JPH10321799A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents
Semiconductor device and its manufactureInfo
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- JPH10321799A JPH10321799A JP12578397A JP12578397A JPH10321799A JP H10321799 A JPH10321799 A JP H10321799A JP 12578397 A JP12578397 A JP 12578397A JP 12578397 A JP12578397 A JP 12578397A JP H10321799 A JPH10321799 A JP H10321799A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に係り、特に、水素を含むガスを用いた製造
プロセスにおいて水素による半導体素子の特性劣化を防
止する半導体装置及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device and a method of manufacturing a semiconductor device which prevent deterioration of characteristics of a semiconductor element due to hydrogen in a manufacturing process using a gas containing hydrogen.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年のＬＳＩの大規模集積化と高性能化
の要求に伴い、半導体素子自体の更なる微細化が図られ
ている。それに伴い、半導体素子に要求される電気的特
性の制御も厳密に行う必要性が高まっている。半導体素
子の電気的特性は、製造プロセスにおける種々のパラメ
ータによって合わせ込まれるが、製造プロセス自体が半
導体素子の特性に影響を与えることがあり、このような
プロセス起因の特性劣化を如何に抑制するかが今後の課
題の１つといえる。2. Description of the Related Art With the recent demand for large-scale integration and high performance of LSIs, further miniaturization of semiconductor elements themselves has been attempted. Accordingly, there is an increasing need to strictly control electrical characteristics required for semiconductor elements. The electrical characteristics of a semiconductor device are adjusted according to various parameters in the manufacturing process, but the manufacturing process itself may affect the characteristics of the semiconductor device, and how to suppress such process-induced characteristic deterioration. Is one of the future issues.
【０００３】製造プロセス自体が半導体素子の電気的特
性に与える影響の１つとして、製造過程で使用される水
素を含むガスの影響が知られている。例えば、シリコン
のＭＯＳ集積回路素子においては、デバイス内或いはプ
ロセス雰囲気中に水素が存在すると、素子中に水素が取
り込まれて界面準位やＳｉＯ 2膜中の固定電荷或いはト
ラップ準位を増加させる原因となり、ＭＯＳトランジス
タの閾値電圧Ｖthの変動やチャネルコンダクタンスｇm
の減少をもたらすことがある。[0003] The manufacturing process itself depends on the electrical characteristics of the semiconductor device.
One of the effects on water quality is the water used in the manufacturing process.
The effects of gases containing sulfur are known. For example, silicon
In MOS integrated circuit devices,
If hydrogen is present in the process atmosphere, hydrogen will be trapped in the device.
Interface state and SiO TwoFixed charge or
MOS transistors may cause an increase in the lap level.
Threshold voltage VthAnd channel conductance gm
May result in a decrease.
【０００４】また、ＤＲＡＭ等に用いられるキャパシタ
においては、窒化酸化膜や高誘電体膜等よりなるキャパ
シタ誘電体膜中に水素が取り込まれるとリーク電流が増
加し、電荷保持特性の劣化等をもたらすことがある。近
年の半導体装置では、水素が電気特性に与えるこのよう
な影響をも無視できなくなってきており、水素の影響を
効果的に排除する半導体装置及びその製造方法が望まれ
ている。Further, in a capacitor used in a DRAM or the like, when hydrogen is taken into a capacitor dielectric film such as a nitrided oxide film or a high dielectric film, a leak current increases, resulting in deterioration of charge retention characteristics and the like. Sometimes. In a recent semiconductor device, such an influence of hydrogen on electric characteristics cannot be ignored, and a semiconductor device and a method of manufacturing the semiconductor device that effectively eliminates the influence of hydrogen are desired.
【０００５】水素による半導体素子の電気的特性の変動
を防止する半導体装置としては、例えば、水素吸蔵金属
を用いた半導体装置が、例えば特開昭５９−１００５４
１号公報において提案されている。特開昭５９−１００
５４１号公報記載の半導体装置は、プラズマＣＶＤ法に
おいて絶縁膜１０８を堆積する際に用いるＳｉＨ4やＮ
Ｈ3に含まれる水素の影響を防止すべく、絶縁膜１０８
の下層及び上層に水素吸蔵金属であるＴｉ膜１０６、１
１０を堆積しておき、絶縁膜１０８の堆積と同時に膜中
に混入される水素をＴｉ膜１０６、１１０によって捕獲
するものである（図７参照）。As a semiconductor device for preventing a change in the electrical characteristics of a semiconductor element due to hydrogen, for example, a semiconductor device using a hydrogen storage metal is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-10054.
No. 1 proposes this. JP-A-59-100
No. 541 discloses a semiconductor device comprising SiH 4 or N 2 used for depositing an insulating film 108 by a plasma CVD method.
In order to prevent the effect of hydrogen contained in H 3 ,
The Ti film 106, which is a hydrogen storage metal,
10 is deposited, and hydrogen mixed into the insulating film 108 at the same time that the insulating film 108 is deposited is captured by the Ti films 106 and 110 (see FIG. 7).
【０００６】このようにＴｉ膜１０６、１１０により水
素を捕獲することにより、膜中の水素が素子の電気的特
性に影響を与える下層領域にまで進入することを防止で
きるので、半導体装置の信頼性を向上することができ
る。By capturing hydrogen with the Ti films 106 and 110 as described above, it is possible to prevent hydrogen in the film from entering the lower layer region which affects the electrical characteristics of the element, thereby improving the reliability of the semiconductor device. Can be improved.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５９−１００５４１号公報記載の半導体装置では、層間
絶縁膜間に水素吸蔵金属を挿入するので、層間絶縁膜を
介して配線を施す多層配線構造等においては、予め水素
吸蔵金属膜をパターニングしておくことが必要となる。
このため、現状の半導体装置では、製造工程を複雑にす
る等の理由から採用されていないのが現状であり、膜中
の水素によるキャパシタなどの電気的特性の劣化を防止
することはできなかった。However, in the semiconductor device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-100541, a hydrogen storage metal is inserted between the interlayer insulating films, so that a multilayer wiring structure in which wiring is performed via the interlayer insulating film. In such cases, it is necessary to previously pattern the hydrogen storage metal film.
For this reason, in the current semiconductor device, it is not currently employed for reasons such as complicating the manufacturing process, and it has not been possible to prevent deterioration of electrical characteristics such as a capacitor due to hydrogen in the film. .
【０００８】また、特開昭５９−１００５４１号公報記
載の半導体装置は、最終絶縁保護膜として用いられるＰ
−ＳｉＮ膜（プラズマＣＶＤ法により成膜シリコン窒化
膜）中の水素の影響を防止すべくなされたものであり、
それ以前の工程において導入される水素の影響を防止す
ることはできなかった。例えば、配線材料としてＡｌを
用いる場合、配線（図７では配線層１０２に相当）の形
成後に水素と窒素の混合ガスによるアニールをすること
が現在では一般に行われているが、上記従来の半導体装
置では、このアニールによる水素の侵入を防止すること
はできなかった。Further, the semiconductor device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-100541 discloses a P-type semiconductor device used as a final insulating protective film.
-To prevent the influence of hydrogen in the SiN film (silicon nitride film formed by the plasma CVD method),
It was not possible to prevent the effect of the hydrogen introduced in the earlier steps. For example, when Al is used as a wiring material, annealing with a mixed gas of hydrogen and nitrogen is generally performed after forming a wiring (corresponding to the wiring layer 102 in FIG. 7). However, it was not possible to prevent the intrusion of hydrogen by this annealing.
【０００９】本発明の目的は、絶縁膜中に存在する水
素、或いは気相からの水素の拡散を防ぐことにより、半
導体装置の電気的特性を向上しうる半導体装置及びその
製造方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving the electrical characteristics of a semiconductor device by preventing diffusion of hydrogen existing in an insulating film or hydrogen from a gas phase, and a method of manufacturing the same. It is in.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的は、下地基板
と、前記下地基板上に形成され、蓄積電極と、前記蓄積
電極上に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成
された対向電極とを有するキャパシタと、前記対向電極
上に形成された水素吸蔵金属膜とを有することを特徴と
する半導体装置によって達成される。このように半導体
装置を構成し、対向電極上に水素吸蔵金属膜を設けれ
ば、キャパシタ形成後の工程で水素を含むガスを用いた
プロセスを行う場合にも、基板の表面側から侵入した水
素は水素吸蔵金属膜にトラップされて誘電体膜には達し
ないので、水素起因のキャパシタの特性劣化を抑えるこ
とができる。また、水素の侵入は、閾値電圧Ｖthやチャ
ネルコンダクタンスｇmなど、ＭＯＳトランジスタの特
性にも影響を与えるが、対向電極上に水素吸蔵金属膜を
設けることによって水素が下地基板に達する確率を大幅
に低減できるので、下地基板に形成されたトランジスタ
特性の信頼性をも向上することができる。An object of the present invention is to provide a base substrate, a storage electrode formed on the base substrate, a dielectric film formed on the storage electrode, and a dielectric film formed on the dielectric film. And a hydrogen storage metal film formed on the counter electrode. If the semiconductor device is configured as described above and the hydrogen storage metal film is provided on the counter electrode, even if a process using a gas containing hydrogen is performed in the process after the formation of the capacitor, the hydrogen invading from the surface side of the substrate can be used. Is trapped by the hydrogen storage metal film and does not reach the dielectric film, so that deterioration of the characteristics of the capacitor due to hydrogen can be suppressed. The hydrogen penetration, such as the threshold voltage V th and the channel conductance g m, it also influences the characteristics of the MOS transistor, significantly the probability that hydrogen reaches the underlying substrate by providing a hydrogen storage metal film on the counter electrode Therefore, the reliability of the characteristics of the transistor formed on the base substrate can be improved.
【００１１】また、上記目的は、下地基板と、前記下地
基板上に形成され、蓄積電極と、前記蓄積電極上に形成
された誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された対向電
極とを有するキャパシタとを有する半導体装置におい
て、前記対向電極及び／又は前記蓄積電極は、水素吸蔵
金属膜を有することを特徴とする半導体装置によっても
達成される。水素吸蔵金属は、対向電極の一部に含むよ
うに構成しても同様の効果を得ることができる。[0011] Further, the object is to provide a base substrate, a storage electrode formed on the base substrate, a dielectric film formed on the storage electrode, and a counter electrode formed on the dielectric film. In the semiconductor device having the capacitor having the above structure, the counter electrode and / or the storage electrode has a hydrogen storage metal film. The same effect can be obtained even if the hydrogen storage metal is configured to be included in a part of the counter electrode.
【００１２】また、上記目的は、下地基板上に絶縁膜を
形成する工程と、前記絶縁膜上に水素吸蔵金属膜を形成
する工程と、所定の熱処理を行い、前記絶縁膜中の水素
を前記水素吸蔵金属膜中に取り込む水素脱離工程と、前
記水素が取り込まれた前記水素吸蔵金属膜を除去する水
素吸蔵金属膜除去工程とを有することを特徴とする半導
体装置の製造方法によっても達成される。このようにし
て半導体装置を製造することにより、前記絶縁膜中の水
素濃度を低減することができるので、前記絶縁膜中に含
まれる水素によるデバイス特性への影響を低減すること
ができる。また、最終的な半導体装置には水素吸蔵金属
膜が残存しないので、水素吸蔵金属による重金属汚染を
防止することができる。[0012] Further, the object is to form an insulating film on a base substrate, to form a hydrogen storage metal film on the insulating film, and to perform a predetermined heat treatment to reduce the hydrogen in the insulating film. The method is also achieved by a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a hydrogen desorbing step of taking in a hydrogen storage metal film in a hydrogen storage metal film; and a hydrogen storage metal film removing step of removing the hydrogen storage metal film in which the hydrogen has been captured. You. By manufacturing a semiconductor device in this manner, the concentration of hydrogen in the insulating film can be reduced, so that the effect of hydrogen contained in the insulating film on device characteristics can be reduced. Further, since no hydrogen storage metal film remains in the final semiconductor device, heavy metal contamination by the hydrogen storage metal can be prevented.
【００１３】[0013]
［第１実施形態］本発明の第１実施形態による半導体装
置及びその製造方法を図１乃至図５を用いて説明する。
図１は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断
面図、図２乃至図４は本実施形態による半導体装置の製
造方法を示す工程断面図、図５は本実施形態の変形例に
よる半導体装置の構造を示す概略断面図である。[First Embodiment] The semiconductor device and the method for fabricating the same according to a first embodiment of the present invention will be explained with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, FIGS. 2 to 4 are process sectional views showing a method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 5 is a semiconductor device according to a modification of the present embodiment. It is a schematic sectional drawing which shows the structure of.
【００１４】始めに、本実施形態による半導体装置の構
造について説明する。本実施形態による半導体装置は、
特開平８−２７４２７８号公報記載の半導体装置に本発
明を適用したものであり、ＤＲＡＭのキャパシタ対向電
極上に水素吸蔵金属膜を設けたことに特徴がある。シリ
コン基板１０には素子分離膜１２が形成されており、素
子分離膜１２によって素子領域が画定されている。素子
領域には、ソース／ドレイン拡散層２４、２６が独立に
形成されている。ソース／ドレイン拡散層２４、２６間
の半導体基板１０上には、ゲート酸化膜１６を介してゲ
ート電極２０が形成されている。こうして、ゲート電極
２０、ソース／ドレイン拡散層２４、２６からなるメモ
リセルトランジスタが構成されている。First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained. The semiconductor device according to the present embodiment includes:
The present invention is applied to the semiconductor device described in JP-A-8-274278, and is characterized in that a hydrogen storage metal film is provided on a capacitor counter electrode of a DRAM. An element isolation film 12 is formed on the silicon substrate 10, and an element region is defined by the element isolation film 12. Source / drain diffusion layers 24 and 26 are independently formed in the element region. A gate electrode 20 is formed on the semiconductor substrate 10 between the source / drain diffusion layers 24 and 26 via a gate oxide film 16. Thus, a memory cell transistor including the gate electrode 20 and the source / drain diffusion layers 24 and 26 is formed.
【００１５】メモリセルトランジスタが形成された半導
体基板１０上には、ソース／ドレイン拡散層２６上に開
口されたスルーホール３８と、ソース／ドレイン拡散層
２４上に開口されたスルーホール４０とが形成された層
間絶縁膜３６が形成されている。なお、ゲート電極２０
には、ゲート電極２０を囲うように自己整合で形成され
た絶縁膜４２が形成されており、スルーホール３８、４
０は、その絶縁膜４２に自己整合で形成されている。On the semiconductor substrate 10 on which the memory cell transistor is formed, a through hole 38 opened on the source / drain diffusion layer 26 and a through hole 40 opened on the source / drain diffusion layer 24 are formed. The formed interlayer insulating film 36 is formed. The gate electrode 20
Has an insulating film 42 formed in a self-aligned manner so as to surround the gate electrode 20.
0 is formed in the insulating film 42 by self-alignment.
【００１６】スルーホール４０の内壁及びソース／ドレ
イン拡散層２４上には蓄積電極４６が形成されており、
スルーホール４０の底部においてソース／ドレイン拡散
層２４と接続されている。蓄積電極４６の内面及び上面
には誘電体膜４８が形成されている。蓄積電極４６及び
誘電体膜４８が形成されたスルーホール４０内と、層間
絶縁膜３６上とには対向電極５４が形成されている。こ
うして、蓄積電極４６、誘電体４８、対向電極５４から
なるキャパシタが構成されている。A storage electrode 46 is formed on the inner wall of the through hole 40 and on the source / drain diffusion layer 24.
The bottom of the through hole 40 is connected to the source / drain diffusion layer 24. On the inner surface and the upper surface of the storage electrode 46, a dielectric film 48 is formed. A counter electrode 54 is formed in the through hole 40 where the storage electrode 46 and the dielectric film 48 are formed and on the interlayer insulating film 36. Thus, a capacitor including the storage electrode 46, the dielectric 48, and the counter electrode 54 is formed.
【００１７】対向電極５４上には、Ｔｉ膜、Ｍｇ膜、Ｎ
ｉ膜などの水素を吸蔵する性質を有する金属膜よりなる
水素吸蔵金属膜５６が形成されている。スルーホール３
８内壁にはコンタクト用導電膜４４が形成されており、
対向電極５４上に形成された層間絶縁膜５８を介してワ
ード線（ゲート電極２０）と直交する方向に配されたビ
ット線６２と接続されている。On the counter electrode 54, a Ti film, a Mg film,
A hydrogen storage metal film 56 made of a metal film having a property of storing hydrogen, such as an i film, is formed. Through hole 3
8, a contact conductive film 44 is formed on the inner wall,
It is connected to a bit line 62 arranged in a direction orthogonal to a word line (gate electrode 20) via an interlayer insulating film 58 formed on the counter electrode 54.
【００１８】さらに、ビット線６２上部には層間絶縁膜
６４を介して配線層７０が形成されており、１トランジ
スタ、１キャパシタからなるＤＲＡＭが構成されてい
る。このように、本実施形態による半導体装置では、対
向電極５４上に水素吸蔵金属膜５６を設けるので、キャ
パシタ形成後の工程で水素を含むガスを用いたプロセス
を行う場合にも、基板の表面側から侵入した水素は水素
吸蔵金属膜５６にトラップされて誘電体膜４８には達せ
ず、水素起因のキャパシタの特性劣化を抑えることがで
きる。Further, a wiring layer 70 is formed above the bit line 62 with an interlayer insulating film 64 interposed therebetween, and a DRAM comprising one transistor and one capacitor is formed. As described above, in the semiconductor device according to the present embodiment, since the hydrogen storage metal film 56 is provided on the counter electrode 54, even when a process using a gas containing hydrogen is performed in the step after the formation of the capacitor, the surface side of the substrate can be used. Hydrogen invading from the metal is trapped by the hydrogen storage metal film 56 and does not reach the dielectric film 48, so that deterioration of the characteristics of the capacitor due to hydrogen can be suppressed.
【００１９】例えば、ＳｉＨ4ガスやＨ2ガスなど水素を
含むガスを用いたＣＶＤ法によって層間絶縁膜５８、６
４を形成する場合には膜中に多量の水素が混入すること
があるが、後工程の熱処理などによってこの水素原子が
拡散しても、水素吸蔵金属膜５６に水素がトラップされ
て誘電体膜４８には達しないので、キャパシタの特性劣
化をもたらすことはない。For example, the interlayer insulating films 58 and 6 are formed by a CVD method using a gas containing hydrogen such as SiH 4 gas or H 2 gas.
In the case of forming the silicon nitride film 4, a large amount of hydrogen may be mixed into the film. However, even if this hydrogen atom is diffused by a heat treatment in a later process, the hydrogen is trapped in the hydrogen storage metal film 56 and the dielectric film is formed. Since it does not reach 48, the characteristics of the capacitor do not deteriorate.
【００２０】また、Ａｌ膜よりなる配線層７０を形成す
る場合、Ａｌ膜中に含まれる酸素を除去するため、配線
層７０の形成後に水素と窒素の混合ガスを用いたアニー
ルを行うが、雰囲気中に含まれる水素が基板中に侵入し
ても水素吸蔵金属膜５６にトラップされて誘電体膜４８
には達しないので、この場合にもキャパシタの特性劣化
をもたらすことはない。When the wiring layer 70 made of an Al film is formed, annealing using a mixed gas of hydrogen and nitrogen is performed after the formation of the wiring layer 70 in order to remove oxygen contained in the Al film. Even if the hydrogen contained therein penetrates into the substrate, it is trapped by the hydrogen storage metal film 56 and the dielectric film 48
, The characteristic of the capacitor is not degraded in this case.
【００２１】また、水素の侵入は、閾値電圧Ｖthやチャ
ネルコンダクタンスｇmなど、ＭＯＳトランジスタの特
性にも影響を与えるが、対向電極５４上に水素吸蔵金属
膜５６を設けることによって水素がトランジスタに達す
る確率を大幅に低減できるので、トランジスタ特性の信
頼性をも向上することができる。次に、本実施形態によ
る半導体装置の製造方法について説明する。Although the intrusion of hydrogen affects the characteristics of the MOS transistor, such as the threshold voltage V th and the channel conductance g m , the provision of the hydrogen absorbing metal film 56 on the counter electrode 54 allows hydrogen to enter the transistor. Since the probability of reaching the transistor can be greatly reduced, the reliability of transistor characteristics can be improved. Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained.
【００２２】まず、通常のＭＯＳトランジスタの形成方
法と同様にして、素子領域が画定されたシリコン基板１
０上に、ソース／ドレイン拡散層２４、２６、ゲート電
極２０を有し、ゲート電極の上面及び側面が絶縁膜４２
で覆われたメモリセルトランジスタを形成する（図２
（ａ））。次いで、メモリセルトランジスタが形成され
たシリコン基板１０上に、ソース／ドレイン拡散層２
４、２６に達するスルーホール３８、４０が開口された
層間絶縁膜３６を形成する（図２（ｂ））。First, in the same manner as in a normal MOS transistor forming method, a silicon substrate 1 on which an element region is defined is formed.
0, the source / drain diffusion layers 24 and 26 and the gate electrode 20 are provided.
(See FIG. 2)
(A)). Next, the source / drain diffusion layers 2 are formed on the silicon substrate 10 on which the memory cell transistors are formed.
An interlayer insulating film 36 having through holes 38 and 40 reaching the holes 4 and 26 is formed (FIG. 2B).
【００２３】続いて、導電膜を堆積した後に層間絶縁膜
３６上の導電膜を選択的に除去し、スルーホール３８内
壁に形成されたコンタクト用導電膜４４と、スルーホー
ル４０内壁に形成された蓄積電極４６とを形成する（図
２（ｃ））。この後、蓄積電極４６の表面に、例えば窒
化酸化膜又は酸化タンタル膜よりなる誘電体膜４８を形
成する。なお、酸化タンタル膜は、水素によるリーク電
流の増加が顕著なことから、酸化タンタル膜を用いる半
導体装置では本願発明の効果が特に期待できる。Subsequently, after the conductive film is deposited, the conductive film on the interlayer insulating film 36 is selectively removed, and the contact conductive film 44 formed on the inner wall of the through hole 38 and the conductive film 44 formed on the inner wall of the through hole 40 are formed. The storage electrode 46 is formed (FIG. 2C). Thereafter, a dielectric film 48 made of, for example, a nitrided oxide film or a tantalum oxide film is formed on the surface of the storage electrode 46. Note that the effect of the present invention can be particularly expected in a semiconductor device using a tantalum oxide film, since the tantalum oxide film significantly increases the leakage current due to hydrogen.
【００２４】次いで、対向電極となる導電膜５０と、水
素吸蔵金属膜５６と、層間絶縁膜５８とを連続して成膜
し（図３（ａ））、これら積層膜を一度のリソグラフィ
ー工程で同時にパターニングする。こうして、上面が水
素吸蔵金属膜５６で覆われた対向電極５４を形成する
（図３（ｂ））。この後、例えば特開平８−２７４２７
８号公報記載の半導体装置の製造方法と同様にしてビッ
ト線６２、層間絶縁膜６４、配線層７０等を形成し、１
トランジスタ、１キャパシタよりなるメモリセルを有す
るＤＲＡＭを製造する（図４）。Next, a conductive film 50 serving as a counter electrode, a hydrogen storage metal film 56, and an interlayer insulating film 58 are successively formed (FIG. 3A), and these laminated films are formed in a single lithography step. Simultaneously pattern. Thus, the counter electrode 54 whose upper surface is covered with the hydrogen storage metal film 56 is formed (FIG. 3B). Thereafter, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-27427
No. 8, a bit line 62, an interlayer insulating film 64, a wiring layer 70, etc.
A DRAM having a memory cell including a transistor and a capacitor is manufactured (FIG. 4).
【００２５】このように、本実施形態による半導体装置
の製造方法によれば、従来の半導体装置の製造工程を複
雑にすることなく、特に、リソグラフィー工程を増加す
ることなく、水素吸蔵金属膜を設けることができる。な
お、本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能で
ある。例えば、上記実施形態では、特開平８−２７４２
７８号公報記載の半導体装置に本発明を適用した例を示
したが、様々な構造のキャパシタを有する半導体装置に
おいて同様に適用することができる。この場合、従来の
対向電極に変えて、水素吸蔵金属膜を含む導電膜により
対向電極を採用すれば、製造工程を複雑にすることなく
上記の効果を得ることができる。As described above, according to the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment, the hydrogen storage metal film is provided without complicating the fabrication process of the conventional semiconductor device, particularly without increasing the number of lithography processes. be able to. Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, in the above embodiment, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-2742
Although an example in which the present invention is applied to the semiconductor device described in Japanese Patent Publication No. 78 is shown, the present invention can be similarly applied to a semiconductor device having capacitors having various structures. In this case, if the counter electrode is formed of a conductive film including a hydrogen storage metal film instead of the conventional counter electrode, the above effects can be obtained without complicating the manufacturing process.
【００２６】また、上記実施形態では、対向電極５４上
に水素吸蔵金属膜５６を設けたが、対向電極５４の一部
に水素吸蔵金属膜を挿入してもよい。例えば、図５に示
すように、Ｔｉ膜よりなる水素吸蔵金属膜５６を、Ｔｉ
Ｎ膜５４ａ、５４ｂにより挟み、このように形成された
積層膜によって対向電極５４を構成してもよい。また、
対向電極５４のみならず、蓄積電極４６をこのような構
造にしてもよい。また、蓄積電極のみをこのような構造
にしてもよい。In the above embodiment, the hydrogen storage metal film 56 is provided on the counter electrode 54, but a hydrogen storage metal film may be inserted into a part of the counter electrode 54. For example, as shown in FIG. 5, a hydrogen storage metal film 56 made of a Ti film is
The opposing electrode 54 may be constituted by the laminated films formed between the N films 54a and 54b. Also,
Not only the counter electrode 54 but also the storage electrode 46 may have such a structure. Further, only the storage electrode may have such a structure.
【００２７】［第２実施形態］本発明の第２実施形態に
よる半導体装置の製造方法について図６を用いて説明す
る。図６は本実施形態による半導体装置の製造方法を示
す工程断面図である。第１実施形態による半導体装置の
製造方法では、キャパシタ対向電極５４上に水素吸蔵金
属膜を形成することによって水素の侵入を防止しうる半
導体装置及びその製造方法を提供した。[Second Embodiment] The method for fabricating a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. FIG. 6 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. In the method for fabricating a semiconductor device according to the first embodiment, a semiconductor device capable of preventing intrusion of hydrogen by forming a hydrogen storage metal film on the capacitor counter electrode 54 and a method for fabricating the same are provided.
【００２８】しかしながら、水素吸蔵金属によっては、
半導体中に深い準位を形成するなど、重金属汚染の原因
となる場合があり、最終形態においてまで残存しないこ
とが望ましい場合がある。本実施形態では、水素吸蔵金
属による汚染を防止しつつ、プロセス途中過程における
水素の影響を低減しうる半導体装置の製造方法を提供す
る。However, depending on the hydrogen storage metal,
It may cause heavy metal contamination such as formation of a deep level in a semiconductor, and it may be desirable that the metal does not remain in the final form. The present embodiment provides a method for manufacturing a semiconductor device capable of reducing the influence of hydrogen in the course of a process while preventing contamination by a hydrogen storage metal.
【００２９】まず、図２（ａ）乃至図２（ｃ）と同様に
して、コンタクト用導電膜４４及び蓄積電極４６を形成
する。次いで、蓄積電極４６の表面に、例えば窒化酸化
膜又は酸化タンタル膜よりなる誘電体膜４８を形成す
る。続いて、対向電極となる導電膜５０と、層間絶縁膜
５８と、水素吸蔵合金膜６０とを連続して堆積する（図
６（ａ））。First, a contact conductive film 44 and a storage electrode 46 are formed in the same manner as in FIGS. 2A to 2C. Next, a dielectric film 48 made of, for example, a nitrided oxide film or a tantalum oxide film is formed on the surface of the storage electrode 46. Subsequently, a conductive film 50 serving as a counter electrode, an interlayer insulating film 58, and a hydrogen storage alloy film 60 are successively deposited (FIG. 6A).
【００３０】この後、水素を脱離するための所定の熱処
理を行う。層間絶縁膜５８中に水素が含まれている場
合、この熱処理により層間絶縁膜５８と水素吸蔵金属膜
６０との界面における脱水素反応が加速され、層間絶縁
膜５８中の水素を選択的に水素吸蔵金属膜６０中に吸蔵
することができる。これにより、層間絶縁膜５８中の水
素濃度は減少し、水素濃度が低減された層間絶縁膜５８
ａが形成されることになる。したがって、後工程の熱処
理によってキャパシタ方向に拡散する水素の量が大幅に
低減され、キャパシタ特性の劣化を防止することができ
る。Thereafter, a predetermined heat treatment for desorbing hydrogen is performed. When hydrogen is contained in the interlayer insulating film 58, this heat treatment accelerates the dehydrogenation reaction at the interface between the interlayer insulating film 58 and the hydrogen storage metal film 60, and selectively converts hydrogen in the interlayer insulating film 58 to hydrogen. It can be stored in the storage metal film 60. As a result, the hydrogen concentration in the interlayer insulating film 58 decreases, and the interlayer insulating film 58 with the reduced hydrogen concentration
a will be formed. Therefore, the amount of hydrogen diffused in the direction of the capacitor due to the heat treatment in the subsequent step is significantly reduced, and deterioration of the capacitor characteristics can be prevented.
【００３１】水素を脱離するための熱処理としては、例
えば、３００〜５００℃程度の温度における窒素雰囲気
中、真空中での熱処理が効果的である。この熱処理条件
は、絶縁膜の材料等に応じて適宜設定することが望まし
い。続いて、水素が吸蔵された水素吸蔵金属膜６０を選
択的に除去する（図６（ｂ））。これにより、後工程の
熱処理などによって水素吸蔵金属膜６０に起因する汚染
が生じることを防止できる。また、水素を吸蔵した水素
吸蔵金属膜６０からの水素の再脱離が発生することもな
い。As a heat treatment for desorbing hydrogen, for example, a heat treatment in a nitrogen atmosphere at a temperature of about 300 to 500 ° C. in a vacuum is effective. It is desirable that the heat treatment conditions are appropriately set according to the material of the insulating film and the like. Subsequently, the hydrogen storage metal film 60 in which hydrogen has been stored is selectively removed (FIG. 6B). Thereby, it is possible to prevent the occurrence of contamination due to the hydrogen storage metal film 60 due to a heat treatment in a later step. Further, there is no occurrence of re-desorption of hydrogen from the hydrogen storage metal film 60 storing hydrogen.
【００３２】この後、図３（ｂ）乃至図４に示す第１実
施形態による半導体装置の製造方法と同様にして半導体
装置を製造すれば、層間絶縁膜５８の水素濃度が低減さ
れた半導体装置を製造することができる。このように、
本実施形態によれば、膜中に高濃度に水素を含む絶縁膜
上に水素吸蔵金属膜を堆積し、所定の熱処理することに
より該絶縁膜中の水素をトラップした後、水素を吸蔵し
た水素吸蔵金属を除去するので、該絶縁膜中に含まれる
水素によるデバイス特性への影響を低減することができ
る。また、最終的な半導体装置には水素吸蔵金属膜が残
存しないので、水素吸蔵金属による重金属汚染を防止す
ることができる。After that, when the semiconductor device is manufactured in the same manner as the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIGS. 3B to 4, the semiconductor device in which the hydrogen concentration of the interlayer insulating film 58 is reduced. Can be manufactured. in this way,
According to the present embodiment, a hydrogen storage metal film is deposited on an insulating film containing hydrogen at a high concentration in the film, and a predetermined heat treatment is performed to trap the hydrogen in the insulating film. Since the occluded metal is removed, the effect of hydrogen contained in the insulating film on device characteristics can be reduced. Further, since no hydrogen storage metal film remains in the final semiconductor device, heavy metal contamination by the hydrogen storage metal can be prevented.
【００３３】なお、上記実施形態では、対向電極５４上
の層間絶縁膜５８中の水素をトラップする場合の例を示
したが、本発明は、如何なる半導体装置の層間絶縁膜に
おいても適用することができる。 ［変形実施形態］本発明は上記実施形態に限らず種々の
変形が可能である。In the above embodiment, an example in which hydrogen is trapped in the interlayer insulating film 58 on the counter electrode 54 has been described. However, the present invention can be applied to an interlayer insulating film of any semiconductor device. it can. [Modified Embodiments] The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
【００３４】例えば、上記実施形態では、水素吸蔵金属
としてＴｉ、Ｍｇ、Ｎｉを用いた例を示したが、Ｖ（バ
ナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｚｒ（ジルコニウム）、
Ｈｆ（ハフニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｓｃ（スカン
ジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌｕ（ルテチニウ
ム）、ランタン系列の金属、これら金蔵群の中より選択
した少なくとも２種以上の金属元素からなる合金或いは
複合膜、Ｆｅ−Ｔｉ合金、Ｍｇ−Ｃｕ合金、Ｚｒ−Ｎｉ
合金、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ｔｉ−Ｃｕ合金等、水素を吸蔵
する機能を有する他の金属を用いても同様の効果を得る
ことができる。For example, in the above embodiment, an example was shown in which Ti, Mg, and Ni were used as the hydrogen storage metal, but V (vanadium), Nb (niobium), Zr (zirconium),
Hf (hafnium), Ta (tantalum), Sc (scandium), Y (yttrium), Lu (lutetinium), lanthanum-based metals, alloys or composites composed of at least two or more metal elements selected from these metallurgical groups Film, Fe-Ti alloy, Mg-Cu alloy, Zr-Ni
The same effect can be obtained by using another metal having a function of absorbing hydrogen, such as an alloy, a Ti-Ni alloy, or a Ti-Cu alloy.
【００３５】また、上記実施形態ではＤＲＡＭを例に説
明したが、水素による特性劣化をもたらす虞がある半導
体装置に広く適用することが可能である。この場合、少
なくとも水素により特性劣化をもたらす部位に水素吸蔵
金属を設けておくことが効果的である。In the above embodiment, a DRAM has been described as an example. However, the present invention can be widely applied to a semiconductor device in which characteristics may be degraded by hydrogen. In this case, it is effective to provide a hydrogen storage metal at least in a portion where characteristics are deteriorated by hydrogen.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、下地基板
と、下地基板上に形成され、蓄積電極と、蓄積電極上に
形成された誘電体膜と、誘電体膜上に形成された対向電
極とを有するキャパシタと、対向電極上に形成された水
素吸蔵金属膜とにより半導体装置を構成するので、キャ
パシタ形成後の工程で水素を含むガスを用いたプロセス
を行う場合にも、基板の表面側から侵入した水素は水素
吸蔵金属膜にトラップされて誘電体膜には達せず、水素
起因のキャパシタの特性劣化を抑えることができる。ま
た、水素の侵入は、閾値電圧Ｖthやチャネルコンダクタ
ンスｇmなど、ＭＯＳトランジスタの特性にも影響を与
えるが、対向電極上に水素吸蔵金属膜を設けることによ
って水素が下地基板に達する確率を大幅に低減できるの
で、下地基板に形成されたトランジスタ特性の信頼性を
も向上することができる。As described above, according to the present invention, the base substrate, the storage electrode formed on the base substrate, the dielectric film formed on the storage electrode, and the dielectric film formed on the dielectric film are formed. Since a semiconductor device is constituted by a capacitor having a counter electrode and a hydrogen storage metal film formed on the counter electrode, even when a process using a hydrogen-containing gas is performed in a step after formation of the capacitor, the substrate is Hydrogen that has entered from the surface side is trapped by the hydrogen storage metal film and does not reach the dielectric film, so that deterioration of the characteristics of the capacitor due to hydrogen can be suppressed. The hydrogen penetration, such as the threshold voltage V th and the channel conductance g m, it also influences the characteristics of the MOS transistor, significantly the probability that hydrogen reaches the underlying substrate by providing a hydrogen storage metal film on the counter electrode Therefore, the reliability of the characteristics of the transistor formed on the base substrate can be improved.
【００３７】また、下地基板と、下地基板上に形成さ
れ、蓄積電極と、蓄積電極上に形成された誘電体膜と、
誘電体膜上に形成された対向電極とを有するキャパシタ
とを有する半導体装置において、水素吸蔵金属膜を有す
る対向電極及び／又は蓄積電極を構成することによって
も同様の効果を得ることができる。また、下地基板上に
絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上に水素吸蔵金属膜を
形成する工程と、所定の熱処理を行い、絶縁膜中の水素
を水素吸蔵金属膜中に取り込む水素脱離工程と、水素が
取り込まれた水素吸蔵金属膜を除去する水素吸蔵金属膜
除去工程とにより半導体装置を製造することにより、絶
縁膜中の水素濃度を低減することができる。これによ
り、絶縁膜中に含まれる水素によるデバイス特性への影
響を低減することができる。また、最終的な半導体装置
には水素吸蔵金属膜が残存しないので、水素吸蔵金属に
よる重金属汚染を防止することができる。A base substrate; a storage electrode formed on the base substrate; a dielectric film formed on the storage electrode;
In a semiconductor device having a capacitor having a counter electrode formed on a dielectric film and a capacitor having a hydrogen storage metal film, a similar effect can be obtained by configuring a storage electrode. Further, a step of forming an insulating film on the base substrate, a step of forming a hydrogen storage metal film on the insulating film, and a predetermined heat treatment are performed to take in hydrogen in the insulating film into the hydrogen storage metal film. By manufacturing the semiconductor device by the step and the step of removing the hydrogen storage metal film in which hydrogen has been taken in, the concentration of hydrogen in the insulating film can be reduced. Thus, the effect of hydrogen contained in the insulating film on device characteristics can be reduced. Further, since no hydrogen storage metal film remains in the final semiconductor device, heavy metal contamination by the hydrogen storage metal can be prevented.
【図１】本発明の第１実施形態による半導体装置の構造
を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造
方法を示す工程断面図（その１）である。FIG. 2 is a process sectional view (part 1) illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
【図３】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造
方法を示す工程断面図（その２）である。FIG. 3 is a sectional view (part 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
【図４】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造
方法を示す工程断面図（その３）である。FIG. 4 is a process sectional view (part 3) illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
【図５】第１実施形態の変形例による半導体装置の構造
を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment.
【図６】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。FIG. 6 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;
【図７】従来の半導体装置の構造を示す概略断面図であ
る。FIG. 7 is a schematic sectional view showing the structure of a conventional semiconductor device.
１０…シリコン基板 １２…素子分離膜 １６…ゲート酸化膜 ２０…ゲート電極 ２４…ソース／ドレイン拡散層 ２６…ソース／ドレイン拡散層 ３６…層間絶縁膜 ３８…スルーホール ４０…スルーホール ４２…絶縁膜 ４４…コンタクト用導電膜 ４６…蓄積電極 ４８…誘電体膜 ５０…導電膜 ５４…対向電極 ５６…水素吸蔵金属 ５８…層間絶縁膜 ６０…水素吸蔵金属 ６２…ビット線 ６４…層間絶縁膜 ７０…配線層 １００…シリコン基板 １０２…配線層 １０４…層間絶縁膜 １０６…Ｔｉ膜 １０８…層間絶縁膜 １１０…Ｔｉ膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Silicon substrate 12 ... Element isolation film 16 ... Gate oxide film 20 ... Gate electrode 24 ... Source / drain diffused layer 26 ... Source / drain diffused layer 36 ... Interlayer insulating film 38 ... Through hole 40 ... Through hole 42 ... Insulating film 44 ... conductive film for contact 46 ... storage electrode 48 ... dielectric film 50 ... conductive film 54 ... counter electrode 56 ... hydrogen storage metal 58 ... interlayer insulation film 60 ... hydrogen storage metal 62 ... bit line 64 ... interlayer insulation film 70 ... wiring layer Reference Signs List 100 silicon substrate 102 wiring layer 104 interlayer insulating film 106 Ti film 108 interlayer insulating film 110 Ti film
Claims (3)
上に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成され
た対向電極とを有するキャパシタと、 前記対向電極上に形成された水素吸蔵金属膜とを有する
ことを特徴とする半導体装置。A capacitor formed on the base substrate and having a storage electrode; a dielectric film formed on the storage electrode; and a counter electrode formed on the dielectric film. And a hydrogen storage metal film formed on the counter electrode.
れ、蓄積電極と、前記蓄積電極上に形成された誘電体膜
と、前記誘電体膜上に形成された対向電極とを有するキ
ャパシタとを有する半導体装置において、 前記対向電極及び／又は前記蓄積電極は、水素吸蔵金属
膜を有することを特徴とする半導体装置。A capacitor formed on the base substrate, the storage electrode, a dielectric film formed on the storage electrode, and a counter electrode formed on the dielectric film. The semiconductor device according to claim 1, wherein the counter electrode and / or the storage electrode includes a hydrogen storage metal film.
蔵金属膜中に取り込む水素脱離工程と、 前記水素が取り込まれた前記水素吸蔵金属膜を除去する
水素吸蔵金属膜除去工程とを有することを特徴とする半
導体装置の製造方法。A step of forming an insulating film on the base substrate; a step of forming a hydrogen storage metal film on the insulating film; and performing a predetermined heat treatment to reduce the hydrogen in the insulating film to the hydrogen storage metal film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of desorbing hydrogen to be taken in; and a step of removing a hydrogen storage metal film that removes the hydrogen storage metal film in which the hydrogen is taken.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12578397A JPH10321799A (en) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | Semiconductor device and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12578397A JPH10321799A (en) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | Semiconductor device and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10321799A true JPH10321799A (en) | 1998-12-04 |
Family
ID=14918751
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12578397A Withdrawn JPH10321799A (en) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | Semiconductor device and its manufacture |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10321799A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002075910A (en) * | 2000-08-24 | 2002-03-15 | Sharp Corp | Method of manufacturing electrode structure for nitride-based iii-v compound semiconductor device |
| JP2015079755A (en) * | 2013-10-16 | 2015-04-23 | エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド | Organic electroluminescent element and method of fabricating the same |
| US9640544B2 (en) | 2015-04-24 | 2017-05-02 | Sandisk Technologies Llc | Integrated circuit with hydrogen absorption structure |
-
1997
- 1997-05-15 JP JP12578397A patent/JPH10321799A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002075910A (en) * | 2000-08-24 | 2002-03-15 | Sharp Corp | Method of manufacturing electrode structure for nitride-based iii-v compound semiconductor device |
| JP2015079755A (en) * | 2013-10-16 | 2015-04-23 | エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド | Organic electroluminescent element and method of fabricating the same |
| US9640544B2 (en) | 2015-04-24 | 2017-05-02 | Sandisk Technologies Llc | Integrated circuit with hydrogen absorption structure |
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