the second TiN is formed on the redeposited interlayer insulating film 34. Films are sequentially formed to a thickness of 50 nm, and these films are patterned to form wirings 36. When leaving the glue layer 35a on the upper surface of the redeposited interlayer insulating film 34, the formation of the first TiN film is omitted and the aluminum film and the second TiN film are formed on the glue layer 35a. .
[0101]
Next, by patterning the first and second TiN film and Al film, or the second TiN film, Al film and glue layer by photolithography, a second layer of aluminum is formed as shown in FIG. A wiring 36 is formed on the redeposit interlayer insulating film 34.
[0102]
Thereafter, SiO 2 as a first cover insulating film 37 is formed on the second-layer aluminum wiring 36 and the redeposited interlayer insulating film 34 by plasma CVD using TEOS. 2 A film is formed to a thickness of 200 nm. Further, a second cover insulating film 38 made of SiN is formed on the first cover insulating film 37 to a thickness of 500 nm by plasma CVD. The first and second cover films 37 and 38 cover the second-layer wiring 36.
[0103]
The planar positional relationship of various conductive patterns in the memory cell region 1 after the formation of the second-layer aluminum wiring 36 is as shown in FIG. In FIG. 22, insulating films other than the element isolation insulating film 11 are omitted.
[0104]
The basic structure of the FeRAM using a ferroelectric material as the capacitor dielectric film 24 is completed through the processes described above.
[0105]
In the present embodiment, the upper surface of the fourth interlayer insulating film 33 covering the capacitor Q and the first-layer aluminum wirings 32a, 32c to 32e is planarized by the CMP method. As a result, the pattern accuracy of the second-layer aluminum wiring 36 formed flat on the interlayer insulating film 33 formed on the capacitor Q and the wiring 32a can be improved.
[0106]
Further, after polishing the interlayer insulating film 33, N 2 Since moisture in the interlayer insulating film 33 is removed by performing O plasma annealing, reduction and deterioration of the ferroelectric film (capacitor dielectric film 24) can be avoided even when heated in the subsequent process. As a result, a FeRAM having good characteristics can be manufactured. And N 2 O Since the plasma annealing is performed at 450 ° C. or lower, the first-layer aluminum wiring is not deteriorated.
[0107]
Such N 2 When the amount of polarization charge of the capacitor Q when the FeRAM is formed by inserting the O plasma annealing step and when the FeRAM is formed by omitting the step, the results shown in the following Table 2 are obtained. 2 O It was confirmed that plasma annealing was effective to prevent capacitor deterioration.
[0108]
[Table 2]
Figure 0003813476
[0109]
In the above embodiment, N 2 Although the case where the interlayer insulating film 33 is dehydrated by plasma annealing using O 2 has been described, the gas used for the dehydration process is N 2 Not limited to O, for example N 2 Gas, O 2 Similar effects can be obtained by plasma annealing using gas or NO gas. The gas used for plasma annealing is N 2 O + N 2 , N 2 + O 2 Or a mixed gas such as Furthermore, an inert gas such as argon (Ar), helium (He), or neon (Ne) may be mixed with such a single gas or a mixed gas to form plasma.
[0110]
Furthermore, in the above embodiment, after the dehydration process is performed on the interlayer insulating film 33, the redeposited interlayer insulating film 34 is formed. However, the redeposited interlayer insulating film 34 is formed on the interlayer insulating film 33 after CMP. After that, dehydration treatment may be performed.
[0111]
When the redeposited interlayer insulating film 34 is formed thin as in the above embodiment, the amount of moisture contained in the redeposited interlayer insulating film 34 is extremely small. The capacitor dielectric film may be reduced by moisture contained in the deposited interlayer insulating film 34. In order to prevent this, after the redeposited interlayer insulating film 34 is formed, N 2 Dehydration by plasma annealing using O 2 or NO may be performed. However, in this case, if the redeposited interlayer insulating film 34 is formed of a silicon oxynitride (SiON) film by a plasma CVD method or a silicon nitride (SiN) film by a plasma CVD method, these films are difficult to pass moisture. The moisture in the interlayer insulating film 33 cannot be sufficiently removed. Therefore, when plasma annealing is performed after the redeposited interlayer insulating film 34 is formed, the redeposited interlayer insulating film 34 is replaced with a plasma TEOS film, O Three -TEOS film or plasma SiO 2 It is preferable to form with a film.
[0112]
That is, as the redeposited interlayer insulating film 34, instead of the TEOS film (P-TEOS film) formed by the plasma CVD method described above, ozone (O Three ) And TEOS formed using TEOS (O Three -TEOS) film, SiO formed by plasma CVD method 2 (P-SiO 2 ) Film, non-biased HDP (High Density Plasma)-SiO formed by CVD 2 A film, a SiON (P-SiON) film formed by a plasma CVD method, a SiN (P-SiN) film formed by a plasma CVD method, or the like may be used. However, O Three Since the -TEOS film has a higher moisture content than the P-TEOS film, the P-TEOS film is used in this embodiment. Further, since the SiON film and the SiN film have low moisture permeability, when these films are used as the redeposited interlayer insulating film 34, after the fourth interlayer insulating film 33 is dehydrated, the redeposited interlayer insulating film is used. 34 need to be formed.
[0113]
FIG. 23 is a diagram showing the dependence of the polarization charge amount on the dehydration time, with the horizontal axis representing the plasma annealing time for the P-TEOS film and the vertical axis representing the polarization charge amount (Qsw). However, the conditions for the plasma annealing are as follows: the temperature is 350 ° C., the power applied to the plasma is 300 W, N 2 O 2 flow rate is 700sccm, N 2 The gas flow rate is 200 sccm. It can be said that the larger the value of the polarization charge amount Qsw, the better the polarization characteristics.
[0114]
As can be seen from FIG. 23, sufficient characteristics can be obtained by setting the plasma annealing treatment time to 3 minutes or more. The amount of polarization charge in the initial state of the ferroelectric film is about 28 μC / cm. 2 It can be restored to the initial polarization charge amount by plasma annealing for about 4 minutes.
[0115]
In the above-described embodiment, as the fourth interlayer insulating film 33, SiO formed by plasma CVD using TEOS gas is used. 2 A film (p-TEOS) was used. Three TEOS (O Three -TEOS) film, SiO formed by plasma CVD method 2 (P-SiO 2 ) A film may be used. O Three The -TEOS film has a slower growth rate than the P-TEOS film, but no cavity is formed in the film.
[0116]
In the above-described embodiments, the FeRAM and the process for forming the FeRAM have been described. However, in the case of a volatile memory (DRAM) having a high dielectric capacitor, the insulating property of the high dielectric material deteriorates due to moisture and heating. The interface between the dielectric material film and the electrode tends to deteriorate. Therefore, as described above, after planarizing the upper surface of the insulating film formed on the high dielectric capacitor by the CMP method, the surface is made N. 2 The insulating film is dehydrated using a gas such as O 2 or NO, or a redeposition layer is formed using P-TEOS on the planarized surface after such dehydration or before dehydration. An insulating film may be formed. (BaSr) TiO as a high dielectric material Three A high dielectric material such as, for example, may be used.
[0117]
The present invention can also be applied to the manufacture of a so-called system LSI in which a ferroelectric nonvolatile semiconductor memory or a high dielectric semiconductor memory and a logic device are mixedly mounted.
[0118]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the insulating film formed further on the capacitor and the wiring passing therethrough is polished and planarized, the wiring is formed on the flat surface of the insulating film. It becomes easy to form with high accuracy.
[0119]
In addition, N is applied to the polished insulating film. 2 Since the dehydration process by plasma annealing containing O or NO was performed, the moisture adhering to the surface of the insulating film and the moisture penetrating into the insulating film can be more reliably removed, Reduction of the ferroelectric material or high dielectric material constituting the capacitor and deterioration of the capacitor can be prevented. Therefore, deterioration of the dielectric characteristics of the ferroelectric material or the high dielectric material can be avoided, and an FeRAM or DRAM having good characteristics can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view (No. 1) showing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the invention;
FIG. 2 is a sectional view (No. 2) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a sectional view (No. 3) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a sectional view (No. 4) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a sectional view (No. 5) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a sectional view (No. 6) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a sectional view (No. 7) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a cross-sectional view (No. 8) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a cross-sectional view (No. 9) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a cross-sectional view (No. 10) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
11 is a sectional view (No. 11) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view (No. 12) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 13 is a cross-sectional view (No. 13) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 14 is a cross-sectional view (No. 14) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 15 is a cross-sectional view (No. 15) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 16 is a cross-sectional view (No. 16) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
17 (a) is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 8, and FIG. 17 (b) is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
18A is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 11, and FIG. 18B is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
FIG. 19 (a) is a cross-sectional view drawn based on a photograph of the cross section of FIG. 17 (b), and FIG. 19 (b) is a photograph of the cross section of FIG. 18 (a). It is sectional drawing drawn based on this.
20A to 20D are cross-sectional views showing a process in which the cavity shown in FIG. 17B is not sufficiently filled with an insulating film.
FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the leakage current of a capacitor used in the memory cell of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention and the cumulative probability, where the vertical axis showing the cumulative probability and the amount of leakage current The horizontal axis indicating is shown on a logarithmic scale.
FIG. 22 is a plan view showing a conductive pattern arrangement in the memory cell region of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 23 is a graph showing the dehydration time dependence of the polarization charge amount of the capacitor formed in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor substrate, 11 ... Element isolation insulating film, 12a, 12b ... Well region, 13a, 13b, 13c ... Gate electrode, 15a, 15b ... Impurity diffusion region, 16 ... Side wall, 17, 26, 31, 33 ... Interlayer Insulating film, 18 ... plug, 21 ... SiON film, 22 ... SiO 2 Membrane, 23 ... Lower electrode, 24 ... Dielectric film, 25 ... Upper electrode, 27 ... Local wiring, 32a ... Bit line, 32b-32g ... Wiring, 34 ... Redeposited interlayer insulating film, 35a ... Glue layer, 35b ... Tungsten Membrane, 35 ... plug, 36 ... aluminum wiring, 37, 38 ... cover membrane.

Claims (7)

半導体基板に形成された第1の不純物領域及び第2の不純物領域と該半導体基板上に形成されたゲート電極とを有するトランジスタと、
前記トランジスタを覆う第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の上に形成され、強誘電体材料と高誘電体材料のいずれかよりなる誘電体膜とこれを挟む上部電極及び下部電極とを有するキャパシタと、
前記キャパシタの上に形成された第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜の上に形成され、前記キャパシタの前記上部電極と前記第1の不純物領域とを接続する局所配線と、
前記局所配線と前記第2の絶縁膜の上に形成された第3の絶縁膜と、
前記第3の絶縁膜の上に形成され、且つ前記第1、第2及び第3の絶縁膜に形成されたホールを通して前記第2の不純物領域に接続される第1の配線と、
前記第1の配線の上にTEOSガスと酸素ガスとを使用するプラズマCVD法により形成され、且つ研磨により平坦化された上面がプラズマアニールにより脱水処理されている第4の絶縁膜と、
前記第4の絶縁膜上に形成された第2の配線と
を有することを特徴とする半導体装置。
A transistor having a first impurity region and a second impurity region formed in a semiconductor substrate and a gate electrode formed on the semiconductor substrate;
A first insulating film covering the transistor;
A capacitor formed on the first insulating film and having a dielectric film made of either a ferroelectric material or a high dielectric material, and an upper electrode and a lower electrode sandwiching the dielectric film;
A second insulating film formed on the capacitor;
A local wiring formed on the second insulating film and connecting the upper electrode of the capacitor and the first impurity region;
A third insulating film formed on the local wiring and the second insulating film;
A first wiring formed on the third insulating film and connected to the second impurity region through a hole formed in the first, second and third insulating films;
A fourth insulating film formed on the first wiring by a plasma CVD method using a TEOS gas and an oxygen gas , and the upper surface flattened by polishing is dehydrated by plasma annealing ;
A semiconductor device comprising: a second wiring formed on the fourth insulating film.
前記第4の絶縁膜の内部には、前記第4の絶縁膜の前記上面から一部が露出する空洞が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a cavity that is partially exposed from the upper surface of the fourth insulating film is formed in the fourth insulating film. 前記空洞は、複数の前記キャパシタの間の領域に存在することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 2, wherein the cavity exists in a region between the plurality of capacitors. 前記第4の絶縁膜の上には、前記第4の絶縁膜の前記上面から露出する前記空洞を覆う第5の絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の半導体装置。5. The fifth insulating film according to claim 2, wherein a fifth insulating film that covers the cavity exposed from the upper surface of the fourth insulating film is formed on the fourth insulating film. The semiconductor device described. 前記第2の配線は、前記第4の絶縁膜に形成されたホールを通して前記第1の配線に接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second wiring is connected to the first wiring through a hole formed in the fourth insulating film. 前記第3及び第4の絶縁膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the third and fourth insulating films are silicon oxide films. 前記第1の絶縁膜の上面は、平坦化された面であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein an upper surface of the first insulating film is a flattened surface.
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