デバイス内にバリア層を有するコンタクトホールを形成する方法及び得られるデバイス
デバイスの下層（２）にコンタクトを形成する方法は、コンタクトホール（５）を形成するステップと、デバイスのコンタクトホール内にバリア材からなるコンタクトホールバリア層（７）を形成するステップと、コンタクトホールの底面のコンタクトホールバリア層をエッチングするステップと、コンタクトホール内にライナ材（８）を堆積するステップと、コンタクトホールに導電性材料（９）を充填するステップとを有する。半導体、受動素子、キャパシタ又はＦｅＲＡＭなどのデバイスが上記方法に従って形成される。コンタクトホールの側壁にあるコンタクトホールバリア層（７）が、水素及び／又は酸素の側方拡散を抑制する。コンタクトホールバリア層は、ウェットエッチングプロセスによって生じる既存のバリア層（３）内のボイド（６）を充填するために上記プロセス後に、又は既存のバリア層への損傷を抑制するために上記プロセス前に行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、デバイス、例えば半導体又は同種のデバイスの一部にコンタクトを形成する方法、及び上記方法によって形成されるキャパシタなどの受動素子に関する。具体的に言えば、上記デバイスが強誘電体キャパシタ（ＦｅＲＡＭ）である場合である。
【０００２】
発明の背景
従来、ＦｅＲＡＭは、第１の、すなわち下側の平面の電極膜上にジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ストロンチウム・ビスマス・タンタル・オキサイド（ＳＢＴ）、ビスマス・ランタン・チタン・オキサイド（ＢＬＴ）又はストロンチウム・ルテニウム・オキサイド（ＳＲＯ）などの強誘電体膜を堆積し、上記強誘電体層の上に第２の、すなわち上側の電極膜を形成することにより製造されている。そして、第２の電極層と強誘電体膜とが反応性イオンエッチング法を使用してエッチングされ、その後に第１の電極膜が同様の方法を使用してエッチングされる。その結果、強誘電体膜を挟む第１の電極膜と第２の電極膜とを有する多数のスタック（stack）が存在する。
【０００３】
それぞれのＦｅＲＡＭキャパシタ構造をエッチングした後に、Ａｌ２Ｏ３からなるＣＡＰ層を形成し、上記構造の中へ水素が拡散することを抑制することが一般に行われている。この層は、スパッタリングプロセスによって形成することができる。上記構造の中へ水素が拡散することは上記デバイスに損傷を与える場合があるので、これを抑制しようとすることは重要である。
【０００４】
半導体デバイスを含む別のデバイスの製造では、デバイスの上にＡｌ２Ｏ３などの材料からなる層を形成し水素拡散を抑制することが知られている。このような拡散は、そうしないと、デバイスの特性及び性能に影響を及ぼす可能性がある。通常、上部絶縁層がまた適用されている。
【０００５】
上記デバイスでは、下にある領域又は層と、例えば基板材料内のウェル（well）と、すなわち下にある層と、例えばＦｅＲＡＭの第１の電極に直接に電気接点を形成することが必要な場合がある。そのような電気接点は、上にある層を貫き下にある層又は領域までコンタクトホールを形成し、その次に、例えばアルミニウムなどの導電性材料をコンタクトホールに充填することによって形成することが可能である。上記デバイスがバリア層を有する場合、バリア層を貫き下にある層までコンタクトホールを形成する必要がある。低コンタクト抵抗及び高信頼性を確保するために、ウェットエッチング処理が適用される。エッチングされる複数の異なる層についての異なるエッチング速度のために、複数の段差（ステップ：step）及び／又は空隙（ボイド：void）がコンタクトホールの側壁に形成される。強誘電体デバイスでは、バリア又は封入（ＣＡＰ）層が、別の層に対して後方へ退けられる、あるいは後方ヘエッチングされることがある。次いで、例えばアルミニウムなどの導電性材料を適切に充填することを確保するために、コンタクトホールの中に薄いライナ層が堆積される。ライナ材は、通常、Ｔｉ又はＴｉＮから構成されている。ライナ材が、水素拡散を抑制する、あるいは低減することができる材料から作られるとしても、ステップ及び／又はボイドを十分に充填することができないので、ライナはまだ効果的でない。コンタクトライナとバリア層との間に生じるボイドが、水素のリーク経路を作り出す。
【０００６】
この形態の構造の実施例が、図１０に表されており、図１０は、ＦｅＲＡＭデバイスの一部を示している。上記デバイスは、下側の電極２１と上側の電極２３と備えた強誘電体キャパシタを有している。それらの間には強誘電体層３０が存在する。強誘電体キャパシタは、マトリクス状のＴＥＯＳ２０の内部に支持される。下側の電極２１は、イリジウム及び／又は酸化イリジウムからなる導電性バリア層３７を介して上記デバイスの下側の平面まで延びる導電性プラグ３９に接続される。上側の電極２３は、上側の電極コンタクトウェル４０と接触しており、電極コンタクトウェル４０は、ＴＥＯＳ２０内の空洞であり、導電性材料４７からなるライナ層で内側を覆われ、金属（メタル：metal）４９で充填されている。上記デバイスの下の層（不図示）は、導電素子４１と電気的に接続される。上記素子４１は、深いコンタクトウェル５０まで延び、コンタクトウェル５０は、ＴＥＯＳ２０内の空洞であり、導電性ライナ層４３でコーティングされる内面を備え、メタル４５で充填されている。上記構造は、多数のバリア層３１、３３、３５を備え、それらは、例えばＡｌ２Ｏ３によって形成され得る。バリア層３１、３３、３５の目的は、上記構造を通じて酸素及び水素が拡散することを抑制することである。それでも、破線６０によって表されるもののように拡散経路がまだ残っている。
【０００７】
上記各コンタクトウェル４０、５０は、（ｉ）ウェル４０、５０を開口するステップと、（ｉｉ）ウェットエッチングプロセスを行うステップと、（ｉｉｉ）ライナ層４３、４７を形成するためにウェル４０、５０をコーティングするステップと、（ｉｖ）ウェル４０、５０をメタル４５、４９で充填するステップと、を有するプロセスによって形成される。
【０００８】
図１１は、図１０のＡ部を示す図である。深いコンタクトウェル５０の形成過程においては、ウェットエッチングプロセスは、ウェル５０に最も近いＡｌ２Ｏ３のバリア層３５の部分を取り除きボイド６１を作り出させる。ライナ４３は、このボイド６１を充填せず、そのため矢印によって示される経路が存在し、水素がバリア層３５の縁部の周りにおいて拡散する。
【０００９】
図１２は、深いコンタクトウェル５０の形成中あるいはライナ４７が適用される前の図１０のＢ部を示す図である。この段階では、（例えばＰＺＴ層３０を結晶化するために）アニーリング工程が酸素雰囲気において行われ、酸素は、矢印によって示される経路に沿ってＴＥＯＳ材２０の中へ拡散することができる。
【００１０】
図１３は、ウェットエッチングステップ後に、ライナ４７及びメタル材４９が上側の電極コンタクトウェル４０の中へ挿入された後のＢ部を示す図である。ウェットエッチングステップは、ウェル４９に最も近いバリア層３３、３５の部分を取り除きボイド６３を作り出し、それを通じて水素が矢印によって示される経路に沿って拡散可能である。
【００１１】
好ましくない材料がバリア層を通過しないコンタクトを形成することが望まれている。
【００１２】
発明の概要
本発明は、バリア層を有する構造にコンタクトを形成する新しい有用な方法を提供すること、また、上記方法によって形成される新しい有用なデバイスを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明によれば、デバイスの下層又は領域にコンタクトを形成する方法は、デバイスを通じてコンタクトホールを形成するステップと、コンタクトホール内にコンタクトホールバリア層を堆積するステップと、コンタクトホールの底面にあるコンタクトホールバリア層をエッチングするステップと、コンタクトホール内にライナ材を堆積するステップと、コンタクトホールに導電性材料を充填するステップとを備えている。
【００１４】
上記コンタクトホールの側面に残っている種々のコンタクトホールバリア層は、側方拡散を抑制するための有用なバリアとして作用し得る。コンタクトウェルが、上側の電極用である場合、コンタクトホールバリア層は、水素及び酸素の両方の拡散を抑制する。コンタクトウェルが、深いコンタクト用である場合、コンタクトホールバリア層は、水素拡散を抑制する。
【００１５】
本発明は、コンタクト形成プロセスが、ウェットエッチングプロセスを有する場合に特に好適であり、コンタクトウェルは、第１のバリア層を有するデバイスの一部を貫いて形成されている。
【００１６】
本発明の第１の形態では、コンタクトバリア層は、ウェットエッチングプロセスの後に適用され、そのため、バリア材からなるコンタクトホールバリア層が、ウェットエッチングプロセスによって生じるデバイスの第１のバリア層内のボイドを充填することができ、それにより、上記ボイドを通じて水素が拡散することを抑制する。本発明の第２の形態では、コンタクトホールバリア層が、ウェットエッチングプロセスの前に形成される。この場合、コンタクトホールバリア層は、ウェットエッチングプロセス中にコンタクトホールの側壁、特に、それらの側壁における第１のバリア層を保護する。コンタクトホールの側面にあるコンタクトホールバリア層の厚さが、このウェットエッチングプロセス中に、好ましくなく低減される場合、その後にコンタクトホールバリア層の更なる層を適用することができ、その後にコンタクトホールの底面にあるコンタクトホールバリア層の部分が取り除かれる。
【００１７】
コンタクトホールバリア層のバリア材は、好ましくはＡｌ２Ｏ３であるが、例えばＴｉＯ２など別のバリア材を使用することもまた可能である。例えばＴｉ又はＴｉＮなどの材料は酸化されるので、上側の電極コンタクトの内部に適用することは好ましくない。バリア材は、コンタクトホールが貫通する第１のバリア層と同じ材料から作る必要はない。
【００１８】
好ましくは、バリア材からなるコンタクトホールバリア層は、原子層成長（ＡＬＤ）法を使用して堆積される。これは、コンタクトホールが貫通するバリア層内のボイドの良好な充填を達成することが分かっている。この方法はまた、低温で行われるほど有益であり、良好なコンタクトホールバリア層の形成をもたらす。
【００１９】
好ましくは、コンタクトウェルの底にあるコンタクトホールバリア層が、スペーサ・エッチング法（spacer etch method）を使用してエッチングされる。バリア材のショート・スペーサ・エッチング（short spacer etch）の使用は、レジストを使用することなく行うことができ、それに続く酸素アニーリング前に標準的な化学的湿式後処理をする必要がない。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様の方法に従って形成されるコンタクトを有するデバイスが提供される。好ましくは、上記デバイスは、半導体デバイス、あるいは、例えばキャパシタなどの受動素子であり、より好ましくはＦｅＲＡＭである。
【００２１】
次に、本発明は、添付図を参照しながら一例として記述される。
【００２２】
発明の詳細な説明
本発明に係る第１の方法のステップが、図１から図６に示される。図１に示すように、デバイスは、基板１と、下層２と、１つ若しくはそれ以上の上層４と、Ａｌ２Ｏ３で形成される第１のバリア層３とを備えている。第１のバリア層３は、ＦｅＲＡＭデバイスのキャパシタの封止を付与するバリア層であってもよい。このバリア層３が、上記キャパシタの第１の、すなわち下側の電極をエッチングするために使用されるハードマスクを覆っていてもよい。
【００２３】
上記下層２の層構造は示されていないが、ＦｅＲＡＭの場合には、基板１の上方にある第１の、すなわち下側の電極層と、上記第１の電極層の上方にある強誘電体層と、上記強誘電体層の上方にある第２の、すなわち上側の電極層とを形成する従来技術によって形成することができる。上側の（第２の）電極層と強誘電体層とは、ＲＩＥ法によってエッチングされる。次に、第１の電極層が同様の方法によってエッチングされる。これは、所望の用途に応じて、別の構成要素を備えたチップ上にあるマトリクス状のキャパシタ素子又は単一のキャパシタ素子を残す。別の用途では、トランジスタのウェル又はソース／ドレインが基板に設けられ、この場合、コンタクトがウェルに作られる。代わりに、コンタクトが、下方より上層の１つに作られてもよい。
【００２４】
Ａｌ２Ｏ３からなるバリア層３を、例えばスパッタリングによって付与し、（例えば上層４の形成前に）デバイスの外面を覆うように設けることも可能である。
【００２５】
図２に示すように、コンタクトホール５が、デバイスの上層４、バリア層３及び下層２を貫いて基板１まで形成される。下層２が、コンタクトホール５の全側面に第１の電極層と強誘電体層と下側の電極層とを有する場合、コンタクトホール５は、図１０に示す深いウェルのコンタクトホール５０に相当する。代わりに、基板１が上側の電極である場合、コンタクトホール５は、図１０に示す上側の電極コンタクトホール４０に相当する。
【００２６】
図３に示すように、第１のバリア層３は、ウェット処理のために、別の層に対してコンタクトホールから後方へ退けられる、あるいは後方ヘエッチングされる。このエッチングバック(etching back)は、第１のバリア層３が別の層より速いエッチング速度を有するためである。この第１のバリア層３のプリングバック（pulling back）は、コンタクトホールの側壁にステップ又はボイド６の生成をもたらす。
【００２７】
バリア材からなるコンタクトホールバリア層７は、原子層成長（ＡＬＤ）法を使用して堆積される。代わりに、コンタクトホールバリア層７が、化学的気相成長（ＣＶＤ）法など別の方法を使用して堆積することも可能である。図４に示すように、コンタクトホールバリア層７は、実質的に、コンタクトホール５の周囲にあるバリア層３内のボイド６を充填し、コンタクトホールの底面を覆っている。
【００２８】
次に、コンタクトホールバリア層７は、例えばスペーサ・エッチング法を使用して、コンタクトホール５内において部分的に取り除かれる。コンタクトホールバリア層７は、水平なコンタクト領域から取り除かれ垂直の側壁では残る。従って、得られるコンタクトホールは、コンタクトホールの側壁にバリア材からなる薄い層７を備え、それによりキャパシタの中へ水素が拡散することをブロックするように作用する（図５参照）。
【００２９】
図６は、アルミニウム（Ａｌ）又はタングステン（Ｗ）などの導電性材料９をコンタクトにその後に充填することを促進するためにライナ層８（例えばＴｉＮなどの導電性材料）を堆積した後のコンタクトホールを示す。
【００３０】
図７から図１０は、本発明に係る第２の方法を示す。この方法は、上側の電極コンタクトウェルに関して説明され、図１０に表された周知の上側の電極コンタクトウェル４０の部分に対応する上側の電極コンタクトウェルの部分が同一の参照数字で表示されている。特に、図１０に示すデバイスのＢ部は、図７から図９に表されている。
【００３１】
図７は、（従来知られている方法のように）コンタクトウェル４０が開口された後であるが、ウェットエッチングプロセスの前の時点を示している。本発明の提案によれば、コンタクトウェルバリア層１１が、ウェル４０のすべての内面に堆積される。これは、スパッタリングプロセス、あるいは、より好ましくは化学的気相成長法（ＣＶＤ）又は原子層成長法（ＡＬＤ）を使用して行うことができる。
【００３２】
次に、コンタクトウェルバリア層１１は、コンタクトウェル４０の底面にある１３として表される部分を取り除くために、ＲＩＥによって下面上でエッチングされる。このことは、図８に示す構造を形成する。ここで、酸素雰囲気においてアニーリングするステップを行い、プロセスダメージからキャパシタの強誘電体特性を回復させることができる。図８では、図１２と対比して、酸素が拡散する経路は、コンタクトウェル４０の垂直の側面に残存する（すなわち、上側の電極２３の上面に実質的に垂直である）コンタクトウェルバリア層１１によってブロックされる。上記アニーリングは、例えば、５００℃から７００℃の温度で３０秒から２時間の期間で行うことができる。
【００３３】
周知のコンタクト形成方法において見られるように、ウェットエッチングプロセスがここで行われる。これは、図９Ａに示すように、コンタクトウェルバリア層１１の厚さを低減させる傾向があるが、それでも、コンタクトウェルバリア層１１は、ウェットエッチングプロセス中に層３３、３５が腐食されることを抑制する。従って、図１３に示すボイド６３が形成されることはない。
【００３４】
上記コンタクトウェルは、従来技術の方法ステップ、すなわち、ライナ４７を適用するステップと、ウェル４０にメタル４９を充填するステップと、によって完成することができる。バリア層１１の残りの部分が、ウェル４０からＴＥＯＳ２０への水素の側方拡散を抑制することに有効に作用する。
【００３５】
図９Ａにおいて残存する層１１の厚さがこの役割を果たすのに十分であると考えられない場合には、随意的に、ライナ４７及びメタル４９がウェル４０の中へ挿入される前に第２のコンタクトウェルバリア層１５によって層１１を補強することができる。それから、コンタクトウェル４０の底面に横たわる第２のコンタクトウェルバリア層１５の部分１７が取り除かれる。
【００３６】
本発明に係る第２の方法が、上側の電極コンタクトウェル４０に関連して上述されているが、本発明は、これに関して限定するものではなく、上記方法は、その代わりに、例えば深いコンタクトウェル５０に適用することも可能である。
【００３７】
本発明は、Ｈ２以外の汚染物質がバリア層を通じてリークすることを抑制するために使用することができる。また、上述したもの以外のエッチング及び堆積プロセスを使用することも可能である。従って、本発明は、特定の実施形態を用いて上述しているが、当業者に明らかであるように、多くの変形が本発明の領域内において可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】基板、上層、下層及び第１のバリア層を有するデバイスを通る断面図である。
【図２】図１の上記デバイスを通る断面図であり、コンタクトホールが本発明に係る第１の方法の第１のステップにおいてバリア層を貫いて形成されている。
【図３】図１の上記デバイスを通る断面図であり、ウェットエッチングがコンタクトホールにおいて本発明に係る第１の方法で行われ、それによりコンタクトホールが貫くバリア層がボイドを形成して後方に退けられている。
【図４】図１の上記デバイスを通る断面図であり、コンタクトホールバリア層が本発明に係る第１の方法で堆積されている。
【図５】本発明に係る第１の方法においてスペーサ・エッチング法を使用して部分的に取り除かれたコンタクトホールバリア層を有するコンタクトホールを示す説明図である。
【図６】本発明に係る第１の方法において、ライナ層を堆積しコンタクトに導電性材料を充填した後のコンタクトホールを示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態である第２の方法についての第１のステップを示す説明図であり、コンタクトホールバリア層がコンタクトホール内に形成されている。
【図８】本発明の実施形態である第２の方法についての第２のステップを示す説明図であり、コンタクトホールバリア層がコンタクトホールの底面においてエッチングされている。
【図９Ａ】本発明の実施形態である第２の方法についての第３のステップを示す説明図であり、コンタクトホールバリア層がウェットエッチングプロセスによって部分的に取り除かれている。
【図９Ｂ】上記第３のステップに随意的に従うことができるステップを示す説明図である。
【図１０】深いコンタクトウェルを有する周知のＦｅＲＡＭ構造を表す説明図である。
【図１１】図１０の構造の深いコンタクトウェルにおける水素のリークを表す説明図である。
【図１２】図１０の上側の電極コンタクトウェルにおける酸素拡散を表す説明図である。
【図１３】図１０の上側の電極コンタクトウェルにおける水素拡散を表す説明図である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、デバイス、例えば半導体又は同種のデバイスの一部にコンタクトを形成する方法、及び上記方法によって形成されるキャパシタなどの受動素子に関する。具体的に言えば、上記デバイスが強誘電体キャパシタ（ＦｅＲＡＭ）である場合である。
【０００２】
発明の背景
従来、ＦｅＲＡＭは、第１の、すなわち下側の平面の電極膜上にジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ストロンチウム・ビスマス・タンタル・オキサイド（ＳＢＴ）、ビスマス・ランタン・チタン・オキサイド（ＢＬＴ）又はストロンチウム・ルテニウム・オキサイド（ＳＲＯ）などの強誘電体膜を堆積し、上記強誘電体層の上に第２の、すなわち上側の電極膜を形成することにより製造されている。そして、第２の電極層と強誘電体膜とが反応性イオンエッチング法を使用してエッチングされ、その後に第１の電極膜が同様の方法を使用してエッチングされる。その結果、強誘電体膜を挟む第１の電極膜と第２の電極膜とを有する多数のスタック（stack）が存在する。
【０００３】
それぞれのＦｅＲＡＭキャパシタ構造をエッチングした後に、Ａｌ２Ｏ３からなるＣＡＰ層を形成し、上記構造の中へ水素が拡散することを抑制することが一般に行われている。この層は、スパッタリングプロセスによって形成することができる。上記構造の中へ水素が拡散することは上記デバイスに損傷を与える場合があるので、これを抑制しようとすることは重要である。
【０００４】
半導体デバイスを含む別のデバイスの製造では、デバイスの上にＡｌ２Ｏ３などの材料からなる層を形成し水素拡散を抑制することが知られている。このような拡散は、そうしないと、デバイスの特性及び性能に影響を及ぼす可能性がある。通常、上部絶縁層がまた適用されている。
【０００５】
上記デバイスでは、下にある領域又は層と、例えば基板材料内のウェル（well）と、すなわち下にある層と、例えばＦｅＲＡＭの第１の電極に直接に電気接点を形成することが必要な場合がある。そのような電気接点は、上にある層を貫き下にある層又は領域までコンタクトホールを形成し、その次に、例えばアルミニウムなどの導電性材料をコンタクトホールに充填することによって形成することが可能である。上記デバイスがバリア層を有する場合、バリア層を貫き下にある層までコンタクトホールを形成する必要がある。低コンタクト抵抗及び高信頼性を確保するために、ウェットエッチング処理が適用される。エッチングされる複数の異なる層についての異なるエッチング速度のために、複数の段差（ステップ：step）及び／又は空隙（ボイド：void）がコンタクトホールの側壁に形成される。強誘電体デバイスでは、バリア又は封入（ＣＡＰ）層が、別の層に対して後方へ退けられる、あるいは後方ヘエッチングされることがある。次いで、例えばアルミニウムなどの導電性材料を適切に充填することを確保するために、コンタクトホールの中に薄いライナ層が堆積される。ライナ材は、通常、Ｔｉ又はＴｉＮから構成されている。ライナ材が、水素拡散を抑制する、あるいは低減することができる材料から作られるとしても、ステップ及び／又はボイドを十分に充填することができないので、ライナはまだ効果的でない。コンタクトライナとバリア層との間に生じるボイドが、水素のリーク経路を作り出す。
【０００６】
この形態の構造の実施例が、図１０に表されており、図１０は、ＦｅＲＡＭデバイスの一部を示している。上記デバイスは、下側の電極２１と上側の電極２３と備えた強誘電体キャパシタを有している。それらの間には強誘電体層３０が存在する。強誘電体キャパシタは、マトリクス状のＴＥＯＳ２０の内部に支持される。下側の電極２１は、イリジウム及び／又は酸化イリジウムからなる導電性バリア層３７を介して上記デバイスの下側の平面まで延びる導電性プラグ３９に接続される。上側の電極２３は、上側の電極コンタクトウェル４０と接触しており、電極コンタクトウェル４０は、ＴＥＯＳ２０内の空洞であり、導電性材料４７からなるライナ層で内側を覆われ、金属（メタル：metal）４９で充填されている。上記デバイスの下の層（不図示）は、導電素子４１と電気的に接続される。上記素子４１は、深いコンタクトウェル５０まで延び、コンタクトウェル５０は、ＴＥＯＳ２０内の空洞であり、導電性ライナ層４３でコーティングされる内面を備え、メタル４５で充填されている。上記構造は、多数のバリア層３１、３３、３５を備え、それらは、例えばＡｌ２Ｏ３によって形成され得る。バリア層３１、３３、３５の目的は、上記構造を通じて酸素及び水素が拡散することを抑制することである。それでも、破線６０によって表されるもののように拡散経路がまだ残っている。
【０００７】
上記各コンタクトウェル４０、５０は、（ｉ）ウェル４０、５０を開口するステップと、（ｉｉ）ウェットエッチングプロセスを行うステップと、（ｉｉｉ）ライナ層４３、４７を形成するためにウェル４０、５０をコーティングするステップと、（ｉｖ）ウェル４０、５０をメタル４５、４９で充填するステップと、を有するプロセスによって形成される。
【０００８】
図１１は、図１０のＡ部を示す図である。深いコンタクトウェル５０の形成過程においては、ウェットエッチングプロセスは、ウェル５０に最も近いＡｌ２Ｏ３のバリア層３５の部分を取り除きボイド６１を作り出させる。ライナ４３は、このボイド６１を充填せず、そのため矢印によって示される経路が存在し、水素がバリア層３５の縁部の周りにおいて拡散する。
【０００９】
図１２は、深いコンタクトウェル５０の形成中あるいはライナ４７が適用される前の図１０のＢ部を示す図である。この段階では、（例えばＰＺＴ層３０を結晶化するために）アニーリング工程が酸素雰囲気において行われ、酸素は、矢印によって示される経路に沿ってＴＥＯＳ材２０の中へ拡散することができる。
【００１０】
図１３は、ウェットエッチングステップ後に、ライナ４７及びメタル材４９が上側の電極コンタクトウェル４０の中へ挿入された後のＢ部を示す図である。ウェットエッチングステップは、ウェル４９に最も近いバリア層３３、３５の部分を取り除きボイド６３を作り出し、それを通じて水素が矢印によって示される経路に沿って拡散可能である。
【００１１】
好ましくない材料がバリア層を通過しないコンタクトを形成することが望まれている。
【００１２】
発明の概要
本発明は、バリア層を有する構造にコンタクトを形成する新しい有用な方法を提供すること、また、上記方法によって形成される新しい有用なデバイスを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明によれば、デバイスの下層又は領域にコンタクトを形成する方法は、デバイスを通じてコンタクトホールを形成するステップと、コンタクトホール内にコンタクトホールバリア層を堆積するステップと、コンタクトホールの底面にあるコンタクトホールバリア層をエッチングするステップと、コンタクトホール内にライナ材を堆積するステップと、コンタクトホールに導電性材料を充填するステップとを備えている。
【００１４】
上記コンタクトホールの側面に残っている種々のコンタクトホールバリア層は、側方拡散を抑制するための有用なバリアとして作用し得る。コンタクトウェルが、上側の電極用である場合、コンタクトホールバリア層は、水素及び酸素の両方の拡散を抑制する。コンタクトウェルが、深いコンタクト用である場合、コンタクトホールバリア層は、水素拡散を抑制する。
【００１５】
本発明は、コンタクト形成プロセスが、ウェットエッチングプロセスを有する場合に特に好適であり、コンタクトウェルは、第１のバリア層を有するデバイスの一部を貫いて形成されている。
【００１６】
本発明の第１の形態では、コンタクトバリア層は、ウェットエッチングプロセスの後に適用され、そのため、バリア材からなるコンタクトホールバリア層が、ウェットエッチングプロセスによって生じるデバイスの第１のバリア層内のボイドを充填することができ、それにより、上記ボイドを通じて水素が拡散することを抑制する。本発明の第２の形態では、コンタクトホールバリア層が、ウェットエッチングプロセスの前に形成される。この場合、コンタクトホールバリア層は、ウェットエッチングプロセス中にコンタクトホールの側壁、特に、それらの側壁における第１のバリア層を保護する。コンタクトホールの側面にあるコンタクトホールバリア層の厚さが、このウェットエッチングプロセス中に、好ましくなく低減される場合、その後にコンタクトホールバリア層の更なる層を適用することができ、その後にコンタクトホールの底面にあるコンタクトホールバリア層の部分が取り除かれる。
【００１７】
コンタクトホールバリア層のバリア材は、好ましくはＡｌ２Ｏ３であるが、例えばＴｉＯ２など別のバリア材を使用することもまた可能である。例えばＴｉ又はＴｉＮなどの材料は酸化されるので、上側の電極コンタクトの内部に適用することは好ましくない。バリア材は、コンタクトホールが貫通する第１のバリア層と同じ材料から作る必要はない。
【００１８】
好ましくは、バリア材からなるコンタクトホールバリア層は、原子層成長（ＡＬＤ）法を使用して堆積される。これは、コンタクトホールが貫通するバリア層内のボイドの良好な充填を達成することが分かっている。この方法はまた、低温で行われるほど有益であり、良好なコンタクトホールバリア層の形成をもたらす。
【００１９】
好ましくは、コンタクトウェルの底にあるコンタクトホールバリア層が、スペーサ・エッチング法（spacer etch method）を使用してエッチングされる。バリア材のショート・スペーサ・エッチング（short spacer etch）の使用は、レジストを使用することなく行うことができ、それに続く酸素アニーリング前に標準的な化学的湿式後処理をする必要がない。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様の方法に従って形成されるコンタクトを有するデバイスが提供される。好ましくは、上記デバイスは、半導体デバイス、あるいは、例えばキャパシタなどの受動素子であり、より好ましくはＦｅＲＡＭである。
【００２１】
次に、本発明は、添付図を参照しながら一例として記述される。
【００２２】
発明の詳細な説明
本発明に係る第１の方法のステップが、図１から図６に示される。図１に示すように、デバイスは、基板１と、下層２と、１つ若しくはそれ以上の上層４と、Ａｌ２Ｏ３で形成される第１のバリア層３とを備えている。第１のバリア層３は、ＦｅＲＡＭデバイスのキャパシタの封止を付与するバリア層であってもよい。このバリア層３が、上記キャパシタの第１の、すなわち下側の電極をエッチングするために使用されるハードマスクを覆っていてもよい。
【００２３】
上記下層２の層構造は示されていないが、ＦｅＲＡＭの場合には、基板１の上方にある第１の、すなわち下側の電極層と、上記第１の電極層の上方にある強誘電体層と、上記強誘電体層の上方にある第２の、すなわち上側の電極層とを形成する従来技術によって形成することができる。上側の（第２の）電極層と強誘電体層とは、ＲＩＥ法によってエッチングされる。次に、第１の電極層が同様の方法によってエッチングされる。これは、所望の用途に応じて、別の構成要素を備えたチップ上にあるマトリクス状のキャパシタ素子又は単一のキャパシタ素子を残す。別の用途では、トランジスタのウェル又はソース／ドレインが基板に設けられ、この場合、コンタクトがウェルに作られる。代わりに、コンタクトが、下方より上層の１つに作られてもよい。
【００２４】
Ａｌ２Ｏ３からなるバリア層３を、例えばスパッタリングによって付与し、（例えば上層４の形成前に）デバイスの外面を覆うように設けることも可能である。
【００２５】
図２に示すように、コンタクトホール５が、デバイスの上層４、バリア層３及び下層２を貫いて基板１まで形成される。下層２が、コンタクトホール５の全側面に第１の電極層と強誘電体層と下側の電極層とを有する場合、コンタクトホール５は、図１０に示す深いウェルのコンタクトホール５０に相当する。代わりに、基板１が上側の電極である場合、コンタクトホール５は、図１０に示す上側の電極コンタクトホール４０に相当する。
【００２６】
図３に示すように、第１のバリア層３は、ウェット処理のために、別の層に対してコンタクトホールから後方へ退けられる、あるいは後方ヘエッチングされる。このエッチングバック(etching back)は、第１のバリア層３が別の層より速いエッチング速度を有するためである。この第１のバリア層３のプリングバック（pulling back）は、コンタクトホールの側壁にステップ又はボイド６の生成をもたらす。
【００２７】
バリア材からなるコンタクトホールバリア層７は、原子層成長（ＡＬＤ）法を使用して堆積される。代わりに、コンタクトホールバリア層７が、化学的気相成長（ＣＶＤ）法など別の方法を使用して堆積することも可能である。図４に示すように、コンタクトホールバリア層７は、実質的に、コンタクトホール５の周囲にあるバリア層３内のボイド６を充填し、コンタクトホールの底面を覆っている。
【００２８】
次に、コンタクトホールバリア層７は、例えばスペーサ・エッチング法を使用して、コンタクトホール５内において部分的に取り除かれる。コンタクトホールバリア層７は、水平なコンタクト領域から取り除かれ垂直の側壁では残る。従って、得られるコンタクトホールは、コンタクトホールの側壁にバリア材からなる薄い層７を備え、それによりキャパシタの中へ水素が拡散することをブロックするように作用する（図５参照）。
【００２９】
図６は、アルミニウム（Ａｌ）又はタングステン（Ｗ）などの導電性材料９をコンタクトにその後に充填することを促進するためにライナ層８（例えばＴｉＮなどの導電性材料）を堆積した後のコンタクトホールを示す。
【００３０】
図７から図１０は、本発明に係る第２の方法を示す。この方法は、上側の電極コンタクトウェルに関して説明され、図１０に表された周知の上側の電極コンタクトウェル４０の部分に対応する上側の電極コンタクトウェルの部分が同一の参照数字で表示されている。特に、図１０に示すデバイスのＢ部は、図７から図９に表されている。
【００３１】
図７は、（従来知られている方法のように）コンタクトウェル４０が開口された後であるが、ウェットエッチングプロセスの前の時点を示している。本発明の提案によれば、コンタクトウェルバリア層１１が、ウェル４０のすべての内面に堆積される。これは、スパッタリングプロセス、あるいは、より好ましくは化学的気相成長法（ＣＶＤ）又は原子層成長法（ＡＬＤ）を使用して行うことができる。
【００３２】
次に、コンタクトウェルバリア層１１は、コンタクトウェル４０の底面にある１３として表される部分を取り除くために、ＲＩＥによって下面上でエッチングされる。このことは、図８に示す構造を形成する。ここで、酸素雰囲気においてアニーリングするステップを行い、プロセスダメージからキャパシタの強誘電体特性を回復させることができる。図８では、図１２と対比して、酸素が拡散する経路は、コンタクトウェル４０の垂直の側面に残存する（すなわち、上側の電極２３の上面に実質的に垂直である）コンタクトウェルバリア層１１によってブロックされる。上記アニーリングは、例えば、５００℃から７００℃の温度で３０秒から２時間の期間で行うことができる。
【００３３】
周知のコンタクト形成方法において見られるように、ウェットエッチングプロセスがここで行われる。これは、図９Ａに示すように、コンタクトウェルバリア層１１の厚さを低減させる傾向があるが、それでも、コンタクトウェルバリア層１１は、ウェットエッチングプロセス中に層３３、３５が腐食されることを抑制する。従って、図１３に示すボイド６３が形成されることはない。
【００３４】
上記コンタクトウェルは、従来技術の方法ステップ、すなわち、ライナ４７を適用するステップと、ウェル４０にメタル４９を充填するステップと、によって完成することができる。バリア層１１の残りの部分が、ウェル４０からＴＥＯＳ２０への水素の側方拡散を抑制することに有効に作用する。
【００３５】
図９Ａにおいて残存する層１１の厚さがこの役割を果たすのに十分であると考えられない場合には、随意的に、ライナ４７及びメタル４９がウェル４０の中へ挿入される前に第２のコンタクトウェルバリア層１５によって層１１を補強することができる。それから、コンタクトウェル４０の底面に横たわる第２のコンタクトウェルバリア層１５の部分１７が取り除かれる。
【００３６】
本発明に係る第２の方法が、上側の電極コンタクトウェル４０に関連して上述されているが、本発明は、これに関して限定するものではなく、上記方法は、その代わりに、例えば深いコンタクトウェル５０に適用することも可能である。
【００３７】
本発明は、Ｈ２以外の汚染物質がバリア層を通じてリークすることを抑制するために使用することができる。また、上述したもの以外のエッチング及び堆積プロセスを使用することも可能である。従って、本発明は、特定の実施形態を用いて上述しているが、当業者に明らかであるように、多くの変形が本発明の領域内において可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】基板、上層、下層及び第１のバリア層を有するデバイスを通る断面図である。
【図２】図１の上記デバイスを通る断面図であり、コンタクトホールが本発明に係る第１の方法の第１のステップにおいてバリア層を貫いて形成されている。
【図３】図１の上記デバイスを通る断面図であり、ウェットエッチングがコンタクトホールにおいて本発明に係る第１の方法で行われ、それによりコンタクトホールが貫くバリア層がボイドを形成して後方に退けられている。
【図４】図１の上記デバイスを通る断面図であり、コンタクトホールバリア層が本発明に係る第１の方法で堆積されている。
【図５】本発明に係る第１の方法においてスペーサ・エッチング法を使用して部分的に取り除かれたコンタクトホールバリア層を有するコンタクトホールを示す説明図である。
【図６】本発明に係る第１の方法において、ライナ層を堆積しコンタクトに導電性材料を充填した後のコンタクトホールを示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態である第２の方法についての第１のステップを示す説明図であり、コンタクトホールバリア層がコンタクトホール内に形成されている。
【図８】本発明の実施形態である第２の方法についての第２のステップを示す説明図であり、コンタクトホールバリア層がコンタクトホールの底面においてエッチングされている。
【図９Ａ】本発明の実施形態である第２の方法についての第３のステップを示す説明図であり、コンタクトホールバリア層がウェットエッチングプロセスによって部分的に取り除かれている。
【図９Ｂ】上記第３のステップに随意的に従うことができるステップを示す説明図である。
【図１０】深いコンタクトウェルを有する周知のＦｅＲＡＭ構造を表す説明図である。
【図１１】図１０の構造の深いコンタクトウェルにおける水素のリークを表す説明図である。
【図１２】図１０の上側の電極コンタクトウェルにおける酸素拡散を表す説明図である。
【図１３】図１０の上側の電極コンタクトウェルにおける水素拡散を表す説明図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスの下層又は領域にコンタクトを形成する方法であって、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホール内にバリア材からなるコンタクトホールバリア層を形成するステップと、前記コンタクトホールの底面にある前記コンタクトホールバリア層をエッチングするステップと、前記コンタクトホール内にライナ材を堆積するステップと、前記コンタクトホールに導電性材料を充填するステップと、を備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記コンタクトホールが、第１のバリア層を有する前記デバイスの一部を通じて延在するように形成され、前記方法が、ウェットエッチングステップと、前記コンタクトホールバリア層が前記ウェットエッチングステップ後に形成されるステップと、前記ウェットエッチングステップによって生じる前記第１のバリア層内のボイドを充填するステップと、を備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
ウェットエッチングステップと、前記コンタクトホールバリア層が前記ウェットエッチングステップ前に形成されるステップと、を備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ウェットエッチングステップの後に、前記コンタクトホールバリア層が、第２のコンタクトホールバリア層を適用することによって厚くされていることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記バリア材が、Ａｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記バリア材が、原子層成長（ＡＬＤ）法を使用して堆積されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記デバイスが、半導体デバイスであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記デバイスが、受動素子であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記デバイスが、キャパシタであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記デバイスが、ＦｅＲＡＭであることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
デバイスの下層にコンタクトを有するデバイスであって、前記コンタクトが、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホール内にバリア材からなるコンタクトホールバリア層を形成するステップと、前記コンタクトホールの底面にある前記コンタクトホールバリア層をエッチングするステップと、前記コンタクトホール内にライナ材を堆積するステップと、前記コンタクトホールに導電性材料を充填するステップと、によって形成されていることを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
前記バリア材が、Ａｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２であることを特徴とする請求項１１記載のデバイス。
【請求項１３】
デバイスの下層にコンタクトを有する半導体デバイスであって、前記コンタクトが、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホール内にバリア材からなるコンタクトホールバリア層を形成するステップと、前記コンタクトホールの底面にある前記コンタクトホールバリア層をエッチングするステップと、前記コンタクトホール内にライナ材を堆積するステップと、前記コンタクトホールに導電性材料を充填するステップと、によって形成されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項１４】
前記バリア材が、Ａｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２であることを特徴とする請求項１３記載の半導体デバイス。
【請求項１５】
デバイスの下層にコンタクトを有するキャパシタであって、前記コンタクトが、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホール内にバリア材からなるコンタクトホールバリア層を形成するステップと、前記コンタクトホールの底面にある前記コンタクトホールバリア層をエッチングするステップと、前記コンタクトホール内にライナ材を堆積するステップと、前記コンタクトホールに導電性材料を充填するステップと、によって形成されていることを特徴とするキャパシタ。
【請求項１６】
前記バリア材が、Ａｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２であることを特徴とする請求項１５記載のキャパシタ。
【請求項１７】
デバイスの下層にコンタクトを有するＦｅＲＡＭデバイスであって、前記コンタクトが、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホール内にバリア材からなるコンタクトホールバリア層を形成するステップと、前記コンタクトホールの底面にある前記コンタクトホールバリア層をエッチングするステップと、前記コンタクトホール内にライナ材を堆積するステップと、前記コンタクトホールに導電性材料を充填するステップと、によって形成されていることを特徴とするＦｅＲＡＭデバイス。
【請求項１８】
前記バリア材が、Ａｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２であることを特徴とする請求項１７記載のＦｅＲＡＭデバイス。
【請求項１】
デバイスの下層又は領域にコンタクトを形成する方法であって、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホール内にバリア材からなるコンタクトホールバリア層を形成するステップと、前記コンタクトホールの底面にある前記コンタクトホールバリア層をエッチングするステップと、前記コンタクトホール内にライナ材を堆積するステップと、前記コンタクトホールに導電性材料を充填するステップと、を備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記コンタクトホールが、第１のバリア層を有する前記デバイスの一部を通じて延在するように形成され、前記方法が、ウェットエッチングステップと、前記コンタクトホールバリア層が前記ウェットエッチングステップ後に形成されるステップと、前記ウェットエッチングステップによって生じる前記第１のバリア層内のボイドを充填するステップと、を備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
ウェットエッチングステップと、前記コンタクトホールバリア層が前記ウェットエッチングステップ前に形成されるステップと、を備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ウェットエッチングステップの後に、前記コンタクトホールバリア層が、第２のコンタクトホールバリア層を適用することによって厚くされていることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記バリア材が、Ａｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記バリア材が、原子層成長（ＡＬＤ）法を使用して堆積されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記デバイスが、半導体デバイスであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記デバイスが、受動素子であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記デバイスが、キャパシタであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記デバイスが、ＦｅＲＡＭであることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
デバイスの下層にコンタクトを有するデバイスであって、前記コンタクトが、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホール内にバリア材からなるコンタクトホールバリア層を形成するステップと、前記コンタクトホールの底面にある前記コンタクトホールバリア層をエッチングするステップと、前記コンタクトホール内にライナ材を堆積するステップと、前記コンタクトホールに導電性材料を充填するステップと、によって形成されていることを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
前記バリア材が、Ａｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２であることを特徴とする請求項１１記載のデバイス。
【請求項１３】
デバイスの下層にコンタクトを有する半導体デバイスであって、前記コンタクトが、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホール内にバリア材からなるコンタクトホールバリア層を形成するステップと、前記コンタクトホールの底面にある前記コンタクトホールバリア層をエッチングするステップと、前記コンタクトホール内にライナ材を堆積するステップと、前記コンタクトホールに導電性材料を充填するステップと、によって形成されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項１４】
前記バリア材が、Ａｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２であることを特徴とする請求項１３記載の半導体デバイス。
【請求項１５】
デバイスの下層にコンタクトを有するキャパシタであって、前記コンタクトが、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホール内にバリア材からなるコンタクトホールバリア層を形成するステップと、前記コンタクトホールの底面にある前記コンタクトホールバリア層をエッチングするステップと、前記コンタクトホール内にライナ材を堆積するステップと、前記コンタクトホールに導電性材料を充填するステップと、によって形成されていることを特徴とするキャパシタ。
【請求項１６】
前記バリア材が、Ａｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２であることを特徴とする請求項１５記載のキャパシタ。
【請求項１７】
デバイスの下層にコンタクトを有するＦｅＲＡＭデバイスであって、前記コンタクトが、コンタクトホールを形成するステップと、前記コンタクトホール内にバリア材からなるコンタクトホールバリア層を形成するステップと、前記コンタクトホールの底面にある前記コンタクトホールバリア層をエッチングするステップと、前記コンタクトホール内にライナ材を堆積するステップと、前記コンタクトホールに導電性材料を充填するステップと、によって形成されていることを特徴とするＦｅＲＡＭデバイス。
【請求項１８】
前記バリア材が、Ａｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２であることを特徴とする請求項１７記載のＦｅＲＡＭデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９（Ａ）】
【図９（Ｂ）】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９（Ａ）】
【図９（Ｂ）】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２００７−５３４１４０（Ｐ２００７−５３４１４０Ａ）
【公表日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２１０４１（Ｐ２００６−５２１０４１）
【出願日】平成１６年７月６日（２００４．７．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＧ２００４／０００２０３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００８７７１
【国際公開日】平成１７年１月２７日（２００５．１．２７）
【出願人】（５０１２０９０７０）インフィネオン テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフト (331)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月６日（２００４．７．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＧ２００４／０００２０３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００８７７１
【国際公開日】平成１７年１月２７日（２００５．１．２７）
【出願人】（５０１２０９０７０）インフィネオン テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフト (331)
【Ｆターム（参考）】
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