JP2000114489A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JP2000114489A
JP2000114489A JP11184944A JP18494499A JP2000114489A JP 2000114489 A JP2000114489 A JP 2000114489A JP 11184944 A JP11184944 A JP 11184944A JP 18494499 A JP18494499 A JP 18494499A JP 2000114489 A JP2000114489 A JP 2000114489A
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JP
Japan
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film
ferroelectric
semiconductor device
protective film
upper electrode
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JP11184944A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Uemoto
康裕 上本
Yoshihisa Nagano
能久 長野
Eiji Fujii
英治 藤井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable stacked capacitor type semiconductor device. SOLUTION: After an access transistor 2, a bit line 6 and a first interlayer insulating film 4 are formed on a semiconductor substrate 1, a plug 8 for electrically connecting the access transistor 2 and a ferroelectric capacitor 9 is formed in a contact hole provided in a predetermined region in the first interlayer insulating film 4. Then, a lower electrode 10 comprising a laminated film, a ferroelectric film 11 and a first upper electrode 14 are laminated sequentially. Subsequently, after an insulating film for sidewall 16 comprising a silicon oxide film, etc., is formed on the entire wafer surface, the entire surface of the insulating film for sidewall is anisotropically etched to form a sidewall 16S. Finally, a second upper electrode 17 comprising Pt, etc., is formed to form the ferroelectric capacitor 9.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は強誘電体膜を用いた
キャパシタを有する半導体装置およびその製造方法、特
にスタックトキャパシタ型メモリセルに関するものであ
る。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor device having a capacitor using a ferroelectric film and a method of manufacturing the same, and more particularly to a stacked capacitor type memory cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、デジタル技術の進展、携帯機器の
高性能化が著しくなり、低消費電力かつ高速動作可能な
不揮発性半導体記憶装置の高集積化が強く市場から求め
られている。強誘電体材料は外部電解により与えられた
情報を構成原子の変位により高速に記憶し、かつ外部電
解をきっても情報を記憶し続ける特長を有するものであ
り、この強誘電体材料をキャパシタの誘電体膜に用いる
ことで優れた半導体装置を実現することができる。
2. Description of the Related Art In recent years, the development of digital technology and the high performance of portable devices have become remarkable, and there has been a strong demand from the market for high integration of nonvolatile semiconductor memory devices which can operate at low power consumption and at high speed. The ferroelectric material has a feature that information given by external electrolysis is stored at high speed by displacement of constituent atoms, and that information is kept stored even after the external electrolysis is stopped. An excellent semiconductor device can be realized by using a dielectric film.

【0003】この強誘電体材料をキャパシタの誘電体膜
に用いたスタックトキャパシタ型メモリセル構造を有す
る高集積型半導体記憶装置(以下、強誘電体不揮発性半
導体記憶装置と称する。)は特開平6−132482号
公報、特開平9−116123号公報等に記載されてい
る。
A highly integrated semiconductor memory device having a stacked capacitor type memory cell structure using this ferroelectric material for a dielectric film of a capacitor (hereinafter referred to as a ferroelectric nonvolatile semiconductor memory device) is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 10-202566. No. 6,132,482, JP-A-9-116123, and the like.

【0004】以下、従来の強誘電体不揮発性半導体記憶
装置およびその製造方法について、図面を用いて説明す
る。
Hereinafter, a conventional ferroelectric nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same will be described with reference to the drawings.

【0005】図6に示すように、強誘電体不揮発性半導
体記憶装置は、半導体基板1上に形成されたアクセスト
ランジスタ2と、アクセストランジスタ2のソース部3
に、第1の層間絶縁膜4および第2の層間絶縁膜5に設
けられたコンタクトホールを介して電気的に接続された
ビット線6と、アクセストランジスタ2のドレイン部7
にプラグ8を介して電気的に接続された強誘電体キャパ
シタ9とから構成される。ここでは、強誘電体キャパシ
タ9の下部電極10上に強誘電体膜11が形成されてお
り、これらの側面には絶縁膜からなるサイドウォール1
2が設けられている。上部電極13は強誘電体膜11お
よびサイドウォール12上にこれらを直接被覆するよう
に形成されている。
As shown in FIG. 6, a ferroelectric nonvolatile semiconductor memory device has an access transistor 2 formed on a semiconductor substrate 1 and a source portion 3 of the access transistor 2.
A bit line 6 electrically connected through a contact hole provided in the first interlayer insulating film 4 and the second interlayer insulating film 5, and a drain portion 7 of the access transistor 2;
And a ferroelectric capacitor 9 electrically connected through a plug 8. Here, a ferroelectric film 11 is formed on a lower electrode 10 of a ferroelectric capacitor 9, and a sidewall 1 made of an insulating film is formed on these side surfaces.
2 are provided. The upper electrode 13 is formed on the ferroelectric film 11 and the side walls 12 so as to directly cover them.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来例において、サイドウォール12は、強誘電体
キャパシタ9の下部電極10および強誘電体膜11をエ
ッチングにより形成し、サイドウォール12となる絶縁
膜をCVD法で全面に堆積させた後、この絶縁膜の全面
を異方性エッチングすることにより、下部電極10およ
び強誘電体膜11の側面に形成される。しかし、このよ
うな方法を用いた場合、異方性エッチング時に、金属酸
化物である強誘電体膜11が表面全面にわたり損傷を受
け、組成のずれや結晶構造の乱れが激しく生じる。
However, in such a conventional example, the side wall 12 is formed by etching the lower electrode 10 and the ferroelectric film 11 of the ferroelectric capacitor 9 and forming an insulating film serving as the side wall 12. After the film is deposited on the entire surface by the CVD method, the entire surface of the insulating film is anisotropically etched to be formed on the side surfaces of the lower electrode 10 and the ferroelectric film 11. However, when such a method is used, the ferroelectric film 11, which is a metal oxide, is damaged over the entire surface at the time of anisotropic etching, and the composition shift and the disorder of the crystal structure are severely generated.

【0007】例えば、強誘電体膜11にSrBi2Ta2
9膜を用い、絶縁膜からなるサイドウォール12にシ
リコン酸化膜を用いた場合、シリコン酸化膜をCF4
のエッチングガスを用いて異方性エッチングを行った場
合、その異方性エッチングの完了時に、強誘電体膜11
であるSrBi2Ta29膜の表面が露出することにな
るが、この際、強誘電体膜11上にシリコン酸化膜が残
ってしまう場合がある。
For example, when the ferroelectric film 11 is made of SrBi 2 Ta 2
When an O 9 film is used and a silicon oxide film is used for the sidewalls 12 made of an insulating film, and when the silicon oxide film is anisotropically etched using an etching gas such as CF 4 , anisotropic etching is performed. Upon completion, the ferroelectric film 11
Although the surface of the SrBi 2 Ta 2 O 9 film is exposed, a silicon oxide film may remain on the ferroelectric film 11 at this time.

【0008】ここで、シリコン酸化膜が強誘電体膜11
上に残ると、本来、上部電極13/強誘電体膜11/下
部電極10の構成となるべきが、上部電極13/シリコ
ン酸化膜/強誘電体膜11/下部電極10の構成にな
る。上部電極13と下部電極10間に印加した電圧は強
誘電体膜に直列に接続されるシリコン酸化膜にも分配さ
れ、強誘電体膜11に印加される電圧が減少するために
強誘電体膜11の分極反転が不十分になり、残留電荷量
が減少するという特性不良を生じる。このため、シリコ
ン酸化膜のエッチングに際してはシリコン酸化膜のエッ
チングレートのウエハ面内バラツキおよびシリコン酸化
膜の堆積量のウエハ面内バラツキに応じたオーバーエッ
チングが必要である。このオーバーエッチングの際、強
誘電体膜11であるSrBi2Ta29膜の表面全体が
シリコン酸化膜のエッチングプラズマにさらされるため
酸素欠損を生じるとともに、BiやTaといった強誘電
体膜11の主成分の原子の欠損も生じることが発明者の
実験で確認されている。
Here, the silicon oxide film is formed of the ferroelectric film 11.
When remaining on the upper surface, the upper electrode 13 / ferroelectric film 11 / lower electrode 10 should be originally formed. However, the upper electrode 13 / silicon oxide film / ferroelectric film 11 / lower electrode 10 is formed. The voltage applied between the upper electrode 13 and the lower electrode 10 is also distributed to the silicon oxide film connected in series with the ferroelectric film, and the voltage applied to the ferroelectric film 11 is reduced. The polarization inversion of No. 11 becomes insufficient, resulting in a characteristic defect that the residual charge amount decreases. For this reason, when etching the silicon oxide film, it is necessary to perform over-etching in accordance with the in-wafer variation in the etching rate of the silicon oxide film and the in-wafer variation in the deposition amount of the silicon oxide film. During this over-etching, the entire surface of the SrBi 2 Ta 2 O 9 film, which is the ferroelectric film 11, is exposed to the etching plasma of the silicon oxide film, thereby causing oxygen deficiency. It has been confirmed by the inventor's experiment that the deficiency of the main component atoms also occurs.

【0009】この損傷はその後の熱処理などでは回復で
きないものであり、優れた電気的特性を有する強誘電体
キャパシタを作製することができない。この結果、信頼
性の高い強誘電体不揮発性半導体記憶装置を実現するこ
とができないという問題があった。
This damage cannot be recovered by a subsequent heat treatment or the like, and a ferroelectric capacitor having excellent electric characteristics cannot be manufactured. As a result, there is a problem that a highly reliable ferroelectric nonvolatile semiconductor memory device cannot be realized.

【0010】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、サイドウォール形成のための絶縁膜の
全面異方性エッチング時においても強誘電体膜に損傷を
発生させず、強誘電体膜の電気的特性の劣化をなくすこ
とで、信頼性の高い半導体装置を実現することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and does not cause damage to a ferroelectric film even during anisotropic etching of an insulating film for forming a sidewall. It is an object of the present invention to realize a highly reliable semiconductor device by eliminating deterioration of electrical characteristics of a body film.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1記載の発明は、上部電極および絶縁膜および
下部電極からなる容量素子を有する半導体装置におい
て、前記絶縁膜と前記上部電極間に絶縁膜用保護膜を有
し、少なくとも前記絶縁膜および前記絶縁膜用保護膜の
側部にサイドウォールが設けられていることを特徴とす
るものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a capacitor comprising an upper electrode, an insulating film, and a lower electrode. A protective film for an insulating film, and a sidewall is provided on at least a side portion of the insulating film and the protective film for the insulating film.

【0012】また本発明の請求項2記載の半導体装置
は、上部電極および下部電極間に介在する絶縁膜が強誘
電体膜からなる容量素子を有する半導体装置において、
前記強誘電体膜と前記上部電極間に強誘電体膜用保護膜
を有し、少なくとも前記強誘電体膜および前記強誘電体
膜用保護膜の側部にサイドウォールが設けられているこ
とを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a capacitive element in which an insulating film interposed between an upper electrode and a lower electrode is formed of a ferroelectric film.
A ferroelectric film protective film is provided between the ferroelectric film and the upper electrode, and a sidewall is provided on at least a side portion of the ferroelectric film and the ferroelectric film protective film. It is a feature.

【0013】これらの構成により、サイドウォール形成
時に第1の上部電極が強誘電体膜の表面を被覆している
ため、強誘電体膜の表面はプラズマにさらされることが
なく、優れた強誘電体特性および絶縁特性を有する強誘
電体キャパシタを得ることができる。また、この第1の
上部電極がサイドウォール形成時に損傷を受けても、第
2の上部電極が上部電極上に形成されているため、電極
性能も劣化することがない。
According to these structures, since the first upper electrode covers the surface of the ferroelectric film when the sidewall is formed, the surface of the ferroelectric film is not exposed to plasma, and an excellent ferroelectric film is formed. A ferroelectric capacitor having body characteristics and insulating characteristics can be obtained. Further, even if the first upper electrode is damaged during the formation of the sidewall, the electrode performance does not deteriorate because the second upper electrode is formed on the upper electrode.

【0014】また本発明の請求項7記載の半導体装置の
製造方法は、下部電極、強誘電体膜および強誘電体用保
護膜を順次形成した後、異方性エッチングによりサイド
ウォールを少なくとも前記強誘電体膜および前記強誘電
体膜用保護膜の側部に形成し、前記サイドウォールおよ
び前記強誘電体用保護膜上に上部電極を形成することを
特徴とするものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, the lower electrode, the ferroelectric film, and the ferroelectric protective film are sequentially formed, and then the sidewall is formed at least by the anisotropic etching. It is formed on the side of the dielectric film and the protective film for ferroelectric film, and an upper electrode is formed on the sidewall and the protective film for ferroelectric film.

【0015】さらに本発明の請求項10の半導体装置の
製造方法は、請求項7記載の半導体装置の製造方法にお
いて、異方性エッチングによりサイドウォールを前記強
誘電体膜および前記強誘電体膜用保護膜の側部に形成し
た後、前記サイドウォール上および前記強誘電体用保護
膜上に上部電極を形成する前に、前記強誘電体膜用保護
膜の表面のエッチング残りを除去する工程を有すること
を特徴とするものである。
According to a tenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, a sidewall is formed by anisotropic etching for forming the ferroelectric film and the ferroelectric film. After forming on the side of the protective film, before forming an upper electrode on the sidewalls and on the ferroelectric protective film, a step of removing etching residue on the surface of the ferroelectric film protective film is performed. It is characterized by having.

【0016】これらの方法によれば、上記の作用効果に
加えて、上部電極形成前に強誘電体保護膜上に残ったエ
ッチング残りを除去することができる。
According to these methods, in addition to the above-mentioned functions and effects, it is possible to remove the etching residue remaining on the ferroelectric protective film before forming the upper electrode.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の半導
体装置について、図面を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0018】図1は本発明の実施の形態による半導体装
置の要部断面図であり、図2(a)〜(d)および図3
(e)〜(g)は、本発明の実施の形態における半導体
装置の製造方法を示す工程断面図である。なお、図1,
図2,図3において、図6と同一物については、同一番
号を用いて説明する。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, which is shown in FIGS.
5E to 5G are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device in the embodiment of the present invention. In addition, FIG.
2 and 3, the same components as those in FIG. 6 will be described using the same reference numerals.

【0019】まず、図2(a)に示すように、半導体基
板1上に集積回路としてアクセストランジスタ2を形成
した後、ポリサイド膜などからなるビット線6を形成
し、その後アクセストランジスタ2およびビット線6上
にBPSG等からなる層間絶縁膜4を形成する。その
後、第1の層間絶縁膜4の所定の領域にコンタクトホー
ルを形成する。その後、コンタクト穴にアクセストラン
ジスタ2と強誘電体キャパシタ9とを電気的に接続する
ためのプラグ8を形成する。プラグ8はコンタクト穴に
多結晶ポリシリコンまたはタングステン等を埋め込んだ
後、エッチバック法もしくは化学的機械的研磨法等によ
り、コンタクト穴部以外の多結晶ポリシリコンまたはタ
ングステン等を除去する。
First, as shown in FIG. 2A, after forming an access transistor 2 as an integrated circuit on a semiconductor substrate 1, a bit line 6 made of a polycide film or the like is formed, and then the access transistor 2 and the bit line An interlayer insulating film 4 made of BPSG or the like is formed on 6. Thereafter, a contact hole is formed in a predetermined region of the first interlayer insulating film 4. Thereafter, a plug 8 for electrically connecting the access transistor 2 and the ferroelectric capacitor 9 is formed in the contact hole. The plug 8 embeds polycrystalline polysilicon, tungsten, or the like in the contact hole, and then removes the polycrystalline polysilicon, tungsten, or the like other than the contact hole by an etch-back method, a chemical mechanical polishing method, or the like.

【0020】次に、密着層、バリアメタル、Ptの順に
積層された積層膜からなる下部電極10を200nm程
度ウエハ全面に形成した後、SrBi2Ta29からな
る強誘電体膜11をスピン塗布法、CVD法等で150
nm程度形成する。その後、Ptからなる第1の上部電
極14を50nm程度積層して形成する。
Next, after a lower electrode 10 composed of a laminated film in which an adhesion layer, a barrier metal and Pt are laminated in this order is formed on the entire surface of the wafer to a thickness of about 200 nm, the ferroelectric film 11 composed of SrBi 2 Ta 2 O 9 is spun. 150 by coating method, CVD method, etc.
It is formed on the order of nm. After that, the first upper electrode 14 made of Pt is formed by laminating about 50 nm.

【0021】その後、図2(b)に示すように、フォト
レジスト等からなる下部電極加工用マスク15を用いて
第1の上部電極14、強誘電体膜11および下部電極1
0を例えばArとCl等の混合ガスを用いてドライエッ
チングして、略同一形状に加工し、形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, the first upper electrode 14, the ferroelectric film 11 and the lower electrode 1 are formed using a lower electrode processing mask 15 made of a photoresist or the like.
0 is dry-etched using a mixed gas of, for example, Ar and Cl, and processed and formed into substantially the same shape.

【0022】しかる後、図2(c)に示すように、フォ
トレジストなどからなる下部電極加工用マスク15をア
ッシング等により除去した後、シリコン酸化膜等からな
るサイドウォール用絶縁膜16を例えば300nm程度
の膜厚でウエハ全面に形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2C, after the lower electrode processing mask 15 made of a photoresist or the like is removed by ashing or the like, the side wall insulating film 16 made of a silicon oxide film or the like is removed to a thickness of, for example, 300 nm. It is formed on the entire surface of the wafer with a film thickness of the order.

【0023】そして、図2(d)に示すように、ウエハ
全面に形成されたサイドウォール用絶縁膜16を例えば
CF4等のエッチングガスを用いて全面に異方性エッチ
ングすることでサイドウォール16Sを形成する。
Then, as shown in FIG. 2D, the sidewall insulating film 16 formed on the entire surface of the wafer is anisotropically etched on the entire surface by using an etching gas such as CF 4, so that the sidewall 16S is formed. To form

【0024】しかる後、図3(e)に示すように、例え
ば100nm程度の膜厚のPt等からなる第2の上部電
極17をウエハ全面に形成した後、フォトレジストなど
からなる上部電極加工用マスク18を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3E, a second upper electrode 17 made of Pt or the like having a thickness of, for example, about 100 nm is formed on the entire surface of the wafer, and is then formed of a photoresist or the like for processing the upper electrode. A mask 18 is formed.

【0025】その後、図3(f)に示すように、フォト
レジストなどからなる上部電極加工用マスク18を用い
て例えばArとCl等の混合ガスを用いてドライエッチ
ングすることによって第2の上部電極17を強誘電体膜
11全体を覆うように、又は強誘電体膜11上に形成さ
れた第1の電極およびサイドウォール16Sの全体を覆
うように形成する。また、この第2の上部電極17は、
第1の上部電極14に比較して厚くなるように形成され
ている。このようにして、強誘電体キャパシタを形成す
る。
Thereafter, as shown in FIG. 3F, the second upper electrode is formed by dry etching using a mixed gas such as Ar and Cl using an upper electrode processing mask 18 made of photoresist or the like. 17 is formed so as to cover the entire ferroelectric film 11 or to cover the entire first electrode and the sidewall 16S formed on the ferroelectric film 11. Further, the second upper electrode 17
It is formed to be thicker than the first upper electrode 14. Thus, a ferroelectric capacitor is formed.

【0026】最後に、図3(g)に示すように、この強
誘電体キャパシタ18を有する半導体基板上に第2の層
間絶縁膜5を形成し、この絶縁膜の所定の領域に形成さ
れたコンタクトホールを介して第2の上部電極17およ
びビット線6に達するAl膜等からなる配線19を形成
した後、最終保護膜としてのシリコン窒化膜20等を形
成して半導体装置を完成する。
Finally, as shown in FIG. 3 (g), a second interlayer insulating film 5 is formed on the semiconductor substrate having the ferroelectric capacitor 18, and is formed in a predetermined region of the insulating film. After forming a wiring 19 made of an Al film or the like reaching the second upper electrode 17 and the bit line 6 via the contact hole, a silicon nitride film 20 or the like as a final protective film is formed to complete the semiconductor device.

【0027】図4は本実施の形態による半導体装置を使
用した場合(曲線a)および従来の半導体装置を使用し
た場合(曲線b)の各々について、強誘電体キャパシタ
のヒステリシス特性を比較する図である。
FIG. 4 is a diagram comparing the hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor in the case where the semiconductor device according to the present embodiment is used (curve a) and in the case where the conventional semiconductor device is used (curve b). is there.

【0028】なお、図4におけるデータの測定方法は、
例えばソイヤータワー法等により、強誘電体キャパシタ
の上部電極と下部電極の間に適当な電界のパルスを印加
することで、蓄積電荷量−印加電界のヒステリシス特性
を評価することができる。
The method of measuring the data in FIG.
For example, by applying a pulse of an appropriate electric field between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor by the Soyer tower method or the like, it is possible to evaluate the hysteresis characteristic of the accumulated electric charge-applied electric field.

【0029】図4から明らかなように、強誘電体キャパ
シタに対する印加電界を150kV/cm〜−150k
V/cmの範囲でかけたところ、従来の半導体装置を使
用した場合は、ヒステリシス特性において印加電界が0
kV/cmにおける蓄積電荷量の差が約11μC/cm
2であったのに対し、本発明の実施の形態における半導
体装置を使用した場合は、蓄積電荷量の差が約22μC
/cm2と大幅に向上していることがわかる。したがっ
て本発明の実施の形態における強誘電体キャパシタのヒ
ステリシス特性は従来の強誘電体キャパシタのヒステリ
シス特性に比べて、蓄積電荷量が大きく、記憶特性に優
れていることがわかる。
As is apparent from FIG. 4, the electric field applied to the ferroelectric capacitor is 150 kV / cm to -150 k.
When applied in the range of V / cm, when the conventional semiconductor device was used, the applied electric field was 0 in the hysteresis characteristic.
The difference of the accumulated charge amount at kV / cm is about 11 μC / cm.
In contrast, when the semiconductor device according to the embodiment of the present invention was used, the difference in the amount of accumulated charge was about 22 μC
/ Cm 2, which is significantly improved. Therefore, it can be seen that the hysteresis characteristic of the ferroelectric capacitor according to the embodiment of the present invention has a larger accumulated charge amount and is superior in the storage characteristic as compared with the hysteresis characteristic of the conventional ferroelectric capacitor.

【0030】図5は本実施の形態による半導体装置を使
用した場合(曲線c)および従来の半導体装置を使用す
る場合(曲線d)の各々について、強誘電体キャパシタ
の電流−電圧特性を比較する図である。
FIG. 5 compares the current-voltage characteristics of the ferroelectric capacitor when using the semiconductor device according to the present embodiment (curve c) and when using the conventional semiconductor device (curve d). FIG.

【0031】なお、図5におけるデータ測定は、強誘電
体キャパシタの上部電極と下部電極間に印加する電圧を
増加させながら、強誘電体キャパシタに流れる電流を測
定し、電流−電圧特性を評価したものである。
In the data measurement in FIG. 5, the current flowing through the ferroelectric capacitor was measured while increasing the voltage applied between the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor, and the current-voltage characteristics were evaluated. Things.

【0032】図5から明らかなように、強誘電体キャパ
シタに対する印加電圧を0V〜6V程度かけたところ、
従来の半導体装置を使用した場合は、電流が10-3A/
cm 2以上流れてしまったのに対し、本発明の実施の形
態における半導体装置を使用した場合は、10-6A/c
2以上流れることはなく、電圧印加時のリーク電流が
極めて少なく良好な絶縁性を示していることがわかる。
As apparent from FIG. 5, the ferroelectric capacitor
When an applied voltage of about 0 V to 6 V is applied to the
When a conventional semiconductor device is used, a current of 10-3A /
cm TwoIn contrast to the above, the embodiment of the present invention
When the semiconductor device in the state is used, 10-6A / c
mTwoDoes not flow, and the leakage current when applying a voltage
It can be seen that the insulating properties are extremely small and show good insulating properties.

【0033】なお、本実施の形態では、強誘電体膜11
を上部電極14,17と下部電極10間に介在する絶縁
膜として用いたが、強誘電体膜11の代わりに、通常の
SiO2膜等からなる絶縁膜を用いても良好な絶縁性を
得ることができる効果を有する。
In the present embodiment, the ferroelectric film 11
Is used as an insulating film interposed between the upper electrodes 14 and 17 and the lower electrode 10, but good insulating properties can be obtained by using an insulating film made of a normal SiO 2 film or the like instead of the ferroelectric film 11. Has the effect that can.

【0034】なお、本実施の形態では、強誘電体膜11
として、SrBi2Ta29を用いたが、Taの代わり
にNbを用いたSrBi2Ta29でも、また、その両
者をある割合で混合したものでも、また、Sr,Bi,
Ta等の組成比をかえたものを用いても勿論良く、また
PZT膜等他の材料の強誘電体を用いても同様の効果が
得られることは言うまでもない。
In the present embodiment, the ferroelectric film 11
As has used the SrBi 2 Ta 2 O 9, even SrBi 2 Ta 2 O 9 with Nb in place of Ta, also those in a mixing ratio in the both, also, Sr, Bi,
Needless to say, a material having a different composition ratio such as Ta may be used, and the same effect can be obtained by using a ferroelectric material of another material such as a PZT film.

【0035】なお、強誘電体膜11は、ビスマス層状ペ
ロブスカイト構造を有する強誘電体膜であることが望ま
しい。
The ferroelectric film 11 is preferably a ferroelectric film having a bismuth layered perovskite structure.

【0036】また、本実施の形態では、ビット線6を強
誘電体キャパシタよりも下層に形成する場合について説
明したが、ビット線6を強誘電体キャパシタよりも上層
に形成する構造としても同様の効果が得られることは言
うまでもない。
In this embodiment, the case where the bit line 6 is formed below the ferroelectric capacitor has been described. However, the same applies to the case where the bit line 6 is formed above the ferroelectric capacitor. Needless to say, the effect is obtained.

【0037】なお、本実施の形態では、下部電極10と
して、密着層、バリアメタル、Ptの順に積層された積
層膜を用いたが、少なくとも白金、または白金と酸化イ
リジウムを含んだ積層膜を用いても同様の効果が得られ
る。
In the present embodiment, a laminated film in which an adhesion layer, a barrier metal, and Pt are laminated in this order is used as the lower electrode 10, but a laminated film containing at least platinum or platinum and iridium oxide is used. The same effect can be obtained.

【0038】なお、本実施の形態では、第1の上部電極
14および第2の上部電極17としてPtを用いたが、
第1の上部電極14および第2の上部電極17が少なく
とも白金、または白金と酸化イリジウムを含んだ積層膜
を用いても同様の効果が得られる。
In this embodiment, Pt is used for the first upper electrode 14 and the second upper electrode 17,
The same effect can be obtained even if the first upper electrode 14 and the second upper electrode 17 are made of at least platinum or a stacked film containing platinum and iridium oxide.

【0039】なお、本実施の形態では、図1および図3
(g)に示したように、Al膜等からなる配線19を第
2の上部電極17に1箇所で接続する場合について図示
した。第2の上部電極17は複数の強誘電体キャパシタ
を電気的に接続しているので、配線19を第2の上部電
極17に1箇所で接続すれば、配線19は複数の強誘電
体キャパシタ9に接続される。しかし、配線19を第2
の上部電極17に複数箇所で接続してもよい。
In this embodiment, FIGS. 1 and 3
As shown in (g), the case where the wiring 19 made of an Al film or the like is connected to the second upper electrode 17 at one place is illustrated. Since the second upper electrode 17 electrically connects the plurality of ferroelectric capacitors, if the wiring 19 is connected to the second upper electrode 17 at one place, the wiring 19 is connected to the plurality of ferroelectric capacitors 9. Connected to. However, the wiring 19
May be connected to the upper electrode 17 at a plurality of locations.

【0040】なお、本発明においては、上記実施の形態
であげた数値限定に限らず、次のような範囲とすること
が望ましい。 ・下部電極10の厚さ:50nm〜300nm。 ・SrBi2Ta29からなる強誘電体膜11の厚さ:
50nm〜300nm。 ・Ptからなる第1の上部電極14の厚さ:20nm〜
100nm。 ・シリコン酸化膜等からなるサイドウォール用絶縁膜1
6の厚さ:100nm〜500nm。 ・Pt等からなる第2の上部電極17の厚さ:50nm
〜300nm。
The present invention is not limited to the numerical values described in the above embodiment, but preferably has the following ranges. -Thickness of lower electrode 10: 50 nm to 300 nm. -Thickness of ferroelectric film 11 made of SrBi 2 Ta 2 O 9 :
50 nm to 300 nm. The thickness of the first upper electrode 14 made of Pt: 20 nm or more
100 nm.・ Insulating film 1 for sidewall made of silicon oxide film etc.
6, thickness: 100 nm to 500 nm. -Thickness of second upper electrode 17 made of Pt or the like: 50 nm
300300 nm.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
1の上部電極が強誘電体膜の表面を被覆しているため、
サイドウォール形成用の絶縁膜の異方性エッチング時に
おいても強誘電体膜の表面はプラズマにさらされること
がなく、損傷を受けない。したがって、本発明は、強誘
電体膜の電気的特性が劣化することなく、優れた強誘電
体特性および絶縁特性を有する強誘電体キャパシタを得
ることができ、これにより信頼性の高い半導体装置を実
現することができるものである。
As described above, according to the present invention, since the first upper electrode covers the surface of the ferroelectric film,
Even during the anisotropic etching of the insulating film for forming the sidewall, the surface of the ferroelectric film is not exposed to plasma and is not damaged. Therefore, according to the present invention, a ferroelectric capacitor having excellent ferroelectric characteristics and insulating characteristics can be obtained without deteriorating the electric characteristics of the ferroelectric film. It can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態における半導体装置の要部
断面図
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention;

【図2】本発明の実施の形態における半導体装置の製造
工程図
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;

【図3】同半導体装置の製造工程図FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the semiconductor device.

【図4】本発明の実施の形態における半導体装置および
従来の半導体装置のヒステリシス特性の比較図
FIG. 4 is a comparison diagram of hysteresis characteristics between a semiconductor device according to an embodiment of the present invention and a conventional semiconductor device.

【図5】本発明の実施の形態における半導体装置および
従来の半導体装置の電流−電圧特性の比較図
FIG. 5 is a comparison diagram of current-voltage characteristics of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention and a conventional semiconductor device.

【図6】従来の半導体装置の一部断面部を示す図FIG. 6 is a diagram showing a partial cross section of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 アクセストランジスタ 3 ソース部 4 第1の層間絶縁膜 5 第2の層間絶縁膜 6 ビット線 7 ドレイン部 8 プラグ 9 強誘電体キャパシタ 10 下部電極 11 強誘電体膜 14 第1の上部電極 16S サイドウォール 17 第2の上部電極 19 配線 20 保護膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Access transistor 3 Source part 4 First interlayer insulating film 5 Second interlayer insulating film 6 Bit line 7 Drain part 8 Plug 9 Ferroelectric capacitor 10 Lower electrode 11 Ferroelectric film 14 First upper electrode 16S Side wall 17 Second upper electrode 19 Wiring 20 Protective film

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/788 29/792 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H01L 29/788 29/792

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 上部電極および絶縁膜および下部電極か
らなる容量素子を有する半導体装置において、前記絶縁
膜と前記上部電極間に絶縁膜用保護膜を有し、少なくと
も前記絶縁膜および前記絶縁膜用保護膜の側部にサイド
ウォールが設けられている半導体装置。
1. A semiconductor device having a capacitor comprising an upper electrode, an insulating film and a lower electrode, comprising a protective film for the insulating film between the insulating film and the upper electrode, wherein at least the insulating film and the protective film for the insulating film are provided. A semiconductor device in which a sidewall is provided on a side portion of a protective film.
【請求項2】 上部電極および下部電極間に介在する絶
縁膜が強誘電体膜からなる容量素子を有する半導体装置
において、前記強誘電体膜と前記上部電極間に強誘電体
膜用保護膜を有し、少なくとも前記強誘電体膜および前
記強誘電体膜用保護膜の側部にサイドウォールが設けら
れている半導体装置。
2. A semiconductor device having a capacitive element in which an insulating film interposed between an upper electrode and a lower electrode includes a ferroelectric film, wherein a protective film for a ferroelectric film is provided between the ferroelectric film and the upper electrode. A semiconductor device comprising: a side wall provided at least on a side portion of the ferroelectric film and the protective film for the ferroelectric film.
【請求項3】 前記強誘電体膜用保護膜が導電性材料か
らなる請求項2記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein said protective film for a ferroelectric film is made of a conductive material.
【請求項4】 前記強誘電体膜用保護膜が、前記上部電
極と同一材料からなる請求項3記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein said protective film for a ferroelectric film is made of the same material as said upper electrode.
【請求項5】 前記上部電極が、白金または白金と酸化
イリジウムの積層膜である請求項4記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein said upper electrode is platinum or a laminated film of platinum and iridium oxide.
【請求項6】 前記強誘電体膜がビスマス層状ペロブス
カイト構造を有する請求項2記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 2, wherein said ferroelectric film has a bismuth layered perovskite structure.
【請求項7】 下部電極、強誘電体膜および強誘電体用
保護膜を順次形成した後、異方性エッチングによりサイ
ドウォールを少なくとも前記強誘電体膜および前記強誘
電体膜用保護膜の側部に形成し、前記サイドウォールお
よび前記強誘電体用保護膜上に上部電極を形成する半導
体装置の製造方法。
7. After a lower electrode, a ferroelectric film and a ferroelectric protective film are sequentially formed, a sidewall is formed at least on the side of the ferroelectric film and the ferroelectric film protective film by anisotropic etching. And forming an upper electrode on the side wall and the ferroelectric protective film.
【請求項8】 請求項7記載の半導体装置において、前
記下部電極上に強誘電体膜および強誘電体用保護膜を所
定形状に形成する工程が、前記下部電極を形成し、前記
下部電極上に強誘電体膜および強誘電体用保護膜を順次
形成した後、前記下部電極、前記強誘電体膜および前記
強誘電体用保護膜を略同一形状にパターン形成する工程
であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the step of forming a ferroelectric film and a ferroelectric protective film in a predetermined shape on the lower electrode includes forming the lower electrode, and forming the ferroelectric film on the lower electrode. Forming a ferroelectric film and a ferroelectric protective film sequentially, and then patterning the lower electrode, the ferroelectric film and the ferroelectric protective film in substantially the same shape. Semiconductor device manufacturing method.
【請求項9】 半導体集積回路が作り込まれた基板上に
第1の絶縁膜を形成し、前記半導体集積回路のソース領
域またはドレイン領域に接続されたプラグを前記第1の
絶縁膜の所定の領域に形成されたコンタクトホールに形
成し、前記プラグに接続される下部電極を形成し、前記
下部電極上に強誘電体膜および強誘電体用保護膜を順次
形成した後、異方性エッチングによりサイドウォールを
前記強誘電体膜および前記強誘電体膜用保護膜の側部に
形成し、前記サイドウォール上および前記強誘電体用保
護膜上に上部電極を形成する半導体装置の製造方法。
9. A first insulating film is formed on a substrate on which a semiconductor integrated circuit is formed, and a plug connected to a source region or a drain region of the semiconductor integrated circuit is connected to a predetermined portion of the first insulating film. Forming a lower electrode connected to the plug, forming a ferroelectric film and a ferroelectric protective film on the lower electrode in order, and then performing anisotropic etching on the lower electrode. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a sidewall is formed on a side portion of the ferroelectric film and the protective film for a ferroelectric film, and an upper electrode is formed on the sidewall and the protective film for a ferroelectric film.
【請求項10】 異方性エッチングによりサイドウォー
ルを前記強誘電体膜および前記強誘電体膜用保護膜の側
部に形成した後、前記サイドウォール上および前記強誘
電体用保護膜上に上部電極を形成する前に、前記強誘電
体膜用保護膜の表面のエッチング残りを除去する工程を
有する請求項7または請求項9記載の半導体装置の製造
方法。
10. A sidewall is formed on the side of the ferroelectric film and the protective film for a ferroelectric film by anisotropic etching, and then an upper portion is formed on the sidewall and on the protective film for a ferroelectric. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising removing an etching residue on a surface of the ferroelectric film protective film before forming the electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6982455B2 (en) 2003-05-30 2006-01-03 Oki Electric Industry Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same

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