JP2000138286A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
Semiconductor device and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 FRAMにおけるメモリ部のQswを高め
る。
【解決手段】 ウエハ30におけるFRAMのメモリセ
ルにおいて、サブストレート31のフィールド膜32上
に敷設された下地膜33上に下部電極34が形成され、
下部電極34上にメモリ部35が形成され、メモリ部3
5上に上部電極36が形成され、上部電極36上に上部
電極36を被覆するシールド膜37が形成され、シール
ド膜37上にパッシベーション膜38が形成され、膜3
7、38には大テーパのコンタクトホール41が高いエ
ッチング圧力を用いたRIE装置によって形成されてい
る。
【効果】 RIE装置によるエッチングダメージが上部
電極に及ぶ面積を低減できるため、上部電極のQswを
向上でき、安定性の高いFRAMが得られる。
(57) [Problem] To improve Qsw of a memory section in an FRAM. SOLUTION: In a memory cell of an FRAM on a wafer 30, a lower electrode 34 is formed on a base film 33 laid on a field film 32 of a substrate 31,
The memory unit 35 is formed on the lower electrode 34, and the memory unit 3
5, an upper electrode 36 is formed, a shield film 37 covering the upper electrode 36 is formed on the upper electrode 36, a passivation film 38 is formed on the shield film 37, and the film 3
At 7 and 38, large tapered contact holes 41 are formed by an RIE apparatus using a high etching pressure. [Effect] Since the area of the upper electrode that is affected by etching damage by the RIE apparatus can be reduced, the Qsw of the upper electrode can be improved, and a highly stable FRAM can be obtained.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
技術、特に、金属からなるパターンの上に形成された絶
縁膜にコンタクトホールを開設するドライエッチング技
術に関し、例えば、FRAM(ferroelectric random
access memory) のメモリセルにおける上部電極のコン
タクトホールを形成するのに利用して有効なものに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a dry etching technique for forming a contact hole in an insulating film formed on a metal pattern.
The present invention relates to a device that is effective for forming a contact hole of an upper electrode in a memory cell of an access memory.
【0002】[0002]
【従来の技術】FRAMのメモリセルにおいては、DR
AMのキャパシタに相当する強誘電体(以下、メモリ部
という。)を挟んだ下部電極と上部電極とによってメモ
リ部のオン・オフを検出するようになっている。上部電
極の上面には絶縁膜が被着されているため、絶縁膜にコ
ンタクトホールを開設して上部電極に電気的に接続する
必要がある。このコンタクトホールを開設する手段とし
て、反応性イオンエッチング(reactive ion etching
。以下、RIEという)装置を使用することが検討さ
れている。2. Description of the Related Art In a memory cell of an FRAM, DR is used.
On / off of the memory unit is detected by a lower electrode and an upper electrode sandwiching a ferroelectric (hereinafter, referred to as a memory unit) corresponding to an AM capacitor. Since an insulating film is deposited on the upper surface of the upper electrode, it is necessary to open a contact hole in the insulating film and electrically connect to the upper electrode. Reactive ion etching (reactive ion etching) is used as a means for opening this contact hole.
. The use of an apparatus (hereinafter referred to as RIE) is being considered.
【0003】なお、RIE技術を述べてある例として
は、1989年6月20日株式会社オーム社発行「超微
細加工入門」P62〜P79、がある。As an example describing the RIE technology, there is “Introduction to Ultrafine Processing” published by Ohm Co., Ltd. on June 20, 1989, P62 to P79.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、RIE
装置を用いて上部電極の上の絶縁膜にコンタクトホール
を開設すると、エッチングのダメージのために、FRA
Mにおけるメモリ部の分極量(μC/cm。以下、Qs
wという。)の値が小さくなるという問題点があること
が、本発明者によって明らかにされた。SUMMARY OF THE INVENTION However, RIE
When a contact hole is opened in the insulating film above the upper electrode using an apparatus, FRA due to etching damage occurs.
The polarization amount of the memory unit at M (μC / cm; hereinafter, Qs
It is called w. The present inventors have found that there is a problem that the value of ()) becomes small.
【0005】本発明の目的は、FRAMにおけるメモリ
部のQswを高めることができる半導体装置の製造技術
を提供することにある。An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing technique capable of increasing the Qsw of a memory section in an FRAM.
【0006】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application is as follows.
【0008】すなわち、金属からなるパターンの上に形
成された絶縁膜にコンタクトホールが開設されている半
導体装置において、前記コンタクトホールの底の径が開
口の径よりも小さく形成されていることを特徴とする。That is, in a semiconductor device in which a contact hole is formed in an insulating film formed on a metal pattern, the diameter of the bottom of the contact hole is smaller than the diameter of the opening. And
【0009】前記した手段によれば、エッチングダメー
ジが上部電極に及ぶ面積が低減することにより、上部電
極に及ぶエッチングダメージを小さく抑制することがで
きるため、上部電極の電気的特性の低下を防止すること
ができる。According to the above-mentioned means, since the etching damage to the upper electrode is reduced, the etching damage to the upper electrode can be suppressed to a small extent, so that the electrical characteristics of the upper electrode are prevented from lowering. be able to.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態である
半導体装置を示す拡大部分断面図である。図2は本発明
の一実施形態である半導体装置の製造方法に使用される
RIE装置を示す正面断面図である。図3はコンタクト
ホール形成前を示す拡大部分断面図である。図4はコン
タクトホール形成後を示す拡大部分断面図である。図5
以降はその作用を説明するための図である。FIG. 1 is an enlarged partial sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front sectional view showing an RIE apparatus used in the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is an enlarged partial sectional view showing a state before forming a contact hole. FIG. 4 is an enlarged partial cross-sectional view showing a state after forming a contact hole. FIG.
The following is a diagram for explaining the operation.
【0011】本実施形態において、本発明に係る半導体
装置の製造方法は、FRAMを製造する方法として構成
されており、半導体ウエハ(以下、ウエハという。)の
上にメモリセルを形成するメモリセル形成方法を備えて
いる。メモリセル形成方法は下部電極形成工程、メモリ
部形成工程、上部電極形成工程、シールド絶縁膜形成工
程、絶縁膜形成工程、上部電極コンタクトホール形成工
程、下部電極コンタクト形成工程および配線形成工程を
備えている。In the present embodiment, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is configured as a method for manufacturing an FRAM, and forms a memory cell on a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a wafer). Have a way. The memory cell forming method includes a lower electrode forming step, a memory section forming step, an upper electrode forming step, a shield insulating film forming step, an insulating film forming step, an upper electrode contact hole forming step, a lower electrode contact forming step, and a wiring forming step. I have.
【0012】以下、本実施形態の特徴工程である上部電
極コンタクトホール形成工程について詳細に説明する。
本実施形態に係るメモリセル形成方法の上部電極コンタ
クトホール形成工程は、図2に示されているRIE装置
10によって実施される。まず、上部電極コンタクトホ
ール形成工程(以下、コンタクトホール形成方法とい
う。)を実施するRIE装置10について説明する。Hereinafter, the upper electrode contact hole forming step which is a characteristic step of the present embodiment will be described in detail.
The upper electrode contact hole forming step of the memory cell forming method according to the present embodiment is performed by the RIE apparatus 10 shown in FIG. First, an RIE apparatus 10 that performs an upper electrode contact hole forming step (hereinafter, referred to as a contact hole forming method) will be described.
【0013】コンタクトホール形成方法について使用さ
れるRIE装置10は処理室11を形成したチャンバ1
2を備えている。処理室11の上部にはエッチングガス
をシャワー状に吹き出し可能な上電極板13が吊持され
ている。図示しないが、上電極板13はアースに接続さ
れている。上電極板13にはエッチングガス供給路14
が接続されており、エッチングガス供給路14にはエッ
チングガス供給源15が止め弁16を介して接続されて
いる。The RIE apparatus 10 used for the contact hole forming method is a chamber 1 in which a processing chamber 11 is formed.
2 is provided. An upper electrode plate 13 capable of blowing out an etching gas in a shower shape is suspended above the processing chamber 11. Although not shown, the upper electrode plate 13 is connected to the ground. The upper electrode plate 13 has an etching gas supply path 14.
The etching gas supply path 15 is connected to the etching gas supply path 14 via a stop valve 16.
【0014】処理室11の中央部には下電極板を兼ねる
サセプタ17が設けられており、サセプタ17はその上
面においてワークであるウエハ30を保持するように構
成されている。サセプタ17にはヒータ18が内蔵され
ており、ヒータ18はサセプタ17が保持したウエハ3
0を加熱するように構成されている。サセプタ17には
高周波電源19が接続されている。サセプタ17の下方
にはバッフル板20が水平に架設されており、処理室1
1の内周にはウオール板21がサセプタ17を取り囲む
ように設置されている。チャンバ12の下部には真空ポ
ンプ24に接続された排気口22が開設されており、排
気口22には流量制御弁23が設けられている。A susceptor 17 also serving as a lower electrode plate is provided at the center of the processing chamber 11, and the susceptor 17 is configured to hold a wafer 30 as a work on its upper surface. The susceptor 17 has a built-in heater 18. The heater 18 is mounted on the wafer 3 held by the susceptor 17.
0 is configured to be heated. The susceptor 17 is connected to a high frequency power supply 19. Below the susceptor 17, a baffle plate 20 is horizontally installed, and the processing chamber 1
A wall plate 21 is provided on the inner periphery of the device 1 so as to surround the susceptor 17. An exhaust port 22 connected to a vacuum pump 24 is opened below the chamber 12, and a flow control valve 23 is provided in the exhaust port 22.
【0015】チャンバ12の上部には窓25が形成され
ており、窓25の外側にはモノクロメータ26に接続さ
れた発光検出用センサヘッド27が配置されている。ウ
オール板21の窓25に対向する位置にはキャピラリー
プレート28が配置されており、発光検出用センサヘッ
ド27は窓25およびキャピラリープレート28を通し
てプラズマPの発光を検出するようになっている。チャ
ンバ12の上部外周には磁石29がチャンバ12の周り
を旋回するように設置されている。図示しないが、チャ
ンバ12には搬入搬出用のゲートバルブが取り付けられ
ている。A window 25 is formed in the upper part of the chamber 12, and a sensor head 27 for light emission detection connected to a monochromator 26 is arranged outside the window 25. A capillary plate 28 is arranged at a position facing the window 25 of the wall plate 21, and the light emission detection sensor head 27 detects the light emission of the plasma P through the window 25 and the capillary plate 28. A magnet 29 is installed on the outer periphery of the upper part of the chamber 12 so as to rotate around the chamber 12. Although not shown, the chamber 12 is provided with a gate valve for loading and unloading.
【0016】次に、前記構成に係るRIE装置10を使
用したコンタクトホール形成方法を説明する。Next, a method for forming a contact hole using the RIE apparatus 10 having the above configuration will be described.
【0017】RIE装置10のコンタクトホール形成工
程におけるワークとしてリソグラフィー工程から送られ
て来るウエハ30は、図3に示されているように形成さ
れている。すなわち、図3において、ウエハ30のサブ
ストレート31の上面に形成されたシリコン酸化膜から
なるフィールド絶縁膜(以下、フィールド膜という。)
32の上にはBPSG(ほう酸・燐珪酸ガラス)膜から
なる下地絶縁膜(以下、下地膜という。)33が敷設さ
れており、下地膜33の上には下部電極34がパターニ
ングされている。下部電極34の上にはメモリ部35が
パターニングされており、メモリ部35の上には上部電
極36がパターニングされている。上部電極36の上に
はシールド絶縁膜(シールド膜という。)37が上部電
極36を被覆するように形成されており、シールド膜3
7の上にはパッシベーション絶縁膜(以下、パッシベー
ション膜という。)38が形成されている。さらに、パ
ッシベーション膜38の上にはレジスト膜39が被着さ
れており、レジスト膜39にはコンタクトホールを開設
するためのホールパターン40がリソグラフィー処理に
よって形成されている。The wafer 30 sent from the lithography step as a work in the contact hole forming step of the RIE apparatus 10 is formed as shown in FIG. That is, in FIG. 3, a field insulating film made of a silicon oxide film formed on the upper surface of the substrate 31 of the wafer 30 (hereinafter, referred to as a field film).
A base insulating film (hereinafter referred to as a base film) 33 made of a BPSG (borate / phosphosilicate glass) film is laid on the base film 32, and a lower electrode 34 is patterned on the base film 33. A memory section 35 is patterned on the lower electrode 34, and an upper electrode 36 is patterned on the memory section 35. A shield insulating film (referred to as a shield film) 37 is formed on the upper electrode 36 so as to cover the upper electrode 36.
7, a passivation insulating film (hereinafter, referred to as a passivation film) 38 is formed. Further, a resist film 39 is applied on the passivation film 38, and a hole pattern 40 for opening a contact hole is formed in the resist film 39 by lithography.
【0018】本実施形態において、メモリ部35の強誘
電体材料としては、PZT(ジルコン酸鉛とチタン酸鉛
の固溶体からなる代表的な圧電セラミック材料で、米国
のクレバイト社の登録商標であるが、材料名として広く
用いられている。)が使用されており、シールド膜37
の材料としてもPZTが使用されている。パッシベーシ
ョン膜38はTEOS(トリ・エチル・オルソ・シリケ
ート)によって形成されている。下部電極34および上
部電極36はプラチナ(Pt)によって形成されてい
る。In the present embodiment, the ferroelectric material of the memory section 35 is PZT (a typical piezoelectric ceramic material made of a solid solution of lead zirconate and lead titanate, and is a registered trademark of Clebite Corporation in the United States. , Which is widely used as a material name).
PZT is also used as a material for the above. The passivation film 38 is formed of TEOS (tri-ethyl-ortho-silicate). The lower electrode 34 and the upper electrode 36 are formed of platinum (Pt).
【0019】以上の構成に係るウエハ30はホールパタ
ーン40を形成したリソグラフィー工程から搬送され
て、RIE装置10の処理室11に搬入搬出用ゲートバ
ルブから一枚ずつ搬入される。処理室11に搬入された
ウエハ30は図2に示されているようにサセプタ17の
上に保持され、ヒータ18によって加熱される。処理室
11が排気口22によって真空排気され、上電極板13
とサセプタ17とによってプラズマが形成され、エッチ
ングガスとして塩素(Cl2 )がエッチングガス供給路
14を通じて上電極板13から吹き出されると、ホール
パターン40の底で露出したパッシベーション膜38お
よびシールド膜37の部位はエッチングされ、コンタク
トホール41が図4に示されているように形成される。The wafers 30 having the above structure are carried from the lithography step in which the hole patterns 40 are formed, and are carried one by one from the carry-in / out gate valve into the processing chamber 11 of the RIE apparatus 10. The wafer 30 carried into the processing chamber 11 is held on the susceptor 17 as shown in FIG. The processing chamber 11 is evacuated by the exhaust port 22 and the upper electrode plate 13
When the plasma is formed by the susceptor 17 and chlorine (Cl 2 ) is blown out of the upper electrode plate 13 through the etching gas supply path 14 as an etching gas, the passivation film 38 and the shield film 37 exposed at the bottom of the hole pattern 40 are formed. Is etched to form a contact hole 41 as shown in FIG.
【0020】以上のようにしてコンタクトホール41が
形成されたウエハ30は、処理室11から搬入搬出用ゲ
ートバルブを通して搬出され、次のアッシング工程に搬
送されて行く。アッシング工程において、レジスト膜3
9がアッシングされると、図1に示されているように、
穴底において上部電極36の上面を露出させたコンタク
トホール41がパッシベーション膜38およびシールド
膜37に形成されたウエハ30が形成された状態にな
る。The wafer 30 having the contact hole 41 formed as described above is carried out of the processing chamber 11 through the carry-in / carry-out gate valve, and is carried to the next ashing step. In the ashing process, the resist film 3
When 9 is ashed, as shown in FIG.
At the bottom of the hole, the contact hole 41 exposing the upper surface of the upper electrode 36 is in a state where the wafer 30 formed in the passivation film 38 and the shield film 37 is formed.
【0021】本実施形態において、前記したエッチング
に際してのエッチング圧力は、従来の圧力値よりも高い
圧力値である20〜50mTorrに設定される。エッ
チング圧力が50mTorrに設定された場合には、図
5(a)に示されているコンタクトホール(以下、大テ
ーパのコンタクトホールという。)41が形成される。
また、エッチング圧力が20mTorrに設定された場
合には、図5(b)に示されているコンタクトホール
(以下、中テーパのコンタクトホールという。)42が
形成される。In the present embodiment, the etching pressure at the time of the above-mentioned etching is set to 20 to 50 mTorr, which is a pressure value higher than the conventional pressure value. When the etching pressure is set to 50 mTorr, a contact hole (hereinafter, referred to as a large tapered contact hole) 41 shown in FIG. 5A is formed.
When the etching pressure is set to 20 mTorr, a contact hole (hereinafter, referred to as a medium tapered contact hole) 42 shown in FIG. 5B is formed.
【0022】エッチング圧力が50mTorrに設定さ
れた場合についてのエッチング条件の一例を具体的に示
すと、次の通りになる。プラチナ(Pt)の上部電極3
6の膜厚は175nm、PZTのシールド膜37の膜厚
は250nm、TEOSのパッシベーション膜38の膜
厚は200nm、ホールパターン40の口径は1μmで
ある。エッチングガスとしての塩素ガスの流量は90s
ccm(ml/分)、高周波電源19の出力は800
W、処理時間は90秒である。An example of the etching conditions when the etching pressure is set to 50 mTorr is as follows. Platinum (Pt) upper electrode 3
6, the thickness of the PZT shield film 37 is 250 nm, the thickness of the TEOS passivation film 38 is 200 nm, and the diameter of the hole pattern 40 is 1 μm. The flow rate of chlorine gas as an etching gas is 90 seconds.
ccm (ml / min), the output of the high frequency power supply 19 is 800
W, the processing time is 90 seconds.
【0023】図1に示されているように、コンタクトホ
ールの穴底の口径をS、開口の口径をKとすると、以上
のエッチング条件によって形成された大テーパのコンタ
クトホール41の穴底の口径と開口の口径の比は、0.
491、になった。すなわち、S/K=0.491にな
った。ちなみに、Kは0.906μm、Sは0.445
μmである。As shown in FIG. 1, assuming that the diameter of the hole bottom of the contact hole is S and the diameter of the opening is K, the diameter of the bottom of the large tapered contact hole 41 formed under the above etching conditions. The ratio of the diameter of the opening to the opening is 0.
491! That is, S / K was 0.491. Incidentally, K is 0.906 μm and S is 0.445.
μm.
【0024】ところで、レジスト膜をマスクとした絶縁
膜のRIE装置10によるエッチングに際してのエッチ
ング圧力は、従来は、5〜10mTorr程度の低い値
に設定されている。このような低いエッチング圧力によ
ってパッシベーション膜38およびシールド膜37がエ
ッチングされた場合には、図5(c)に示されているに
ように、パッシベーション膜38およびシールド膜37
にはテーパの度合いの小さいコンタクトホール(以下、
小テーパのコンタクトホールという。)43が形成され
ることが、本発明者によって究明された。つまり、小テ
ーパのコンタクトホール43における穴底の口径と開口
の口径の比は0.7以上になる。すなわち、S/K≧
0.7になる。ちなみに、ホールパターンの口径が1μ
mのとき、Kは0.945μm、Sは0.703μmに
なる。The etching pressure for etching the insulating film using the resist film as a mask by the RIE apparatus 10 is conventionally set to a low value of about 5 to 10 mTorr. When the passivation film 38 and the shield film 37 are etched by such a low etching pressure, as shown in FIG.
Is a contact hole with a small degree of taper (hereinafter referred to as
It is called a small tapered contact hole. ) 43 was formed by the present inventors. That is, the ratio of the diameter of the hole bottom to the diameter of the opening in the contact hole 43 having a small taper is 0.7 or more. That is, S / K ≧
0.7. By the way, the hole pattern diameter is 1μ
When m, K is 0.945 μm and S is 0.703 μm.
【0025】そして、従来の小テーパのコンタクトホー
ル43を備えたセルメモリの分極量を測定したところ、
図6に示されているように、Qswは14〜22μC/
cmと低くなってしまうことが、本発明者によって究明
された。Then, when the polarization amount of the conventional cell memory having the small tapered contact hole 43 was measured,
As shown in FIG. 6, Qsw is 14-22 μC /
cm was found by the present inventors.
【0026】図6はエッチング圧力とQswとの関係
を、LOCA(低酸素濃度アニール)温度をパラメータ
として示したグラフである。図6においては、コンタク
トホールを形成したエッチング圧力として、10mTo
rr、20mTorrおよび50mTorr、が示され
ている。実線はLOCA温度が375℃の場合、破線は
同じく425℃の場合、鎖線は475℃の場合をそれぞ
れ示している。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the etching pressure and Qsw using LOCA (low oxygen concentration annealing) temperature as a parameter. In FIG. 6, the etching pressure for forming the contact hole is 10 mTo
rr, 20 mTorr and 50 mTorr are shown. The solid line shows the case where the LOCA temperature is 375 ° C, the broken line shows the case where it is 425 ° C, and the chain line shows the case where it is 475 ° C.
【0027】ここで、Qswについて説明する。強誘電
体は電圧の印加によって分極し、印加方向を逆にするこ
とによって反転する。分極反転は図7に示されているよ
うにヒステリヒス特性を持つ。Qswとは分極量の差
(A−B)のことである。Qswの値が大きい程メモリ
動作が安定する。したがって、Qswの値が小さいと、
メモリ動作が不安定になる。Here, Qsw will be described. The ferroelectric is polarized by application of a voltage, and is inverted by reversing the application direction. The polarization inversion has a hysteresis characteristic as shown in FIG. Qsw is the difference (A−B) in the amount of polarization. The larger the value of Qsw is, the more stable the memory operation is. Therefore, if the value of Qsw is small,
Memory operation becomes unstable.
【0028】本実施形態において、エッチング圧力が5
0mTorrに設定された場合には、図1および図5
(a)に示されている大テーパのコンタクトホール41
が形成される。この大テーパのコンタクトホール41の
Qswを図6において調べると、約23〜28μC/c
mになる。In this embodiment, the etching pressure is 5
When set to 0 mTorr, FIGS. 1 and 5
A large tapered contact hole 41 shown in FIG.
Is formed. The Qsw of this large tapered contact hole 41 is examined in FIG.
m.
【0029】エッチング圧力が20mTorrに設定さ
れた場合には、図5(b)に示されている中テーパのコ
ンタクトホール42が形成される。中テーパのコンタク
トホール42のQswを図6において調べると、約17
〜24μC/cmになる。When the etching pressure is set to 20 mTorr, a medium tapered contact hole 42 shown in FIG. 5B is formed. The Qsw of the middle tapered contact hole 42 is examined in FIG.
2424 μC / cm.
【0030】以上の説明および図6から明らかな通り、
エッチング圧力が20mTorrで形成された中テーパ
のコンタクトホール42についてのQswは、エッチン
グ圧力が10mTorrで形成された小テーパのコンタ
クトホール43のそれよりも大きくなり、エッチング圧
力が50mTorrで形成された大テーパのコンタクト
ホール41についてのQswは、エッチング圧力が20
mTorrで形成された中テーパのコンタクトホール4
2についてのそれよりもさらに大きくなる。As is clear from the above description and FIG.
Qsw of the medium tapered contact hole 42 formed at an etching pressure of 20 mTorr is larger than that of the small tapered contact hole 43 formed at an etching pressure of 10 mTorr, and the large taper formed at an etching pressure of 50 mTorr is obtained. Qsw for the contact hole 41 of the above is that the etching pressure is 20
Medium tapered contact hole 4 formed of mTorr
It is even larger than that for 2.
【0031】大テーパのコンタクトホール41および中
テーパのコンタクトホール42のQswが小テーパのコ
ンタクトホール43のそれよりも大きくなる理由は、次
のように考察される。エッチングに際してプラズマ等の
ダメージがコンタクトホールに侵入する面積は小テーパ
のコンタクトホール43の場合に比べて大テーパのコン
タクトホール41および中テーパのコンタクトホール4
2の場合の方が小さい。このため、上部電極におけるコ
ンタクトホールの穴底で露出した面がダメージを受ける
度合いは、小テーパのコンタクトホール43の場合に比
べて大テーパのコンタクトホール41および中テーパの
コンタクトホール42の場合の方が小さい。また、エッ
チング後に上部電極におけるコンタクトホールの穴底で
露出した面に侵入する水素(H2 )の量は、小テーパの
コンタクトホール43の場合に比べて大テーパのコンタ
クトホール41および中テーパのコンタクトホール42
の場合の方が小さい。これらの理由から、上部電極の電
気特性は小テーパのコンタクトホール43の場合に比べ
て大テーパのコンタクトホール41および中テーパのコ
ンタクトホール42の場合の方が良好になるため、Qs
wは小テーパのコンタクトホール43の場合に比べて大
テーパのコンタクトホール41および中テーパのコンタ
クトホール42の場合の方が良好になる。The reason why the Qsw of the large tapered contact hole 41 and the medium tapered contact hole 42 is larger than that of the small tapered contact hole 43 is considered as follows. The area where damage such as plasma penetrates into the contact hole during etching is larger in the large tapered contact hole 41 and the middle tapered contact hole 4 than in the small tapered contact hole 43.
2 is smaller. For this reason, the degree of damage to the surface of the upper electrode exposed at the bottom of the contact hole is smaller in the case of the large tapered contact hole 41 and the middle tapered contact hole 42 than in the case of the small tapered contact hole 43. Is small. Further, the amount of hydrogen (H 2 ) penetrating into the surface of the upper electrode exposed at the bottom of the contact hole after the etching is larger than that of the small tapered contact hole 43 in the large tapered contact hole 41 and the middle tapered contact hole. Hall 42
Is smaller. For these reasons, the electrical characteristics of the upper electrode are better in the case of the large tapered contact hole 41 and the middle tapered contact hole 42 than in the case of the small tapered contact hole 43.
w is better in the case of the large tapered contact hole 41 and the middle tapered contact hole 42 than in the case of the small tapered contact hole 43.
【0032】ちなみに、RIE装置においてエッチング
圧力が高くなると、コンタクトホールのテーパが大きく
なる理由は、エッチング圧力が高くなる程、RIE装置
の特性である異方性が低下してプラズマエッチングの等
方性が高まるためと、考察される。したがって、エッチ
ング圧力を高く設定し過ぎると、コンタクトホールのテ
ーパの度合いが大きくなってコンタクトホールの穴底が
塞がれてしまう状態になると、考察される。By the way, when the etching pressure is increased in the RIE apparatus, the taper of the contact hole is increased because the anisotropy, which is a characteristic of the RIE apparatus, decreases as the etching pressure increases, and the isotropic property of the plasma etching is reduced. Is considered to increase. Therefore, it is considered that if the etching pressure is set too high, the degree of taper of the contact hole becomes large and the hole bottom of the contact hole is closed.
【0033】なお、図6によれば、QswがLOCA温
度に依存することが理解される。同時に、LOCA温度
が変わっても、大テーパのコンタクトホール41および
中テーパのコンタクトホール42のQswは小テーパの
コンタクトホール43のそれよりも大きくなる事実は実
証されている。FIG. 6 shows that Qsw depends on the LOCA temperature. At the same time, it has been demonstrated that the Qsw of the large tapered contact hole 41 and the medium tapered contact hole 42 is larger than that of the small tapered contact hole 43 even when the LOCA temperature changes.
【0034】前記実施形態によれば、次の効果が得られ
る。According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
【0035】1) FRAMにおける上部電極の上のシー
ルド膜およびパッシベーション膜に開設されたコンタク
トホールの底の径を開口の径よりも小さく形成すること
により、RIE装置によるエッチングダメージが上部電
極に及ぶ面積を低減させることができるため、上部電極
のQswを高めることができる。1) By forming the diameter of the bottom of the contact hole formed in the shield film and the passivation film above the upper electrode in the FRAM smaller than the diameter of the opening, the area of the RIE device that causes etching damage to the upper electrode. , The Qsw of the upper electrode can be increased.
【0036】2) 上部電極のQswを高めることによ
り、安定性の高いFRAMを得ることができる。2) By increasing the Qsw of the upper electrode, a highly stable FRAM can be obtained.
【0037】3) RIE装置によるコンタクトホールの
エッチングに際して、エッチング圧力を高めに設定する
ことにより、テーパの度合いの大きなコンタクトホール
を形成することができるため、FRAMの製造コストの
増加を抑制しつつ、安定性の高いFRAMを製造するこ
とができる。3) When etching the contact hole by the RIE apparatus, by setting the etching pressure to be high, a contact hole having a large degree of taper can be formed, so that an increase in the manufacturing cost of the FRAM can be suppressed. An FRAM with high stability can be manufactured.
【0038】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.
【0039】例えば、メモリ部の強誘電体材料として
は、PZTを使用するに限らず、PLZT(PZTにL
aを固溶して得られる電気光学セラミック材料)や、Y
1(ビスマス系の強誘電体物質)等の強誘電体を使用し
てもよい。For example, the ferroelectric material of the memory unit is not limited to PZT, but may be PLZT (L
a) a solid solution of a) and Y
A ferroelectric substance such as 1 (bismuth-based ferroelectric substance) may be used.
【0040】また、シールド膜の材料としてもPZTを
使用するに限らず、PLZTやY1等の強誘電体および
TEOS等の絶縁膜を使用してもよい。さらに、シール
ド膜は省略してもよい。The material of the shield film is not limited to PZT, but may be a ferroelectric such as PLZT or Y1 or an insulating film such as TEOS. Further, the shield film may be omitted.
【0041】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるFRA
Mの上部電極のコンタクトホールの形成方法に適用した
場合について説明したが、それに限定されるものではな
く、FRAMの下部電極のコンタクトホールの形成方法
や、DRAMのコンタクトホールの形成方法等の半導体
装置の製造技術全般に適用することができる。In the above description, the invention made mainly by the present inventor is based on the application field of FRA, which is the background of the invention.
Although the case where the present invention is applied to the method of forming the contact hole of the upper electrode of M has been described, the present invention is not limited to this. Can be applied to general manufacturing techniques.
【0042】[0042]
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.
【0043】金属からなるパターンの上の絶縁膜に開設
されるコンタクトホールの底の径を開口の径よりも小さ
く形成することにより、上部電極に及ぶエッチングダメ
ージを小さく抑制することができるため、上部電極の電
気的特性の低下を防止することができる。By forming the diameter of the bottom of the contact hole formed in the insulating film on the metal pattern smaller than the diameter of the opening, etching damage to the upper electrode can be suppressed small. It is possible to prevent the electrical characteristics of the electrode from being lowered.
【図1】本発明の一実施形態である半導体装置を示す拡
大部分断面図である。FIG. 1 is an enlarged partial cross-sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施形態である半導体装置の製造方
法に使用されるRIE装置を示す正面断面図である。FIG. 2 is a front sectional view showing an RIE device used in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
【図3】コンタクトホール形成前を示す拡大部分断面図
である。FIG. 3 is an enlarged partial cross-sectional view showing a state before a contact hole is formed.
【図4】コンタクトホール形成後を示す拡大部分断面図
である。FIG. 4 is an enlarged partial cross-sectional view showing a state after a contact hole is formed.
【図5】作用を説明するための各一部切断部分斜視図で
あり、(a)は大テーパのコンタクトホール、(b)は
中テーパのコンタクトホール、(c)は小テーパのコン
タクトホールをそれぞれ示している。FIGS. 5A and 5B are partially cutaway perspective views for explaining the operation, in which FIG. 5A shows a large tapered contact hole, FIG. 5B shows a medium tapered contact hole, and FIG. 5C shows a small tapered contact hole. Each is shown.
【図6】エッチング圧力とQswとの関係を示すグラフ
である。FIG. 6 is a graph showing a relationship between an etching pressure and Qsw.
【図7】Qswを説明するためのグラフである。FIG. 7 is a graph for explaining Qsw.
10…RIE装置、11…処理室、12…チャンバ、1
3…上電極板、14…エッチングガス供給路、15…エ
ッチングガス供給源、16…止め弁、17…サセプタ、
18…ヒータ、19…高周波電源、20…バッフル板、
21…ウオール板、22…排気口、23…流量制御弁、
24…真空ポンプ、25…窓、26…モノクロメータ、
27…発光検出用センサヘッド、28…キャピラリープ
レート、29…磁石、30…ウエハ、31…サブストレ
ート、32…フィールド絶縁膜、33…下地絶縁膜、3
4…下部電極、35…メモリ部、36…上部電極、37
…シールド絶縁膜、38…パッシベーション絶縁膜、3
9…レジスト膜、40…ホールパターン、41…大テー
パのコンタクトホール、42…中テーパのコンタクトホ
ール、43…小テーパのコンタクトホール。10 RIE apparatus, 11 processing chamber, 12 chamber, 1
3 upper electrode plate, 14 etching gas supply path, 15 etching gas supply source, 16 stop valve, 17 susceptor,
18 heater, 19 high frequency power supply, 20 baffle plate,
21 ... wall plate, 22 ... exhaust port, 23 ... flow control valve,
24 ... vacuum pump, 25 ... window, 26 ... monochromator,
27: Sensor head for detecting light emission, 28: Capillary plate, 29: Magnet, 30: Wafer, 31: Substrate, 32: Field insulating film, 33: Base insulating film, 3
4 lower electrode, 35 memory section, 36 upper electrode, 37
... shield insulating film, 38 ... passivation insulating film, 3
9: resist film, 40: hole pattern, 41: large tapered contact hole, 42: medium tapered contact hole, 43: small tapered contact hole.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/8247 H01L 29/78 371 29/788 29/792 (72)発明者 森 光廣 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 (72)発明者 和田 直憲 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 Fターム(参考) 5F001 AA17 AD33 AD90 AF05 AG10 5F004 AA06 AA12 BA08 BB13 CA02 DA04 DB03 EB01 EB03 5F033 KK17 NN32 QQ09 QQ10 QQ13 QQ15 QQ34 QQ37 RR01 RR04 TT02 WW01 WW05 5F083 FR01 GA11 GA27 JA15 JA38 MA01 MA18 PR03 ZA11 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme court ゛ (Reference) H01L 21/8247 H01L 29/78 371 29/788 29/792 (72) Inventor Mitsuhiro Mori Above Kodaira-shi, Tokyo 5-20-1, Mizumotocho Inside Semiconductor Business Division, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Naonori Wada 5-2-1, Kamimizuhonmachi, Kodaira City, Tokyo F-term, Semiconductor Business Division, Hitachi, Ltd. ) 5F001 AA17 AD33 AD90 AF05 AG10 5F004 AA06 AA12 BA08 BB13 CA02 DA04 DB03 EB01 EB03 5F033 KK17 NN32 QQ09 QQ10 QQ13 QQ15 QQ34 QQ37 RR01 RR04 RR02 TT02 WW01 WW05 5F083 FR01 GA11 MA15 JA15
Claims (9)
絶縁膜にコンタクトホールが開設されている半導体装置
において、前記コンタクトホールの底の径が開口の径よ
りも小さく形成されていることを特徴とする半導体装
置。1. A semiconductor device having a contact hole formed in an insulating film formed on a metal pattern, wherein the diameter of the bottom of the contact hole is smaller than the diameter of the opening. Semiconductor device.
対する比が、0.4〜0.7に設定されていることを特
徴とする請求項1に記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a ratio of a hole diameter of the contact hole to an opening diameter is set to 0.4 to 0.7.
上に形成された上部電極であることを特徴とする請求項
1または2に記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal pattern is an upper electrode formed on a ferroelectric.
を特徴とする請求項3に記載の半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 3, wherein said insulating film is a silicon oxide film.
酸化膜であることを特徴とする請求項3に記載の半導体
装置。5. The semiconductor device according to claim 3, wherein said insulating film is a ferroelectric film and a silicon oxide film.
であって、前記コンタクトホールを開設するためのドラ
イエッチング工程において、エッチング圧力が20〜5
0mTorrに設定されることを特徴とする半導体装置
の製造方法。6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the dry etching step for opening the contact hole, an etching pressure is 20 to 5 times.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the method is set to 0 mTorr.
設定されることを特徴とする請求項6に記載の半導体装
置の製造方法。7. The method according to claim 6, wherein the etching pressure is set to 50 mTorr.
ことを特徴とする請求項6または7に記に記載の半導体
装置の製造方法。8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein chlorine is used as an etching gas.
る請求項6、7または8載の半導体装置の製造方法。9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein an RIE apparatus is used.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10311969A JP2000138286A (en) | 1998-11-02 | 1998-11-02 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10311969A JP2000138286A (en) | 1998-11-02 | 1998-11-02 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000138286A true JP2000138286A (en) | 2000-05-16 |
Family
ID=18023623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10311969A Pending JP2000138286A (en) | 1998-11-02 | 1998-11-02 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000138286A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001230382A (en) * | 1999-12-22 | 2001-08-24 | Texas Instr Inc <Ti> | Hydrogen-free contact etching to form ferroelectric capacitors |
| JP2009194225A (en) * | 2008-02-15 | 2009-08-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Schottky barrier diode and method of manufacturing a Schottky barrier diode |
-
1998
- 1998-11-02 JP JP10311969A patent/JP2000138286A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001230382A (en) * | 1999-12-22 | 2001-08-24 | Texas Instr Inc <Ti> | Hydrogen-free contact etching to form ferroelectric capacitors |
| JP2009194225A (en) * | 2008-02-15 | 2009-08-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Schottky barrier diode and method of manufacturing a Schottky barrier diode |
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