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JPH10214944A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

Info

Publication number
JPH10214944A
JPH10214944A JP9018018A JP1801897A JPH10214944A JP H10214944 A JPH10214944 A JP H10214944A JP 9018018 A JP9018018 A JP 9018018A JP 1801897 A JP1801897 A JP 1801897A JP H10214944 A JPH10214944 A JP H10214944A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
lower electrode
tin
barrier layer
nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9018018A
Other languages
English (en)
Inventor
Takao Kinoshita
多賀雄 木下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP9018018A priority Critical patent/JPH10214944A/ja
Publication of JPH10214944A publication Critical patent/JPH10214944A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 下部電極であるPtとバリア層であるTiN
との間で膜はがれが生じるので、強誘電体膜の特性を測
定することが困難になる。 【解決手段】 バリア層と下部電極とを順次形成した
後、窒素又は不活性ガス雰囲気中で熱処理を行い、上記
バリア層と下部電極とを合金化させ、その後、上記高誘
電体膜又は強誘電体膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体薄膜や高
誘電体薄膜を使用する半導体装置の製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、シリコン酸化膜に比べて大きな誘
電率を有する高誘電体薄膜や、自発分極を有する強誘電
体薄膜を利用したDRAMやDSRAM等の半導体素子
が盛んに研究されている。これらの誘電体薄膜はその多
くが酸化物であり、形成時に高温の熱処理を必要とする
ため耐熱性や耐酸化性等の点から下地電極材料としてP
tを主成分とする金属膜が下部電極として用いられてい
る。
【0003】このPt又はPtを含む金属膜、例えばP
tを主成分とする金属膜(PtとRhとの合金等)を、
シリコン半導体領域と電気的に接続するには、Ptや誘
電体膜に含まれるPbやBiの導電性材料中やシリコン
中への拡散、並びに誘電体膜形成時の熱処理によるシリ
コン半導体領域と接続されている導電材料の酸化を防止
するために、TiN、Ta等の高融点金属又は高融点金
属を含む金属膜、例えば、高融点金属を主成分とする金
属膜が必要であり、自然酸化膜による導通不良を避ける
ためのTi膜と各高融点金属膜等との積層構造として使
用される。
【0004】以下、図2を用いて従来の高誘電体薄膜又
は強誘電薄膜を有した半導体メモリ素子の製造工程を説
明する。
【0005】まず、図2(a)に示すようにスイッチ用
トランジスタ11のMOSFET形成工程により形成し
層間絶縁膜2で覆った後、ビット線が基板の不純物拡散
領域12と接触する部分のみ公知のフォトリソグラフィ
法とドライエッチング法を用いてコンタクトホール4を
形成し、不純物を拡散したポリシリコンを埋め込んだ
後、公知のCMP法により層間絶縁膜とポリシリコンプ
ラグ3表面の平坦化を行う。
【0006】次に、図2(b)に示すように、ポリシリ
コンプラグ上にDCマグネトロンスパッタ法を用いて膜
厚が300〜500ÅのTi膜を形成し、更にマグネト
ロン反応性スパッタ法により膜厚が2000ÅのTiN
膜を成膜させることによりTiN/Ti膜5を形成す
る。続いてDCマグネトロンスパッタ法を用いて膜厚が
1000ÅのPt膜6を堆積し、下部電極を形成する。
【0007】更に、ゾルゲル法を用いて0.20μmの
PZT膜7を形成する。このPZT膜7は、まず、2−
メトキシエタノールを溶媒として酢酸鉛、チタン(I
V)イソプロポキシド、ジルコニウムイソプロポキシド
をそれぞれPb:Ti:Zr=100:52:48とな
るように溶解してゾルゲル原液溶液とし、この原液溶液
をスピナーを用いて回転数を3000rpmとして塗布
する。
【0008】次に、大気中で150℃、10分間の乾燥
を行った後、更に大気中で30分間の乾燥を行った後、
大気中で400℃で30分間の仮焼結を行う。この後6
00〜650℃で30分間窒素と酸素の混合雰囲気(流
量比N2:O2=4:1)でPZT膜7の結晶化を行う。
次に、PZT/Pt/TiN/Ti層を公知のフォトリ
ソグラフィ法とドライエッチング法とを用いて図2
(b)に示すような形状とした。
【0009】次に、図2(c)に示すように、PZT膜
7とシリコン酸化膜9との反応を防止するためのTiO
等の絶縁膜8を公知のスパッタ法により堆積し、続い
て、シリコン酸化膜9を公知のCVD法にて堆積し、強
誘電体膜上部に公知のフォトリソグラフィ法とドライエ
ッチング法とを用いてコンタクトホールを形成する。そ
の後、図2(d)に示すようにPt上部電極13を形成
する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】Ti等の密着層を有し
ない図2(d)の半導体メモリ素子では、窒素と酸素と
の混合雰囲気中での強誘電体膜の結晶化工程で、TiN
の表面が酸素によって酸化されたり、TiN層に塑性変
形を生じさせるストレスがかかる。これにより、Ptと
TiNとの間で膜はがれが生じるので、強誘電体膜の特
性を測定することが困難になる。
【0011】このPtとTiNとのはがれを防止するた
め、図3に示すように、下部電極のPt層6とバリア層
7を構成するTiN層との間に密着層14を形成する技
術がある。このようなTi等の密着層14を用いると、
上記結晶化工程で密着層が酸化するが膜はがれが防止可
能となる。
【0012】しかし、密着層が酸化されることで抵抗が
高くなり、特性が測定できないという問題点を有する。
【0013】尚、図2は第1の従来の強誘電体膜や高誘
電体膜を有する半導体メモリ素子の形成工程を示す図で
あり、図3は第2の従来の強誘電体膜や高誘電体膜を有
する半導体メモリ素子の断面図である。また、図2及び
図3において、1は半導体基板、10は素子分離部を示
す。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明の
半導体装置の製造方法は、トランジスタと高誘電体膜又
は強誘電体膜を有するキャパシタの、白金又は白金を主
成分とする合金から成る下部電極とを導電性材料からな
るプラグと高融点金属又は高融点金属化合物から成るバ
リア層とを介して電気的に接続した半導体装置の製造方
法において、上記バリア層と下部電極とを順次形成した
後、窒素又は不活性ガス雰囲気中で熱処理を行い、上記
バリア層と下部電極との界面を合金化し、その後、上記
下部電極上に上記高誘電体膜又は強誘電体膜を形成する
ことを特徴とするものである。
【0015】また、請求項2記載の本発明の半導体装置
の製造方法は、上記バリア層が窒化チタン膜から成り、
上記熱処理を窒素雰囲気中で行うことを特徴とする、請
求項1記載の半導体装置の製造方法である。
【0016】
【実施の形態】以下、一実施の形態に基づいて本発明に
ついて詳細に説明する。
【0017】図1は本発明の一実施の形態の半導体装置
の製造工程を示す図である。尚、図1において、10は
素子分離部を示す。
【0018】以下、図1を用いて本発明の一実施の形態
の高誘電体薄膜又は強誘電薄膜を有した半導体メモリ素
子の製造工程を説明する。
【0019】まず、図1(a)に示すようにスイッチ用
トランジスタ11のMOSFET形成工程により形成し
層間絶縁膜2で覆った後、ビット線が半導体基板1の不
純物拡散領域12と接触する部分のみ公知のフォトリソ
グラフィ法とドライエッチング法を用いてコンタクトホ
ール4を形成し、不純物を拡散したポリシリコンを埋め
込んだ後、公知のCMP法により層間絶縁膜2とポリシ
リコンプラグ3表面の平坦化を行う。
【0020】次に、図1(b)に示すように、ポリシリ
コンプラグ3上にDCマグネトロンスパッタ法を用いて
膜厚が300〜500ÅのTi膜を形成し、更にマグネ
トロン反応性スパッタ法により膜厚が2000Åのバリ
ア層となるTiN膜を成膜させることによりTiN/T
i膜を形成する。ここで、バリア層を構成するTiN層
は熱処理時のガスである酸素、窒素、下部電極であるP
t、誘電体膜中に含まれるPb等のポリシリコンプラグ
3への拡散防止として働く。
【0021】続いてDCマグネトロンスパッタ法を用い
て膜厚が1000ÅのPt膜を堆積し、下部電極を形成
する。
【0022】次に、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲
気注で500〜600℃の温度で熱処理することによ
り、Pt/TiN/Ti積層膜を合金化させた(共晶と
塑性変化を起こさせた)積層膜5a、6bを形成する。
Pt膜の成膜はウエハ温度を450〜500℃に上げマ
クネトロン反応性スパッタにより行っているので、Pt
膜形成後の熱処理を500℃以下で行う必要はない。ま
た、熱処理温度が高くなり過ぎると(例えば、650
℃)、TiN膜の成膜条件によっては、TiN膜が割れ
るという問題を生じるため、強誘電体膜を有する半導体
装置が所望の特性を得るためには、500〜600℃で
熱処理を行う必要がある。また、バリア層にTiN膜を
用いた場合、窒素雰囲気中で熱処理すればTiN膜中の
未反応のTiと窒素とが反応し、TiNの窒化度が向上
するのでTiN膜の膜質を改善することができる。
【0023】更に、ゾルゲル法を用いて0.20μmの
PZT膜7を形成する。このPZT膜7は、まず、2−
メトキシエタノールを溶媒として酢酸鉛、チタン(I
V)イソプロポキシド、ジルコニウムイソプロポキシド
をそれぞれPb:Ti:Zr=100:52:48とな
るように溶解してゾルゲル原液溶液とし、この原液溶液
をスピナーを用いて回転数を3000rpmとして塗布
する。
【0024】次に、大気中で150℃、10分間の乾燥
を行った後、更に大気中で30分間の乾燥を行った後、
大気中で400℃で30分間の仮焼結を行う。この後6
00〜650℃で30分間窒素と酸素の混合雰囲気(流
量比N2:O2=4:1)でPZT膜の結晶化を行う。次
に、PZT/Pt/TiN/Ti層を公知のフォトリソ
グラフィ法とドライエッチング法とを用いて図1(b)
に示すような形状とした。
【0025】次に、図1(c)に示すように、PZT膜
7とシリコン酸化膜9との反応を防止するためのTiO
等の絶縁膜8を公知のスパッタ法により堆積し、続い
て、シリコン酸化膜9を公知のCVD法にて堆積し、強
誘電体膜上部に公知のフォトリソグラフィ法とドライエ
ッチング法とを用いてコンタクトホールを形成する。そ
の後、図1(d)に示すようにPt上部電極13を形成
する。
【0026】以上の工程により形成された半導体装置と
従来の半導体装置を比較すると、アニール無しの従来技
術では、膜はがれが生じたのに対し、窒素雰囲気で50
0℃、30分のアニール、同雰囲気での600℃、30
分のアニールを行う本発明では、膜はがれは生じなかっ
た。
【0027】また、バリア層にTa(タンタル)を用い
た場合、窒素と酸素の混合雰囲気の中のPZT膜の結晶
化のための熱処理工程で、Taが塑性変形したり、Ta
とPtとの界面での共晶によって、PtとTaとの膜は
がれが生じないように、下部電極となるPt電極形成後
に窒素雰囲気中で500〜600℃の熱処理を行っても
よい。尚、Taは酸化され易いのでPZT膜の結晶化時
に酸化されるが、該Taは酸化されても導電性を有する
という特徴を有するので、強誘電体膜の特性を測定する
際の問題はない。
【0028】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いることにより、半導体装置製造工程中で問題となる
PtとTiN間での膜はがれを密着層を用いることなく
防止し、且つ強誘電体薄膜や高誘電体薄膜をクラックの
発生なしに形成することが可能となるので、強誘電体膜
や高誘電体膜の特性を測定することができる。
【0029】請求項2記載の本発明を用いることによ
り、共晶形成のためのアニールで、バリア層を構成する
TiN膜の膜質改善ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造装置
の構成を示す図である。
【図2】第1の従来の強誘電体膜や高誘電体膜を有する
半導体メモリ素子の形成工程を示す図である。
【図3】第2の従来の強誘電体膜や高誘電体膜を有する
半導体メモリ素子の断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 層間絶縁膜 3 ポリシリコンプラグ 4 コンタクトホール 5 TiN/Ti膜 5a Ptと合金化されたTiN/Ti膜 6 Pt膜 6a TiNと合金化されたPt膜 7 PZT膜 8 絶縁膜 9 シリコン酸化膜 10 素子分離部 11 スイッチ用トランジスタ 12 不純物拡散領域 13 キャパシタの上部電極
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/792

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トランジスタと高誘電体膜又は強誘電体
    膜を有するキャパシタの、白金又は白金を主成分とする
    合金から成る下部電極とを導電性材料からなるプラグと
    高融点金属又は高融点金属化合物から成るバリア層とを
    介して電気的に接続した半導体装置の製造方法におい
    て、 上記バリア層と下部電極とを順次形成した後、窒素又は
    不活性ガス雰囲気中で熱処理を行い、上記バリア層と下
    部電極との界面を合金化し、その後、上記下部電極上に
    上記高誘電体膜又は強誘電体膜を形成することを特徴と
    する、半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】上記バリア層が窒化チタン膜から成り、上
    記熱処理を窒素雰囲気中で行うことを特徴とする、請求
    項1記載の半導体装置の製造方法。
JP9018018A 1997-01-31 1997-01-31 半導体装置の製造方法 Pending JPH10214944A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100362179B1 (ko) * 1999-12-30 2002-11-23 주식회사 하이닉스반도체 수소 확산을 방지할 수 있는 산화막 및 티타늄막 이중층을구비하는 반도체 메모리 소자 및 그 제조 방법
JP2007042871A (ja) * 2005-08-03 2007-02-15 Seiko Epson Corp 強誘電体キャパシタおよびその製造方法、ならびに強誘電体メモリ装置
JP2007053179A (ja) * 2005-08-17 2007-03-01 Seiko Epson Corp 半導体装置の製造方法
US7514272B2 (en) 2006-03-14 2009-04-07 Seiko Epson Corporation Method of manufacturing ferroelectric memory device

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