説明

強誘電体コンデンサ装置におけるコンタクトプラグの酸化防止装置およびその方法

本発明は、強誘電体コンデンサ装置およびその製造方法にかかる。この製造方法は、基板を形成する工程と、この基板を貫通するようにコンタクトプラグを形成する工程とを含む。基板の上には電気絶縁層が形成され、この電気絶縁層上に第1の電極が形成される。さらに、第1の電極上には強誘電体層が形成され、強誘電体層上には第2の電極が形成される。第1の電極は、電気絶縁層を貫通して、プラグに電気接続されている。

【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【0001】
〔技術分野〕
本発明は、たとえば強誘電体コンデンサ装置における、コンタクトプラグの酸化防止装置およびそのシステムに関するものである。
【0002】
〔従来技術〕
従来のキャパシタオンプラグ(COP)型装置においては、多層にわたる金属配線を垂直方向に接続するために、コンタクトプラグが使用されることが多い。酸化反応性イオンエッチング(RIE)により、コンタクトウィンドウ(CW)開口部を加工するとき、キャパシタを覆うテトラエチルオルトシリケート(TEOS)ハードマスクに、酸化が生じる。この酸素がプラグに拡散する場合に起きる損傷から防ぐために、底部電極(BE)とTEOS基板との間に、イリジウム(Ir)を主成分とする障壁が配置されることが多い。しかしながら、RIE処理による底部電極の加工時に、エッチング処理の結果残ったTEOS(フェンス)が形成される。RIE処理によるコンタクトウィンドウ開口部の加工時には、これらのフェンスにより、TEOSハードマスクからプラグに酸素が拡散してしまう。この酸素は、たとえばポリシリコンまたはタングステンなどの、プラグの材質と反応し、その結果、プラグ構造の機能を損ない、特に接点の劣化をまねいてしまう。
【0003】
このようなプラグ酸化の問題を回避する方法として、酸素を拡散させてしまうフェンスを形成しないように、RIE処理による底部電極の加工を行う方法が挙げられる。しかしながら、RIE処理による底部電極の加工時に底部電極を覆うハードマスクは、広いテーパー角を有することが多い。このような処理において、上記の方法は非常に難しい。
【0004】
上記のプラグ酸化問題を回避する別の方法としては、TEOSを成分とするフェンスが形成された後にこれを除去する方法が挙げられる。しかしながら、この方法は複雑であり、困難である。
【0005】
従来の加工処理および装置にかかる上記の問題に鑑み、キャパシタの製造時にプラグ酸化を防止する方法が求められている。
【0006】
〔発明の概要〕
大まかには、本発明は、例えば強磁性体コンデンサといった装置の製造方法を提案するものである。この方法では、プラグとの接点は、装置形成後に形成される。これにより、処理中の酸化からのプラグ損傷を回避する、あるいは低減するという利点がある。また、この点から見て、基板と底部電極との間に、単層または多層の酸素障壁薄膜を設ける必要がなくなる。大まかには、本発明は、酸素拡散に対しプラグを保護するのに十分な抵抗性がある電気絶縁層が基板と底部電極との間に配置されたことを提案するものである。この層は電気的に絶縁したものであるため、この層を貫通するようにホール(穴)を開口し、底部電極とプラグとの間に電気接点を形成する。この絶縁層は、下部電極側の少なくともいくつかの酸素拡散進路をブロックする。
【0007】
本発明の第1の特徴によれば、装置を製造する方法であって、
基板を形成する工程と、
上記基板を貫通するようにコンタクトプラグを形成する工程と、
上記基板上に電気絶縁層を形成する工程と、
上記電気絶縁層に第1の電極を形成する工程と、
上記第1の電極上に、誘電体層を形成する工程と、
上記誘電体層上に第2の電極を形成する工程と、
上記電気絶縁層を貫通させて、コンタクトプラグに第1の電極を電気接続する工程とを含む、方法が提示されている。
【0008】
本発明の第2の特徴によれば、上述の方法により形成された、装置が提示されている。
【0009】
本発明の第3の特徴によれば、上述の方法により形成された、強誘電体コンデンサ装置が提示されている。
【0010】
本発明の第4の特徴によれば、上述の方法により形成された装置を1つまたはそれ以上備えた、揮発性メモリ装置が提示されている。
【0011】
本発明の第5の特徴によれば、
基板と、
上記基板を貫通するプラグと、
上記基板上に形成された電気絶縁層と、
上記電気絶縁層上に形成された第1の電極と、
上記第1の電極上に形成された誘電体層と、
上記誘電体層上に形成された第2の電極とを備え、
上記第1の電極は、上記電気絶縁層を貫通して、プラグに電気接続されている、装置が提示されている。
【0012】
〔図面の簡単な説明〕
本発明の好ましい特徴を、以下の図面により説明する。
【0013】
図1Aは、本発明の実施形態を示すものであり、形成第1段階におけるコンデンサの概略断面図である。
【0014】
図1Bは、本発明の実施形態を示すものであり、形成第2段階におけるコンデンサの概略断面図である。
【0015】
図1Cは、本発明の実施形態を示すものであり、形成第三段階におけるコンデンサの概略断面図である。
【0016】
図2Aは、本発明の実施形態を示すものであり、底部電極への接点を形成する第1段階におけるコンデンサの概略断面図である。
【0017】
図2Bは、本発明の実施形態を示すものであり、底部電極への接点を形成する第2段階におけるコンデンサの概略断面図である。
【0018】
図3は、本発明の実施形態における上記のカプセル充填および被覆工程を示すものであり、製造最終段階におけるコンデンサの概略断面図である。
【0019】
〔好ましい実施形態の詳細な説明〕
従来の強誘電体コンデンサは、PZTなどを原料とする強誘電体層で構成され、この層の上下に電極を備えている。これらの電極のパターン形成時には、さまざまなハードマスク層(例えばTEOS)が使用される。パターン形成後のコンデンサには、それぞれ複数のカプセル充填層や被覆層が塗布され、コンデンサを保護する。
【0020】
本発明の好ましい実施形態における、強誘電体コンデンサなどの装置のさまざまな工程段階について、図面により示す。図3は、最終的に処理された装置を示す。
【0021】
プラグ4の酸化を防止するための装置2について、製造工程の第1段階を、図1Aに示す。この段階では、プラグ4が基板5を貫通するように形成される。基板5の表面には、電気絶縁材からなる層6が堆積され、層6の上には底部電極材8が堆積されている。さらに、電極材8の上には、誘電体層10が塗布される。誘電体層10は、たとえばPZTなどの強誘電体材からなる。そして、この誘電体層10の上には上部電極12が堆積される。絶縁層6は、基板5への酸素浸透を防ぐために、酸素拡散に対し抵抗性があることが好ましい。
【0022】
製造工程の次の段階を、図1Bに示す。この段階では、上部電極12および強誘電体材からなる層10の反応性イオンエッチング(RIE)が行われる。RIE処理は、たとえば、上部電極12にハードマスク(不図示)を層として塗布することによって行われる。また、このRIE処理により、上記強誘電体材はコンデンサ14および16に分けられる。コンデンサ14および16では、底部電極8が共通している。また、層18は、たとえば2層からなり、保護用に塗布されるカプセル充填層である。
【0023】
製造工程におけるさらに次の段階を、図1Cに示す。この段階では、底部電極8に対し、複数のカプセル充填層18の上に、ハードマスク20が塗布される。底部電極8は、ハードマスク20に基づいてエッチングされる。また、何層もの被覆層22(たとえば2層)が、コンデンサ14および16上に堆積される。
【0024】
底部電極8とプラグ4との接点を形成する第1段階を、図2Aに示す。この段階では、層間絶縁膜24の堆積、層間絶縁膜24の平坦化、そして、コンタクトウィンドウ26の開口形成を行う。コンタクトウィンドウ26は、コンデンサ14および16との間において、層間絶縁膜24の上端からプラグ4に向かって延びる。
【0025】
プラグ4と底部電極8との接点形成の最終段階を、図2Bに示す。この段階では、コンタクト線28が、コンタクトウィンドウ26内に堆積され、コンタクトウィンドウ26を規定する周壁を覆う。その後、コンタクトウィンドウ26には、コンタクトメタル30が充填され、底部電極8とプラグ4との接点が形成される。その後、コンタクトウィンドウ26内に挿入されたコンタクトメタル30と、コンタクト線28とはバックエッチされ、底部電極8とプラグ4との間に、金属接点のみが残るようになる。
【0026】
装置2の最終製造段階を、図3に示す。まず、コンデンサ14および16それぞれに、さらなる被覆層32が堆積される。上記さらなる被覆層32は、基板5の表面上に堆積された絶縁層6から、上部電極12を覆う第1の被覆層32に向かって延びている。上記さらなる被覆層32上には、さらなる層間絶縁膜34が堆積され、この層間絶縁膜34は、たとえばCMP(化学機械研磨)によって平坦化される。そして、コンデンサ14および16それぞれに対し、コンタクトウィンドウ36が、層間絶縁膜34、被覆層32および22、ハードマスク20、カプセル充填層18、上部電極12にまで貫通するように形成される。
【0027】
上記の記載から、底部電極8に接続されたプラグ4は、RIE処理中に保護されることがわかる。コンタクトウィンドウ36が上部電極12に向かって延びるように形成される場合、プラグ4が酸化による損傷を受けないように、底部電極8からプラグ4への接続は、被覆層32および層間絶縁膜34により保護される。底部電極8がエッチングされるとき、コンデンサ14および16上には1層以上のカプセル充填層18があるため、プラグ4を酸化からさらに保護する。また、コンタクトウィンドウ36が上部電極12に向かって形成されるとき、底部電極8およびその接点部は層間絶縁膜に覆われているため、プラグ4を酸化からさらに保護する。
【0028】
本発明にかかるシステムおよび方法は、たとえば強誘電体ランダムアクセスメモリとして使用される装置の製造において、とりわけ有用となりうる。
【0029】
なお、本明細書において、「酸化(oxidation)」および「酸化(oxidization)」は、いずれも互換的に使用されている。
【0030】
上記の本発明の実施形態は、さまざまに変形可能なものである。たとえば、上記に加え、他の材質や方法工程の追加あるいは置き換えがなされてもよい。本発明は、具体的な実施形態において上記のように説明されたが、あくまでも本発明の技術内容を明らかにするものであって、本発明の精神と次に記載する特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【0031】
本発明の好ましい特徴を、以下の図面により説明する。
【図1A】本発明の実施形態を示すものであり、形成第1段階におけるコンデンサの概略断面図である。
【図1B】本発明の実施形態を示すものであり、形成第2段階におけるコンデンサの概略断面図である。
【図1C】本発明の実施形態を示すものであり、形成第三段階におけるコンデンサの概略断面図である。
【図2A】本発明の実施形態を示すものであり、底部電極への接点を形成する第1段階におけるコンデンサの概略断面図である。
【図2B】本発明の実施形態を示すものであり、底部電極への接点を形成する第2段階におけるコンデンサの概略断面図である。
【図3】本発明の実施形態における上記のカプセル充填および被覆工程を示すものであり、製造最終段階におけるコンデンサの概略断面図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
装置を製造する方法であって、
基板を形成する工程と、
上記基板を貫通するようにコンタクトプラグを形成する工程と、
上記基板上に電気絶縁層を形成する工程と、
上記電気絶縁層に第1の電極を形成する工程と、
上記第1の電極上に、誘電体層を形成する工程と、
上記誘電体層上に第2の電極を形成する工程と、
上記電気絶縁層を貫通させて、コンタクトプラグに第1の電極を電気接続する工程とを含む、方法。
【請求項2】
電気絶縁層を形成する工程では、酸素拡散に対し抵抗性がある電気絶縁層を形成する、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
コンタクトプラグに第1の電極を電気接続する工程の前に、
第2の電極及び誘電体層をエッチングし、上記装置を、第1の電極が共通した複数の装置に分割する工程を含む請求項1に記載の方法。
【請求項4】
第2の電極及び誘電体層をエッチングする工程後に、
第2の電極及び誘電体層上に、1つまたはそれ以上のカプセル充填層を形成する工程を含む、請求項3に記載の方法。
【請求項5】
1つまたはそれ以上のカプセル充填層上に、第1の電極を規定するハードマスクを形成する工程を含む、請求項4に記載の方法。
【請求項6】
ハードマスクを形成する工程後に、
上記ハードマスクに基づいて第1の電極をエッチングする工程を含む、請求項5に記載の方法。
【請求項7】
第1の電極をエッチングする工程後に、
上記ハードマスク上に、1つまたはそれ以上の被覆層を上記電気絶縁層へ延びるように形成する工程を含む、請求項6に記載の方法。
【請求項8】
1つまたはそれ以上の被覆層上に、層間絶縁膜を形成する工程を含む、請求項7に記載の方法。
【請求項9】
上記層間絶縁膜を平坦化する工程を含む、請求項8に記載の方法。
【請求項10】
層間絶縁膜を平坦化する工程後に、
上記第1の電極にコンタクトウィンドを形成する工程を含む、請求項9に記載の方法。
【請求項11】
上記コンタクトウィンドに、コンタクト線を堆積する工程を含む、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
コンタクトウィンドに、コンタクト線を堆積する工程後に、
コンタクトウィンドに金属挿入物を堆積し、上記第1の電極と上記プラグとの間を電気接続する工程を含む、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
コンタクト線及び金属挿入物を、上記層間絶縁膜から上記第1の電極へエッチングする工程を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項14】
コンタクト線及び金属挿入物をエッチングする工程後に、
上記コンタクトウィンドと上記金属挿入物の面との間の線上に、さらに被覆層を堆積し、工程を含む、請求項13に記載の方法。
【請求項15】
さらに被覆層を堆積する工程後に、
その被覆層上に層間絶縁膜を塗布する工程を含む、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
上記層間絶縁膜を平坦化する工程を含む、請求項15に記載の方法。
【請求項17】
層間絶縁膜を平坦化する工程後に、
第2の電極に、1つまたはそれ以上のコンタクトウィンドを形成する工程を含む、請求項16に記載の方法。
【請求項18】
上記第1の電極上に、誘電体層を形成する工程では、第1の電極に強誘電体層を形成する、請求項1に記載の方法。
【請求項19】
請求項1に記載の方法により形成された装置。
【請求項20】
請求項1に記載の方法により形成された、強誘電体コンデンサ装置。
【請求項21】
請求項1に記載の方法により形成された装置を1つまたはそれ以上備えた、揮発性メモリ装置。
【請求項22】
基板と、
上記基板を貫通するプラグと、
上記基板上に形成された電気絶縁層と、
上記電気絶縁層上に形成された第1の電極と、
上記第1の電極上に形成された誘電体層と、
上記誘電体層上に形成された第2の電極とを備え、
上記第1の電極は、上記電気絶縁層を貫通して、プラグに電気接続されている、装置。
【請求項23】
上記第2の電極上に、1つまたはそれ以上のカプセル充填層が形成された、請求項22に記載の装置。
【請求項24】
1つまたはそれ以上のカプセル充填層上に、ハードマスクが形成された、請求項23に記載の装置。
【請求項25】
上記ハードマスク上に、1つまたはそれ以上の第1の被覆層が形成された、請求項24に記載の装置。
【請求項26】
上記1つまたはそれ以上の第1の被覆層上に、層間絶縁膜が形成された、請求項25に記載の装置。
【請求項27】
上記1つまたはそれ以上の第1の被覆層上に、1つまたはそれ以上の第2の被覆層が形成され、
上記1つまたはそれ以上の第2の被覆層は、上記コンタクトプラグへ延びるようになっている、請求項26に記載の装置。
【請求項28】
上記1つまたはそれ以上の第2の被覆層上に、第2の層間絶縁膜が形成された、請求項27に記載の装置。
【請求項29】
上記第2の層間絶縁膜から上記第2の電極へ延びた、1つまたはそれ以上のコンタクトウィンドを備えた、請求項28に記載の装置。
【請求項30】
上記誘電体層は、強誘電体材料からなっている、請求項22に記載の装置。

【図1A】
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【図1B】
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【図1C】
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【図2A】
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【図2B】
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【図3】
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【公表番号】特表2007−512686(P2007−512686A)
【公表日】平成19年5月17日(2007.5.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−539441(P2006−539441)
【出願日】平成16年9月9日(2004.9.9)
【国際出願番号】PCT/SG2004/000290
【国際公開番号】WO2005/043606
【国際公開日】平成17年5月12日(2005.5.12)
【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)】