JP2001250922A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

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JP2001250922A
JP2001250922A JP2000063065A JP2000063065A JP2001250922A JP 2001250922 A JP2001250922 A JP 2001250922A JP 2000063065 A JP2000063065 A JP 2000063065A JP 2000063065 A JP2000063065 A JP 2000063065A JP 2001250922 A JP2001250922 A JP 2001250922A
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JP
Japan
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wiring
conductor
film
dielectric film
ferroelectric
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Application number
JP2000063065A
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Japanese (ja)
Inventor
Sota Shinohara
壮太 篠原
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To cancel the continuity failure between capacity upper wiring and a plug or wiring existing in the lower layer, and to improve a manufacturing yield in a semiconductor memory using a ferroelectric capacitor. SOLUTION: In the semiconductor memory, the lower layer of capacity upper wiring 12 that is formed at the upper side of a ferroelectric capacitor Cf has a structure that is composed of conductive oxide, and at the same time is also used as the upper electrode of the ferroelectric capacitor. The capacity upper wiring 12 is connected to a plug 4 that is placed in the lower layer or other wiring via a conductor 15 that is formed by the same process as a lower electrode 8 of the ferroelectric capacitor.

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】本発明は半導体装置及びその
製造方法に関し、特に半導体基板上に形成された記憶情
報を保持するための強誘電体または高誘電体(以下、両
者を併せて、強(高)誘電体と記載する)を誘電膜とす
る容量素子とメモリセルトランジスタとを備えた半導体
メモリの構成及びその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a ferroelectric or high dielectric (hereinafter, referred to as a ferroelectric) for holding stored information formed on a semiconductor substrate. The present invention relates to a configuration of a semiconductor memory including a capacitor element and a memory cell transistor having a dielectric film of (high) dielectric) and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、自発分極特性を有する強誘電体
膜、または、常誘電体ではあるが高い誘電率を有する高
誘電体膜を容量絶縁膜とする半導体メモリの技術開発が
活発に行われている。図8は強(高)誘電体容量素子を
用いた半導体メモリを構成する単位メモリセルの等価回
路図である。メモリセルMCは、電界効果トランジスタ
Trと、このトランジスタのソース・ドレインの一方に
接続された強(高)誘電体容量素子Cfとによって構成
されており、このトランジスタTrのソース・ドレイン
の他方はビット線BLに、またこのトランジスタTrの
ゲート電極はワード線WLに、強(高)誘電体容量素子
Cfの他方の電極はプレート線PLに、それぞれ接続さ
れている。この図8に示したメモリセルMCをマトリッ
クス状に配列することにより、大規模メモリを構成する
ことができる。
2. Description of the Related Art In recent years, technical development of a semiconductor memory in which a ferroelectric film having spontaneous polarization characteristics or a high dielectric film which is a paraelectric but has a high dielectric constant is used as a capacitor insulating film has been actively performed. ing. FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of a unit memory cell constituting a semiconductor memory using a ferroelectric (high) dielectric capacitor. The memory cell MC includes a field-effect transistor Tr and a ferroelectric (high) dielectric capacitor Cf connected to one of the source and the drain of the transistor. The other of the source and the drain of the transistor Tr is a bit. The line BL, the gate electrode of the transistor Tr is connected to the word line WL, and the other electrode of the ferroelectric (high) dielectric capacitor Cf is connected to the plate line PL. A large-scale memory can be configured by arranging the memory cells MC shown in FIG. 8 in a matrix.

【0003】図9に、従来の単位メモリセルの断面図を
示す。ただし、図9では、容量上配線12によって構成
されるプレート線をセルアレイ領域外の周辺回路に接続
している部分も示している。図9に示す従来例では、p
型シリコン基板1の表面領域内にソース・ドレインn+
拡散層2が形成され、p型シリコン基板上にゲート絶縁
膜を介してゲート電極3が形成され、これによりセルト
ランジスタである電界効果トランジスタが構成されてい
る。
FIG. 9 is a sectional view of a conventional unit memory cell. However, FIG. 9 also shows a portion where the plate line constituted by the on-capacitance wiring 12 is connected to a peripheral circuit outside the cell array region. In the conventional example shown in FIG.
Source / drain n + in the surface region of the silicon substrate 1
A diffusion layer 2 is formed, and a gate electrode 3 is formed on a p-type silicon substrate with a gate insulating film interposed therebetween, thereby forming a field-effect transistor as a cell transistor.

【0004】電界効果トランジスタ上には、層間絶縁膜
7をはさんで、下部電極8、強(高)誘電体膜9、容量
上配線12によって構成される強(高)誘電体容量素子
が形成され、下部電極8は第1プラグ4によって電界効
果トランジスタの他方のソース・ドレイン拡散層2に接
続されている。本例では、ワード線WLは電界効果トラ
ンジスタのゲート電極3を兼ねている。
On the field effect transistor, a ferroelectric (high) dielectric capacitive element composed of a lower electrode 8, a ferroelectric (high) dielectric film 9, and a wiring 12 on a capacitor is formed with an interlayer insulating film 7 interposed therebetween. The lower electrode 8 is connected to the other source / drain diffusion layer 2 of the field effect transistor by the first plug 4. In this example, the word line WL also serves as the gate electrode 3 of the field effect transistor.

【0005】強(高)誘電体膜9はPZT(PbxZr
Ti1-x3 )、SBT(SrBi2Ta29 )、BS
T(BaxSr1-xTiO3)等を用いて形成される。強
(高)誘電体容量素子上には、容量カバー膜11が形成
され、その上にプレート線として容量上配線12が形成
される。容量上配線12は容量カバー膜11に形成され
たコンタクトホール内で、強(高)誘電体膜9と接し、
この部分で強(高)誘電体容量素子の上部電極を兼ねて
いる。なお、この構造は特開平8−335673号公報
に開示のものである。
The ferroelectric (high) dielectric film 9 is made of PZT (Pb x Zr).
Ti 1-x O 3 ), SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ), BS
It is formed using T (Ba x Sr 1 -x TiO 3 ) or the like. On the ferroelectric (high) dielectric capacitance element, a capacitance cover film 11 is formed, on which a capacitance line 12 is formed as a plate line. The on-capacitance wiring 12 is in contact with the ferroelectric (high) dielectric film 9 in a contact hole formed in the capacitance
This portion also serves as the upper electrode of the ferroelectric (high) dielectric capacitor. This structure is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-335673.

【0006】強(高)誘電体膜は通常酸化雰囲気中で形
成され、また強(高)誘電体膜形成後に強(高)誘電体
膜安定化のために酸素雰囲気下のアニールが必要となる
ことが多いため、下部電極8としては、耐酸化性の貴金
属(例えば、Pt,Ir)あるいは導電性酸化物(例え
ば、IrO2,RuO2)が用いられる。
The ferroelectric (high) dielectric film is usually formed in an oxidizing atmosphere, and after the ferroelectric (high) dielectric film is formed, annealing in an oxygen atmosphere is required to stabilize the ferroelectric (high) dielectric film. Since the lower electrode 8 is often used, an oxidation-resistant noble metal (for example, Pt, Ir) or a conductive oxide (for example, IrO 2 , RuO 2 ) is used.

【0007】ただし、本従来例のように、強(高)誘電
体容量素子の下部電極をプラグと接触させるような場合
には、プラグと接触させる部分が導電性酸化物であるの
は好ましくない。その理由は、導電性酸化物がプラグを
構成する材料、例えば、Wを酸化させ、プラグと下部電
極間の導通不良を引き起こすからである。従って、下部
電極に導電性酸化物を用いる場合には、導電性酸化物の
下層に貴金属(例えば、Pt,Ir)を敷くことが好ま
しい。
However, when the lower electrode of the ferroelectric (high) dielectric capacitor is brought into contact with the plug as in the conventional example, it is not preferable that the portion to be brought into contact with the plug is made of a conductive oxide. . The reason for this is that the conductive oxide oxidizes the material constituting the plug, for example, W, and causes poor conduction between the plug and the lower electrode. Therefore, when a conductive oxide is used for the lower electrode, it is preferable to lay a noble metal (for example, Pt, Ir) under the conductive oxide.

【0008】容量上配線12(図9ではプレート線を構
成する)は、強(高)誘電体膜9と接する部分で強
(高)誘電体容量素子の上部電極を兼ねるために、その
最下層は導電性酸化物(例えば、IrO2,RuO2)で
あることが好ましい。その理由は、特開平7−2452
37号公報にあるように、強誘電体膜と接する上部電極
として、IrO2などの導電性酸化物を用いると、デー
タ書き換えによる強誘電体膜の疲労劣化を著しく低減で
きる目覚しい効果が認められるためである。高誘電体膜
に対しても、上部電極と高誘電体膜の界面において、高
誘電体膜の酸素欠陥に起因したリーク電流を低減する働
きがあることから、容量上配線の最下層は導電性酸化物
であることが好ましい。
The upper wiring 12 (which constitutes a plate line in FIG. 9) serves as an upper electrode of a ferroelectric (high) dielectric capacitance element at a portion in contact with the ferroelectric (high) dielectric film 9, so that its lowermost layer is formed. Is preferably a conductive oxide (for example, IrO 2 , RuO 2 ). The reason is described in JP-A-7-2452.
As disclosed in JP-A-37-37, when a conductive oxide such as IrO 2 is used as an upper electrode in contact with a ferroelectric film, a remarkable effect of remarkably reducing fatigue deterioration of the ferroelectric film due to data rewriting is recognized. It is. For the high dielectric film, the lower layer of the wiring above the capacitor is conductive because the interface between the upper electrode and the high dielectric film has the function of reducing the leakage current due to oxygen defects in the high dielectric film. It is preferably an oxide.

【0009】容量上配線12の上には、アルミを主体と
してなる配線層14が形成され、この配線層14によっ
て、ビット線および容量上配線12と周辺回路との接続
のための配線が形成される。配線層14の上には、特開
平2−172282号公報にあるように、プラズマCV
D法によって、シリコン窒化膜(SiNx )またはシリ
コン酸窒化膜(SiOxy)を保護膜15として形成す
る。シリコン窒化膜(SiNx )またはシリコン酸窒化
膜(SiOxy)には、空気中に含まれる水分によって
金属材料が腐食されるのを防止する耐湿性を有するため
である。
A wiring layer 14 mainly composed of aluminum is formed on the upper wiring 12, and a wiring for connecting the bit line and the upper wiring 12 to the peripheral circuit is formed by the wiring layer 14. You. As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-172282, a plasma CV
A silicon nitride film (SiN x ) or a silicon oxynitride film (SiO x N y ) is formed as the protection film 15 by the D method. This is because the silicon nitride film (SiN x ) or the silicon oxynitride film (SiO x N y ) has moisture resistance that prevents the metal material from being corroded by moisture contained in the air.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記容量上配線12は
それより下層にあるプラグまたは他の配線または半導体
基板と接続されなければならない。ところが、容量上配
線12の最下層を導電性酸化物として、容量上配線12
をそれより下層にあるプラグと接触させると、導電性酸
化物とプラグとの間で導通不良が生じ、半導体メモリの
製造歩留まりが低下するという問題があった。その理由
は、導電性酸化物と接触したプラグ材料、例えば、Wや
ポリシリコンが接触後に加えられる熱処理によって接触
界面近傍がわずかに酸化され、薄い絶縁膜が形成される
ためである。容量上配線12を下層の他のメタル配線や
半導体基板と接続する場合にも同様の問題が生じる。
The above-capacitance wiring 12 must be connected to a plug or other wiring or a semiconductor substrate located below it. However, when the lowermost layer of the on-capacitance wiring 12 is made of a conductive oxide,
Contacting the lower layer with a plug in a lower layer causes conduction failure between the conductive oxide and the plug, resulting in a problem of lowering the production yield of the semiconductor memory. The reason is that the heat treatment applied after the contact with the plug material, for example, W or polysilicon, in contact with the conductive oxide slightly oxidizes the vicinity of the contact interface and forms a thin insulating film. A similar problem occurs when the capacitance upper wiring 12 is connected to another metal wiring or a semiconductor substrate below.

【0011】これに対して、図9に示す従来例では、容
量上配線の上に新たに別の配線層を導入して、これを介
して容量上配線とプラグとを接続して導通不良問題を避
けている。しかし、この方法では、製造工程数が多くな
ることで、半導体メモリの製造コストが増加するという
問題が生じる。また、強(高)誘電体膜はLSI製造プ
ロセスによって劣化しやすく、強(高)誘電体容量素子
をつくった後の工程を増やすと、半導体メモリとしての
信頼性を損なう。
On the other hand, in the conventional example shown in FIG. 9, another wiring layer is newly introduced on the wiring on the capacitor, and the wiring on the capacitor and the plug are connected through the wiring layer to cause a problem of poor conduction. Are avoiding. However, this method has a problem that the manufacturing cost of the semiconductor memory increases due to the increase in the number of manufacturing steps. Further, the ferroelectric (high) dielectric film is easily deteriorated by the LSI manufacturing process, and if the number of steps after forming the ferroelectric (high) dielectric capacitive element is increased, the reliability as a semiconductor memory is impaired.

【0012】本発明の目的は、半導体メモリの製造コス
トを増やすことなく、また半導体メモリとしての信頼性
を損なうことなく、容量上配線とプラグまたは他配線と
の導通不良を解消し、半導体メモリの製造歩留まりを改
善することができる半導体装置及びその方法を提供する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to eliminate poor conduction between a wiring on a capacitor and a plug or another wiring without increasing the manufacturing cost of the semiconductor memory and without impairing the reliability of the semiconductor memory. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method thereof capable of improving a manufacturing yield.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は、メタル配線またはプラグが作り込まれた半導体基板
上において該メタル配線またはプラグよりも上層に形成
された下部電極及び誘電体膜と、該誘電体膜上に形成さ
れた絶縁膜と、該絶縁膜に形成され該誘電体膜上に通じ
るコンタクトホール内で該誘電体膜と接し、かつ導電性
酸化物を最下層とする配線層で構成された容量上配線と
を含む半導体装置であって、該容量上配線は、導電体を
介して前記メタル配線または前記プラグに接続されてい
る特徴とする。
A semiconductor device according to the present invention comprises a lower electrode and a dielectric film formed above a metal wiring or plug on a semiconductor substrate on which the metal wiring or plug is formed; An insulating film formed on a dielectric film, and a wiring layer in contact with the dielectric film in a contact hole formed in the insulating film and communicating with the dielectric film and having a conductive oxide as a lowermost layer. And a wiring on the capacitor, wherein the wiring on the capacitance is connected to the metal wiring or the plug via a conductor.

【0014】そして、前記導電体は、前記下部電極と同
一工程で形成されたものであることを特徴とし、また前
記導電体は、白金族元素(Ru,Rh,Pd,Os,I
r,Pt)を主体としてなる導電体、または白金族元素
を主体としてなる材料の上に導電性酸化物を積層してな
る導電体であることを特徴とする。
The conductor is formed in the same step as the lower electrode, and the conductor is a platinum group element (Ru, Rh, Pd, Os, I
(r, Pt) or a conductor obtained by stacking a conductive oxide on a material mainly containing a platinum group element.

【0015】更に、前記誘電体膜と、前記下部電極と、
前記容量上配線とにより、情報を保持する半導体メモリ
の容量素子を構成していることを特徴とし、前記誘電体
膜は強(高)誘電体であることを特徴とする。
Further, the dielectric film, the lower electrode,
The invention is characterized in that a capacitance element of a semiconductor memory holding information is constituted by the above-mentioned wiring on the capacitance, and the dielectric film is a ferroelectric (high) dielectric.

【0016】本発明による半導体装置の製造方法は、半
導体基板上にメタル配線またはプラグを形成する工程
と、その上に下部電極と導電体とを同時に形成する工程
と、前記下部電極上に誘電体膜及び絶縁膜をこの順に形
成する工程と、該絶縁膜に該誘電体膜及び該導電体に通
じるコンタクトホールを形成する工程と、該コンタクト
ホール内で該誘電体膜及び導電体に接しかつ導電性酸化
物を最下層とする配線で構成された容量上配線を形成す
る工程を含むことを特徴とする。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming a metal wiring or a plug on a semiconductor substrate, a step of simultaneously forming a lower electrode and a conductor thereon, and a step of forming a dielectric on the lower electrode Forming a film and an insulating film in this order; forming a contact hole in the insulating film that communicates with the dielectric film and the conductor; and contacting the conductive film with the dielectric film and the conductor in the contact hole. A step of forming an over-capacitance wiring composed of a wiring having a conductive oxide as a lowermost layer.

【0017】本発明の作用を述べる。半導体メモリの容
量上配線を、強(高)誘電体容量素子の下部電極と同一
工程で形成される導電体を介してプラグと接続する。こ
の導電体を介してプラグと接続すれば、導通不良は生じ
ない。容量上配線の最下層を構成する導電性酸化物と接
する下部電極材料、例えばPtは貴金属であり、酸化さ
れて絶縁体になることがないためである。
The operation of the present invention will be described. The wiring above the capacitor of the semiconductor memory is connected to the plug via a conductor formed in the same step as the lower electrode of the ferroelectric (high) dielectric capacitor. If it is connected to the plug via this conductor, no conduction failure occurs. This is because the lower electrode material, for example, Pt, which is in contact with the conductive oxide forming the lowermost layer of the wiring above the capacitor, is a noble metal and is not oxidized to become an insulator.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本発明の半導体メモリの実
施の形態の断面図を図1に示す。この半導体メモリは半
導体基板1とこの半導体基板上に設けられたメモリセル
トランジスタと、強(高)誘電体容量素子と、この強
(高)誘電体容量素子上に設けられたSiO2等の容量
カバー膜11と、容量上配線12とを有する。強(高)
誘電体容量素子は、下部電極8と強誘電体膜9とを含
み、容量上配線12が容量カバー膜に形成されたコンタ
クトホール内で強(高)誘電体膜9と接し、この部分で
強(高)誘電体容量素子の上部電極を兼ねている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a sectional view of an embodiment of the semiconductor memory of the present invention. This semiconductor memory includes a semiconductor substrate 1, a memory cell transistor provided on the semiconductor substrate, a ferroelectric (high) dielectric capacitor, and a capacitor such as SiO 2 provided on the ferroelectric (high) dielectric capacitor. It has a cover film 11 and a wiring 12 on the capacitor. Strong (high)
The dielectric capacitance element includes a lower electrode 8 and a ferroelectric film 9, and a wiring 12 on the capacitance is in contact with the ferroelectric (high) dielectric film 9 in a contact hole formed in the capacitance cover film. (High) Also serves as the upper electrode of the dielectric capacitor.

【0019】容量上配線12は導電体15を介して第1
プラグ4に接続される。本実施の形態では、ビット線1
6は容量上配線12と同一工程で形成され、この場合に
は、ビット線は導電体15および第1プラグ4を介して
メモリセルトランジスタに接続される。ただし、ビット
線は別工程で形成されてもよい。
The upper wiring 12 is connected to the first conductor 15 via a conductor 15.
Connected to plug 4. In the present embodiment, the bit line 1
6 is formed in the same step as the wiring 12 on the capacitor. In this case, the bit line is connected to the memory cell transistor via the conductor 15 and the first plug 4. However, the bit line may be formed in another step.

【0020】容量上配線12は強(高)誘電体容量素子
の上部電極を兼ねており、良好な容量特性を得るため
に、容量上配線12は最下層をIrO2,RuO2等の導
電性酸化物により構成する。
The upper wiring 12 also serves as an upper electrode of a ferroelectric (high) dielectric capacitance element. In order to obtain good capacitance characteristics, the lower wiring of the upper wiring 12 is made of a conductive material such as IrO 2 or RuO 2 . It is composed of an oxide.

【0021】次に、本実施の形態の半導体メモリの製造
方法について、図2〜図6に示す工程断面図を用いて説
明する。通常のシリコン半導体集積回路製造プロセスに
よりトランジスタTr、第1プラグ4を形成する。第1
プラグとしては、W、ポリシリコン等が用いられる。第
1プラグ4形成後には、CMP(Chemecal Mechanical
Polishing )による平坦化を行っておく(図2)。
Next, a method of manufacturing the semiconductor memory according to the present embodiment will be described with reference to the process sectional views shown in FIGS. The transistor Tr and the first plug 4 are formed by a normal silicon semiconductor integrated circuit manufacturing process. First
As the plug, W, polysilicon or the like is used. After the first plug 4 is formed, the CMP (Chemecal Mechanical
Polishing) (FIG. 2).

【0022】この後、強誘電体容量素子を以下の方法で
形成する。まず、層間絶縁膜11上に下部電極8を形成
し、その上に強(高)誘電体膜9を形成する。下部電極
8に用いられる材料としては、Pt,Ir,Ru等の貴
金属、またはPt,Ir,Ru等の貴金属の上にIrO
2,RuO2等の導電性酸化物を積層したものがあげら
れ、通常スパッタリング法により形成される。
Thereafter, a ferroelectric capacitor is formed by the following method. First, a lower electrode 8 is formed on an interlayer insulating film 11, and a ferroelectric (high) dielectric film 9 is formed thereon. As a material used for the lower electrode 8, a noble metal such as Pt, Ir, and Ru, or IrO on a noble metal such as Pt, Ir, and Ru are used.
And a stack of conductive oxides such as RuO 2 , which is usually formed by a sputtering method.

【0023】また、下部電極8としては、貴金属の下
に、酸化雰囲気で形成される強(高)誘電体膜成膜中に
プラグが酸化されるのを防ぐため、酸化されにくく、酸
素バリアになるTiNを敷くことが好ましい。また、T
iNの下には、層間絶縁膜7上への密着層として、Ti
を敷くことが好ましい。強(高)誘電体膜9としては、
PZT(PbLaZrx1-x3)、またはSBT(S
rBi2Ta29)、BST(BaxSr1-xTiO3
等が常温で強誘電性や高い誘電率を有するため好まし
く、スパッタリング法、ゾル・ゲル法、CVD法等によ
り形成される。
The lower electrode 8 is hardly oxidized under the noble metal in order to prevent the plug from being oxidized during the formation of a ferroelectric (high) dielectric film formed in an oxidizing atmosphere. It is preferable to spread TiN. Also, T
Under iN, as an adhesion layer on the interlayer insulating film 7, Ti
It is preferable to lay. As the strong (high) dielectric film 9,
PZT (PbLaZr x T 1 -x O 3 ) or SBT (S
rBi 2 Ta 2 O 9 ), BST (Ba x Sr 1-x TiO 3 )
And the like are preferable since they have ferroelectricity and a high dielectric constant at room temperature, and are formed by a sputtering method, a sol-gel method, a CVD method, or the like.

【0024】次に、強誘電体膜9および下部電極8をR
IE法で同時にパターニングする(図3)。下部電極8
と同時に導電体15が形成される。続いて、導電体15
上の強(高)誘電体膜9をウエットエッチング法等によ
り除去しておく(図4)。次に,容量カバー膜11とし
てシリコン酸化膜などの絶縁膜を堆積させた後、強誘電
体膜9、導電体15に通じるコンタクトホールを形成す
る(図5)。
Next, the ferroelectric film 9 and the lower electrode 8 are
Patterning is performed simultaneously by the IE method (FIG. 3). Lower electrode 8
At the same time, the conductor 15 is formed. Subsequently, the conductor 15
The upper ferroelectric (high) dielectric film 9 is removed by a wet etching method or the like (FIG. 4). Next, after depositing an insulating film such as a silicon oxide film as the capacitor cover film 11, a contact hole communicating with the ferroelectric film 9 and the conductor 15 is formed (FIG. 5).

【0025】次いで、容量上配線12として、導電性酸
化物または導電性酸化物の上に他金属材料を積層したも
のをスパッタリング法等により形成した後、パターニン
グを行う(図6)。ビット線16はこのとき同時に形成
される。あるいは、ビット線は別工程で形成されてもよ
い。容量上配線12の最下層を構成する導電性酸化物と
してはIrO2,RuO2等が用いられる。更に、容量上
配線の上には、保護膜13が形成される。保護膜13と
しては、プラズマCVD法によって、シリコン窒化膜
(SiNx)またはシリコン酸窒化膜(SiONx)膜を
形成する。
Next, a conductive oxide or a material obtained by laminating another metal material on a conductive oxide is formed as the upper wiring 12 by a sputtering method or the like, and then patterned (FIG. 6). The bit lines 16 are simultaneously formed at this time. Alternatively, the bit line may be formed in another step. IrO 2 , RuO 2, or the like is used as the conductive oxide constituting the lowermost layer of the upper wiring 12. Further, a protective film 13 is formed on the on-capacitance wiring. As the protective film 13, a silicon nitride film (SiN x ) or a silicon oxynitride film (SiON x ) film is formed by a plasma CVD method.

【0026】[0026]

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。先ず、
本発明の第一の実施例を、図1の断面図を参照しつつ説
明する。この半導体メモリは、半導体基板1とこの半導
体基板上に設けられたメモリセルトランジスタTrと、
強誘電体容量素子Cfと、、この強誘電体容量素子上に
設けられた容量カバー膜11と、容量上配線12とを有
する。
Embodiments of the present invention will be described below. First,
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the sectional view of FIG. This semiconductor memory includes a semiconductor substrate 1 and a memory cell transistor Tr provided on the semiconductor substrate.
The capacitor includes a ferroelectric capacitor Cf, a capacitor cover film 11 provided on the ferroelectric capacitor, and a wiring 12 on the capacitor.

【0027】強誘電体容量素子は下部電極8及び強誘電
体膜9を含み、容量上配線12が容量カバー膜11に形
成されたコンタクトホール内で強誘電体膜9と接し、こ
の部分で強誘電体容量素子の上部電極を兼ねている。容
量上配線12はメモリセルアレイ領域の外側で導電体1
5を介して第1プラグ4に接続されている。また、ビッ
ト線16は容量上配線12と同一工程で形成される。容
量上配線12は強誘電体容量素子の上部電極を兼ねてお
り、良好な容量特性を得るために、容量上配線12は最
下層をIrO2とし、その上にIrを積層して構成す
る。
The ferroelectric capacitor includes a lower electrode 8 and a ferroelectric film 9, and the upper wiring 12 contacts the ferroelectric film 9 in a contact hole formed in the capacitor cover film 11, and a ferroelectric film is formed at this portion. Also serves as the upper electrode of the dielectric capacitance element. The on-capacitance wiring 12 is a conductor 1 outside the memory cell array region.
5 is connected to the first plug 4. The bit line 16 is formed in the same step as the wiring 12 on the capacitor. The on-capacitance wiring 12 also serves as the upper electrode of the ferroelectric capacitive element, and in order to obtain good capacitance characteristics, the on-capacitance wiring 12 is formed by using IrO 2 as the lowermost layer and stacking Ir thereon.

【0028】本実施例の製造方法を示す。通常のシリコ
ン半導体集積回路製造プロセスによって、半導体基板1
上に電界効果トランジスタTr、第1プラグ4が作りこ
まれる(図2参照)。第1プラグ4はWで構成される。
平坦化された層間絶縁膜7の上に下部電極8として、下
層から順にTi,TiN,Ptがスパッタリング法によ
って形成される。続いて、強誘電体膜9としてCVD法
によって、基板温度400℃で膜厚200nmのPZT
(PbZr0.45Ti0.553)が形成される。
The manufacturing method of this embodiment will be described. The semiconductor substrate 1 is manufactured by a normal silicon semiconductor integrated circuit manufacturing process.
The field effect transistor Tr and the first plug 4 are formed thereon (see FIG. 2). The first plug 4 is made of W.
Ti, TiN, and Pt are sequentially formed as a lower electrode 8 on the planarized interlayer insulating film 7 from the lower layer by a sputtering method. Subsequently, a PZT film having a thickness of 200 nm at a substrate temperature of 400 ° C. is formed as a ferroelectric film 9 by a CVD method.
(PbZr 0.45 Ti 0.55 O 3 ) is formed.

【0029】PZT成膜後、強誘電体分極特性改善のた
めに、酸素雰囲気中400℃で10分間のアニールを行
う。PZT成膜およびそれに引き続くアニールは酸化雰
囲気中で行われるが、基板温度が400℃以下と低く、
これらの工程で第1プラグ4またはその上に下部電極と
して形成されたTi,TiNが酸化されて、下部電極−
第1プラグ4間が導通不良になることはない。
After forming the PZT film, annealing is performed at 400 ° C. for 10 minutes in an oxygen atmosphere to improve the ferroelectric polarization characteristics. PZT film formation and subsequent annealing are performed in an oxidizing atmosphere, but the substrate temperature is as low as 400 ° C. or less.
In these steps, the first plug 4 or Ti and TiN formed thereon as a lower electrode are oxidized to form a lower electrode.
No conduction failure occurs between the first plugs 4.

【0030】続いて、強誘電体膜9および下部電極8が
RIE法によって同時にパターニングされる(図3参
照)。続いて、導電体15上のPZTを、フォトレジス
トをマスクとしてフッ化水素酸と硝酸の混合液でウエッ
トエッチすることにより除去しておく(図4参照)。
Subsequently, the ferroelectric film 9 and the lower electrode 8 are simultaneously patterned by RIE (see FIG. 3). Subsequently, PZT on the conductor 15 is removed by wet etching with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid using a photoresist as a mask (see FIG. 4).

【0031】次に、容量カバー膜11として、O3 −T
EOS CVD法によって、基板温度375℃でSiO
2 膜を形成し、強誘電体膜9表面および導電体15に達
するコンタクトホールをRIE法によって形成する(図
5参照)。コンタクトホール形成後、コンタクトホール
形成時に強誘電体膜に加わったダメージを除去するた
め、酸素雰囲気中400℃で10分間のアニールを行
う。続いて、容量上配線12としてIrO2 、Irを順
にスパッタリング法によって堆積し、RIE法によって
パターニングする(図6参照)。ビット線16もこのと
き同時に形成される。
Next, an O 3 -T
By the EOS CVD method, a SiO
Two films are formed, and a contact hole reaching the surface of the ferroelectric film 9 and the conductor 15 is formed by RIE (see FIG. 5). After the formation of the contact hole, annealing is performed at 400 ° C. for 10 minutes in an oxygen atmosphere in order to remove damage applied to the ferroelectric film when the contact hole is formed. Subsequently, IrO 2 and Ir are sequentially deposited as the upper wiring 12 by a sputtering method and patterned by an RIE method (see FIG. 6). The bit line 16 is also formed at this time.

【0032】容量上配線12をパターニング後、強誘電
体分極特性安定化のため、窒素雰囲気中400℃で10
分間のアニールを行う。更に、容量上配線12上には、
保護膜13として、SiH4,NH3,N2 Oを原料ガス
として、プラズマCVD法によって、膜厚1μmのシリ
コン酸窒化膜(SiOxy)を基板温度300℃で形成
する。
After patterning the over-capacitance wiring 12, in a nitrogen atmosphere at 400 ° C. for 10
Anneal for a minute. Further, on the upper wiring 12,
As the protective film 13, a silicon oxynitride film (SiO x N y ) having a thickness of 1 μm is formed at a substrate temperature of 300 ° C. by a plasma CVD method using SiH 4 , NH 3 , and N 2 O as source gases.

【0033】本発明の第2の実施例を図7に示す。この
第2の実施例では、ビット線17が、アルミを主体と
し、強誘電体容量素子作製工程よりも先に、容量上配線
12とは異なる配線で形成されていることが第1の実施
例とは異なる。この半導体メモリは、半導体基板1と、
この半導体基板上に設けられたメモリセルトランジスタ
Trと、第1メタル配線5と、強誘電体容量素子Cf
と、強誘電体容量素子上に設けられた容量カバー膜11
と、容量上配線12とを有する。
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the first embodiment is such that the bit line 17 is mainly made of aluminum and is formed by a wiring different from the wiring 12 on the capacitor before the ferroelectric capacitor element manufacturing process. And different. This semiconductor memory includes a semiconductor substrate 1 and
The memory cell transistor Tr provided on this semiconductor substrate, the first metal wiring 5, and the ferroelectric capacitive element Cf
And a capacitor cover film 11 provided on the ferroelectric capacitor
And a wiring 12 on the capacitor.

【0034】強誘電体容量素子Cfは下部電極8および
強誘電体膜9を含み、プレート線12が容量カバー膜1
1に形成されたコンタクトホール内で強誘電体膜9と接
し、この部分で強誘電体容量素子の上部電極を兼ねてい
る。容量上配線12はメモリセルアレイ領域の外側で導
電体15を介して第2プラグ6に接続されている。
The ferroelectric capacitive element Cf includes a lower electrode 8 and a ferroelectric film 9, and the plate line 12 is
The ferroelectric film 9 is in contact with the ferroelectric film 9 in the contact hole formed at 1 and also serves as the upper electrode of the ferroelectric capacitor. The upper wiring 12 is connected to the second plug 6 via a conductor 15 outside the memory cell array region.

【0035】容量上配線12は強誘電体容量素子Cfの
上部電極を兼ねており、良好な容量特性を得るために、
この容量上配線12は最下層をIrO2 とし、また、低
抵抗化のためにその上にIr,TiN,Alを順に積層
して構成されている。
The upper wiring 12 also serves as the upper electrode of the ferroelectric capacitor Cf.
The lower wiring layer 12 is made of IrO 2, and Ir, TiN, and Al are stacked thereon in order to reduce resistance.

【0036】本実施例の製造方法を述べる。通常のシリ
コン半導体集積回路製造プロセスによって、半導体基板
1上に電界効果トランジスタ、第1プラグ4、第1メタ
ル配線5が作りこまれる。第1メタル配線5上には、第
2プラグ6が、CMP法によって平坦化された層間絶縁
膜7表面にまで達して形成される。第1メタル配線5
は、下層から順にTi,TiN,Al,TiNを積層し
て構成される。第1プラグ4、第2プラグ6はいずれも
Wで構成される。
The manufacturing method of this embodiment will be described. The field effect transistor, the first plug 4, and the first metal wiring 5 are formed on the semiconductor substrate 1 by a normal silicon semiconductor integrated circuit manufacturing process. A second plug 6 is formed on the first metal wiring 5 to reach the surface of the interlayer insulating film 7 planarized by the CMP method. First metal wiring 5
Is formed by stacking Ti, TiN, Al, and TiN in order from the lower layer. Both the first plug 4 and the second plug 6 are made of W.

【0037】平坦化された層間絶縁膜7の上に下部電極
8として下層から順にTi,TiN,Ir,IrO2
スパッタリング法によって形成され、以降のプロセスは
先の第1の実施例と同じである。
On the planarized interlayer insulating film 7, Ti, TiN, Ir and IrO 2 are sequentially formed as a lower electrode 8 from the lower layer by a sputtering method, and the subsequent processes are the same as those of the first embodiment. is there.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明の効果は、半導体メモリの歩留ま
り向上である。その理由は、従来、容量上配線の最下層
を導電性酸化物とすると、容量上配線とプラグまたは他
配線との間でたびたび導通不良を引き起こす問題があっ
たが、容量上配線を下部電極と同一工程で形成される導
電体を介してプラグまたは他配線と接続することで、製
造工程を増やすことなく、このような導通不良を回避で
きることである。
The effect of the present invention is to improve the yield of semiconductor memories. The reason for this is that, conventionally, when the lowermost layer of the over-capacitance wiring is made of a conductive oxide, there has been a problem that continuity failure often occurs between the over-capacitance wiring and the plug or other wiring. By connecting to a plug or another wiring via a conductor formed in the same step, such a conduction failure can be avoided without increasing the number of manufacturing steps.

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

【図1】本発明の半導体メモリの構造を示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a semiconductor memory of the present invention.

【図2】本発明の半導体メモリの製造方法の一部を示す
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of the method for manufacturing a semiconductor memory according to the present invention.

【図3】本発明の半導体メモリの製造方法の一部を示す
断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a part of the method for manufacturing a semiconductor memory according to the present invention;

【図4】本発明の半導体メモリの製造方法の一部を示す
断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a part of the method for manufacturing a semiconductor memory according to the present invention;

【図5】本発明の半導体メモリの製造方法の一部を示す
断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a part of the method for manufacturing a semiconductor memory according to the present invention;

【図6】本発明の半導体メモリの製造方法の一部を示す
断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a part of the method for manufacturing a semiconductor memory according to the present invention;

【図7】本発明の半導体メモリの構造を示す断面図であ
る。
FIG. 7 is a sectional view showing the structure of the semiconductor memory of the present invention.

【図8】従来の半導体メモリセルの等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of a conventional semiconductor memory cell.

【図9】従来の半導体メモリの構造を示す断面図であ
る。
FIG. 9 is a sectional view showing the structure of a conventional semiconductor memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Tr セルトランジスタ BL,16,17 ビット線 PL プレート線 WL ワード線 MC メモリセル Cf 強(高)誘電体容量 1 p型Si基板 2 n+拡散層 3 ゲート電極 4,6 プラグ 5 メタル配線 7 層間絶縁膜 8 下部電極 9 強(高)誘電体膜 11 容量カバー膜 12 容量上配線(プレート線) 13 保護膜 14 配線層 15 導電体Tr Cell transistor BL, 16, 17 Bit line PL Plate line WL Word line MC Memory cell Cf Strong (high) dielectric capacitance 1 p-type Si substrate 2 n + diffusion layer 3 Gate electrode 4, 6 Plug 5 Metal wiring 7 Interlayer insulation Film 8 Lower electrode 9 Strong (high) dielectric film 11 Capacitor cover film 12 Capacitance wiring (plate line) 13 Protective film 14 Wiring layer 15 Conductor

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 メタル配線またはプラグが作り込まれた
半導体基板上において該メタル配線またはプラグよりも
上層に形成された下部電極及び誘電体膜と、該誘電体膜
上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜に形成され該誘電体
膜上に通じるコンタクトホール内で該誘電体膜と接し、
かつ導電性酸化物を最下層とする配線層で構成された容
量上配線とを含む半導体装置であって、該容量上配線
は、導電体を介して前記メタル配線または前記プラグに
接続されている特徴とする半導体装置。
A lower electrode and a dielectric film formed above the metal wiring or the plug on the semiconductor substrate on which the metal wiring or the plug is formed; and an insulating film formed on the dielectric film. Contacting the dielectric film in a contact hole formed in the insulating film and communicating with the dielectric film,
And a wiring above the capacitor formed of a wiring layer having a conductive oxide as the lowermost layer, wherein the wiring above the capacitor is connected to the metal wiring or the plug via a conductor. Characteristic semiconductor device.
【請求項2】 前記導電体は、前記下部電極と同一工程
で形成されたものであることを特徴とする請求項1記載
の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said conductor is formed in the same step as said lower electrode.
【請求項3】 前記導電体は、白金族元素(Ru,R
h,Pd,Os,Ir,Pt)を主体としてなる導電
体、または白金族元素を主体としてなる材料の上に導電
性酸化物を積層してなる導電体であることを特徴とする
請求項1または2記載の半導体装置。
3. The method according to claim 1, wherein the conductor is a platinum group element (Ru, R
h, Pd, Os, Ir, Pt), or a conductor obtained by laminating a conductive oxide on a material mainly containing a platinum group element. Or the semiconductor device according to 2.
【請求項4】 前記誘電体膜と、前記下部電極と、前記
容量上配線とにより、情報を保持する半導体メモリの容
量素子を構成していることを特徴とする請求項1〜3い
ずれか記載の半導体装置。
4. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein said dielectric film, said lower electrode, and said wiring on said capacitor form a capacitive element of a semiconductor memory for holding information. Semiconductor device.
【請求項5】 前記誘電体膜は強(高)誘電体であるこ
とを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の半導体装
置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said dielectric film is a ferroelectric (high) dielectric.
【請求項6】 半導体基板上にメタル配線またはプラグ
を形成する工程と、その上に下部電極と導電体とを同時
に形成する工程と、前記下部電極上に誘電体膜及び絶縁
膜をこの順に形成する工程と、該絶縁膜に該誘電体膜及
び該導電体に通じるコンタクトホールを形成する工程
と、該コンタクトホール内で該誘電体膜及び導電体に接
しかつ導電性酸化物を最下層とする配線で構成された容
量上配線を形成する工程を含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
6. A step of forming a metal wiring or a plug on a semiconductor substrate, a step of simultaneously forming a lower electrode and a conductor thereon, and forming a dielectric film and an insulating film on the lower electrode in this order. Forming a contact hole communicating with the dielectric film and the conductor in the insulating film; and contacting the dielectric film and the conductor in the contact hole and using a conductive oxide as a lowermost layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a wiring on a capacitor constituted by wiring.
【請求項7】 前記導電体は、白金族元素(Ru,R
h,Pd,Os,Ir,Pt)を主体としてなる導電
体、または白金族元素を主体としてなる材料の上に導電
性酸化物を積層してなる導電体であることを特徴とする
請求項6記載の半導体装置の製造方法。
7. The conductor is made of a platinum group element (Ru, R
7. A conductor mainly composed of (h, Pd, Os, Ir, Pt) or a conductor obtained by laminating a conductive oxide on a material mainly composed of a platinum group element. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項8】 前記誘電体膜と、前記下部電極と、前記
容量上配線とにより、情報を保持する半導体メモリの容
量素子を構成していることを特徴とする請求項6または
7記載の半導体装置の製造方法。
8. The semiconductor device according to claim 6, wherein said dielectric film, said lower electrode, and said wiring on said capacitor constitute a capacitive element of a semiconductor memory for retaining information. Device manufacturing method.
【請求項9】 前記誘電体膜は強(高)誘電体であるこ
とを特徴とする請求項6〜8いずれか記載の半導体装置
の製造方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein said dielectric film is a ferroelectric (high) dielectric.
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US7576377B2 (en) 2005-05-31 2009-08-18 Oki Semiconductor Co., Ltd. Ferroelectric memory device and manufacturing method thereof

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