(57)【要約】【課題】  電極のみ一括エッチングにより縦型構造の強誘電体キャパシタを形成することにより、強誘電体膜のエッチングダメージ無しに、容量の増大と微細化を可能とする。【解決手段】    本発明の強誘電体キャパシタの製造方法は、シリコン基板上の全面に電極材料となる白金膜を形成し、白金膜を一括エッチングして一対のキャパシタ電極となる対向電極を形成し、キャパシタの誘電体膜である強誘電体膜を一対の対向電極の間の挟まれる部分に埋め込むようにしたものである。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体膜キャパシタにおいて、シリコン基板上の全面に金属膜を形成し、前記金属膜をパターニングし対向する一対の対向電極を形成し、強誘電体膜を形成し前記一対の対向電極に挟まれる領域に該強誘電体膜を埋め込むことを特徴とする強誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項２】
前記強誘電体膜は前記一対の対向電極の全面を被覆していることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項３】
前記金属膜は貴金属であることを特徴とする請求項１及び２に記載の強誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項４】
前記貴金属は白金あるいはイリジウムであることを特徴とする請求項３に記載の強誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項５】
強誘電体膜キャパシタにおいて、シリコン基板上の全面に金属膜を形成し、前記金属膜をパターニングし対向する一対の対向電極を形成し、全面に強誘電体膜を形成し前記一対の対向電極に挟まれる領域に該強誘電体膜を埋め込み、前記強誘電体膜をエッチングして前記一対の対向電極の上表面の少なくとも一部分を被うように前記強誘電体膜を残存させることを特徴とする強誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項６】
前記金属膜は貴金属であることを特徴とする請求項５に記載の強誘電体膜を用いるキャパシタの製造方法。
【請求項７】
前記貴金属は白金あるいはイリジウムであることを特徴とする請求項６に記載の強誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項８】
強誘電体膜キャパシタにおいて、シリコン基板上の全面に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜をパターニングし一対の溝を形成し、前記一対の溝に金属膜を埋め込み一対の対向電極を形成し、前記絶縁膜除去し、全面に強誘電体膜を形成し前記一対の対向電極に挟まれる領域に該強誘電体膜を埋め込むようにすることを特徴とする強誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項９】
前記金属膜は貴金属であることを特徴とする請求項８に記載の強誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項１０】
前記貴金属は白金あるいはイリジウムであることを特徴とする請求項９に記載の強誘電体膜キャパシタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Read Only Memory）で用いられる強誘電体膜を用いたキャパシタに関し、特に、平行平板型キャパシタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
FeRAMデバイスのキャパシタは従来技術文献に示されるように、横形の平行平板型の構造が一般的であり、下部電極、強誘電体膜、上部電極から構成され、上部電極、強誘電体膜、下部電極を同一マスクを用いて一括加工することによって形成する方法が、微細精度のメリットのため広く行なわれていた（特許文献１参照）。
【０００３】
また、縦型の平行平板型キャパシタも知られていたが、強誘電体キャパシタへの応用はその製造方法の難しさ故に行なわれてこなかった（特許文献２，３参照）。
【０００４】
以下、従来技術を簡単に説明する。シリコン基板１に素子分離酸化膜２、ゲート電極３、ソース・ドレイン拡散層４を形成した後、シリコン酸化膜等の層間絶縁膜５を堆積し、コンタクト領域６を開口する。
【０００５】
そして、タングステン（W）膜をCVD法等により堆積し、平坦化することによりタングステンの埋め込まれたコンタクト６を形成し、さらに、下部電極となる１５０ｎｍの第１の白金(Pｔ)膜７、１５０ｎｍの強誘電体であるSBT（SrBi2Ta2O9）膜８、及び、上部電極となる１５０ｎｍの第２の白金膜９を順次形成する(図１)。
【０００６】
通常のホトリソグラフィー技術によりレジストパターン１０を形成し、上部電極となる第２の白金膜９、強誘電体SBT膜８、及び、下部電極となる第１の白金膜７を一括してエッチングする（図２）。図示しないが、従来技術と同様レジストパターン１０を除去し、全面に層間絶縁膜を形成した後、ゲート電極３、ソース・ドレイン拡散層４、コンタクト６等を接続するための配線を形成し従来の強誘電体キャパシタを得る。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２４３６２１号公報
【特許文献２】特開平６−７７４３０号公報
【特許文献３】特開２００２−２９９５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術においては、一般に下部電極及び上部電極は白金、イリジウム（Ir）等の貴金属が使用される。これらの金属は化学反応性に乏しいため、その加工は化学的なものではなく、物理的エッチングであるイオンミリング法によるのが一般的である。
【０００９】
したがって、キャパシタ部の拡大図である図３に示すように、強誘電体キャパシタの一括エッチングする際、キャパシタ側面がエッチングガスやイオン１１にさらされプラズマダメージ１２を受け、キャパシタ外周部の強誘電体膜８の膜質が劣化し、メモリとしての十分な機能を得られないという問題点があった。そして、強誘電体膜８のプラズマダメージ１２を防止するためには、一括エッチングをおこなうことができなかった（特許文献４，５参照）。
【００１０】
また、図４に示すように、上部電極９上にコンタクト部１４を開口するときに、エッチングガスやイオンに強誘電体キャパシタがさらされ、チャージアップした電荷が上部電極９を経由して強誘電体膜８にプラズマダメージを与えてしまうとう問題もあった。
【００１１】
【特許文献４】特開２０００−２２８４９４号公報
【特許文献５】特開２００１−１０２５３９号公報
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の強誘電体キャパシタの製造方法は、シリコン基板上の全面に電極材料である金属膜を形成し、金属膜をパターニングして一対のキャパシタ電極となる対向電極を形成し、キャパシタの誘電体膜である強誘電体膜を一対の対向電極の間の挟まれる部分に埋め込むようにしたものである。
【００１３】
また、本発明の他の強誘電体キャパシタの製造方法は、シリコン基板上の全面に絶縁膜を形成し、絶縁膜をパターニングし一対の溝を形成する。一対の溝に電極材料である金属膜を埋め込み一対の対向電極を形成し、対向電極を形成するために用いた絶縁膜除去し、そして、全面に強誘電体膜を形成し前記一対の対向電極に挟まれる領域に該強誘電体膜を埋め込むようにすることにしたものである
【発明の効果】
【００１４】
本発明の強誘電体膜キャパシタの製造方法においては、縦型平行平板型を一括加工により形成可能であるため、単位面積当たりの容量を増加することができ高集積化した強誘電体キャパシタを形成することができ、さらに、上部電極及び下部電極をパターニング後に強誘電体膜を形成することができるため、エッチングダメージの少ない強誘電体膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施例１）
本発明の第１の実施例における製造方法を図５乃至図７によって説明する。従来技術と同様にコンタクトまで形成する。次に、電極材料となる白金膜２１を４００ｎｍ堆積する。この膜厚と電極の奥行き方向の長さを掛けたものが、強誘電体キャパシタの実効電極面積となるため、従来のキャパシタに比較して厚く白金膜２１を堆積する必要がある。そして、通常のホトリソグラフィー工程によりレジストパターン２２を形成する（図５）。
【００１６】
次に、レジストパターン２２をマスクとして白金膜２１を所望の電極パターンに加工する。続いて、レジストパターン２２を除去後し、キャパシタの対向電極となる第１の電極２３、及び、第２の電極２４が形成される（図６）。ここにおいて、下層のコンタクトに接続される電極が第１の電極２３であるため、従来技術のキャパシタ構造においては下部電極に相当し、同様に、第２の電極２４は上部電極に相当するということができる。
【００１７】
そして、全面に強誘電体材料としてSBT膜２５を、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などにより堆積する。ここにおいては、第１の電極２３と第２の電極２４の間に強誘電体SBT膜２５が充分に埋め込まれるように形成条件を制御する必要がある（図７）。
【００１８】
また、強誘電体SBT膜２５がキャパシタ誘電体膜として作用する第１の電極２３と第２の電極２４の間以外の部分にも形成されるが、強誘電体膜も絶縁膜であることから残存させておいても問題は無い。もし、不用意な電荷蓄積等の問題を防止する必要がある場合は、キャパシタ部以外の強誘電体膜２５を、例えば、図８に示すように除去すれば良い。
【００１９】
以上、本発明の第１の実施例の製造方法を示したが、本発明における強誘電体キャパシタ構造は、縦型に形成された第１の電極２３及び第２の電極２４の、一対の対向電極に挟まれた部分に強誘電体膜を形成しており、キャパシタ膜の強誘電体膜として作用する部分はエッチングにさらされないため、強誘電体膜加工時のプラズマダメージが無く強誘電体キャパシタを形成することが可能である。
【００２０】
また、キャパシタ作用部の直上にコンタクト部を形成する必要が無いため、コンタクト形成時のプラズマダメージ（図４参照）を防止することができる。さらに、キャパシタ電極が垂直方向に形成されるため、従来のキャパシタに比べ大面積を占有することなく、微細なキャパシタを形成することができる。
（実施例２）
【００２１】
本発明の第２の実施例における製造方法を図９乃至図１１によって説明する。従来技術と同様にコンタクトまで形成する。さらに、シリコン酸化膜等の電極形成用絶縁膜３１を、例えば、CVD法により４００ｎｍ堆積し、フォトリソグラフィー法により、レジストマスク等を用いて電極形成用絶縁膜３１をエッチングし、溝３２を形成する（図９）。
【００２２】
次に、レジストマスク等を除去後、電極材料である白金膜３３をスパッタ法等により形成し、溝３２が白金膜３３により完全に埋め込まれるようにする。そして、CMP法に平坦化し、電極形成用絶縁膜３１の直上に堆積された白金膜３３を除去する（図１０）。
【００２３】
さらに、電極形成用絶縁膜３１を選択的に除去し、白金膜３３を残存させる。そして、強誘電体膜を全面に形成すれば、本発明の第１の実施例と全く同様の構造である、キャパシタの第１の電極３３、第２の電極３４及び電極間に強誘電体膜が位置する構造を形成することができる（図６参照）。
【００２４】
本発明の第２の実施例では、平坦化法によりキャパシタの対向電極を形成しているので、厚い電極膜厚を形成することができ、対向電極の両電極は別々の工程にて形成すれば、異なる材料によって対向電極を形成することもできる。また、第１の実施例と同様、エッチングダメージのない強誘電体膜である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上示したように、本発明の製造方法においては、縦型のキャパシタ構造であるため、微細なFeRAMキャパシタセル構造を形成することができ、さらに、対向電極形成後に強誘電体膜を形成するためエッチングダメージが無く製造でき、その結果、高信頼性のFeRAMキャパシタが形成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術の強誘電体キャパシタの製造方法における工程図である。
【図２】図１に引き続き、従来技術の強誘電体キャパシタの製造方法における工程図である。
【図３】従来技術の強誘電体キャパシタの製造方法にける、問題点を示した説明図である。
【図４】従来技術の強誘電体キャパシタの製造方法にける、問題点を示した説明図である。
【図５】本発明の第１の実施例における強誘電体キャパシタの製造方法における工程図である。
【図６】図５に引き続き、本発明の第１の実施例における強誘電体キャパシタの製造方法における工程図である。
【図７】図６に引き続き、本発明の第１の実施例における強誘電体キャパシタの製造方法における工程図である。
【図８】本発明の第２の実施例における強誘電体キャパシタの製造方法における工程図である。
【図９】図８に引き続き、本発明の第２の実施例における強誘電体キャパシタの製造方法における工程図である。
【図１０】図９に引き続き、本発明の第２の実施例における強誘電体キャパシタの製造方法における工程図である。
【符号の説明】
【００２７】
１                    シリコン基板
２                    素子分離酸化膜
３                    ゲート電極
４                    ソース・ドレイン拡散層
５、１３          層間絶縁膜
６、１４          コンタクト
７                    第１の白金膜（下層電極）
８、２５、３５        SBT膜（強誘電体膜）
９                    第２の白金膜（上層電極）
１０、２２        レジストパターン
１１                  イオン
１２                  プラズマダメージ
２１                  白金膜
２３、３３        第１の電極
２４、３４        第２の電極
３１                  電極形成用絶縁膜
３２                  溝
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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