(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上方に第１の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の層間絶縁膜の上方に強誘電体キャパシタを形成する工程と、
前記強誘電体キャパシタの上方に、アルミナを含む水素バリア絶縁膜と第２の層間絶縁膜とを有する積層膜を形成する工程と、
エッチングにより前記積層膜にホールを形成する工程と、
前記ホール内に導電性材料を埋め込む工程とを有し、
前記ホールを形成する工程は、前記水素バリア絶縁膜のエッチングを、前記第２の層間絶縁膜のエッチングとは異なるエッチング手法として室温よりも高温に加熱された水蒸気雰囲気中で行う工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記水蒸気雰囲気は、大気圧よりも高い圧力に加圧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の製造方法。
【請求項３】
前記水蒸気雰囲気は、１００℃〜２００℃に加熱されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ホールを形成する工程は、前記第２の層間絶縁膜のエッチングをドライエッチングにより行う工程を、更に含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項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、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
LSI等の半導体装置では、半導体基板に形成された回路を外部雰囲気から保護するため、層間絶縁膜の上面等にバリア絶縁膜を形成することがある。そのバリア絶縁膜の材料は、バリアの対象となる雰囲気によって選択される。
【０００３】
例えば、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)等の強誘電体デバイスでは、水素等の還元性物質によって強誘電体膜が還元されて劣化してしまうので、水素から強誘電体膜を保護するためにアルミナ膜等の絶縁性金属酸化膜が水素バリア絶縁膜として形成される。
【０００４】
しかしながら、アルミナ膜等の絶縁性酸化金属膜は、化学反応性に乏しいため、エッチングガスとの化学反応を利用したドライエッチングでホールを形成するのが難しいという問題がある。その結果、所定の形状のホールを形成するのが困難となり、ホール内に形成される導電性プラグのコンタクト抵抗が基板面内でばらつくおそれがある。
【０００５】
また、FeRAMに限らず、MOSトランジスタを備えたデバイスでは、そのMOSトランジスタを水分等から保護するため、半導体基板の上に酸窒化シリコン膜等のカバー絶縁膜が形成される。そのカバー絶縁膜には、MOSトランジスタのソース／ドレイン領域との電気的なコンタクトを図るために、ドライエッチングによりコンタクトホールが形成される。
【０００６】
そのドライエッチングでは、ソース／ドレイン領域の表層の高融点金属シリサイド層がエッチングストッパとして機能する。
【０００７】
但し、コンタクトホールが未開口になるのを防止すべくそのドライエッチングにおいてオーバーエッチングを行うと、コンタクトホールが高融点金属シリサイド層を突き抜けるおそれがある。こうなると、コンタクトホール内に形成される導電性プラグとソース／ドレイン領域とのコンタクト抵抗が、基板面内でばらつくという問題が発生する。
【０００８】
なお、本願に関連する技術が特許文献１、２に開示されている。
【特許文献１】特開平６−２６６１１９号公報
【特許文献２】特開２００５−１８３４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
半導体装置の製造方法において、絶縁膜のホール内に形成される導電性プラグ等の導電性材料のコンタクト抵抗が基板面内でばらつくのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下の開示の一観点によれば、半導体基板の上方に第１の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第１の層間絶縁膜の上方に強誘電体キャパシタを形成する工程と、前記強誘電体キャパシタの上方に、アルミナを含む水素バリア絶縁膜と第２の層間絶縁膜とを有する積層膜を形成する工程と、エッチングにより前記積層膜にホールを形成する工程と、前記ホール内に導電性材料を埋め込む工程とを有し、前記ホールを形成する工程は、前記水素バリア絶縁膜のエッチングを、前記第２の層間絶縁膜のエッチングとは異なるエッチング手法として室温よりも高温に加熱された水蒸気雰囲気中で行う工程を含む半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
このような半導体装置の製造方法では、第２の層間絶縁膜のエッチングとは異なる手法で水素バリア絶縁膜をエッチングする。したがって、水素バリア絶縁膜と第２の層間絶縁膜とを同じエッチング手法でエッチングする場合と比較して、水素バリア絶縁膜のエッチング時にホール側面に付着する反応生成物の量が低減される。その結果、反応生成物によってホール側面がマスクされ難くなるので、ホールがテーパー状になるのを防止でき、ホール内に埋め込まれる導電性材料のコンタクト抵抗が安定する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、水素バリア絶縁膜と第２の層間絶縁膜をそれぞれ異なるエッチング手法によりエッチングするので、これらの絶縁膜に形成されるホールがテーパー状になるのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（１）調査結果について
本発明の実施の形態の説明に先立ち、本願発明者が行った調査の結果について説明する。
【００１９】
図１〜図４は、この調査において使用したサンプルの製造途中の断面図である。そのサンプルは以下のようにして作製される。
【００２０】
まず、図１（ａ）に示すように、酸化シリコン膜等の下地絶縁膜１の上にアルミナ膜２を約２０nmの厚さに形成する。
【００２１】
次いで、アルミナ膜２の上に、下部電極３、キャパシタ誘電体膜４、及び上部電極５をこの順に形成してなる強誘電体キャパシタQを形成する。これらのうち、下部電極３は厚さが約１５５nmのプラチナ膜よりなり、キャパシタ誘電体膜４は厚さが約１５０〜２００nmのPZT膜よりなる。そして、上部電極５は、厚さが約２５０nm程度の酸化イリジウムよりなる。
【００２２】
キャパシタ誘電体膜４として形成されたPZT膜は、酸化物強誘電体膜であるため、水素等の還元性物質との接触により還元され、残留分極電荷量等の強誘電体特性が劣化してしまう。
【００２３】
そのような還元を防止するため、強誘電体キャパシタQの上には、水素バリア能力に優れたアルミナよりなる第１及び第２水素バリア絶縁膜６、７が形成される。このうち、第１の水素バリア絶縁膜６の厚さは約５０nmであり、第２の水素バリア絶縁膜７の厚さは約２０nmである。
【００２４】
続いて、第２の水素バリア絶縁膜７の上に層間絶縁膜８としてCVD法により酸化シリコン膜を形成し、更にその上に第３の水素バリア絶縁膜９としてスパッタ法でアルミナ膜を５０nm程度の厚さに形成する。
【００２５】
その第３の水素バリア絶縁膜９は、第１及び第２の水素バリア絶縁膜６、７と同様に、キャパシタ誘電体膜４が水素に触れて還元されるのを防止する役割を担う。
【００２６】
その後、第３の水素バリア絶縁膜９の上にバッファ絶縁膜１０としてCVD法により１００nm程度の厚さの酸化シリコン膜を形成する。
【００２７】
このバッファ絶縁膜１０は、その上に後で金属膜をエッチングして金属配線を形成するとき、エッチングが第３の水素バリア絶縁膜９に及ぶのを防止し、水素バリア絶縁膜９の厚さと水素バリア能力を維持するために形成される。
【００２８】
次に、図１（ｂ）に示すように、バッファ絶縁膜の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像してレジストパターン１１を形成する。
【００２９】
図示のように、そのレジストパターン１１は、下部電極３のコンタクト領域CR上と上部電極５の上に窓１１ａを備える。
【００３０】
続いて、図２（ａ）に示すように、窓１１ａを通じてバッファ絶縁膜をドライエッチングする。
【００３１】
このエッチングはRIE(Reactive Ion Etching)により行われ、そのエッチングガスとしてはC4F8、O2、及びArの混合ガスが使用される。
【００３２】
この例では、このエッチングガスを引き続き用いることにより、図２（ｂ）に示すように第３の水素バリア絶縁膜９をエッチングする。
【００３３】
このとき、第３の水素バリア絶縁膜９は化学反応に乏しいアルミナよりなるので、エッチングにより発生した反応生成物がエッチング雰囲気中に逃げ難く、第３の水素バリア絶縁膜９の側面９ａにその反応生成物が付着する。その結果、反応生成物がマスクとなって側面９ａのエッチングが妨げられ、側面９ａが図示のようにテーパー形状となる。
【００３４】
そして、さらに上記のエッチングガスを引き続き用いてエッチングを進めることにより、図３（ａ）に示すように層間絶縁膜８をエッチングする。
【００３５】
このとき、第３の水素バリア絶縁膜９をエッチングしたときに発生した反応生成物がエッチング雰囲気中に残留しているので、第３の水素バリア絶縁膜９の側面９ａと同様に、層間絶縁膜８の側面８ａもテーパー状になる。
【００３６】
更に、このエッチングガスを引き続き用い、第１及び第２の水素バリア絶縁膜６、７をエッチングすることで、図３（ｂ）に示すような第１及び第２のホール１３、１４を形成する。
【００３７】
このとき、第３の水素バリア絶縁膜９と同様に、第１及び第２の水素バリア絶縁膜６、７の側面もテーパー状となる。
【００３８】
次いで、図４に示すように、各ホール１３、１４にタングステンを主材料とする導電性プラグ１５を形成する。その導電性プラグ１５は、下部電極３のコンタクト領域CRと上部電極５にそれぞれ電気的に接続される。
【００３９】
以上により、このサンプルの基本構造が完成する。
【００４０】
このようなサンプルでは、化学的にエッチングするのが困難な第１〜第３の水素バリア絶縁膜６、７、９を貫いて各ホール１３、１４を形成するので、上記のようにホール１３、１４の形状がテーパー状となる。そのため、ホール１３、１４の下部において、導電性プラグ１５と各電極３、５との間の接触面積が小さくなり、これらの電極３、５と導電性プラグ１５とのコンタクト抵抗が上昇してしまう。
【００４１】
また、上記のように、第１〜第３の水素バリア絶縁膜６、７、９のエッチングが困難なため、ホール１３、１４の形状がいびつになり易い。
【００４２】
図５は、第１のホール１３を複数形成し、その各々を上から見た場合のSEM (Scanning Electron Microscope)像を基にして描いた平面図である。
【００４３】
これに示されるように、第１ホール１３の内面の形状が実際にいびつになっているのが理解される。
【００４４】
このように第１及び第２のホール１３、１４の形状がいびつになると、これらの中に導電性プラグ１５を形成するのが難しくなり、上記のコンタクト抵抗を更に上昇させてしまう。
【００４５】
更に、この方法では、図３（ｂ）のようにホール１３、１４の底部の水素バリア絶縁膜６、７をドライエッチングにより除去しているので、これらの絶縁膜６、７が除去された時点で下部電極３と上部電極５がプラズマエッチング雰囲気に露出することになる。その結果、これらの電極３、５を通じてキャパシタ誘電体膜４がプラズマダメージを受け、キャパシタ誘電体膜４の強誘電体特性が劣化してしまう。
【００４６】
特に、本例のようなプレーナ型の強誘電体キャパシタQでは、上部電極５上の第１ホール１３は、下部電極３上の第２ホール１４よりも浅いので、第２ホール１４よりも早く開口する。したがって、第１ホール１３に露出する上部電極５は、第２ホール１４が開口するまで長時間プラズマエッチング雰囲気に曝され、上記のようなプラズマダメージの問題が顕著となる。
【００４７】
また、電極３、５がプラズマエッチング雰囲気に曝されることで、これらの電極材料がエッチングされてエッチング雰囲気中に飛散し、ホール１３、１４の側壁にその電極材料が付着することもある。電極３、５の材料として水分を還元する作用のあるプラチナ等の白金族元素を使用する場合、ホール１３、１４の側壁に付着した電極材料によって、層間絶縁膜８中に含まれる水分が還元されて水素になる。その水素はキャパシタ誘電体膜４を還元するので、キャパシタ誘電体膜４の強誘電体特性が劣化してしまう。
【００４８】
本願発明者はこのような調査結果に鑑み、以下に説明するような本発明の実施の形態に想到した。
【００４９】
（２）第１実施形態
図６〜図２３は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。この半導体装置はプレーナ型のFeRAMであって、以下のようにして製造される。
【００５０】
最初に、図６（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００５１】
まず、n型又はp型のシリコン（半導体）基板３０の表面を熱酸化することにより素子分離絶縁膜３１を形成し、この素子分離絶縁膜３１でトランジスタの活性領域を画定する。素子分離絶縁膜３１の膜厚は、例えば、シリコン基板３０の上面から測って約２００nm程度である。
【００５２】
このような素子分離構造はLOCOS(Local Oxidation of Silicon)と呼ばれる。これに代えて、STI(Shallow Trench Isolation)により素子分離を行ってもよい。
【００５３】
次いで、シリコン基板３０の活性領域にp型不純物、例えばボロンを導入して第１、第２pウェル３２、３３を形成した後、その活性領域の表面を熱酸化することにより、ゲート絶縁膜３４となる熱酸化膜を約６〜７nmの厚さに形成する。
【００５４】
続いて、シリコン基板３０の上側全面に、厚さ約５０nmの非晶質シリコン膜と厚さ約１５０nmのタングステンシリサイド膜を順に形成する。なお、非晶質シリコン膜に代えて多結晶シリコン膜を形成してもよい。その後に、フォトリソグラフィによりこれらの膜をパターニングして、シリコン基板３０の活性領域上にゲート電極３５を形成すると共に、素子分離絶縁膜３１上に配線３６を形成する。
【００５５】
ゲート電極３５のゲート長は、例えば３６０μm程度である。
【００５６】
更に、ゲート電極３５をマスクにするイオン注入により、ゲート電極３５の横のシリコン基板３０にn型不純物としてリンを導入し、第１〜第３ソース／ドレインエクステンション３７ａ〜３７ｃを形成する。
【００５７】
その後に、シリコン基板３０の上側全面に絶縁膜を形成し、その絶縁膜をエッチバックしてゲート電極３５と配線３６の横に絶縁性サイドウォール３８として残す。その絶縁膜として、例えばCVD法により酸化シリコン膜を４５nmの厚さに形成する。
【００５８】
続いて、この絶縁性サイドウォール３８とゲート電極３５をマスクにしながら、シリコン基板３０に砒素等のn型不純物を再びイオン注入することにより、ゲート電極３５の側方のシリコン基板３０に第１〜第３ソース／ドレイン領域３９ａ〜３９ｃを形成する。
【００５９】
更に、シリコン基板３０の上側全面に、スパッタ法によりコバルト膜等の高融点金属膜を形成する。そして、その高融点金属膜を加熱させてシリコンと反応させることにより、各ソース／ドレイン領域３９ａ〜３９ｃにおけるシリコン基板３０上にコバルトシリサイド層等の高融点シリサイド層４１を形成し、各ソース／ドレイン領域３９ａ〜３９ｃを低抵抗化する。なお、このような高融点金属シリサイド層は、ゲート電極３５や配線３６の表層にも形成される。
【００６０】
その後に、素子分離絶縁膜３１の上等で未反応となっている高融点金属層をウエットエッチングして除去する。
【００６１】
ここまでの工程により、シリコン基板３０には、ゲート絶縁膜３４、ゲート電極３５、及び第１〜第３ソース／ドレイン領域３９ａ〜３９ｃ等を有する第１〜第３MOSトランジスタTR1〜TR3が形成されたことになる。
【００６２】
次に、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板３０の上側全面に、プラズマCVD法で酸窒化シリコン(SiON)膜を厚さ約２００nmに形成し、それをカバー絶縁膜４４とする。
【００６３】
更に、TEOSガスと酸素ガスとの混合ガスを使用するプラズマCVD法により、このカバー絶縁膜４４の上に第１の層間絶縁膜４５として酸化シリコン膜を厚さ約６００nmに形成する。なお、カバー絶縁膜４４として窒化シリコン(SiN)膜を形成してもよい。
【００６４】
その後に、第１の層間絶縁膜４５の上面を平坦化するために、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法によりその上面を研磨する。その研磨量は、例えば２００nm程度である。
【００６５】
次いで、図７（ａ）に示すように、第１の層間絶縁膜４５の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して第１のレジストパターン４６を形成する。
【００６６】
そして、この第１のレジストパターン４６の窓４６ａを通じて第１の層間絶縁膜４５とカバー絶縁膜４４とをドライエッチングし、ソース／ドレイン領域３９ａ〜３９ｃと配線３６の上のこれらの絶縁膜４４、４５にコンタクトホール４５ａを形成する。
【００６７】
このドライエッチングはRIEにより行われ、酸化シリコンよりなる第１の層間絶縁膜４５に対するエッチングガスとしてはC4F8、O2、及びArの混合ガスが使用される。一方、酸窒化シリコンよりなるカバー絶縁膜４４に対するエッチングガスとしては、CHF3、O2、及びArの混合ガスが使用される。
【００６８】
この後に、第１のレジストパターン４６は除去される。
【００６９】
次に、図７（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００７０】
まず、コンタクトホール４５ａの内面と第１の層間絶縁膜４５の上面に、スパッタ法によりグルー膜としてチタン膜と窒化チタン膜とをこの順に形成する。そのグルー膜の膜厚は特に限定されないが、チタン膜の厚さは約２０nmであり、窒化チタン膜の厚さは約５０nmである。
【００７１】
次いで、このグルー膜の上にCVD法によりタングステン膜を形成し、このタングステン膜でコンタクトホール４５ａを完全に埋め込む。タングステン膜の厚さは、例えば、第１の層間絶縁膜４５の平坦面上で約５００nmである。
【００７２】
そして、タングステン膜とグルー膜とをCMP法により研磨してこれらの膜をコンタクトホール４５ａ内にのみ第１の導電性プラグ４７として残す。その第１の導電性プラグ４７は、第１〜第３のソース／ドレイン領域３９ａ〜３９ｃと配線３６の各々に電気的に接続される。
【００７３】
その後に、N2Oプラズマ雰囲気中において第１の層間絶縁膜４５をアニールすることにより、第１の層間絶縁膜４５を脱水すると共に、その表層を窒化して水分の再吸着を防止する。このアニールの条件は、例えば、基板温度約３５０℃、処理時間２分である。
【００７４】
このようにして形成された第１の導電性プラグ４７は、酸化され易いタングステンを主成分とするため、酸素に触れることで容易に酸化してコンタクト不良を引き起こす。
【００７５】
そこで、次の工程では、図８（ａ）に示すように、第１の導電性プラグ４７と第１の層間絶縁膜４５の上に、第１の酸化防止絶縁膜４８としてプラズマCVD法により酸窒化シリコン膜を厚さ約１００nmに形成する。
【００７６】
次に、図８（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００７７】
まず、第１の酸化防止絶縁膜４８の上に、TEOSガスを使用するプラズマCVD法により酸化シリコン膜を厚さ約１００nmに形成し、この酸化シリコン膜を密着層４９とする。
【００７８】
なお、窒素雰囲気中においてこの密着層４９をアニールして脱水してもよい。その場合のアニール条件としては、例えば、基板温度６５０℃、処理時間３０分が採用される。
【００７９】
そして、この密着層４９の上に下地絶縁膜５０としてスパッタ法によりアルミナ膜を厚さ約２０nmに形成した後、この下地絶縁膜５０に対して基板温度を６５０℃、処理時間を６０秒とするRTA(Rapid Thermal Annealing)を酸素雰囲気中で行う。
【００８０】
次に、下地絶縁膜５０の上に第１の導電膜５１としてスパッタ法でプラチナ膜を厚さ約１５５nmに形成し、更にその上にスパッタ法でPZT膜を１５０〜２００nmの厚さに形成して、このPZT膜を強誘電体膜５２とする。
【００８１】
なお、強誘電体膜５２の成膜方法としては、スパッタ法の他にゾル・ゲル法やMOCVD(Metal Organic CVD)法もある。更に、強誘電体膜５２の材料はPZTに限定されず、SBT(SrBi2Ta2O9)、SrBi2(TaxNb1-x)2O9、Bi4Ti2O12等のBi層状構造化合物や、PZTにランタンをドープしたPLZT(Pb1-xLaxZr1-yTiyO3)、或いはその他の金属酸化物強誘電体で強誘電体膜５２を構成してもよい。
【００８２】
このように強誘電体膜５２を形成した後、強誘電体膜５２をアニールして結晶化させる。このアニールは結晶化アニールと呼ばれる。本実施形態では、基板温度約５６３℃、処理時間９０秒の条件で、RTA(Rapid Thermal Anneal)により結晶化アニールを行う。この場合、流量が２リットル／分のアルゴンガスと、流量が０．０５５リットル／分の酸素ガスとの混合ガスがアニール雰囲気に供給される。
【００８３】
その後に、強誘電体膜５２の上にスパッタ法により第２の導電膜５３として酸化イリジウム膜を厚さ約２００nmに形成する。
【００８４】
なお、本実施形態のようにアルミナよりなる下地絶縁膜５０の上に第１の導電膜５１を形成することにより、下地絶縁膜５０を省く場合と比較して第１の導電膜５１中のプラチナの配向性が良好となる。その第１の導電膜５１の配向の作用によって、強誘電体膜５２中のPZTの配向が揃えられ、強誘電体膜５２の強誘電体特性が向上する。
【００８５】
次に、図９（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００８６】
まず、フォトリソグラフィにより第２の導電膜５３をパターニングして上部電極５３ａを形成する。そして、このパターニングにより強誘電体膜５２が受けたダメージを回復させるために、強誘電体膜５２に対する回復アニールを縦型炉内で行う。この回復アニールは、酸素流量が２０リットル／分の酸素含有雰囲気において行われ、その条件は、例えば、基板温度６５０℃、処理時間６０分である。
【００８７】
次いで、フォトリソグラフィで強誘電体膜５２をパターニングすることにより、PZT等の強誘電体材料よりなるキャパシタ誘電体膜５２ａを形成する。このパターニングでキャパシタ誘電体膜５２ａが受けたダメージは回復アニールによって回復される。この回復アニールは、縦型炉を用いて酸素含有雰囲気中で行われ、その条件として酸素流量２０リットル／分、基板温度３５０℃、及び処理時間６０分が採用される。
【００８８】
続いて、図９（ｂ）に示すように、シリコン基板３０の上側全面に、水素や水分等の還元性物質からキャパシタ誘電体膜５２ａを保護するための第１の水素バリア絶縁膜５５としてアルミナ膜をスパッタ法で厚さ約５０nmに形成する。
【００８９】
なお、アルミナ膜に代えて、酸化チタン(TiOx)膜、酸化ジルコニウム(ZrOx)膜、酸化マグネシウム(MgOx)膜、及び酸化チタンマグネシウム(MgTiOx)膜のいずれかを第１の水素バリア絶縁膜５５として形成してもよい。
【００９０】
そして、このスパッタによりキャパシタ誘電体膜５２ａが受けたダメージを回復させるために、酸素流量が２０リットル／分の酸素含有雰囲気中で基板温度を５５０℃とする回復アニールを約６０分間行う。この回復アニールは、縦型炉を用いて行われる。
【００９１】
次に、図１０（ａ）に示すように、フォトリソグラフィで第１の導電膜５１と第１の絶縁性水素バリア膜５５とをパターニングする。これにより、キャパシタ誘電体膜５２ａの下に下部電極５１ａが形成されると共に、この下部電極５１ａを覆うように第１の水素バリア絶縁膜５５が残される。
【００９２】
なお、このパターニングでは、下部電極５１ａで覆われていない部分の下地絶縁膜５０も除去される。
【００９３】
その後に、プロセス中にキャパシタ誘電層４８ａが受けたダメージを回復させるために、基板温度６５０℃、処理時間６０分の条件で、酸素流量が２０リットル／分の酸素含有雰囲気中においてキャパシタ誘電体膜５２ａに回復アニールを施す。その回復アニールは、例えば縦型炉を用いて行われる。
【００９４】
ここまでの工程により、下部電極５１ａ、キャパシタ誘電体膜５２ａ、及び上部電極５３ａをこの順に積層してなる強誘電体キャパシタQが形成されたことになる。
【００９５】
続いて、図１０（ｂ）に示すように、シリコン基板３０の上側全面に、キャパシタQを保護するための第２の水素バリア絶縁膜５７としてアルミナ膜をスパッタ法で約２０nmの厚さに形成する。この第２の水素バリア絶縁膜５７は、その下の第１の水素バリア絶縁膜５５と協同して、水素や水分等の還元性物質がキャパシタ誘電体膜５２ａに至るのを防止し、キャパシタ誘電体膜５２ａが還元されてその強誘電体特性が劣化するのを抑えるように機能する。
【００９６】
このような機能を有する膜には、アルミナ膜の他に、酸化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、酸化マグネシウム膜、及び酸化チタンマグネシウム膜があり、これらのいずれかを第２の水素バリア絶縁膜５７として形成してもよい。
【００９７】
そして、基板温度５５０℃、処理時間６０分の条件で、酸素含有雰囲気となっている縦型炉内においてキャパシタ誘電体膜５２ａに対して回復アニールを施す。この回復アニールにおける酸素流量は、例えば、酸素流量が２０リットル／分である。
【００９８】
次いで、TEOSガスを使用するプラズマCVD法により、第２の水素バリア絶縁膜５７上に酸化シリコン膜を約１５００nmの厚さに形成し、その酸化シリコン膜を第２の層間絶縁膜５８とする。
【００９９】
そして、CMP法により第２の層間絶縁膜５５の上面を平坦化した後、該第２の層間絶縁膜５５に対する脱水処理としてN2Oプラズマ処理を行う。このN2Oプラズマ処理では、基板温度が３５０℃に設定され、処理時間が２分とされる。
【０１００】
続いて、図１１に示すように、TEOSガスを使用するプラズマCVD法により、第１の層間絶縁膜５８の上にシリコン酸化膜を約１００nmの厚さに形成し、このシリコン酸化膜を第１のキャップ絶縁膜６１とする。
【０１０１】
CMP時に研磨パッドとの接触でついた第２の層間絶縁膜５８の上面の微細な傷（マイクロスクラッチ）は、この第１のキャップ絶縁膜６１によって埋め込まれる。したがって、第１のキャップ絶縁膜６１の上面は、マイクロスクラッチ等の微細な凹凸のない良好な平坦面となる。
【０１０２】
なお、この第１のキャップ絶縁膜６１を脱水するために窒素雰囲気中でアニールを行ってもよい。その場合、基板温度は３５０、処理時間は２分とされる。
【０１０３】
次いで、第１のキャップ絶縁膜６１の上にスパッタ法により第３の水素バリア絶縁膜６２としてアルミナ膜を厚さ約５０nmに形成する。
【０１０４】
この第３の水素バリア絶縁膜６２は、第１及び第２の水素バリア絶縁膜５５、５７と同様に、水素や水分等の還元性物質がキャパシタQに至るのを阻止し、キャパシタ誘電体膜５２ａが劣化するのを防止する役割を担う。
【０１０５】
また、上記のように第１のキャップ絶縁膜６１の上面の平坦性が良好なので、下地の凹凸に起因して第３の水素バリア絶縁膜６２の膜厚が局所的に薄くなるのが防止される。これにより、シリコン基板３０の全面にわたって第３の水素バリア絶縁膜６２の水素バリア性を維持することができるようになる。
【０１０６】
なお、第３の水素バリア絶縁膜６２はアルミナ膜に限定されない。第３の水素バリア絶縁膜６２としては、アルミナ膜、酸化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、酸化マグネシウム膜、及び酸化チタンマグネシウム膜のいずれかを形成し得る。
【０１０７】
次いで、TEOSガスを使用するプラズマCVD法により、第３の水素バリア絶縁膜６２の上に酸化シリコン膜を約１００nmの厚さに形成して、この酸化シリコン膜を第１のバッファ絶縁膜６３とする。
【０１０８】
その後に、N2Oプラズマ雰囲気中において、基板温度３５０℃、処理時間２分の条件で第１のバッファ絶縁膜６３をアニールして脱水する。
【０１０９】
次に、図１２に示すように、第１のバッファ絶縁膜６３の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して第２のレジストパターン６４とする。
【０１１０】
そして、第２のレジストパターン６４の窓６４ａを通じて第１のバッファ絶縁膜６３から第１の酸化防止絶縁膜４８までをRIEによりドライエッチングする。これにより、第１の導電性プラグ４７の上の各絶縁膜４８、４９、５７、５８、６１〜６３に第１のホール５８ａが形成される。
【０１１１】
そのエッチングでは、例えば、C4F8、O2、及びArの混合ガスがエッチングガスとして使用される。
【０１１２】
この後に、第２のレジストパターン６４は除去される。
【０１１３】
次に、図１３に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【０１１４】
まず、第１ホール５８ａの内面と第１のバッファ絶縁膜６３の上面に、グルー膜としてスパッタ法でチタン膜と窒化チタン膜とをそれぞれ厚さ約２０nm、５０nmに形成する。
【０１１５】
そして、このグルー膜の上にCVD法によりタングステン膜を形成することで、第１ホール５８ａをそのタングステン膜で完全に埋め込む。その後に、CMP法によりタングステン膜とグルー膜とを研磨し、これらの膜を第１ホール５８ａ内のみに第２の導電性プラグ６６として残す。
【０１１６】
次いで、酸化され易いタングステンを主材料とする第２の導電性プラグ６６の酸化を防止すべく、第２の導電性プラグ６６と第１のバッファ絶縁膜６３のそれぞれの上面に、第２の酸化防止絶縁膜６７としてCVD法により酸窒化シリコン膜を約１００nmの厚さに形成する。
【０１１７】
続いて、図１４に示すように、第２の酸化防止絶縁膜の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して第３のレジストパターン７０とする。図示のように、この第３のレジストパターン３０は、下部電極５１ａのコンタクト領域CR上と上部電極５３ａ上とに窓７０ａを有する。
【０１１８】
この後は、第３のレジストパターン７０をマスクにし、キャパシタQの上の各絶縁膜５８、６１〜６３、６７よりなる積層膜にホールを形成する工程に移る。
【０１１９】
この工程について、図２４及び図２５を参照しながら説明する。
【０１２０】
図２４及び図２５は、キャパシタQの近傍の拡大断面図である。
【０１２１】
まず、図２４（ａ）に示すように、第２の酸化防止絶縁膜６７と第１のバッファ絶縁膜６３とをRIEによりドライエッチングする。
【０１２２】
このとき、酸窒化シリコンよりなる第２の酸化防止絶縁膜６７と酸化シリコンよりなる第１のバッファ絶縁膜６３のエッチングガスとして、CF4、C4F8、及びArの混合ガスが使用される。
【０１２３】
また、本エッチングではホールのアスペクト比が緩いので、一般的な平行平板型プラズマエッチング装置が使用される。その場合、チャンバ内に導入されたエッチングガスには、プラズマ化のためのプラズマ化用高周波電力のみが印加され、プラズマを基板側に引き付けるためのバイアス用高周波電力は印加されない。このような装置は単周波型のプラズマエッチング装置とも呼ばれる。また、プラズマ化用高周波電力としては、例えば周波数が１３．５６MHzでパワーが１０００W高周波電力を使用し得る。
【０１２４】
なお、単周波型の装置に代えて、高アスペクト比のホール形成に適した二周波型のプラズマエッチング装置を使用してこのエッチングを行ってもよい。その場合、エッチングガスには、プラズマ化用高周波電力とバイアス用高周波電力の両方が印加される。
【０１２５】
これらの高周波電力の周波数とパワーは特に限定されない。例えば、プラズマ化用高周波電力については、周波数を２７．１２Hzとし、パワーを２０００Wとする。そして、バイアス用高周波電力については、周波数を８００KHzとし、パワーを９００Wとする。
【０１２６】
また、このような二周波型のプラズマエッチング装置を使用する場合は、エッチングガスとしてC4F8、O2、及びArの混合ガスが使用される。更に、このエッチングガスにCOを添加してもよい。
【０１２７】
既述のように、このようなドライエッチングをアルミナ等の絶縁性酸化金属膜よりなる第３の水素バリア絶縁膜６２に対して行うと、そのエッチング時にホール側面に付着した反応生成物によってホールの断面形状がテーパー状となってしまう。
【０１２８】
そのため、本実施形態では、このドライエッチングを第３の水素バリア絶縁膜６２の上で停止させる。
【０１２９】
なお、エッチングを停止させる位置は、図示のような第３の水素バリア絶縁膜６２の表面に限らず、その表面よりも僅かに高い位置であってもよい。その場合、第３の水素バリア絶縁膜６２の上に薄く残存する第１のバッファ絶縁膜６３は、フッ酸溶液を用いたウエットエッチングにより除去される。
【０１３０】
次いで、図２４（ｂ）に示すように、ウエットエッチングにより窓７０ａの下の第３の水素バリア絶縁膜６２を選択的に除去する。
【０１３１】
ウエットエッチングでは、ドライエッチングと比較して第３の水素バリア絶縁膜６２の側面６２ａに付着する反応性生物の量が少なく、側面６２ａの断面形状がテーパー状になり難い。
【０１３２】
この場合のエッチング液は特に限定されず、酸性溶液、中性溶液、アルカリ性溶液、及び塩溶液のいずれかをエッチング液として使用し得る。
【０１３３】
このうち、酸性溶液のエッチング液には次に挙げるものがある。
【０１３４】
・BHF（塩とフッ酸水溶液との混合溶液でpH調整がなされた緩衝フッ酸溶液）
・希HF溶液（水で希釈したフッ酸水溶液）
・FPM（フッ酸過酸化水素水溶液）
・SPM（硫酸過酸化水素水溶液）
・SC-2（塩酸過酸化水素水溶液）
・０．０１〜１０wt%程度に希釈した希HNO3溶液、希HCl溶液、希H2SO4溶液、希H3PO4溶液
一方、中性溶液としては、ハイドロキシルアミン含有溶液等のウエハ洗浄溶液を使用し得る。
【０１３５】
また、アルカリ性溶液としては、以下のものを使用し得る。
【０１３６】
・SC-1（アンモニア過酸化水素水溶液）
・レジスト剥離液（東京応化工業株式会社製のTOK106、EKCテクノロジー株式会社製のEKC265等）
・TMAH（水酸化テトラメチルアンモニウム溶液）等のレジスト現像液
そして、塩溶液としては、例えばフッ化アンモニウム溶液等を使用し得る。
【０１３７】
これらのエッチング液に対し、アルミナよりなる第３の水素バリア絶縁膜６２のエッチレートは、酸化シリコンよりなるバッファ絶縁膜６３のそれよりも速い。また、このウエットエッチングは等方的に進行する。よって、ウエットエッチングの結果、第３の水素バリア絶縁膜６２の側面６２ａは、バッファ絶縁膜６３の側面６３ａよりも後退することになる。
【０１３８】
次に、図２５（ａ）に示すように、窓７０ａを通じて第１のキャップ絶縁膜６１と第２の層間絶縁膜５８とをRIEによりドライエッチングする。
【０１３９】
既述のように、これらの絶縁膜５８、６１は酸化シリコン膜よりなり、そのエッチングガスとしては例えばC4F8、O2、及びArの混合ガスが使用される。
【０１４０】
なお、エッチングガスに印加されるプラズマ化用高周波電力とバイアス用高周波電力としては、第１のバッファ絶縁膜６３のエッチング時（図２４（ａ））と同じ周波数とパワーのものが使用される。
【０１４１】
また、前の工程でレジスト剥離液、ハイドロキシルアミン含有溶液、及び希H2SO4溶液のいずれかを使用したことで第３のレジストパターン７０が溶解した場合には、改めてレジストパターンを形成し、その後に本工程を行ってもよい。
【０１４２】
次いで、図２５（ｂ）に示すように、窓７０ａを通じて第１及び第２の水素バリア絶縁膜５５、５７をウエットエッチングする。これにより、上部電極５３ａと下部電極５１ａのコンタクト領域CRの上に、それぞれ第２及び第３のホール５８ｂ、５８ｃが形成される。
【０１４３】
このウエットエッチングのエッチング液は特に限定されず、第３の水素バリア絶縁膜６２のエッチング工程（図２４（ｂ））におけるのと同じエッチング液を使用し得る。
【０１４４】
このようにウエットエッチングで第１及び第２の水素バリア絶縁膜５５、５７を開口すると、ドライエッチングの場合のように各電極５１ａ、５３ａの電極材料がエッチング雰囲気に飛散しない。
【０１４５】
そのため、プラチナのように水分を還元する作用のある電極材料がホール５８ａ、５８ｂの内面に付着せず、電極材料によって第２の層間絶縁膜５８等に含まれる水分が還元して水素になるのを防止でき、水素によるキャパシタ誘電体膜５２ａの劣化を抑制できる。
【０１４６】
しかも、ドライエッチングと異なり、ウエットエッチングでは各電極５１ａ、５３ａを通じてキャパシタ誘電体膜５２ａにプラズマダメージが入らないので、キャパシタ誘電体膜５２ａの劣化を抑制することが可能になる。
【０１４７】
なお、第３の水素バリア絶縁膜６２のウエットエッチング（図２４（ｂ））と同様に、このウエットエッチングでも第１及び第２の水素バリア絶縁膜５５、５７の側面５５ａが後退する。
【０１４８】
ここまでの工程により、第１〜第３の水素バリア絶縁膜５５、５７、６３と第２の層間絶縁膜５８に、第２及び第３のホール５８ａ、５８ｂが形成される。
【０１４９】
本実施形態では、上記のように第１〜第３の水素バリア絶縁膜５５、５７、６３をウエットエッチングにより等方的にエッチングする。したがって、これらの水素バリア絶縁膜５５、５７、６３におけるホール５８ａ、５８ｂの直径は、第２の層間絶縁膜５８におけるそれよりも大きくなる。
【０１５０】
図１５は、この工程を終了した後における、二つの強誘電体キャパシタQを含む断面図である。
【０１５１】
この後に、エッチングのマスクに使用した第３のレジストパターン７０を除去する。
【０１５２】
続いて、図１６に示すように、ここまでの工程でキャパシタ誘電体膜５２ａが受けたダメージを回復させるたに、キャパシタ誘電体膜５２ａに対する回復アニールを縦型炉内で行う。この回復アニールは、酸素流量が２０リットル／分の酸素含有雰囲気において行われ、その条件は、例えば、基板温度５００℃、処理時間６０分である。
【０１５３】
このように酸素含有雰囲気中で回復アニールを行っても、第２の導電性プラグ６６は第２の酸化防止絶縁膜６７に覆われているので、第２の導電性プラグ６６が酸化してコンタクト不良を起こすのを防止できる。
【０１５４】
次に、図１７に示すように、第１のバッファ絶縁膜６３と第２の導電性プラグ６６のそれぞれの上面と、第２及び第３のホール５８ａ、５８ｂの内面に、金属積層膜（導電性材料）をパターニングしてなる一層目金属配線６９を形成する。
【０１５５】
このパターニングでは、金属積層膜のエッチング残渣を残さないようにオーバーエッチングが行われるが、第１のバッファ絶縁膜６３によってそのオーバーエッチングが吸収されるので、その下の第３の水素バリア絶縁膜６２にはエッチングが及ばない。そのため、第３の水素バリア絶縁膜６２がエッチングによって薄くならず、シリコン基板３０の全面において第３の水素バリア絶縁膜６２の水素バリア能力を維持することができる。
【０１５６】
なお、本実施形態では、その金属積層膜として、約１５０nmの厚さの窒化チタン膜、約５５０nmの厚さの銅含有アルミニウム膜、約５nmの厚さのチタン膜、及び約１５０nmの厚さの窒化チタン膜をスパッタ法でこの順に形成する。
【０１５７】
次いで、図１８に示すように、一層目金属配線６９と第１のバッファ絶縁膜６３とを覆う第４の水素バリア絶縁膜７１として、スパッタ法によりアルミナ膜を５nm〜３０nm、例えば２０nmの厚さに形成する。
【０１５８】
この第４の水素バリア絶縁膜７１は、水素や水分等の還元性物質をブロックしてキャパシタ誘電体膜５２ａを保護する機能を有する。このような機能を有する膜には、アルミナ膜の他に、酸化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、酸化マグネシウム膜、及び酸化チタンマグネシウム膜があり、これらのいずれかを第４の水素バリア絶縁膜７１として形成してもよい。
【０１５９】
なお、水素によるキャパシタ誘電体膜５２ａの劣化が問題にならない場合には、第４の水素バリア絶縁膜７１を省いてもよい。
【０１６０】
次に、図１９に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【０１６１】
まず、TEOSガスを使用するプラズマCVD法により、第４の水素バリア絶縁膜７１の上に第３の層間絶縁膜７２として酸化シリコン膜を形成する。この第３の層間絶縁膜７２の膜厚は、例えば一層目金属配線６９上で約２６００nmである。
【０１６２】
この後に、第３の層間絶縁膜７２の上面を平坦化すべくCMPにより該上面を研磨した後、基板温度約３５０℃、処理時間約４分の条件で、第３の層間絶縁膜７２の表面に対してN2Oプラズマ処理を行う。このようなN2Oプラズマ処理により、第３の層間絶縁膜７２が脱水されると共に、その表面が窒化されて水分の再吸着が防止される。
【０１６３】
次いで、TEOSガスを使用するプラズマCVD法により、第３の層間絶縁膜７２の上に第２のキャップ絶縁膜７３として酸化シリコン膜を厚さ約１００nmに形成する。
【０１６４】
ここで、第３の層間絶縁膜７２の上面には、CMPを行った際にCMP装置のパッドとの接触で発生したマイクロスクラッチが形成されているが、上記の第２のキャップ絶縁膜７３はこのマイクロスクラッチを埋め込んで平坦化する役割を担う。
【０１６５】
その後、この第２のキャップ絶縁膜７３の上に、キャパシタ誘電体膜５２ａを還元性物質から保護するための第５の水素バリア絶縁膜７４として、水素や水分等の還元性物質に対するブロック性に優れたアルミナ膜を厚さ約２０nmに形成する。
【０１６６】
なお、アルミナ膜に代えて、酸化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、酸化マグネシウム膜、及び酸化チタンマグネシウム膜のいずれかを第５の水素バリア絶縁膜７４として形成してもよい。
【０１６７】
更に、第５の水素バリア絶縁膜７４の上に、TEOSガスを使用するプラズマCVD法により第２のバッファ絶縁膜７５として酸化シリコン膜を約１００nmの厚さに形成する。
【０１６８】
なお、第２のバッファ絶縁膜７５の脱水と水分の再吸着の防止のためにN2Oプラズマ処理を行ってもよい。そのN2Oプラズマ処理は、例えば基板温度３５０℃、処理時間２分の条件で行われる。
【０１６９】
次いで、図２０に示すように、第２のバッファ絶縁膜７５の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより、一層目金属配線６９の上にホール形状の窓７６ａを備えた第４のレジストパターン７６を形成する。
【０１７０】
続いて、図２１に示すように、C4F8、Ar、及びO2の混合ガスをエッチングガスにするRIEにより、窓７６ａの下の各絶縁膜７１〜７５をエッチングすることにより、一層目金属配線６９の上に第４のホール７２ａを形成する。
【０１７１】
この後に、第４のレジストパターン７６は除去される。
【０１７２】
次に、図２２に示すように、第４のホール７２ａの内面と第２のバッファ絶縁膜７５の上面にスパッタ法により窒化チタン膜を厚さ約１５０nmに形成し、それをグルー膜８１とする。
【０１７３】
続いて、プラズマCVD法を用いて、このグルー膜８１の上に第４のホール７２ａを完全に埋め込む厚さ、例えば約６５０nmの厚さのタングステン膜を形成する。そして、このタングステン膜をエッチバックしてグルー膜８１の上面から除去し、第４のホール７２ａ内のみに残す。これにより、第４のホール７２ａ内には、一層目金属配線６９と電気的に接続され且つタングステンを主材料とする第３の導電性プラグ８０が形成されたことになる。
【０１７４】
なお、この例ではタングステン膜をエッチバックしたが、エッチバックに変えてCMPを採用してもよい。
【０１７５】
次に、図２３に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【０１７６】
まず、上記の第３の導電性プラグ８０とグルー膜８１のそれぞれの上面に、スパッタ法により金属積層膜を形成する。その金属積層膜は、例えば、下から厚さ約５５０nmの銅含有アルミニウム膜、厚さ約５nmのチタン膜、そして厚さ約１５０nmの窒化チタン膜である。
【０１７７】
その後に、フォトリソグラフィによりこの金属積層膜とグルー膜８１とをパターニングして、これらの膜で構成される二層目金属配線８２を第２のバッファ絶縁膜７５上に形成する。
【０１７８】
このパターニングでは、第２のバッファ絶縁膜７５上にエッチングの残膜を残さないために、上記の金属積層膜とグルー膜８１に対するエッチングをオーバーエッチとする。
【０１７９】
このようにオーバーエッチとしても、第５の水素バリア絶縁膜７４はバッファ絶縁膜７５で覆われているので、上記のパターニングの際に第５の水素バリア絶縁膜７４がエッチングされてその膜厚が薄くなるのが防止される。これにより、上記のパターニングを終了した後でも第５の水素バリア絶縁膜７４の厚さを十分に維持でき、水素等の還元性物質を第５の水素バリア絶縁膜７４で効果的にブロックすることができる。
【０１８０】
以上により、本実施形態に係る半導体装置の基本構造が完成した。
【０１８１】
上記した本実施形態によれば、図２４（ｂ）を参照して説明したように、キャパシタQ上に第２及び第３のホール５８ｂ、５８ｃを形成するとき、第３の水素バリア絶縁膜６２をウエットエッチングにより除去する。
【０１８２】
このウエットエッチングでは、エッチング液と第３の水素バリア絶縁膜６２との反応によって生成された反応生成物が、ホール５８ｂ、５８ｃの側面に留まらずにエッチング液中に拡散する。よって、RIEにより第３の水素バリア絶縁膜６２をエッチングする場合と比較して、ホール５８ｂ、５８ｃの側面に付着する反応生成物の量が低減されることになる。
【０１８３】
そのため、第２の層間絶縁膜５８をドライエッチングするとき（図５（ａ））に、その反応生成物に起因してホール５８ａ、５８ｃの断面形状がテーパー状になり難くなり、一層目金属配線６９（図１７参照）が各電極５１ａ、５３ａと広い面積で接触する。これにより、一層目金属配線６９と電極７１ａ、７３ａとの間のコンタクト抵抗の上昇が抑制され、半導体装置の歩留まりと長期信頼性とが向上する。
【０１８４】
また、ウエットエッチングでは、RIEと比較して第３の水素バリア絶縁膜６２をエッチングし易いので、各ホール５８ｂ、５８ｃを綺麗に形成することができる。
【０１８５】
図２６は、第３の水素バリア絶縁膜６２を省き、各絶縁膜５８、６１〜６３、６７をRIEによりドライエッチングして第２のホール５８ｂを複数形成して、各第２のホール５８ｂを上から見た場合のSEM像を基にして描いた平面図である。
【０１８６】
これに示されるように、第３の水素バリア絶縁膜６２がないと、RIEにより第２のホール５８ｂを綺麗に形成できる。このことから、第３の水素バリア絶縁膜６２をウエットエッチングする本実施形態でも、図２６のような綺麗な形状の第２のホール５８ｂが実際に得られると期待できる。
【０１８７】
図２７は、図２６と同一のサンプルについて、一層目金属配線６９と上部電極５３ａとの間のコンタクト抵抗の基板面内分布を調査して得られた図である。同図において、符号１〜１１、Ａ〜Ｋは、基板面内におけるチップの位置を示す座標である。
【０１８８】
これに示されるように、第３の水素バリア絶縁膜６２を形成しないサンプルでは、コンタクト抵抗は基板面内において略一様な値をとる。これは、図２６のように第２のホール５８ａが綺麗に形成されたことから、第２のホール５８ａ内に一層目金属配線６９（図１７参照）が良好に埋め込まれたためと考えられる。
【０１８９】
よって、第３の水素バリア絶縁膜６２をウエットエッチングする本実施形態でも、コンタクト抵抗がこれと同様に基板面内において一様になり、シリコン基板３０の全面から良質な半導体装置が得られると期待できる。
【０１９０】
一方、図２８は、RIEにより第３の水素バリア絶縁膜６２をドライエッチングし、第２のホール５８ｂを形成したサンプルについて、図２７と同じ調査をした場合に得られた調査結果を示す図である。
【０１９１】
図２８に示すように、このサンプルでは、図２７の場合と比較してコンタクト抵抗が基板面内で大きくばらついている。これは、RIEにより第３の水素バリア絶縁膜６２をドライエッチングしたことで、第２のホール５８ｂの形状がいびつになったためと考えられる。
【０１９２】
また、図２９は、第３の水素バリア絶縁膜６２を形成しない場合に、一層目金属配線６９と上部電極５３ａとの間のコンタクト抵抗を基板面内の８０箇所で平均したものを、４８枚のシリコン基板３０について調査して得られたグラフである。
【０１９３】
これに示されるように、第３の水素バリア絶縁膜６２を形成しないと、基板面内だけでなく複数の基板間でもコンタクト抵抗が一様となる。したがって、第３の水素バリア絶縁膜６２をウエットエッチングにより除去する本実施形態でも、図２９と同様にコンタクト抵抗が基板間で安定すると期待できる。
【０１９４】
一方、図３０は、第３の水素バリア絶縁膜６２を形成し、それをRIEによりドライエッチングして第２のホール５８ｂを形成した場合において、図２９と同じ調査をして得られたグラフである。
【０１９５】
図３０に示されるように、この場合は、コンタクト抵抗が上昇すると共に、基板間でコンタクト抵抗のばらつきが大きくなってしまう。これは、図２８で説明したように、RIEにより第３の水素バリア絶縁膜６２をドライエッチングしたことで第２のホール５８ｂの形状がいびつになったためと考えられる。
【０１９６】
ところで、本実施形態では、第２及び第３のホール５８ｂ、５８ｃがテーパー状になるのを防止する方法として、第３の水素バリア絶縁膜６２をウエットエッチングした。ホールがテーパー状になる原因としては、第３の水素バリア絶縁膜６２をエッチングするときに発生した反応生成物がホール５８ｂ、５８ｃに付着し、その反応生成物がエッチングのマスクになることが考えられる。
【０１９７】
したがって、第３の水素バリア絶縁膜６２のエッチングを、反応生成物がホール５８ｂ、５８ｃに付着し難いように、絶縁膜５８、６１、６３、６７とは異なるエッチング手法で行えば、本実施形態と同様にホール５８ｂ、５８ｃがテーパー状になるのを防止できる。
【０１９８】
以下に、そのようなエッチング手法の例について説明する。
【０１９９】
・第１例
図３１及び図３２は、第１例に係るホール５８ｂ、５８ｃの形成方法について説明するための断面図である。
【０２００】
本方法では、図３１（ａ）に示すように、図２４（ａ）と同様にしてRIEにより窓７０ａの下の第１のバッファ絶縁膜６３と酸化防止絶縁膜６７とをエッチングする。図２４（ａ）を参照して説明したように、このエッチングは単周波型と二周波型のどちらのプラズマエッチング装置を用いてもよい。
【０２０１】
次いで、図３１（ｂ）に示すように、第３のレジストパターン７０の窓７０ａを通じてアルゴンプラズマにより第３の水素バリア絶縁膜６２を物理的にスパッタエッチングする。
【０２０２】
このスパッタエッチングの条件は特に限定されない。本実施形態では、アルゴンガスを５０sccmの流量でICP (Inductively Coupled Plasma)プラズマエッチングチャンバ内に供給し、そのアルゴンガスを周波数が１３．５６Hzでパワーが２０００Wの高周波電力でプラズマ化する。そして、アルゴンプラズマを基板側に引き付けるバイアス用高周波電力として、周波数が４００Hzでパワーが１５００Wの高周波電力を用いる。なお、エッチング時間については、エッチレートや第３の水素バリア絶縁膜６２の膜厚を考慮して適宜調整すればよい。
【０２０３】
アルゴンプラズマのように希ガスのみからなるプラズマ雰囲気は、第３の水素バリア絶縁膜６２中のアルミナと化学反応を殆ど起こさない。したがって、このスパッタエッチングでは、ホール形状をテーパー状にする要因となる反応生成物が殆ど発生しない。
【０２０４】
また、そのプラズマ雰囲気として、希ガスと酸素ガスよりなるプラズマ雰囲気を採用してもよい。この場合は、有機物である第３のレジストパターン３０の表面が酸素によって酸化されるため、第３のレジストパターン３０に起因した反応生成物が二酸化炭素等の気体になってホール側面に付着し難くなる。そのため、第３のレジストパターン３０に由来してホール側面に付着する反応性生物が抑制され、ホール形状をテーパー状にする要因を更に少なくすることができる。
【０２０５】
或いは、希ガスと窒素ガスよりなるプラズマ雰囲気においてこのスパッタエッチングを行ってもよい。この場合は、第３のレジストパターン３０中の炭素がCNとなって揮発するため、上記と同様にホール側面に付着する反応生成物の量を低減できる。
【０２０６】
なお、このスパッタエッチングでは、点線で示されるように、アルゴンプラズマの物理的な作用によって第３のレジストパターン７０が若干エッチングされ、窓７０ａが僅かに変形してテーパー状になる。但し、その変形量は無視しうる程度に小さいので、これにより窓７０ａの下に形成されるホールの形状が顕著なテーパー状になることはない。
【０２０７】
次に、図３２（ａ）に示すように、図２５（ａ）と同様のエッチング条件により、窓７０ａを通じて第１のキャップ絶縁膜６１と第２の層間絶縁膜５８とをRIEによりドライエッチングする。
【０２０８】
そして、図３２（ｂ）に示すように、窓７０ａを通じて第１及び第２の水素バリア絶縁膜５５、５７をウエットエッチングし、上部電極５３ａと下部電極５１ａに第２及び第３のホール５８ｂ、５８ｃを形成する。
【０２０９】
このウエットエッチングで使用されるエッチング液としては、図２４（ｂ）の工程と同様に、酸性溶液、中性溶液、アルカリ性溶液、及び塩溶液のいずれかを使用し得る。
【０２１０】
以上により、本例におけるホール５８ｂ、５８ｃの形成を終了する。
【０２１１】
本例では、図３１（ｂ）を参照して説明したように、希ガスよりなるプラズマ雰囲気中で第３の水素バリア絶縁膜６２を物理的にスパッタエッチングする。そのため、RIEで第３の水素バリア絶縁膜６２をエッチングする場合のように、エッチング雰囲気との化学的な反応によって生成される反応生成物が殆ど発生せず、その反応生物に起因してホール５８ｂ、５８ｃがテーパー状になるのを抑制できる。
【０２１２】
また、第１及び第２の水素バリア絶縁膜５５、５７についてはウエットエッチングにより除去するので、エッチング時に電極５１ａ、５３ａの材料が飛散するのを防止できる。更に、このウエットエッチングによれば、ドライエッチングとは異なり、電極５１ａ、５３ａを通じてキャパシタ誘電体膜５２ａにプラズマダメージが入るのを防止できる。
【０２１３】
なお、このウエットエッチングは等方的に進行するので、第１及び第２の水素バリア絶縁膜５５、５７におけるホール５８ｂ、５８ｃの直径は、第２の層間絶縁膜５８のそれよりも大きくなる。これについては後述の第２、第３例でも同様である。
【０２１４】
・第２例
図３３及び図３４は、第２例に係るホール５８ｂ、５８ｃの形成方法について説明するための断面図である。
【０２１５】
本例では、図３３（ａ）に示すように、図２４（ａ）と同様のエッチング条件でRIEにより窓７０ａの下の第１のバッファ絶縁膜６３と酸化防止絶縁膜６７とをエッチングする。図２４（ａ）を参照して説明したように、このエッチングは単周波型と二周波型のどちらのプラズマエッチング装置を用いてもよい。
【０２１６】
次いで、図３３（ｂ）に示すように、第３のレジストパターン７０の窓７０ａを通じて水蒸気雰囲気中において第３の水素バリア絶縁膜６２をエッチングする。
【０２１７】
第３の水素バリア絶縁膜６２としてスパッタ法で形成されたアルミナ膜は、加熱された水や水蒸気に溶解するので、このような水蒸気エッチングが可能である。
【０２１８】
また、溶解したアルミナは、水蒸気と共に窓７０ａの外に運ばれるため、ホール形状をテーパー状にする要因となる反応生成物は第３の水素バリア絶縁膜６２の側面６２ａに殆ど付着しない。
【０２１９】
なお、このエッチングは等方的に進行するので、第３の水素バリア絶縁膜６２の側面６２ａは、第１のバッファ絶縁膜６３の側面６３ａよりも後退する。
【０２２０】
図３５は、このような水蒸気エッチングに使用されるエッチング装置の構成図である。
【０２２１】
このエッチング装置２００では、チャンバ２０１の下部に溜められた水が、ヒータ２０３によって加熱されて水蒸気となる。その水蒸気は、仕切り板２０４のスリット２０４ａを通って上昇し、これによりチャンバ２０１内が水蒸気雰囲気となる。これにより、ウエハトレイ２０２に複数枚載せられたシリコン基板３０に対し、上記のような水蒸気エッチングが行われる。
【０２２２】
また、このエッチング装置２００では、チャンバ２０１の内部を大気圧よりも高い圧力に加圧することができる。このように加圧した状態で水蒸気エッチングを行うと、大気圧下でのエッチングと比較してエッチレートを速めることができ、第３の水素バリア絶縁膜６２のエッチングを速やかに終了することができる。
【０２２３】
更に、このように加圧することで、大気圧下での水の沸点（１００℃）よりも高い温度で水蒸気エッチングを行うこともできる。本実施形態では、ヒータ２０３の温度を制御することにより、１００℃〜２００℃程度の温度の水蒸気雰囲気でエッチングを行う。
【０２２４】
なお、このようなエッチング装置２００を使用せず、室温（２０℃）よりも高い温度に加熱された水の中にシリコン基板３０を浸し、第３の水素バリア絶縁膜６２をエッチングするようにしてもよい。この場合、大気圧よりも高い圧力に加圧可能な容器内において水を加熱することにより、１００℃よりも高い温度の水の中でエッチングをし、エッチングレートを高めるようにしてもよい。但し、水の温度が高すぎるとキャパシタ誘電体膜５２ａが劣化するおそれがあるので、水の温度の上限は２００℃程度にするのが好ましい。
【０２２５】
また、エッチング装置２００の構成はこれに限定されず、別室で水を加熱して発生させた水蒸気をチャンバ２０１に導入してもよい。或いは、RIEチャンバ等のドライエッチングチャンバに水のバブリングによって水蒸気を供給し、そのドライエッチングチャンバ内において水蒸気エッチングを行ってもよい。
【０２２６】
次に、図３４（ａ）に示すように、図２５（ａ）と同様のエッチング条件で窓７０ａを通じて第１のキャップ絶縁膜６１と第２の層間絶縁膜５８とをRIEによりドライエッチングする。
【０２２７】
そして、図３４（ｂ）に示すように、窓７０ａを通じて第１及び第２の水素バリア絶縁膜５５、５７をウエットエッチングし、上部電極５３ａと下部電極５１ａのそれぞれの上に第２及び第３のホール５８ｂ、５８ｃを形成する。
【０２２８】
このウエットエッチングで使用されるエッチング液としては、図２４（ｂ）で第３の水素バリア絶縁膜６２をウエットエッチングするときと同じエッチング液を使用し得る。
【０２２９】
以上により、本例におけるホール５８ｂ、５８ｃの形成を終了する。
【０２３０】
本例によれば、図３３（ｂ）に示したように、水蒸気雰囲気中において第３の水素バリア絶縁膜６２をエッチングする。そのような水蒸気エッチングでは、第３の水素バリア絶縁膜６２から発生する反応生成物が水蒸気雰囲気中に逃げるので、反応生成物がホール内面に付着し難くなり、反応生成物によってホール５８ｂ、５８ｃがテーパー形状になるのを防止できる。
【０２３１】
また、この水蒸気エッチングは等方的に進行するので、第３の水素バリア絶縁膜６２におけるホール５８ｂ、５８ｃの直径は、第２の層間絶縁膜５８におけるそれよりも大きくなる。
【０２３２】
・第３例
図３６〜図３８は、第３例に係るホール５８ｂ、５８ｃの形成方法について説明するための断面図である。
【０２３３】
本例では、図３６（ａ）に示すように、図２４（ａ）と同様にして不図示のRIEチャンバ内で窓７０ａの下の第１のバッファ絶縁膜６３と酸化防止絶縁膜６７とをエッチングする。図２４（ａ）を参照して説明したように、このエッチングは単周波型と二周波型のどちらのプラズマエッチング装置を用いてもよい。
【０２３４】
次いで、図３６（ｂ）に示すように、上記のRIEチャンバを引き続き用いて、水素（H2）ガスとアルゴン（Ar）ガスからなるガスにエッチングガスを切り替えることにより、水素を含むプラズマ雰囲気に第３の水素バリア絶縁膜６２を曝す。
【０２３５】
第３の水素バリア絶縁膜６２は、アルミナ等の絶縁性酸化金属膜よりなるので、このように水素に曝すことで、窓７０ａの下ではアルミナが還元されてアルミニウム等の金属膜となる。
【０２３６】
このとき、RIEチャンバの基板載置台にバイアス用高周波電力を印加することにより、水素含有プラズマを基板側に引き込んで、プラズマによる第３の水素バリア絶縁膜６２の還元作用を促進させるようにしてもよい。但し、還元作用を促進させる必要がない場合には、バイアス用高周波電力を印加しなくてもよい。
【０２３７】
また、上記のような水素を含むプラズマ雰囲気に代えて、水を含むプラズマ雰囲気により、窓７０ａの下の第３の水素バリア絶縁膜６２を還元するようにしてもよい。
【０２３８】
次いで、図３７（ａ）に示すように、上記のRIEチャンバを引き続き用いて、塩素（Cl2）ガスとBCl3ガスからなるガスにエッチングガスを切り替える。
【０２３９】
上記のように、窓７０ａの下の第３の水素バリア絶縁膜６２は、還元されて金属膜となっているので、塩素のようなハロゲンを含むプラズマ雰囲気によって容易にエッチングされる。また、金属膜のエッチングでは、アルミナ等の絶縁性酸化金属膜のエッチングと比較してホール側面に付着する反応生成物を少なくすることができる。
【０２４０】
このとき、RIEチャンバの基板載置台にバイアス用高周波電力を印加することにより、塩素含有プラズマを基板側に引き込んで、プラズマによる第３の水素バリア絶縁膜６２のエッチング作用を促進させるようにしてもよい。但し、エッチング作用を促進させる必要がない場合には、バイアス用高周波電力を印加しなくてもよい。
【０２４１】
また、このときのエッチングガスは特に限定されず、C4F8、O2、Ar、及びCl2の混合ガス、或いはC4F8、O2、Ar、及びBCl3の混合ガスをそのエッチングガスとして使用してもよい。
【０２４２】
次に、図３７（ｂ）に示すように、上記のRIEチャンバを引き続き用いて、エッチングガスをC4F8、O2、及びArの混合ガスに切り替えて、第１のキャップ絶縁膜６１と第２の層間絶縁膜５８とをRIEによりドライエッチングする。
【０２４３】
そして、図３８に示すように、窓７０ａを通じて第１及び第２の水素バリア絶縁膜５５、５７をウエットエッチングし、上部電極５３ａと下部電極５１ａに第２及び第３のホール５８ｂ、５８ｃを形成する。
【０２４４】
このウエットエッチングで使用されるエッチング液としては、図２４（ｂ）の工程と同様に、酸性溶液、中性溶液、アルカリ性溶液、及び塩溶液のいずれかを使用し得る。
【０２４５】
以上により、本例におけるホール５８ｂ、５８ｃの形成を終了する。
【０２４６】
上記した本例によれば、図３６（ｂ）に示したように、水素を含むプラズマ雰囲気において第３の水素バリア絶縁膜６２を金属膜に還元する。金属膜は、酸化金属膜と比較して塩素等のハロゲンを含むエッチングガスとの反応性が高いので、図３７（ａ）の工程でRIEにより容易にエッチングすることができると共に、絶縁性酸化金属膜よりも反応生成物の量が少ない。これにより、ホール側面に付着した反応生成物によってホール５８ｂ、５８ｃがテーパー状になるのを防止できる。
【０２４７】
なお、水素含有プラズマに第３の水素バリア絶縁膜６２を曝す工程（図３６（ｂ））において、水素とハロゲンとを含むプラズマを用いてもよい。
【０２４８】
そのようなプラズマを生成するためのガスとしては、CHF3、O2、及びArの混合ガス、C4F8、O2、Ar、及びH2の混合ガス、Cl2、BCl3、及びCHF3の混合ガス、Cl2、BCl3、CHF3、及びArの混合ガスがある。
【０２４９】
この場合、プラズマ中の水素原子によって第３の水素バリア絶縁膜６２がアルミニウムに還元されるのと同時に、そのアルミニウムがフッ素や塩素等のハロゲンの作用によってエッチングされる。したがって、アルミニウムをエッチングするために第３の水素バリア絶縁膜６２を塩素含有プラズマに曝す工程（図３７（ａ））が不要となり、製造工程の簡略化が図られる。
【０２５０】
なお、本実施形態では、図１５に示したような強誘電体キャパシタQ上のホール５８ｂ、５８ｃの形成方法について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。本実施形態は、アルミナ膜等の絶縁性酸化金属膜を貫くホールを形成する工程に適用し得る。
【０２５１】
そのような工程としては、図１２のような第１の導電性プラグ４７の上に第１のホール５８ａを形成する工程がある。この工程に本実施形態を適用することで、アルミナ膜よりなる第２及び第３の水素バリア絶縁膜５７、６２から発生してホール側面に付着する反応生成物の量を低減でき、第１のホール５８ａがテーパー状になるのを防止できる。
【０２５２】
また、図２１のように、一層目金属配線６９の上に第４のホール７２ａを形成する工程に本実施形態を適用してもよい。この場合は、第４及び第５の水素バリア絶縁膜７１、７４に起因して第４のホール７２ａがテーパー状になるのを防止できる。
【０２５３】
（３）第２実施形態
本実施形態では、第１実施形態のプロセスをスタック型のFeRAMに適用する。スタック型のFeRAMでは、キャパシタの下部電極の直下に導電性プラグが形成されるため、キャパシタの占有面積を低減し易く、高集積化に有利である。
【０２５４】
図３９〜図５５は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。なお、これらの図において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０２５５】
この半導体装置を製造するには、まず、第１実施形態で説明した図６（ａ）〜図７（ｂ）の工程を行うことにより、図３９（ａ）に示すように第１の導電性プラグ４７が形成された構造を作製する。
【０２５６】
次いで、図３９（ｂ）に示すように、第１の導電性プラグ４７の酸化を防ぐ第１の酸化防止絶縁膜９２として、CVD法により酸窒化シリコン膜を厚さ約１００nmに形成する。
【０２５７】
なお、酸窒化シリコン膜に代えて窒化シリコン膜を第１の酸化防止絶縁膜９２として形成してもよい。
【０２５８】
更に、後述のキャパシタの下部電極との密着性を高めるべく、第１の酸化防止絶縁膜９２の上に酸化シリコン膜を厚さ約１００nmに形成し、その酸化シリコン膜を絶縁性密着膜９３とする。
【０２５９】
次に、図４０（ａ）に示すように、絶縁性密着膜９３の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して第１のレジストパターン９０とする。
【０２６０】
そして、その第１のレジストパターン９０が備える窓９０ａを通じて第１の酸化防止絶縁膜９２と絶縁性密着膜９３とをドライエッチングすることにより、第１ソース／ドレイン領域３９ａの上方のこれらの絶縁膜に開口９３ａを形成する。
【０２６１】
この後に、第１のレジストパターン９０は除去される。
【０２６２】
続いて、図４０（ｂ）に示すように、開口９３ａ内に第２の導電性プラグ９４を形成する。その第２の導電性プラグ９４は、チタン膜と窒化チタン膜との積層膜よりなるグルー膜と、タングステン膜とをこの順に形成してなり、その形成方法は第１の導電性プラグ４７と同様である。
【０２６３】
その後、基板温度３５０℃、処理時間２分の条件で、N2Oプラズマ処理により絶縁性密着膜９３の脱水と水分の再吸着防止を図る
次に、図４１に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【０２６４】
まず、絶縁性密着膜９３の上に、スパッタ法で厚さ約２０nmのチタン膜９５ｘを形成する。このチタン膜９５ｘは、自身の配向の作用によってその上方に形成される強誘電体膜の配向を揃える役割を果たす。
【０２６５】
次いで、チタン膜９５ｘの上に、スパッタ法により厚さ約１００nmの窒化チタンアルミニウム（TiAlN）膜９５ｙと厚さ約１００nmのイリジウム膜９５ｚとをこの順に形成し、これらの膜９５ｘ〜９５ｙを第１の導電膜９５とする。
【０２６６】
このように第１の導電膜９５中に窒化チタンアルミニウム膜９５ｙを形成することで、後述の酸素含有雰囲気中での回復アニールの際に酸素が酸化イリジウム膜９５ｚを透過しても、その酸素を窒化チタンアルミニウム膜９５ｙでブロックすることができる。これにより、回復アニールの際に、第２の導電性プラグ９４が酸化してコンタクト不良を起こすのを抑制できる。なお、窒化チタンアルミニウム膜９５ｙは、酸化しても導電性を保つので、このようにプラグ９４上で酸素をブロックする膜として好適である。
【０２６７】
次に、この第１の導電膜９５の上にMOCVD法によりPZT膜を厚さ約１２０nmに形成し、そのPZT膜を強誘電体膜９６とする。
【０２６８】
更に、強誘電体膜９６の上に、スパッタ法で第１の酸化イリジウム膜を厚さ約５０nmに形成し、この第１の酸化イリジウム膜に対して酸素含有雰囲気中でRTAを施す。そのRTAの条件は、例えば、基板温度が７２５℃で処理時間が６０秒である。また、アニール雰囲気には０．０２５リットル／分の酸素ガスが供給される。
【０２６９】
その後に、第１の酸化イリジウム膜の上にスパッタ法により第２の酸化イリジウム膜を厚さ約１００nmに形成し、これら第１及び第２の酸化イリジウム膜よりなる積層膜を第２の導電膜９７とする。
【０２７０】
そして、この第２の導電膜９７に対し、基板温度７００℃、酸素流量０．０２５リットル／分、処理時間６０秒の条件で、酸素含有雰囲気中においてRTAを行う。
【０２７１】
次いで、図４２に示すように、第２の導電膜９７の上に貴金属膜８８としてプラチナ膜をスパッタ法で厚さ約１００nmに形成し、更にその上に第１のマスク材料層９８としてスパッタ法により窒化チタン膜を厚さ約２００nmに形成する。
【０２７２】
そして、TEOSガスを用いるCVD法により、この第１のマスク材料層９８の上に酸化シリコン膜を厚さ約７００nmに形成し、この酸化シリコン膜を第２のマスク材料層９９とする。
【０２７３】
その後、第２のマスク材料層９９の上に、キャパシタ平面形状の第２のレジストパターン９１を形成する。
【０２７４】
次に、図４３に示すように、第２のレジストパターン９１をマスクにして第２のマスク材料層９９をエッチングし、第２のハードマスク９９ａを形成する。
【０２７５】
更に、図４４に示すように、第２のハードマスク９９ａをマスクにしながら第１のマスク材料層９８をエッチングすることにより、第１のハードマスク９８ａを形成する。第２のレジストパターン９１は、このエッチングの雰囲気に曝されることで膜減りし、エッチングの終了時には殆ど消失する。
【０２７６】
次いで、図４５に示すように、第１及び第２のハードマスク９８ａ、９９ａをマスクにしながら、第１の導電膜９５、強誘電体膜９６、第２の導電膜９７、及び貴金属膜８８を一括エッチングする。これにより、下部電極９５ａ、キャパシタ誘電体膜９６ａ、上部電極９７ａ、及び貴金属膜８８をこの順に積層してなるキャパシタQが図示のように形成される。
【０２７７】
このキャパシタQが備える下部電極９５ａは、その直下の第２の導電性プラグ９４と直接接続されており、更にその下の第１の導電性プラグ９０を介して第１ソース／ドレイン領域３９ａと電気的に接続される。
【０２７８】
続いて、図４６に示すように、第１及び第２のハードマスク９８ａ、９９ａをドライエッチングとウエットエッチングによって除去する。
【０２７９】
そして、ここまでの工程においてキャパシタ誘電体膜９６ａが受けたダメージを回復するため、酸素含有雰囲気となっている縦型炉においてキャパシタ誘電体膜９６ａに対して回復アニールを行う。その回復アニールの条件は特に限定されない。本実施形態では、基板温度３５０℃、酸素流量２０リットル／分、処理時間４０分の条件でそのアニールを行う。
【０２８０】
次に、図４７に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【０２８１】
まず、シリコン基板３０の上側全面に、水分や水素等の還元性物質からキャパシタ誘電体膜９６ａを保護するために、第１の水素バリア絶縁膜１００としてアルミナ膜をALD(Atomic Layer Deposition)法で厚さ約５０nmに形成する。
【０２８２】
第１の水素バリア絶縁膜１００はアルミナ膜に限定されない。アルミナ膜に代えて、酸化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、酸化マグネシウム膜、及び酸化チタンマグネシウム膜のいずれかを第１の水素バリア絶縁膜１００として形成してもよい。
【０２８３】
次いで、この第１の水素バリア絶縁膜１００の上に、第２の層間絶縁膜１０１として酸化シリコン膜を約１５００nmの厚さに形成する。この酸化シリコン膜は、隣接するキャパシタQ間の狭い空間を埋め込むため、埋め込み特性に優れたHDPCVD(High Density Plasma CVD)法で形成するのが好ましい。
【０２８４】
そして、この第２の層間絶縁膜１０１の上面をCMP法により研磨して平坦化した後、第２の層間絶縁膜１０１の上にALD法でアルミナ膜を約５０nmの厚さに形成し、そのアルミナ膜を第２の水素バリア絶縁膜１０２とする。
【０２８５】
その第２の水素バリア絶縁膜１０２は、第１の水素バリア絶縁膜１００と同様に、還元性物質からキャパシタ誘電体膜９６ａを保護する機能を有する。このような機能を有する膜としては、アルミナ膜の他に、酸化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、酸化マグネシウム膜、及び酸化チタンマグネシウム膜があり、これらの膜を第２の水素バリア絶縁膜１０２として形成してもよい。
【０２８６】
その後に、第２の水素バリア絶縁膜１０２の上に、バッファ絶縁膜１０３として厚さが約１００nmの酸化シリコン膜を形成する。その酸化シリコン膜は、例えばHDPCVD法により形成され得る。
【０２８７】
次いで、図４８に示すように、バッファ絶縁膜１０３の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して第３のレジストパターン１０５を形成する。
【０２８８】
そして、この第３のレジストパターン１０５をマスクにしてバッファ絶縁膜１０３から第１の酸化防止絶縁膜９２までをエッチングすることにより、第１の導電性プラグ４７の上のこれらの絶縁膜に第２のホール１０７を形成する。
【０２８９】
その後に、第３のレジストパターン１０５は除去される。
【０２９０】
次に、図４９に示すように、第２のホール１０７内とバッファ絶縁膜１０３上とにスパッタ法でグルー膜として厚さ約２０nmのチタン膜と厚さ約５０nmの窒化チタン膜をこの順に形成する。更に、このグルー膜の上にCVD法によりタングステン膜を形成し、そのタングステン膜で第２のホール１０７を完全に埋め込む。そのタングステン膜は、バッファ絶縁膜１０３上で例えば５００nmの厚さを有する。
【０２９１】
そして、バッファ絶縁膜１０３上の余分なグルー膜とタングステン膜とをCMP法により研磨して除去し、これらの膜を第２のホール１０７内にのみ第３の導電性プラグ１０８として残す。第３の導電性プラグ１０８は、その下の第１の導電性プラグ４７に直接接続される。
【０２９２】
その第３の導電性プラグ１０８は、酸化され易いタングステンを主成分とするので、半導体装置の製造途中で酸化してコンタクト不良を起こし易い。
【０２９３】
そこで、次の工程では、図５０に示すように、第３の導電性プラグ１０８とバッファ絶縁膜１０３のそれぞれの上に第２の酸化防止絶縁膜１１０としてCVD法により酸窒化シリコン膜を厚さ約１００nmに形成し、酸素含有雰囲気から第３の導電性プラグ１０８を保護するようにする。
【０２９４】
次いで、図５１に示すように、第２の酸化防止絶縁膜１１０の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して第４のレジストパターン１１１を形成する。
【０２９５】
図示のように、この第４のレジストパターン１１１は、キャパシタQの上方に窓１１１ａを有する。
【０２９６】
そして、図５２に示すように、その窓１１１ａを通じて第２の酸化防止絶縁膜１１０とその下の各絶縁膜１００〜１０３をエッチングし、これらの絶縁膜に第３のホール１１２を形成する。
【０２９７】
このエッチングは、反応生成物が発生し易いアルミナを含む第２の水素バリア絶縁膜１０２を貫いて行われる。したがって、C4F8等のフッ素系ガスを含む酸化シリコン用のエッチングガスを用いたのでは、第２の水素バリア絶縁膜１０２をエッチングするときに反応生成物がホール側面に付着し、それにより第３のホール１１２がテーパー状になってしまう。
【０２９８】
そこで、本実施形態では、第１実施形態の図１５の工程で第１のホール５８ａを形成する場合と同じエッチング方法を用いることで、反応生成物がホール側面に付着するのを抑制しながら、第３のホール１１２を形成する。
【０２９９】
そのエッチング方法では、第１実施形態で説明したように、第２の水素バリア絶縁膜１０２をウエットエッチングによりエッチングする。この場合のエッチング液としては、第１実施形態で挙げた酸性溶液、中性溶液、アルカリ性溶液、及び塩溶液のいずれかがある。
【０３００】
また、第１実施形態の第１例や第２例のように、第２の水素バリア絶縁膜１０２をスパッタエッチング又は水蒸気エッチングしてもよい。
【０３０１】
更に、第１実施形態の第３例のように、第２の水素バリア絶縁膜１０２中のアルミナを水素により還元してアルミニウムにした後、塩素を含むエッチング雰囲気中でそのアルミニウムをエッチングしてもよい。
【０３０２】
これらのエッチング方法を用いることで、反応生成物によって第３のホール１１２がテーパー状になるのを防止することができる。
【０３０３】
また、第１の水素バリア絶縁膜１００についても、第１実施形態と同じようにしてウエットエッチングを行う。これにより、RIEによるドライエッチングを行う場合のようなプラズマダメージが上部電極９７ａを通じてキャパシタ誘電体膜９６ａに入らなくなる。更に、上部電極９７ａの材料がプラズマエッチング雰囲気に飛散することもないので、第２の層間絶縁膜１０１に含まれる残留水分が飛散した電極材料によって水素に還元されず、その水素によるキャパシタ誘電体膜９６ａの劣化も防止できる。
【０３０４】
この後に、エッチングのマスクに用いた第４のレジストパターン１１１は除去される。
【０３０５】
次いで、図５３に示すように、ここまでの工程でキャパシタ誘電体膜９６ａが受けたダメージを回復させるために、縦型炉を用いて酸素含有雰囲気中においてキャパシタ誘電体膜９６ａに対して回復アニールを行う。
【０３０６】
その回復アニールの条件は、例えば、基板温度５００℃、酸素ガス流量２０リットル／分、及び処理時間６０分である。
【０３０７】
このように酸素含有雰囲気でアニールを行っても、第３の導電性プラグ１０８は第２の酸化防止絶縁膜１１０で保護されているため、タングステンを主にして構成される第３の導電性プラグ１０８が酸化してコンタクト不良が発生することはない。
【０３０８】
続いて、図５４に示すように、酸窒化シリコンよりなる第２の酸化防止絶縁膜１１０をRIEによりエッチバックして除去する。
【０３０９】
そして、第３のホール１１２の内面とバッファ絶縁膜１０３の上面にグルー膜とタングステン膜とをこの順に形成した後、これらの膜をCMPにより研磨して第３のホール１１２内に第４の導電性プラグ（導電性材料）１１７として残す。そのグルー膜として、例えば、スパッタ法により厚さ約２０nmのチタン膜と厚さ約５０nmの窒化チタン膜とをこの順に形成する。
【０３１０】
次に、図５５に示すように、第４の導電性プラグ１１７とバッファ絶縁膜１０３のそれぞれの上にスパッタ法で金属積層膜を形成し、その金属積層膜をパターニングして一層目金属配線１２０を形成する。その金属積層膜は、下から順に約５５０nmの厚さの銅含有アルミニウム膜、約５nmの厚さのチタン膜、及び約１５０nmの厚さの窒化チタン膜である。
【０３１１】
ここで、バッファ絶縁膜１０３を形成したことにより、上記の金属積層膜をパターニングするときのエッチングが第２の水素バリア絶縁膜１０２に及ばず、第２の水素バリア絶縁膜の膜厚と水素バリア能力とを維持することができる。
【０３１２】
そして、基板温度３５０℃、処理時間３０分、窒素流量２０リットル／分の条件で、窒素雰囲気中でバッファ絶縁膜１０３をアニールして脱水する。
【０３１３】
その後、バッファ絶縁膜１０３と一層目金属配線１２０のそれぞれの上に第３の水素バリア絶縁膜１２１としてALD法によりアルミナ膜を厚さ約２０nmに形成する。
【０３１４】
第３の水素バリア絶縁膜１２１は、水素等の還元性物質からキャパシタ誘電体膜９６ａを保護するものである。このような機能を有する膜としては、アルミナ膜の他に、酸化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、酸化マグネシウム膜、及び酸化チタンマグネシウム膜があり、これらのいずれかを第３の水素バリア絶縁膜１２１として形成してもよい。
【０３１５】
この後は、層間絶縁膜と金属配線とを交互に積層して多層配線構造を形成する工程が行われるが、その詳細については省略する。
【０３１６】
以上により、本実施形態に係る半導体装置の基本構造が完成した。
【０３１７】
上記した本実施形態では、図５２の工程で第３のホール１１２を形成するとき、第１実施形態で説明したエッチング方法を採用するので、第２の水素バリア絶縁膜１０２から出る反応生成物によって第３のホール１１２がテーパー状になるのを防止できる。
【０３１８】
これにより、第３のホール１１２の底部において、第４の導電性プラグ１１７（図５４参照）と貴金属膜８８との接触面積を十分広く確保することができ、これらの間のコンタクト抵抗が上昇するのを防止できる。
【０３１９】
（４）第３実施形態
第１実施形態では、図７（ａ）を参照して説明したように、コンタクトホール４５ａを形成するためのエッチングとして、RIEによるドライエッチングを採用した。
【０３２０】
図５６は、このようにドライエッチングにより形成したコンタクトホール４５ａ付近の拡大断面図である。
【０３２１】
このドライエッチングでは、コンタクトホール４５ａを未開口にすべく、オーバーエッチングが行われる。ところが、オーバーエッチングの結果、コンタクトホール４５ａの底部４５ｘが高融点金属シリサイド層４１を突き抜けるおそれがある。
【０３２２】
特に、RIE等のドライエッチングでは、エッチレートが基板面内で均一でないため、底部４５ｘの突き抜け量が基板面内でばらつくことがある。こうなると、コンタクトホール４５ａ内に形成される第１の導電性プラグ４７（図７（ｂ）参照）とソース／ドレイン領域３９ａ〜３９ｃとのコンタクト抵抗が、シリコン基板３０の面内でばらつくという問題が発生する。
【０３２３】
このような問題に鑑み、本実施形態では以下のようにしてコンタクトホール４５ａを形成する。
【０３２４】
図５７及び図５８は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。なお、これらの図において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０３２５】
その半導体装置を製造するには、まず、図５７（ａ）に示すように、第１実施形態に従うことにより、第１の層間絶縁膜４５の上に第１のレジストパターン４６を形成する。
【０３２６】
次いで、図５７（ｂ）に示すように、第１のレジストパターン４６の窓４６ａを通じて第１の層間絶縁膜４５をドライエッチングし、第１〜第３ソース／ドレイン領域３９ａ〜３９ｃと配線３６の上にコンタクトホール４６ａを形成する。
【０３２７】
このドライエッチングはRIEにより行われ、C4F8、O2、及びArの混合ガスがエッチングガスとして使用される。
【０３２８】
また、このドライエッチングではカバー絶縁膜４４がストッパとなり、カバー絶縁膜４４の上でエッチングが停止する。
【０３２９】
続いて、図５８（ａ）に示すように、燐酸溶液を用いるウエットエッチングにより、コンタクトホール４６ａを通じて酸窒化シリコンよりなるカバー絶縁膜４４をエッチングし、開口４４ａを形成する。
【０３３０】
燐酸溶液に対して酸窒化シリコンは酸化シリコンよりもエッチレートが高く、またウエットエッチングは等方的に進行する。
【０３３１】
そのため、点線円内に示すように、酸窒化シリコンよりなるカバー絶縁膜４４が選択的にエッチングされると共に、エッチングが横方向に進行し、開口４４ａの直径がコンタクトホール４５ａのそれよりも大きくなる。これについては、カバー絶縁膜４４として窒化シリコン膜を形成する場合でも同様である。
【０３３２】
また、燐酸溶液を用いたウエットエッチングでは、コバルトシリサイド層等の高融点金属シリサイド層４１は実質的にエッチングされない。よって、開口４４ａが高融点金属シリサイド層４１を突き抜けて形成されるおそれはない。
【０３３３】
エッチング液は燐酸溶液に限定されず、HCl溶液又はH2SO4溶液でカバー絶縁膜４４をウエットエッチングしてもよい。或いは、酸化シリコンよりなる第１の層間絶縁膜４５がエッチングされても問題ない場合は、エッチング液としてフッ酸溶液を用いてもよい。
【０３３４】
この後に、第１のレジストパターン４６は除去される。
【０３３５】
なお、ウエットエッチングにより開口４４ａを形成するときには、第１の層間絶縁膜４５がマスクになるので、第１のレジストパターン４６をマスクとして残しておく必要はない。したがって、開口４４ａの形成前に第１のレジストパターン４６を除去するようにしてもよい。
【０３３６】
次に、図５８（ａ）に示すように、第１実施形態と同じ工程を行うことにより、コンタクトホール４５ａ内にタングステンを主にしてなる第１の導電性プラグ４７を形成する。
【０３３７】
この後の工程は特に限定されない。例えば、第１実施形態又は第２実施形態に従ってFeRAMの強誘電体キャパシタを形成してもよいし、ロジック製品等のロジック回路を形成してもよい。
【０３３８】
以上により、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の主要工程を終了する。
【０３３９】
上記した本実施形態では、図５８に示したように、ウエットエッチングによりカバー絶縁膜４４をエッチングして開口４４ａを形成するので、ドライエッチングを用いる場合のように開口４４ａが高融点金属シリサイド層４１を突き抜ける心配がない。
【０３４０】
したがって、高融点金属シリサイド層４１と第１の導電性プラグ４７との接触面積が基板面内で安定し、これらの間のコンタクト抵抗が基板面内でばらつくのを抑制することが可能となる。
【０３４１】
以下に、本発明の諸態様を付記にまとめる。
【０３４２】
（付記１）  半導体基板の上方に第１の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の層間絶縁膜の上方に強誘電体キャパシタを形成する工程と、
前記強誘電体キャパシタの上方に、水素バリア絶縁膜と第２の層間絶縁膜とを有する積層膜を形成する工程と、
エッチングにより前記積層膜にホールを形成する工程と、
前記ホール内に導電性材料を埋め込む工程とを有し、
前記ホールを形成する工程において、前記水素バリア絶縁膜のエッチングを、前記第２の層間絶縁膜のエッチングとは異なるエッチング手法で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０３４３】
（付記２）  前記水素バリア絶縁膜のエッチングは、ウエットエッチングにより行われることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【０３４４】
（付記３）  前記ウエットエッチングは、酸性溶液、中性溶液、アルカリ性溶液、及び塩溶液のいずれかにより前記水素バリア絶縁膜をエッチングして行われることを特徴とする付記２に記載の半導体装置の製造方法。
【０３４５】
（付記４）  前記上部電極と前記下部電極の少なくとも一方の上面の上に前記絶縁性水素バリア絶縁膜を形成し、
前記上部電極と前記下部電極の少なくとも一方の上に前記ホールを形成することを特徴とする付記２に記載の半導体装置の製造方法。
【０３４６】
（付記５）  前記水素バリア絶縁膜のエッチングは、室温よりも高温に加熱された水又は水蒸気により前記水素バリア絶縁膜を溶解して行われることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【０３４７】
（付記６）  大気圧よりも高い圧力下において、前記水蒸気に前記水素バリア絶縁膜を溶解させることを特徴とする付記５に記載の半導体装置の製造方法。
【０３４８】
（付記７）  前記水素バリア絶縁膜のエッチングは、希ガスよりなるプラズマ雰囲気中でのスパッタエッチングにより行われることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【０３４９】
（付記８）  前記水素バリア絶縁膜のエッチングは、希ガスと酸素ガスよりなるプラズマ雰囲気中、又は希ガスと窒素ガスよりなるプラズマ雰囲気中でのスパッタエッチングにより行われることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【０３５０】
（付記９）  前記水素バリア絶縁膜のエッチングは、水素又は水を含むプラズマ雰囲気に前記水素バリア絶縁膜を曝し、次いでハロゲンを含むプラズマ雰囲気に前記水素絶縁膜を曝して行われることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【０３５１】
（付記１０）  前記水素バリア絶縁膜のエッチングは、水素とハロゲンとを含むプラズマに前記水素バリア絶縁膜を曝して行われることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【０３５２】
（付記１１）  前記強誘電体キャパシタの上方に配線を形成する工程を更に有すると共に、
前記配線の上に前記積層膜の前記ホールを形成することを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【０３５３】
（付記１２）  前記水素バリア絶縁膜は、絶縁性酸化金属膜であることを特徴とする付記１〜付記１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【０３５４】
（付記１３）  前記絶縁性酸化金属膜は、アルミナ膜、酸化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、酸化マグネシウム膜、及び酸化チタンマグネシウム膜のいずれかであることを特徴とする付記１２に記載の半導体装置の製造方法。
【０３５５】
（付記１４）  半導体基板にトランジスタを形成する工程と、
前記半導体基板の上方に、前記トランジスタを覆うカバー絶縁膜を形成する工程と、
前記カバー絶縁膜の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
エッチングにより前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールを通じて前記カバー絶縁膜をウエットエッチングすることにより、前記カバー絶縁膜に開口を形成する工程と、
前記コンタクトホールと前記開口とに導電性材料を埋め込む工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０３５６】
（付記１５）  前記半導体基板の表層に高融点金属シリサイド層を形成する工程を更に有し、
前記高融点金属シリサイド層の上に前記開口を形成することを特徴とする付記１４に記載の半導体装置の製造方法。
【０３５７】
（付記１６）  半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成された第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜の上方に形成された強誘電体キャパシタと、
前記強誘電体キャパシタの上方に形成されたと共に、水素バリア絶縁膜と第２の層間絶縁膜とを備え、ホールが形成された積層膜と、
前記ホールに埋め込まれた導電性材料とを有し、
前記水素バリア絶縁膜における前記ホールの直径が、前記第２の層間絶縁膜における前記ホールの直径よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【０３５８】
（付記１７）  半導体基板に形成されたトランジスタと、
前記トランジスタを覆うと共に、開口が形成されたカバー絶縁膜と、
前記カバー絶縁膜の上に形成され、前記開口の上にホールが形成された層間絶縁膜と、
前記ホールと前記開口に埋め込まれた導電性材料とを有し、
前記開口の直径が、前記ホールの直径よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【図面の簡単な説明】
【０３５９】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、調査に使用されたサンプルの製造途中の断面図（その１）である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、調査に使用されたサンプルの製造途中の断面図（その２）である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、調査に使用されたサンプルの製造途中の断面図（その３）である。
【図４】図４は、調査に使用されたサンプルの製造途中の断面図（その４）である。
【図５】図５は、調査で使用したサンプルのホールを上から見た場合のSEM像を基にして描いた平面図である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その３）である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その４）である。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その５）である。
【図１１】図１１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その６）である。
【図１２】図１２は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その７）である。
【図１３】図１３は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その８）である。
【図１４】図１４は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その９）である。
【図１５】図１５は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１０）である。
【図１６】図１６は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１１）である。
【図１７】図１７は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１２）である。
【図１８】図１８は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１３）である。
【図１９】図１９は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１４）である。
【図２０】図２０は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１５）である。
【図２１】図２１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１６）である。
【図２２】図２２は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１７）である。
【図２３】図２３は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１８）である。
【図２４】図２４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態において、キャパシタの上にホールを形成するときの拡大断面図（その１）である。
【図２５】図２５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態において、キャパシタの上にホールを形成するときの拡大断面図（その２）である。
【図２６】図２６は、本発明の第１実施形態において、第３の水素バリア絶縁膜を省き、RIEにより第２のホールを形成してそれを上から見た場合のSEM像を基にして描いた平面図である。
【図２７】図２７は、図２６と同一のサンプルについて、一層目金属配線と上部電極との間のコンタクト抵抗の基板面内分布を調査して得られた図である。
【図２８】図２８は、本発明の第１実施形態において、RIEにより第３の水素バリア絶縁膜をドライエッチングして第２のホールを形成したサンプルについて、図２７と同じ調査をした場合に得られた調査結果を示す図である。
【図２９】図２９は、本発明の第１実施形態において、第３の水素バリア絶縁膜を形成しない場合に、一層目金属配線と上部電極との間のコンタクト抵抗を基板面内の８０箇所で平均したものを、４８枚のシリコン基板について調査して得られたグラフである。
【図３０】図３０は、第３の水素バリア絶縁膜を形成し、それをRIEによりドライエッチングして第２のホールを形成した場合において、図２９と同じ調査をして得られたグラフである。
【図３１】図３１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態の第１例に係るホールの形成方法について説明するための断面図（その１）である。
【図３２】図３２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態の第１例に係るホールの形成方法について説明するための断面図（その２）である。
【図３３】図３３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態の第２例に係るホールの形成方法について説明するための断面図（その１）である。
【図３４】図３４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態の第１例に係るホールの形成方法について説明するための断面図（その２）である。
【図３５】図３５は、本発明の第１実施形態において、水蒸気エッチングに使用されるエッチング装置の構成図である。
【図３６】図３６（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態の第３例に係るホールの形成方法について説明するための断面図（その１）である。
【図３７】図３７（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態の第３例に係るホールの形成方法について説明するための断面図（その２）である。
【図３８】図３８は、本発明の第１実施形態の第３例に係るホールの形成方法について説明するための断面図（その３）である。
【図３９】図３９（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図４０】図４０（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。
【図４１】図４１は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その３）である。
【図４２】図４２は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その４）である。
【図４３】図４３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その５）である。
【図４４】図４４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その６）である。
【図４５】図４５は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その７）である。
【図４６】図４６は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その８）である。
【図４７】図４７は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その９）である。
【図４８】図４８は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１０）である。
【図４９】図４９は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１１）である。
【図５０】図５０は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１２）である。
【図５１】図５１は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１３）である。
【図５２】図５２は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１４）である。
【図５３】図５３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１５）である。
【図５４】図５４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１６）である。
【図５５】図５５は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１７）である。
【図５６】図５６は、ドライエッチングにより形成したコンタクトホール付近の拡大断面図である。
【図５７】図５７（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図５８】図５８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。
【符号の説明】
【０３６０】
１…下地絶縁膜、２…アルミナ膜、３…下部電極、４…キャパシタ誘電体膜、５…上部電極、６、７…第１及び第２水素バリア絶縁膜、８…層間絶縁膜、９…第３の水素バリア絶縁膜、９ａ…側面、１０…バッファ絶縁膜、１１…レジストパターン、１１ａ…窓、１３、１４…第１及び第２のホール、１５…導電性プラグ、３０…シリコン基板、３１…素子分離絶縁膜、３２、３３…第１、第２pウェル、３４…ゲート絶縁膜、３５…ゲート電極、３６…配線、３７ａ〜３７ｃ…第１〜第３ソース／ドレインエクステンション、３８…絶縁性サイドウォール、３９ａ〜３９ｃ…第１〜第３ソース／ドレイン領域、４４…カバー絶縁膜、４５…第１の層間絶縁膜、４５ａ…コンタクトホール、４６…第１のレジストパターン、４６ａ…窓、４７…第１の導電性プラグ、４８…第１の酸化防止絶縁膜、５１…第１の導電膜、５１ａ…下部電極、５２…強誘電体膜、５２ａ…キャパシタ誘電体膜、５３…第２の導電膜、５３ａ…上部電極、５５…第１の水素バリア絶縁膜、５７…第２の水素バリア絶縁膜、５８…第２の層間絶縁膜、５８ａ〜５８ｃ…第１〜第３のホール、６１…第１のキャップ絶縁膜、６２…水素バリア絶縁膜、６３…第１のバッファ絶縁膜、６４…第２のレジストパターン、６４ａ…窓、６６…第２の導電性プラグ、６７…第２の酸化防止絶縁膜、６９…一層目金属配線、７０…第３のレジストパターン、７０ａ…窓、７１…第４の水素バリア絶縁膜、７２…第３の層間絶縁膜、７２ａ…第４のホール、７３…第２のキャップ絶縁膜、７４…第５の水素バリア絶縁膜、７５…第２のバッファ絶縁膜、７６…第４のレジストパターン、７６ａ…窓、８０…導電性プラグ、８１…グルー膜、８２…二層目金属配線、８８…貴金属膜、９０…第１のレジストパターン、９０ａ…窓、９１…第２のレジストパターン、９２…第１の酸化防止絶縁膜、９３…絶縁性密着膜、９５…第１の導電膜、９５ａ…下部電極、９５ｘ…チタン膜、９５ｙ…窒化チタンアルミニウム膜、９５ｚ…イリジウム膜、９６…強誘電体膜、９６ａ…キャパシタ誘電体膜、９７…第２の導電膜、９７ａ…上部電極、９８…第１のマスク材料層、９８ａ…第１のハードマスク、９９…第２のマスク材料層、９９ａ…第２のハードマスク、１００…第１の水素バリア絶縁膜、１０１…第２の層間絶縁膜、１０３…バッファ絶縁膜、１０５…第３のレジストパターン、１０７…第２のホール、１０８…第３の導電性プラグ、１１０…第２の酸化防止絶縁膜、１１１…第４のレジストパターン、１１１ａ…窓、１１２…第３のホール、１１７…第４の導電性プラグ、１２０…一層目金属配線、１２１…第３の水素バリア絶縁膜、２００…エッチング装置、２０１…チャンバ、２０２…ウエハトレイ、２０３…ヒータ、２０４…仕切り板、２０４ａ…スリット。
【図１】
0005326361.tif 000002
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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