半導体装置、半導体装置の製造方法
本発明では、水素またはＨ２Ｏの拡散を防止することで強誘電体キャパシタの劣化を防止し、高品質の強誘電体キャパシタを有する半導体装置を提供することを課題とする。そのため、本発明では、基板上に形成された強誘電体キャパシタと、前記強誘電体キャパシタ上に形成された配線構造とを有する半導体装置であって、前
記配線構造は、層間絶縁層と当該層間絶縁層中に形成されたＣｕ配線部を含み、前記層間絶縁層に面するように、水素拡散防止層を含むエッチングストッパー層が形成されていることを特徴とする半導体装置を用いた。
記配線構造は、層間絶縁層と当該層間絶縁層中に形成されたＣｕ配線部を含み、前記層間絶縁層に面するように、水素拡散防止層を含むエッチングストッパー層が形成されていることを特徴とする半導体装置を用いた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は半導体装置および半導体装置の製造方法に係り、特には強誘電体キャパシタを有する半導体装置および当該半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
近年、高速・低電力である不揮発性メモリとして、強誘電体キャパシタを用いた強誘電体メモリが注目され、研究開発が盛んになっている。
例えば、強誘電体キャパシタに用いられる強誘電体材料としてはペロブスカイト型の結晶構造を有する材料が用いられ、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）や、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９）などが用いられている。
【特許文献１】特開平８−３２１４８０号公報
【特許文献２】特開平８−２９８２５２号公報
【特許文献３】特開平８−１９００号公報
【特許文献４】特開２００２−３５８５３７号公報
【特許文献５】特開２００２−１７６１４９号公報
【特許文献６】特開２００２−４３５４１号公報
【特許文献７】特開２００２−１００７４２号公報
【特許文献８】特開２００２−４３５４１号公報
しかし、このような強誘電体キャパシタは水素や水によってその品質が劣化することが知られており、以下に説明するように、水素または水の拡散を防止し、キャパシタの劣化を防止して、高品質の強誘電体キャパシタを有する半導体装置（以下ＦｅＲＡＭと呼ぶ）を製造することは困難であるという問題があった。
今後、強誘電体キャパシタを有する半導体装置の配線は微細化が進み、配線ルールは０．１８μｍ以下となった場合、このような配線の微細化に伴って配線材料としてはＣｕが一般的になっていくと考えられる。
配線材料としてＣｕを用いる場合には、配線構造を形成する場合に水素が拡散して強誘電体キャパシタを劣化させてしまう場合があった。例えば、トレンチ配線部が形成された絶縁層の層間、またはビア配線部が形成された絶縁層の層間には、エッチングストッパー層として、プラズマＣＶＤ法（化学気相堆積法）により形成したＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を用いることが一般的である。この場合、当該ＳｉＮ膜形成時に発生する水素拡散を含むダメージにより、キャパシタの劣化が生じてしまう問題があった。
また、半導体装置の製造工程においては、パーティクルの除去を行って歩留りを向上させる目的で、スクラバー処理（Ｈ２Ｏジェット処理）を行う事が一般的であったが、ＦｅＲＡＭの製造工程においてはスクラバー処理を用いたことでＨ２Ｏが拡散し、そのためにキャパシタが劣化してしまう懸念があり、キャパシタ形成後は実施することが困難であった。そのため、ＦｅＲＡＭの製造工程で、Ｈ２Ｏによるキャパシタの劣化を防止しながらパーティクルを除去して、ＦｅＲＡＭの製造の歩留りを向上させることは困難であった。
また、ＦｅＲＡＭを製造する場合には、水素やＨ２Ｏが拡散してキャパシタを劣化させることを防止するために、例えばＡｌ２Ｏ３などからなる水素拡散防止層を形成する場合があった。
しかしこのような水素拡散防止層は、当該水素拡散防止層の近傍に形成される絶縁層と成分が異なるため、当該水素拡散防止層と絶縁層を共にエッチングしてキャパシタのコンタクト配線する場合には、エッチングの際に、エッチングガスやエッチングの条件を変更する必要があり、水素拡散防止層を形成して水素の拡散を防止してキャパシタの劣化を防止しながら、かつ水素拡散防止層と絶縁層をエッチングすることはキャパシタのコンタクト配線形成の場合の効率が悪いという問題があった。
【発明の開示】
そこで、本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
本発明の統括的課題は、水素またはＨ２Ｏの拡散を防止することで強誘電体キャパシタの劣化を防止し、高品質の強誘電体キャパシタを有する半導体装置を提供することである。
本発明の具体的な第１の課題は、強誘電体を有する半導体装置の配線材料としてＣｕを用いた場合に、配線構造を形成する場合に水素が拡散して強誘電体キャパシタを劣化させることを防止し、高品質の強誘電体キャパシタを有する半導体装置および当該半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明の具体的な第２の課題は、Ｈ２Ｏによる強誘電体キャパシタの劣化を防止しながらパーティクルを除去して、強誘電体を有する半導体装置の製造の歩留りを向上させる半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明の具体的な第３の課題は、水素拡散防止層を形成して水素の拡散を防止して強誘電体キャパシタの劣化を防止しながら、かつ水素拡散防止層と絶縁層をエッチングしてコンタクト配線を形成する場合の効率を良好とする、強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明は上記第１の課題を、基板上に形成された強誘電体キャパシタと、前記強誘電体キャパシタ上に形成された配線構造とを有する半導体装置であって、前記配線構造は、層間絶縁層と当該層間絶縁層中に形成されたＣｕ配線部を含み、前記層間絶縁層に面するように、水素拡散防止層を含むエッチングストッパー層が形成されていることを特徴とする半導体装置により、解決する。
当該半導体装置によれば、層間絶縁層に面するように、水素拡散防止層を含むエッチングストッパー層を形成したことにより、水素の拡散を防止して強誘電体キャパシタの劣化を防止することが可能となった。
また、上記第１の課題を、基板上に強誘電体キャパシタを形成する工程と、前記強誘電体キャパシタ上に配線構造を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記配線構造を形成する工程は、前記強誘電体キャパシタ上に、配線部と第１の層間絶縁層を含む第１の配線構造を形成する工程と、前記第１の配線構造上に水素拡散防止層を含むエッチングストッパー層を形成する工程と、前記エッチングストッパー層上にＣｕ配線部と第２の層間絶縁層を含む第２の配線構造を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法により、解決する。
当該半導体装置の製造方法によれば、前記キャパシタ上に配線構造を形成する場合に、層間絶縁層のエッチングストッパー層に水素拡散防止層を含む膜を用いたため、水素の拡散を防止して強誘電体キャパシタの劣化を防止することが可能となった。
また、本発明は上記第２の課題を、基板上に強誘電体キャパシタを形成する工程と、前記強誘電体キャパシタ上に配線構造を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、不活性ガスによる低温エアロゾル洗浄工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法により、解決する。
当該半導体装置の製造方法によれば、Ｈ２Ｏによる強誘電体キャパシタの劣化を防止しながらパーティクルを除去して、強誘電体を有する半導体装置の製造の歩留りを向上させることが可能となる。
また、本発明は上記第３の課題を、強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、基板上に前記強誘電体キャパシタを形成する工程と、高密度プラズマＣＶＤにより、前記強誘電体キャパシタ上に突起部が形成されるようにして、当該強誘電体キャパシタ上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に水素拡散防止層を形成する工程と、前記突起部上の前記水素拡散防止層をＣＭＰにより選択的に除去して前記絶縁層が露出した露出部を形成する工程と、前記露出部にコンタクト配線を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法により、解決する。
当該半導体装置の製造方法によれば、水素拡散防止層を形成して水素やＨ２Ｏの拡散を防止してキャパシタの劣化を防止しながら、水素拡散防止層を選択的に除去することで、コンタクト配線を形成する場合のエッチングの効率を良好とすることを可能とする。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による半導体装置の一部を模式的に示した断面図である。
図２Ａ〜図２Ｃは、図１の半導体装置の製造方法を示した図（その１）である。
図３Ａ〜図３Ｃは、図１の半導体装置の製造方法を示した図（その２）である。
図４Ａ〜図４Ｄは、図１の半導体装置の製造方法を示した図（その３）である。
図５は、本発明による基板の洗浄方法を模式的に示した図である。
図６Ａ〜図６Ｆは、図１の半導体装置の製造方法を示した図（その４）である。
【発明を実施するための最良の形態】
次に、本発明の実施の形態に関して、以下に図面に基づき、説明する。
【実施例１】
図１は、本発明の実施例１による、強誘電体キャパシタを有する半導体装置である、半導体装置１００の一部を模式的に示した断面図である。
図１を参照するに、前記半導体装置１００の概略は、Ｓｉからなる基板１０１上に、トランジスタなどが形成された層の上に強誘電体キャパシタが形成され、当該強誘電体キャパシタ上には多層配線構造が形成された構造になっている。
前記トランジスタは、基板１０１上の、素子分離絶縁層１１２で分離された素子領域に形成されている。当該素子領域には、不純物拡散層１０２が形成され、当該不純物拡散層１０２にその周囲を囲まれるように不純物拡散層１０３，１０４および１０５が形成されている。
前記不純物拡散層１０３および１０４に挟まれるように、基板１０１上にはゲート絶縁層１０６が形成され、当該ゲート絶縁層１０６上にはゲート電極１０７が形成され、当該ゲート電極１０７の側壁には側壁絶縁層１０８が形成されてＭＯＳトランジスタが形成されている。
同様に、前記不純物拡散層１０４および１０５に挟まれるように、基板１０１上にはゲート絶縁層１０９が形成され、当該ゲート絶縁層１０９上にはゲート電極１１０が形成され、当該ゲート電極１１０の側壁には側壁絶縁層１１１が形成されてＭＯＳトランジスタが形成されている。
前記ＭＯＳトランジスタを覆うように絶縁層１１３が形成され、当該絶縁層１１３上に、強誘電体キャパシタＦｅＣａｐが形成されている。
前記強誘電体キャパシタＦｅＣａｐは、前記絶縁層１１３上に形成された下部電極２０１と、当該下部電極２０１上に形成された強誘電体層２０２、さらに当該強誘電体層２０２上に形成された上部電極２０４からなる。
また、前記キャパシタＦｅＣａｐを覆うように、例えばＡｌ２Ｏ３からなる水素拡散防止層２０４が形成されている。強誘電体キャパシタは、水素やＨ２Ｏによって劣化することが知られており、当該水素拡散防止層によって強誘電体キャパシタが水素やＨ２Ｏに曝されることを防止している。
しかし、例えば強誘電体キャパシタが形成された後の配線構造を形成する工程において、キャパシタに水素の拡散の影響が生じてしまう工程、例えば層間絶縁層のエッチングのストッパー層としてＳｉＮ膜を形成する工程がある場合には、水素の拡散の影響が大きく、水素の拡散防止効果は充分ではなく、強誘電体キャパシタが劣化してしまう問題があった。そこで本実施例ではエッチングのストッパーとなる、エッチングストッパー層（以下ストッパー層と記載する）に、水素拡散防止層を含む構造としているが、詳細については後述する。
前記水素拡散防止層２０４上を覆うように、また前記絶縁層１１３を覆うように、層間絶縁層１１４が形成され、当該層間絶縁層１１４中には以下のようにコンタクトホールが複数形成され、当該コンタクトホールにはコンタクト配線が形成されて、配線構造１Ｌを構成している。
前記下部電極２０１に電気的に接続されるように、その周囲にバリア膜２０６Ａが形成されたコンタクト配線２０６が形成されている。また前記上部電極２０３に電気的に接続されるように、その周囲にバリア膜２０５Ａが形成されたコンタクト配線２０５が形成されている。
また、前記層間絶縁層１１４から前記絶縁層１１３にかけては、前記不純物拡散層１０３に電気的に接続されるように、その周囲にバリア膜１１６Ａが形成されたコンタクト配線１１６が形成されている。
同様に、前記層間絶縁層１１４から前記絶縁層１１３にかけては、前記不純物拡散層１０４に電気的に接続されるように、その周囲にバリア膜１１５Ａが形成されたコンタクト配線１１５が形成されている。
前記配線構造１Ｌの、前記層間絶縁層１１４上には、ストッパー層（エッチングストッパー層）１Ｓが形成されている。前記ストッパー層１Ｓは、当該ストッパー層１Ｓ上に形成された層間絶縁層３０１をパターニングするためにエッチングする場合の、エッチングストッパー層として機能する。
前記ストッパー層１Ｓ上には、層間絶縁層３０１が形成され、当該層間絶縁層３０１中には、以下に示すように、複数のトレンチ配線部が形成されて、配線構造２Ｌが構成されている。
例えば、トレンチ配線部３０２は、前記層間絶縁層３０１中に形成されたトレンチ部の内部に、周囲をバリア膜３０２Ａで囲まれるようにして形成されている。
同様に、トレンチ配線部３０３は、前記層間絶縁層３０１中に形成されたトレンチ部の内部に、周囲をバリア膜３０３Ａで囲まれるようにして形成されており、前記コンタクト配線部２０６に電気的に接続されている。
また、トレンチ配線部３０４は、前記層間絶縁層３０１中に形成されたトレンチ部の内部に、周囲をバリア膜３０４Ａで囲まれるようにして形成されており、前記コンタクト配線部２０５および１１６に電気的に接続されている。
また、トレンチ配線部３０５は、前記層間絶縁層３０１中に形成されたトレンチ部の内部に，周囲をバリア膜３０５Ａで囲まれるようにして形成されており、前記コンタクト配線部１１５に電気的に接続されている。
さらに、前記配線構造２Ｌ上には、層間絶縁層３０１に接するようにストッパー層２Ｓが形成され、当該ストッパー層２Ｓ上には、層間絶縁層４０１が形成され、当該層間絶縁層中には、以下に示すように、複数のビアプラグ配線部が形成されて、配線構造３Ｌが構成されている。
例えば、ビアプラグ配線部４０２は、前記層間絶縁層４０１中に形成されたビアホール部の内部に、周囲をバリア膜４０２Ａで囲まれるようにして形成されており、前記トレンチ配線部３０３に電気的に接続されている。
同様に、ビアプラグ配線部４０３は、前記層間絶縁層４０１中に形成されたビアホール部の内部に、周囲をバリア膜４０３Ａで囲まれるようにして形成されており、前記トレンチ配線部３０５に電気的に接続されている。
以下同様に、前記配線構造３Ｌ上には、ストッパー層３Ｓが形成され、当該ストッパー層３Ｓ上には、複数のトレンチ配線部が形成された層間絶縁層５０１を有する配線構造４Ｌが形成されている。
前記配線構造４Ｌの層間絶縁層５０１中には、それぞれバリア膜５０２Ａ，５０３Ａおよび５０４Ａに周囲を囲まれたトレンチ配線部５０２，５０３および５０４が形成されている。
さらに、当該配線構造４Ｌ上にはストッパー層４Ｓが形成され、当該ストッパー層４Ｓ上には図示を省略する複数のビアプラグ配線部が形成された層間絶縁層６０１を含む配線構造５Ｌが形成されている。
前記配線構造５Ｌ上にはストッパー層５Ｓが形成され、ストッパー層５Ｓ上には、グローバル配線部７０２が形成された層間絶縁層７０１が形成されている。
また、前記層間絶縁層７０１上には、保護膜８０１が形成されている。
前記トレンチ配線部３０２，３０３，３０４，３０５，５０２，５０３および５０４と、前記ビアプラグ配線部４０２および４０３はＣｕからなる。前記バリア膜３０２Ａ，３０３Ａ，３０４Ａ，３０５Ａ，４０２Ａ，４０３Ａ，５０２Ａ，５０３Ａおよび５０４Ａは、例えばＴａまたはＴａＮからなる。
また、グローバル配線７０１は、Ｃｕからなるが、Ａｌを用いて形成することも可能である。
従来、Ｃｕ配線部を含む配線構造では、エッチストッパー層１Ｓ〜５ＳにはＳｉＮ層が用いられることが一般的であった。当該ＳｉＮ層は、エッチストッパー層としての機能と、またＣｕの拡散を防止する機能を有している。
しかし、強誘電体キャパシタを有する半導体装置では、プラズマＣＶＤによりＳｉＮ層を形成する工程で当該強誘電体キャパシタに水素の拡散を含めたダメージの影響が生じてしまうため、強誘電体キャパシタが劣化してしまう問題があった。
そこで、本実施例ではストッパー層に水素拡散防止層を含む膜を用いている。例えば、ストッパー層としてＡｌ酸化物、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のいずれかを用いることが可能であり、この場合、当該ストッパー層を形成することで、水素やＨ２Ｏの拡散を防止する効果を奏する。
また、これらのＡｌ酸化物（例えばＡｌ２Ｏ３など）、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物は、層間絶縁層をエッチングする場合のエッチングのストッパーとして用いることが可能であると共に、Ｃｕ拡散防止層としても機能し、すなわちこれらの層は、水素の拡散防止、エッチングのストッパーおよびＣｕの拡散防止の機能を兼ねることができる。
また、上記のストッパー層としては、例えばＳｉＯ層、ＳｉＯＮ層などを用いることも可能である。この場合、ＳｉＯ層に適量の窒素を添加することで、Ｃｕの拡散防止効果を高めることができるが、添加する量が多くなると水素の拡散の影響がでるため、窒素の添加の量によってＣｕ拡散の防止効果と水素拡散の防止効果のバランスをはかることができる。
また、Ｃｕ拡散の防止効果はＳｉＮ層が優れているが、水素拡散の影響があるため、当該ＳｉＮ層を、水素拡散防止層と積層してストッパー層として用いると、水素の拡散防止、エッチングのストッパーおよびＣｕの拡散防止の機能を兼ねると共に、特にＣｕの拡散防止効果が良好となり、好適である。前記水素拡散防止層としては、例えば特に水素拡散防止効果に優れた金属の化合物である、Ａｌ酸化物、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物からなる層のいずれかを用いると好適である。
この場合、Ａｌ酸化物、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のいずれかからなる層の上に、ＳｉＮ層を積層して用いるようにすると、水素の拡散がキャパシタに影響を与える効果が大きくなり、好適である。
このように、ストッパー層は積層された構造で用いると、水素の拡散防止、エッチングのストッパーおよびＣｕの拡散防止に優れた効果を奏するようになり、例えば、ＳｉＯ層、ＳｉＯＮ層に対して、Ａｌ酸化物、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のいずれかからなる層を積層して用いると好適である。
また、ストッパー層に用いる材質はこれらに限定されるものではなく、水素の拡散防止、エッチングのストッパーまたはＣｕの拡散防止のいずれかの効果が特に優れた材料と、上記の材料を積層する、または混合するなどして用いてもよい。
【実施例２】
次に、前記半導体装置１００の製造方法について、まず強誘電体キャパシタの製造方法、次に配線構造の形成方法について図面を用いて手順を追って説明する。
図２Ａ〜図２Ｃは、前記半導体装置１００の強誘電体キャパシタＦｅＣａｐの形成方法について示した図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
まず、図２Ａに示す工程では、以下に示すようにして、前記絶縁層１１３上に、下部電極２０１、強誘電体層２０２および上部電極２０３を成膜する。
まず、前記絶縁層１１３上に、例えばＩｒからなる下部電極２０１をスパッタリングにより、例えば厚さ２００ｎｍとなるように形成する。次に前記下部電極２０１上に、例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）からなる強誘電体層２０２を厚さ１５０ｎｍとなるように形成する。
ＰＺＴを形成する場合はスパッタリング法、またはＭＯ−ＣＶＤ法のいずれを用いてもよく、また成膜初期をスパッタリングによって行い、次にＭＯ−ＣＶＤ法によって続けてＰＺＴ膜を形成するようにしてもよい。
次に前記強誘電体層２０２上に、例えばＩｒからなる上部電極２０３を、スパッタリングにより厚さ２００ｎｍとなるように形成する。
この場合、下部電極２０１または上部電極２０３には、Ｉｒの他に、Ｐｒなどの金属を用いることが可能であり、またＩｒＯｘ，ＰｔＯｘ，ＰｔＩｒＯｘなどの導電性酸化物などを用いることも可能である。また下部電極拡散障壁としてＴｉまたはＴｉＮなどの導電性窒化物からなる層を設けてもよい。
また、強誘電体層はＰＺＴに限定されず、他の強誘電体材料を適宜用いることが可能であり、例えばＳＢＴ（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９）などを用いることが可能である。
また、前記下部電極２０１形成後、前記上部電極２０３形成後または前記強誘電体層２０２形成後にアニールを行うと膜質を改善するために好適であり、例えば当該強誘電体層２０２形成後に４００℃〜７００℃の温度範囲においてアニールを行うと強誘電体層の膜質が良好となり、好適である。
次に、図２Ｂに示す工程において、前記上部電極２０３、前記強誘電体層２０２および前記下部電極２０１のエッチングを行って強誘電体キャパシタのパターニングを行う。次に、例えばＡｌ２Ｏ３からなる水素拡散防止層２０４を、厚さ１０ｎｍ〜１００ｎｍとなるように形成する。
当該水素拡散防止層２０４を形成する場合には、例えばスパッタリング法、ＭＯ−ＣＶＤ法、または加水分解を用いる方法のいずれかを用いることが可能である。また、前記水素拡散防止層２０４としては、他にも水素拡散防止効果を有する材料を用いることが可能であり、例えばＡｌの酸化物の他にも、Ａｌの窒素酸化物、Ｔａの酸化物およびＴｉの酸化物のうち、いずれかを用いることが可能である。
次に、図２Ｃに示す工程において、強誘電体キャパシタ全体を覆うように前記水素拡散防止層２０４上に層間絶縁層１１４を、例えばプラズマＴＥＯＳによって、または、スピンコート法などによって形成する。
また、前記層間絶縁層１１４の形成後には、アニール処理またはプラズマ処理を行うと、水分の脱離などが生じて膜質が良好となり、また水素や水分を排除することでキャパシタの劣化を防止することが可能となり、好適である。
次に前記層間絶縁層１１４を、フォトリソグラフィ法によりパターニングした後、エッチングして、前記上部電極２０３および下部電極２０１に挿通するコンタクトホールを形成し、それぞれ前記上部電極２０３および下部電極２０１に電気的に接続されるコンタクト配線２０５および２０６を形成して前記配線構造１Ｌを形成する。また、前記コンタクト配線２０５および２０６は、それぞれバリア膜２０５Ａおよび２０６Ａに囲まれるように形成される。
前記コンタクト配線２０５および２０６は、例えばＷ（タングステン）からなり、その場合前記バリア膜２０５Ａおよび２０６ＢはＴｉＮまたはＴｉ／ＴｉＮから形成される。
また、前記コンタクト配線２０５および２０６はＡｌまたはＣｕにより形成することも可能であり、この場合、たとえば水素を含む還元ガスを用いたＣＶＤにより形成されるＷに比べて、水素の影響を排して強誘電体キャパシタの劣化が抑制される効果を奏する。
また、Ａｌにより配線を形成する場合には、Ａｌ層を形成した後、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によって当該Ａｌ層のパターニングを行い、その後、Ａｌの配線間を層間絶縁層で埋め込む方法を用いる。
また、前記コンタクト配線２０５および２０６をＣｕにより形成した場合には、電気抵抗が低下する効果を奏する。また、ダマシン法により配線構造が形成できるため、微細配線の形成が容易となる。
また、前記前記コンタクト配線２０５および２０６がＡｌで形成される場合には、前記バリア膜２０５Ａおよび２０６ＢはＴｉＮまたはＴｉ／ＴｉＮからなる膜が、前記前記コンタクト配線２０５および２０６がＣｕで形成される場合には、前記バリア膜２０５Ａおよび２０６ＢはＴａまたはＴａＮからなる膜が用いることが好ましい。
また、前記コンタクトホール形成後に、コンタクト配線が形成される前に、キャパシタの劣化回復を目的に４００℃〜６００℃のアニール工程を実施すると、この工程までに拡散した水素や水分を除去してキャパシタの劣化の回復をするこができる。
次に、前記層間絶縁層１１４上とコンタクト配線を覆うように、例えばＡｌ２Ｏ３かなる前記ストッパー層１Ｓを形成する。当該水ストッパー層１Ｓを形成する場合には、例えばスパッタリング法、ＭＯ−ＣＶＤ法、または以下の反応を用いた加水分解を用いる方法のいずれかを用いることが可能である。
２ＡｌＣｌ３＋３Ｈ２Ｏ→Ａｌ２Ｏ３＋↑６ＨＣｌ
また、前記ストッパー層１Ｓを形成する場合には最初にスパッタリング法により形成し、当該スパッタリングにより形成された膜上に例えばＣＶＤ法などによる形成を行う方法があり、この場合スパッタリング後に３００℃〜６００℃のアニール工程を付加すると膜質が良好となり、好適である。
また、実施例１の説明に記載したようにストッパー層には様々な材料の膜を用いることが可能であり、当該ストッパー層１Ｓと同様の方法で前記ストッパー層２Ｓ〜５Ｓを形成することができる。
このようにして、強誘電体キャパシタと、当該強誘電体キャパシタ上の配線構造１Ｌを形成し、さらに当該配線構造１Ｌの上層の配線構造を形成する。
【実施例３】
次に、前記配線構造１Ｌの上層の配線構造の形成方法を図３Ａ〜図３Ｃおよび図４Ａ〜図４Ｄに基づき、説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また、図は、前記半導体装置１００の、配線構造の断面の一部を示しており、他の部分は図示を省略している。
まず、図３Ａに示した工程では、前記ストッパー層１Ｓ上に、層間絶縁層３０１として、例えばラズマＴＥＯＳによって、またはＨＤＰ−ＣＶＤ法によってＳｉＯ層を形成する。
また、必要に応じて、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＯ（Ｈ）膜、フッ素添加ＳｉＯ膜（ＦＳＧ膜）などを形成してもよい。また、スピンコート法によって、例えばＨＳＱ（水素シルセスオキサン）などの低誘電率膜を形成することも可能である。また、ＣＶＤ法によって形成される膜によって、スピンコート法によって形成される膜を挟む構造にしてもよい。また、前記層間絶縁層１１４の形成後には、アニール処理またはプラズマ処理を行うと、水素や水分の脱離などが生じて膜質が良好となり、また水素や水分を排除することでキャパシタの劣化を防止することが可能となり、好適である。また、前記層間絶縁層３０１と同様の方法で、前記絶縁層４０１〜７０１を形成することができる。
次に、図３Ｂに示す工程において、フォトリソグラフィ法によりパターニングした後、前記層間絶縁層３０１をエッチングして当該層間絶縁層３０１のパターニングを行う。この場合、前記ストッパー層１Ｓがエッチングのストッパーとして機能する。前記層間絶縁層をエッチングした後、前記ストッパー層１Ｓをエッチングして前記コンタクト配線２０６が露出するようにする。
次に、図３Ｃに示す工程において、例えばスパッタリング法により、ＴａＮからなるバリア層３０３Ａを形成する。次に当該バリア層３０３Ａ上に、スパッタリング法によりＣｕのシード層を形成した後、メッキ法によりＣｕの成膜を行い、さらにＣＭＰ（化学機械研磨）により平坦化を行って、トレンチ配線部３０３を形成し、前記配線構造２Ｌを形成する。
次に、前記層間絶縁層３０１と前記トレンチ配線部３０３を覆うように、前記ストッパー層１Ｓを形成した場合と同様の方法でストッパー層２Ｓを形成する。
さらに前記ストッパー層２Ｓ上に配線構造を形成する方法は様々あるが、例えばＣｕ配線を用いる場合にはデュアルダマシン法、またはシングルダマシン法が考えられる。本実施例ではこのうち、デュアルダマシン法を例にとり、図４Ａ〜図４Ｄに基づき説明する。
まず図４Ａに示す工程では、前記ストッパー２Ｓ上に層間絶縁層４０１を形成し、当該層間絶縁層４０１上にストッパー層３Ｓを形成し、さらに当該ストッパー層３Ｓ上に層間絶縁層５０１を形成する。前記層間絶縁層４０１および５０１は、前記層間絶縁層３０１と同様の方法で、また前記ストッパー層３Ｓは、前記ストッパー層２Ｓと同様の方法で形成することができる。
次に、図４Ｂに示す工程で、フォトリソグラフィ法によりパターニングした後、前記層間絶縁層５０１、前記ストッパー層３Ｓ、前記層間絶縁層４０１および前記ストッパー層２Ｓを、エッチングしてビアホール４０１Ａを形成し、前記トレンチ配線部３０３が露出するようにする。この場合、前記ストッパー層２Ｓを、エッチングのストッパーとして用いる。また、前記ストッパー３Ｓをエッチングする場合には層間絶縁層をエッチングする場合と、エッチングに用いるガスや、条件を変更して行う事が好ましい。
次に図４Ｃに示す工程において、フォトリソグラフィ法によりパターニングした後、前記層間絶縁層５０１をエッチングしてトレンチ５０１Ａを形成する。この場合、前記ストッパー層３Ｓをエッチングのストッパーとして用いる。
次に、図４Ｄに示す工程において、例えばスパッタリング法により、ＴａＮからなるバリア層４０２Ａおよび５０３Ａを形成する。次に当該バリア層４０２Ａおよび５０３Ａ上に、スパッタリング法によりＣｕのシード層を形成した後、メッキ法によりＣｕの成膜を行い、さらにＣＭＰ（化学機械研磨）により平坦化を行って、トレンチ配線部５０３およびビアプラグ配線部４０２を形成し、前記配線構造３Ｌおよび４Ｌを形成する。
この後は、同様にして前記配線構造４Ｌ上に、ストッパー層４Ｓを形成し、以下層化絶縁層６０１、ビアプラグ配線部、ストッパー層５Ｓ、層間絶縁層７０１、グローバル配線部７０２および保護層８０１を形成する。
また、本実施例ではデュアルダマシン法を例にとって説明したが、シングルダマシン法でも同様に配線構造を形成することが可能である。例えばシングルダマシン法の場合には、前記ビアプラグ配線部４０２と前記トレンチ配線部５０３を別々に形成する。すなわち、前記配線構造３Ｌを形成した後、当該配線構造３Ｌ上にストッパー層３Ｓを形成し、当該ストッパー層３Ｓ上に配線構造４Ｌを形成すればよい。
従来は、Ｃｕの多層配線構造でエッチングのストッパー層にはＳｉＮ層が用いられることが一般的であった。一方、本実施例では当該ストッパー層に水素拡散防止層を含む層を用いたことで、当該ストッパー層を形成する場合に生じる水素拡散などの影響を排除すると共に、他の工程において、また例えば外部から進入する水素やＨ２Ｏが拡散することを防止して、強誘電体キャパシタの劣化を防止して、高品質の高誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造することが可能になる。
また、複数の水素拡散防止効果を有する層を設けたことで、外部からの水分の浸入に対する耐性があり、経時変化や劣化の少ない半導体装置とすることができる。
また、ストッパー層を複数形成する場合、全てのストッパー層を同一の材料で形成する必要は無く、必要に応じて異なる材料により、形成することが可能となる。例えば、前記ストッパー層１Ｓおよびストッパー層２Ｓを、水素拡散防止効果の高いＡｌ２Ｏ３により、形成し、ストッパー層３Ｓ〜５Ｓは、従来のプロセスで実績のある、Ｃｕの拡散防止効果が高いＳｉＮ層を用いる方法がある。
また、ストッパー層は、例えばエッチングのストッパー効果が高いもの、すなわち層間絶縁層との選択比が高いものや、Ｃｕの拡散防止効果が高いもの、または水素拡散防止効果が高いものを、それぞれ組み合わせて積層する、または混合するなどして用いることが可能であり、このように複数の材料を組み合わせることによってエッチングのストッパー効果、Ｃｕの拡散防止効果および水素拡散防止効果のバランスを調整することが可能である。
【実施例４】
また、前記したように、ＦｅＲＡＭの製造工程においてＨ２Ｏが拡散すると、キャパシタが劣化してしまう懸念があり、パーティクルの除去を行って歩留りを向上させる目的で、スクラバー処理（Ｈ２Ｏジェット処理）を実施することが困難であった。
そのため、本実施例では、実施例１に示した半導体装置の製造方法、すなわち実施例２〜実施例３に示した製造方法において、Ｈ２Ｏを用いることなく基板表面のパーティクルを除去し、歩留りを向上させる、半導体装置の製造方法について説明する。
図５は、本実施例で用いる、低温エアロゾル洗浄（特開平８−３２１４８０号公報、特開平８−２９８２５２号公報参照）による洗浄方法を模式的に示した図である。
図５を参照するに、低温エアロゾル洗浄は、例えばアルゴンと窒素の不活性な混合ガスを極低温でエアロゾルＺとし、これを高速でノズルＮから、基板Ｗｆ表面上に吹き付けて、その衝撃により基板表面上のパーティクルＰａを除去する洗浄方法である。
当該洗浄方法を、強誘電体キャパシタを有する半導体装置、例えば図１に示した半導体装置１００の製造工程に適用すると、例えばスクラバー洗浄などの従来の洗浄方法と比較した場合、Ｈ２Ｏを用いないために、強誘電体キャパシタが、水素やＨ２Ｏにより劣化することを防止しながら、基板表面のパーティクルを除去して歩留りを向上させる効果を得ることができる。
特に、強誘電体キャパシタを形成した後の工程においては、従来のスクラバー洗浄を用いることが困難となるため、Ｈ２Ｏを用いないため水素やＨ２Ｏの拡散の懸念がない低温エアロゾル洗浄が特に有効である。
また、例えばＡｌ２Ｏ３からなる水素拡散防止層には、Ｈ２Ｏを用いた処理、例えばスクラバー処理や洗浄などを行うとダメージがはいる問題があり、本実施例による低温エアロゾル洗浄は、水素拡散防止層を形成した後の工程において、当該水素拡散防止層がダメージを受けることを防止しながら、基板表面のパーティクルを除去して歩留りを向上させる効果を得ることができる。
また、図１の半導体装置を製造する工程では、キャパシタの劣化を防ぐ目的で、例えば層間絶縁層形成後に水分を脱離させるためのプラズマ処理またはアニール処理を行う事が好ましい。しかし、当該プラズマ処理またはアニール処理では層間絶縁層上のパーティクルが増加する場合があるため、これらのパーティクルを除去するために、当該プラズマ処理またはアニール処理の後に本実施例による低温エアロゾル洗浄法を用いると好適である。
また、層間絶縁層を形成する工程は、強誘電体キャパシタが形成された後の工程であるため、スクラバー洗浄など水を用いた洗浄が困難であり、層間絶縁層形成後のプラズマ処理またはアニール処理の後の洗浄に本実施例による洗浄方法を適用すると、水素や水によるキャパシタの劣化の影響を排除しながらパーティクルが低減できるため、特に有効である。
また、層間絶縁膜形成後のプラズマ処理またはアニール処理の後の洗浄に本実施例による洗浄方法を適用すると、当該層間絶縁層が形成される前の工程で形成された水素拡散防止層に対してスクラバー洗浄などによる水素拡散防止層のダメージの影響を排除しながらパーティクルが低減できるため、好適である。
このように、水素または水分により劣化またはダメージを受ける、強誘電体キャパシタと、洗浄などによりダメージを受ける水素拡散防止層の、双方を有する半導体装置の洗浄では、Ｈ２Ｏを用いない低温エアロゾル洗浄が特に好適な技術である。
例えば、図２Ｃに示す、前記層間絶縁層１１４が形成された後のプラズマ処理工程、またはアニール工程後に本実施例による洗浄方法を用いると上記の理由により好適である。
また、図３Ａに示した前記層間絶縁３０１形成後のプラズマ処理またはアニール処理後、または図４Ａに示した前記層間絶縁層４０１または５０１のプラズマ処理またはアニール処理後の洗浄工程に本実施例による洗浄方法を用いると上記の理由により、好適である。
また、さらに前記層間絶縁層６０１または７０１形成後のアニール処理またはプラズマ処理後に本実施例による洗浄方法を用いてもよい。
また、例えば層間絶縁層のエッチングの後には、残渣物の除去やパーティクルの除去が必要である。そのため、図２Ｃに示した前記層間絶縁層１１４のコンタクトホールのエッチングの後や、図３Ｂに示した前記層間絶縁層３０１の、トレンチ３０１Ａのエッチングの後、また図４Ｂに示した前記層間絶縁層４０１および５０１の、ビアホール４０１Ａのエッチングの後や、図４Ｃに示した前記層間絶縁層５０１の、トレンチ５０１Ａのエッチングの後、また前記層間絶縁層６０１のエッチングの後などに本実施例による洗浄方法を用いると、上記の理由により、好適である。
また、例えばＣＭＰ工程後はパーティクル低減のために洗浄工程が必要であり、ＣＭＰ工程後に本実施例によるクリーニング方法を用いると効果的である。
また、本実施例による洗浄方法を、強誘電体キャパシタを形成する工程において用いてもよく、強誘電体キャパシタを劣化させることなく、パーティクルを除去して半導体装置の歩留りを向上させる効果を奏する。
例えば、下部電極、上部電極、または強誘電体層形成後に本実施例による洗浄方法を適用してもよい。同様にして、下部電極形成後のアニール後、上部電極形成後のアニール後、または強誘電体層形成後のアニール後に本実施例による洗浄方法を用いてもよい。
【実施例５】
また、水素拡散防止層をエッチングのストッパー層として用いる場合は、層間絶縁層とのエッチングの選択比が大きいことが好ましいが、例えば水素拡散層をエッチングのストッパー層として用いない場合には、層間絶縁層とのエッチングの選択比が大きいために、エッチングの効率が悪くなる場合がある。
例えば強誘電体キャパシタのコンタクト配線が挿通される水素拡散防止層の場合、例えば図２Ｃに示すように、水素拡散防止層と層間絶縁層をエッチングしてキャパシタのコンタクト配線する場合には、エッチングの際に、エッチングガスやエッチングの条件を変更する必要があり、コンタクトホールを形成する場合の効率が悪いという問題があった。
そこで、本実施例では、コンタクトホールが形成される部分にあたる水素拡散防止層を、コンタクトホールのエッチングが行われる前に選択的に除去して、コンタクトホールのエッチングを容易にしている。
次に、図１に示した半導体装置１００の製造方法に本実施例を適用した例を、図６Ａ〜図６Ｆに示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また、本実施例で、図６Ａ〜図６Ｆに示した以外の工程や、図６Ａ〜図６Ｆにおいて特に説明を省略した工程は、図２Ａ〜図２Ｃ、図３Ａ〜図３Ｃまたは図４Ａ〜図４Ｄに示した工程と同一である。
まず、図６Ａに示す工程は、図２Ｂに示した工程において、水素拡散防止層を形成する前の状態を示している。また、本実施例においては、隣接する複数の強誘電体キャパシタを示している。
次に、図６Ｂに示す工程において、ＨＤＰ（高密度プラズマ）−ＣＶＤ法により、強誘電体キャパシタを覆うように、例えばＳｉＯからなる絶縁層１１４Ａを形成する。この場合、基板側にバイアス電圧が印加されるようにして成膜されることが好ましい。ＨＤＰを用いたＣＶＤの場合、成膜に用いられるガスの解離が進行してイオンによる成膜が支配的となるために、微細パターンへのカバレッジが良好となる効果を奏する。
例えば強誘電体キャパシタの集積度を向上させようとした場合には、隣接する強誘電体キャパシタの間隔が小さくなり、そのために絶縁層の埋め込みにあたってボイド（空孔）が形成されてしまう問題があった。
本実施例ではＨＤＰを用いたＣＶＤ法により絶縁層１１４Ａを形成することによって、絶縁層の埋め込みの際に、隣接する強誘電体キャパシタ間にボイドが発生することを防止する効果を奏する。
またこの場合、基板側にバイアス電圧が印加されるようにすると、イオンによるスパッタリング効果が大きくなり、埋め込みの特性が良好となってボイドの発生が抑制される効果が大きくなり、好適である。
また、ＨＤＰ−ＣＶＤ法による成膜では、イオンによるスパッタリング効果により、図６Ｂに示すように、構造物上、本実施例の場合は強誘電体キャパシタ上に成膜される絶縁層は、突起状の形状となり、強誘電体キャパシタ上には突起部１１４ａが形成される。
また、形成される絶縁層はＳｉＯに限定されず、例えばフッ素添加ＳｉＯ膜（ＦＳＧ）、ＳｉＯＮ膜など形成することが可能である。
次に、図６Ｃに示す工程で、前記絶縁層１１４Ａ上に、図２Ｂの工程の場合と同様にして、例えばＡｌの酸化物（例えばＡｌ２Ｏ３）からなる水素拡散防止層２０４Ａを形成する。
前記水素拡散防止層２０４Ａは、Ａｌの酸化物の他にも、例えばＡｌの窒素酸化物、Ｔａの酸化物およびＴｉの酸化物のうち、いずれかを用いることが可能である。
次に、図６Ｄに示す工程において、例えばＣＭＰ（化学機械研磨）により、前記水素拡散防止層２０４Ａの、前記突起部１１４ａ上に形成された部分を選択的にエッチングして除去して、前記絶縁層１１４Ａが露出した部分である露出部１１４ｂを形成する。
この場合、ＣＭＰの通常の方法を用いて実施すれば、前記突起部１１４ａ上に形成された部分が選択的にエッチングされる。この場合、前記突起部１１４ａの絶縁層１１４Ａの一部も除去され、前記露出部１１４ｂは局所的に平坦化される。
次に、図６Ｅに示す工程において、前記水素拡散防止層２０４Ａと、前記露出部１１４ｂを覆うように、絶縁層１１４Ｂを形成し、当該絶縁層１１４Ｂの表面をＣＭＰにより平坦化する。
この場合、前記絶縁層１１４Ｂとして、ＨＤＰ−ＣＶＤ法によりＳｉＯ膜、ＳｉＯＮ膜、ＦＳＧ膜などを形成することが可能であるが、前記絶縁層１１４Ａの場合と異なり、カバレッジが良好である必要がないため、プラズマＴＥＯＳや、またはスピンコートなどの方法を用いて形成することも可能である。
次に、図６Ｆに示す工程において、フォトリソグラフィ法によりパターニングした後、例えばＣＦ系のガスを用いた、プラズマによるエッチングにより、前記露出部１１４ｂから、前記上部電極２０３に挿通するように、コンタクトホールを形成し、当該コンタクトホールにコンタクト配線ＣＰを形成する。
また、コンタクト配線ＣＰと前記絶縁層１１４Ａまたは１１４Ｂの境界部分には、バリア膜が形成されることが好ましい。
前記コンタクト配線ＣＰは、Ｗ（タングステン）、ＡｌまたはＣｕで形成することが可能である。コンタクト配線およびバリア膜の形成方法は、図２Ｃの説明に記載した場合と同一である。なお、本実施例では下部電極２０１に接続されるコンタクト配線は図示を省略している。
従来は、コンタクトホールを形成しようとすると、絶縁層と水素拡散防止層をエッチングする場合でエッチングに用いるガスや条件を変更して行う必要があった。そのため、コンタクトホールを形成するために時間を要するという問題があった。また、エッチング形状に段差が生じる、または形状が不良となる場合もあった。
本実施例によれば、強誘電体キャパシタに接続されるコンタクト配線の、コンタクトホールをエッチングする場合に、ガス種やエッチングの条件を変更することなく、効率よくエッチングを行う事が可能となると共に、エッチング形状が不良となることを防止する効果を奏する。
また、コンタクトホールが形成される部分の水素拡散防止層を選択的に除去しているため、コンタクトホールが形成される部分以外では水素拡散防止層が除去されず、水素やＨ２Ｏの拡散を防止して、強誘電体キャパシタ劣化防止の効果を保持することができる。
すなわち、水素拡散防止層を形成して水素の拡散を防止して強誘電体キャパシタの劣化を防止しながら、かつ水素拡散防止層と絶縁層をエッチングしてコンタクト配線を形成する効率を良好とすることが可能となる効果を奏する。
また、上記のように水素拡散防止層を選択的に除去する場合に、特にマスク工程やフォトリソグラフィの工程を付加することなく実施しているため、工程数が複雑化することがない。
【産業上の利用可能性】
本発明によれば、強誘電体キャパシタを有する半導体装置において、水素の拡散を防止して強誘電体キャパシタの劣化を防止することが可能となる。
また、強誘電体を有する半導体装置の配線材料としてＣｕを用いた場合に、配線構造を形成する場合に水素が拡散して強誘電体キャパシタを劣化させることを防止し、高品質の強誘電体キャパシタを有する半導体装置および当該半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
また、強誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造する場合に、Ｈ２Ｏによる強誘電体キャパシタの劣化を防止しながらパーティクルを除去して、強誘電体を有する半導体装置の製造の歩留りを向上させることが可能となる。
また、強誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造する場合に、水素拡散防止層を形成することで水素やＨ２Ｏの拡散を防止してキャパシタの劣化を防止しながら、水素拡散防止層を選択的に除去することで、強誘電体キャパシタのコンタクト配線を形成する場合のエッチングの効率を良好とすることを可能とする。
【図１】
【図５】
【技術分野】
本発明は半導体装置および半導体装置の製造方法に係り、特には強誘電体キャパシタを有する半導体装置および当該半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
近年、高速・低電力である不揮発性メモリとして、強誘電体キャパシタを用いた強誘電体メモリが注目され、研究開発が盛んになっている。
例えば、強誘電体キャパシタに用いられる強誘電体材料としてはペロブスカイト型の結晶構造を有する材料が用いられ、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）や、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９）などが用いられている。
【特許文献１】特開平８−３２１４８０号公報
【特許文献２】特開平８−２９８２５２号公報
【特許文献３】特開平８−１９００号公報
【特許文献４】特開２００２−３５８５３７号公報
【特許文献５】特開２００２−１７６１４９号公報
【特許文献６】特開２００２−４３５４１号公報
【特許文献７】特開２００２−１００７４２号公報
【特許文献８】特開２００２−４３５４１号公報
しかし、このような強誘電体キャパシタは水素や水によってその品質が劣化することが知られており、以下に説明するように、水素または水の拡散を防止し、キャパシタの劣化を防止して、高品質の強誘電体キャパシタを有する半導体装置（以下ＦｅＲＡＭと呼ぶ）を製造することは困難であるという問題があった。
今後、強誘電体キャパシタを有する半導体装置の配線は微細化が進み、配線ルールは０．１８μｍ以下となった場合、このような配線の微細化に伴って配線材料としてはＣｕが一般的になっていくと考えられる。
配線材料としてＣｕを用いる場合には、配線構造を形成する場合に水素が拡散して強誘電体キャパシタを劣化させてしまう場合があった。例えば、トレンチ配線部が形成された絶縁層の層間、またはビア配線部が形成された絶縁層の層間には、エッチングストッパー層として、プラズマＣＶＤ法（化学気相堆積法）により形成したＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を用いることが一般的である。この場合、当該ＳｉＮ膜形成時に発生する水素拡散を含むダメージにより、キャパシタの劣化が生じてしまう問題があった。
また、半導体装置の製造工程においては、パーティクルの除去を行って歩留りを向上させる目的で、スクラバー処理（Ｈ２Ｏジェット処理）を行う事が一般的であったが、ＦｅＲＡＭの製造工程においてはスクラバー処理を用いたことでＨ２Ｏが拡散し、そのためにキャパシタが劣化してしまう懸念があり、キャパシタ形成後は実施することが困難であった。そのため、ＦｅＲＡＭの製造工程で、Ｈ２Ｏによるキャパシタの劣化を防止しながらパーティクルを除去して、ＦｅＲＡＭの製造の歩留りを向上させることは困難であった。
また、ＦｅＲＡＭを製造する場合には、水素やＨ２Ｏが拡散してキャパシタを劣化させることを防止するために、例えばＡｌ２Ｏ３などからなる水素拡散防止層を形成する場合があった。
しかしこのような水素拡散防止層は、当該水素拡散防止層の近傍に形成される絶縁層と成分が異なるため、当該水素拡散防止層と絶縁層を共にエッチングしてキャパシタのコンタクト配線する場合には、エッチングの際に、エッチングガスやエッチングの条件を変更する必要があり、水素拡散防止層を形成して水素の拡散を防止してキャパシタの劣化を防止しながら、かつ水素拡散防止層と絶縁層をエッチングすることはキャパシタのコンタクト配線形成の場合の効率が悪いという問題があった。
【発明の開示】
そこで、本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
本発明の統括的課題は、水素またはＨ２Ｏの拡散を防止することで強誘電体キャパシタの劣化を防止し、高品質の強誘電体キャパシタを有する半導体装置を提供することである。
本発明の具体的な第１の課題は、強誘電体を有する半導体装置の配線材料としてＣｕを用いた場合に、配線構造を形成する場合に水素が拡散して強誘電体キャパシタを劣化させることを防止し、高品質の強誘電体キャパシタを有する半導体装置および当該半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明の具体的な第２の課題は、Ｈ２Ｏによる強誘電体キャパシタの劣化を防止しながらパーティクルを除去して、強誘電体を有する半導体装置の製造の歩留りを向上させる半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明の具体的な第３の課題は、水素拡散防止層を形成して水素の拡散を防止して強誘電体キャパシタの劣化を防止しながら、かつ水素拡散防止層と絶縁層をエッチングしてコンタクト配線を形成する場合の効率を良好とする、強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明は上記第１の課題を、基板上に形成された強誘電体キャパシタと、前記強誘電体キャパシタ上に形成された配線構造とを有する半導体装置であって、前記配線構造は、層間絶縁層と当該層間絶縁層中に形成されたＣｕ配線部を含み、前記層間絶縁層に面するように、水素拡散防止層を含むエッチングストッパー層が形成されていることを特徴とする半導体装置により、解決する。
当該半導体装置によれば、層間絶縁層に面するように、水素拡散防止層を含むエッチングストッパー層を形成したことにより、水素の拡散を防止して強誘電体キャパシタの劣化を防止することが可能となった。
また、上記第１の課題を、基板上に強誘電体キャパシタを形成する工程と、前記強誘電体キャパシタ上に配線構造を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記配線構造を形成する工程は、前記強誘電体キャパシタ上に、配線部と第１の層間絶縁層を含む第１の配線構造を形成する工程と、前記第１の配線構造上に水素拡散防止層を含むエッチングストッパー層を形成する工程と、前記エッチングストッパー層上にＣｕ配線部と第２の層間絶縁層を含む第２の配線構造を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法により、解決する。
当該半導体装置の製造方法によれば、前記キャパシタ上に配線構造を形成する場合に、層間絶縁層のエッチングストッパー層に水素拡散防止層を含む膜を用いたため、水素の拡散を防止して強誘電体キャパシタの劣化を防止することが可能となった。
また、本発明は上記第２の課題を、基板上に強誘電体キャパシタを形成する工程と、前記強誘電体キャパシタ上に配線構造を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、不活性ガスによる低温エアロゾル洗浄工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法により、解決する。
当該半導体装置の製造方法によれば、Ｈ２Ｏによる強誘電体キャパシタの劣化を防止しながらパーティクルを除去して、強誘電体を有する半導体装置の製造の歩留りを向上させることが可能となる。
また、本発明は上記第３の課題を、強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法であって、基板上に前記強誘電体キャパシタを形成する工程と、高密度プラズマＣＶＤにより、前記強誘電体キャパシタ上に突起部が形成されるようにして、当該強誘電体キャパシタ上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に水素拡散防止層を形成する工程と、前記突起部上の前記水素拡散防止層をＣＭＰにより選択的に除去して前記絶縁層が露出した露出部を形成する工程と、前記露出部にコンタクト配線を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法により、解決する。
当該半導体装置の製造方法によれば、水素拡散防止層を形成して水素やＨ２Ｏの拡散を防止してキャパシタの劣化を防止しながら、水素拡散防止層を選択的に除去することで、コンタクト配線を形成する場合のエッチングの効率を良好とすることを可能とする。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による半導体装置の一部を模式的に示した断面図である。
図２Ａ〜図２Ｃは、図１の半導体装置の製造方法を示した図（その１）である。
図３Ａ〜図３Ｃは、図１の半導体装置の製造方法を示した図（その２）である。
図４Ａ〜図４Ｄは、図１の半導体装置の製造方法を示した図（その３）である。
図５は、本発明による基板の洗浄方法を模式的に示した図である。
図６Ａ〜図６Ｆは、図１の半導体装置の製造方法を示した図（その４）である。
【発明を実施するための最良の形態】
次に、本発明の実施の形態に関して、以下に図面に基づき、説明する。
【実施例１】
図１は、本発明の実施例１による、強誘電体キャパシタを有する半導体装置である、半導体装置１００の一部を模式的に示した断面図である。
図１を参照するに、前記半導体装置１００の概略は、Ｓｉからなる基板１０１上に、トランジスタなどが形成された層の上に強誘電体キャパシタが形成され、当該強誘電体キャパシタ上には多層配線構造が形成された構造になっている。
前記トランジスタは、基板１０１上の、素子分離絶縁層１１２で分離された素子領域に形成されている。当該素子領域には、不純物拡散層１０２が形成され、当該不純物拡散層１０２にその周囲を囲まれるように不純物拡散層１０３，１０４および１０５が形成されている。
前記不純物拡散層１０３および１０４に挟まれるように、基板１０１上にはゲート絶縁層１０６が形成され、当該ゲート絶縁層１０６上にはゲート電極１０７が形成され、当該ゲート電極１０７の側壁には側壁絶縁層１０８が形成されてＭＯＳトランジスタが形成されている。
同様に、前記不純物拡散層１０４および１０５に挟まれるように、基板１０１上にはゲート絶縁層１０９が形成され、当該ゲート絶縁層１０９上にはゲート電極１１０が形成され、当該ゲート電極１１０の側壁には側壁絶縁層１１１が形成されてＭＯＳトランジスタが形成されている。
前記ＭＯＳトランジスタを覆うように絶縁層１１３が形成され、当該絶縁層１１３上に、強誘電体キャパシタＦｅＣａｐが形成されている。
前記強誘電体キャパシタＦｅＣａｐは、前記絶縁層１１３上に形成された下部電極２０１と、当該下部電極２０１上に形成された強誘電体層２０２、さらに当該強誘電体層２０２上に形成された上部電極２０４からなる。
また、前記キャパシタＦｅＣａｐを覆うように、例えばＡｌ２Ｏ３からなる水素拡散防止層２０４が形成されている。強誘電体キャパシタは、水素やＨ２Ｏによって劣化することが知られており、当該水素拡散防止層によって強誘電体キャパシタが水素やＨ２Ｏに曝されることを防止している。
しかし、例えば強誘電体キャパシタが形成された後の配線構造を形成する工程において、キャパシタに水素の拡散の影響が生じてしまう工程、例えば層間絶縁層のエッチングのストッパー層としてＳｉＮ膜を形成する工程がある場合には、水素の拡散の影響が大きく、水素の拡散防止効果は充分ではなく、強誘電体キャパシタが劣化してしまう問題があった。そこで本実施例ではエッチングのストッパーとなる、エッチングストッパー層（以下ストッパー層と記載する）に、水素拡散防止層を含む構造としているが、詳細については後述する。
前記水素拡散防止層２０４上を覆うように、また前記絶縁層１１３を覆うように、層間絶縁層１１４が形成され、当該層間絶縁層１１４中には以下のようにコンタクトホールが複数形成され、当該コンタクトホールにはコンタクト配線が形成されて、配線構造１Ｌを構成している。
前記下部電極２０１に電気的に接続されるように、その周囲にバリア膜２０６Ａが形成されたコンタクト配線２０６が形成されている。また前記上部電極２０３に電気的に接続されるように、その周囲にバリア膜２０５Ａが形成されたコンタクト配線２０５が形成されている。
また、前記層間絶縁層１１４から前記絶縁層１１３にかけては、前記不純物拡散層１０３に電気的に接続されるように、その周囲にバリア膜１１６Ａが形成されたコンタクト配線１１６が形成されている。
同様に、前記層間絶縁層１１４から前記絶縁層１１３にかけては、前記不純物拡散層１０４に電気的に接続されるように、その周囲にバリア膜１１５Ａが形成されたコンタクト配線１１５が形成されている。
前記配線構造１Ｌの、前記層間絶縁層１１４上には、ストッパー層（エッチングストッパー層）１Ｓが形成されている。前記ストッパー層１Ｓは、当該ストッパー層１Ｓ上に形成された層間絶縁層３０１をパターニングするためにエッチングする場合の、エッチングストッパー層として機能する。
前記ストッパー層１Ｓ上には、層間絶縁層３０１が形成され、当該層間絶縁層３０１中には、以下に示すように、複数のトレンチ配線部が形成されて、配線構造２Ｌが構成されている。
例えば、トレンチ配線部３０２は、前記層間絶縁層３０１中に形成されたトレンチ部の内部に、周囲をバリア膜３０２Ａで囲まれるようにして形成されている。
同様に、トレンチ配線部３０３は、前記層間絶縁層３０１中に形成されたトレンチ部の内部に、周囲をバリア膜３０３Ａで囲まれるようにして形成されており、前記コンタクト配線部２０６に電気的に接続されている。
また、トレンチ配線部３０４は、前記層間絶縁層３０１中に形成されたトレンチ部の内部に、周囲をバリア膜３０４Ａで囲まれるようにして形成されており、前記コンタクト配線部２０５および１１６に電気的に接続されている。
また、トレンチ配線部３０５は、前記層間絶縁層３０１中に形成されたトレンチ部の内部に，周囲をバリア膜３０５Ａで囲まれるようにして形成されており、前記コンタクト配線部１１５に電気的に接続されている。
さらに、前記配線構造２Ｌ上には、層間絶縁層３０１に接するようにストッパー層２Ｓが形成され、当該ストッパー層２Ｓ上には、層間絶縁層４０１が形成され、当該層間絶縁層中には、以下に示すように、複数のビアプラグ配線部が形成されて、配線構造３Ｌが構成されている。
例えば、ビアプラグ配線部４０２は、前記層間絶縁層４０１中に形成されたビアホール部の内部に、周囲をバリア膜４０２Ａで囲まれるようにして形成されており、前記トレンチ配線部３０３に電気的に接続されている。
同様に、ビアプラグ配線部４０３は、前記層間絶縁層４０１中に形成されたビアホール部の内部に、周囲をバリア膜４０３Ａで囲まれるようにして形成されており、前記トレンチ配線部３０５に電気的に接続されている。
以下同様に、前記配線構造３Ｌ上には、ストッパー層３Ｓが形成され、当該ストッパー層３Ｓ上には、複数のトレンチ配線部が形成された層間絶縁層５０１を有する配線構造４Ｌが形成されている。
前記配線構造４Ｌの層間絶縁層５０１中には、それぞれバリア膜５０２Ａ，５０３Ａおよび５０４Ａに周囲を囲まれたトレンチ配線部５０２，５０３および５０４が形成されている。
さらに、当該配線構造４Ｌ上にはストッパー層４Ｓが形成され、当該ストッパー層４Ｓ上には図示を省略する複数のビアプラグ配線部が形成された層間絶縁層６０１を含む配線構造５Ｌが形成されている。
前記配線構造５Ｌ上にはストッパー層５Ｓが形成され、ストッパー層５Ｓ上には、グローバル配線部７０２が形成された層間絶縁層７０１が形成されている。
また、前記層間絶縁層７０１上には、保護膜８０１が形成されている。
前記トレンチ配線部３０２，３０３，３０４，３０５，５０２，５０３および５０４と、前記ビアプラグ配線部４０２および４０３はＣｕからなる。前記バリア膜３０２Ａ，３０３Ａ，３０４Ａ，３０５Ａ，４０２Ａ，４０３Ａ，５０２Ａ，５０３Ａおよび５０４Ａは、例えばＴａまたはＴａＮからなる。
また、グローバル配線７０１は、Ｃｕからなるが、Ａｌを用いて形成することも可能である。
従来、Ｃｕ配線部を含む配線構造では、エッチストッパー層１Ｓ〜５ＳにはＳｉＮ層が用いられることが一般的であった。当該ＳｉＮ層は、エッチストッパー層としての機能と、またＣｕの拡散を防止する機能を有している。
しかし、強誘電体キャパシタを有する半導体装置では、プラズマＣＶＤによりＳｉＮ層を形成する工程で当該強誘電体キャパシタに水素の拡散を含めたダメージの影響が生じてしまうため、強誘電体キャパシタが劣化してしまう問題があった。
そこで、本実施例ではストッパー層に水素拡散防止層を含む膜を用いている。例えば、ストッパー層としてＡｌ酸化物、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のいずれかを用いることが可能であり、この場合、当該ストッパー層を形成することで、水素やＨ２Ｏの拡散を防止する効果を奏する。
また、これらのＡｌ酸化物（例えばＡｌ２Ｏ３など）、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物は、層間絶縁層をエッチングする場合のエッチングのストッパーとして用いることが可能であると共に、Ｃｕ拡散防止層としても機能し、すなわちこれらの層は、水素の拡散防止、エッチングのストッパーおよびＣｕの拡散防止の機能を兼ねることができる。
また、上記のストッパー層としては、例えばＳｉＯ層、ＳｉＯＮ層などを用いることも可能である。この場合、ＳｉＯ層に適量の窒素を添加することで、Ｃｕの拡散防止効果を高めることができるが、添加する量が多くなると水素の拡散の影響がでるため、窒素の添加の量によってＣｕ拡散の防止効果と水素拡散の防止効果のバランスをはかることができる。
また、Ｃｕ拡散の防止効果はＳｉＮ層が優れているが、水素拡散の影響があるため、当該ＳｉＮ層を、水素拡散防止層と積層してストッパー層として用いると、水素の拡散防止、エッチングのストッパーおよびＣｕの拡散防止の機能を兼ねると共に、特にＣｕの拡散防止効果が良好となり、好適である。前記水素拡散防止層としては、例えば特に水素拡散防止効果に優れた金属の化合物である、Ａｌ酸化物、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物からなる層のいずれかを用いると好適である。
この場合、Ａｌ酸化物、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のいずれかからなる層の上に、ＳｉＮ層を積層して用いるようにすると、水素の拡散がキャパシタに影響を与える効果が大きくなり、好適である。
このように、ストッパー層は積層された構造で用いると、水素の拡散防止、エッチングのストッパーおよびＣｕの拡散防止に優れた効果を奏するようになり、例えば、ＳｉＯ層、ＳｉＯＮ層に対して、Ａｌ酸化物、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のいずれかからなる層を積層して用いると好適である。
また、ストッパー層に用いる材質はこれらに限定されるものではなく、水素の拡散防止、エッチングのストッパーまたはＣｕの拡散防止のいずれかの効果が特に優れた材料と、上記の材料を積層する、または混合するなどして用いてもよい。
【実施例２】
次に、前記半導体装置１００の製造方法について、まず強誘電体キャパシタの製造方法、次に配線構造の形成方法について図面を用いて手順を追って説明する。
図２Ａ〜図２Ｃは、前記半導体装置１００の強誘電体キャパシタＦｅＣａｐの形成方法について示した図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
まず、図２Ａに示す工程では、以下に示すようにして、前記絶縁層１１３上に、下部電極２０１、強誘電体層２０２および上部電極２０３を成膜する。
まず、前記絶縁層１１３上に、例えばＩｒからなる下部電極２０１をスパッタリングにより、例えば厚さ２００ｎｍとなるように形成する。次に前記下部電極２０１上に、例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）からなる強誘電体層２０２を厚さ１５０ｎｍとなるように形成する。
ＰＺＴを形成する場合はスパッタリング法、またはＭＯ−ＣＶＤ法のいずれを用いてもよく、また成膜初期をスパッタリングによって行い、次にＭＯ−ＣＶＤ法によって続けてＰＺＴ膜を形成するようにしてもよい。
次に前記強誘電体層２０２上に、例えばＩｒからなる上部電極２０３を、スパッタリングにより厚さ２００ｎｍとなるように形成する。
この場合、下部電極２０１または上部電極２０３には、Ｉｒの他に、Ｐｒなどの金属を用いることが可能であり、またＩｒＯｘ，ＰｔＯｘ，ＰｔＩｒＯｘなどの導電性酸化物などを用いることも可能である。また下部電極拡散障壁としてＴｉまたはＴｉＮなどの導電性窒化物からなる層を設けてもよい。
また、強誘電体層はＰＺＴに限定されず、他の強誘電体材料を適宜用いることが可能であり、例えばＳＢＴ（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９）などを用いることが可能である。
また、前記下部電極２０１形成後、前記上部電極２０３形成後または前記強誘電体層２０２形成後にアニールを行うと膜質を改善するために好適であり、例えば当該強誘電体層２０２形成後に４００℃〜７００℃の温度範囲においてアニールを行うと強誘電体層の膜質が良好となり、好適である。
次に、図２Ｂに示す工程において、前記上部電極２０３、前記強誘電体層２０２および前記下部電極２０１のエッチングを行って強誘電体キャパシタのパターニングを行う。次に、例えばＡｌ２Ｏ３からなる水素拡散防止層２０４を、厚さ１０ｎｍ〜１００ｎｍとなるように形成する。
当該水素拡散防止層２０４を形成する場合には、例えばスパッタリング法、ＭＯ−ＣＶＤ法、または加水分解を用いる方法のいずれかを用いることが可能である。また、前記水素拡散防止層２０４としては、他にも水素拡散防止効果を有する材料を用いることが可能であり、例えばＡｌの酸化物の他にも、Ａｌの窒素酸化物、Ｔａの酸化物およびＴｉの酸化物のうち、いずれかを用いることが可能である。
次に、図２Ｃに示す工程において、強誘電体キャパシタ全体を覆うように前記水素拡散防止層２０４上に層間絶縁層１１４を、例えばプラズマＴＥＯＳによって、または、スピンコート法などによって形成する。
また、前記層間絶縁層１１４の形成後には、アニール処理またはプラズマ処理を行うと、水分の脱離などが生じて膜質が良好となり、また水素や水分を排除することでキャパシタの劣化を防止することが可能となり、好適である。
次に前記層間絶縁層１１４を、フォトリソグラフィ法によりパターニングした後、エッチングして、前記上部電極２０３および下部電極２０１に挿通するコンタクトホールを形成し、それぞれ前記上部電極２０３および下部電極２０１に電気的に接続されるコンタクト配線２０５および２０６を形成して前記配線構造１Ｌを形成する。また、前記コンタクト配線２０５および２０６は、それぞれバリア膜２０５Ａおよび２０６Ａに囲まれるように形成される。
前記コンタクト配線２０５および２０６は、例えばＷ（タングステン）からなり、その場合前記バリア膜２０５Ａおよび２０６ＢはＴｉＮまたはＴｉ／ＴｉＮから形成される。
また、前記コンタクト配線２０５および２０６はＡｌまたはＣｕにより形成することも可能であり、この場合、たとえば水素を含む還元ガスを用いたＣＶＤにより形成されるＷに比べて、水素の影響を排して強誘電体キャパシタの劣化が抑制される効果を奏する。
また、Ａｌにより配線を形成する場合には、Ａｌ層を形成した後、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によって当該Ａｌ層のパターニングを行い、その後、Ａｌの配線間を層間絶縁層で埋め込む方法を用いる。
また、前記コンタクト配線２０５および２０６をＣｕにより形成した場合には、電気抵抗が低下する効果を奏する。また、ダマシン法により配線構造が形成できるため、微細配線の形成が容易となる。
また、前記前記コンタクト配線２０５および２０６がＡｌで形成される場合には、前記バリア膜２０５Ａおよび２０６ＢはＴｉＮまたはＴｉ／ＴｉＮからなる膜が、前記前記コンタクト配線２０５および２０６がＣｕで形成される場合には、前記バリア膜２０５Ａおよび２０６ＢはＴａまたはＴａＮからなる膜が用いることが好ましい。
また、前記コンタクトホール形成後に、コンタクト配線が形成される前に、キャパシタの劣化回復を目的に４００℃〜６００℃のアニール工程を実施すると、この工程までに拡散した水素や水分を除去してキャパシタの劣化の回復をするこができる。
次に、前記層間絶縁層１１４上とコンタクト配線を覆うように、例えばＡｌ２Ｏ３かなる前記ストッパー層１Ｓを形成する。当該水ストッパー層１Ｓを形成する場合には、例えばスパッタリング法、ＭＯ−ＣＶＤ法、または以下の反応を用いた加水分解を用いる方法のいずれかを用いることが可能である。
２ＡｌＣｌ３＋３Ｈ２Ｏ→Ａｌ２Ｏ３＋↑６ＨＣｌ
また、前記ストッパー層１Ｓを形成する場合には最初にスパッタリング法により形成し、当該スパッタリングにより形成された膜上に例えばＣＶＤ法などによる形成を行う方法があり、この場合スパッタリング後に３００℃〜６００℃のアニール工程を付加すると膜質が良好となり、好適である。
また、実施例１の説明に記載したようにストッパー層には様々な材料の膜を用いることが可能であり、当該ストッパー層１Ｓと同様の方法で前記ストッパー層２Ｓ〜５Ｓを形成することができる。
このようにして、強誘電体キャパシタと、当該強誘電体キャパシタ上の配線構造１Ｌを形成し、さらに当該配線構造１Ｌの上層の配線構造を形成する。
【実施例３】
次に、前記配線構造１Ｌの上層の配線構造の形成方法を図３Ａ〜図３Ｃおよび図４Ａ〜図４Ｄに基づき、説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また、図は、前記半導体装置１００の、配線構造の断面の一部を示しており、他の部分は図示を省略している。
まず、図３Ａに示した工程では、前記ストッパー層１Ｓ上に、層間絶縁層３０１として、例えばラズマＴＥＯＳによって、またはＨＤＰ−ＣＶＤ法によってＳｉＯ層を形成する。
また、必要に応じて、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＯ（Ｈ）膜、フッ素添加ＳｉＯ膜（ＦＳＧ膜）などを形成してもよい。また、スピンコート法によって、例えばＨＳＱ（水素シルセスオキサン）などの低誘電率膜を形成することも可能である。また、ＣＶＤ法によって形成される膜によって、スピンコート法によって形成される膜を挟む構造にしてもよい。また、前記層間絶縁層１１４の形成後には、アニール処理またはプラズマ処理を行うと、水素や水分の脱離などが生じて膜質が良好となり、また水素や水分を排除することでキャパシタの劣化を防止することが可能となり、好適である。また、前記層間絶縁層３０１と同様の方法で、前記絶縁層４０１〜７０１を形成することができる。
次に、図３Ｂに示す工程において、フォトリソグラフィ法によりパターニングした後、前記層間絶縁層３０１をエッチングして当該層間絶縁層３０１のパターニングを行う。この場合、前記ストッパー層１Ｓがエッチングのストッパーとして機能する。前記層間絶縁層をエッチングした後、前記ストッパー層１Ｓをエッチングして前記コンタクト配線２０６が露出するようにする。
次に、図３Ｃに示す工程において、例えばスパッタリング法により、ＴａＮからなるバリア層３０３Ａを形成する。次に当該バリア層３０３Ａ上に、スパッタリング法によりＣｕのシード層を形成した後、メッキ法によりＣｕの成膜を行い、さらにＣＭＰ（化学機械研磨）により平坦化を行って、トレンチ配線部３０３を形成し、前記配線構造２Ｌを形成する。
次に、前記層間絶縁層３０１と前記トレンチ配線部３０３を覆うように、前記ストッパー層１Ｓを形成した場合と同様の方法でストッパー層２Ｓを形成する。
さらに前記ストッパー層２Ｓ上に配線構造を形成する方法は様々あるが、例えばＣｕ配線を用いる場合にはデュアルダマシン法、またはシングルダマシン法が考えられる。本実施例ではこのうち、デュアルダマシン法を例にとり、図４Ａ〜図４Ｄに基づき説明する。
まず図４Ａに示す工程では、前記ストッパー２Ｓ上に層間絶縁層４０１を形成し、当該層間絶縁層４０１上にストッパー層３Ｓを形成し、さらに当該ストッパー層３Ｓ上に層間絶縁層５０１を形成する。前記層間絶縁層４０１および５０１は、前記層間絶縁層３０１と同様の方法で、また前記ストッパー層３Ｓは、前記ストッパー層２Ｓと同様の方法で形成することができる。
次に、図４Ｂに示す工程で、フォトリソグラフィ法によりパターニングした後、前記層間絶縁層５０１、前記ストッパー層３Ｓ、前記層間絶縁層４０１および前記ストッパー層２Ｓを、エッチングしてビアホール４０１Ａを形成し、前記トレンチ配線部３０３が露出するようにする。この場合、前記ストッパー層２Ｓを、エッチングのストッパーとして用いる。また、前記ストッパー３Ｓをエッチングする場合には層間絶縁層をエッチングする場合と、エッチングに用いるガスや、条件を変更して行う事が好ましい。
次に図４Ｃに示す工程において、フォトリソグラフィ法によりパターニングした後、前記層間絶縁層５０１をエッチングしてトレンチ５０１Ａを形成する。この場合、前記ストッパー層３Ｓをエッチングのストッパーとして用いる。
次に、図４Ｄに示す工程において、例えばスパッタリング法により、ＴａＮからなるバリア層４０２Ａおよび５０３Ａを形成する。次に当該バリア層４０２Ａおよび５０３Ａ上に、スパッタリング法によりＣｕのシード層を形成した後、メッキ法によりＣｕの成膜を行い、さらにＣＭＰ（化学機械研磨）により平坦化を行って、トレンチ配線部５０３およびビアプラグ配線部４０２を形成し、前記配線構造３Ｌおよび４Ｌを形成する。
この後は、同様にして前記配線構造４Ｌ上に、ストッパー層４Ｓを形成し、以下層化絶縁層６０１、ビアプラグ配線部、ストッパー層５Ｓ、層間絶縁層７０１、グローバル配線部７０２および保護層８０１を形成する。
また、本実施例ではデュアルダマシン法を例にとって説明したが、シングルダマシン法でも同様に配線構造を形成することが可能である。例えばシングルダマシン法の場合には、前記ビアプラグ配線部４０２と前記トレンチ配線部５０３を別々に形成する。すなわち、前記配線構造３Ｌを形成した後、当該配線構造３Ｌ上にストッパー層３Ｓを形成し、当該ストッパー層３Ｓ上に配線構造４Ｌを形成すればよい。
従来は、Ｃｕの多層配線構造でエッチングのストッパー層にはＳｉＮ層が用いられることが一般的であった。一方、本実施例では当該ストッパー層に水素拡散防止層を含む層を用いたことで、当該ストッパー層を形成する場合に生じる水素拡散などの影響を排除すると共に、他の工程において、また例えば外部から進入する水素やＨ２Ｏが拡散することを防止して、強誘電体キャパシタの劣化を防止して、高品質の高誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造することが可能になる。
また、複数の水素拡散防止効果を有する層を設けたことで、外部からの水分の浸入に対する耐性があり、経時変化や劣化の少ない半導体装置とすることができる。
また、ストッパー層を複数形成する場合、全てのストッパー層を同一の材料で形成する必要は無く、必要に応じて異なる材料により、形成することが可能となる。例えば、前記ストッパー層１Ｓおよびストッパー層２Ｓを、水素拡散防止効果の高いＡｌ２Ｏ３により、形成し、ストッパー層３Ｓ〜５Ｓは、従来のプロセスで実績のある、Ｃｕの拡散防止効果が高いＳｉＮ層を用いる方法がある。
また、ストッパー層は、例えばエッチングのストッパー効果が高いもの、すなわち層間絶縁層との選択比が高いものや、Ｃｕの拡散防止効果が高いもの、または水素拡散防止効果が高いものを、それぞれ組み合わせて積層する、または混合するなどして用いることが可能であり、このように複数の材料を組み合わせることによってエッチングのストッパー効果、Ｃｕの拡散防止効果および水素拡散防止効果のバランスを調整することが可能である。
【実施例４】
また、前記したように、ＦｅＲＡＭの製造工程においてＨ２Ｏが拡散すると、キャパシタが劣化してしまう懸念があり、パーティクルの除去を行って歩留りを向上させる目的で、スクラバー処理（Ｈ２Ｏジェット処理）を実施することが困難であった。
そのため、本実施例では、実施例１に示した半導体装置の製造方法、すなわち実施例２〜実施例３に示した製造方法において、Ｈ２Ｏを用いることなく基板表面のパーティクルを除去し、歩留りを向上させる、半導体装置の製造方法について説明する。
図５は、本実施例で用いる、低温エアロゾル洗浄（特開平８−３２１４８０号公報、特開平８−２９８２５２号公報参照）による洗浄方法を模式的に示した図である。
図５を参照するに、低温エアロゾル洗浄は、例えばアルゴンと窒素の不活性な混合ガスを極低温でエアロゾルＺとし、これを高速でノズルＮから、基板Ｗｆ表面上に吹き付けて、その衝撃により基板表面上のパーティクルＰａを除去する洗浄方法である。
当該洗浄方法を、強誘電体キャパシタを有する半導体装置、例えば図１に示した半導体装置１００の製造工程に適用すると、例えばスクラバー洗浄などの従来の洗浄方法と比較した場合、Ｈ２Ｏを用いないために、強誘電体キャパシタが、水素やＨ２Ｏにより劣化することを防止しながら、基板表面のパーティクルを除去して歩留りを向上させる効果を得ることができる。
特に、強誘電体キャパシタを形成した後の工程においては、従来のスクラバー洗浄を用いることが困難となるため、Ｈ２Ｏを用いないため水素やＨ２Ｏの拡散の懸念がない低温エアロゾル洗浄が特に有効である。
また、例えばＡｌ２Ｏ３からなる水素拡散防止層には、Ｈ２Ｏを用いた処理、例えばスクラバー処理や洗浄などを行うとダメージがはいる問題があり、本実施例による低温エアロゾル洗浄は、水素拡散防止層を形成した後の工程において、当該水素拡散防止層がダメージを受けることを防止しながら、基板表面のパーティクルを除去して歩留りを向上させる効果を得ることができる。
また、図１の半導体装置を製造する工程では、キャパシタの劣化を防ぐ目的で、例えば層間絶縁層形成後に水分を脱離させるためのプラズマ処理またはアニール処理を行う事が好ましい。しかし、当該プラズマ処理またはアニール処理では層間絶縁層上のパーティクルが増加する場合があるため、これらのパーティクルを除去するために、当該プラズマ処理またはアニール処理の後に本実施例による低温エアロゾル洗浄法を用いると好適である。
また、層間絶縁層を形成する工程は、強誘電体キャパシタが形成された後の工程であるため、スクラバー洗浄など水を用いた洗浄が困難であり、層間絶縁層形成後のプラズマ処理またはアニール処理の後の洗浄に本実施例による洗浄方法を適用すると、水素や水によるキャパシタの劣化の影響を排除しながらパーティクルが低減できるため、特に有効である。
また、層間絶縁膜形成後のプラズマ処理またはアニール処理の後の洗浄に本実施例による洗浄方法を適用すると、当該層間絶縁層が形成される前の工程で形成された水素拡散防止層に対してスクラバー洗浄などによる水素拡散防止層のダメージの影響を排除しながらパーティクルが低減できるため、好適である。
このように、水素または水分により劣化またはダメージを受ける、強誘電体キャパシタと、洗浄などによりダメージを受ける水素拡散防止層の、双方を有する半導体装置の洗浄では、Ｈ２Ｏを用いない低温エアロゾル洗浄が特に好適な技術である。
例えば、図２Ｃに示す、前記層間絶縁層１１４が形成された後のプラズマ処理工程、またはアニール工程後に本実施例による洗浄方法を用いると上記の理由により好適である。
また、図３Ａに示した前記層間絶縁３０１形成後のプラズマ処理またはアニール処理後、または図４Ａに示した前記層間絶縁層４０１または５０１のプラズマ処理またはアニール処理後の洗浄工程に本実施例による洗浄方法を用いると上記の理由により、好適である。
また、さらに前記層間絶縁層６０１または７０１形成後のアニール処理またはプラズマ処理後に本実施例による洗浄方法を用いてもよい。
また、例えば層間絶縁層のエッチングの後には、残渣物の除去やパーティクルの除去が必要である。そのため、図２Ｃに示した前記層間絶縁層１１４のコンタクトホールのエッチングの後や、図３Ｂに示した前記層間絶縁層３０１の、トレンチ３０１Ａのエッチングの後、また図４Ｂに示した前記層間絶縁層４０１および５０１の、ビアホール４０１Ａのエッチングの後や、図４Ｃに示した前記層間絶縁層５０１の、トレンチ５０１Ａのエッチングの後、また前記層間絶縁層６０１のエッチングの後などに本実施例による洗浄方法を用いると、上記の理由により、好適である。
また、例えばＣＭＰ工程後はパーティクル低減のために洗浄工程が必要であり、ＣＭＰ工程後に本実施例によるクリーニング方法を用いると効果的である。
また、本実施例による洗浄方法を、強誘電体キャパシタを形成する工程において用いてもよく、強誘電体キャパシタを劣化させることなく、パーティクルを除去して半導体装置の歩留りを向上させる効果を奏する。
例えば、下部電極、上部電極、または強誘電体層形成後に本実施例による洗浄方法を適用してもよい。同様にして、下部電極形成後のアニール後、上部電極形成後のアニール後、または強誘電体層形成後のアニール後に本実施例による洗浄方法を用いてもよい。
【実施例５】
また、水素拡散防止層をエッチングのストッパー層として用いる場合は、層間絶縁層とのエッチングの選択比が大きいことが好ましいが、例えば水素拡散層をエッチングのストッパー層として用いない場合には、層間絶縁層とのエッチングの選択比が大きいために、エッチングの効率が悪くなる場合がある。
例えば強誘電体キャパシタのコンタクト配線が挿通される水素拡散防止層の場合、例えば図２Ｃに示すように、水素拡散防止層と層間絶縁層をエッチングしてキャパシタのコンタクト配線する場合には、エッチングの際に、エッチングガスやエッチングの条件を変更する必要があり、コンタクトホールを形成する場合の効率が悪いという問題があった。
そこで、本実施例では、コンタクトホールが形成される部分にあたる水素拡散防止層を、コンタクトホールのエッチングが行われる前に選択的に除去して、コンタクトホールのエッチングを容易にしている。
次に、図１に示した半導体装置１００の製造方法に本実施例を適用した例を、図６Ａ〜図６Ｆに示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また、本実施例で、図６Ａ〜図６Ｆに示した以外の工程や、図６Ａ〜図６Ｆにおいて特に説明を省略した工程は、図２Ａ〜図２Ｃ、図３Ａ〜図３Ｃまたは図４Ａ〜図４Ｄに示した工程と同一である。
まず、図６Ａに示す工程は、図２Ｂに示した工程において、水素拡散防止層を形成する前の状態を示している。また、本実施例においては、隣接する複数の強誘電体キャパシタを示している。
次に、図６Ｂに示す工程において、ＨＤＰ（高密度プラズマ）−ＣＶＤ法により、強誘電体キャパシタを覆うように、例えばＳｉＯからなる絶縁層１１４Ａを形成する。この場合、基板側にバイアス電圧が印加されるようにして成膜されることが好ましい。ＨＤＰを用いたＣＶＤの場合、成膜に用いられるガスの解離が進行してイオンによる成膜が支配的となるために、微細パターンへのカバレッジが良好となる効果を奏する。
例えば強誘電体キャパシタの集積度を向上させようとした場合には、隣接する強誘電体キャパシタの間隔が小さくなり、そのために絶縁層の埋め込みにあたってボイド（空孔）が形成されてしまう問題があった。
本実施例ではＨＤＰを用いたＣＶＤ法により絶縁層１１４Ａを形成することによって、絶縁層の埋め込みの際に、隣接する強誘電体キャパシタ間にボイドが発生することを防止する効果を奏する。
またこの場合、基板側にバイアス電圧が印加されるようにすると、イオンによるスパッタリング効果が大きくなり、埋め込みの特性が良好となってボイドの発生が抑制される効果が大きくなり、好適である。
また、ＨＤＰ−ＣＶＤ法による成膜では、イオンによるスパッタリング効果により、図６Ｂに示すように、構造物上、本実施例の場合は強誘電体キャパシタ上に成膜される絶縁層は、突起状の形状となり、強誘電体キャパシタ上には突起部１１４ａが形成される。
また、形成される絶縁層はＳｉＯに限定されず、例えばフッ素添加ＳｉＯ膜（ＦＳＧ）、ＳｉＯＮ膜など形成することが可能である。
次に、図６Ｃに示す工程で、前記絶縁層１１４Ａ上に、図２Ｂの工程の場合と同様にして、例えばＡｌの酸化物（例えばＡｌ２Ｏ３）からなる水素拡散防止層２０４Ａを形成する。
前記水素拡散防止層２０４Ａは、Ａｌの酸化物の他にも、例えばＡｌの窒素酸化物、Ｔａの酸化物およびＴｉの酸化物のうち、いずれかを用いることが可能である。
次に、図６Ｄに示す工程において、例えばＣＭＰ（化学機械研磨）により、前記水素拡散防止層２０４Ａの、前記突起部１１４ａ上に形成された部分を選択的にエッチングして除去して、前記絶縁層１１４Ａが露出した部分である露出部１１４ｂを形成する。
この場合、ＣＭＰの通常の方法を用いて実施すれば、前記突起部１１４ａ上に形成された部分が選択的にエッチングされる。この場合、前記突起部１１４ａの絶縁層１１４Ａの一部も除去され、前記露出部１１４ｂは局所的に平坦化される。
次に、図６Ｅに示す工程において、前記水素拡散防止層２０４Ａと、前記露出部１１４ｂを覆うように、絶縁層１１４Ｂを形成し、当該絶縁層１１４Ｂの表面をＣＭＰにより平坦化する。
この場合、前記絶縁層１１４Ｂとして、ＨＤＰ−ＣＶＤ法によりＳｉＯ膜、ＳｉＯＮ膜、ＦＳＧ膜などを形成することが可能であるが、前記絶縁層１１４Ａの場合と異なり、カバレッジが良好である必要がないため、プラズマＴＥＯＳや、またはスピンコートなどの方法を用いて形成することも可能である。
次に、図６Ｆに示す工程において、フォトリソグラフィ法によりパターニングした後、例えばＣＦ系のガスを用いた、プラズマによるエッチングにより、前記露出部１１４ｂから、前記上部電極２０３に挿通するように、コンタクトホールを形成し、当該コンタクトホールにコンタクト配線ＣＰを形成する。
また、コンタクト配線ＣＰと前記絶縁層１１４Ａまたは１１４Ｂの境界部分には、バリア膜が形成されることが好ましい。
前記コンタクト配線ＣＰは、Ｗ（タングステン）、ＡｌまたはＣｕで形成することが可能である。コンタクト配線およびバリア膜の形成方法は、図２Ｃの説明に記載した場合と同一である。なお、本実施例では下部電極２０１に接続されるコンタクト配線は図示を省略している。
従来は、コンタクトホールを形成しようとすると、絶縁層と水素拡散防止層をエッチングする場合でエッチングに用いるガスや条件を変更して行う必要があった。そのため、コンタクトホールを形成するために時間を要するという問題があった。また、エッチング形状に段差が生じる、または形状が不良となる場合もあった。
本実施例によれば、強誘電体キャパシタに接続されるコンタクト配線の、コンタクトホールをエッチングする場合に、ガス種やエッチングの条件を変更することなく、効率よくエッチングを行う事が可能となると共に、エッチング形状が不良となることを防止する効果を奏する。
また、コンタクトホールが形成される部分の水素拡散防止層を選択的に除去しているため、コンタクトホールが形成される部分以外では水素拡散防止層が除去されず、水素やＨ２Ｏの拡散を防止して、強誘電体キャパシタ劣化防止の効果を保持することができる。
すなわち、水素拡散防止層を形成して水素の拡散を防止して強誘電体キャパシタの劣化を防止しながら、かつ水素拡散防止層と絶縁層をエッチングしてコンタクト配線を形成する効率を良好とすることが可能となる効果を奏する。
また、上記のように水素拡散防止層を選択的に除去する場合に、特にマスク工程やフォトリソグラフィの工程を付加することなく実施しているため、工程数が複雑化することがない。
【産業上の利用可能性】
本発明によれば、強誘電体キャパシタを有する半導体装置において、水素の拡散を防止して強誘電体キャパシタの劣化を防止することが可能となる。
また、強誘電体を有する半導体装置の配線材料としてＣｕを用いた場合に、配線構造を形成する場合に水素が拡散して強誘電体キャパシタを劣化させることを防止し、高品質の強誘電体キャパシタを有する半導体装置および当該半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
また、強誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造する場合に、Ｈ２Ｏによる強誘電体キャパシタの劣化を防止しながらパーティクルを除去して、強誘電体を有する半導体装置の製造の歩留りを向上させることが可能となる。
また、強誘電体キャパシタを有する半導体装置を製造する場合に、水素拡散防止層を形成することで水素やＨ２Ｏの拡散を防止してキャパシタの劣化を防止しながら、水素拡散防止層を選択的に除去することで、強誘電体キャパシタのコンタクト配線を形成する場合のエッチングの効率を良好とすることを可能とする。
【図１】
【図５】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された強誘電体キャパシタと、
前記強誘電体キャパシタ上に形成された配線構造とを有する半導体装置であって、
前記配線構造は、層間絶縁層と当該層間絶縁層中に形成されたＣｕ配線部を含み、
前記層間絶縁層に面するように、水素拡散防止層を含むエッチングストッパー層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記エッチングストッパー層の、前記層間絶縁層に対向する側には、当該エッチングストッパー層に面するように、別の層間絶縁層と当該別の層間絶縁層中に形成された別のＣｕ配線部を含む、別の配線構造が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記水素拡散防止層は、Ａｌ酸化物、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記エッチングストッパー層は、ＳｉＯ層、ＳｉＯＮ層およびＳｉＮ層のいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記エッチングストッパー層は、ＳｉＯ層、ＳｉＯＮ層およびＳｉＮ層のいずれかと前記水素拡散防止層が積層された構造を有することを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
前記強誘電体キャパシタは第１の電極と第２の電極を有し、前記Ｃｕ配線部が、前記第１の電極または前記第２の電極に接続されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記強誘電体キャパシタの強誘電体層が、ＰＺＴまたはＳＢＴからなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
基板上に強誘電体キャパシタを形成する工程と、
前記強誘電体キャパシタ上に配線構造を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記配線構造を形成する工程は、
前記強誘電体キャパシタ上に、配線部と第１の層間絶縁層を含む第１の配線構造を形成する工程と、
前記第１の配線構造上に水素拡散防止層を含むエッチングストッパー層を形成する工程と、
前記エッチングストッパー層上にＣｕ配線部と第２の層間絶縁層を含む第２の配線構造を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記配線部は、Ｃｕからなることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記水素拡散防止層は、Ａｌ酸化物、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のいずれかを含むことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
基板上に強誘電体キャパシタを形成する工程と、
前記強誘電体キャパシタ上に配線構造を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
不活性ガスによる低温エアロゾル洗浄工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記低温エアロゾル洗浄工程は、前記強誘電体キャパシタを形成する工程の後において実施されることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記強誘電体キャパシタを形成する工程の後に、前記強誘電体キャパシタと前記配線構造の間に水素拡散防止層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記低温エアロゾル洗浄工程は、前記水素拡散防止層を形成する工程の後において実施されることを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記強誘電体キャパシタの強誘電体層は、ＰＺＴまたはＳＢＴからなることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
強誘電体を有する半導体装置の製造方法であって、
基板上に前記強誘電体キャパシタを形成する工程と、
高密度プラズマＣＶＤにより、前記強誘電体キャパシタ上に突起部が形成されるようにして、当該強誘電体キャパシタ上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に水素拡散防止層を形成する工程と、
前記突起部上の前記水素拡散防止層をＣＭＰにより選択的に除去して前記絶縁層が露出した露出部を形成する工程と、
前記露出部にコンタクト配線を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記露出部を形成する工程の後に、前記水素拡散防止層と前記露出部を覆うように別の絶縁層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記水素拡散防止層は、Ａｌの酸化物、Ａｌの窒素酸化物、Ｔａの酸化物およびＴｉの酸化物のうち、いずれかを含むことを特徴とする請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記強誘電体キャパシタの強誘電体層は、ＰＺＴまたはＳＢＴからなることを特徴とする請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板上に形成された強誘電体キャパシタと、
前記強誘電体キャパシタ上に形成された配線構造とを有する半導体装置であって、
前記配線構造は、層間絶縁層と当該層間絶縁層中に形成されたＣｕ配線部を含み、
前記層間絶縁層に面するように、水素拡散防止層を含むエッチングストッパー層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記エッチングストッパー層の、前記層間絶縁層に対向する側には、当該エッチングストッパー層に面するように、別の層間絶縁層と当該別の層間絶縁層中に形成された別のＣｕ配線部を含む、別の配線構造が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記水素拡散防止層は、Ａｌ酸化物、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記エッチングストッパー層は、ＳｉＯ層、ＳｉＯＮ層およびＳｉＮ層のいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記エッチングストッパー層は、ＳｉＯ層、ＳｉＯＮ層およびＳｉＮ層のいずれかと前記水素拡散防止層が積層された構造を有することを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
前記強誘電体キャパシタは第１の電極と第２の電極を有し、前記Ｃｕ配線部が、前記第１の電極または前記第２の電極に接続されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記強誘電体キャパシタの強誘電体層が、ＰＺＴまたはＳＢＴからなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
基板上に強誘電体キャパシタを形成する工程と、
前記強誘電体キャパシタ上に配線構造を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記配線構造を形成する工程は、
前記強誘電体キャパシタ上に、配線部と第１の層間絶縁層を含む第１の配線構造を形成する工程と、
前記第１の配線構造上に水素拡散防止層を含むエッチングストッパー層を形成する工程と、
前記エッチングストッパー層上にＣｕ配線部と第２の層間絶縁層を含む第２の配線構造を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記配線部は、Ｃｕからなることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記水素拡散防止層は、Ａｌ酸化物、Ａｌ窒化物、Ｔａ酸化物、Ｔａ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のいずれかを含むことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
基板上に強誘電体キャパシタを形成する工程と、
前記強誘電体キャパシタ上に配線構造を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
不活性ガスによる低温エアロゾル洗浄工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記低温エアロゾル洗浄工程は、前記強誘電体キャパシタを形成する工程の後において実施されることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記強誘電体キャパシタを形成する工程の後に、前記強誘電体キャパシタと前記配線構造の間に水素拡散防止層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記低温エアロゾル洗浄工程は、前記水素拡散防止層を形成する工程の後において実施されることを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記強誘電体キャパシタの強誘電体層は、ＰＺＴまたはＳＢＴからなることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
強誘電体を有する半導体装置の製造方法であって、
基板上に前記強誘電体キャパシタを形成する工程と、
高密度プラズマＣＶＤにより、前記強誘電体キャパシタ上に突起部が形成されるようにして、当該強誘電体キャパシタ上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に水素拡散防止層を形成する工程と、
前記突起部上の前記水素拡散防止層をＣＭＰにより選択的に除去して前記絶縁層が露出した露出部を形成する工程と、
前記露出部にコンタクト配線を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記露出部を形成する工程の後に、前記水素拡散防止層と前記露出部を覆うように別の絶縁層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記水素拡散防止層は、Ａｌの酸化物、Ａｌの窒素酸化物、Ｔａの酸化物およびＴｉの酸化物のうち、いずれかを含むことを特徴とする請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記強誘電体キャパシタの強誘電体層は、ＰＺＴまたはＳＢＴからなることを特徴とする請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６７０５１
【国際公開日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【発行日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１３１０２（Ｐ２００５−５１３１０２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１６９８６
【国際出願日】平成１５年１２月２６日（２００３．１２．２６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【発行日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１６９８６
【国際出願日】平成１５年１２月２６日（２００３．１２．２６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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