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JP2002270794A - Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device

Info

Publication number
JP2002270794A
JP2002270794A JP2001062909A JP2001062909A JP2002270794A JP 2002270794 A JP2002270794 A JP 2002270794A JP 2001062909 A JP2001062909 A JP 2001062909A JP 2001062909 A JP2001062909 A JP 2001062909A JP 2002270794 A JP2002270794 A JP 2002270794A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
oxide film
tantalum oxide
lower electrode
forming
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
JP2001062909A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinpei Iijima
晋平 飯島
Hiroshi Sakuma
浩 佐久間
Masahiko Hiratani
正彦 平谷
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.)
Hitachi Ltd
NEC Corp
Original Assignee
Hitachi Ltd
NEC 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 Hitachi Ltd, NEC Corp filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2001062909A priority Critical patent/JP2002270794A/en
Publication of JP2002270794A publication Critical patent/JP2002270794A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 DRAMの容量素子の下部電極上に形成した
誘電体膜を酸素雰囲気中で熱処理する際、下部電極を透
過した酸素がバリア層を酸化して高抵抗層を形成する不
具合を防止する。 【解決手段】 酸化シリコン膜24に形成した溝27の
内部にTaN膜とその上部に堆積したRu膜からなる下
部電極31を形成し、続いて下部電極31の上部にCV
D法で酸化タンタル膜32aを堆積した後、酸化タンタ
ル膜32aの結晶化と膜質の改善とを図るために、酸素
を含む雰囲気中で300〜400℃の熱処理を行うこと
で、多結晶シリコンからなるプラグ22と下部電極31
との間に高抵抗の酸化層が形成される不具合を防止す
る。
(57) Abstract: When a dielectric film formed on a lower electrode of a DRAM capacitive element is heat-treated in an oxygen atmosphere, oxygen transmitted through the lower electrode oxidizes a barrier layer to form a high-resistance layer. To prevent malfunctions. SOLUTION: A lower electrode 31 made of a TaN film and a Ru film deposited on the TaN film is formed in a groove 27 formed in a silicon oxide film 24, and then a CV is formed on the lower electrode 31.
After depositing the tantalum oxide film 32a by the method D, in order to achieve crystallization of the tantalum oxide film 32a and to improve the film quality, a heat treatment at 300 to 400 ° C. is performed in an atmosphere containing oxygen to remove polycrystalline silicon. Plug 22 and lower electrode 31
To prevent the formation of a high-resistance oxide layer between them.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置の製造技術に関し、特に、DRAM(DynamicRandom
Access Memory)を有する半導体集積回路装置に適用し
て有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a DRAM (Dynamic Random Access Memory).
The present invention relates to a technology effective when applied to a semiconductor integrated circuit device having an access memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】DRAMのメモリセルは、一般に、半導
体基板の主面上にマトリクス状に配置された複数のワー
ド線と複数のビット線との交点に配置される。1個のメ
モリセルは、それを選択する1個のMISFET(Metal
Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)
と、このMISFETに直列に接続された1個の情報蓄
積用容量素子(キャパシタ)とで構成される。
2. Description of the Related Art Generally, memory cells of a DRAM are arranged at intersections of a plurality of word lines and a plurality of bit lines arranged in a matrix on a main surface of a semiconductor substrate. One memory cell is connected to one MISFET (Metal
Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)
And one information storage capacitor (capacitor) connected in series to the MISFET.

【0003】メモリセル選択用MISFETは、周囲を
素子分離領域で囲まれた活性領域に形成され、主として
ゲート絶縁膜、ワード線と一体に構成されたゲート電極
およびソース、ドレインを構成する一対の半導体領域に
よって構成される。メモリセル選択用MISFETは、
通常1つの活性領域に2個形成され、これら2個のMI
SFETのソース、ドレイン(半導体領域)の一方が活
性領域の中央部で共有される。
A memory cell selecting MISFET is formed in an active region surrounded by an element isolation region, and mainly includes a gate insulating film, a gate electrode integrally formed with a word line, and a pair of semiconductors forming a source and a drain. It is composed of regions. MISFET for memory cell selection
Usually, two are formed in one active region, and these two MIs
One of the source and the drain (semiconductor region) of the SFET is shared in the center of the active region.

【0004】ビット線は、上記メモリセル選択用MIS
FETの上部に配置され、多結晶シリコンなどからなる
プラグが埋め込まれた接続孔を通じてソース、ドレイン
(半導体領域)の一方(2個のMISFETに共有され
た半導体領域)と電気的に接続される。また、情報蓄積
用容量素子は、ビット線の上部に配置され、同じく多結
晶シリコンなどからなるプラグが埋め込まれた接続孔を
通じてメモリセル選択用MISFETのソース、ドレイ
ン(半導体領域)の他方と電気的に接続される。
The bit line is connected to the memory cell selecting MIS.
It is arranged above the FET and is electrically connected to one of a source and a drain (semiconductor region) (a semiconductor region shared by two MISFETs) through a connection hole in which a plug made of polycrystalline silicon or the like is embedded. The information storage capacitor is disposed above the bit line, and is electrically connected to the other of the source and drain (semiconductor region) of the memory cell selection MISFET through a connection hole in which a plug made of polycrystalline silicon or the like is embedded. Connected to.

【0005】このように、近年のDRAMは、メモリセ
ルの微細化に伴う蓄積電荷量の減少を補う対策として、
情報蓄積用容量素子をビット線の上部に配置する立体構
造を採用している。しかし、メモリセルの微細化がさら
に進む256メガビット以降の大容量DRAMの場合
は、情報蓄積用容量素子を立体化するだけでは蓄積電荷
量の減少を補うことが困難であると考えられている。
As described above, in recent DRAMs, as a countermeasure to compensate for the decrease in the amount of stored charge due to the miniaturization of memory cells,
A three-dimensional structure in which an information storage capacitor is arranged above a bit line is employed. However, in the case of a large-capacity DRAM of 256 megabits or more, in which the miniaturization of memory cells is further advanced, it is considered that it is difficult to compensate for a decrease in the amount of stored charges only by making the information storage capacitor three-dimensional.

【0006】そこで、情報蓄積用容量素子の誘電体膜と
して、酸化タンタル(Ta25)のような高誘電体材料
を採用することが検討されている。酸化タンタル膜のよ
うな高誘電体材料は、単に成膜しただけでは高い比誘電
率が得られず、かつ膜のリーク電流も大きいため、成膜
後に酸素雰囲気中で熱処理を行うことによって、結晶化
および膜質の改善を図る必要がある。そのため、情報蓄
積用容量素子の誘電体膜に高誘電体材料を用いる場合
は、この高温熱処理によるMISFETの特性変動とい
った問題が生じる。
Therefore, it has been studied to employ a high dielectric material such as tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) as a dielectric film of the information storage capacitor. A high dielectric material such as a tantalum oxide film cannot obtain a high relative dielectric constant simply by forming a film, and has a large leak current. It is necessary to improve the film quality and film quality. Therefore, when a high-dielectric material is used for the dielectric film of the information storage capacitor, a problem such as a change in the characteristics of the MISFET due to the high-temperature heat treatment occurs.

【0007】そこで、誘電体膜に高誘電体材料を用いる
場合には、その下地となる下部電極にRu(ルテニウ
ム)に代表される白金族金属が使用される。これは、白
金族金属表面に高(誘電体膜を堆積した場合には、65
0℃〜600℃といった通常の熱処理より100℃以上
も低温の熱処理で膜の結晶化および膜質の改善を図るこ
とができるため、製造工程全体の熱処理量を低減し、M
ISFETの特性変動を防止することができるからであ
る。
Therefore, when a high dielectric material is used for the dielectric film, a platinum group metal represented by Ru (ruthenium) is used for the lower electrode serving as a base. This is because a high (dielectric film deposited on a platinum group metal surface, 65
Since the crystallization of the film and the improvement of the film quality can be achieved by a heat treatment at a temperature lower by 100 ° C. or more than a normal heat treatment of 0 ° C. to 600 ° C., the amount of heat treatment in the whole manufacturing process can be reduced, and M
This is because the characteristic fluctuation of the ISFET can be prevented.

【0008】一方、下部電極材料に上記のような白金族
金属を使用した場合は、これらが酸素を透過し易い材料
であることから、下部電極の表面に高誘電体膜を成膜し
た後に酸素雰囲気中で熱処理を行うと、酸素が高誘電体
膜および下部電極を透過してその下部のシリコンプラグ
に達し、白金族金属とシリコンとが反応して両者の界面
に不所望な金属シリサイドの高抵抗層が形成されてしま
うという問題がある。その対策としては、白金族金属か
らなる下部電極とシリコンプラグとの間に両者の反応を
防ぐバリア層を形成することが提案されている。
On the other hand, when the above-mentioned platinum group metals are used as the lower electrode material, since these materials are easily permeable to oxygen, oxygen is formed after forming a high dielectric film on the surface of the lower electrode. When heat treatment is performed in an atmosphere, oxygen passes through the high dielectric film and the lower electrode and reaches the silicon plug therebelow, and the platinum group metal and silicon react with each other to form an undesirable metal silicide at the interface between the two. There is a problem that a resistance layer is formed. As a countermeasure, it has been proposed to form a barrier layer between the lower electrode made of a platinum group metal and the silicon plug to prevent a reaction between them.

【0009】特開平10−79481号公報は、酸化シ
リコン膜をリフロー、平坦化する際の700〜800℃
の熱処理によって白金族金属とシリコンとが相互拡散
し、金属シリサイド層が形成されたり、さらにはこの金
属シリサイド層が酸化されて誘電率の小さい酸化シリコ
ン層が形成されたりする不具合を防止するためのバリア
層として、Ti(チタン)、W(タングステン)、Ta
(タンタル)、Co(コバルト)、Mo(モリブデン)
などの高融点金属とシリコンと窒素とを含む導電層(金
属シリコンナイトライド層)を提案している。このバリ
ア層は、柱状の結晶またはアモルファスを含む第1層
と、粒状の結晶を含む第2層とを積層したものであるこ
とが好ましいとされている。また、バリア層とシリコン
プラグとの間には、両者の密着性を向上させるTiを含
む層が形成されていることが好ましいとされている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-79481 discloses a method of reflowing and flattening a silicon oxide film at 700 to 800 ° C.
To prevent the platinum group metal and silicon from interdiffusing due to the heat treatment to form a metal silicide layer, and further to prevent the metal silicide layer from being oxidized to form a silicon oxide layer having a small dielectric constant. Ti (titanium), W (tungsten), Ta as barrier layers
(Tantalum), Co (Cobalt), Mo (Molybdenum)
For example, a conductive layer (metal silicon nitride layer) containing a high melting point metal such as silicon and nitrogen has been proposed. It is said that this barrier layer is preferably a laminate of a first layer containing columnar crystals or amorphous and a second layer containing granular crystals. It is also preferable that a layer containing Ti for improving the adhesion between the barrier layer and the silicon plug is formed between the barrier layer and the silicon plug.

【0010】特開平10−209394号公報は、シリ
コンプラグを埋め込んだ接続孔の上部に下部電極を形成
する際、両者のマスク合わせずれが生じると、下部電極
の上部に形成する誘電体膜と下部電極の下部のシリコン
プラグとが接触する結果、誘電体膜中の酸素とシリコン
とが反応して高抵抗の酸化シリコン膜ができたり、誘電
体膜中の酸素が不足してリーク電流が増大するという問
題を指摘している。その対策として、この公報は、誘電
体膜とシリコンプラグとの間に窒化シリコンからなる遮
断膜を設ける技術を開示している。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-209394 discloses that when a lower electrode is formed above a connection hole in which a silicon plug is embedded and a mask misalignment occurs between the two, a dielectric film formed above the lower electrode and a lower film are formed. As a result of contact with the silicon plug under the electrode, oxygen and silicon in the dielectric film react with each other to form a high-resistance silicon oxide film, or insufficient oxygen in the dielectric film increases leakage current. Point out the problem. As a countermeasure, this publication discloses a technique of providing a blocking film made of silicon nitride between a dielectric film and a silicon plug.

【0011】特開平11−307736号公報は、強誘
電体メモリに関するものであるが、シリコンプラグの上
部に酸化イリジウム(IrOx)からなる下部電極、P
ZT(チタン酸ジルコン酸鉛)などの強誘電体からなる
誘電体膜、Ptなどの白金属金属からなる上部電極によ
って構成される容量素子を形成する際、シリコンプラグ
の上部に拡散バリア層としてタンタルシリコンナイトラ
イド(TaSiN)膜を形成し、この拡散バリア層の上
部に酸素阻止膜としてIr膜を形成する技術を開示して
いる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-307736 relates to a ferroelectric memory, in which a lower electrode made of iridium oxide (IrO x ) is formed on a silicon plug.
When forming a capacitive element composed of a dielectric film made of a ferroelectric material such as ZT (lead zirconate titanate) and an upper electrode made of a white metal such as Pt, tantalum is formed as a diffusion barrier layer above a silicon plug. A technique of forming a silicon nitride (TaSiN) film and forming an Ir film as an oxygen blocking film on the diffusion barrier layer is disclosed.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
においては、シリコンプラグを埋め込んだ接続孔の上部
に白金族金属からなる下部電極を形成した後、下部電極
上に高誘電体膜を形成して熱処理を行う際、あらかじめ
シリコンプラグ上にバリア層を形成しておくことによっ
て、白金族金属とシリコンプラグとの不所望な反応を防
止することが行われている。
As described above, in the prior art, after a lower electrode made of a platinum group metal is formed above a connection hole in which a silicon plug is buried, a high dielectric film is formed on the lower electrode. When heat treatment is performed, an undesirable reaction between the platinum group metal and the silicon plug is prevented by forming a barrier layer on the silicon plug in advance.

【0013】しかし、シリコンプラグ上にバリア層を形
成した場合であっても、高温酸素雰囲気中で高誘電体膜
の熱処理を行うと、下部電極を透過した酸素がバリア層
自体を酸化し、高抵抗、低誘電率の酸化物層を形成して
しまうという問題がある。
However, even when the barrier layer is formed on the silicon plug, if the heat treatment of the high dielectric film is performed in a high-temperature oxygen atmosphere, the oxygen transmitted through the lower electrode oxidizes the barrier layer itself, and There is a problem that an oxide layer having a low resistance and a low dielectric constant is formed.

【0014】また、本発明者らは、シリコンプラグを埋
め込んだ接続孔の上部に厚い酸化シリコン膜を堆積し、
次いでこの酸化シリコン膜をエッチングしてシリコンプ
ラグの表面に達する深い溝を形成した後、この溝の内壁
に白金族金属膜を堆積することによって下部電極を形成
する、というプロセスを検討しているが、白金族金属膜
と酸化シリコン膜との接着性が低いために、製造工程の
途中で下部電極と酸化シリコン膜との間に剥離が生じる
ことがあるという問題を見出した。
Further, the present inventors have deposited a thick silicon oxide film over the connection hole in which the silicon plug is embedded,
Next, the silicon oxide film is etched to form a deep groove reaching the surface of the silicon plug, and then a lower electrode is formed by depositing a platinum group metal film on the inner wall of the groove. In addition, the present inventors have found a problem that peeling may occur between the lower electrode and the silicon oxide film during the manufacturing process due to low adhesiveness between the platinum group metal film and the silicon oxide film.

【0015】本発明の目的は、容量素子の下部電極上に
形成した誘電体膜を酸素雰囲気中で熱処理する際、下部
電極を透過した酸素がバリア層を酸化して高抵抗層を形
成する不具合を防止する技術を提供することにある。
An object of the present invention is that when a dielectric film formed on a lower electrode of a capacitor is heat-treated in an oxygen atmosphere, oxygen transmitted through the lower electrode oxidizes a barrier layer to form a high resistance layer. It is an object of the present invention to provide a technology for preventing such a problem.

【0016】本発明の他の目的は、容量素子の下部電極
を構成する白金族金属膜と酸化シリコン膜との接着性を
向上させる技術を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a technique for improving the adhesion between a platinum group metal film and a silicon oxide film constituting a lower electrode of a capacitor.

【0017】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.

【0019】本発明の半導体集積回路装置の製造方法
は、絶縁膜に形成された溝の内壁を主たる容量領域とす
る、一対の電極とそれらに挟まれた誘電体膜とからなる
容量素子を形成する際に、上記絶縁膜に形成された溝の
内表面に窒化タンタル膜とその上部に形成したルテニウ
ム膜とからなる下部電極を形成する工程と、前記下部電
極の表面上を含む前記絶縁膜上にCVD法で酸化タンタ
ル膜を堆積した後、前記酸化タンタル膜の結晶化と膜質
の改善とを図るために、酸素を含む雰囲気中で熱処理を
行う工程と、前記酸化タンタル膜の上部に上部電極を形
成する工程とを有するものである。
According to the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present invention, a capacitive element including a pair of electrodes and a dielectric film sandwiched between the electrodes is formed with the inner wall of a groove formed in an insulating film as a main capacitive region. Forming a lower electrode made of a tantalum nitride film and a ruthenium film formed on the inner surface of a groove formed in the insulating film; and forming a lower electrode on the insulating film including a surface of the lower electrode. Depositing a tantalum oxide film by a CVD method, and then performing a heat treatment in an atmosphere containing oxygen to improve crystallization and film quality of the tantalum oxide film, and an upper electrode on the tantalum oxide film. And the step of forming

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一の機能を有する部材には同
一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, members having the same functions are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

【0021】(実施の形態1)本実施形態のDRAMの
製造方法を図1〜図42を用いて工程順に説明する。な
お、以下で説明するDRAMの製造工程のうち、半導体
基板(以下、基板という)の主面上にメモリセル選択用
MISFETを形成し、続いてメモリセル選択用MIS
FETの上部にビット線を形成するまでの工程について
は、例えば特願平11−166320号(松岡ら)など
に詳細な記載がある。
(Embodiment 1) A method of manufacturing a DRAM according to this embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. In the DRAM manufacturing process described below, a memory cell selecting MISFET is formed on a main surface of a semiconductor substrate (hereinafter, referred to as a substrate), and then a memory cell selecting MISFET is formed.
The process up to the formation of the bit line above the FET is described in detail in, for example, Japanese Patent Application No. 11-166320 (Matsuoka et al.).

【0022】まず、図1(メモリアレイの要部平面
図)、図2(図1のA−A線に沿った断面図)、図3
(図1のB−B線に沿った断面図)および図4(図1の
C−C線に沿った断面図)に示すように、例えばp型の
単結晶シリコンからなる基板1の主面の素子分離領域に
素子分離溝2を形成する。素子分離溝2は、基板1の表
面をエッチングして深さ300〜400nm程度の溝を
形成し、続いてこの溝の内部を含む基板1上にCVD(C
hemical Vapor Deposition)法で酸化シリコン膜4(膜
厚600nm程度)を堆積した後、酸化シリコン膜4を
化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing;CMP)
法で研磨、平坦化することによって形成する。酸化シリ
コン膜4は、例えば酸素(またはオゾン)とテトラエト
キシシラン(TEOS)とをソースガスに用いたプラズ
マCVD法で堆積し、その後、1000℃程度のドライ
酸化を行って膜を緻密化(デンシファイ)する。
First, FIG. 1 (a plan view of a main part of the memory array), FIG. 2 (a cross-sectional view along the line AA in FIG. 1), FIG.
As shown in FIG. 1 (cross-sectional view along line BB in FIG. 1) and FIG. 4 (cross-sectional view along line CC in FIG. 1), the main surface of the substrate 1 made of, for example, p-type single crystal silicon The element isolation groove 2 is formed in the element isolation region. The element isolation groove 2 is formed by etching the surface of the substrate 1 to form a groove having a depth of about 300 to 400 nm. Then, the CVD (C) is formed on the substrate 1 including the inside of the groove.
After depositing a silicon oxide film 4 (thickness of about 600 nm) by a chemical vapor deposition (chemical vapor deposition) method, the silicon oxide film 4 is subjected to chemical mechanical polishing (CMP).
It is formed by polishing and flattening by a method. The silicon oxide film 4 is deposited by a plasma CVD method using, for example, oxygen (or ozone) and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas, and then is subjected to dry oxidation at about 1000 ° C. to densify the film (densification). ).

【0023】図1に示すように、上記素子分離溝2を形
成することにより、素子分離溝2によって周囲を囲まれ
た細長い島状の活性領域(L)が同時に多数形成され
る。後述するように、これらの活性領域(L)のそれぞ
れには、ソース、ドレインの一方を共有するメモリセル
選択用MISFETQsが2個ずつ形成される。
As shown in FIG. 1, by forming the element isolation groove 2, a large number of elongated island-shaped active regions (L) surrounded by the element isolation groove 2 are simultaneously formed. As described later, each of these active regions (L) is formed with two memory cell selecting MISFETs Qs sharing one of a source and a drain.

【0024】次に、基板1にB(ホウ素)をイオン打ち
込みすることによってp型ウエル3を形成し、続いてp
型ウエル3の表面をHF(フッ酸)系の洗浄液で洗浄し
た後、基板1を熱酸化することによってp型ウエル3の
活性領域(L)の表面に酸化シリコン系の清浄なゲート
絶縁膜5(膜厚6nm程度)を形成する。なお、ゲート
絶縁膜5は、基板1の熱酸化によって形成される酸化シ
リコン系絶縁膜の他、それよりも誘電率が大きい窒化シ
リコン系絶縁膜、金属酸化物系絶縁膜(酸化タンタル
膜、酸化チタン膜など)であってもよい。これらの高誘
電体絶縁膜は、基板1上にCVD法やスパッタリング法
で成膜することによって形成する。
Next, a p-type well 3 is formed by ion-implanting B (boron) into the substrate 1 and then p-type well 3 is formed.
After cleaning the surface of the p-type well 3 with a HF (hydrofluoric acid) -based cleaning solution, the substrate 1 is thermally oxidized to form a silicon oxide-based clean gate insulating film 5 on the surface of the active region (L) of the p-type well 3. (Thickness: about 6 nm). Note that the gate insulating film 5 is not only a silicon oxide-based insulating film formed by thermal oxidation of the substrate 1, but also a silicon nitride-based insulating film and a metal oxide-based insulating film (a tantalum oxide film, an oxide Titanium film). These high dielectric insulating films are formed on the substrate 1 by a CVD method or a sputtering method.

【0025】次に、図5〜図7に示すように、ゲート絶
縁膜5の上部にゲート電極6を形成する。ゲート電極6
は、活性領域(L)以外の領域ではワード線(WL)と
して機能する。ゲート電極6(ワード線WL)は、例え
ばゲート絶縁膜5の上部にP(リン)などをドープした
n型多結晶シリコン膜(膜厚70nm程度)、WN(窒
化タングステン)またはTiN(窒化チタン)からなる
バリアメタル膜(膜厚5nm〜10nm程度)、W(タ
ングステン)膜(膜厚100nm程度)および窒化シリ
コン膜7(膜厚150nm程度)を順次堆積した後、フ
ォトレジスト膜をマスクにしてこれらの膜をドライエッ
チングすることによって形成する。多結晶シリコン膜お
よび窒化シリコン膜7はCVD法で堆積し、バリアメタ
ル膜およびW膜はスパッタリング法で堆積する。
Next, as shown in FIGS. 5 to 7, a gate electrode 6 is formed on the gate insulating film 5. Gate electrode 6
Functions as a word line (WL) in an area other than the active area (L). The gate electrode 6 (word line WL) is, for example, an n-type polycrystalline silicon film (about 70 nm thick) doped with P (phosphorus) or the like on the gate insulating film 5, WN (tungsten nitride) or TiN (titanium nitride) , A W (tungsten) film (about 100 nm in thickness) and a silicon nitride film 7 (about 150 nm in thickness) are sequentially deposited, and then, using a photoresist film as a mask, Is formed by dry-etching the film. The polycrystalline silicon film and the silicon nitride film 7 are deposited by a CVD method, and the barrier metal film and the W film are deposited by a sputtering method.

【0026】次に、図8〜図10に示すように、p型ウ
エル3にAs(ヒ素)またはP(リン)をイオン打ち込
みしてゲート電極6の両側のp型ウエル3にn型半導体
領域8(ソース、ドレイン)を形成する。ここまでの工
程により、メモリセル選択用MISFETQsが略完成
する。
Next, as shown in FIGS. 8 to 10, As (arsenic) or P (phosphorus) is ion-implanted into the p-type well 3 and the n-type semiconductor region is formed in the p-type well 3 on both sides of the gate electrode 6. 8 (source, drain) is formed. Through the steps so far, the memory cell selecting MISFET Qs is substantially completed.

【0027】次に、図11〜図14に示すように、基板
1上にCVD法で窒化シリコン膜9(膜厚50nm)お
よび酸化シリコン膜10(膜厚600nm程度)を堆積
し、続いて酸化シリコン膜10の表面を化学機械研磨法
で平坦化した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマス
クにして酸化シリコン膜10および窒化シリコン膜9を
ドライエッチングすることにより、メモリセル選択用M
ISFETQsのソース、ドレイン(n型半導体領域
8)の上部にコンタクトホール11、12を形成する。
酸化シリコン膜10のエッチングは、窒化シリコンに対
する選択比が大きい条件で行い、窒化シリコン膜9のエ
ッチングは、シリコンや酸化シリコンに対するエッチン
グ選択比が大きい条件で行う。これにより、コンタクト
ホール11、12をゲート電極6(ワード線WL)に対
して自己整合(セルフアライン)で形成することができ
る。
Next, as shown in FIGS. 11 to 14, a silicon nitride film 9 (thickness: 50 nm) and a silicon oxide film 10 (thickness: approximately 600 nm) are deposited on the substrate 1 by the CVD method. After the surface of the silicon film 10 is flattened by a chemical mechanical polishing method, the silicon oxide film 10 and the silicon nitride film 9 are dry-etched using a photoresist film (not shown) as a mask, thereby forming a memory cell selecting M.
Contact holes 11 and 12 are formed above the source and drain (n-type semiconductor region 8) of ISFET Qs.
The etching of the silicon oxide film 10 is performed under the condition that the selectivity to silicon nitride is large, and the etching of the silicon nitride film 9 is performed under the condition that the etching selectivity to silicon or silicon oxide is large. Thereby, the contact holes 11 and 12 can be formed by self-alignment (self-alignment) with the gate electrode 6 (word line WL).

【0028】次に、図15および図16に示すように、
コンタクトホール11、12の内部にプラグ13を形成
する。プラグ13を形成するには、酸化シリコン膜10
の上部にPをドープしたn型多結晶シリコン膜をCVD
法で堆積することによってコンタクトホール11、12
の内部にn型多結晶シリコン膜を埋め込んだ後、コンタ
クトホール11、12の外部のn型多結晶シリコン膜を
化学機械研磨法(またはドライエッチング)で除去す
る。
Next, as shown in FIG. 15 and FIG.
A plug 13 is formed inside the contact holes 11 and 12. To form the plug 13, the silicon oxide film 10
P-doped n-type polycrystalline silicon film on top of
Contact holes 11 and 12
After the n-type polycrystalline silicon film is embedded in the inside of the substrate, the n-type polycrystalline silicon film outside the contact holes 11 and 12 is removed by a chemical mechanical polishing method (or dry etching).

【0029】次に、酸化シリコン膜10の上部にCVD
法で酸化シリコン膜14(膜厚150nm程度)を堆積
した後、図17〜図19に示すように、フォトレジスト
膜(図示せず)をマスクにしてコンタクトホール11の
上部の酸化シリコン膜14をドライエッチングすること
により、後の工程で形成されるビット線(BL)とコン
タクトホール11とを接続するためのスルーホール15
を形成する。
Next, CVD is performed on the silicon oxide film 10.
After depositing a silicon oxide film 14 (having a thickness of about 150 nm) by a method, as shown in FIGS. 17 to 19, the silicon oxide film 14 above the contact hole 11 is formed using a photoresist film (not shown) as a mask. By dry etching, a through hole 15 for connecting a bit line (BL) formed in a later step and the contact hole 11 is formed.
To form

【0030】次に、図20および図21に示すように、
スルーホール15の内部にプラグ16を形成する。プラ
グ16を形成するには、酸化シリコン膜14の上部に例
えばスパッタリング法でTiNからなるバリアメタル膜
を堆積し、続いてバリアメタル膜の上部にCVD法でW
膜を堆積することによってスルーホール15の内部にこ
れらの膜を埋め込んだ後、スルーホール15の外部のこ
れらの膜を化学機械研磨法で除去する。
Next, as shown in FIGS. 20 and 21,
A plug 16 is formed inside the through hole 15. In order to form the plug 16, a barrier metal film made of TiN is deposited on the silicon oxide film 14 by, for example, a sputtering method, and then W is deposited on the barrier metal film by a CVD method.
After embedding these films inside the through holes 15 by depositing films, these films outside the through holes 15 are removed by chemical mechanical polishing.

【0031】次に、図23〜図25に示すように、酸化
シリコン膜14の上部にビット線BLを形成する。ビッ
ト線BLを形成するには、例えば酸化シリコン膜14の
上部にスパッタリング法でTiN膜(膜厚10nm程
度)を堆積し、続いてTiN膜の上部にCVD法でW膜
(膜厚50nm程度)を堆積した後、フォトレジスト膜
をマスクにしてこれらの膜をドライエッチングする。ビ
ット線BLは、その下部のスルーホール15に埋め込ま
れたプラグ16およびさらにその下部のコンタクトホー
ル11に埋め込まれたプラグ13を介してメモリセル選
択用MISFETQsのソース、ドレイン(n型半導体
領域8)の一方と電気的に接続される。
Next, as shown in FIGS. 23 to 25, a bit line BL is formed on the silicon oxide film 14. In order to form the bit line BL, for example, a TiN film (about 10 nm thick) is deposited on the silicon oxide film 14 by a sputtering method, and then a W film (about 50 nm thick) is formed on the TiN film by a CVD method. Are deposited, these films are dry-etched using the photoresist film as a mask. The bit line BL is connected to the source / drain (n-type semiconductor region 8) of the memory cell selection MISFET Qs via the plug 16 embedded in the lower through hole 15 and the plug 13 embedded in the lower contact hole 11. Is electrically connected to one of them.

【0032】次に、図26〜図29に示すように、ビッ
ト線BLの上部にCVD法で膜厚300nm程度の酸化
シリコン膜17および膜厚200nm程度の窒化シリコ
ン膜18を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)
をマスクにして窒化シリコン膜18および酸化シリコン
膜17をドライエッチングすることにより、プラグ13
が埋め込まれたコンタクトホール11の上部にスルーホ
ール19を形成する。
Next, as shown in FIGS. 26 to 29, a silicon oxide film 17 having a thickness of about 300 nm and a silicon nitride film 18 having a thickness of about 200 nm are deposited on the bit line BL by CVD. Resist film (not shown)
The silicon nitride film 18 and the silicon oxide film 17 are dry-etched using
A through hole 19 is formed above the contact hole 11 in which is embedded.

【0033】スルーホール19は、その径がその下部の
コンタクトホール11の径よりも小さくなるように形成
する。具体的には、窒化シリコン膜18の上部にCVD
法で多結晶シリコン膜20を堆積し、続いてスルーホー
ル19を形成する領域の多結晶シリコン膜20をドライ
エッチングして孔を形成した後、多結晶シリコン膜20
の上部にさらに多結晶シリコン膜(図示せず)を堆積す
る。次に、多結晶シリコン膜20の上部の多結晶シリコ
ン膜を異方性エッチングすることによって孔の側壁にサ
イドウォールスペーサ21を形成し、続いて多結晶シリ
コン膜20とサイドウォールスペーサ21とをマスクに
用いて孔の底部の窒化シリコン膜18および酸化シリコ
ン膜17をドライエッチングする。
The through hole 19 is formed such that its diameter is smaller than the diameter of the contact hole 11 thereunder. Specifically, the CVD is performed on the silicon nitride film 18.
After a polycrystalline silicon film 20 is deposited by a method and a hole is formed by dry-etching the polycrystalline silicon film 20 in a region where a through hole 19 is to be formed, the polycrystalline silicon film 20 is formed.
A polycrystalline silicon film (not shown) is further deposited on the upper surface. Next, a sidewall spacer 21 is formed on the side wall of the hole by anisotropically etching the polycrystalline silicon film on the polycrystalline silicon film 20. Subsequently, the polycrystalline silicon film 20 and the sidewall spacer 21 are masked. The silicon nitride film 18 and the silicon oxide film 17 at the bottom of the hole are dry-etched.

【0034】また、図26および図29に示すように、
スルーホール19は、その中心がその下部のコンタクト
ホール11の中心よりもビット線BLから離れる方向に
オフセットされる。このように、スルーホール19の径
をその下部のコンタクトホール11の径よりも小さく
し、かつその中心をビット線BLから離れる方向にオフ
セットさせることにより、メモリセルサイズを縮小した
場合においても自己整合コンタクト(Self Align Contac
t;SAC)技術を用いることなく、スルーホール19
(の内部に埋め込まれるプラグ22)とビット線BLと
のショートを防止することができる。また、スルーホー
ル19の径をその下部のコンタクトホール11の径より
も小さくすることにより、それらの中心をずらしても両
者のコンタクト面積を十分に確保することができる。
As shown in FIGS. 26 and 29,
The center of the through hole 19 is offset from the center of the lower contact hole 11 in a direction away from the bit line BL. As described above, the diameter of the through hole 19 is made smaller than the diameter of the contact hole 11 thereunder, and the center thereof is offset in a direction away from the bit line BL, so that even when the memory cell size is reduced, self-alignment is achieved. Contact (Self Align Contac
t; SAC) without using the through hole 19
(A plug 22 embedded inside) and the bit line BL can be prevented from being short-circuited. Further, by making the diameter of the through hole 19 smaller than the diameter of the contact hole 11 therebelow, a sufficient contact area between them can be ensured even if their centers are shifted.

【0035】次に、スルーホール19の形成に用いたマ
スク(多結晶シリコン膜20およびサイドウォールスペ
ーサ21)をドライエッチングで除去した後、図30〜
図32に示すように、スルーホール19の内部にプラグ
22を形成する。プラグ22を形成するには、まず窒化
シリコン膜18の上部にPをドープしたn型多結晶シリ
コン膜をCVD法で堆積することによって、スルーホー
ル19の内部にn型多結晶シリコン膜を埋め込み、続い
てスルーホール19の外部のn型多結晶シリコン膜を化
学機械研磨法(またはドライエッチング)で除去する。
Next, after the mask (polycrystalline silicon film 20 and side wall spacer 21) used to form through hole 19 is removed by dry etching, FIGS.
As shown in FIG. 32, a plug 22 is formed inside the through hole 19. In order to form the plug 22, first, an n-type polycrystalline silicon film doped with P is deposited on the silicon nitride film 18 by a CVD method, so that the n-type polycrystalline silicon film is buried in the through hole 19. Subsequently, the n-type polycrystalline silicon film outside the through hole 19 is removed by a chemical mechanical polishing method (or dry etching).

【0036】次に、図33および図34に示すように、
窒化シリコン膜18の上部にCVD法で膜厚1500n
m程度の酸化シリコン膜24を堆積する。情報蓄積用容
量素子Cの下部電極28は、次の工程で酸化シリコン膜
24に形成される溝27の内部に形成される。従って、
酸化シリコン膜24の膜厚がこの下部電極28の高さと
なるので、下部電極28の表面積を大きくして蓄積電荷
量を増やすためには、酸化シリコン膜24を厚い膜厚で
堆積する。酸化シリコン膜24は、例えば酸素とテトラ
エトキシシラン(TEOS)とをソースガスに用いたプ
ラズマCVD法で堆積し、その後、必要に応じてその表
面を化学機械研磨法で平坦化する。
Next, as shown in FIGS. 33 and 34,
The thickness of 1500 n is formed on the silicon nitride film 18 by the CVD method.
An about m silicon oxide film 24 is deposited. The lower electrode 28 of the information storage capacitor C is formed inside the groove 27 formed in the silicon oxide film 24 in the next step. Therefore,
Since the thickness of the silicon oxide film 24 is the height of the lower electrode 28, the silicon oxide film 24 is deposited with a large thickness in order to increase the surface area of the lower electrode 28 and increase the amount of accumulated charges. The silicon oxide film 24 is deposited by a plasma CVD method using, for example, oxygen and tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas, and then, if necessary, its surface is flattened by a chemical mechanical polishing method.

【0037】次に、図35〜図37に示すように、フォ
トレジスト膜(図示せず)をマスクにして酸化シリコン
膜24をドライエッチングすることにより、その底部に
スルーホール19内のプラグ22の表面が露出する溝2
7を形成する。図35に示すように、溝27は、ワード
線WLの延在方向に長辺を有し、かつビット線BLの延
在方向に短辺を有する矩形の平面パターンで構成され
る。
Next, as shown in FIGS. 35 to 37, the silicon oxide film 24 is dry-etched using a photoresist film (not shown) as a mask, so that the bottom of the plug 22 in the through hole 19 is formed. Groove 2 with exposed surface
7 is formed. As shown in FIG. 35, the groove 27 is formed of a rectangular planar pattern having a long side in the extending direction of the word line WL and a short side in the extending direction of the bit line BL.

【0038】次に、図38に示すように、深い溝27が
形成された酸化シリコン膜24の上部にスパッタリング
法でTaN膜28を堆積した後、図39に示すように、
TaN膜28の上部にCVD法で膜厚20nm程度のR
u膜29を堆積する。Ru膜29は、例えばテトラヒド
ロフラン(THF)などの有機溶媒に溶かしたエチルシ
クロペンタジエニルルテニウム(以下、Ru(EtC
p)2と略記する)などの有機Ru化合物を250℃程
度で気化させ、酸素で分解することによって形成する。
Next, as shown in FIG. 38, a TaN film 28 is deposited on the silicon oxide film 24 on which the deep groove 27 is formed by a sputtering method, and then, as shown in FIG.
An R film having a thickness of about 20 nm is formed on the TaN film 28 by CVD.
A u film 29 is deposited. The Ru film 29 is made of, for example, ethylcyclopentadienyl ruthenium (hereinafter referred to as Ru (EtC) dissolved in an organic solvent such as tetrahydrofuran (THF).
p) 2 ) is vaporized at about 250 ° C. and decomposed with oxygen.

【0039】次に、図40に示すように、溝27の内部
に絶縁膜30を埋め込んだ後、絶縁膜30で覆われてい
ない溝27の外部のTaN膜28およびRu膜29をド
ライエッチングによって除去することにより、溝27の
内部にTaN膜28およびRu膜29からなる情報蓄積
用容量素子の下部電極31が形成される。絶縁膜30
は、酸化シリコン膜24に対するエッチング選択比が大
きい絶縁材料、例えばフォトレジストやスピンオングラ
スなどで構成する。絶縁膜30をフォトレジストで構成
する場合は、ポジ型のフォトレジスト膜を溝27の内部
および酸化シリコン膜24上にスピン塗布した後、全面
露光および現像を行って溝27の外部の露光部を除去
し、溝27の内部に未露光部を残せばよい。
Next, as shown in FIG. 40, after the insulating film 30 is embedded in the groove 27, the TaN film 28 and the Ru film 29 outside the groove 27 not covered with the insulating film 30 are dry-etched. By the removal, the lower electrode 31 of the information storage capacitor composed of the TaN film 28 and the Ru film 29 is formed inside the groove 27. Insulating film 30
Is made of an insulating material having a large etching selectivity to the silicon oxide film 24, for example, a photoresist or a spin-on glass. When the insulating film 30 is formed of a photoresist, a positive photoresist film is spin-coated on the inside of the groove 27 and on the silicon oxide film 24, and then the entire surface is exposed and developed to expose the exposed portion outside the groove 27. It may be removed, and an unexposed portion may be left inside the groove 27.

【0040】次に、溝27の内部の絶縁膜31を除去し
た後、図41に示すように、下部電極31が形成された
溝27の内壁および酸化シリコン膜24の表面に膜厚5
〜10nm程度の酸化タンタル膜32aを堆積する。酸
化タンタル膜32aは、例えば原料ガスにペンタエトキ
シタンタル(Ta(OC255)と酸素とを用いたC
VD法で堆積し、次いで、膜の結晶化と膜質の改善とを
図るために、酸素を含む雰囲気中で300〜400℃の
熱処理を行い、さらに非酸化性雰囲気中で700℃程度
の熱処理を行う。
Next, after removing the insulating film 31 inside the groove 27, as shown in FIG. 41, a film having a thickness of 5 is formed on the inner wall of the groove 27 where the lower electrode 31 is formed and the surface of the silicon oxide film 24.
A tantalum oxide film 32a of about 10 to 10 nm is deposited. The tantalum oxide film 32a is formed, for example, by using C as a source gas using pentaethoxy tantalum (Ta (OC 2 H 5 ) 5 ) and oxygen.
Deposition by the VD method, and then heat treatment at 300 to 400 ° C. in an atmosphere containing oxygen and heat treatment at about 700 ° C. in a non-oxidizing atmosphere in order to improve crystallization and film quality of the film. Do.

【0041】次に、図42に示すように、酸化タンタル
膜32aの表面に上記と同様の方法で膜厚5〜10nm
程度の酸化タンタル膜32bを堆積した後、酸化タンタ
ル膜32bの上部にRu膜からなる上部電極33を形成
する。結晶化処理を行った酸化タンタル膜32aの表面
に堆積した酸化タンタル膜32bは、成膜完了時にすで
に結晶化が完結している(ホモエピタキシャル成長)の
で、熱処理は必ずしも必要ではない。また、上部電極3
3を形成するには、例えば溝27の内部にCVD法で堆
積したRu膜を埋め込み、続いてその上部にスパッタリ
ング法でRu膜をを堆積する。上部電極材料はRuに限
定されるものではなく、例えばW、Ru、Pt、Irな
どの金属またはこれらの金属とTiNとを積層したもの
などで構成することもできる。
Next, as shown in FIG. 42, a film thickness of 5 to 10 nm is formed on the surface of the tantalum oxide film 32a by the same method as described above.
After depositing the tantalum oxide film 32b to the extent, the upper electrode 33 made of a Ru film is formed on the tantalum oxide film 32b. The heat treatment is not necessarily required for the tantalum oxide film 32b deposited on the surface of the crystallized tantalum oxide film 32a because the crystallization has already been completed (homoepitaxial growth) when the film formation is completed. Also, the upper electrode 3
In order to form 3, for example, a Ru film deposited by the CVD method is buried in the trench 27, and then a Ru film is deposited thereon by a sputtering method. The upper electrode material is not limited to Ru, and may be made of, for example, a metal such as W, Ru, Pt, Ir, or a laminate of these metals and TiN.

【0042】ここまでの工程により、下部電極31と、
2層の酸化タンタル膜32a、32bからなる誘電体膜
と、上部電極33とで構成される情報蓄積用容量素子C
が完成し、メモリセル選択用MISFETQsとこれに
直列に接続された情報蓄積容量素子Cとで構成されるメ
モリセルが略完成する。その後、情報蓄積用容量素子C
の上部に層間絶縁膜を挟んで2層程度のAl配線を形成
し、最上層のAl配線の上部にパッシベーション膜を形
成するが、これらの図示は省略する。
By the steps so far, the lower electrode 31 and
An information storage capacitor C composed of a dielectric film composed of two layers of tantalum oxide films 32a and 32b and an upper electrode 33
Is completed, and a memory cell composed of the memory cell selecting MISFET Qs and the information storage capacitor C connected in series to this is substantially completed. Thereafter, the information storage capacitor C
, An Al wiring of about two layers is formed with an interlayer insulating film interposed therebetween, and a passivation film is formed on the uppermost Al wiring, but these are not shown.

【0043】多結晶シリコンからなるプラグ22の表面
にバリア層を設け、このバリア層の上部にRuからなる
下部電極を形成する構造を採用した場合は、酸素を含む
雰囲気中で酸化タンタル膜32aの熱処理を行った際、
バリア層の表面に酸化層が形成される。この酸化膜は、
その膜厚が極めて薄い場合でもあっても、プラグ22の
表面積が極めて小さいため、結果的にバリア層と下部電
極との界面の抵抗が大きくなり、導通不良を引き起こす
虞れがある。
When a barrier layer is provided on the surface of the plug 22 made of polycrystalline silicon, and a lower electrode made of Ru is formed on the barrier layer, the tantalum oxide film 32a is formed in an atmosphere containing oxygen. When performing heat treatment,
An oxide layer is formed on the surface of the barrier layer. This oxide film
Even if the film thickness is extremely small, the surface area of the plug 22 is extremely small, and as a result, the resistance at the interface between the barrier layer and the lower electrode becomes large, and there is a possibility that conduction failure may occur.

【0044】これに対し、本実施形態では、多結晶シリ
コンからなるプラグ22の上部にTaN膜28を含むか
らなる下部電極31を形成するので、酸化タンタル膜3
2aの熱処理を行った際に、プラグ22の表面には酸化
層が形成されることはない。一方、酸化タンタル膜32
aの熱処理を行うと、下部電極31を構成するTaN膜
28とRu膜29との界面に酸化層が形成されるが、こ
の界面の面積は情報蓄積用容量素子Cの表面積と同程度
に広いため、同一面積の容量素子が直列に2個接続され
たことと等価になる。
On the other hand, in this embodiment, since the lower electrode 31 including the TaN film 28 is formed on the plug 22 made of polycrystalline silicon, the tantalum oxide film 3
When the heat treatment of 2a is performed, no oxide layer is formed on the surface of the plug 22. On the other hand, the tantalum oxide film 32
When the heat treatment a is performed, an oxide layer is formed at the interface between the TaN film 28 and the Ru film 29 constituting the lower electrode 31, and the area of this interface is as large as the surface area of the information storage capacitive element C. Therefore, this is equivalent to connecting two capacitive elements having the same area in series.

【0045】また、下部電極31の一部を構成するTa
N膜28は、他の一部を構成するRu膜29と酸化シリ
コン膜24との接着層としても機能する。Ru膜29
は、酸化シリコン膜24との接着力が乏しいため、酸化
シリコン膜24上に直接堆積した場合は、熱処理によっ
て剥離が生じることがあるが、Ru膜29と酸化シリコ
ン膜24との間にTaN膜28を介在させることによ
り、このような不具合を防ぐこともできる。
Further, Ta constituting a part of the lower electrode 31 is
The N film 28 also functions as an adhesive layer between the Ru film 29 and the silicon oxide film 24 that constitute another part. Ru film 29
Has a poor adhesion to the silicon oxide film 24, and when deposited directly on the silicon oxide film 24, peeling may occur due to heat treatment. However, a TaN film is formed between the Ru film 29 and the silicon oxide film 24. With the interposition of, such a problem can be prevented.

【0046】(実施の形態2)本実施形態の製造方法
は、酸化シリコン膜24に溝27を形成するまでの工程
(前記図1〜図37の工程)が前記実施の形態1と同一
であるため、その説明は省略し、以降の工程についての
み説明する。
(Embodiment 2) In the manufacturing method of this embodiment, the steps (the steps of FIGS. 1 to 37) until the groove 27 is formed in the silicon oxide film 24 are the same as those of the first embodiment. Therefore, the description thereof will be omitted, and only the subsequent steps will be described.

【0047】まず、前記図37に示した工程に引き続
き、図43に示すように、溝27が形成された酸化シリ
コン膜24の上部にスパッタリング法でTaN膜28を
堆積する。続いて、図44に示すように、溝27の内部
に絶縁膜30を埋め込んだ後、絶縁膜30で覆われてい
ない溝27の外部のTaN膜28をドライエッチングに
よって除去する。溝27の内部に残ったTaN膜28
は、情報蓄積用容量素子の下部電極を構成する。
First, following the step shown in FIG. 37, as shown in FIG. 43, a TaN film 28 is deposited on the silicon oxide film 24 in which the groove 27 is formed by a sputtering method. Subsequently, as shown in FIG. 44, after the insulating film 30 is embedded in the groove 27, the TaN film 28 outside the groove 27 not covered with the insulating film 30 is removed by dry etching. TaN film 28 remaining inside groove 27
Constitutes the lower electrode of the information storage capacitor.

【0048】次に、溝27の内部の絶縁膜30を除去し
た後、図45に示すように、酸化性雰囲気中で500〜
700℃の熱処理を行い、TaN膜(下部電極)28の
表面を酸化することにより、TaN膜(下部電極)28
の表面に膜厚10〜15nm程度の酸化タンタル膜32
cを形成する。この酸化タンタル膜32cは、情報蓄積
用容量素子の誘電体膜を構成する。TaN膜28の酸化
は、酸化剤の種類や濃度、酸化温度などを制御すること
によって、酸化タンタル膜32cの膜厚を任意に選択す
ることができる。
Next, after removing the insulating film 30 inside the groove 27, as shown in FIG.
By performing a heat treatment at 700 ° C. and oxidizing the surface of the TaN film (lower electrode) 28, the TaN film (lower electrode) 28
Tantalum oxide film 32 having a thickness of about 10 to 15 nm
Form c. The tantalum oxide film 32c forms a dielectric film of the information storage capacitor. The oxidation of the TaN film 28 can arbitrarily select the thickness of the tantalum oxide film 32c by controlling the type, concentration, oxidation temperature, and the like of the oxidizing agent.

【0049】次に、図46に示すように、酸化タンタル
膜32cの表面にCVD法で第2の酸化タンタル膜32
dを堆積する。この酸化タンタル膜32dは、必要に応
じて堆積するが、場合によっては省略することもでき
る。
Next, as shown in FIG. 46, a second tantalum oxide film 32 is formed on the surface of the tantalum oxide film 32c by the CVD method.
Deposit d. This tantalum oxide film 32d is deposited as needed, but may be omitted in some cases.

【0050】次に、図47に示すように、酸化タンタル
膜32c(または酸化タンタル膜32d)の表面に前記
実施の形態1と同様の方法でRu膜からなる上部電極3
3を形成する。ここまでの工程により、TaN膜28か
らなる下部電極と、酸化タンタル膜32c(または2層
の酸化タンタル膜32c、32b)からなる誘電体膜
と、上部電極33とで構成される情報蓄積用容量素子C
が完成し、メモリセル選択用MISFETQsとこれに
直列に接続された情報蓄積容量素子Cとで構成されるメ
モリセルが略完成する。
Next, as shown in FIG. 47, the upper electrode 3 made of a Ru film is formed on the surface of the tantalum oxide film 32c (or the tantalum oxide film 32d) in the same manner as in the first embodiment.
Form 3 By the steps so far, the information storage capacitor composed of the lower electrode made of the TaN film 28, the dielectric film made of the tantalum oxide film 32c (or the two tantalum oxide films 32c and 32b), and the upper electrode 33 Element C
Is completed, and a memory cell composed of the memory cell selecting MISFET Qs and the information storage capacitor C connected in series to this is substantially completed.

【0051】本実施の形態では、下部電極を構成するT
aN膜28を酸化してその表面に酸化タンタル膜32c
からなる誘電体膜を形成する。この方法によって形成さ
れた酸化タンタル膜32cは、結晶性が極めて高いとい
う特徴がある。すなわち、CVD法で堆積した後、熱処
理を行って結晶化した酸化タンタル膜は、X線回折法で
観察すると種々の結晶配向性を示すが、TaN膜を酸化
して得られる酸化タンタル膜は、(001)に強く配向
し、結晶性のばらつきが少ない。従って、このような酸
化タンタル膜を誘電体膜として用いることにより、リー
ク電流がより少なく、かつ電荷容量の大きい情報蓄積用
容量素子Cを実現することができる。また、前記実施の
形態1と同様、本実施の形態においても、多結晶シリコ
ンからなるプラグ22の表面に高抵抗の酸化層が生じる
不具合を避けることができる。
In the present embodiment, the lower electrode T
The aN film 28 is oxidized to form a tantalum oxide film 32c on its surface.
Is formed. The tantalum oxide film 32c formed by this method has a feature of extremely high crystallinity. That is, a tantalum oxide film crystallized by performing a heat treatment after being deposited by a CVD method shows various crystal orientations when observed by an X-ray diffraction method, but a tantalum oxide film obtained by oxidizing a TaN film is: It is strongly oriented to (001) and has little variation in crystallinity. Therefore, by using such a tantalum oxide film as a dielectric film, it is possible to realize an information storage capacitor C having a smaller leak current and a large charge capacity. Also in the present embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to avoid a problem that a high-resistance oxide layer is formed on the surface of the plug 22 made of polycrystalline silicon.

【0052】また、前述したように、誘電体膜は、上記
酸化タンタル膜32cとその上部にCVD法で堆積した
酸化タンタル膜32dの2層構造とすることもできる。
CVD法で堆積した酸化タンタル膜32dは、下地が非
晶質の場合は非晶質となり、結晶の場合は結晶となる性
質がある。本実施の形態の場合、下地の酸化タンタル膜
32cの結晶性が高く、(001)に強く配向している
ため、酸化タンタル膜32dの結晶性も高く、(00
1)に強く配向する。従って、誘電体膜をこのような2
層構造とすることで、リーク電流がさらに少ない情報蓄
積用容量素子Cを実現することができる。誘電体膜は、
3層またはそれ以上の多層構造にすることもできる。
As described above, the dielectric film may have a two-layer structure of the tantalum oxide film 32c and the tantalum oxide film 32d deposited thereon by the CVD method.
The tantalum oxide film 32d deposited by the CVD method has a property of being amorphous when the base is amorphous and being crystalline when the base is crystalline. In the case of the present embodiment, since the underlying tantalum oxide film 32c has high crystallinity and is strongly oriented to (001), the tantalum oxide film 32d also has high crystallinity, and
It is oriented strongly in 1). Therefore, the dielectric film is formed by such a method.
With the layered structure, the information storage capacitor C with less leakage current can be realized. The dielectric film is
It is also possible to have a multilayer structure of three or more layers.

【0053】(実施の形態3)本実施形態の製造方法
は、酸化シリコン膜24に溝27を形成するまでの工程
(前記図1〜図37の工程)が前記実施の形態1と同一
であるため、その説明は省略し、以降の工程についての
み説明する。
(Embodiment 3) In the manufacturing method of the present embodiment, the steps up to forming the groove 27 in the silicon oxide film 24 (the steps of FIGS. 1 to 37) are the same as those of the first embodiment. Therefore, the description thereof will be omitted, and only the subsequent steps will be described.

【0054】まず、前記図37に示した工程に引き続
き、図48に示すように、溝27が形成された酸化シリ
コン膜24の上部にスパッタリング法でTaN膜28を
堆積し、続いて溝27の内部に絶縁膜30を埋め込んだ
後、絶縁膜30で覆われていない溝27の外部のTaN
膜28をドライエッチングによって除去することによ
り、溝27の内部にTaN膜28からなる下部電極を構
成する。
First, following the step shown in FIG. 37, as shown in FIG. 48, a TaN film 28 is deposited on the silicon oxide film 24 in which the groove 27 is formed by a sputtering method. After the insulating film 30 is embedded therein, the TaN outside the trench 27 not covered with the insulating film 30 is formed.
By removing the film 28 by dry etching, a lower electrode made of the TaN film 28 is formed inside the groove 27.

【0055】次に、図49に示すように、下部電極(T
aN膜28)が形成された溝27の内部および酸化シリ
コン膜24の上部にスパッタリング法またはCVD法で
Ru膜34を堆積する。このRu膜34は、上部電極の
一部を構成する。
Next, as shown in FIG. 49, the lower electrode (T
A Ru film 34 is deposited by sputtering or CVD inside the trench 27 where the aN film 28) is formed and on the silicon oxide film 24. This Ru film 34 constitutes a part of the upper electrode.

【0056】次に、図50に示すように、酸化性雰囲気
中で熱処理を行い、下部電極(TaN膜28)と上部電
極(Ru膜34)との界面に酸化タンタル膜32dから
なる誘電体膜を形成する。Ru膜34は、酸素透過性が
極めて高い性質があるため、この性質を利用して下地の
TaN膜28の表面を酸化し、誘電体膜を構成する酸化
タンタル膜32dを形成することができる。
Next, as shown in FIG. 50, a heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to form a dielectric film made of a tantalum oxide film 32d on the interface between the lower electrode (TaN film 28) and the upper electrode (Ru film 34). To form Since the Ru film 34 has a property of extremely high oxygen permeability, the surface of the underlying TaN film 28 can be oxidized by using this property to form the tantalum oxide film 32d constituting the dielectric film.

【0057】TaN膜28の酸化条件は種々選択可能で
あるが、600℃以上であれば、酸化タンタル膜32d
を結晶化することができる。このとき、Ru膜34もあ
る程度酸化されるため、その後、水素やアンモニアなど
を含む還元性雰囲気中で熱処理を行えばよい。また、R
u膜34の酸化を防止するため、酸化性雰囲気中で30
0〜400℃程度の熱処理を行ってTaN膜28の表面
に酸化タンタル膜32dを形成した後、非酸化性雰囲気
中で600℃以上の熱処理を行って結晶化してもよい。
Various oxidation conditions for the TaN film 28 can be selected, but if the temperature is 600 ° C. or more, the tantalum oxide film 32 d
Can be crystallized. At this time, since the Ru film 34 is also oxidized to some extent, the heat treatment may be performed in a reducing atmosphere containing hydrogen, ammonia, or the like. Also, R
In order to prevent oxidation of the u film 34, 30
After performing the heat treatment at about 0 to 400 ° C. to form the tantalum oxide film 32 d on the surface of the TaN film 28, the heat treatment may be performed at 600 ° C. or more in a non-oxidizing atmosphere for crystallization.

【0058】次に、図51に示すように、Ru膜34の
上部に、第2のRu膜36を堆積する。ここまでの工程
により、TaN膜28からなる下部電極と、酸化タンタ
ル膜32dからなる誘電体膜と、Ru膜34、36から
なる上部電極とで構成される情報蓄積用容量素子Cが完
成し、メモリセル選択用MISFETQsとこれに直列
に接続された情報蓄積容量素子Cとで構成されるメモリ
セルが略完成する。
Next, as shown in FIG. 51, a second Ru film 36 is deposited on the Ru film 34. Through the steps so far, the information storage capacitor C composed of the lower electrode made of the TaN film 28, the dielectric film made of the tantalum oxide film 32d, and the upper electrode made of the Ru films 34 and 36 is completed. A memory cell composed of the memory cell selecting MISFET Qs and the information storage capacitor C connected in series to this is substantially completed.

【0059】このように、上部電極にRu膜を用いるこ
とにより、上部電極の形成後に誘電体を形成することも
できる。
As described above, by using the Ru film for the upper electrode, a dielectric can be formed after the upper electrode is formed.

【0060】(実施の形態4)本実施形態の製造方法
は、酸化シリコン膜24に溝27を形成するまでの工程
(前記図1〜図37の工程)が前記実施の形態1と同一
であるため、その説明は省略し、以降の工程についての
み説明する。
(Embodiment 4) In the manufacturing method of the present embodiment, the steps up to the formation of the groove 27 in the silicon oxide film 24 (the steps of FIGS. 1 to 37) are the same as those of the first embodiment. Therefore, the description thereof will be omitted, and only the subsequent steps will be described.

【0061】まず、前記図37に示した工程に引き続
き、図52に示すように、溝27が形成された酸化シリ
コン膜24の上部にCVD法で多結晶シリコン膜37を
堆積する。多結晶シリコン膜37は、その下層のプラグ
22を構成する多結晶シリコン膜と同じ導電型(例えば
n型)で構成する。
First, following the step shown in FIG. 37, as shown in FIG. 52, a polycrystalline silicon film 37 is deposited on the silicon oxide film 24 in which the groove 27 is formed by the CVD method. The polycrystalline silicon film 37 has the same conductivity type (for example, n-type) as the polycrystalline silicon film forming the plug 22 thereunder.

【0062】次に、図53に示すように、多結晶シリコ
ン膜37の上部にCVD法でRu膜29を堆積し、続い
て図54に示すように、溝27の内部に絶縁膜30を埋
め込んだ後、絶縁膜30で覆われていない溝27の外部
のRu膜29および多結晶シリコン膜37をドライエッ
チングによって除去することにより、溝27の内部にR
u膜29および多結晶シリコン膜37からなる下部電極
を構成する。
Next, as shown in FIG. 53, a Ru film 29 is deposited on the polycrystalline silicon film 37 by the CVD method, and subsequently, as shown in FIG. 54, the insulating film 30 is embedded in the trench 27. After that, the Ru film 29 and the polycrystalline silicon film 37 outside the groove 27 not covered with the insulating film 30 are removed by dry etching, so that the R
A lower electrode composed of the u film 29 and the polycrystalline silicon film 37 is formed.

【0063】次に、図55に示すように、下部電極が形
成された溝27の内部および酸化シリコン膜24上にT
aN膜35を堆積した後、図56に示すように、酸化性
雰囲気中で熱処理を行い、TaN膜35を酸化タンタル
膜35aとする。
Next, as shown in FIG. 55, T is formed inside the groove 27 where the lower electrode is formed and on the silicon oxide film 24.
After depositing the aN film 35, as shown in FIG. 56, a heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to turn the TaN film 35 into a tantalum oxide film 35a.

【0064】次に、図57に示すように、酸化タンタル
膜35aの上部にCVD法で第2の酸化タンタル膜35
bを堆積した後、酸化タンタル膜35bの上部にRu膜
からなる上部電極33を形成する。ここまでの工程によ
り、情報蓄積用容量素子Cが完成し、メモリセル選択用
MISFETQsとこれに直列に接続された情報蓄積容
量素子Cとで構成されるメモリセルが略完成する。
Next, as shown in FIG. 57, a second tantalum oxide film 35 is formed on the tantalum oxide film 35a by CVD.
After depositing b, an upper electrode 33 made of a Ru film is formed on the tantalum oxide film 35b. Through the steps so far, the information storage capacitance element C is completed, and the memory cell composed of the memory cell selection MISFET Qs and the information storage capacitance element C connected in series to this is substantially completed.

【0065】CVD法で堆積したRu膜の上部にCVD
法で酸化タンタル膜を堆積し、この酸化タンタル膜を熱
処理して結晶化した場合は、(001)に強く配向させ
ることが困難であるが、本実施形態のように、Ru膜2
9上に堆積したTaN膜35を酸化した場合には、(0
01)に配向した酸化タンタル膜35aが得られるた
め、その表面に堆積する第2の酸化タンタル膜35bも
(001)に配向させることができる。
The CVD is performed on the Ru film deposited by the CVD method.
When a tantalum oxide film is deposited by a method and crystallized by heat treatment of the tantalum oxide film, it is difficult to orient (001) strongly. However, as in this embodiment, the Ru film 2
When the TaN film 35 deposited on the substrate 9 is oxidized, (0
Since the tantalum oxide film 35a oriented to (01) is obtained, the second tantalum oxide film 35b deposited on the surface can also be oriented to (001).

【0066】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前記
実施の形態1〜4に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまで
もない。
As described above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described first to fourth embodiments, and does not depart from the gist of the invention. It goes without saying that various changes can be made.

【0067】前記実施の形態1〜4では、DRAMの製
造プロセスに適用した場合について説明したが、汎用D
RAMのみならず、ロジック混載DRAMなどにも適用
することができる。
In the first to fourth embodiments, the case where the present invention is applied to a DRAM manufacturing process has been described.
The present invention can be applied not only to the RAM but also to a logic embedded DRAM.

【0068】[0068]

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
Advantageous effects obtained by typical ones of the inventions disclosed by the present application will be briefly described as follows.
It is as follows.

【0069】上記した実施の形態の代表的な構成によれ
ば、情報蓄積用容量素子の下部電極とその下部のプラグ
との間に高抵抗層ができる不具合を回避することができ
るので、MIM構造の情報蓄積用容量素子を有するDR
AMの信頼性、製造歩留まりを向上させることができ
る。
According to the representative configuration of the above-described embodiment, it is possible to avoid a problem that a high-resistance layer is formed between the lower electrode of the information storage capacitor and the plug therebelow, so that the MIM structure is provided. Having information storage capacitance element
AM reliability and manufacturing yield can be improved.

【0070】また、TaN膜を酸化することによって、
(001)に配向した酸化タンタル膜を形成し、これを
情報蓄積用容量素子の誘電体として用いることにより、
リーク電流の少ないDRAMを実現することができる。
By oxidizing the TaN film,
By forming a (001) -oriented tantalum oxide film and using it as a dielectric of an information storage capacitor,
A DRAM with less leakage current can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部平面図である。
FIG. 1 is a plan view of a principal part of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a DRAM according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 2 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図3】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 3 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図4】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図5】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a principal part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a DRAM according to an embodiment of the present invention;

【図6】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図7】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図8】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図9】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造方
法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図10】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 10 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図11】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部平面図である。
FIG. 11 is a plan view of a principal part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a DRAM according to an embodiment of the present invention;

【図12】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図13】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 13 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図14】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 14 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図15】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 15 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図16】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 16 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図17】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部平面図である。
FIG. 17 is a fragmentary plan view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図18】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 18 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図19】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 19 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図20】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 20 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図21】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 21 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図22】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部平面図である。
FIG. 22 is a plan view of a principal part of a semiconductor substrate, illustrating a method of manufacturing a DRAM according to an embodiment of the present invention;

【図23】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 23 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図24】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 24 is an essential part cross sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図25】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 25 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図26】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部平面図である。
FIG. 26 is a main-portion plan view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図27】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 27 is an essential part cross sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図28】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 28 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図29】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 29 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図30】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 30 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図31】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 31 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図32】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 32 is an essential part cross sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図33】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 33 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図34】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 34 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図35】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部平面図である。
FIG. 35 is an essential part plan view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図36】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 36 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図37】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 37 is an essential part cross sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図38】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 38 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図39】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 39 is an essential part cross sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図40】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 40 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図41】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 41 is an essential part cross sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図42】本発明の一実施の形態であるDRAMの製造
方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 42 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to one embodiment of the present invention;

【図43】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 43 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図44】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 44 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図45】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 45 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図46】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 46 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図47】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 47 is an essential part cross sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図48】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 48 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図49】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 49 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method of manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図50】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 50 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図51】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 51 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図52】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 52 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図53】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 53 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図54】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 54 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図55】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 55 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図56】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 56 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【図57】本発明の他の実施の形態であるDRAMの製
造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
FIG. 57 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate, illustrating the method for manufacturing the DRAM according to another embodiment of the present invention;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 素子分離溝 3 p型ウエル 4 酸化シリコン膜 5 ゲート絶縁膜 6 ゲート電極 7 酸化シリコン膜 8 n型半導体領域(ソース、ドレイン) 9 窒化シリコン膜 10 酸化シリコン膜 11、12 コンタクトホール 13 プラグ 14 酸化シリコン膜 15 スルーホール 16 プラグ 17 酸化シリコン膜 18 窒化シリコン膜 19 スルーホール 20 多結晶シリコン膜 21 サイドウォールスペーサ 22 プラグ 24 酸化シリコン膜 27 溝 28 TaN膜 29 Ru膜 30 絶縁膜 31 下部電極 32a、32b、32c、32d 酸化タンタル膜 33 上部電極 34 Ru膜 35 TaN膜 35a、35b 酸化タンタル膜 36 Ru膜 37 多結晶シリコン膜 BL ビット線 C 情報蓄積容量素子 Qs メモリセル選択用MISFET Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 element isolation groove 3 p-type well 4 silicon oxide film 5 gate insulating film 6 gate electrode 7 silicon oxide film 8 n-type semiconductor region (source, drain) 9 silicon nitride film 10 silicon oxide film 11, 12 contact hole 13 Plug 14 Silicon oxide film 15 Through hole 16 Plug 17 Silicon oxide film 18 Silicon nitride film 19 Through hole 20 Polycrystalline silicon film 21 Side wall spacer 22 Plug 24 Silicon oxide film 27 Groove 28 TaN film 29 Ru film 30 Insulating film 31 Lower electrode 32a, 32b, 32c, 32d Tantalum oxide film 33 Upper electrode 34 Ru film 35 TaN film 35a, 35b Tantalum oxide film 36 Ru film 37 Polycrystalline silicon film BL Bit line C Information storage capacitor Qs MISFET for memory cell selection

フロントページの続き (72)発明者 佐久間 浩 東京都中央区八重洲二丁目2−1 エルピ ーダ・メモリ株式会社内 (72)発明者 平谷 正彦 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 5F083 AD21 AD48 AD49 JA06 JA38 JA39 JA40 MA06 MA18 MA19 MA20 NA01 PR03 PR09 PR12 PR21 PR22 PR33 PR40 Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Sakuma 2-2-1 Yaesu, Chuo-ku, Tokyo Inside Elpida Memory Co., Ltd. (72) Inventor Masahiko Hiratani 1-280 Higashi-Koigabo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Central 5F083 AD21 AD48 AD49 JA06 JA38 JA39 JA40 MA06 MA18 MA19 MA20 NA01 PR03 PR09 PR12 PR21 PR22 PR33 PR40

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁膜に形成された溝の内壁を主たる容
量領域とする、一対の電極とそれらに挟まれた誘電体膜
とからなる容量素子を有する半導体集積回路装置の製造
方法であって、(a)絶縁膜に形成された溝の内表面に
窒化タンタル膜とその上部に形成したルテニウム膜とか
らなる下部電極を形成する工程、(b)前記下部電極の
表面上を含む前記絶縁膜上にCVD法で酸化タンタル膜
を堆積した後、酸素を含む雰囲気中で熱処理を行う工
程、(c)前記(b)工程の後、前記酸化タンタル膜の
上部に上部電極を形成する工程、を有することを特徴と
する半導体集積回路装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a capacitive element comprising a pair of electrodes and a dielectric film sandwiched between the pair of electrodes, wherein the inner wall of a groove formed in an insulating film is a main capacitive region. (A) forming a lower electrode composed of a tantalum nitride film and a ruthenium film formed on the inner surface of a groove formed in the insulating film; (b) the insulating film including a surface of the lower electrode A step of depositing a tantalum oxide film thereon by a CVD method and then performing a heat treatment in an atmosphere containing oxygen; and (c) a step of forming an upper electrode on the tantalum oxide film after the step (b). A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
【請求項2】 絶縁膜に形成された溝の内壁を主たる容
量領域とする、一対の電極とそれらに挟まれた誘電体膜
とからなる容量素子を有する半導体集積回路装置の製造
方法であって、(a)絶縁膜に形成された溝の内表面に
窒化タンタル膜とその上部に形成したルテニウム膜とか
らなる下部電極を形成する工程、(b)前記下部電極の
表面上を含む前記絶縁膜上にCVD法で第1の酸化タン
タル膜を堆積した後、前記第1の酸化タンタル膜の結晶
化と膜質の改善とを図るために、酸素を含む雰囲気中で
熱処理を行う工程、(c)前記第1酸化タンタル膜の上
部にCVD法で第2酸化タンタル膜を形成する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記第2酸化タンタル膜の
上部に上部電極を形成する工程、を有することを特徴と
する半導体集積回路装置の製造方法。
2. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a capacitive element comprising a pair of electrodes and a dielectric film sandwiched between the pair of electrodes, wherein a main capacitive region is an inner wall of a groove formed in an insulating film. (A) forming a lower electrode composed of a tantalum nitride film and a ruthenium film formed on the inner surface of a groove formed in the insulating film; (b) the insulating film including a surface of the lower electrode Depositing a first tantalum oxide film thereon by a CVD method, and then performing a heat treatment in an atmosphere containing oxygen in order to achieve crystallization of the first tantalum oxide film and improve film quality, (c). Forming a second tantalum oxide film on the first tantalum oxide film by a CVD method;
(D) after the step (c), a step of forming an upper electrode on the second tantalum oxide film.
【請求項3】 絶縁膜に形成された溝の内壁を主たる容
量領域とする、一対の電極とそれらに挟まれた誘電体膜
とからなる容量素子を有する半導体集積回路装置の製造
方法であって、 (a)絶縁膜に形成された溝の内表面に窒化タンタル膜
からなる下部電極を形成する工程、(b)酸化性雰囲気
中で熱処理を行うことにより、前記窒化タンタル膜の表
面に酸化タンタル膜を形成する工程、(c)前記酸化タ
ンタル膜の表面に、必要に応じてCVD法で第2の酸化
タンタル膜を堆積した後、前記酸化タンタル膜の上部に
上部電極を形成する工程、を有することを特徴とする半
導体集積回路装置の製造方法。
3. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a capacitive element including a pair of electrodes and a dielectric film sandwiched between the pair of electrodes, wherein a main capacitive region is an inner wall of a groove formed in an insulating film. (A) forming a lower electrode made of a tantalum nitride film on the inner surface of a groove formed in the insulating film; and (b) performing heat treatment in an oxidizing atmosphere to form a tantalum oxide film on the surface of the tantalum nitride film. Forming a film, and (c) depositing a second tantalum oxide film on the surface of the tantalum oxide film, if necessary, by a CVD method, and then forming an upper electrode on the tantalum oxide film. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
【請求項4】 絶縁膜に形成された溝の内壁を主たる容
量領域とする、一対の電極とそれらに挟まれた誘電体膜
とからなる容量素子を有する半導体集積回路装置の製造
方法であって、(a)絶縁膜に形成された溝の内表面に
窒化タンタル膜からなる下部電極を形成する工程、
(b)前記TaN膜の上部に上部電極の一部を構成する
ルテニウム膜を形成する工程、(c)酸化性雰囲気中で
熱処理を行うことにより、前記下部電極を構成する窒化
タンタル膜と前記上部電極の一部を構成するルテニウム
膜との界面に酸化タンタル膜を形成する工程、(d)前
記(c)工程の後、前記ルテニウム膜の上部に前記上部
電極の他の一部を構成する導電膜を形成する工程、を有
することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
4. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a capacitive element including a pair of electrodes and a dielectric film sandwiched between the pair of electrodes, wherein a main capacitive region is an inner wall of a groove formed in an insulating film. (A) forming a lower electrode made of a tantalum nitride film on the inner surface of a groove formed in the insulating film;
(B) a step of forming a ruthenium film constituting a part of the upper electrode on the TaN film; and (c) performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere to form a tantalum nitride film constituting the lower electrode and the upper part. Forming a tantalum oxide film at an interface with a ruthenium film forming a part of the electrode; (d) after the step (c), forming a conductive part forming another part of the upper electrode on the ruthenium film; A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: forming a film.
【請求項5】 絶縁膜に形成された溝の内壁を主たる容
量領域とする、一対の電極とそれらに挟まれた誘電体膜
とからなる容量素子を有する半導体集積回路装置の製造
方法であって、(a)絶縁膜に形成された溝の内表面に
ルテニウム膜を含む下部電極を形成する工程、(b)前
記下部電極の表面上を含む前記絶縁膜上に窒化タンタル
膜を堆積した後、酸化性雰囲気中で熱処理を行うことに
よって、前記窒化タンタル膜を酸化タンタル膜とする工
程、(c)前記酸化タンタル膜の上部にCVD法で第2
酸化タンタル膜を堆積した後、前記第2酸化タンタル膜
の上部に上部電極を形成する工程、を有することを特徴
とする半導体集積回路装置の製造方法。
5. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a capacitive element including a pair of electrodes and a dielectric film sandwiched between the pair of electrodes, wherein the inner wall of a groove formed in the insulating film is a main capacitive region. (A) forming a lower electrode including a ruthenium film on the inner surface of a groove formed in the insulating film; (b) depositing a tantalum nitride film on the insulating film including on the surface of the lower electrode; A step of converting the tantalum nitride film into a tantalum oxide film by performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere;
Forming a tantalum oxide film and then forming an upper electrode on the second tantalum oxide film.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006135339A (en) * 2004-11-08 2006-05-25 Hynix Semiconductor Inc Capacitor for semiconductor device having zirconium oxide film and method for manufacturing the same
US7224016B2 (en) 2003-02-14 2007-05-29 Elpida Memory, Inc. Memory with memory cells that include a MIM type capacitor with a lower electrode made for reduced resistance at an interface with a metal film

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7224016B2 (en) 2003-02-14 2007-05-29 Elpida Memory, Inc. Memory with memory cells that include a MIM type capacitor with a lower electrode made for reduced resistance at an interface with a metal film
JP2006135339A (en) * 2004-11-08 2006-05-25 Hynix Semiconductor Inc Capacitor for semiconductor device having zirconium oxide film and method for manufacturing the same

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