[go: up one dir, main page]

JP2008277659A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2008277659A
JP2008277659A JP2007121776A JP2007121776A JP2008277659A JP 2008277659 A JP2008277659 A JP 2008277659A JP 2007121776 A JP2007121776 A JP 2007121776A JP 2007121776 A JP2007121776 A JP 2007121776A JP 2008277659 A JP2008277659 A JP 2008277659A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
ferroelectric
ferroelectric film
forming
annealing
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.)
Withdrawn
Application number
JP2007121776A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Tsuchide
暁 土手
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.)
Fujitsu Semiconductor Ltd
Original Assignee
Fujitsu Semiconductor Ltd
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 Fujitsu Semiconductor Ltd filed Critical Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority to JP2007121776A priority Critical patent/JP2008277659A/en
Publication of JP2008277659A publication Critical patent/JP2008277659A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

【課題】強誘電体キャパシタを備えた半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】第1層間絶縁膜11の上に第1導電膜23を形成する工程と、第1導電膜23の上に、結晶化した第1強誘電体膜24bを形成する工程と、第1強誘電体膜24bの上に、非晶質の第2強誘電体膜24cを形成する工程と、第2強誘電体膜24cに付着している不純物を除去する工程と、不純物を除去した後、第2強誘電体膜24cの上に第2導電膜25を形成する工程と、第2導電膜25を形成した後、第2強誘電体膜24cを結晶化させる工程と、第1、第2導電膜23、25及び第1、第2強誘電体膜24b、24cをパターニングすることにより、下部電極23a、キャパシタ誘電体膜24a、及び上部電極25aを備えたキャパシタQを形成する工程とを有する半導体装置の製造方法による。
【選択図】図8
A semiconductor device manufacturing method capable of improving the yield of a semiconductor device provided with a ferroelectric capacitor.
A step of forming a first conductive film on a first interlayer insulating film; a step of forming a crystallized first ferroelectric film on the first conductive film; The step of forming an amorphous second ferroelectric film 24c on the first ferroelectric film 24b, the step of removing impurities adhering to the second ferroelectric film 24c, and removing the impurities A step of forming a second conductive film 25 on the second ferroelectric film 24c; a step of crystallizing the second ferroelectric film 24c after forming the second conductive film 25; Forming the capacitor Q including the lower electrode 23a, the capacitor dielectric film 24a, and the upper electrode 25a by patterning the second conductive films 23 and 25 and the first and second ferroelectric films 24b and 24c; According to a method for manufacturing a semiconductor device having
[Selection] Figure 8

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

近年、デジタル技術の進展に伴い、大容量のデータを高速に保存したり読み出したりすることが可能な不揮発性メモリの開発が進められている。   In recent years, with the advancement of digital technology, development of a nonvolatile memory capable of storing and reading a large amount of data at high speed has been advanced.

そのような不揮発性メモリとしては、フラッシュメモリや強誘電体メモリが知られている。   As such a nonvolatile memory, a flash memory and a ferroelectric memory are known.

このうち、強誘電体メモリは、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)とも呼ばれ、強誘電体キャパシタが備える強誘電体膜のヒステリシス特性を利用して情報を記憶し、フラッシュメモリよりも低電圧動作が可能であるという利点を有する。   Among these, the ferroelectric memory is also called FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory), which stores information using the hysteresis characteristics of the ferroelectric film provided in the ferroelectric capacitor, and operates at a lower voltage than the flash memory. It has the advantage of being possible.

その強誘電体メモリの回路方式には1T1C方式と2T2C方式とがあるが、キャパシタ面積を縮小して高集積化を図るという点では1T1C方式の方が優れている。   There are a 1T1C system and a 2T2C system as the circuit system of the ferroelectric memory, but the 1T1C system is superior in that the capacitor area is reduced to achieve high integration.

このようにキャパシタ面積を縮小する場合であっても、強誘電体キャパシタの動作電圧を更に低くするためには、キャパシタ誘電体膜を薄膜化し、強誘電体キャパシタの分極反転電圧を低くする必要がある。   Even when the capacitor area is reduced as described above, in order to further reduce the operating voltage of the ferroelectric capacitor, it is necessary to make the capacitor dielectric film thinner and to lower the polarization inversion voltage of the ferroelectric capacitor. is there.

但し、単にキャパシタ誘電体膜を薄膜化し、現状と同じ電圧をキャパシタに印加したのでは、キャパシタ誘電体膜にかかる電界が現状よりも大きくなり、キャパシタ誘電体膜におけるリーク電流が増大するおそれがある。   However, if the capacitor dielectric film is simply thinned and the same voltage as the current voltage is applied to the capacitor, the electric field applied to the capacitor dielectric film may be larger than the current voltage, which may increase the leakage current in the capacitor dielectric film. .

キャパシタ誘電体膜で発生するリーク電流の原因は、主に、キャパシタ誘電体膜中の結晶粒界に存在する空隙であると考えられる。   It is considered that the cause of the leakage current generated in the capacitor dielectric film is mainly a void existing at a crystal grain boundary in the capacitor dielectric film.

通常、強誘電体膜を備えた強誘電体キャパシタの形成方法では、強誘電体膜を結晶化させるための結晶化アニールが行われる。結晶化アニールが施された強誘電体膜は、膜中の結晶粒界に空隙を有する。そして、上部電極を形成する際に、この空隙に上部電極が埋め込まれることにより、強誘電体膜の実効膜厚が薄くなり、リーク電流の増大が生じると考えられる。   In general, in a method for forming a ferroelectric capacitor having a ferroelectric film, crystallization annealing is performed to crystallize the ferroelectric film. The ferroelectric film subjected to crystallization annealing has voids at crystal grain boundaries in the film. Then, when the upper electrode is formed, the upper electrode is embedded in the gap, so that the effective film thickness of the ferroelectric film is reduced, and the leakage current is increased.

従って、この空隙を減らすことでリーク電流が低減され、薄膜化しても実使用に耐え得る程度にリーク電流が低減された強誘電体膜を得ることができる。   Therefore, by reducing the gap, the leakage current is reduced, and a ferroelectric film with a leakage current reduced to such an extent that it can withstand actual use even if the thickness is reduced can be obtained.

この点に鑑み、特許文献1では、結晶化した第1強誘電体膜と非晶質の第2強誘電体膜との積層膜をキャパシタ誘電体膜としている。そして、第2強誘電体膜の上に上部電極用の導電膜を形成した後、非晶質の第2強誘電体膜に対して結晶化アニールを行うことにより、該第2強誘電体膜を結晶化している。   In view of this point, in Patent Document 1, a laminated film of a crystallized first ferroelectric film and an amorphous second ferroelectric film is used as a capacitor dielectric film. Then, after forming a conductive film for the upper electrode on the second ferroelectric film, the second ferroelectric film is subjected to crystallization annealing for the amorphous second ferroelectric film. Is crystallized.

これによれば、第1強誘電体膜中の空隙が非晶質の第2強誘電体膜によって埋め込まれるため、第1強誘電体膜の空隙が原因で発生するリーク電流を低減できる。   According to this, since the gap in the first ferroelectric film is filled with the amorphous second ferroelectric film, the leakage current generated due to the gap in the first ferroelectric film can be reduced.

しかしながら、非晶質の第2強誘電体膜は、大気中の物質を吸収し易く、またアニールによる収縮率も大きい。そのため、第2強誘電体膜の表層の汚染や、結晶化アニールの際に第2強誘電体膜から発生する脱ガス、更には結晶化アニール時に第2強誘電体膜に発生するストレス等によって、第2強誘電体膜と上部電極との密着性が低下し、上部電極の剥がれや浮きが生じてしまう。これにより、キャパシタの形状不良やパターン飛び等の不良が発生し、ひいては半導体装置の歩留まりが低下してしまう。   However, the amorphous second ferroelectric film easily absorbs substances in the atmosphere and has a large shrinkage rate due to annealing. Therefore, due to contamination of the surface layer of the second ferroelectric film, degassing generated from the second ferroelectric film during crystallization annealing, and stress generated in the second ferroelectric film during crystallization annealing, etc. The adhesion between the second ferroelectric film and the upper electrode is lowered, and the upper electrode is peeled off or floated. As a result, defects such as capacitor shape defects and pattern jumps occur, and as a result, the yield of the semiconductor device decreases.

そのような問題を回避するため、上部電極を形成する前に第2強誘電体膜を結晶化しておくことも考えられる。   In order to avoid such a problem, it is conceivable to crystallize the second ferroelectric film before forming the upper electrode.

しかし、これでは、結晶化した第2強誘電体膜の結晶粒界に空隙が形成され、その空隙に上部電極の材料が埋め込まれてリークパスが形成されるので、キャパシタ誘電体膜を二層構造にしてリーク電流を防止するという元々の目的が達成できなくなってしまう。   However, in this case, a gap is formed in the crystal grain boundary of the crystallized second ferroelectric film, and the upper electrode material is embedded in the gap to form a leak path. Thus, the original purpose of preventing the leakage current cannot be achieved.

この他に、本願に関連する技術が下記の特許文献2、3にも開示されている。   In addition, techniques related to the present application are also disclosed in Patent Documents 2 and 3 below.

そのうち、特許文献2では、大気から遮断された雰囲気中で下部電極膜、強誘電体膜、及び上部電極膜を形成することにより、大気によって強誘電体膜が汚染されるのを防いでいる(段落番号0026)。   Among them, in Patent Document 2, the lower electrode film, the ferroelectric film, and the upper electrode film are formed in an atmosphere cut off from the atmosphere to prevent the ferroelectric film from being contaminated by the atmosphere ( Paragraph number 0026).

また、特許文献3では、上部電極の上に保護膜が形成された状態でアニールを行うことにより、上部電極にヒロックが形成されるのを防止しつつ、プロセス中に強誘電体膜が受けたダメージを回復している(段落番号0034)。
特開2006−318941号公報 特開平11−54721号公報 特開2006−222227号公報
In Patent Document 3, the ferroelectric film is received during the process while annealing is performed in a state where the protective film is formed on the upper electrode to prevent hillocks from being formed on the upper electrode. Damage has been recovered (paragraph number 0034).
JP 2006-318941 A JP-A-11-54721 JP 2006-222227 A

本発明の目的は、強誘電体キャパシタを備えた半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of improving the yield of a semiconductor device provided with a ferroelectric capacitor.

本発明の一観点によれば、半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上に第1導電膜を形成する工程と、前記第1導電膜の上に、結晶化した第1強誘電体膜を形成する工程と、前記第1強誘電体膜の上に、非晶質の第2強誘電体膜を形成する工程と、前記第2強誘電体膜の結晶化温度よりも低い基板温度で前記第2強誘電体膜をアニールする工程と、前記第2強誘電体膜の上に第2導電膜を形成する工程と、前記第2導電膜を形成した後、前記第2強誘電体膜を結晶化させる工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。   According to one aspect of the present invention, a step of forming an insulating film over a semiconductor substrate, a step of forming a first conductive film on the insulating film, and crystallization on the first conductive film A step of forming a first ferroelectric film; a step of forming an amorphous second ferroelectric film on the first ferroelectric film; and a crystallization temperature of the second ferroelectric film. Annealing the second ferroelectric film at a lower substrate temperature, forming a second conductive film on the second ferroelectric film, and after forming the second conductive film, There is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a step of crystallizing a second ferroelectric film.

このように第2強誘電体膜をアニールすることにより、第2強誘電体膜に吸着した大気中の不純物が除去されたり、不純物が第2強誘電体膜に吸着し難くなったりするので、不純物が原因で発生する下部電極とキャパシタ誘電体膜との密着力の低下が防止され、プロセス中に下部電極が剥離するのを抑制することが可能となる。   By annealing the second ferroelectric film in this way, impurities in the atmosphere adsorbed on the second ferroelectric film are removed, or impurities are difficult to adsorb on the second ferroelectric film. The lowering of the adhesion between the lower electrode and the capacitor dielectric film caused by impurities can be prevented, and the lower electrode can be prevented from peeling off during the process.

そのアニールは、例えば、水素が排除された非プラズマ雰囲気やプラズマ雰囲気で行うのが好ましい。   The annealing is preferably performed, for example, in a non-plasma atmosphere or a plasma atmosphere from which hydrogen is excluded.

この場合、アニール時の基板温度が第2強誘電体膜の結晶化温度以上だと、下部電極の形成前に第2強誘電体膜が結晶化し、下部電極を形成する際に該下部電極の材料が第2強誘電体膜の結晶粒界に入り込んでリークパスが形成されてしまう。よって、アニール時の基板温度は第2強誘電体膜の結晶化温度よりも低い温度に設定する必要がある。   In this case, if the substrate temperature at the time of annealing is equal to or higher than the crystallization temperature of the second ferroelectric film, the second ferroelectric film is crystallized before the lower electrode is formed, and the lower electrode is formed when the lower electrode is formed. The material enters the crystal grain boundary of the second ferroelectric film and a leak path is formed. Therefore, it is necessary to set the substrate temperature during annealing to a temperature lower than the crystallization temperature of the second ferroelectric film.

また、本発明の別の観点によれば、半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上に第1導電膜を形成する工程と、前記第1導電膜の上に、結晶化した第1強誘電体膜を形成する工程と、前記第1強誘電体膜の上に、非晶質の第2強誘電体膜を形成する工程と、前記第2強誘電体膜の表面を水洗する工程と、前記水洗の後、前記第2強誘電体膜の上に第2導電膜を形成する工程と、前記第2導電膜を形成した後、前記第2強誘電体膜を結晶化させる工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, a step of forming an insulating film above a semiconductor substrate, a step of forming a first conductive film on the insulating film, and on the first conductive film, A step of forming a crystallized first ferroelectric film, a step of forming an amorphous second ferroelectric film on the first ferroelectric film, and a step of forming the second ferroelectric film. A step of washing the surface with water, a step of forming a second conductive film on the second ferroelectric film after the water washing, and a step of forming the second conductive film, and then forming the second ferroelectric film. There is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a step of crystallizing.

このように第2強誘電体膜を水洗することで、第2強誘電体膜に吸着した大気中の不純物が除去されるので、その不純物が原因でプロセス中に下部電極が剥離するのを抑制することが可能となる。   By washing the second ferroelectric film with water in this way, impurities in the atmosphere adsorbed on the second ferroelectric film are removed, so that the lower electrode is prevented from peeling during the process due to the impurities. It becomes possible to do.

本発明によれば、第2強誘電体膜に対してアニールや水洗を行うので、第2強誘電体膜の不純物が原因でキャパシタ誘電体膜と上部電極との密着性が低下するのを防止でき、上部電極の剥離に伴う歩留まりの低下を抑制することが可能となる。   According to the present invention, since the second ferroelectric film is annealed or washed with water, it is possible to prevent the adhesion between the capacitor dielectric film and the upper electrode from being deteriorated due to impurities in the second ferroelectric film. It is possible to suppress a decrease in yield due to peeling of the upper electrode.

次に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(1)第1実施形態
図1〜図7は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。
(1) First Embodiment FIGS. 1 to 7 are cross-sectional views in the course of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

この半導体装置は、プレーナ型のFeRAMであって、以下のようにして作製される。   This semiconductor device is a planar-type FeRAM and is manufactured as follows.

最初に、図1(a)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。   First, steps required until a sectional structure shown in FIG.

まず、n型又はp型のシリコン(半導体)基板1の表面を熱酸化することにより素子分離絶縁膜2を形成し、この素子分離絶縁膜2でトランジスタの活性領域を画定する。このような素子分離構造はLOCOS(Local Oxidation of Silicon)と呼ばれるが、これに代えてSTI(Shallow Trench Isolation)を採用してもよい。   First, an element isolation insulating film 2 is formed by thermally oxidizing the surface of an n-type or p-type silicon (semiconductor) substrate 1, and an active region of the transistor is defined by the element isolation insulating film 2. Such an element isolation structure is called LOCOS (Local Oxidation of Silicon), but STI (Shallow Trench Isolation) may be adopted instead.

次いで、シリコン基板1の活性領域にp型不純物、例えばボロンを導入してpウェル3を形成した後、その活性領域の表面を熱酸化することにより、ゲート絶縁膜4となる熱酸化膜を約6〜7nmの厚さに形成する。   Next, after a p-type impurity such as boron is introduced into the active region of the silicon substrate 1 to form the p-well 3, the surface of the active region is thermally oxidized, so that a thermal oxide film that becomes the gate insulating film 4 is reduced to about It is formed to a thickness of 6-7 nm.

続いて、シリコン基板1の上側全面に、厚さ約50nmの非晶質シリコン膜と厚さ約150nmのタングステンシリサイド膜を順に形成する。なお、非晶質シリコン膜に代えて多結晶シリコン膜を形成してもよい。その後に、フォトリソグラフィによりこれらの膜をパターニングして、シリコン基板1上にゲート電極5を形成する。   Subsequently, an amorphous silicon film having a thickness of about 50 nm and a tungsten silicide film having a thickness of about 150 nm are sequentially formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1. Note that a polycrystalline silicon film may be formed instead of the amorphous silicon film. Thereafter, these films are patterned by photolithography to form the gate electrode 5 on the silicon substrate 1.

そのゲート絶縁膜5は、pウェル3上に互いに平行に二つ形成され、その各々はワード線の一部を構成する。   Two gate insulating films 5 are formed in parallel to each other on the p-well 3, each of which constitutes a part of a word line.

更に、ゲート電極5をマスクにするイオン注入により、ゲート電極5の横のシリコン基板1にn型不純物としてリンを導入し、第1、第2ソース/ドレインエクステンション6a、6bを形成する。   Further, phosphorus is introduced as an n-type impurity into the silicon substrate 1 beside the gate electrode 5 by ion implantation using the gate electrode 5 as a mask to form first and second source / drain extensions 6a and 6b.

その後に、シリコン基板1の上側全面に絶縁膜を形成し、その絶縁膜をエッチバックしてゲート電極5の横に絶縁性サイドウォール7として残す。その絶縁膜として、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により酸化シリコン膜を形成する。   Thereafter, an insulating film is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1, and the insulating film is etched back to leave an insulating sidewall 7 beside the gate electrode 5. As the insulating film, a silicon oxide film is formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

続いて、この絶縁性サイドウォール7とゲート電極5をマスクにしながら、シリコン基板1に砒素等のn型不純物を再びイオン注入することにより、ゲート電極5の側方のシリコン基板1に第1、第2ソース/ドレイン領域8a、8bを形成する。   Subsequently, n-type impurities such as arsenic are ion-implanted again into the silicon substrate 1 while using the insulating sidewalls 7 and the gate electrode 5 as a mask, so that the first, Second source / drain regions 8a and 8b are formed.

更に、シリコン基板1の上側全面に、スパッタ法によりコバルト膜等の高融点金属膜を形成する。そして、その高融点金属膜を加熱させてシリコンと反応させることにより、第1、第2ソース/ドレイン領域8a、8bにおけるシリコン基板1上にコバルトシリサイド層等の高融点金属シリサイド層9を形成し、各ソース/ドレイン領域8a、8bを低抵抗化する。   Further, a refractory metal film such as a cobalt film is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1 by sputtering. Then, the refractory metal film is heated and reacted with silicon to form a refractory metal silicide layer 9 such as a cobalt silicide layer on the silicon substrate 1 in the first and second source / drain regions 8a and 8b. The resistance of each source / drain region 8a, 8b is reduced.

その後に、素子分離絶縁膜2の上等で未反応となっている高融点金属膜をウエットエッチングして除去する。   Thereafter, the refractory metal film which has not reacted on the element isolation insulating film 2 or the like is removed by wet etching.

ここまでの工程により、シリコン基板1の活性領域には、ゲート絶縁膜4、ゲート電極5、及び第1、第2ソース/ドレイン領域8a、8b等によって構成される第1、第2MOSトランジスタTR1、TR2が形成されたことになる。 Through the steps so far, the active region of the silicon substrate 1 includes the first and second MOS transistors TR 1 including the gate insulating film 4, the gate electrode 5, and the first and second source / drain regions 8 a and 8 b. , TR 2 is formed.

次に、図1(b)に示すように、シリコン基板1の上側全面に、プラズマCVD法で酸窒化シリコン(SiON)膜を厚さ約200nmに形成し、それを酸化防止絶縁膜10とする。   Next, as shown in FIG. 1B, a silicon oxynitride (SiON) film having a thickness of about 200 nm is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1 by a plasma CVD method. .

更に、TEOS(tetra ethoxy silane)ガスを使用するプラズマCVD法により、この酸化防止絶縁膜10の上に第1層間絶縁膜11として酸化シリコン(SiO2)膜を厚さ約600nmに形成する。 Further, a silicon oxide (SiO 2 ) film having a thickness of about 600 nm is formed as a first interlayer insulating film 11 on the antioxidant insulating film 10 by plasma CVD using TEOS (tetra ethoxy silane) gas.

その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法で第1層間絶縁膜11を研磨してその上面を平坦化する。このCMPにより、シリコン基板1の表面から第1層間絶縁膜11の表面まで、約785nmの膜厚となる。   Thereafter, the first interlayer insulating film 11 is polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing) to flatten the upper surface. By this CMP, the film thickness from the surface of the silicon substrate 1 to the surface of the first interlayer insulating film 11 becomes about 785 nm.

次いで、窒素雰囲気中で基板温度を650℃とするアニールを第1層間絶縁膜11に対して30分間行うことにより第1層間絶縁膜11の脱ガスを行う。   Next, the first interlayer insulating film 11 is degassed by annealing the first interlayer insulating film 11 for 30 minutes in a nitrogen atmosphere at a substrate temperature of 650 ° C.

更に、第1層間絶縁膜11の上に、下部電極密着膜12としてスパッタ法によりアルミナ(Al2O3)膜を20nm程度の厚さに形成する。 Further, an alumina (Al 2 O 3 ) film having a thickness of about 20 nm is formed on the first interlayer insulating film 11 as the lower electrode adhesion film 12 by sputtering.

次に、図1(c)に示すように、下部電極密着膜12の上に、スパッタ法により第1導電膜23としてプラチナ膜を厚さ約150nmに形成する。なお、プラチナ膜に代えて、イリジウム膜、ルテニウム膜、酸化ルテニウム(RuO2)膜、及びSrRuO3膜のいずれかの単層膜、或いはこれらの積層膜で第1導電膜23を構成してもよい。 Next, as shown in FIG. 1C, a platinum film having a thickness of about 150 nm is formed on the lower electrode adhesion film 12 as a first conductive film 23 by sputtering. Instead of the platinum film, the first conductive film 23 may be composed of a single layer film of any of an iridium film, a ruthenium film, a ruthenium oxide (RuO 2 ) film, and a SrRuO 3 film, or a laminated film thereof. Good.

また、第1導電膜23を形成する前に下部電極密着膜12を形成したので、第1導電膜23と第1層間絶縁膜11との密着力が高められる。   In addition, since the lower electrode adhesion film 12 is formed before the first conductive film 23 is formed, the adhesion between the first conductive film 23 and the first interlayer insulating film 11 is enhanced.

次に、図2(a)に示すように、PZTターゲットを用いるRF(Radio Frequency)スパッタ法により、第1導電膜23の上に第1強誘電体膜24bとしてPZT(Pb(Zrx, Ti1-x)O3(0≦x≦1))膜を厚さ約90nmに形成する。 Next, as shown in FIG. 2A, PZT (Pb (Zr x , Ti) is formed as a first ferroelectric film 24b on the first conductive film 23 by RF (Radio Frequency) sputtering using a PZT target. A 1-x ) O 3 (0 ≦ x ≦ 1)) film is formed to a thickness of about 90 nm.

第1強誘電体膜24bはPZTに限定されない。PZTにCa、Sr、La、Nb、Ta、Ir、及びWのいずれかを添加した材料で第1強誘電体膜24bを構成してもよい。更に、(Bi1-xRx)Ti3O12(Rは希土類元素で0<x<1)、SrBi2Ta2O9(SBT)、及びSrBi4Ti4O15等のBi層状化合物で第1強誘電体膜24bを構成してもよい。 The first ferroelectric film 24b is not limited to PZT. The first ferroelectric film 24b may be made of a material obtained by adding any of Ca, Sr, La, Nb, Ta, Ir, and W to PZT. Further, (Bi 1-x R x ) Ti 3 O 12 (R is a rare earth element 0 <x <1), SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT), and Bi layered compounds such as SrBi 4 Ti 4 O 15 The first ferroelectric film 24b may be configured.

また、第1強誘電体膜24bの成膜方法もスパッタ法に限定されず、ゾル・ゲル法やMOCVD(Metal Organic CVD)法で第1強誘電体膜24bを形成するようにしてもよい。   The film formation method of the first ferroelectric film 24b is not limited to the sputtering method, and the first ferroelectric film 24b may be formed by a sol-gel method or a MOCVD (Metal Organic CVD) method.

ところで、このようにスパッタ法で形成された第1強誘電体膜24bは、成膜直後では結晶化しておらず非晶質の状態となっており、強誘電体特性に乏しい。   By the way, the first ferroelectric film 24b formed by the sputtering method as described above is not crystallized immediately after the film formation and is in an amorphous state and has poor ferroelectric characteristics.

そこで、第1強誘電体膜24bを結晶化させるため、図2(b)に示すように、第1強誘電体膜24bに対して結晶化アニールを施す。その結晶化アニールは、酸素含有雰囲気、例えば酸素濃度が1.25%となるように調整された酸素とアルゴンよりなる雰囲気においてRTA(Rapid Thermal Anneal)により行われ、基板温度は600℃、処理時間は90秒とされる。   Therefore, in order to crystallize the first ferroelectric film 24b, as shown in FIG. 2B, crystallization annealing is performed on the first ferroelectric film 24b. The crystallization annealing is performed by RTA (Rapid Thermal Anneal) in an oxygen-containing atmosphere, for example, an atmosphere composed of oxygen and argon adjusted to have an oxygen concentration of 1.25%, the substrate temperature is 600 ° C., and the processing time. Is 90 seconds.

これにより、第1強誘電体膜24bは結晶化し、その膜中にPZT結晶粒が多数形成される。   As a result, the first ferroelectric film 24b is crystallized, and a large number of PZT crystal grains are formed in the film.

なお、MOCVD法により第1強誘電体膜24bを形成する場合は、第1強誘電体膜24bは成膜の時点で結晶化しているので、上記の結晶化アニールは不要である。   When the first ferroelectric film 24b is formed by the MOCVD method, the first ferroelectric film 24b is crystallized at the time of film formation, and thus the above crystallization annealing is not necessary.

次に、図3(a)に示すように、第1強誘電体膜24bの上に、RFスパッタ法により第2強誘電体膜24cとして非晶質のPZT膜を厚さ約30nmに形成する。   Next, as shown in FIG. 3A, an amorphous PZT film having a thickness of about 30 nm is formed on the first ferroelectric film 24b as the second ferroelectric film 24c by RF sputtering. .

第2強誘電体膜24cはPZT膜に限定されず、PZTにCa、Sr、La、Nb、Ta、Ir、及びWのいずれかを添加した材料で第1強誘電体膜24bを構成してもよい。更に、(Bi1-xRx)Ti3O12(Rは希土類元素で0<x<1)、SrBi2Ta2O9(SBT)、及びSrBi4Ti4O15等のBi層状化合物で第1強誘電体膜24bを構成してもよい。 The second ferroelectric film 24c is not limited to a PZT film, and the first ferroelectric film 24b is made of a material obtained by adding any of Ca, Sr, La, Nb, Ta, Ir, and W to PZT. Also good. Further, (Bi 1-x R x ) Ti 3 O 12 (R is a rare earth element 0 <x <1), SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT), and Bi layered compounds such as SrBi 4 Ti 4 O 15 The first ferroelectric film 24b may be configured.

これらの材料のうち、第1強誘電体膜24bと同じ材料で第2強誘電体膜24cを構成するのが好ましい。   Of these materials, the second ferroelectric film 24c is preferably made of the same material as the first ferroelectric film 24b.

このように第2強誘電体膜24cを形成した後は、その上に上部電極用の第2導電膜を形成する工程に移る。   After the second ferroelectric film 24c is thus formed, the process proceeds to a process of forming a second conductive film for the upper electrode on the second ferroelectric film 24c.

なお、この例では、第2強誘電体膜24cを形成するためのスパッタチャンバと、その第2導電膜を形成するためのスパッタチャンバとが、クリーンルーム内においてそれぞれ別々の半導体製造装置に設けられていることを前提としている。   In this example, a sputtering chamber for forming the second ferroelectric film 24c and a sputtering chamber for forming the second conductive film are provided in separate semiconductor manufacturing apparatuses in the clean room. It is assumed that

そのため、第2強誘電体膜24cを形成した後、シリコン基板1は、第2導電膜用のスパッタチャンバに搬送するために一旦大気に曝されることになる。   Therefore, after forming the second ferroelectric film 24c, the silicon substrate 1 is once exposed to the atmosphere in order to be transferred to the sputtering chamber for the second conductive film.

しかしながら、このようにシリコン基板1が大気に曝されると、大気中の有機物等の不純物が非晶質の第2強誘電体膜24cに吸着し、第2強誘電体膜24cと上記の第2導電膜との密着性が低下する恐れがある。   However, when the silicon substrate 1 is exposed to the atmosphere in this way, impurities such as organic substances in the atmosphere are adsorbed to the amorphous second ferroelectric film 24c, and the second ferroelectric film 24c and the above-described first 2 Adhesiveness with the conductive film may be reduced.

そこで、本実施形態では、図3(b)に示すように、大気搬送時に第2強誘電体膜24cに付着した不純物を除去するために、非プラズマ雰囲気中において第2強誘電体膜24cをアニールする。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3B, the second ferroelectric film 24c is formed in a non-plasma atmosphere in order to remove impurities attached to the second ferroelectric film 24c during atmospheric transfer. Anneal.

そのアニールは、圧力が約5.0×10-6Paの減圧雰囲気において、基板温度を100〜350℃、例えば150℃とし、60秒間行われる。 The annealing is performed for 60 seconds in a reduced-pressure atmosphere having a pressure of about 5.0 × 10 −6 Pa at a substrate temperature of 100 to 350 ° C., for example, 150 ° C.

このアニール雰囲気は特に限定されない。但し、雰囲気中に水素等の還元性物質が存在すると、これらの物質によって第1、第2強誘電体膜24b、24cが還元されてその強誘電体特性が劣化してしまう。従って、水素が排除された雰囲気内で上記のアニールを行うのが好ましい。そのような雰囲気としては、例えば、Ar、N2、及びO2のいずれかの雰囲気がある。これらのうち、O2雰囲気中でアニールを行うと、第1、第2強誘電体膜24b、24cの酸素欠損が補われるという利点も得られる。 This annealing atmosphere is not particularly limited. However, when a reducing substance such as hydrogen is present in the atmosphere, the first and second ferroelectric films 24b and 24c are reduced by these substances, and the ferroelectric characteristics thereof are deteriorated. Therefore, it is preferable to perform the above annealing in an atmosphere from which hydrogen is excluded. As such an atmosphere, for example, there is any atmosphere of Ar, N 2 , and O 2 . Among these, if annealing is performed in an O 2 atmosphere, there is also an advantage that oxygen vacancies in the first and second ferroelectric films 24b and 24c are compensated.

また、雰囲気の圧力は大気圧でもよいが、上記のように減圧下でアニールを行う方が、第2強誘電体膜24cに付着している有機物等の不純物を除去し易い。   The atmospheric pressure may be atmospheric pressure, but it is easier to remove impurities such as organic substances adhering to the second ferroelectric film 24c when annealing is performed under reduced pressure as described above.

ここで、このアニール時の基板温度をPZTの結晶化温度以上とすると、アニールによって第2強誘電体膜24cが結晶化してしまう。こうなると、第2強誘電体膜24c上に後述の第2導電膜を形成する際、第2強誘電体膜24cの結晶粒界に入り込んだ第2導電膜の材料によってリークパスが形成されてしまう。   Here, if the substrate temperature during the annealing is equal to or higher than the crystallization temperature of PZT, the second ferroelectric film 24c is crystallized by the annealing. In this case, when a second conductive film described later is formed on the second ferroelectric film 24c, a leak path is formed by the material of the second conductive film that has entered the crystal grain boundary of the second ferroelectric film 24c. .

従って、第2強誘電体膜24cにおけるリーク電流を低減するため、このアニールの基板温度は、第2強誘電体膜24cの結晶化温度よりも低い温度にする必要がある。本実施形態のように第2強誘電体膜24cをPZTで形成する場合は、PZTの結晶化温度である450℃よりも低い温度でアニールをする必要がある。   Therefore, in order to reduce the leakage current in the second ferroelectric film 24c, the substrate temperature of this annealing needs to be lower than the crystallization temperature of the second ferroelectric film 24c. When the second ferroelectric film 24c is formed of PZT as in this embodiment, it is necessary to anneal at a temperature lower than 450 ° C., which is the crystallization temperature of PZT.

更に、このアニールの方法も特に限定されない。例えば、加熱用チャンバ、又はスパッタチャンバのステージを流用してアニールを行ってもよいし、RTAチャンバや炉を用いてアニールを行ってもよい。   Further, the annealing method is not particularly limited. For example, annealing may be performed using a stage of a heating chamber or a sputtering chamber, or annealing may be performed using an RTA chamber or a furnace.

続いて、このアニールを終了した後、図4(a)に示すように、第2強誘電体膜24cの上に第2導電膜25としてスパッタ法により酸化イリジウム膜を厚さ約50nmに形成する。   Subsequently, after this annealing is finished, as shown in FIG. 4A, an iridium oxide film is formed on the second ferroelectric film 24c as a second conductive film 25 by sputtering to a thickness of about 50 nm. .

本実施形態では、図3(b)の工程において第2強誘電体膜24cが吸収した大気中の不純物をアニールにより予め除去しておいたので、該不純物によって第2強誘電体膜24cと第2導電膜25との密着性が低下するのを防止できる。   In the present embodiment, since the atmospheric impurities absorbed by the second ferroelectric film 24c in the step of FIG. 3B are previously removed by annealing, the second ferroelectric film 24c and the second ferroelectric film 24c are removed by the impurities. It can prevent that adhesiveness with 2 electrically conductive film 25 falls.

その後に、酸素含有雰囲気中において第2強誘電体膜24cに対する結晶化アニールを行うことにより、非晶質の第2強誘電体膜24cを結晶化させると共に、その下の第1強誘電体膜24bの結晶性を更に高める。   Thereafter, crystallization annealing is performed on the second ferroelectric film 24c in an oxygen-containing atmosphere to crystallize the amorphous second ferroelectric film 24c, and the first ferroelectric film below the second ferroelectric film 24c is crystallized. The crystallinity of 24b is further increased.

このアニールの条件は特に限定されないが、本実施形態では基板温度を708℃、処理時間を20秒とする。更に、アニールが行われる酸素含有雰囲気として、酸素濃度が1%に調整された酸素ガスとアルゴンガスとの混合雰囲気を用いる。   Although the annealing conditions are not particularly limited, in this embodiment, the substrate temperature is 708 ° C. and the processing time is 20 seconds. Further, as an oxygen-containing atmosphere in which annealing is performed, a mixed atmosphere of oxygen gas and argon gas whose oxygen concentration is adjusted to 1% is used.

このように第2導電膜25が形成された状態で第2強誘電体膜24cを結晶化することにより、第2導電膜25を構成する酸化イリジウムが第2強誘電体膜24cの結晶粒界に入り込むのを防止でき、酸化イリジウムによって第2強誘電体膜24cにリークパスが形成されるのを抑制することができる。   When the second ferroelectric film 24c is crystallized in the state where the second conductive film 25 is formed in this way, iridium oxide constituting the second conductive film 25 becomes a crystal grain boundary of the second ferroelectric film 24c. Intrusion can be prevented, and the formation of a leak path in the second ferroelectric film 24c due to iridium oxide can be suppressed.

また、このアニールにより、第2導電膜25を通じて酸素が第2強誘電体膜24cに供給され、第2強誘電体膜24cの酸素欠損が補われるという利点も得られる。   Further, this annealing also provides an advantage that oxygen is supplied to the second ferroelectric film 24c through the second conductive film 25 and oxygen deficiency of the second ferroelectric film 24c is compensated.

このような利点を得るために、第2導電膜25の厚さは酸素が透過しやすいように薄く、例えば10〜100nmとするのが好ましい。   In order to obtain such advantages, the thickness of the second conductive film 25 is preferably thin so that oxygen can easily pass through, for example, 10 to 100 nm.

但し、このように薄い第2導電膜25が第2強誘電体膜24c上に形成されただけでは、後のエッチング工程等におけるダメージが第2導電膜25だけで吸収しきれず、第1、2強誘電体膜24b、24cが劣化する恐れがある。   However, if the thin second conductive film 25 is formed on the second ferroelectric film 24c in this way, damage in the subsequent etching process or the like cannot be absorbed by the second conductive film 25 alone, and the first and second films The ferroelectric films 24b and 24c may be deteriorated.

そこで、次の工程では、図4(b)に示すように、第1、第2強誘電体膜24b、24cを保護するための導電性保護膜26として、第2導電膜25の上にスパッタ法で酸化イリジウム膜を厚さ約200nmに形成する。   Therefore, in the next step, as shown in FIG. 4B, sputtering is performed on the second conductive film 25 as the conductive protective film 26 for protecting the first and second ferroelectric films 24b and 24c. By this method, an iridium oxide film is formed to a thickness of about 200 nm.

次に、図5(a)に示すように、第1導電膜23、第1、第2強誘電体膜24b、24c、及び第2導電膜25を別々にパターニングする。   Next, as shown in FIG. 5A, the first conductive film 23, the first and second ferroelectric films 24b and 24c, and the second conductive film 25 are separately patterned.

これにより、シリコン基板1のセル領域には、下部電極23a、キャパシタ誘電体膜24a、及び上部電極25aをこの順に積層してなるキャパシタQが形成される。   Thus, a capacitor Q is formed in the cell region of the silicon substrate 1 by laminating the lower electrode 23a, the capacitor dielectric film 24a, and the upper electrode 25a in this order.

なお、下部電極23aは、キャパシタ誘電体膜24aからはみ出したコンタクト領域CRを有し、このコンタクト領域CRにおいて、後述の金属配線と下部電極23aとが電気的に接続されることになる。   The lower electrode 23a has a contact region CR that protrudes from the capacitor dielectric film 24a. In the contact region CR, a metal wiring described later and the lower electrode 23a are electrically connected.

また、このパターニングでは下部電極密着膜12もエッチングされ、下部電極23aの下にのみ下部電極密着12が残される。   In this patterning, the lower electrode adhesion film 12 is also etched, and the lower electrode adhesion 12 is left only under the lower electrode 23a.

続いて、図5(b)に示すように、水素等の還元性物質からキャパシタQを保護するためのキャパシタ保護絶縁膜32として、シリコン基板1の上側全面にスパッタ法によりアルミナ膜を厚さ約50nmに形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 5B, an alumina film is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1 by a sputtering method as a capacitor protective insulating film 32 for protecting the capacitor Q from a reducing substance such as hydrogen. Formed to 50 nm.

なお、キャパシタ保護絶縁膜32を形成した後に、プロセス中にキャパシタ誘電体24aが受けたダメージを回復させるために、酸素含有雰囲気中においてキャパシタ誘電体膜24aにアニールを施してもよい。このようなアニールは回復アニールとも呼ばれる。   In addition, after the capacitor protection insulating film 32 is formed, the capacitor dielectric film 24a may be annealed in an oxygen-containing atmosphere in order to recover the damage received by the capacitor dielectric 24a during the process. Such annealing is also called recovery annealing.

次に、図6(a)に示すように、シラン(SiH4)ガスを使用するHDPCVD(High Density Plasma CVD)法により、キャパシタ保護絶縁膜32上に酸化シリコン膜を厚さ約1500nmに形成し、その酸化シリコン膜を第2層間絶縁膜41とする。更に、第2層間絶縁膜41の上面をCMP法で研磨して平坦化する。 Next, as shown in FIG. 6A, a silicon oxide film having a thickness of about 1500 nm is formed on the capacitor protection insulating film 32 by HDPCVD (High Density Plasma CVD) using silane (SiH 4 ) gas. The silicon oxide film is used as the second interlayer insulating film 41. Furthermore, the upper surface of the second interlayer insulating film 41 is polished and planarized by the CMP method.

その後に、第2層間絶縁膜41に対してN2Oプラズマ処理を行うことにより、第2層間絶縁膜41を脱水すると共に、第2層間絶縁膜41の上面を僅かに窒化して水分の再吸着を防止する。 Thereafter, by performing N 2 O plasma treatment on the second interlayer insulating film 41, the second interlayer insulating film 41 is dehydrated, and the upper surface of the second interlayer insulating film 41 is slightly nitrided to rehydrate moisture. Prevent adsorption.

次に、図6(b)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。   Next, steps required until a sectional structure shown in FIG.

まず、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、各膜10、11、32、41をパターニングして、第1、第2ソース/ドレイン領域8a、8bの上のこれらの膜に第1、第2ホール41a、41bを形成する。   First, the respective films 10, 11, 32, 41 are patterned by photolithography and dry etching, and the first and second holes 41a, 41a are formed in these films on the first and second source / drain regions 8a, 8b. 41b is formed.

その後、第1、第2コンタクトホール41a、41bのそれぞれの内面と第2層間絶縁膜41の上面に、スパッタ法によりチタン膜と窒化チタン膜をそれぞれ厚さ20nm、50nmに形成し、これらの膜をグルー膜(密着膜)とする。次いで、このグルー膜の上に、六フッ化タングステンガスを使用するCVD法でタングステン膜を形成し、このタングステン膜で第1、第2コンタクトホール41a、41bを完全に埋め込む。   Thereafter, a titanium film and a titanium nitride film are formed on the inner surfaces of the first and second contact holes 41a and 41b and the upper surface of the second interlayer insulating film 41 by sputtering to a thickness of 20 nm and 50 nm, respectively. Is a glue film (adhesion film). Next, a tungsten film is formed on the glue film by a CVD method using tungsten hexafluoride gas, and the first and second contact holes 41a and 41b are completely filled with the tungsten film.

その後に、第2層間絶縁膜41上の余分なグルー膜とタングステン膜とをCMP法で研磨して除去し、これらの膜を第1、第2コンタクトホール41a、41b内のみに第1、第2導電性プラグ61a、61bとして残す。各導電性プラグ61a、61bは、それぞれ第1、第2ソース/ドレイン領域8a、8bと電気的に接続される。   Thereafter, excess glue film and tungsten film on the second interlayer insulating film 41 are removed by polishing by the CMP method, and these films are first and second only in the first and second contact holes 41a and 41b. Two conductive plugs 61a and 61b are left. The conductive plugs 61a and 61b are electrically connected to the first and second source / drain regions 8a and 8b, respectively.

ここで、第1、第2導電性プラグ61a、61bは、非常に酸化され易いタングステンを主に構成されているため、酸素含有雰囲気中で容易に酸化してコンタクト不良を引き起こす恐れがある。   Here, since the first and second conductive plugs 61a and 61b are mainly composed of tungsten that is easily oxidized, there is a possibility that the first and second conductive plugs 61a and 61b are easily oxidized in an oxygen-containing atmosphere and cause contact failure.

そこで、次の工程では、図7(a)に示すように、シリコン基板1の上側全面に酸化防止絶縁膜55としてCVD法により酸窒化シリコン膜を厚さ約100nmに形成し、この酸化防止絶縁膜55により第1、第2導電性プラグ61a、61bの酸化を防止する。   Therefore, in the next step, as shown in FIG. 7A, a silicon oxynitride film is formed as an anti-oxidation insulating film 55 on the entire upper surface of the silicon substrate 1 to a thickness of about 100 nm by the CVD method. The film 55 prevents the first and second conductive plugs 61a and 61b from being oxidized.

その後、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、酸化防止絶縁膜55からキャパシタ保護絶縁膜32までをパターニングする。これにより、下部電極23aのコンタクト領域CR上のこれらの絶縁膜に第3ホール41cが形成されると共に、上部電極25aの上に第4ホール41dが形成される。   Thereafter, the layers from the antioxidant insulating film 55 to the capacitor protective insulating film 32 are patterned by photolithography and dry etching. As a result, a third hole 41c is formed in these insulating films on the contact region CR of the lower electrode 23a, and a fourth hole 41d is formed on the upper electrode 25a.

その後に、ここまでの工程でキャパシタ誘電体膜24aが受けたダメージを回復させるために、酸素含有雰囲気となっている縦型炉にシリコン基板1を入れ、基板温度500℃、処理時間60分の条件で、キャパシタ誘電体膜24aに対して回復アニールを施す。   Thereafter, in order to recover the damage received by the capacitor dielectric film 24a in the steps so far, the silicon substrate 1 is put into a vertical furnace having an oxygen-containing atmosphere, the substrate temperature is 500 ° C., and the processing time is 60 minutes. Under conditions, recovery annealing is performed on the capacitor dielectric film 24a.

次に、図7(b)に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。   Next, steps required until a sectional structure shown in FIG.

まず、第2層間絶縁膜41と第1、第2導電性プラグ61a、61bのそれぞれの上面に、スパッタ法により金属積層膜を形成する。本実施形態では、その金属積層膜として、約150nmの厚さの窒化チタン膜、約550nmの厚さの銅含有アルミニウム膜、約5nmの厚さのチタン膜、及び約150nmの厚さの窒化チタン膜をこの順に形成する。この金属積層膜は、キャパシタQ上の第3、第4ホール41c、41d内にも形成される。   First, a metal laminated film is formed on the upper surfaces of the second interlayer insulating film 41 and the first and second conductive plugs 61a and 61b by sputtering. In the present embodiment, the metal laminated film includes a titanium nitride film having a thickness of about 150 nm, a copper-containing aluminum film having a thickness of about 550 nm, a titanium film having a thickness of about 5 nm, and a titanium nitride having a thickness of about 150 nm. A film is formed in this order. This metal laminated film is also formed in the third and fourth holes 41c and 41d on the capacitor Q.

そして、フォトリソグラフィとドライエッチングでこの金属積層膜をパターニングすることにより、キャパシタQや導電性プラグ61a、61bに電気的に接続された金属配線62を形成する。   Then, by patterning this metal laminated film by photolithography and dry etching, the metal wiring 62 electrically connected to the capacitor Q and the conductive plugs 61a and 61b is formed.

その後、例えば窒素雰囲気となっている縦型炉を用いて、基板温度350℃、N2流量20リットル/分、及び処理時間30分の条件で第2層間絶縁膜41をアニールして脱水する。 Thereafter, using a vertical furnace in a nitrogen atmosphere, for example, the second interlayer insulating film 41 is annealed and dehydrated under conditions of a substrate temperature of 350 ° C., an N 2 flow rate of 20 liters / minute, and a processing time of 30 minutes.

以上により、本実施形態に係る半導体装置の基本構造が完成した。   Thus, the basic structure of the semiconductor device according to this embodiment is completed.

図8は、この半導体装置の製造方法のフローチャートである。但し、同図では、様々な工程のうち主要工程S1〜S5のみを示してある。   FIG. 8 is a flowchart of the method for manufacturing the semiconductor device. However, in the figure, only the main processes S1 to S5 are shown among various processes.

図8に示されるように、本実施形態では、工程S3において、非晶質の第2強誘電体膜24cに対して非プラズマ雰囲気中でアニールを行うことにより、第2強誘電体膜23cに付着した大気中の有機物等の不純物を除去するようにした。   As shown in FIG. 8, in the present embodiment, in step S3, the amorphous second ferroelectric film 24c is annealed in a non-plasma atmosphere to thereby form the second ferroelectric film 23c. Impurities such as adhering atmospheric organic substances were removed.

これにより、第2強誘電体膜24cが清浄化されると共に、第2強誘電体膜24cに対する結晶化アニール(工程S5)の際に、第2強誘電体膜24cから発生する脱ガスが低減される。その結果、第2導電膜25と第2強誘電体膜24cとの密着性が向上し、上部電極25aの膜剥がれや浮きといった不良を防止することができ、ひいては半導体装置の歩留まりを向上することができる。   As a result, the second ferroelectric film 24c is cleaned, and degassing generated from the second ferroelectric film 24c during the crystallization annealing (step S5) for the second ferroelectric film 24c is reduced. Is done. As a result, the adhesion between the second conductive film 25 and the second ferroelectric film 24c is improved, and defects such as film peeling and floating of the upper electrode 25a can be prevented, thereby improving the yield of the semiconductor device. Can do.

本願発明者は、このようなアニールによって実際に不良がどの程度減少するかを調査した。その調査で得られたウエハマップを示すと図9(a)、(b)のようになる。   The inventor of the present application investigated how much defects are actually reduced by such annealing. The wafer map obtained by the investigation is as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b).

このうち、図9(a)は比較例に係るウエハマップであり、図9(b)は本実施形態に係るウエハマップである。   Among these, FIG. 9A is a wafer map according to a comparative example, and FIG. 9B is a wafer map according to the present embodiment.

図9(a)に示される比較例では、非晶質の第2強誘電体膜24cを形成後、工程S3のアニールを省き、大気中に第2強誘電体膜24cを三日間放置し、その後に第2導電膜25を形成した。   In the comparative example shown in FIG. 9A, after forming the amorphous second ferroelectric film 24c, the annealing in step S3 is omitted, and the second ferroelectric film 24c is left in the atmosphere for three days. Thereafter, the second conductive film 25 was formed.

図示のように、この場合は、黒丸で示される欠陥がシリコン基板1に極めて多数形成されてしまっている。これらの欠陥の殆どは、既述のような上部電極25aの膜剥がれに起因したものである。   As shown in the figure, in this case, an extremely large number of defects indicated by black circles are formed on the silicon substrate 1. Most of these defects are caused by the film peeling of the upper electrode 25a as described above.

一方、図9(b)に示される本実施形態では、欠陥の数が上記した比較例よりもかなり少なくなっている。なお、同図に示される欠陥は、上部電極25aの膜剥がれとは別の要因によるものである。   On the other hand, in the present embodiment shown in FIG. 9B, the number of defects is considerably smaller than that of the comparative example described above. The defect shown in the figure is due to a factor different from the film peeling of the upper electrode 25a.

これらの結果から、第2導電膜25の形成前に第2強誘電体膜24cの不純物を除去することで、半導体装置の歩留まりが向上することが実際に確かめられた。   From these results, it was actually confirmed that the yield of the semiconductor device is improved by removing the impurities of the second ferroelectric film 24c before the formation of the second conductive film 25.

なお、大気中には様々な不純物が含まれているが、本願発明者の調査では、第2導電膜25の剥離が発生する場合には第2強誘電体膜24cの表面に炭酸塩等が存在している可能性があることが明らかとなった。このことから、第2導電膜25が剥離する原因の一つは、大気中の有機物が強誘電体膜中の金属と反応して炭酸塩が生成されることであると考えられる。従って、二酸化炭素等の炭素源が排除された雰囲気内で上記のアニールを行うことで、第2強誘電体膜24cに付着している有機物等の不純物を効果的に除去することができ、第2導電膜25の剥離防止の効果が大きくなると期待できる。これについては、後述の第1、第2変形例及び第2実施形態でも同様である。   Although various impurities are contained in the atmosphere, according to the investigation by the inventors of the present application, when the second conductive film 25 is peeled off, carbonate or the like is present on the surface of the second ferroelectric film 24c. It became clear that it might exist. From this, it is considered that one of the causes of the peeling of the second conductive film 25 is that an organic substance in the atmosphere reacts with a metal in the ferroelectric film to generate carbonate. Therefore, by performing the above annealing in an atmosphere from which a carbon source such as carbon dioxide is excluded, impurities such as organic substances adhering to the second ferroelectric film 24c can be effectively removed. It can be expected that the effect of preventing the peeling of the two conductive films 25 is increased. The same applies to first and second modified examples and the second embodiment described later.

次に、本発実施形態の変形例について説明する。   Next, a modification of the present embodiment will be described.

(a)第1変形例
図10は、本変形例に係る半導体装置の製造方法について示すフローチャートである。なお、図10において、図8と同じ工程には図8と同じ工程番号を付してある。
(A) First Modification FIG. 10 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to this modification. In FIG. 10, the same steps as those in FIG. 8 are denoted by the same steps as those in FIG.

本変形例では、工程S3と工程S4とを、シリコン基板1を大気に曝すことなしに、連続して行う。このような処理は、例えば、工程S3で使用したアニールチャンバと同じ半導体製造装置に設けられたスパッタチャンバにおいて、工程S4で引き続き第2導電膜25を形成することで行うことができる。   In this modification, step S3 and step S4 are performed continuously without exposing the silicon substrate 1 to the atmosphere. Such a process can be performed, for example, by continuously forming the second conductive film 25 in step S4 in a sputtering chamber provided in the same semiconductor manufacturing apparatus as the annealing chamber used in step S3.

これにより、工程S3でアニールをした後の第2強誘電体膜24cに大気中の不純物等が再付着するのが防がれ、第2強誘電体膜24cと第2導電膜25との密着性を更に良好にすることが可能となる。   This prevents atmospheric impurities and the like from reattaching to the second ferroelectric film 24c after annealing in step S3, and the adhesion between the second ferroelectric film 24c and the second conductive film 25 is prevented. It becomes possible to further improve the property.

なお、このように工程S3と工程S4とを連続して行う場合は、工程S3のアニールにおける基板温度を上記よりも若干低くしても、上部電極25aの剥がれ防止の効果が見られる。本願発明者の経験では、そのような効果が見られる基板温度は100〜250℃である。   In the case where the step S3 and the step S4 are continuously performed as described above, the effect of preventing the upper electrode 25a from peeling off can be seen even if the substrate temperature in the annealing in the step S3 is slightly lower than the above. According to the experience of the present inventor, the substrate temperature at which such an effect is seen is 100 to 250 ° C.

(b)第2変形例
図11は、本変形例に係る半導体装置の製造方法について示すフローチャートである。なお、図11において、図8と同じ工程には図8と同じ工程番号を付してある。
(B) Second Modification FIG. 11 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to this modification. In FIG. 11, the same steps as those in FIG. 8 are denoted by the same steps as those in FIG.

本変形例では、工程S3において、第2強誘電体膜24cをプラズマ雰囲気中においてアニールすることにより、第2強誘電体膜24cが吸着した大気中の不純物を除去する。   In the present modification, in step S3, the second ferroelectric film 24c is annealed in a plasma atmosphere, thereby removing impurities in the air adsorbed by the second ferroelectric film 24c.

そのようなプラズマ雰囲気としては、例えば、O2プラズマ雰囲気又はN2Oプラズマ雰囲気がある。 As such a plasma atmosphere, for example, there is an O 2 plasma atmosphere or an N 2 O plasma atmosphere.

このうち、O2プラズマ雰囲気によるアニールは、例えばレジストを灰化して除去するためのアッシングチャンバを用いて行うことができる。また、アニールの条件は特に限定されないが、例えば基板温度150℃、圧力133Pa、処理時間30秒を採用し得る。 Among these, annealing in an O 2 plasma atmosphere can be performed using, for example, an ashing chamber for ashing and removing the resist. The annealing conditions are not particularly limited. For example, a substrate temperature of 150 ° C., a pressure of 133 Pa, and a processing time of 30 seconds can be employed.

なお、水素による第1、第2強誘電体膜24b、24cの還元防止のため、水素が排除されたプラズマ雰囲気でこのアニールを行うのが好ましく、H2プラズマやNH3プラズマを用いるのは好ましくない。 In order to prevent the reduction of the first and second ferroelectric films 24b and 24c with hydrogen, it is preferable to perform this annealing in a plasma atmosphere from which hydrogen is excluded, and it is preferable to use H 2 plasma or NH 3 plasma. Absent.

(c)第3変形例
図12は、本変形例に係る半導体装置の製造方法について示すフローチャートである。なお、図12において、図8と同じ工程には図8と同じ工程番号を付してある。
(C) Third Modification FIG. 12 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to this modification. In FIG. 12, the same steps as those in FIG. 8 are denoted by the same steps as those in FIG.

本変形例では、工程S3において、第2強誘電体膜24cの表面を水洗することにより、第2強誘電体膜24cが吸着した大気中の不純物を除去する。   In the present modification, in step S3, the surface of the second ferroelectric film 24c is washed with water to remove impurities in the atmosphere adsorbed by the second ferroelectric film 24c.

水洗の方法は特に限定されず、純水が溜められた液槽内に複数のシリコン基板1を一括して浸すバッチ式の洗浄装置を用いてもよいし、スピンナー上で回転しているシリコン基板1に純水を滴下して洗浄する枚葉式の洗浄装置を用いてもよい。   The method of washing with water is not particularly limited, and a batch-type washing apparatus that immerses a plurality of silicon substrates 1 in a liquid tank in which pure water is stored may be used, or a silicon substrate rotating on a spinner A single-wafer type cleaning apparatus that drops pure water to 1 for cleaning may be used.

また、このようにして水洗を行った後は、例えば、IPA(isopropyl alcohol)を含有する雰囲気内で第2強誘電体膜24cを乾燥させるIPA乾燥を行った後に、工程S4に移行し、第2強誘電体膜24cの上に第2導電膜25を形成する。   After washing with water in this way, for example, after performing IPA drying in which the second ferroelectric film 24c is dried in an atmosphere containing IPA (isopropyl alcohol), the process proceeds to step S4. 2 The second conductive film 25 is formed on the ferroelectric film 24c.

なお、洗浄後の第2強誘電体膜24cの乾燥方法としては、上記のIPA乾燥のほかに、大気中における自然乾燥や、大気中でシリコン基板1を150℃程度に加熱する加熱乾燥もある。   In addition to the IPA drying described above, the drying method of the second ferroelectric film 24c after cleaning includes natural drying in the air and heat drying in which the silicon substrate 1 is heated to about 150 ° C. in the air. .

(2)第2実施形態
上記した第1実施形態とその変形例では、第2強誘電体膜24cが吸収した大気中の不純物をアニール等によって除去するという思想に基づいている。
(2) Second Embodiment The above-described first embodiment and its modification are based on the idea that impurities in the atmosphere absorbed by the second ferroelectric film 24c are removed by annealing or the like.

これに対し、本実施形態は、大気に曝されても不純物を吸収し難くなるような処理を第2強誘電体膜24cに対して行うという点で、第1実施形態と相違する。これ以外は第1実施形態と同様であり、FeRAMの基本構造も図1〜図7で説明した工程に従って形成され得る。   On the other hand, the present embodiment is different from the first embodiment in that the second ferroelectric film 24c is subjected to a process that makes it difficult to absorb impurities even when exposed to the atmosphere. The rest is the same as in the first embodiment, and the basic structure of FeRAM can be formed according to the steps described with reference to FIGS.

図13は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の主要工程のみを抽出したフローチャートであって、第1実施形態で説明したのと同じ工程には第1実施形態と同じ工程番号を付してある。   FIG. 13 is a flowchart in which only the main steps of the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment are extracted. The same steps as those described in the first embodiment are denoted by the same step numbers as those in the first embodiment. It is.

これに示されるように、本実施形態では、工程S2において非晶質の第2強誘電体膜24cを形成した後、該第2強誘電体膜24cを大気に曝すことなしに、その第2強誘電体膜24cをアニールする。   As shown in this figure, in the present embodiment, after the amorphous second ferroelectric film 24c is formed in step S2, the second ferroelectric film 24c is exposed to the atmosphere without being exposed to the atmosphere. The ferroelectric film 24c is annealed.

このような第2強誘電体膜24cの形成とアニールとの連続処理は、例えば、スパッタチャンバにおいて第2強誘電体膜24cを形成した後、そのスパッタチャンバを引き続き使用し、該スパッタチャンバ内においてアニールすることで行うことができる。この場合、アニールの際にスパッタチャンバ内のPZTターゲットとステージとの間には電圧を印加しない。そして、ステージ温度を例えば350℃にし、チャンバ内の圧力を5.0×10-6Pa程度の圧力にまで減圧し、この状態を60秒間保持することにより、第2強誘電体膜24cに対するアニールを非プラズマ雰囲気中で行うことができる。 Such a continuous treatment of the formation of the second ferroelectric film 24c and the annealing is performed, for example, after the second ferroelectric film 24c is formed in the sputtering chamber, and then the sputtering chamber is continuously used in the sputtering chamber. This can be done by annealing. In this case, no voltage is applied between the PZT target in the sputtering chamber and the stage during annealing. Then, the stage temperature is set to 350 ° C., for example, the pressure in the chamber is reduced to a pressure of about 5.0 × 10 −6 Pa, and this state is maintained for 60 seconds, thereby annealing the second ferroelectric film 24c. Can be performed in a non-plasma atmosphere.

但し、このアニールの際の基板温度を第2強誘電体膜24cの結晶化温度以上とすると、第1実施形態で説明したように、このアニールによって第2導電膜25の形成前に第2強誘電体膜24cが結晶化するので、第2強誘電体膜24cの結晶粒界に入り込んだ第2導電膜25によってリークパスが形成されてしまう。そのため、このアニールにおける基板温度は、第2強誘電体膜24cの結晶化温度よりも低い温度に設定する必要がある。例えば、第2強誘電体膜24cをPZTで構成する場合は、PZTの結晶化温度(450℃)よりも低い基板温度でこのアニールを行う必要がある。   However, if the substrate temperature during this annealing is equal to or higher than the crystallization temperature of the second ferroelectric film 24c, as described in the first embodiment, the second strong conductive film 25 is formed before the second conductive film 25 is formed by this annealing. Since the dielectric film 24c is crystallized, a leak path is formed by the second conductive film 25 entering the crystal grain boundary of the second ferroelectric film 24c. Therefore, the substrate temperature in this annealing needs to be set to a temperature lower than the crystallization temperature of the second ferroelectric film 24c. For example, when the second ferroelectric film 24c is made of PZT, it is necessary to perform this annealing at a substrate temperature lower than the crystallization temperature (450 ° C.) of PZT.

また、アニール雰囲気中に水素が含まれていると、水素によって第1、第2強誘電体膜24b、24cが還元されてその強誘電体特性が劣化してしまうので、水素が排除された雰囲気中でこのアニールを行うのが好ましい。   Further, if hydrogen is contained in the annealing atmosphere, the first and second ferroelectric films 24b and 24c are reduced by the hydrogen and the ferroelectric characteristics are deteriorated. Among these, it is preferable to perform this annealing.

このようにしてアニールを行うと、非晶質の第2強誘電体膜24cは、大気中の炭素等の不純物を吸収し難くなる。   When annealing is performed in this manner, the amorphous second ferroelectric film 24c becomes difficult to absorb impurities such as carbon in the atmosphere.

そのため、このアニールをしてから工程S4で第2導電膜25を形成するまでの間に第2強誘電体膜24cが大気に曝されても、大気中の不純物が原因で第2強誘電体膜24cと第2導電膜25との密着性が低下するのを防止できる。   Therefore, even if the second ferroelectric film 24c is exposed to the atmosphere between the annealing and the formation of the second conductive film 25 in step S4, the second ferroelectric is caused by impurities in the atmosphere. It can prevent that the adhesiveness of the film | membrane 24c and the 2nd electrically conductive film 25 falls.

なお、第1実施形態において非プラズマ雰囲気で第2強誘電体膜24cをアニールする場合は、アニール時の基板温度を100〜350℃とすることで、第2強誘電体膜24cに吸着している大気中の不純物を除去することができた。   In the first embodiment, when the second ferroelectric film 24c is annealed in a non-plasma atmosphere, the substrate temperature at the time of annealing is set to 100 to 350 ° C. so that the second ferroelectric film 24c is adsorbed to the second ferroelectric film 24c. Impurities in the atmosphere could be removed.

これに対し、本実施形態のような不純物の吸着防止の効果は、工程S3におけるアニール時の基板温度を、上記よりも高い200〜400℃とすることで得られ易くなる。   On the other hand, the effect of preventing adsorption of impurities as in the present embodiment can be easily obtained by setting the substrate temperature during annealing in step S3 to 200 to 400 ° C. higher than the above.

また、本実施形態において、上記のように非晶質の第2強誘電体膜24cをアニールする際、アニール雰囲気中に炭素が含まれていると、その炭素によって第2強誘電体膜24cの表面がかえって汚染されてしまい、第2強誘電体膜24cと第2導電膜25との密着力が低下する恐れがある。よって、第1実施形態と同様に、本実施形態でも、二酸化炭素等の炭素源が排除された雰囲気内でアニールを行うのが好ましい。   Further, in the present embodiment, when the amorphous second ferroelectric film 24c is annealed as described above, if carbon is contained in the annealing atmosphere, the carbon of the second ferroelectric film 24c is caused by the carbon. There is a possibility that the surface will be contaminated and the adhesion between the second ferroelectric film 24c and the second conductive film 25 may be reduced. Therefore, similarly to the first embodiment, in this embodiment, it is preferable to perform annealing in an atmosphere in which a carbon source such as carbon dioxide is excluded.

以下に、本発明の特徴を付記する。   The features of the present invention are added below.

(付記1) 半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上に第1導電膜を形成する工程と、
前記第1導電膜の上に、結晶化した第1強誘電体膜を形成する工程と、
前記第1強誘電体膜の上に、非晶質の第2強誘電体膜を形成する工程と、
前記第2強誘電体膜の結晶化温度よりも低い基板温度で前記第2強誘電体膜をアニールする工程と、
前記第2強誘電体膜の上に第2導電膜を形成する工程と、
前記第2導電膜を形成した後、前記第2強誘電体膜を結晶化させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 1) The process of forming an insulating film above a semiconductor substrate,
Forming a first conductive film on the insulating film;
Forming a crystallized first ferroelectric film on the first conductive film;
Forming an amorphous second ferroelectric film on the first ferroelectric film;
Annealing the second ferroelectric film at a substrate temperature lower than the crystallization temperature of the second ferroelectric film;
Forming a second conductive film on the second ferroelectric film;
After forming the second conductive film, crystallizing the second ferroelectric film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

(付記2) 前記第2強誘電体膜を結晶化させる工程の後、前記第1、第2導電膜及び前記第1、第2強誘電体膜をパターニングして、下部電極、キャパシタ誘電体膜、及び上部電極を備えたキャパシタを形成する工程を更に有することを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。   (Supplementary Note 2) After the step of crystallizing the second ferroelectric film, the first and second conductive films and the first and second ferroelectric films are patterned to form a lower electrode and a capacitor dielectric film. The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, further comprising a step of forming a capacitor including an upper electrode.

(付記3) 前記アニールは、水素が排除された非プラズマ雰囲気中又はプラズマ雰囲気中で行われることを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 3) The said annealing is performed in the non-plasma atmosphere or plasma atmosphere from which hydrogen was excluded, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 1 or 2 characterized by the above-mentioned.

(付記4) 前記非プラズマ雰囲気は、Ar、N2、及びO2のいずれかの雰囲気、若しくは減圧雰囲気であることを特徴とする付記3に記載の半導体装置の製造方法。 (Supplementary note 4) The method for manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 3, wherein the non-plasma atmosphere is an atmosphere of Ar, N 2 , or O 2 , or a reduced-pressure atmosphere.

(付記5) 前記プラズマ雰囲気は、O2プラズマ雰囲気又はN2Oプラズマ雰囲気であることを特徴とする付記3に記載の半導体装置の製造方法。 (Supplementary Note 5) The plasma atmosphere, a method of manufacturing a semiconductor device according to note 3, characterized in that the O 2 plasma atmosphere or an N 2 O plasma atmosphere.

(付記6) 前記第2強誘電体膜を形成する工程と、前記アニールをする工程との間に、前記第2強誘電体膜が大気に曝されることを特徴とする付記1〜5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   (Supplementary note 6) The supplementary notes 1 to 5, wherein the second ferroelectric film is exposed to air between the step of forming the second ferroelectric film and the step of annealing. The manufacturing method of the semiconductor device in any one.

(付記7) 前記アニールにおける前記基板温度を100℃〜350℃の範囲に設定することを特徴とする付記6に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 7) The said substrate temperature in the said annealing is set to the range of 100 to 350 degreeC, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 6 characterized by the above-mentioned.

(付記8) 前記アニールをした後、前記第2強誘電体膜を大気に曝すことなしに、前記第2導電膜を形成する工程に移ることを特徴とする付記1〜7に記載の半導体装置の製造方法。   (Supplementary note 8) The semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 7, wherein after the annealing, the process proceeds to a step of forming the second conductive film without exposing the second ferroelectric film to the atmosphere. Manufacturing method.

(付記9) 前記アニールにおける前記基板温度を100〜250℃の範囲に設定することを特徴とする付記8に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 9) The said substrate temperature in the said annealing is set to the range of 100-250 degreeC, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 8 characterized by the above-mentioned.

(付記10) 前記第2強誘電体膜を形成した後、該第2強誘電体膜を大気に曝すことなしに、前記アニールする工程を実行することを特徴とする付記1〜5に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 10) After forming the said 2nd ferroelectric film, the said annealing process is performed, without exposing this 2nd ferroelectric film to air | atmosphere, The additional description 1-5 characterized by the above-mentioned. A method for manufacturing a semiconductor device.

(付記11) 前記第2強誘電体膜をアニールする工程と、前記第2導電膜を形成する工程との間に、前記第2強誘電体膜が大気に曝されることを特徴とする付記10に記載の半導体装置の製造方法。   (Supplementary note 11) The supplementary note, wherein the second ferroelectric film is exposed to the atmosphere between the step of annealing the second ferroelectric film and the step of forming the second conductive film. 10. A method for manufacturing a semiconductor device according to 10.

(付記12) 前記第2強誘電体膜をアニールする工程は、水素が排除された減圧雰囲気中で行われることを特徴とする付記11に記載の半導体装置の製造方法。   (Supplementary note 12) The method for manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 11, wherein the step of annealing the second ferroelectric film is performed in a reduced-pressure atmosphere from which hydrogen is excluded.

(付記13) 半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上に第1導電膜を形成する工程と、
前記第1導電膜の上に、結晶化した第1強誘電体膜を形成する工程と、
前記第1強誘電体膜の上に、非晶質の第2強誘電体膜を形成する工程と、
前記第2強誘電体膜の表面を水洗する工程と、
前記水洗の後、前記第2強誘電体膜の上に第2導電膜を形成する工程と、
前記第2導電膜を形成した後、前記第2強誘電体膜を結晶化させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 13) The process of forming an insulating film above a semiconductor substrate,
Forming a first conductive film on the insulating film;
Forming a crystallized first ferroelectric film on the first conductive film;
Forming an amorphous second ferroelectric film on the first ferroelectric film;
Washing the surface of the second ferroelectric film with water;
After the water washing, forming a second conductive film on the second ferroelectric film;
After forming the second conductive film, crystallizing the second ferroelectric film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

図1(a)〜(c)は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その1)である。1A to 1C are cross-sectional views (part 1) of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the middle of manufacture. 図2(a)、(b)は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その2)である。2A and 2B are cross-sectional views (part 2) of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention during manufacture. 図3(a)、(b)は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その3)である。3A and 3B are cross-sectional views (part 3) in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図4(a)、(b)は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その4)である。4A and 4B are cross-sectional views (part 4) in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図5(a)、(b)は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その5)である。FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views (part 5) in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図6(a)、(b)は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その6)である。6A and 6B are cross-sectional views (part 6) of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention during manufacture. 図7(a)、(b)は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その7)である。7A and 7B are cross-sectional views (part 7) of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the middle of manufacture. 図8は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention. 図9(a)、(b)は、本発明の第1実施形態において、不良がどの程度減少するかを調査して得られたウエハマップである。FIGS. 9A and 9B are wafer maps obtained by investigating how much defects are reduced in the first embodiment of the present invention. 図10は、本発明の第1実施形態の第1変形例に係る半導体装置の製造方法について示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a first modification of the first embodiment of the present invention. 図11は、本発明の第1実施形態の第2変形例に係る半導体装置の製造方法について示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a second modification of the first embodiment of the present invention. 図12は、本発明の第1実施形態の第3変形例に係る半導体装置の製造方法について示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a third modification of the first embodiment of the present invention. 図13は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…シリコン基板、2…素子分離絶縁膜、3…pウェル、4…ゲート絶縁膜、5…ゲート電極、6a、6b…第1、第2ソース/ドレインエクステンション、7…絶縁性サイドウォール、8a、8b…第1、第2ソース/ドレイン領域、10…酸化防止絶縁膜、11…第1層間絶縁膜、12…下部電極密着膜、23…第1導電膜、23a…下部電極、24a…キャパシタ誘電体膜、24b…第1強誘電体膜、24c…第2強誘電体膜、25…第2導電膜、25a…上部電極、26…導電性保護膜、32…キャパシタ保護絶縁膜、41…第2層間絶縁膜、41a〜41c…第1〜第4ホール、55…酸化防止絶縁膜、61a、61b…第1、第2導電性プラグ、62…金属配線、Q…キャパシタ、TR1、TR2…第1、第2MOSトランジスタ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Element isolation insulating film, 3 ... p well, 4 ... gate insulating film, 5 ... gate electrode, 6a, 6b ... 1st, 2nd source / drain extension, 7 ... insulating side wall, 8a 8b: first and second source / drain regions, 10: antioxidation insulating film, 11: first interlayer insulating film, 12: lower electrode adhesion film, 23: first conductive film, 23a: lower electrode, 24a: capacitor Dielectric film, 24b ... first ferroelectric film, 24c ... second ferroelectric film, 25 ... second conductive film, 25a ... upper electrode, 26 ... conductive protective film, 32 ... capacitor protective insulating film, 41 ... the second interlayer insulating film, 41a to 41c ... first to fourth holes, 55 ... oxidation-preventing insulating film, 61a, 61b ... first and second conductive plugs, 62 ... metal wiring, Q ... capacitor, TR 1, TR 2 : First and second MOS transistors.

Claims (6)

半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上に第1導電膜を形成する工程と、
前記第1導電膜の上に、結晶化した第1強誘電体膜を形成する工程と、
前記第1強誘電体膜の上に、非晶質の第2強誘電体膜を形成する工程と、
前記第2強誘電体膜の結晶化温度よりも低い基板温度で前記第2強誘電体膜をアニールする工程と、
前記第2強誘電体膜の上に第2導電膜を形成する工程と、
前記第2導電膜を形成した後、前記第2強誘電体膜を結晶化させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an insulating film above the semiconductor substrate;
Forming a first conductive film on the insulating film;
Forming a crystallized first ferroelectric film on the first conductive film;
Forming an amorphous second ferroelectric film on the first ferroelectric film;
Annealing the second ferroelectric film at a substrate temperature lower than the crystallization temperature of the second ferroelectric film;
Forming a second conductive film on the second ferroelectric film;
After forming the second conductive film, crystallizing the second ferroelectric film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記アニールは、水素が排除された非プラズマ雰囲気中又はプラズマ雰囲気中で行われることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the annealing is performed in a non-plasma atmosphere or a plasma atmosphere from which hydrogen is excluded. 前記非プラズマ雰囲気は、Ar、N2、及びO2のいずれかの雰囲気、若しくは減圧雰囲気であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the non-plasma atmosphere is an atmosphere of any one of Ar, N 2 , and O 2 , or a reduced pressure atmosphere. 前記アニールをした後、前記第2強誘電体膜を大気に曝すことなしに、前記第2導電膜を形成する工程に移ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。   4. The method according to claim 1, wherein after the annealing, the process proceeds to a step of forming the second conductive film without exposing the second ferroelectric film to the atmosphere. A method for manufacturing a semiconductor device. 前記第2強誘電体膜を形成した後、該第2強誘電体膜を大気に曝すことなしに、前記アニールする工程を実行することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。   4. The method according to claim 1, wherein after the formation of the second ferroelectric film, the annealing step is performed without exposing the second ferroelectric film to the atmosphere. The manufacturing method of the semiconductor device of description. 半導体基板の上方に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上に第1導電膜を形成する工程と、
前記第1導電膜の上に、結晶化した第1強誘電体膜を形成する工程と、
前記第1強誘電体膜の上に、非晶質の第2強誘電体膜を形成する工程と、
前記第2強誘電体膜の表面を水洗する工程と、
前記水洗の後、前記第2強誘電体膜の上に第2導電膜を形成する工程と、
前記第2導電膜を形成した後、前記第2強誘電体膜を結晶化させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an insulating film above the semiconductor substrate;
Forming a first conductive film on the insulating film;
Forming a crystallized first ferroelectric film on the first conductive film;
Forming an amorphous second ferroelectric film on the first ferroelectric film;
Washing the surface of the second ferroelectric film with water;
After the water washing, forming a second conductive film on the second ferroelectric film;
After forming the second conductive film, crystallizing the second ferroelectric film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
JP2007121776A 2007-05-02 2007-05-02 Manufacturing method of semiconductor device Withdrawn JP2008277659A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007121776A JP2008277659A (en) 2007-05-02 2007-05-02 Manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007121776A JP2008277659A (en) 2007-05-02 2007-05-02 Manufacturing method of semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008277659A true JP2008277659A (en) 2008-11-13

Family

ID=40055246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007121776A Withdrawn JP2008277659A (en) 2007-05-02 2007-05-02 Manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008277659A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010226051A (en) * 2009-03-25 2010-10-07 Fujitsu Semiconductor Ltd Manufacturing method of semiconductor device
JP2010278184A (en) * 2009-05-28 2010-12-09 Fujitsu Semiconductor Ltd Manufacturing method of semiconductor device
JP2011096818A (en) * 2009-10-29 2011-05-12 Fujitsu Semiconductor Ltd Semiconductor apparatus and method of manufacturing the same
CN113054017A (en) * 2019-12-27 2021-06-29 台湾积体电路制造股份有限公司 Semiconductor device and method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010226051A (en) * 2009-03-25 2010-10-07 Fujitsu Semiconductor Ltd Manufacturing method of semiconductor device
JP2010278184A (en) * 2009-05-28 2010-12-09 Fujitsu Semiconductor Ltd Manufacturing method of semiconductor device
JP2011096818A (en) * 2009-10-29 2011-05-12 Fujitsu Semiconductor Ltd Semiconductor apparatus and method of manufacturing the same
CN113054017A (en) * 2019-12-27 2021-06-29 台湾积体电路制造股份有限公司 Semiconductor device and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3961399B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR100796915B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004095861A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2005183842A (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP4252537B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JPWO2009057225A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008277659A (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR101262432B1 (en) Method for manufacturing semiconductor devuce
JP4887802B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5412754B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP3833580B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2004079675A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5109395B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4657545B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP4845624B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5556059B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP4946145B2 (en) Manufacturing method of ferroelectric memory
JP2009111280A (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5347344B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP4809367B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5504663B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP4968063B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5327139B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4777127B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN1316573C (en) Method for producing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20080731

A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20100706