(57)【要約】【課題】高温かつ長時間の熱工程を経ても、酸化されないコンタクトプラグを備えた半導体装置とその製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板上にトランジスタを形成し、前記トランジスタ及び前記半導体基板を覆う層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜にこれを貫通する、１つ以上のコンタクトホールを開口し、前記コンタクトホールの側面に、酸化性ガスが拡散するのを防ぐ、絶縁性の酸化性ガス拡散防止膜を成膜し、前記酸化性ガス拡散防止膜の内側に、前記トランジスタの端子とコンタクトするコンタクトプラグ本体を埋め込んで、前記層間絶縁膜から発生する酸化性ガスが前記酸化性ガス拡散防止膜によって前記コンタクトプラグ本体に拡散するのを防止可能な構成を作り、この後、前記層間絶縁膜の上方に、前記コンタクトプラグ本体の１つと電気的に導通する、強誘電体膜を含む強誘電体キャパシタを形成する。【選択図】図１
2009200154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体キャパシタを上側回路構成要素として有する半導体装置であって、
前記上側回路構成要素と、
下側回路構成要素と、
前記上側回路構成要素と前記下側回路構成要素との間に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に貫通した状態に形成され、前記下側回路構成要素と前記上側回路構成要素とを電気的に導通するコンタクトプラグ本体と、
前記層間絶縁膜から発生する酸化性ガスが、前記コンタクトプラグ本体に拡散するのを防ぐ、前記コンタクトプラグ本体の側面を覆う、絶縁性の酸化性ガス拡散防止膜と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体基板と、
前記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ように形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に貫通した状態に設けられ、前記トランジスタの端子にコンタクトをとる、１つ以上のコンタクトプラグ本体と、
前記層間絶縁膜から発生する酸化性ガスが前記コンタクトプラグ本体に拡散するのを防ぐ、前記コンタクトプラグ本体の側面を覆う、絶縁性の酸化性ガス拡散防止膜と、
前記層間絶縁膜の上方に形成された、強誘電体膜を含む強誘電体キャパシタと、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記コンタクトプラグ本体の１つは、前記トランジスタのソース又はドレインと、前記強誘電体キャパシタと、を接続するものであることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記コンタクトプラグ本体と前記強誘電体キャパシタとの間に、ＬＰ−ＴＥＯＳ、ＬＰ−ＳｉＮのうちの何れかにより形成した高温層間絶縁膜を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体基板上にトランジスタを形成し、
前記トランジスタ及び前記半導体基板を覆う層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜にこれを貫通する、１つ以上のコンタクトホールを開口し、
前記コンタクトホールの側面に、酸化性ガスが拡散するのを防ぐ、絶縁性の酸化性ガス拡散防止膜を成膜し、
前記酸化性ガス拡散防止膜の内側に、前記トランジスタの端子とコンタクトするコンタクトプラグ本体を埋め込んで、前記層間絶縁膜から発生する酸化性ガスが前記酸化性ガス拡散防止膜によって前記コンタクトプラグ本体に拡散するのを防止可能な構成を作り、
この後、前記層間絶縁膜の上方に、前記コンタクトプラグ本体の１つと電気的に導通する、強誘電体膜を含む強誘電体キャパシタを形成する、
ことを特徴とする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】
強誘電体メモリなどの半導体装置において、金属材料からなるコンタクトプラグにより、強誘電体キャパシタとトランジスタ等の素子とが電気的に接続されている。このコンタクトプラグの表面は、製造プロセスにおける高温かつ長時間の熱工程によって酸化されてしまう。具体的には、強誘電体メモリの製造において、コンタクトプラグを有するコンタクト層を形成した後、強誘電体膜の堆積等が行われる。この際、高温かつ長時間の熱工程（例えば、５００℃，３０分以上）によって、層間絶縁膜から酸化性ガス（例えば、酸素及び／又は水蒸気）が生ずる。この酸化性ガスがコンタクトプラグに拡散し、コンタクトプラグとトランジスタの端子（ソース、ドレイン）との界面を酸化させてしまう。
【０００３】
ところで、従来、上記のようなコンタクトプラグの外周にはバリアメタルが形成されている。このバリアメタルは、金属材料をコンタクトホールへ埋込むことを容易にする。また、コンタクトプラグ中に埋め込まれた金属のエレクトロマイグレーション及び拡散、逆に、シリコン基板や絶縁膜中のシリコンのコンタクトプラグへの拡散等を防止するものである。しかし、上記の層間絶縁膜から生ずる酸化性ガスの拡散は、バリアメタルでは防止されない。
【０００４】
即ち、層間絶縁膜から生ずる酸化性ガスはコンタクトプラグに拡散していた。そのため、コンタクトプラグの底面が他の要素（例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴのソース／ドレイン拡散層、他のコンタクトプラグ又は配線など）と接触する界面（以下、コンタクト界面という）において、金属酸化物又は珪素酸化物（ＳｉＯ２）が生成してしまい、コンタクトイールドを悪化させてしまう。ここで、コンタクトイールドとは、コンタクト界面の抵抗が許容範囲内に収まっている割合（歩留まり）を意味する。
【０００５】
このようなコンタクトプラグの酸化を防ぐための一つの方法として、酸素含有化合物からなる強誘電体層の酸素欠損を回復させるための酸素アニールをする際、酸素バリア性能を有する導電性の薄膜を、コンタクトホールの側面及び底面に堆積させる方法が知られている（特許文献１）。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の技術は、前述のような高温かつ長時間の熱工程には対応できないものである。なぜなら、コンタクトホールの内壁全体（側面及び底面）に堆積させる導電性物質として、導電性を持たせるためにＴｉ，Ｃｒ等の金属を含んだものを用いている。そのため、高温かつ長時間の熱工程において、例えば、層間絶縁膜が含んでいる水分のような酸化性ガスに晒されると、前記導電性物質が含有する金属原子が酸化され、コンタクトイールドが劣化するおそれがあるからである。
【特許文献１】特開２００６−６０１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高温かつ長時間の熱工程を経ても、酸化されないコンタクトプラグを備えた半導体装置とその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の一態様によれば、強誘電体キャパシタを上側回路構成要素として有する半導体装置であって、前記上側回路構成要素と、下側回路構成要素と、
前記上側回路構成要素と前記下側回路構成要素との間に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に貫通した状態に形成され、前記下側回路構成要素と前記上側回路構成要素とを電気的に導通するコンタクトプラグ本体と、前記層間絶縁膜から発生する酸化性ガスが、前記コンタクトプラグ本体に拡散するのを防ぐ、前記コンタクトプラグ本体の側面を覆う、絶縁性の酸化性ガス拡散防止膜と、を備える半導体装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明に係る第1乃至第５の実施形態について詳細に説明する。なお、全図を通じて、特に断る場合を除き、同じ構成要素には同一の符号を付している。数値はいずれも例示的なものである。
【００１０】
第1の実施形態は、コンタクトホールの側面にのみ、酸化性ガスの拡散を防止する絶縁性の膜（以下、絶縁性酸化性ガス拡散防止膜という）を形成することにより、高温かつ長時間の熱工程を経ても、コンタクトイールドが劣化しない半導体装置を示す。
【００１１】
第２の実施形態は、コンタクトホールの側面のうち、層間絶縁膜の部分にのみ、絶縁性酸化性ガス拡散防止膜を形成する点で、第１の実施形態と異なる。
【００１２】
第３の実施形態は、高温で成膜された層間絶縁膜の上に、強誘電体キャパシタを形成する点で、第１の実施形態と異なる。
【００１３】
第４の実施形態は、トランジスタの作成される絶縁膜と、強誘電体キャパシタの作成される絶縁膜との間に、１つ以上の層間絶縁膜を有する点で、第１の実施形態と異なる。
【００１４】
第５の実施形態は、Ｌｏｗ−ｋ膜の層間絶縁膜の中に、絶縁性酸化性ガス拡散防止膜を有するコンタクトプラグを形成した半導体装置である。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は強誘電体メモリ（ＦＲＡＭ）として機能するものである。この半導体装置は、強誘電体キャパシタ１５と、第１コンタクトプラグ１８（１）と、トランジスタ３０と、第１コンタクトプラグ１８（２）とが、電気的に直列に接続された構成を有する。コンタクト層５（２）及びゲート電極３ａは、紙面垂直方向に形成されるワード線（図示せず）の一部を構成する。配線２０はビット線（図示せず）等と電気的に接続される。
【００１６】
また、図１からわかるように、強誘電体キャパシタ１５は、下部電極１２、強誘電体膜１３及び上部電極１４を有する。また、トランジスタ３０は、ゲート３、ソース／ドレイン拡散層４，４、コンタクト層５（１），５（２），５（３）を有するものである。ここで、ゲート３は、ゲート電極３ａ、ゲート酸化膜３ｂ及び側壁絶縁膜３ｃを有する。図１からわかるように、ゲート電極３ａ及びソース／ドレイン拡散層４，４の表面はシリサイド化されて、前記コンタクト層５（１），５（２），５（３）となっている。これらのコンタクト層５（１），５（２），５（３）は、コンタクトプラグ等との接触抵抗を下げるためのものであり、金属シリサイド（例えばＣｏＳｉ、ＮｉＳｉ，ＴｉＳｉ、ＷＳｉ）が用いられる。
【００１７】
次に、図６（ａ）乃至図６（ｒ）及び図１を用いて、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
【００１８】
（１）まず、図６（ａ）に示すように、シリコン基板１内に素子分離を行うためのＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）による素子分離絶縁膜２を形成する。
【００１９】
（２）次に、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板１等の上にゲート酸化膜形成用の酸化膜３Ｂを堆積し、この酸化膜３Ｂの上にゲート電極形成用のポリシリコン３Ａを堆積する。酸化膜３Ｂの材質はＳｉＯ２である。
【００２０】
（３）次に、図６（ｃ）に示すように、ゲート電極形成用のポリシリコン３Ａ及びゲート酸化膜形成用の酸化膜３Ｂの一部分のみを残して、残りはエッチングにより除去し、ゲート電極３ａ及びゲート酸化膜３ｂを形成する。
【００２１】
（４）次に、図６（ｄ）に示すように、側壁絶縁膜形成用の絶縁膜３Ｃを堆積し、シリコン基板１、ゲート電極３ａ及びゲート酸化膜３ｂを覆う。この側壁絶縁膜形成用の絶縁膜３Ｃは、例えばＳｉＮである。
【００２２】
（５）次に、図６（ｅ）に示すように、側壁絶縁膜形成用の絶縁膜３Ｃのうち、ゲート電極３ａ及びゲート酸化膜３ｂの側面部分のみを残して、残りはエッチングにより除去し、側壁絶縁膜３ｃを形成する。
【００２３】
（６）次に、図６（ｆ）に示すように、このゲート３の両側にソース／ドレイン拡散層４，４を形成する。
【００２４】
（７）次に、図６（ｇ）に示すように、ゲート電極３ａ及びソース／ドレイン拡散層４，４の表面をシリサイド化して、コンタクト層５を形成する。このコンタクト層５は、金属（例えばＣｏ，Ｔｉ，Ｎｉ）を、ゲート電極３ａ及びソース／ドレイン拡散層４，４上に堆積させ、その後にアニールすることで形成される。
【００２５】
（８）次に、図６（ｈ）に示すように、シリコン基板１、素子分離絶縁膜２、トランジスタ３０を覆うように、バリア膜６を、２０ｎｍ〜３０ｎｍの厚さに堆積する。このバリア膜６は、シリコン基板１及びトランジスタ３０への水分の浸入を防止するためのものであり、材料として、例えば、ＳｉＮが用いられる。
【００２６】
（９）次に、図６（ｈ）からわかるように、バリア膜６上に、第１層間絶縁膜７を堆積し、その後、ＣＭＰにより平坦化する。この第１層間絶縁膜７の材料として、例えば、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕs Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）、ＮＳＧ（Ｎｏｎ−Ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）、Ｐ−ＴＥＯＳ（Ｐｌａｓｍａ Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｏｘｙ  Ｓｉｌａｎｅ）、又はＬｏｗ−ｋ膜（ＦＳＧ（Ｆｌｕｏｒｉｄｅ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ)、Ｃ，Ｈ，Ｏ，Ｓｉのうち少なくともＣを含む有機塗布膜（ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ等））が挙げられる。なお、この第１層間絶縁膜７の厚さは、１００ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００２７】
（１０）次に、図６（ｉ）に示すように、フォトリソグラフィでパターニングしたレジストをマスクとして、この第１層間絶縁膜７及びその下部のバリア膜６を、例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いて選択的に除去して、第１コンタクトホール８を形成する。図６（ｉ）からわかるように、第1コンタクトホール８の底部に、ソース／ドレイン拡散層４の領域のコンタクト層５が露呈している。なお、この第１コンタクトホール８の直径は０．１μｍ〜０．３μｍである。
【００２８】
（１１）次に、図６（ｊ）に示すように、絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９を第１コンタクトホール８の底面及び側面に堆積する。この絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９の厚さは５ｎｍ〜５０ｎｍである。好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍである。
【００２９】
また、この絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９は、金属原子を含まない、絶縁性の酸化性ガス拡散防止の性能を有しており、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法あるいはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて堆積される。また、その材料としては ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３などが挙げられる。
【００３０】
（１２）次に、図６（ｋ）に示すように、例えばＲＩＥ法を用いて、第１コンタクトホール８の底面に堆積された絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９を除去する。これにより、図６（ｋ）からわかるように、第１コンタクトホール８の側面にのみ、絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９が堆積された状態になる。
【００３１】
（１３）次に、図６（ｌ）に示すように、第１コンタクトホール８の側面及び底面にバリアメタル１０を堆積する。このバリアメタル１０は、ＴｉＮ，Ｔｉ，ＴａＮ若しくはＴａ等、又はこれらの２層以上の組合せからなる。
【００３２】
（１４）次に、図６（ｍ）に示すように、第１コンタクトホール８に金属材１１を埋め込む。その後、第１層間絶縁膜７の上面をＣＭＰにより平坦化して、第1コンタクトプラグ１８を形成する。金属材１１として、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。
【００３３】
図６（ｍ）からわかるように、第１コンタクトプラグ１８（１）及び１８（２）は、ソース／ドレイン拡散層４（１）及び４（２）の領域のコンタクト層５（１）及び５（２）とそれぞれ電気的に接続されている。
【００３４】
（１５）次に、図６（ｎ）に示すように、層間絶縁膜７及び第１コンタクトプラグ１８の上に、下部電極材料１２Ａ、強誘電体材料１３Ａ及び上部電極材料１４Ａを、順次堆積する。ここで、下部電極材料１２Ａ及び上部電極材料１４Ａは、例えば、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｉｒ２，ＳＲＯ，Ｒｕ，ＲｕＯ２等のいずれかを含む材料で形成される。また、強誘電体材料１３Ａは、例えば、ＰＺＴ，ＳＢＴなどのいずれかを含む材料で形成される。
【００３５】
（１６）次に、図６（ｏ）に示すように、フォトリソグラフィでパターニングしたレジストをマスクとして、例えばＲＩＥにより、下部電極材料１２Ａ、強誘電体材料１３Ａ及び上部電極材料１４Ａの一部分のみを残し、強誘電体キャパシタ１５を形成する。この強誘電体キャパシタ１５は、下部電極１２と、強誘電体膜１３と、上部電極１４とを有する。
【００３６】
図６（ｏ）からわかるように、下部電極１２は第１コンタクトプラグ１８（１）と電気的に接続している。
【００３７】
（１７）次に、図６（ｐ）に示すように、強誘電体キャパシタ１５と第１層間絶縁膜７を覆うように水素バリア膜１６を堆積する。この水素バリア膜１６は、強誘電体キャパシタ１５に水素が侵入して強誘電体の分極特性が劣化することを防止するためのものである。
【００３８】
（１８）次に、図６（ｑ）に示すように、この水素バリア膜１６の上に第２層間絶縁膜１７を堆積し、その後ＣＭＰにより平坦化する。
【００３９】
なお、この第２層間絶縁膜の材料としては、第１層間絶縁膜７と同じものを使用できる。
【００４０】
（１９）次に、図６（ｒ）に示すように、フォトリソグラフィでパターニングしたレジストをマスクとして、例えばＲＩＥにより、第２層間絶縁膜１７及び水素バリア膜１６を選択的に除去してコンタクトホールを開口する。このコンタクトホールの側面及び底面にバリアメタル１０を堆積し、この後、コンタクトホールに金属材１１を埋込むことにより、従来構造のコンタクトプラグ１９（１）及び１９（２）を作成する。従来の構造としているのは、この後にコンタクトプラグの酸化を引き起こすような熱工程が存在しないからである。
【００４１】
図６（ｒ）からわかるように、従来構造のコンタクトプラグ１９（１）は強誘電体キャパシタ１５と、また、従来構造のコンタクトプラグ１９（２）は第１コンタクトプラグ１８（２）と、それぞれ電気的に接続されている。
【００４２】
（２０）次に、図１に示すように、第２層間絶縁膜１７上に、配線となる材料を堆積する。この後、フォトリソグラフィでパターニングしたレジストをマスクとして、例えばＲＩＥにより加工することで、配線２０を作成する。
【００４３】
この配線２０は、図１からわかるように、従来のコンタクトプラグ１９（１）及び１９（２）と電気的に接続している。なお、配線２０の材料は、例えばアルミニウム（Ａｌ）である。
【００４４】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は以上の通りであるが、強誘電体膜１３を堆積する際の熱工程及びその影響について、さらに詳しく説明する。
【００４５】
強誘電体膜１３を堆積させる方法は、ＭＯＣＶＤ法又はスパッタ法などである。良好な強誘電特性を得るためには、ＭＯＣＶＤ法の場合、５００℃，３０分以上の成膜条件が必要となり、スパッタ法の場合も、スパッタ後に結晶化アニールが必要となる。この結晶化アニールの条件は、強誘電体膜１３として、ＰＺＴを用いた場合、６００℃，１０分以上であり、ＳＢＴを用いた場合、７００℃，１０分以上である。
【００４６】
従来技術では、このような高温かつ長時間の熱負荷をかけると、第１層間絶縁膜７が含んでいる酸化性ガスが第１コンタクトプラグ１８に拡散することにより、コンタクト界面、即ち、第１コンタクトプラグ１８の底面とコンタクト層５との界面が酸化されてしまう。
【００４７】
しかし、本実施形態において、第１コンタクトホール８の側面にのみ堆積された絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９は、前述のように、金属原子を含まず絶縁性であり、酸化性ガスの拡散を防止する性能を有する。従って、高温かつ長時間の熱負荷をかけても、層間絶縁膜から発生する酸化性ガスによるコンタクト界面の酸化は防止され、コンタクトイールドの悪化を回避することが可能となる。
【００４８】
以上より、本実施形態によれば、良好な強誘電特性を持つ強誘電体メモリを、歩留まり良く製造することが可能となる。
【００４９】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る半導体装置の断面図を示す。
【００５０】
第１の実施形態との相違点の一つは、第１コンタクトプラグ１８の底部付近の構造が異なることである。即ち、第１の実施形態において、絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９は、第１コンタクトホール８の側面のうち、第１層間絶縁膜７だけでなくバリア膜６の部分にも形成されているのに対して、本実施形態では、図２からわかるように、第１層間絶縁膜７の部分にのみ形成されている。
【００５１】
これは、第１コンタクトプラグ１８の製造方法が相違することによる。より詳細には、本実施形態では、フォトリソグラフィでパターニングされたレジストをマスクとして、例えばＲＩＥを用いて、第１層間絶縁膜７を選択的に除去する。この後、第１コンタクトホール８の底部のバリア膜６を除去しない状態で、絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９を堆積する。その後、第１コンタクトホール８の底部にある、絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９及びバリア膜６を、一括して除去する。この際、絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９とバリア膜の材質が同じ（例えばＳｉＮ）場合は、同じエッチングガスを用いて同時に処理することができる。これ以降は、第１の実施形態と同様に、第１コンタクトホール８にバリアメタル１０及び金属材１１を埋め込んで第１コンタクトプラグ１８を形成する。
【００５２】
本実施形態によれば、上記の通り、絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９及びバリア膜６の除去プロセスを、同時に又は連続して行うことができ、加工が簡略になるという利点がある。
【００５３】
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る半導体装置の断面図を示す。
【００５４】
第１の実施形態との相違点の一つは、第１層間絶縁膜７と水素バリア膜１６との間に、高温層間絶縁膜２３を堆積していることである。この高温層間絶縁膜２３は、６００℃，１時間以上の条件で成膜される。このような高温かつ長時間の熱工程を経ることで、通常の絶縁膜に比べて、より緻密な膜が得られる。これにより、この高温層間絶縁膜２３の上に形成される強誘電体キャパシタ１５の下部電極１２の配向性が向上し、それによって、強誘電体膜１３の配向性が向上する結果、ヒステリシス特性が向上する。このことについて図７を用いてさらに説明する。図７は、前述の高温層間絶縁膜２３が有る場合（本実施形態）と高温層間絶縁膜２３が無い場合（第１の実施形態）の半導体装置のそれぞれについて、ヒステリシス特性を測定したものである。図７からわかるように、高温層間絶縁膜２３を有する半導体装置の方が、電圧をかけていない状態における電荷（残留電荷）が大きい。このことはデータ保持特性が向上していることを示している。
【００５５】
したがって、本実施形態によれば、さらに良好な強誘電特性（ヒステリシス）を得ることが出来るという利点がある。このことは、強誘電体メモリの性能を高めるために重要である。
【００５６】
この高温層間絶縁膜２３の材料は、ＬＰ−ＴＥＯＳ又はＬＰ−ＳｉＮである。この高温層間絶縁膜２３の厚さは、２００〜４００ｎｍである。
【００５７】
本実施形態においても、第１の実施形態の第１コンタクトプラグと同様に、第１コンタクトホール８の側面にのみ、絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９を堆積させている。こうすることで、高温層間絶縁膜２３および強誘電体膜１３を形成する際の熱工程によるコンタクト界面の酸化を防止し、コンタクトイールドの悪化を回避することが可能となる。このことについて、図８、図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）を用いて説明する。これらの図は、コンタクト抵抗値の累積確率を示したものである。１つのウェハーに含まれる複数の半導体装置（チップ）のそれぞれについて、高温かつ長時間の熱工程（６００℃、１時間）を経た後に、第１コンタクトプラグ１８とトランジスタ３０のコンタクト層５とのコンタクト抵抗を４端子法により測定した結果に基づいている。図中の２本の破線はコンタクト抵抗の許容範囲の上限および下限を示しており、コンタクト抵抗値が許容範囲内であれば、正常と判定される。
【００５８】
図８は、第１コンタクトプラグ１８に絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９が設けられていないチップを有する４つのウェハーについて、コンタクト抵抗値の累積確率をそれぞれ示している。この図からわかるように、いずれのウェハーもコンタクト抵抗の上限値を超えており、累積確率は１％さえも達成できていない。
【００５９】
一方、図９（ａ）乃至図９（ｃ）は、第１コンタクトプラグ１８に絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９を設けたチップを有するウェハーについて、コンタクト抵抗値の累積確率を示したものである。絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９の膜厚は、図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）について、それぞれ１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍである。これらの図からわかるように、いずれについても、コンタクト抵抗値のばらつきは小さく、正常なコンタクト抵抗値が得られる累積確率は約９９％を達成している。したがって、絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９をコンタクトプラグの側面に設けることにより、高い歩留まりが得られていることがわかる。
【００６０】
以上のことから、本実施形態によれば、良好な強誘電体特性および高いコンタクトイールドをもつ強誘電体メモリが得られる。
【００６１】
なお、第１コンタクトプラグ１８として、第２の実施形態に係る第１コンタクトプラグ１８を用いてもよい。また、図３では、高温層間絶縁膜２３中に形成されるコンタクトプラグは、従来構造のコンタクトプラグ１９で示されているが、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る、縁性酸化性ガス拡散防止膜９を有する第１コンタクトプラグ１８であってもよい。
【００６２】
（第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態に係る半導体装置の断面図を示す。
【００６３】
第１の実施形態との相違点の一つは、第１層間絶縁膜７と、強誘電体キャパシタの作成される第４層間絶縁膜２５との間に、第２層間絶縁膜１７及び第３層間絶縁膜２４を有することである。この第２及び第３層間絶縁膜に形成されるコンタクトプラグ（第２コンタクトプラグ２１，第３コンタクトプラグ２２，第４コンタクトプラグ２６）は、前述の第１コンタクトプラグ１８と同様に、その側面にのみ絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９を有する。
【００６４】
なお、図４からわかるように、強誘電体キャパシタ１５が第４層間絶縁膜２５に形成されている。第１コンタクトプラグ１８、第２コンタクトプラグ２１及び第３コンタクトプラグ２２は、第１層間絶縁膜７、第２層間絶縁膜１７及び第３層間絶縁膜２４中に、それぞれ形成されている。第４コンタクトプラグ２６は、図４からわかるように、第２層間絶縁膜１７及び第３層間絶縁膜２４を貫通するように形成されている。
【００６５】
前述のように、これら第１、第２及び第３コンタクトプラグ１８，２１及び２２は、側面にのみ絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９を堆積している。一方、第４層間絶縁膜２５に形成されたコンタクトプラグは従来構造のコンタクトプラグ１９である。従来の構造としているのは、この後にコンタクトプラグの酸化を引き起こすような熱工程が存在しないからである。言い換えると、強誘電体キャパシタ１５が配置される層間絶縁膜より下の層間絶縁膜の中に形成されるコンタクトプラグについては、強誘電体膜形成時の熱工程に対応するため、いずれも側面にのみ絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９を有している。
【００６６】
これにより、強誘電体膜１３を堆積する際の熱工程を経ても、各コンタクトプラグのコンタクト界面の酸化は防止され、コンタクトイールドの悪化を回避することが可能となる。
【００６７】
（第５の実施形態）
図５は、第５の実施形態に係る半導体装置の断面図を示す。
【００６８】
本実施形態に係る半導体装置は、ＣＭＯＳを用いたロジックデバイスに関するものである。近年、ロジックデバイスの高集積化の進展につれ、寄生容量を低減するために、層間絶縁膜として誘電率の低いＬｏｗ−ｋ膜などが使用されている。しかし、一般に、Ｌｏｗ−ｋ膜は密度が低いために、水分を吸湿しやすい。そのため、例えば、パッケージングのためのモールド工程、ハンダ工程又は信頼性試験等において温度を印加すると、半導体装置内部のＬｏｗ−ｋ膜などから水分が放出される。この水分が、コンタクト界面の酸化を引き起こし、コンタクトイールドを悪化させることが懸念されていた。
【００６９】
本実施形態では、図５からわかるように、第１Ｌｏｗ−ｋ膜５１、第２Ｌｏｗ−ｋ膜５２及び第３Ｌｏｗ−ｋ膜５３の順にＬｏｗ−ｋ膜が堆積される。これらの絶縁膜に、それぞれ形成される、第１コンタクトプラグ１８，第２コンタクトプラグ２１及び第３コンタクトプラグ２２は、いずれも前述のように、それらの側面にのみ絶縁性酸化性ガス拡散防止膜９を有している。
【００７０】
これにより、熱工程においてＬｏｗ−ｋ膜から水分が放出されてもコンタクト界面の酸化は防止され、コンタクトイールドの悪化を回避することが可能となる。
【００７１】
なお、図５からわかるように、第３Ｌｏｗ−ｋ膜５３の上に高温層間絶縁膜２３が形成されている。この高温層間絶縁膜２３の上に、例えば強誘電体キャパシタ（図示せず）を形成してもよい。また、高温層間絶縁膜２３の代わりに、Ｌｏｗ−ｋ膜又は通常の絶縁膜であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】第２の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図３】第３の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図４】第４の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図５】第５の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図６（ａ）】第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｂ）】図６（ａ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｃ）】図６（ｂ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｄ）】図６（ｃ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｅ）】図６（ｄ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｆ）】図６（ｅ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｇ）】図６（ｆ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｈ）】図６（ｇ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｉ）】図６（ｈ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｊ）】図６（ｉ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｋ）】図６（ｊ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｌ）】図６（ｋ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｍ）】図６（ｌ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｎ）】図６（ｍ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｏ）】図６（ｎ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｐ）】図６（ｏ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｑ）】図６（ｐ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６（ｒ）】図６（ｑ）に続く、第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】高温層間絶縁膜が有る場合と無い場合の強誘電体メモリのヒステリシス特性を示す図である。
【図８】絶縁性酸化性ガス拡散防止膜がない場合における、熱工程を経た後のコンタクト抵抗の測定結果を示す図である。
【図９（ａ）】膜厚１０ｎｍの絶縁性酸化性ガス拡散防止膜がある場合における、熱工程を経た後のコンタクト抵抗の測定結果を示す図である。
【図９（ｂ）】膜厚１５ｎｍの絶縁性酸化性ガス拡散防止膜がある場合における、熱工程を経た後のコンタクト抵抗の測定結果を示す図である。
【図９（ｃ）】膜厚２０ｎｍの絶縁性酸化性ガス拡散防止膜がある場合における、熱工程を経た後のコンタクト抵抗の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・シリコン基板、２・・・素子分離絶縁膜、３・・・ゲート、３Ａ・・・ゲート電極形成用のポリシリコン、３ａ・・・ゲート電極、３Ｂ・・・ゲート酸化膜形成用の酸化膜、３ｂ・・・ゲート酸化膜、３Ｃ・・・側壁絶縁膜形成用の絶縁膜、３ｃ・・・側壁絶縁膜、４，４（１），４（２）・・・ソース／ドレイン拡散層、５，５（１），５（２），５（３）・・・コンタクト層、６・・・バリア膜、７・・・第１層間絶縁膜、８・・・第１コンタクトホール、９・・・絶縁性酸化性ガス拡散防止膜、１０・・・バリアメタル、１１・・・金属材、１２・・・下部電極、１２Ａ・・・下部電極材料、１３・・・強誘電体膜、１３Ａ・・・強誘電体材料、１４・・・上部電極、１４Ａ・・・上部電極材料、１５・・・強誘電体キャパシタ、１６・・・水素バリア膜、１７・・・第２層間絶縁膜、１８，１８（１），１８（２）・・・第１コンタクトプラグ、１９，１９（１），１９（２）・・・従来構造のコンタクトプラグ、２０・・・配線、２１・・・  第２コンタクトプラグ、２２・・・第３コンタクトプラグ、２３・・・高温層間絶縁膜、２４・・・第３層間絶縁膜、２５・・・第４層間絶縁膜、２６・・・第４コンタクトプラグ、３０・・・トランジスタ、５１・・・第１Ｌｏｗ−ｋ膜、５２・・・第２Ｌｏｗ−ｋ膜、５３・・・第３Ｌｏｗ−ｋ膜
【図１】
2009200154.tif 000003
【図２】
2009200154.tif 000004
【図３】
2009200154.tif 000005
【図４】
2009200154.tif 000006
【図５】
2009200154.tif 000007
【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
2009200154.tif 000009
【図６（ｃ）】
2009200154.tif 000010
【図６（ｄ）】
2009200154.tif 000011
【図６（ｅ）】
2009200154.tif 000012
【図６（ｆ）】
2009200154.tif 000013
【図６（ｇ）】
2009200154.tif 000014
【図６（ｈ）】
2009200154.tif 000015
【図６（ｉ）】
2009200154.tif 000016
【図６（ｊ）】
2009200154.tif 000017
【図６（ｋ）】
2009200154.tif 000018
【図６（ｌ）】
2009200154.tif 000019
【図６（ｍ）】
2009200154.tif 000020
【図６（ｎ）】
2009200154.tif 000021
【図６（ｏ）】
2009200154.tif 000022
【図６（ｐ）】
2009200154.tif 000023
【図６（ｑ）】
2009200154.tif 000024
【図６（ｒ）】
2009200154.tif 000025
【図７】
2009200154.tif 000026
【図８】
2009200154.tif 000027
【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
2009200154.tif 000029
【図９（ｃ）】
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