專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于使用集中蝕刻的強(qiáng)電介質(zhì)電容器的制造的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器(FeRAM)是利用強(qiáng)電介質(zhì)的磁滯特性來存儲(chǔ)信息的。強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器中，在每個(gè)存儲(chǔ)單元上設(shè)置有強(qiáng)電介質(zhì)電容器，該電容器具有強(qiáng)電介質(zhì)膜作為1對(duì)電極之間的電容器電介質(zhì)膜。在強(qiáng)電介質(zhì)中，根據(jù)施加在電極之間的電壓產(chǎn)生極化，即使去除了施加電壓，仍然殘留有自發(fā)極化。此外，如果施加電壓的極性翻轉(zhuǎn)，自發(fā)極化的極性也發(fā)生翻轉(zhuǎn)。因此，可以根據(jù)檢測(cè)出的自發(fā)極化來讀取信息。
即使對(duì)于強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器，也和其他的半導(dǎo)體設(shè)備一樣，需要減小單元面積。強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)上主要分為，平面結(jié)構(gòu)和疊式結(jié)構(gòu)，疊式結(jié)構(gòu)比平面結(jié)構(gòu)的單元面積小。疊式結(jié)構(gòu)是、在每個(gè)單元上設(shè)置的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上形成的插頭的正上方形成電容器的結(jié)構(gòu)。換句話說、在W插頭的正上方依次疊層形成阻擋金屬膜，下部電極，強(qiáng)電介質(zhì)膜以及上部電極。
阻擋金屬膜承擔(dān)著抑制來自上層的向W插頭的氧的擴(kuò)散的任務(wù)。作為阻擋金屬膜的材料可以使用TiN，Ir，IrO2，Pt以及SRO(SrRuO3)的組合。但是，在阻擋金屬膜的材料中，由于多按其原樣使用還能起到下部電極的功能，所以不能將阻擋金屬膜和下部電極進(jìn)行明確的區(qū)分。作為使阻擋金屬膜和下部電極膜合適的結(jié)構(gòu)，有這樣的結(jié)構(gòu)，即、將Ir膜，IrO2膜，Pt膜，PtO膜以及Pt膜依次疊層的結(jié)構(gòu)。
為了對(duì)應(yīng)于設(shè)備的微小化的要求，優(yōu)選使得構(gòu)成電容器的各個(gè)膜的側(cè)面沒有傾斜的，以接近垂直的形狀進(jìn)行蝕刻的技術(shù)方案。作為這樣的蝕刻方法，有對(duì)各個(gè)膜集中蝕刻的方法，對(duì)上部電極膜和強(qiáng)電介質(zhì)膜進(jìn)行集中蝕刻的方法。
為了利用集中蝕刻形成疊式結(jié)構(gòu)的強(qiáng)電介質(zhì)電容器，需要采用硬質(zhì)掩模的蝕刻方式。這是因?yàn)橛袡C(jī)系列的抗蝕掩模和強(qiáng)電介質(zhì)膜之間的選擇性很低。
作為在集中蝕刻中采用的硬質(zhì)掩模的材料，廣泛采用SiO2，SiN以及TiN等。這些當(dāng)中，由于TiN在使用將氧添加到鹵素中的氣體所進(jìn)行的蝕刻中，幾乎不被蝕刻，所以適合作為形成強(qiáng)電介質(zhì)電容器的時(shí)候的蝕刻用掩模材料。
然而，在使用將氧添加到鹵素中的氣體所進(jìn)行的蝕刻中，在進(jìn)行強(qiáng)電介質(zhì)膜的蝕刻的時(shí)候顯著的降低了蝕刻率。由此，在進(jìn)行強(qiáng)電介質(zhì)膜的蝕刻時(shí)，使用上述的氣體從生產(chǎn)率方面來看，并不優(yōu)選。
與此相反，在TiN膜上形成用SiO2膜形成的疊層結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)掩模，用SiO2膜作為掩模直到對(duì)強(qiáng)電介質(zhì)膜進(jìn)行蝕刻，如果在下部電極膜的蝕刻中用TiN膜作為掩模，則生產(chǎn)率高。
而且，在將構(gòu)成強(qiáng)電介質(zhì)電容器的各個(gè)膜進(jìn)行疊層之后，為了除去在形成接觸孔等的時(shí)候所形成的有機(jī)系抗蝕膜的殘?jiān)?，需要?duì)晶片的背面(內(nèi)表面)進(jìn)行清洗。
然而，在進(jìn)行采用上述那樣的疊層結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)掩模的集中蝕刻的場(chǎng)合，即使生產(chǎn)率高，在形成TEOS(四乙基正硅酸鹽(tetra ethyl ortho silicate))時(shí)，在晶片的整個(gè)面的范圍內(nèi)產(chǎn)生上部電極膜和硬質(zhì)掩模之間的剝離，在晶片的邊緣部中的下部電極膜以及阻擋金屬膜內(nèi)也產(chǎn)生剝離。
此外，在進(jìn)行集中蝕刻的時(shí)候和除去硬質(zhì)掩模的時(shí)候，還容易產(chǎn)生電容器的歸零。即、構(gòu)成電容器的上部電極，電容器電介質(zhì)膜等沒有完全被剝離。
另一方面、在特開2001-135798號(hào)公報(bào)中公開了一種，為通過在形成金屬配線之后的熱處理來抑制強(qiáng)電介質(zhì)電容器的特性劣化，在與上部電極連接的配線層中采用了金屬硅酸鹽層的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)中，作為上部電極，使用IrOx膜以及Ir膜的疊層體。此外，為了進(jìn)行電容器元件的制造，對(duì)上部電極膜用平板印刷法(抗蝕掩模)以及干性蝕刻法進(jìn)行圖形成形，之后，再對(duì)強(qiáng)電介質(zhì)膜以及下部電極膜用平板印刷法以及干性蝕刻法進(jìn)行圖形成形。
然而，這樣的在先的制造方法中，沒有對(duì)上部電極膜，強(qiáng)電介質(zhì)膜以及下部電極膜進(jìn)行集中蝕刻，就是進(jìn)行了集中蝕刻，也仍然需要硬質(zhì)掩模。由此，沒有解決上述那樣的剝落的問題。
專利文件1特開2001-135798號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以抑制膜的剝離的半導(dǎo)體器件的制造方法。
本申請(qǐng)發(fā)明人對(duì)在過去的制造方法中產(chǎn)生剝離的原因進(jìn)行了調(diào)查，在清洗晶片的背面(內(nèi)表面)之后，在上部電極膜上仍然殘留有碳，這些碳構(gòu)成該原因，在晶片的中央部的上部電極膜和硬質(zhì)掩模之間能夠發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了剝離。此外，本申請(qǐng)發(fā)明人，還發(fā)現(xiàn)在晶片的邊緣部中，存在將PtOx膜和IrOx膜直接連接的部分，如果在制造途中該部分中有比較大的應(yīng)力作用，則會(huì)從該部分發(fā)生剝離。
比如本申請(qǐng)發(fā)明人對(duì)進(jìn)行背面清洗的2種靜片用TDS(升溫脫離氣體分光法Thermal Desertion Spectroscopy)進(jìn)行分析。此時(shí)，對(duì)一個(gè)晶片，在背面清洗之后，在200℃的氧氣環(huán)境中進(jìn)行30秒鐘的灰化處理(ashing)，據(jù)比進(jìn)行分析，對(duì)另一個(gè)晶片，并不進(jìn)行上述的灰化處理的進(jìn)行分析。分析的結(jié)果如圖1A以及圖1B所示。圖1A是表示分子量為28的物質(zhì)(CO以及C2H2等)的分析結(jié)果的曲線，圖1B是表示分子量為44的物質(zhì)(CO2等)的分析結(jié)果的曲線。圖1A以及圖1B中的◆是表示進(jìn)行了灰化處理的晶片的結(jié)果，■是表示沒有進(jìn)行灰化處理的晶片的結(jié)果。
在沒有進(jìn)行灰化處理的晶片中，如圖1A以及圖1B所示、在350℃附近明確出現(xiàn)含有碳的氣體的脫出高峰。與此相反、在進(jìn)行了灰化處理的晶片中，如圖1A以及圖1B所示，幾乎沒有出現(xiàn)含有碳的氣體的脫出高峰。這樣的事實(shí)表明，在進(jìn)行對(duì)背面清洗之后，在晶片的表面仍然殘留有碳。
此外，本申請(qǐng)發(fā)明人，用掃描型電子顯微鏡(SEM)對(duì)晶片的周邊部的剖面進(jìn)行了觀察。圖2A以及圖2B是表示晶片的周邊部的剖面的SEM照片的圖。在下部電極以及電容器電介質(zhì)膜中，在IrOx膜和PtO膜的邊界處產(chǎn)生剝離。此外，在上部電極和硬質(zhì)掩模中，上部電極IrOx膜和構(gòu)成硬質(zhì)掩模的TiN膜之間的邊界面中產(chǎn)生剝離。
如圖2A以及圖2B所示，在熱氧化膜(SiO2膜)(FOX)上形成IrOx膜(厚度200nm)，而且還在其上形成TiN膜以及TEOS膜作為硬質(zhì)掩模的場(chǎng)合，在周邊部中的熱氧化膜和IrOx膜之間的邊界面上產(chǎn)生剝離。據(jù)認(rèn)這是由于不僅IrOx膜和TiN膜之間的粘合性低，而且在周邊部的IrOx膜的厚度還薄到40nm具有比較強(qiáng)的應(yīng)力作用的原因。
本申請(qǐng)是基于這樣的試驗(yàn)結(jié)果和認(rèn)識(shí)而做出的發(fā)明。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法中，在半導(dǎo)體基板的上方，形成強(qiáng)電介質(zhì)膜作為強(qiáng)電介質(zhì)電容器的電容器電介質(zhì)膜的原料膜。然后、在上述強(qiáng)電介質(zhì)膜上形成上部電極膜作為上述強(qiáng)電介質(zhì)電容器的上部電極的原料膜。接著、在上述上部電極膜上形成含有貴金屬元素的掩模粘合膜。之后，在上述掩模粘合膜上形成硬質(zhì)掩模。而且、利用上述硬質(zhì)掩模對(duì)上述上部電極膜以及上述強(qiáng)電介質(zhì)膜進(jìn)行蝕刻。


圖1A是表示對(duì)分子量28的物質(zhì)的分析結(jié)果的曲線，圖1B是表示對(duì)分子量44的物質(zhì)的分析結(jié)果的曲線。
圖2A以及圖2B是表示晶片的周邊部的剖面的SEM照片的圖。
圖3是表示用本發(fā)明的實(shí)施方式的方法制造的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器(半導(dǎo)體器件)的存儲(chǔ)單元布局的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖4A以及圖4E是按照工序順序來表示本發(fā)明的實(shí)施方式的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器(半導(dǎo)體器件)的制造方法的剖面圖。
圖5是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器(半導(dǎo)體器件)的制造方法的剖面圖。
圖6是表示開關(guān)特性的檢查結(jié)果的圖。
圖7是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器(半導(dǎo)體器件)的制造方法的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式，參照附圖進(jìn)行具體的說明。圖3是表示用本發(fā)明的實(shí)施方式的方法制造的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器(半導(dǎo)體器件)的存儲(chǔ)單元布局的結(jié)構(gòu)的電路圖。
該存儲(chǔ)單元布局中，設(shè)置有在一個(gè)方向上延伸的多條位線3，以及在垂直于位線3延伸的方向延伸的多條字線4以及板線5。此外，將多個(gè)本實(shí)施方式中的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元配置成陣列狀，使得與這些位線3、字線4以及板線5構(gòu)成的格子匹配。在各個(gè)存儲(chǔ)單元中，設(shè)置強(qiáng)電介質(zhì)電容器1以及MOS晶體管2。
MOS晶體管2的柵極與字線4連接。此外、MOS晶體管2的一方的源極、漏極與位線3連接、其它的源極、漏極與強(qiáng)電介質(zhì)電容器1的一方電極連接。而且、強(qiáng)點(diǎn)介質(zhì)電容器1的其他的電極與板線5連接。而且、各個(gè)字線4以及板線5被與其延伸方向在同一個(gè)方向上設(shè)置的多個(gè)MOS晶體管2所共有。同樣的、各個(gè)位線3，被與其延伸方向在一個(gè)方向上設(shè)置的多個(gè)MOS晶體管2所共有。字線4以及板線5延伸的方向、和位線3延伸的方向分別被稱為行方向、列方向。
在這樣結(jié)構(gòu)的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元陣列中，根據(jù)設(shè)置在強(qiáng)電介質(zhì)電容器1上的強(qiáng)電介質(zhì)膜的極化狀態(tài)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
(第1實(shí)施方式)接著，對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖4A至圖4E是按照工序順序來表示本發(fā)明的實(shí)施方式的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器(半導(dǎo)體器件)的制造方法的剖面圖。但是，圖4A至圖4E表示與位線3延伸的方向垂直的剖面。此外、在圖4A至圖4E中，圖示了等同于共有1條位線(相當(dāng)于圖1中的位線3)的2個(gè)MOS晶體管的部分。
在第1實(shí)施方式中，首先、如圖4A所示，在硅基板等的半導(dǎo)體基板11的表面上形成坑12。接著、在半導(dǎo)體基板11的表面上，比如用STI(shallowtrench isolation)形成元件分離區(qū)域13。然后、在坑12的表面上形成柵極絕緣膜14，柵電極15，罩膜16，側(cè)坑17，源極、漏極擴(kuò)散層18以及硅酸化物層19，通過該方式，形成MOS晶體管2作為開關(guān)元件。該MOS晶體管20，相當(dāng)于圖3的MOS晶體管2。而且、雖然在各個(gè)MOS晶體管20中，形成源極以及漏極用的2個(gè)源極、漏極擴(kuò)散層18，但是也可以在2個(gè)MOS晶體管20之間共有。
接著、在整個(gè)表面上形成硅氧氮化膜21將MOS晶體管20覆蓋，而且在整個(gè)表面上形成SiO2膜22作為層間絕緣膜，用CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)等方式使得SiO2膜22平坦化。形成硅氧氮化膜21是為了防止在形成SiO2膜22的時(shí)候的柵極絕緣膜14等的氫劣化。之后、在SiO2膜22以及硅氧氮化膜21上形成達(dá)到各個(gè)硅酸鹽層19的接觸孔，通過該方式、使得插頭接觸部開口。而且、在接觸孔內(nèi)形成膠膜23之后，比如用CVD法掩埋W膜，并進(jìn)行CMP來進(jìn)行平坦化，通過該方式，形成W插頭24。
接著、如圖4B所示，在SiO2膜22上用濺射法形成Ir膜25。此時(shí)的條件比如可以是基板溫度為500℃、成膜功率為1kW、Ar氣體流量為100sccm、室內(nèi)的壓力為0.35Pa，成膜時(shí)間為176秒鐘。結(jié)果、得到厚度為250nm程度的Ir膜25。
接著、在Ir膜25上用濺射法形成IrOx膜26。此時(shí)的條件比如可以是基板溫度為50℃、成膜功率為1kW、Ar氣體流量為60sccm、O2氣體的流量為60sccm，室內(nèi)的壓力為0.37Pa，成膜時(shí)間為10秒鐘。結(jié)果、得到厚度為28nm程度的IrOx膜26。
接著、在IrOx膜26上用濺射法形成Pt膜27。此時(shí)的條件比如可以是基板溫度為350℃、成膜功率為1kW、Ar氣體流量為100sccm、室內(nèi)的壓力為0.38Pa，成膜時(shí)間為8秒鐘。結(jié)果、得到厚度為15nm程度的Pt膜27。在Pt膜27的形成中，為了防止Pt膜27和半導(dǎo)體基板(硅基板)11之間的直接接觸引起的反應(yīng)，使用了固緊部件(clamping)。由此，在半導(dǎo)體基板11的邊緣部中，存在沒有形成Pt膜27的部分。
之后、在Pt膜27上用濺射法形成PtOx膜28。此時(shí)的條件比如可以是基板溫度為350℃、成膜功率為1kW、Ar氣體流量為36sccm、O2氣體的流量為144sccm，室內(nèi)的壓力為6.2Pa，成膜時(shí)間為22秒鐘。結(jié)果、形成厚度為25nm程度的PtOx膜28。而且、在半導(dǎo)體基板11的邊緣部中，雖然存在沒有形成Pt膜27的部分，但是在該部分中，在IrOx膜26上形成PtOx膜28。
而且、在PtOx膜28上用濺射法形成Pt膜29。此時(shí)的條件比如可以是基板溫度為100℃、成膜功率為1kW、Ar氣體流量為100sccm、室內(nèi)的壓力為0.4Pa，成膜時(shí)間為32秒鐘。結(jié)果、得到厚度為50nm程度的Pt膜29。
用這些Ir膜25，IrOx膜26，Pt膜27，PtOx膜28以及Pt膜29構(gòu)成阻擋金屬膜以及下部電極膜。
而且，Ir膜25以及IrOx膜26彼此可以用同一個(gè)室形成，Pt膜27，PtOx膜28以及Pt膜29可以彼此用同一個(gè)室形成。
接著、對(duì)這些膜，比如在750℃的Ar氣體環(huán)境中進(jìn)行60秒鐘的急速加熱處理，通過該方式，進(jìn)行Pt膜27以及29的結(jié)晶化。
接著、如圖4C所示，在Pt膜29上用濺射法形成PLZT((Pb，La)(Zr，Ti)O3)膜30，并進(jìn)行其結(jié)晶化退火。PLZT膜，雖然可以用比如MOCVD法來形成，但是最好在使用MOCVD法的場(chǎng)合改變下部電極的結(jié)構(gòu)。
之后、在PLZT膜30上用濺射法形成上部電極膜31。上部電極膜31比如由相互組成不同的2層IrOx膜構(gòu)成。第1層IrOx膜的形成中，比如可以使得基板溫度為室溫，成膜功率為2kW，Ar氣體的流量為100sccm，O2氣體的流量為59sccm。而且，第1層IrOx膜比如為50nm厚。在形成第1層IrOx膜之后，進(jìn)行退火，之后，再形成第2層IrOx膜。第2層IrOx膜，比如為75到125nm厚。
接著，進(jìn)行半導(dǎo)體基板(晶片)11的背面(內(nèi)表面)清洗。
而且，在上部電極膜31上用濺射法形成Ir粘合膜(掩模粘合膜)32。此時(shí)的條件比如可以是基板溫度為400℃或400℃以上，Ar氣體的流量為100sccm，成膜功率為1kW，成膜時(shí)間為7秒鐘。結(jié)果，形成厚度為10nm的Ir粘合膜32。此外、為了形成Ir粘合膜32，將半導(dǎo)體基板11在設(shè)定為400℃的晶片臺(tái)上保持30秒鐘之后，開始成膜。而這是為了穩(wěn)定基板溫度。
在形成Ir粘合膜32之后，如圖4D所示，形成TiN膜33以及TEOS膜34，該兩個(gè)膜在對(duì)上部電極膜31，PLZT膜30，Pt膜29，PtOx膜28，Pt膜27，IrOx膜26以及Ir膜25進(jìn)行圖形成形的時(shí)候用作硬質(zhì)掩模。TiN膜33，比如在200℃下形成，其厚度為200nm。此外，TEOS膜34，比如在390℃下形成，其厚度為390nm。
接著、對(duì)TEOS膜34以及TiN膜33進(jìn)行圖形成形，通過該方法，僅在形成了疊式型強(qiáng)電介質(zhì)電容器的預(yù)定區(qū)域中形成硬質(zhì)掩模。
然后、如圖4E所示，采用將TEOS膜34以及TiN膜33作為硬質(zhì)掩模使用的圖形成形以及蝕刻技術(shù)，對(duì)上部電極膜31、PLZT膜30，Pt膜29，PtOx膜28，Pt膜27，IrOx膜26以及Ir膜25進(jìn)行集中加工，通過該方法，形成疊式結(jié)構(gòu)的強(qiáng)電介質(zhì)電容器。該強(qiáng)電介質(zhì)電容器相當(dāng)于圖3的強(qiáng)電介質(zhì)電容器1。
之后、去除硬質(zhì)掩模(TEOS膜34以及TiN膜33)。接著、為了恢復(fù)由成膜和蝕刻處理等導(dǎo)致的對(duì)PLZT膜30的傷害，施行恢復(fù)退火處理。
接著，將整個(gè)面上形成鋁膜35作為保護(hù)強(qiáng)電介質(zhì)電容器以避免處理傷害的保護(hù)膜。接著，在整個(gè)面上形成層間絕緣膜，并進(jìn)行CMP來使得該層間絕緣膜36平坦化。
之后、采用圖形成形以及蝕刻技術(shù)在層間絕緣膜36以及鋁膜35上形成到達(dá)W插頭24的接觸孔。接著、在該接觸孔內(nèi)形成膠膜37之后，掩埋W膜，并進(jìn)行CMP來平坦化，通過該方式，形成W插頭38.
然后，在整個(gè)面上形成W氧化防止絕緣膜(未圖示)。作為W氧化防止絕緣膜，比如可以使用SiON膜。而且、采用圖形成形以及蝕刻技術(shù)，在W氧化防止絕緣膜以及層間絕緣膜36上，形成達(dá)到Ir粘合膜32的接觸孔。接著、進(jìn)行用于恢復(fù)蝕刻導(dǎo)致的損傷的退火處理。該退火處理之后，用后蝕刻方法除去W氧化防止絕緣膜。
然后、依次疊層形成下層的膠膜39，配線材料膜40以及上層的膠膜41。
接著、在膠膜40上形成反射防止膜(未圖示)，涂布抗蝕膜(未圖示)。之后、加工抗蝕膜使得其與配線圖形匹配，將加工后的抗蝕膜作為掩模，對(duì)反射防止膜，膠膜41，配線材料膜40以及膠膜39進(jìn)行蝕刻。作為反射防止膜，比如可以使用SiON膜。用這樣的蝕刻，如圖4E所示，得到由膠膜41、配線材料膜40以及膠膜39構(gòu)成的具有預(yù)定平面形狀的配線42。
之后，另外進(jìn)行層間絕緣膜43的形成、膠膜44以及將W插頭45向接觸孔的掩埋以及從下進(jìn)行第2層以后的配線的形成。然后形成例如由TEOS膜以及SiN膜構(gòu)成的覆膜，并由此完成具有強(qiáng)電介質(zhì)電容器的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器。而且，在形成上層配線的時(shí)候，使得通過Ir粘合膜32與上部電極膜31連接的配線42與板線連接，并使得與2個(gè)MOS晶體管20所共有的源極、漏極擴(kuò)散層連接的配線42與位線連接。對(duì)于柵電極15，其自身可以作為字線，此外，也可以在上層配線中，將柵電極15與字線連接。
根據(jù)這樣的第1實(shí)施方式，為了形成Ir粘合膜32將半導(dǎo)體基板11的溫度保持在400℃或400℃以上，所以背面清洗之后殘留在上部電極膜31上的碳元素被排放到處理室內(nèi)。由此，提高了之后形成的TiN膜和Ir粘合膜32之間的粘附性，使得TiN膜33不易發(fā)生剝離。
此外，在形成Ir粘合膜32的時(shí)候，由于不需要使用在Pt膜的形成中所需的固緊部件，所以在半導(dǎo)體基板11的整個(gè)面上形成Ir粘合膜32。另外、Ir粘合膜32的成膜溫度為400℃，在該溫度下成膜的Ir膜的內(nèi)部應(yīng)力非常低。由此，也降低了已經(jīng)形成的各個(gè)膜上作用的應(yīng)力，即使IrOx膜26和PtOx膜28直接接觸，在它們之間也不會(huì)產(chǎn)生剝離。
實(shí)際上、本申請(qǐng)發(fā)明人在形成與實(shí)施方式相同的硬質(zhì)掩模的場(chǎng)合下，得到了良好的結(jié)果。這里，對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行說明。此外、為了與第1實(shí)施方式(實(shí)施例No.1)進(jìn)行比較，對(duì)下面的實(shí)施例No.2以及No.3還有比較例No.4以及5，都進(jìn)行與實(shí)施例No.1相同的評(píng)價(jià)。
而且，在實(shí)施例No.2中，在進(jìn)行背面清洗之后，在200℃下2分鐘的時(shí)間內(nèi)，在氧氣環(huán)境中進(jìn)行灰化處理，之后、形成硬質(zhì)掩模(TEOS膜/TiN膜)。
在實(shí)施例No.3中、在與實(shí)施例No.2相同地形成TiN膜之后，從半導(dǎo)體基板11的外邊緣用切斷的方法除去3mm的環(huán)狀的部分。接著、形成TEOS膜。
在比較例No.4中，在進(jìn)行背面清洗之后，就這么形成硬質(zhì)掩模。是用與在先技術(shù)相同的方法。
在比較例No.5中，在進(jìn)行背面清洗之后，形成TiN膜，在高成膜功率下把成膜溫度變成340℃形成TEOS膜。
而且、對(duì)這些材料的在半導(dǎo)體基板(晶片)的中央部的剝離以及在邊緣部的剝離的產(chǎn)生狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。其結(jié)果在表1中示出。表1中的分母是進(jìn)行試驗(yàn)的半導(dǎo)體基板的數(shù)量，分子是產(chǎn)生了剝離的半導(dǎo)體基板的數(shù)量。
如表1所示、在實(shí)施例No.1～3中，完全沒有產(chǎn)生中央部的剝離。但是在實(shí)施例No.2中，在邊緣部產(chǎn)生了剝離。此外，在實(shí)施例No.3中，雖然抑制了剝離，但是與實(shí)施例No.1比較增加了工序數(shù)量。
與此相反，在比較例No.4以及5中，在中央部以及邊緣部都產(chǎn)生了剝離。
(第2實(shí)施方式)下面，對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖5是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器(半導(dǎo)體器件)的制造方法的剖面圖。但是、圖5是表示垂直于位線3延伸的方向的剖面。
第2實(shí)施方式中，首先如圖5所示，與第1實(shí)施方式相同進(jìn)行從坑12的形成到W插頭24的形成的處理。
接著，在整個(gè)面上形成比如400nm厚的Ir膜。接著利用圖形成形以及蝕刻技術(shù)對(duì)Ir膜進(jìn)行圖形成形，通過該方式選擇性地在與強(qiáng)電介質(zhì)電容器的下部電極連接的W插頭24上形成阻擋金屬膜51。
之后，在防止W插頭24的氧化的同時(shí)，在整個(gè)面上形成作為在對(duì)由后面的工序中形成的下部電極膜，強(qiáng)電介質(zhì)膜以及上部電極膜進(jìn)行蝕刻時(shí)的蝕刻截止層的W氧化防止膜52，然后在其上形成與下部電極膜的粘附性很高的電容器粘合膜53。作為W氧化防止膜52，比如可以形成厚度100nm的SiN膜或者SiON膜。作為電容器粘合膜53，可以形成比如厚度為800nm的TEOS膜。
接著、將阻擋金屬膜51作為截止層進(jìn)行CMP。而且、電容器粘合膜53也對(duì)W插頭的氧化的防止有一定貢獻(xiàn)。
而且、與第1實(shí)施方式相同地進(jìn)行Ir膜25的形成之后的處理，完成具有強(qiáng)電介質(zhì)電容器的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器。但是、在本實(shí)施方式中，由于在Ir膜25的下面形成阻擋金屬膜51的原因，Ir膜25的厚度可以比第1實(shí)施方式薄，比如為30nm。
根據(jù)這樣的第2實(shí)施方式，可以得到與第1實(shí)施方式同樣的效果，并且由于阻擋金屬膜51，W氧化防止膜52以及電容器粘合膜53的存在，而不容易產(chǎn)生W插頭24的氧化。
實(shí)際上、本申請(qǐng)發(fā)明人在形成與第2實(shí)施方式相同的硬質(zhì)掩模的場(chǎng)合下，得到了良好的結(jié)果。這里，對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行說明。此外、為了與第2實(shí)施方式(實(shí)施例No.11)之間的比較，對(duì)下面的實(shí)施例No.12以及實(shí)施例No.13，也進(jìn)行與實(shí)施例No.11相同的評(píng)價(jià)。
而且，在實(shí)施例No.12中，在進(jìn)行背面清洗之后，在200℃下2分鐘的時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行在氧氣環(huán)境中的灰化處理，之后形成TiN膜。而且、用與實(shí)施例No.3相同地切斷的方法從半導(dǎo)體基板11的外邊緣除去3mm的環(huán)狀的部分。接著、形成TEOS膜。
在比較例No.13中，在進(jìn)行背面清洗之后，與比較例No.4相同地按原樣形成硬質(zhì)掩模。是與在先技術(shù)相同的方法。
而且、對(duì)這些材料的半導(dǎo)體基板(晶片)的中央部的剝離和邊緣部的剝離的產(chǎn)生狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。其結(jié)果在表2中示出。表2中的分母是進(jìn)行試驗(yàn)的半導(dǎo)體基板的數(shù)量，分子是產(chǎn)生剝離的半導(dǎo)體基板的數(shù)量。
如表2所示、在實(shí)施例No.11以及12中，完全沒有產(chǎn)生中央部的剝離。但是在實(shí)施例No.12中，雖然抑制了剝離的產(chǎn)生，但是與實(shí)施例No.11相比較增加了工序數(shù)量。
與此相反，在比較例No.13中，在中央部以及邊緣部都產(chǎn)生了剝離。
另外，對(duì)于實(shí)施例No.11以及12，利用硬質(zhì)掩模進(jìn)行在高溫下蝕刻之后，進(jìn)行利用缺陷檢測(cè)裝置的有效拍照(shot)區(qū)域內(nèi)的電容器歸零的檢查，以及利用光學(xué)顯微鏡的有效拍照區(qū)域之外的電容器歸零以及電容器剝離的檢查。其結(jié)果在表3中示出。表3中的分母是進(jìn)行試驗(yàn)的半導(dǎo)體基板的數(shù)量，分子是產(chǎn)生剝離或者電容器歸零的半導(dǎo)體基板的數(shù)量。這里，電容器歸零就是電容器的上部電極或者強(qiáng)電介質(zhì)膜沒有被完全剝離的意思。此外、在電容器剝離的檢查中，觀察的是構(gòu)成電容器的膜的任何一部分中產(chǎn)生的剝離(沒有完全產(chǎn)生剝離)的狀況。另外、在有效拍照區(qū)域之外的電容器歸零、是在用于除去構(gòu)成硬質(zhì)掩模的TiN膜的濕性處理時(shí)產(chǎn)生的，電容器剝離是在濕性處理之前產(chǎn)生的。此外、有效拍照區(qū)域之內(nèi)、表示在晶片的中央部中預(yù)定的矩形區(qū)域所確保的部分，有效拍照區(qū)域之外、表示在晶片的周邊部中預(yù)定的矩形區(qū)域沒有確定的部分。而且、電容器剝離的檢查對(duì)象，是從平面上看來一邊的長(zhǎng)度為200微米的電容器。
如表3所示、在實(shí)施例No.11中，任何一種檢查都沒有產(chǎn)生不良狀況。另一方面，在實(shí)施例No.12中，在進(jìn)行濕性處理之前產(chǎn)生了電容器剝離，在進(jìn)行了濕性處理之后，在有效拍照區(qū)域之外產(chǎn)生了電容器歸零。根據(jù)該結(jié)果，可以判斷Ir粘合膜的形成是最有效的。
另外，本申請(qǐng)發(fā)明人對(duì)實(shí)施例No.11以及No.12，在從下形成第1層配線的狀態(tài)下，進(jìn)行開關(guān)電荷量Qsw的測(cè)量來作為電容器的開關(guān)特性的檢查。在該測(cè)量中，開關(guān)電壓為1.8v以及3.0v。其結(jié)果在圖6中示出。
如圖6所示、在實(shí)施例No.11中得到比實(shí)施例No.12高1微米/cm2程度的開關(guān)電荷量。根據(jù)該情況，可知在Ir粘合膜中沒有催化劑的副作用。
(第3實(shí)施方式)接著，對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施方式進(jìn)行說明。第1以及第2實(shí)施方式，是本發(fā)明適用于疊式結(jié)構(gòu)的強(qiáng)電介質(zhì)電容器的實(shí)施方式，第3實(shí)施方式是本發(fā)明適用與平面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)電介質(zhì)電容器的實(shí)施方式。
即使是平面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)電介質(zhì)電容器、也為了抑制電容器面積的增大而進(jìn)行對(duì)上部電極膜以及強(qiáng)電介質(zhì)膜的集中蝕刻。該集中蝕刻中，通常將單層的TiN膜，SiON膜，SiN膜或者TEOS膜等作為硬質(zhì)掩模使用。由此、在與疊式結(jié)構(gòu)的強(qiáng)電介質(zhì)電容器相同地形成硬質(zhì)掩模時(shí)進(jìn)行集中蝕刻，之后在除去硬質(zhì)掩模的時(shí)等，容易產(chǎn)生膜的剝離和電容器的歸零。
本實(shí)施方式是解決這樣的主題的實(shí)施方式。圖7是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器(半導(dǎo)體器件)的制造方法的剖面圖。但是、圖7表示的是垂直于位線3延伸的方向的剖面。
在第3實(shí)施方式中，首先如圖7所示、與第1實(shí)施方式相同地進(jìn)行從坑12的形成到W插頭24的形成的處理。
然后在整個(gè)面上依次形成下部電極粘合膜以及Pt膜(未圖示)。下部電極粘合膜以及Pt膜(下部電極膜)比如用濺射法形成。下部電極粘合膜比如在20℃下形成，其厚度在20nm的程度。此外、Pt膜，比如在100℃下形成，其厚度為175nm的程度。作為下部電極粘合膜，比如可以使用Ti膜、TiOx膜或者Al2O3膜等等。而且、通過對(duì)下部電極粘合膜以及Pt膜進(jìn)行圖形成形，形成下部電極61。
然后、在Pt膜(下部電極膜)上用濺射法形成強(qiáng)電介質(zhì)膜，比如PLZT膜(未圖示)。之后、對(duì)PLZT膜在Ar氣體以及O2氣體環(huán)境下用RTA(Rapid ThermalAnnealing)方法進(jìn)行600℃以上的加熱處理。結(jié)果，在使得強(qiáng)電介質(zhì)膜結(jié)晶化的同時(shí)，使得下部電極膜Pt膜致密化。由此、抑制了在Pt膜和強(qiáng)電介質(zhì)膜之間的界面附近的Pt和O之間的相互擴(kuò)散。
之后、在結(jié)晶化的強(qiáng)電介質(zhì)膜上用濺射法形成由厚度為200nm程度的IrO2構(gòu)成的上部電極膜(未圖示)。
接著、進(jìn)行半導(dǎo)體基板(晶片)11的背面的清洗。
然后，用濺射法在上部電極膜上形成Ir粘合膜(未圖示)。Ir粘合膜，比如在400℃的基板溫度下形成，其厚度為10nm。而且，與第1實(shí)施方式相同地作為集中蝕刻用的硬質(zhì)掩模，依次形成TiN膜以及TEOS膜。而且、進(jìn)行對(duì)TiN膜以及TEOS膜的圖形成形。
接著、通過對(duì)上部電極膜以及強(qiáng)電介質(zhì)膜進(jìn)行集中蝕刻，形成由強(qiáng)電介質(zhì)膜構(gòu)成的電容器電介質(zhì)膜62以及由Pt膜構(gòu)成的上部電極63。并且、除去硬質(zhì)掩模。之后、進(jìn)行恢復(fù)退火處理(650℃、60分鐘、氧氣環(huán)境中)。
而且與第1實(shí)施方式相同地進(jìn)行鋁膜35的形成之后的處理，完成具有強(qiáng)電介質(zhì)電容器的強(qiáng)電介質(zhì)存儲(chǔ)器。
根據(jù)這樣的第3實(shí)施方式，即使是制造平面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)電介質(zhì)電容器的場(chǎng)合，也可以防止硬質(zhì)掩模的剝離。
而且、掩模粘合膜，并不限于Tr膜，比如還可以使用Ru膜，Rh膜，Pd膜等等，此外還可以使用這些元素的氧化膜。
此外，上部電極膜以及下部電極膜的材料也沒有限定。作為上部電極膜可以使用比如Ir，Ru，Pt，Rh，Pd的氧化膜，此外，還可以使用這樣的氧化膜的疊層體。另外、還可以使用具有在這些氧化膜的上面形成有SrRuO3膜的結(jié)構(gòu)的疊層體。
另外，集中蝕刻的時(shí)候的溫度優(yōu)選為常溫或者高溫。
此外、作為硬質(zhì)掩模的一部分，還可以使用Ti膜來代替TiN膜。
另外、作為強(qiáng)電介質(zhì)膜，除了PLZT膜之外、還可以使用PZT(P-b(Zr，Ti)O3)膜、在PZT膜中添加了微量的Ca、Sr、Si等的膜的鈣鈦礦型晶格結(jié)構(gòu)的化合物膜和SBT(SrBi2Ta2O9)等的Bi層狀系結(jié)構(gòu)的化合物膜。另外、強(qiáng)電介質(zhì)膜的形成方法并沒有特別的限定，可以用溶膠與凝膠狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換法、濺射法、MOCVD法等來形成強(qiáng)電介質(zhì)膜。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明、可以防止在形成硬質(zhì)掩模的時(shí)候的剝離以及電容器的歸零。由此可以高生產(chǎn)率地制造適于精密化的疊式結(jié)構(gòu)的強(qiáng)電介質(zhì)電容器。
表1

表2

表3

權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，具有在半導(dǎo)體基板的上方形成強(qiáng)電介質(zhì)膜作為強(qiáng)電介質(zhì)電容器的電容器電介質(zhì)膜的原料膜的工序，在上述強(qiáng)電介質(zhì)膜上形成上部電極膜作為上述強(qiáng)電介質(zhì)電容器的上部電極的原料膜的工序，在上述上部電極膜上形成含有貴金屬元素的掩模粘合膜的工序，在上述掩模粘合膜上形成硬質(zhì)掩模的工序，利用上述硬質(zhì)掩模對(duì)上述上部電極膜以及上述強(qiáng)電介質(zhì)膜進(jìn)行蝕刻的工序。
2.如權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在形成上述上部電極膜的工序與形成上述掩模粘合膜的工序之間，具有清洗上述半導(dǎo)體器件的內(nèi)表面的工序。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于形成上述掩模粘合膜的工序具有將上述半導(dǎo)體基板加熱到400℃或400℃以上的工序。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于形成上述掩模粘合膜的工序具有將上述半導(dǎo)體基板加熱到400℃或400℃以上的工序。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在形成上述強(qiáng)電介質(zhì)膜的工序之前，具有在上述半導(dǎo)體基板的上方形成下部電極膜作為強(qiáng)電介質(zhì)電容器的下部電極的原料膜的工序，將上述強(qiáng)電介質(zhì)膜形成在上述下部電極膜上。
6.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在形成上述強(qiáng)電介質(zhì)膜的工序之前，具有在上述半導(dǎo)體基板的上方形成下部電極膜作為強(qiáng)電介質(zhì)電容器的下部電極的原料膜的工序，將上述強(qiáng)電介質(zhì)膜形成在上述下部電極膜上。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在對(duì)上述上部電極膜以及上述強(qiáng)電介質(zhì)膜進(jìn)行蝕刻的工序中，利用上述硬質(zhì)掩模對(duì)上述下部電極膜也進(jìn)行蝕刻。
8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在對(duì)上述上部電極膜以及上述強(qiáng)電介質(zhì)膜進(jìn)行蝕刻的工序中，利用上述硬質(zhì)掩模對(duì)上述下部電極膜也進(jìn)行蝕刻。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于形成從Ir膜、Ru膜、Rh膜以及Pd膜構(gòu)成的組中選擇的一種膜，作為上述掩模粘合膜。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于形成從Ir、Ru、Rh以及Pd構(gòu)成的組中選擇的一種元素的氧化膜，作為上述掩模粘合膜。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，具有形成上述硬質(zhì)掩模的工序，在上述掩模粘合膜上形成Ti膜或者TiN膜的工序，在上述TiN膜上形成四乙基正硅酸鹽膜的工序，對(duì)上述Ti膜和上述四乙基正硅酸鹽膜進(jìn)行圖形成形的工序。
12.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，具有形成上述硬質(zhì)掩模的工序，在上述掩模粘合膜上形成Ti膜或者TiN膜的工序，在上述TiN膜上形成四乙基正硅酸鹽膜的工序，對(duì)上述Ti膜和上述四乙基正硅酸鹽膜進(jìn)行圖形成形的工序。
13.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于形成含有貴金屬的氧化物的導(dǎo)電膜作為上述上部電極膜。
14.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于形成含有貴金屬的氧化物的導(dǎo)電膜作為上述上部電極膜。
15.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于利用從Ir、Ru、Pt、Rh以及Pd構(gòu)成的組中選擇的一種元素的氧化物作為上述貴金屬的氧化物。
16.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于利用從Ir、Ru、Pt、Rh以及Pd構(gòu)成的組中選擇的一種元素的氧化物作為上述貴金屬的氧化物。
17.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成鈣鈦礦型晶格結(jié)構(gòu)的化合物膜或者Bi層狀系結(jié)構(gòu)的化合物膜作為上述強(qiáng)電介質(zhì)膜。
18.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成鈣鈦礦型晶格結(jié)構(gòu)的化合物膜或者Bi層狀系結(jié)構(gòu)的化合物膜作為上述強(qiáng)電介質(zhì)膜。
19.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，具有在半導(dǎo)體基板的上方形成強(qiáng)電介質(zhì)膜作為強(qiáng)電介質(zhì)電容器的電容器電介質(zhì)膜的原料膜的工序，在上述強(qiáng)電介質(zhì)膜上形成上部電極膜作為上述強(qiáng)電介質(zhì)電容器的上部電極的原料膜的工序，將上述半導(dǎo)體基板加熱到400℃或400℃以上的工序，在上述上部電極膜上形成硬質(zhì)掩模的工序，利用上述硬質(zhì)掩模對(duì)上述上部電極膜以及上述強(qiáng)電介質(zhì)膜進(jìn)行蝕刻的工序。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置的制造方法。在形成PLZT膜(30)作為電容器電介質(zhì)膜的原料膜之后，在PLZT膜(30)上形成上部電極膜(31)。上部電極膜(31)由相互組成不同的2層IrOx膜構(gòu)成。接著進(jìn)行對(duì)半導(dǎo)體基板(11)的背面的清洗。而且、在上部電極膜(31)上形成Ir粘合膜(32)。此時(shí)基板溫度在400℃或400℃以上。然后，依次形成作為硬質(zhì)掩模的TiN膜以及TEOS膜。在這樣的方法中，為了形成Ir粘合膜(32)將半導(dǎo)體基板(11)的溫度保持在400℃或 400℃以上，所以使背面清洗之后殘留在上部電極膜(31)上的碳元素排放到處理室內(nèi)。由此，提高了之后形成的TiN膜和Ir粘合膜(32)之間的粘附性，使得TiN膜不易發(fā)生剝離。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1695248SQ03824759
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2003年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者王文生, 安藤崇志, 彥坂幸信 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社