(57)【要約】      （修正有）【課題】プロセスフローにおける工程を削減でき、生産性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置１は、基板１１上に設けられた第１絶縁酸化膜１２上に形成されてなり、第１絶縁酸化膜１２側の下層部１０Ａ、２０Ａが窒化タンタルからなる膜とされるとともに、上層部１０Ｂ、２０Ｂが酸化タンタルからなる膜とされ、さらに、上面及び側面がシリコン酸化膜１３に覆われた、第１及び第２のタンタル酸化窒化膜１０、２０を具備する。さらに、抵抗体を構成する第１のタンタル酸化窒化膜１０の下層部１０Ａに接続された一対のビア（第１の電極）１５ａ、１５ｂを備え、さらに、キャパシタ膜を構成する第２のタンタル酸化窒化膜２０に接続され、一方がシリコン酸化膜１３を介して上層部２０Ｂに接続されたキャパシタ上部電極１９であり、他方が下層部２０Ａに接続されたキャパシタ下部電極１６である、一対の第２の電極を具備している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた第１絶縁酸化膜上に形成されてなり、該第１絶縁酸化膜側の下層部が窒化タンタルからなる膜とされるとともに、上層部が酸化タンタルからなる膜とされ、さらに、シリコン酸化膜に覆われた、複数のタンタル酸化窒化膜を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記複数のタンタル酸化窒化膜における前記上層部が、Ｔａ２Ｏ５からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記シリコン酸化膜は、前記複数のタンタル酸化窒化膜の上面及び側面を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記シリコン酸化膜は、前記複数のタンタル酸化窒化膜の上面のみを覆うように形成されており、且つ、前記複数のタンタル酸化窒化膜は、前記上層部が前記下層部の上側のみを覆うように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記複数のタンタル酸化窒化膜が、抵抗体を構成する第１のタンタル酸化窒化膜と、Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ構造のキャパシタ膜を構成する第２のタンタル酸化窒化膜とからなることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
さらに、前記抵抗体を構成する第１のタンタル酸化窒化膜の下層部に接続された一対の第１の電極と、
前記キャパシタを構成する第２のタンタル酸化窒化膜に接続され、一方がシリコン酸化膜を介して上層部に接続されたキャパシタ上部電極であり、他方が下層部に接続されたキャパシタ下部電極である一対の第２の電極と、
を具備することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２のタンタル酸化窒化膜に接続された一対の第２電極の内、前記キャパシタ上部電極が配線層を兼ねた構成とされていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２のタンタル酸化窒化膜に接続された一対の第２電極は、前記キャパシタ上部電極及び前記キャパシタ下部電極の各々が配線層に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項９】
基板上に形成された第１絶縁酸化膜上にタンタル窒化膜を形成する工程と、
前記タンタル窒化膜及び前記第１絶縁酸化膜を覆うようにシリコン酸化膜を形成した後、ランプアニールを施して前記タンタル窒化膜の上層部を酸化させることで酸化タンタルからなる膜とすることにより、タンタル酸化窒化膜を形成する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記タンタル酸化窒化膜を形成する工程は、前記タンタル窒化膜に対するランプアニールを酸素含有雰囲気下で行うことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記タンタル窒化膜を形成する工程は、さらに、前記第１絶縁酸化膜上に形成したタンタル窒化膜をパターン形成することで、複数のタンタル窒化膜を形成し、
前記タンタル酸化窒化膜を形成する工程は、前記複数のタンタル窒化膜を覆うようにシリコン酸化膜を形成した後、該シリコン酸化膜の表面からランプアニールを施すことにより、上層部が酸化タンタルからなる膜とされた第１及び第２のタンタル酸化窒化膜を形成し、
さらに、前記シリコン酸化膜を覆うように第２絶縁酸化膜を形成する工程と、
前記第２絶縁酸化膜及び前記シリコン酸化膜を貫通して、前記第１のタンタル酸化窒化膜の下層部に接続する一対の第１の電極を形成する工程と、
前記第２絶縁酸化膜を貫通して、一方が、シリコン酸化膜を介して前記第２のタンタル酸化窒化膜の上層部に接続するキャパシタ上部電極であり、他方が、さらに前記シリコン酸化膜及び前記第２のタンタル酸化窒化膜の上層部を貫通して下層部に接続するキャパシタ下部電極である一対の第２の電極を形成する工程と、
を備えることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の半導体装置においては、その応用機器における要求と製造技術の発達等に伴い、さらなる大容量化並びに高集積化が図られている。このようなＤＲＡＭにおいては、１つのセルが、１つのトランジスタと１つのキャパシタとからなるとともに、トランジスタのソース端子はキャパシタが直列に接続され、データとなる電荷がキャパシタに蓄積される。さらに、ＤＲＡＭの基本回路側においては、抵抗素子は必要無いものの、センスアンプ回路側においては、抵抗体等の素子が必要となる。
【０００３】
上述したキャパシタは、一般に、キャパシタ膜が上部電極と下部電極との間に挟まれてなる構造を有しており、キャパシタ膜を介して電荷が蓄積される。このようなキャパシタの容量絶縁膜としては、従来より、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）等の様々な酸化物が用いられてきた。また、近年では、半導体装置の大容量化の要求を満たすためには大きな誘電容量を確保する必要があることから、キャパシタ膜として比誘電率の大きな五酸化タンタルが好適に用いられるようになっており、各種のキャパシタ構造が提案されている（例えば、特許文献１〜３等を参照）。
【０００４】
このような、五酸化タンタルからなるキャパシタ膜を有するキャパシタが備えられた半導体装置を製造する場合には、例えば、図７に示す模式図のように、下部電極あるいは絶縁酸化膜上に五酸化タンタル膜を成膜した後、その上に上部電極を形成する。この際、成膜後の五酸化タンタル膜にアニールを施すことによってこの膜を結晶化することで、比誘電率の大きなキャパシタ膜が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−１９６６５４号公報
【特許文献２】特開２００３−２４３５３４号公報
【特許文献３】特開２００５−１０１６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１〜３等に記載の従来の半導体装置では、その製造時、容量絶縁膜上への電極形成工程を設け、且つ、別途、抵抗体を形成する工程が必要となることから、プロセスフローが非常に長くなるという問題がある。また、キャパシタ膜を五酸化タンタルから成膜する場合、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法を用いる必要があることから単膜での形成となり、スパッタリング法によって形成される電極とは別の工程とする必要があった。このため、工程の増加に伴う生産性の低下が避けられず、また、製造コストが増大するという問題があった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、プロセスフローにおける工程を削減でき、生産性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、上述のような、同一セル内にキャパシタ及び抵抗素子が設けられる半導体装置を得るにあたり、その構造とプロセスフローについて鋭意検討を行った。この結果、窒化タンタル（ＴａＮ）からなる膜をパターン形成し、このＴａＮ膜を覆うように絶縁酸化膜を形成した後、この絶縁酸化膜の表面からランプアニールを施すことにより、ＴａＮ膜の上層部のみを酸化タンタル膜に改質できることを知見した。そして、このような構造及びプロセスフローを、半導体装置におけるキャパシタ及び抵抗素子の両方に適用することで、従来に較べて大幅に工程を削減でき、生産性を大幅に向上させることが可能となることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明に係る半導体装置は、基板上に設けられた第１絶縁酸化膜上に形成されてなり、該第１絶縁酸化膜側の下層部が窒化タンタルからなる膜とされるとともに、上層部が酸化タンタルからなる膜とされ、さらに、シリコン酸化膜に覆われた、複数のタンタル酸化窒化膜を具備することを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置は、上記構成において、前記複数のタンタル酸化窒化膜における前記上層部が、Ｔａ２Ｏ５からなることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る半導体装置は、前記シリコン酸化膜が、前記複数のタンタル酸化窒化膜の上面及び側面を覆うように形成された構成とすることができる。
また、本発明に係る半導体装置は、前記シリコン酸化膜が、前記複数のタンタル酸化窒化膜の上面のみを覆うように形成され、且つ、前記複数のタンタル酸化窒化膜を、前記上層部が前記下層部の上側のみを覆うように形成された構成とすることもできる。
【００１１】
また、本発明に係る半導体装置は、上記構成において、前記複数のタンタル酸化窒化膜が、抵抗体を構成する第１のタンタル酸化窒化膜と、Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ構造のキャパシタ膜を構成する第２のタンタル酸化窒化膜とからなることが好ましい。
また、本発明に係る半導体装置は、上記構成において、さらに、前記抵抗体を構成する第１のタンタル酸化窒化膜の下層部に接続された一対の第１の電極と、前記キャパシタを構成する第２のタンタル酸化窒化膜に接続され、一方がシリコン酸化膜を介して上層部に接続されたキャパシタ上部電極であり、他方が下層部に接続されたキャパシタ下部電極である一対の第２の電極と、を具備することが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る半導体装置は、前記第２のタンタル酸化窒化膜に接続された一対の第２電極の内、前記キャパシタ上部電極が配線層を兼ねた構成としても良い。
また、本発明に係る半導体装置は、前記第２のタンタル酸化窒化膜に接続された一対の第２電極が、前記キャパシタ上部電極及び前記キャパシタ下部電極の各々が配線層に接続された構成としても良い。
【００１３】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に形成された第１絶縁酸化膜上にタンタル窒化膜を形成する工程と、前記タンタル窒化膜及び前記第１絶縁酸化膜を覆うようにシリコン酸化膜を形成した後、ランプアニールを施して前記タンタル窒化膜の上層部を酸化させることで酸化タンタルからなる膜とすることにより、タンタル酸化窒化膜を形成する工程を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記構成において、前記タンタル酸化窒化膜を形成する工程が、前記タンタル窒化膜に対するランプアニールを酸素含有雰囲気下で行うことが好ましい。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記構成において、前記タンタル窒化膜を形成する工程は、さらに、前記第１絶縁酸化膜上に形成したタンタル窒化膜をパターン形成することで、複数のタンタル窒化膜を形成し、前記タンタル酸化窒化膜を形成する工程は、前記複数のタンタル窒化膜を覆うようにシリコン酸化膜を形成した後、該シリコン酸化膜の表面からランプアニールを施すことにより、上層部が酸化タンタルからなる膜とされた第１及び第２のタンタル酸化窒化膜を形成し、さらに、前記シリコン酸化膜を覆うように第２絶縁酸化膜を形成する工程と、前記第２絶縁酸化膜及び前記シリコン酸化膜を貫通して、前記第１のタンタル酸化窒化膜の下層部に接続する一対の第１の電極を形成する工程と、前記第２絶縁酸化膜を貫通して、一方が、シリコン酸化膜を介して前記第２のタンタル酸化窒化膜の上層部に接続するキャパシタ上部電極であり、他方が、さらに前記シリコン酸化膜及び前記第２のタンタル酸化窒化膜の上層部を貫通して下層部に接続するキャパシタ下部電極である一対の第２の電極を形成する工程と、を備える方法とすることができる。
【００１４】
上記本発明に係る半導体装置によれば、複数のタンタル酸化窒化膜（第１及び第２のタンタル酸化窒化膜）が、それぞれ上層部が酸化タンタルからなる膜とされたものなので、同一の層構造を有しながら、各々がキャパシタ並びに抵抗素子として機能するものとなる。これにより、キャパシタ及び抵抗素子を同一の工程で形成することが可能となり、生産効率に優れた半導体装置が実現できる。
【００１５】
また、上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、基板上に形成された第１絶縁酸化膜上にタンタル窒化膜を形成し、このタンタル窒化膜及び前記第１絶縁酸化膜を覆うようにシリコン酸化膜を形成した後、ランプアニールを施してタンタル窒化膜の上層部を酸化させて酸化タンタルからなる膜とすることにより、タンタル酸化窒化膜を形成する工程を備える方法を採用することで、同一の層構造を有する複数のタンタル酸化窒化膜（第１及び第２のタンタル酸化窒化膜）を、それぞれキャパシタ及び抵抗素子として同一の工程で形成することが可能となる。これにより、プロセスフローにおける工程を削減でき、生産性が向上するとともに、製造コストを低減することが可能となる。
【００１６】
なお、本発明において説明するＭｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ（ＭＩＭ）構造とは、電極（金属）／キャパシタ膜（絶縁体）／電極（金属）の積層構造、即ち、容量絶縁膜である第２のタンタル酸化窒化膜を電極で挟み込んだ構造を言う。このようなＭＩＭ構造を有するキャパシタは、比誘電率が高いので、大容量化することが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によれば、同一の層構造を有する複数のタンタル酸化窒化膜が、それぞれキャパシタ並びに抵抗素子として機能するので、抵抗体をなすタンタル酸化窒化膜（第１のタンタル酸化窒化膜）及びキャパシタをなすタンタル酸化窒化膜（第２のタンタル酸化窒化膜）の両方を同一の工程で形成することが可能となる。従って、プロセスフローにおける工程を削減でき、生産性に優れた半導体装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置について説明する模式図であり、積層構造の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置について説明する模式図であり、積層構造の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置について説明する図であり、アニール後のタンタル窒化膜のＸＲＤによる回折結果を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置について説明する図であり、（ａ）はアニール後のタンタル窒化膜のＥＥＬＳ線分析の結果、（ｂ）はＥＤＳ分析の結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置について説明する模式図であり、積層構造の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び半導体装置について説明する模式図であり、積層構造の他の例を示す断面図である。
【図７】従来の半導体装置の積層構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態である半導体装置及びその製造方法について、図１〜６を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明において参照する図は、半導体装置等の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さ、寸法等は、実際の半導体装置等の寸法関係と異なる場合がある。
【００２０】
図１は、本実施形態の半導体装置の一例を示す断面模式図である。図１に示す半導体装置１には、基板１１上に設けられた第１絶縁酸化膜１２上に形成されてなり、上層部１０Ｂ、２０Ｂが酸化タンタルからなる膜とされるとともに、下層部１０Ａ、２０Ａがタンタルからなる窒化膜とされた第１及び第２のタンタル酸化窒化膜（複数のタンタル酸化窒化膜）１０、２０が備えられている。また、図示例においては、第１及び第２のタンタル酸化窒化膜１０、２０の上層部１０Ｂ、２０Ｂが、下層部１０Ａ、２０Ａの側面を覆うように形成されている。また、本実施形態の半導体装置１は、第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０並びに第１絶縁酸化膜１２を覆うようにシリコン酸化膜１３が形成されている。
【００２１】
そして、図示例の半導体装置１は、抵抗体を構成する第１のタンタル酸化窒化膜１０の下層部１０Ａに接続された一対のビア（第１の電極）１５ａ、１５ｂを備えている。さらに、半導体装置１は、キャパシタ膜を構成する第２のタンタル酸化窒化膜２０に接続され、一方がシリコン酸化膜１３を介して上層部２０Ｂに接続されたキャパシタ上部電極１９であり、他方が下層部２０Ａに接続されたキャパシタ下部電極１６である、一対の第２の電極を具備している。
【００２２】
本実施形態の半導体装置１は、第１絶縁酸化膜１２の上に設けられた第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０に関し、各々の下層部１０Ａ、２０Ａが窒化タンタルからなる膜であるとともに、上層部１０Ｂ、２０Ｂが酸化タンタルからなる膜とされている。これは、詳細を後述するが、第１絶縁酸化膜１２上に成膜された第１のＴａＮ膜及び第２のＴａＮ膜が、ランプアニールによって各々の一部が酸化され、上層部のみが五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）とされてなるものである。
【００２３】
また、図１に示す例の半導体装置１は、シリコン基板等からなる基板１１に図示略の種々のトランジスタ等が作り込まれてなるものである。そして、基板１１上に設けられた第１絶縁酸化膜１２の上に、抵抗体として第１のタンタル酸化窒化膜１０が形成され、さらに、キャパシタ膜として第２のタンタル酸化窒化膜２０が形成されることで、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）構造のキャパシタが構成される。
【００２４】
また、半導体装置１においては、シリコン酸化膜１３を覆うように第２絶縁酸化膜１４が形成されている。また、上述したビア１５ａ、１５ｂは、第２絶縁酸化膜１４、シリコン酸化膜１３及び第１のタンタル酸化窒化膜１０の上層部１０Ｂを貫通して設けられている。また、キャパシタ下部電極１６は、第２絶縁酸化膜１４、シリコン酸化膜１３及び第２のタンタル酸化窒化膜２０の上層部２０Ｂを貫通して設けられており、さらに、キャパシタ上部電極１９は、第２絶縁酸化膜１４を貫通するように、シリコン酸化膜１３を介して第２のタンタル酸化窒化膜２０の上層部２０Ｂと接続されている。またさらに、第２絶縁酸化膜１４上には、ビア１５ａ、１５ｂ、１６にそれぞれ接続する複数の第１配線層１８ａ、１８ｂ、１８ｃが形成されている。
【００２５】
また、図示例では、さらに、基板１１に、第２絶縁酸化膜１４、シリコン酸化膜１３及び第１絶縁酸化膜１２を貫通して設けられるビア１７ａ、１７ｂが接続されている。また、第２絶縁酸化膜１４上には、各々がビア１７ａ、１７ｂと接続される第１配線層１８ｄ、１８ｅが形成されている。
【００２６】
また、第１配線層１８ａ〜１８ｅ、キャパシタ上部電極１９、及び、これら第１配線層１８ａ〜１８ｅの形成箇所を除いた第２絶縁酸化膜１４上の全面には、第３絶縁酸化膜３０が形成されている。また、この第３絶縁酸化膜３０には、第１配線層１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、並びに、キャパシタ上部電極１９に到達する計４箇所のビアホールが形成されており、このビアホールの中に導電物質が埋め込まれることで、ビア３１ａ〜３１ｄが、第１配線層１８ｃ〜１８ｅ、並びに、キャパシタ上部電極１９と接続するように設けられている。さらに、第３絶縁酸化膜３０上には、各々がビア３１ａ〜３１ｄに接続される第２配線層３２ａ〜３２ｄがパターニングされて形成されている。
【００２７】
次に、第２配線層３２ａ〜３２ｄ上、及び、この第２配線層３２ａ〜３２ｄの形成箇所を除いた第３絶縁酸化膜３０上の全面には、第４絶縁酸化膜４０が形成されている。また、この第４絶縁酸化膜４０には、第２配線層３２ａ〜３２ｄに到達する４箇所のビアホールが形成されており、このビアホールの中に、第２配線層３２ａ〜３２ｄに接続するようにビア４１ａ〜４１ｄが形成されている。
【００２８】
さらに、本実施形態では、第４絶縁酸化膜４０の上に、各々がビア４１ａ〜４１ｄに接続される上部配線層４２ａ〜４２ｄが設けられている。そして、上部配線層４２ａ〜３２ｄ上、及び、この上部配線層４２ａ〜４２ｄの形成箇所を除いた第４絶縁酸化膜４０上の全面には、上部絶縁膜５０が形成されている。
【００２９】
本実施形態においては、上述したように、窒化タンタル（ＴａＮ）からなる膜である下層部１０Ａと、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる膜である膜上層部１０Ｂとを備える第１のタンタル酸化窒化膜１０が、半導体装置１内における抵抗体として機能する。
一方、図１に示すように、窒化タンタル（ＴａＮ）からなる膜である下層部２０Ａと、酸化タンタル膜（Ｔａ２Ｏ５）からなる膜である上層部２０Ｂとを備え、キャパシタ膜として設けられる第２のタンタル酸化窒化膜２０は、下層部２０Ａにキャパシタ下部電極１６が接続され、上層部２０Ｂにシリコン酸化膜１３を介してキャパシタ上部電極１９が接続される。これにより、本実施形態では、第２のタンタル酸化窒化膜２０、キャパシタ下部電極１６及びキャパシタ上部電極１９からなる、いわゆるＭＩＭ構造のキャパシタが構成されている。
【００３０】
本実施形態では、略同一の層構造を有する第１のタンタル酸化窒化膜１０と第２のタンタル酸化窒化膜２０が、それぞれ抵抗体とキャパシタ膜として、異なる機能を有する膜として構成されている。また、第２のタンタル酸化窒化膜２０の下層部２０Ａは、キャパシタ構造における下部電極としても機能する。このような構成を採用することにより、詳細を後述するように、良好な特性を有するキャパシタ並びに抵抗素子を、最小限の工程数で形成することができるので、生産性が大幅に向上するとともに、製造コストを低減することが可能となる。
【００３１】
なお、本実施形態において、第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０の各膜は、上層部１０Ｂ、２０Ｂの厚さが各々１０〜１５ｎｍの範囲であることが好ましい。また、下層部１０Ａ、２０Ａの厚さは、各々１０〜１５ｎｍの範囲であることが好ましい。さらに、これら、下層部１０Ａ、２０Ａと上層部１０Ｂ、２０Ｂとの合計厚さ、即ち、第１のタンタル酸化窒化膜１０あるいは第２のタンタル酸化窒化膜２０としての全体厚さが２０〜４０ｎｍであることが好ましい。各膜の厚さが上記範囲であれば、抵抗体あるいはキャパシタ膜としての良好な特性と、高い生産性を両立させることが可能となる。各膜の厚さが上記範囲の下限未満だと、抵抗体あるいはキャパシタ膜としての特性が確保出来ず、半導体装置としての性能が低下するおそれがある。また、各膜の厚さが上記範囲の上限を超えると、工程時間が長くなって生産性が低下するおそれがある。
なお、上述したように、図１に示す例の第１及び第２のタンタル酸化窒化膜１０、２０は、上層部１０Ｂ、２０Ｂが下層部１０Ａ、２０Ａの側面を覆うように延設されているが、この側面に延設された位置の上層部１０Ｂ、２０Ｂについても、上記同様の厚さであることが好ましい。
【００３２】
また、本実施形態の半導体装置１は、抵抗体を構成する第１のタンタル酸化窒化膜１０、及び、キャパシタ膜を構成する第２のタンタル酸化窒化膜２０が、シリコン酸化膜１３によって覆われた構成を採用している。このようなシリコン酸化膜１３を設けることにより、特に、キャパシタ膜を構成する第２のタンタル酸化窒化膜２０において、リーク電流が生じるのを抑制できるという効果が得られる。
【００３３】
次に、図１に示す本実施形態の半導体装置１を製造する方法について詳述する。
本実施形態の半導体装置１の製造方法は、基板１１上に形成された第１絶縁酸化膜１２上にタンタル窒化膜を形成する工程と、このタンタル窒化膜にランプアニールを施して酸化させることで複数のタンタル酸化窒化膜を形成する工程を備える。より具体的には、本実施形態の製造方法は、基板１１上に形成された第１絶縁酸化膜１２上にＴａＮからなる複数のタンタル窒化膜（第１及び第２のタンタル窒化膜：図１中に示す第１及び第２のタンタル酸化窒化膜１０、２０を参照）を形成する工程と、これら複数のタンタル窒化膜、即ち、第１及び第２のタンタル窒化膜及び第１絶縁酸化膜１２を覆うようにシリコン酸化膜１３を形成した後、このシリコン酸化膜１３の表面からランプアニールを施して、第１及び第２のタンタル窒化膜の上層部（図１中に示す上層部１０Ｂ、２０Ｂを参照）を酸化させて酸化タンタルからなる膜とすることにより、第１及び第２のタンタル酸化窒化膜１０、２０を形成する工程とを備える方法である。
【００３４】
また、本実施形態の製造方法では、さらに、第２絶縁酸化膜１４及びシリコン酸化膜１３を貫通して、第１のタンタル酸化窒化膜１０の下層部１０Ｂに接続する一対のビア（第１の電極）１５ａ、１５ｂを形成する工程と、第２絶縁酸化膜１４を貫通して、一方が、シリコン酸化膜１３を介して第２のタンタル酸化窒化膜２０の上層部２０Ｂに接続するキャパシタ上部電極１９であり、他方が、さらにシリコン酸化膜１３及び第２のタンタル酸化窒化膜２０の上層部２０Ｂを貫通して下層部２０Ａに接続するキャパシタ下部電極１６である第２の電極を形成する工程とを備えている。
【００３５】
本実施形態の半導体装置１を製造する方法においては、まず、シリコン基板等からなる基板１１に、図示略の種々のトランジスタ等を作り込む。
次いで、図１に示すように、基板１１の表面上に第１絶縁酸化膜１２を形成する。この際、第１絶縁酸化膜１２の材料としては、例えば、ＳｉＯ２の他、ＢやＰを含むＢＰＳＧやＰＳＧ等を用いる。そして、必要に応じて、第１絶縁酸化膜１２に対して、ＣＭＰ等の平坦化処理を施した後に、ランプアニールを施しても良い。
【００３６】
次に、第１絶縁酸化膜１２上に窒化タンタル（ＴａＮ）材料を堆積させた後、この窒化タンタルからなる膜を所定の寸法及び形状になるように加工し、第１のタンタル窒化膜と第２のタンタル窒化膜とにパターン形成する。これら第１及び第２のタンタル窒化膜は、詳細を後述するランプアニールを施すことにより、図１中に示すような、上層部１０Ｂ、２０Ｂが酸化された第１及び第２のタンタル酸化窒化膜１０、２０となるものである。
具体的には、例えば、第１絶縁酸化膜１２上の全面に、Ｔａ材料をターゲットとして用い、Ａｒ＋Ｎ２雰囲気中での反応性スパッタリング法によって窒化タンタルからなる膜を積層した後、この上にレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして、第１絶縁酸化膜１２上の全面に積層された窒化タンタルからなる膜をエッチングする。この際、第１絶縁酸化膜１２がエッチングストッパとして機能する。このような手順により、第１絶縁酸化膜１２上に、複数のタンタル窒化膜を形成する。
【００３７】
次に、本実施形態では、上記の第１及び第２のタンタル窒化膜、並びに、第１絶縁酸化膜１２を覆うようにシリコン酸化膜１３を形成する。
具体的には、例えば、従来公知のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、材料としてＳｉＨ４（シラン）ガスを用いて、第１絶縁酸化膜１２上にＳｉＯ２材料を積層させる方法で、シリコン酸化膜１３を形成することができる。また、この際、第１及び第２のタンタル窒化膜の他、第１絶縁酸化膜１２上において第１及び第２のタンタル窒化膜が形成されていない領域に、ＳｉＯ２膜を積層させることで、シリコン酸化膜１３を形成する。なお、上記のＣＶＤ法において、ＳｉＨ４ガスに代えてＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）を材料に用い、第１絶縁酸化膜１２上にＴＥＯＳ膜を積層することにより、ＳｉＯ２からなるシリコン酸化膜に代えて、ＴＥＯＳ酸化膜を形成しても良い。
【００３８】
次に、ウェハに対してランプアニールを施すことにより、シリコン酸化膜１３の直下に位置する第１及び第２のタンタル窒化膜の上層部を酸化させ、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる上層部１０Ｂ、２０Ｂを有する第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０を形成する。
【００３９】
具体的には、例えば、酸素含有雰囲気下で、ウェハの裏面側（基板１１側）からハロゲンランプで光を照射することにより、シリコン酸化膜１３の表面側から、第１及び第２のタンタル窒化膜の上層部を酸化させるようなアニール効果を発現させる。この際、アニール温度は８００〜１０５０℃の範囲が好ましく、８００〜９５０℃の範囲がより好ましい。また、アニール時間は５〜３０秒の範囲が好ましく、５〜１０秒の範囲がより好ましい。また、本実施形態で行うランプアニールにおいては、基板１１に形成されたトランジスタ素子等に対する熱ダメージを避ける観点から、上記範囲で可能な限り低いアニール温度とすることがさらに好ましい。
【００４０】
上記条件でランプアニールを行うことにより、シリコン酸化膜１３に覆われた、窒化タンタル材料からなる第１のタンタル窒化膜及び第２のタンタル窒化膜のうち、その上層部のみが酸化される。より詳細には、膜全体がＴａＮ材料から成膜された第１のタンタル窒化膜及び第２のタンタル窒化膜において、その上層部のみがＴａ２Ｏ５の組成に酸化される。このような手順により、Ｔａ２Ｏ５を主成分とする上層部１０Ｂ、２０Ｂを備えた同一の膜構造を有し、抵抗体として機能する第１のタンタル酸化窒化膜１０と、キャパシタ膜として機能する第２のタンタル酸化窒化膜２０とを、同時に形成することが可能となる。なお、図１に示すように、本実施形態においては、上記条件でアニールを行うことにより、第１及び第２のタンタル窒化膜の上層に加えて側面側の表面も酸化される。このため、図１に示すように、第１及び第２のタンタル酸化窒化膜１０、２０は、上層部１０Ｂ、２０Ｂが下層部１０Ａ、２０Ａの側面を覆うように形成される。
【００４１】
なお、第１及び第２のタンタル酸化窒化膜１０、２０を形成するにあたり、例えば、Ｎ２雰囲気中での反応性スパッタリング法でＴａ２Ｎ３を形成した後、その上に、Ｏ２雰囲気中での反応性スパッタリング法でＴａ２Ｏ３を形成し、これらの積層膜にランプアニールを施すことで、膜質改善を行う方法とすることも可能である。
【００４２】
次に、シリコン酸化膜１３を覆うように第２絶縁酸化膜１４を形成する。
具体的には、上述したシリコン酸化膜１３を形成する際と同様の材料及び方法を用い、シリコン酸化膜１３上の全面を覆うように第２絶縁酸化膜１４を形成する。
【００４３】
次に、本実施形態では、第２絶縁酸化膜１４、シリコン酸化膜１３、及び、第１のタンタル酸化窒化膜１０の上層部１０Ｂを貫通するように、第１のタンタル酸化窒化膜１０の下層部１０Ａの表面が露出するビアホールを形成するとともに、同様に、第２のタンタル酸化窒化膜２０の下層部２０Ａの表面が露出する下部電極ホールを形成する。この際、第２絶縁酸化膜１４上にレジスト膜を形成し、このレジスト膜をマスクとして、ウエットエッチングやドライエッチングによって各ホールを形成する。
【００４４】
次いで、第２絶縁酸化膜１４、シリコン酸化膜１３、及び、各ホールによって露出した第１のタンタル酸化窒化膜１０並びに第２のタンタル酸化窒化膜２０の表面を覆うように、図示略の犠牲酸化膜を形成する。その後、犠牲酸化膜を除去することにより、第２絶縁酸化膜１４と、上記のビアホール及び下部電極ホールの内部を再び露出させる。
【００４５】
さらに、上記同様の方法により、第２絶縁酸化膜１４、シリコン酸化膜１３及び第１絶縁酸化膜１２を貫通して基板１１に到達するビアホールを形成する。
【００４６】
次に、上記の各ビアホールの中に、アルミニウム、銅又はタングステン等の金属材料を、スパッタリング法、めっき法、ＣＶＤ法の各方法を適宜用いて堆積させることにより、電極であるビア１５ａ、１５ｂ、１７ａ、１７ｂの各々、並びに、キャパシタ下部電極１６を同時に形成する。
【００４７】
次に、第２絶縁酸化膜１４における、第２のタンタル酸化窒化膜２０に対応する位置に、シリコン酸化膜１３の表面が露出する上部電極ホールを、上記同様の方法を用いて形成する。
【００４８】
次いで、第２絶縁酸化膜１４上に、各々がビア１５ａ、１５ｂ及びキャパシタ下部電極１６に接続するように第１配線層１８ａ、１８ｂ、１８ｃを、また、各々がビア１７ａ、１７ｂに接続するように第１配線層１８ｄ、１８ｅを、それぞれパターニング形成する。また、これと同時に、第２絶縁酸化膜１４に形成した上部電極ホールの内部に、第２のタンタル酸化窒化膜２０の上層部２０Ｂ側との間でシリコン酸化膜１３を挟むように、キャパシタ上部電極１９をパターニング形成する。
【００４９】
具体的には、まず、第２絶縁酸化膜１４上に、アルミニウム又は銅からなる金属層を、従来公知のスパッタリング法やＣＶＤ法等の成膜手段によって形成する。そして、この金属膜の上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、金属層を所望の配線パターンにパターニング形成することにより、第１配線層１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、及び、キャパシタ上部電極１９を形成する。この際、キャパシタ上部電極１９は、上記の上部電極ホールから第２絶縁酸化膜１４の上面に露出するように形成する。
【００５０】
次に、第１配線層１８ａ〜１８ｅ及びキャパシタ上部電極１９、並びに、これら各配線層の形成箇所を除いた第２絶縁酸化膜１４上の全面に、シリコン酸化膜１３及び第２絶縁酸化膜１４と同じ材料を用いて、第３絶縁酸化膜３０を形成する。
次いで、第３絶縁酸化膜３０に、上記同様のエッチング法により、第１配線層１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ及びキャパシタ配線層１９に到達する計４箇所のビアホールを形成する。そして、このビアホールの中に、上記同様の材料並びに手順によって金属材料を埋め込むことで、第１配線層１８ｃ〜１８ｅ、並びに、キャパシタ上部電極１９と接続するようにビア３１ａ〜３１ｄを形成する。
【００５１】
次に、第３絶縁酸化膜３０上に、第２配線層３２ａ〜３２ｄを、各々がビア３１ａ〜３１ｄに接続されるように形成する。この際、上述した第１配線層１２を形成する際と同様の手順及び材料により、第２配線層３２ａ〜３２ｄを所望の配線パターンでパターニング形成することができる。
【００５２】
次に、本実施形態で説明する例においては、第２配線層３２ａ〜３２ｄ上、及び、この第２配線層３２ａ〜３２ｄの形成箇所を除いた第３絶縁酸化膜３０上の全面に、上記した第１絶縁酸化膜１２、第２絶縁酸化膜１４及び第３絶縁酸化膜３０と同じ材料を用いて第４絶縁酸化膜４０を形成する。
次に、第４絶縁酸化膜４０に、上記同様のエッチング法により、第２配線層３２ａ〜３２ｄに到達する計４箇所のビアホールを形成した後、このビアホールの中に、上記同様の材料並びに手順によって金属材料を埋め込むことで、第２配線層３２ａ〜３２ｄに接続するようにビア４１ａ〜４１ｄを形成する。
【００５３】
次に、第４絶縁酸化膜４０の上に、上述した第１配線層１２及び第２配線層３２ａ〜３２ｄを形成する際と同様の手順及び材料により、各々がビア４１ａ〜４１ｄに接続される上部配線層４２ａ〜４２ｄを、所望の配線パターンでパターニング形成する。
そして、本実施形態では、上部配線層４２ａ〜３２ｄ上、及び、この上部配線層４２ａ〜４２ｄの形成箇所を除いた第４絶縁酸化膜４０上の全面に、上部絶縁膜５０を形成する。
以上のような手順により、本実施形態の半導体装置１を製造することができる。
【００５４】
本実施形態の製造方法においては、第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０の各々の下層部１０Ａ、２０Ａを窒化タンタルからなる膜とし、上層部１０Ｂ、２０Ｂをランプアニールによって酸化タンタルからなる膜、即ち、Ｔａ２Ｏ５なる組成に改質する。これにより、第１のタンタル酸化窒化膜１０と第２のタンタル酸化窒化膜２０の両方を同一構造の膜として同時形成することができ、プロセスフローにおける工程の削減が可能になり、生産性が向上するとともに、製造コストの低減が可能となる。また、本実施形態では、上記構造を有する第２のタンタル酸化窒化膜２０をキャパシタ膜とし、これに、キャパシタ下部電極１６及びキャパシタ上部電極１９を接続させて形成することにより、簡便な工程で効率良くＭＩＭ構造のキャパシタを形成することが可能となる。
【００５５】
本実施形態において、窒化タンタル材料からなる第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０に対してランプアニールを施す工程により、その上層部１０Ｂ、２０Ｂが酸化されてＴａ２Ｏ５となる作用について、図３（ａ）、（ｂ）に示すグラフを用いて以下に説明する。図３（ａ）は、ＢＰＳＧからなる絶縁酸化膜上に形成された窒化タンタルからなる膜に、上地層としてシリコン酸化膜を形成し、所定の条件でランプアニールを施した後のＸＲＤ（Ｘ線回折）による調査結果を示すグラフである。図３（ａ）、（ｂ）においては、窒化タンタルからなる膜の表面から１０００Åの深さまでのＸＲＤを調べた結果について、入射角２θ（ｄｅｇ）を横軸に表し、回折強度（Ｃｏｕｎｔ）を縦軸に表している。また、図３（ｂ）は、ＢＰＳＧ（絶縁酸化膜）上に形成された窒化タンタルからなる膜の上に上地層を形成せず、また、ランプアニールを施さなかった場合の、窒化タンタルからなる膜のＸＲＤ分析結果を示すグラフである。
【００５６】
図３（ａ）に示すように、８００℃の温度で５秒間のランプアニールを行った場合と、９５０℃で５秒間のランプアニールを行った場合では、低角度側、具体的には入射角２３（ｄｅｇ）前後の回折強度が高くなっており、これがＴａ２Ｏ５の回折ピークと考えられる。一方、７００℃の温度で５秒間のランプアニールを行った場合には、Ｔａ２Ｏ５の生成を示すような回折ピークが見られなかったことから、アニール温度は、この温度よりも高い方が好ましいことがわかる。
【００５７】
上記結果に対して、図３（ｂ）に示すように、ランプアニールを施さなかった窒化タンタルからなる膜の場合には、上層部付近においてＴａ２Ｏ５の生成を示すような回折ピークが見られなかった。
【００５８】
また、上記同様、ＢＰＳＧからなる絶縁酸化膜上に形成された窒化タンタルからなる膜に、上地層としてシリコン酸化膜を形成し、所定の条件でランプアニールを施した後のタンタル酸化窒化膜について、電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  Ｅｎｅｒｇｙ−Ｌｏｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により、膜厚方向における励起スペクトルを分析した結果について以下に説明する。この際、電子エネルギー損失分光器として、日立ハイテクノロジーズ社製（製品番号：ＨＤ−２７００）のものを用い、タンタル酸化窒化膜の膜厚方向でスキャニングした。そして、この励起スペクトルの分析結果を、膜厚方向の位置を横軸、励起スペクトル強度を縦軸として、図４（ａ）のグラフに示した。さらに、上記のタンタル酸化窒化膜について、エネルギー分散型分光法（ＥＤＳ：Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−Ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって膜厚方向における組成（元素）分布を測定し、この分析結果を、膜厚方向の位置を横軸、組成（原子％）を縦軸として、図４（ｂ）のグラフに示した。
【００５９】
図４（ａ）、（ｂ）のグラフに示すＥＥＬＳ線分析及びＥＤＳ分析の結果より、本発明に係る条件でアニールを施したタンタル酸化窒化膜は、上層側から、酸化タンタルからなる膜／窒化タンタルからなる膜が形成されているものと考えられる。従って、上記条件のアニールを施すことにより、タンタル窒化膜の上層部が効果的に酸化されていることが明らかである。
【００６０】
上記結果から、本発明で規定する層構造及びランプアニール条件を採用することにより、ＴａＮからなる第１のタンタル窒化膜及び第２のタンタル窒化膜の上層部を効果的にアニール酸化し、Ｔａ２Ｏ５の組成とすることで、抵抗体及びキャパシタ膜の何れに適用した場合においても、優れた特性を備える膜が得られることが明らかである。
【００６１】
なお、本実施形態においては、抵抗体を構成する第１のタンタル酸化窒化膜１０及びキャパシタ膜を構成する第２のタンタル酸化窒化膜２０を、最下層の第１絶縁酸化膜１２と第２絶縁酸化膜１４との間に設けた例を説明しているが、これには限定されない。例えば、詳細な図示を省略するが、第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０を、最上層の第３絶縁酸化膜３０と第４絶縁酸化膜４０との間に設けても良く、配置位置の選択の余裕度等により、適宜、設計することが可能である。
【００６２】
また、本実施形態においては、図２に示す例のように、基板１１上の第１絶縁酸化膜１２の上に形成された第２のタンタル酸化窒化膜２０の上面側及び側面側を、キャパシタ配線層６０によって覆う構成としても良い。このような構成を採用した場合には、上部電極であるキャパシタ配線層６０が第２のタンタル酸化窒化膜２０の下面側以外の部分を覆っていることから、キャパシタとしての容量が大きくなるという効果が得られる。また、第２のタンタル酸化窒化膜２０が、キャパシタ配線層６０によって覆われていることから、外部、特に半導体装置１の上方からの外乱ノイズに対する耐性が向上する。また、上部電極であるキャパシタ配線層６０をドライエッチングで加工する際に、プラズマによる上層部２０Ｂ（Ｔａ２Ｏ５）及び下層部２０Ａ（ＴａＮ）の膜質や膜厚の変化や、これに伴う容量膜リークやＺＡＰ・ＴＺＤＢ等の容量膜パンクの問題といった、容量絶縁膜の信頼性の問題が発生するのを防止できる。また、キャパシタ配線層６０をドライエッチングで加工する際のオーバーエッチングにより、もともとの膜厚が薄いシリコン酸化膜１３や第２のタンタル酸化窒化膜２０の上層部２０Ｂ（Ｔａ２Ｏ５）がエッチングされてしまい、ＴａＮからなる下層部２０Ａが表出してしまうような問題が発生するのを防止できる。
【００６３】
なお、本実施形態では、図１に示すように、シリコン酸化膜１３が、第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０の側面を覆うように延設されている例について説明している。本実施形態では、このような構成を採用することにより、キャパシタの容量値を大きくできるという効果が得られる。
【００６４】
一方、本発明においては、図１に示す例には限定されず、例えば、図５に示す例のように、シリコン酸化膜１３Ａが、第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０の上面、即ち、各々の上層部１０Ｂ、２０Ｂ上のみを覆う構成とすることもできる。また、図５に示す例においては、第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０の上層部１０Ｂ、２０Ｂが、下層部１０Ａ、２０Ａの上側のみを覆うように形成されている。
このような構成を採用する場合、製造工程においては、まず、基板１１上に形成された第１絶縁酸化膜１２の上にタンタル窒化膜を形成し、このタンタル窒化膜及び第１絶縁酸化膜１２を覆うようにシリコン酸化膜１３Ａを形成した後、上記同様の手順でランプアニールを施す。その後、第１絶縁酸化膜１２上に積層された、アニール後のタンタル窒化膜（タンタル酸化窒化膜）及びシリコン酸化膜１３を、上記同様にエッチング方法でパターニングすることにより、図５に例示するような、第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０の上面のみにシリコン酸化膜１３が形成され、且つ、第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０の上層部１０Ｂ、２０Ｂが、下層部１０Ａ、２０Ａの上側のみを覆うように形成された積層構造が得られる。
【００６５】
図５に示す例によれば、上記構成及び工程を採用することで、第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０を形成する際のパーティクルの発生を抑制し、歩留まりを向上させられる効果が得られる。
【００６６】
また、本発明においては、図１に示すように、第２のタンタル酸化窒化膜２０に接続された一対の第２電極の内、キャパシタ上部電極１９が配線層を兼ねた構成を説明している。本実施形態では、このような構成を採用することにより、第１配線層（配線層）を形成する工程の一部を省略でき、生産性が向上するという効果が得られる。
【００６７】
一方、本発明においては、図１に示す例には限定されず、例えば、図６に示す例のように、第２のタンタル酸化窒化膜２０に接続された一対の第２電極を、それぞれ第２絶縁酸化膜１４を貫通して設けられる金属電極であるキャパシタ上部電極１９Ａ及びキャパシタ下部電極１６から構成し、これら各々の電極が第１配線層（配線層）に接続されてなる構成を採用することも可能である。このような構成を採用する場合、製造工程においては、まず、図１に示す例の場合と同様に、基板１１上に形成された第１絶縁酸化膜１２の上に、シリコン酸化膜１３に覆われた第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０を形成した後、上記同様に、第２絶縁酸化膜１４Ａを形成する。次に、キャパシタ上部電極１９Ａの形成予定部分の第２絶縁酸化膜１４Ａを除去した後、この部分に、キャパシタ上部電極１９Ａを形成する。そして、第２絶縁酸化膜１４Ａにビアホールを形成した後、上記同様の金属材料を充填することにより、一対の第１電極であるビア１５ａ、１５ｂと、一対の第２電極であるキャパシタ下部電極１６を形成する。その後、第２絶縁酸化膜１４Ａに第１配線層を形成することにより、図６に例示するような、第２絶縁酸化膜１４Ａを貫通して設けられた一対の第１電極（ビア１５ａ、１５ｂ）及び一対の第２電極（キャパシタ下部電極１６、キャパシタ上部電極１９Ａ）の各々が、第１配線層（配線層）に接続されてなる構造が得られる。なお、上記工程において、例えば、キャパシタ上部電極１９Ａをパターニング形成した後に、第２絶縁酸化膜１４Ａを形成しても良い。
【００６８】
図６に示す例によれば、上記構成及び工程を採用することで、図１に示す半導体装置１の場合と異なり、キャパシタ上部電極を形成するための第２絶縁酸化膜１４Ａのエッチング制御が不要となるので、特に、キャパシタ膜である第２のタンタル酸化窒化膜２０の単位容量がばらつくのを防止することが可能となる。
【００６９】
以上説明したような、本発明に係る半導体装置１によれば、第１のタンタル酸化窒化膜１０及び第２のタンタル酸化窒化膜２０が、それぞれ上層部１０Ｂ、２０Ｂが酸化タンタルからなる膜とされたものなので、同一の層構造を有しながら、各々がキャパシタ膜並びに抵抗体として機能するものとなる。これにより、キャパシタ及び抵抗体を同一の工程で形成することが可能となり、生産効率に優れた半導体装置が実現できる。
また、第１及び第２のタンタル酸化窒化膜１０、２０における上層部１０Ｂ、２０Ｂが、Ｔａ２Ｏ５を主成分とする組成からなることで、良好な特性を有するキャパシタ膜並びに抵抗体とすることが可能となる。
そして、第１のタンタル酸化窒化膜１０とビア１５ａ、１５ｂとからＴａＮ抵抗素子が構成され、さらに、第２のタンタル酸化窒化膜２０とキャパシタ下部電極１６及びキャパシタ上部電極１９とから、第２のタンタル酸化窒化膜２０をキャパシタ膜とするＭｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ構造のキャパシタが構成されていることで、より良好な特性を有するキャパシタ並びに抵抗素子とすることが可能となる。
【００７０】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第１絶縁酸化膜１２上に第１及び第２のタンタル窒化膜を形成し、この第１及び第２のタンタル窒化膜及び第１絶縁酸化膜１２を覆うように第２絶縁酸化膜１４を形成した後、この第２絶縁酸化膜１４の表面からランプアニールを施して第１及び第２のタンタル窒化膜の上層部を酸化タンタルからなる膜に改質することにより、第１及び第２のタンタル酸化窒化膜１０、２０を形成する方法なので、同一の層構造を有する第１及び第２のタンタル酸化窒化膜１０、２０を、それぞれキャパシタ膜及び抵抗体として同一の工程で形成することが可能となる。これにより、プロセスフローにおける工程を削減でき、生産性が向上するとともに、製造コストを低減することが可能となる。
また、第１及び第２のタンタル窒化膜に対してＯ２雰囲気下でランプアニールを施すことで、上層部を、Ｔａ２Ｏ５なる組成に改質する方法とすることにより、良好な特性を有するキャパシタ並びに抵抗素子を形成することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の半導体装置は、上記構成により、複数のタンタル酸化窒化膜、即ち、抵抗体をなす第１のタンタル酸化窒化膜及びキャパシタ膜をなす第２のタンタル酸化窒化膜の両方を同一の工程で形成することが可能となるので、生産効率が顕著に向上することから、半導体装置の分野において非常に有益である。
【符号の説明】
【００７２】
１…半導体装置、１０…第１のタンタル酸化窒化膜（抵抗体）、１０Ａ…下層部（窒化タンタルからなる膜）、１０Ｂ…上層部（酸化タンタルからなる膜）、２０…第２のタンタル酸化窒化膜（キャパシタ膜）、２０Ａ…下層部（窒化タンタルからなる膜）、２０Ｂ…上層部（酸化タンタルからなる膜）、１１…基板、１２…第１絶縁酸化膜（絶縁酸化膜）、１３、１３Ａ…シリコン酸化膜、１４、１４Ａ…第２絶縁酸化膜、１５ａ、１５ｂ…ビア（一対の第１の電極）、１６…キャパシタ下部電極、１７ａ、１７ｂ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ…ビア（電極）、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ…第１配線層、１９、１９Ａ…キャパシタ上部電極（配線層）、３０…第３絶縁酸化膜、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ…第２配線層、４０…第４絶縁酸化膜、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ…上部配線層、５０…上部絶縁膜、
【図１】
2014179532.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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