JP2002289809A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

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JP2002289809A
JP2002289809A JP2001092532A JP2001092532A JP2002289809A JP 2002289809 A JP2002289809 A JP 2002289809A JP 2001092532 A JP2001092532 A JP 2001092532A JP 2001092532 A JP2001092532 A JP 2001092532A JP 2002289809 A JP2002289809 A JP 2002289809A
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film
plug
semiconductor device
insulating film
capacitor
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JP2001092532A
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Inventor
Koji Yamakawa
晃司 山川
Mitsuaki Dewa
光明 出羽
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fine COP structure without causing oxidation of a plug. SOLUTION: This semiconductor device is provided with a semiconductor substrate 1, an interlayer insulating film 7 having a contact hole reaching a source drain layer 2 formed on the semiconductor substrate 1, the plug 10 which is formed in the contact hole and whose main component is Ru, and a capacitor which is formed on the interlayer insulating film 7 and electrically connected to the plug 10. The capacitor has constitution, containing a lower capacitor electrode 11 whose main component is SrRuO3 and which is directly connected with the plug 10, and a ferroelectric substance film 12 and an upper capacitor electrode 13 which are formed on the lower capacitor electrode 11.

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、強誘電体キャパシ
タを備えた半導体装置およびその製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device having a ferroelectric capacitor and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、強誘電体薄膜を利用した不揮発性
メモリである強誘電体メモリの開発が進んでいる。強誘
電体メモリは、DRAMのキャパシタ部分を誘電体で置
き換えたものである。
2. Description of the Related Art In recent years, ferroelectric memories, which are nonvolatile memories using ferroelectric thin films, have been developed. A ferroelectric memory is obtained by replacing a capacitor portion of a DRAM with a dielectric.

【0003】強誘電体メモリのセルを微細化し、大容量
化するためには、COP(CapacitorOn Plug)構造が必須
であると考えられている。COP構造とは、トランジス
タのアクティブエリアから接続されてWやSiからなる
プラグがキャパシタ直下にあるものである。
It is considered that a COP (Capacitor On Plug) structure is indispensable for miniaturizing a cell of a ferroelectric memory and increasing its capacity. The COP structure is a structure in which a plug made of W or Si connected from an active area of a transistor is located immediately below a capacitor.

【0004】図5に、従来のCOP構造を示す。図中、
81はシリコン基板、82はトランジスタのソース/ド
レイン拡散層、83はBPSG膜、84はシリコン窒化
膜/シリコン酸化膜の積層絶縁膜、85はWまたは多結
晶Siからなるプラグ、86は下部キャパシタ電極、8
7はPZT膜(キャパシタ絶縁膜)、88は上部キャパ
シタ電極をそれぞれ示している。
FIG. 5 shows a conventional COP structure. In the figure,
81 is a silicon substrate, 82 is a source / drain diffusion layer of a transistor, 83 is a BPSG film, 84 is a laminated insulating film of a silicon nitride film / silicon oxide film, 85 is a plug made of W or polycrystalline Si, 86 is a lower capacitor electrode , 8
7, a PZT film (capacitor insulating film); and 88, an upper capacitor electrode.

【0005】この種のCOP構造を作成するとき、プラ
グ85の形成後に、酸化性雰囲気下での熱処理が複数回
行われる。その一つとして、PZT膜87を結晶化する
ための熱処理があげられる。その他に、キャパシタのイ
ンテグレーションプロセスにおけるRIE(Reactive I
on Etching)加工により生じた絶縁膜83,84のダメ
ージを回復するための熱処理があげられる。
When forming this kind of COP structure, a heat treatment in an oxidizing atmosphere is performed a plurality of times after the plug 85 is formed. One of them is a heat treatment for crystallizing the PZT film 87. In addition, RIE (Reactive I
On-etching) heat treatment for recovering the damage of the insulating films 83 and 84 caused by the processing.

【0006】このような酸化性雰囲気下での熱処理が必
要であるため、プラグ85の材料としてWを用いた場
合、W酸化物が形成され、プラグ85と下部キャパシタ
電極86との間のコンタクトが不良となったり、あるい
はプラグ85の体積膨張によってプラグ構造そのものが
破壊されてしまう。一方、プラグ85の材料として多結
晶Siを用いた場合、Si酸化物が形成されるため、同
様にコンタクト不良が発生する。
Since heat treatment in such an oxidizing atmosphere is required, when W is used as the material of the plug 85, a W oxide is formed and the contact between the plug 85 and the lower capacitor electrode 86 is formed. The plug structure itself is destroyed due to failure or volume expansion of the plug 85. On the other hand, when polycrystalline Si is used as the material of the plug 85, a contact failure similarly occurs because a Si oxide is formed.

【0007】下部キャパシタ電極86の代表的な材料と
してPtがあるが、Ptは酸素バリア性がないため、S
i酸化物の発生は防げない。そこで、下部キャパシタ電
極86の材料として、酸素バリア性があると報告されて
いるIr、IrO2 などを使用することが考えられる。
Although Pt is a typical material of the lower capacitor electrode 86, Pt has no oxygen barrier property,
The generation of i-oxide cannot be prevented. Therefore, it is conceivable to use Ir, IrO 2, or the like, which is reported to have an oxygen barrier property, as the material of the lower capacitor electrode 86.

【0008】しかし、この種の材料は、PZT膜87中
のPbとIrとの反応あるい相互拡散が容易に起こるた
め、キャパシタのリーク電流が増加してしまう。このよ
うな問題は、下部キャパシタ電極86の材料として、R
uもしくはRuO2 を用いた場合に発生する。
However, in this kind of material, the reaction or interdiffusion between Pb and Ir in the PZT film 87 easily occurs, so that the leakage current of the capacitor increases. Such a problem arises because the material of the lower capacitor electrode 86 is R
This occurs when u or RuO 2 is used.

【0009】さらに、Ir膜86と積層絶縁膜84(シ
リコン窒化膜、シリコン酸化膜)の密着性があまりよく
ないために、Ir膜86と積層絶縁膜84との界面を通
る酸化種によってプラグ85が酸化される恐れがある。
Ir膜86の代わりにIrO 2 膜を用いた場合にも同様
な問題がある。
Further, the Ir film 86 and the laminated insulating film 84 (Si)
Good adhesion of silicon nitride film and silicon nitride film)
Therefore, the interface between the Ir film 86 and the laminated insulating film 84 is not
The plug 85 may be oxidized by an oxidizing species.
IrO instead of the Ir film 86 TwoSame when using membrane
Problem.

【0010】そこで、このような問題を解決するため
に、図6に示すような下部キャパシタ電極構造が提案さ
れている。すなわち、下部キャパシタ電極86をIr膜
861(酸化防止膜)とPt膜862 との積層膜で構成
し、さらにIr膜861 と積層絶縁膜84との間にTi
膜(密着膜)89を設けることが提案されている。
In order to solve such a problem, a lower capacitor electrode structure as shown in FIG. 6 has been proposed. That is, the lower capacitor electrode 86 is formed of a laminated film of an Ir film 86 1 (antioxidant film) and a Pt film 86 2, and further, a Ti film is formed between the Ir film 86 1 and the laminated insulating film 84.
It has been proposed to provide a film (adhesion film) 89.

【0011】Ir膜861 はプラグ85の酸化を防止
し、Ti膜89はIr膜861 と積層絶縁膜84との密
着性を高め、Ir膜861 と積層絶縁膜84との界面か
らの酸化種の侵入を防止する。
[0011] Ir film 86 1 to prevent oxidation of the plug 85, Ti film 89 enhances the adhesion between the Ir film 86 1 and the laminated insulating film 84, from the interface between the Ir film 86 1 and the laminated insulating film 84 Prevent entry of oxidizing species.

【0012】しかし、図6のCOP構造には以下のよう
な問題がある。すなわち、Pt、Ir等の貴金属は、蒸
気圧の高い化合物がないため、Pt膜とIr膜のRIE
加工時におけるキャパシタ側面への再付着、フェンス生
成などの問題を発生する。このよう問題はテーパーエッ
チングにより解決できるが、キャパシタの微細化が困難
になり、COP構造の利点を十分に発揮できなくなる。
さらに、Ti膜89の導入によって構造がさらに複雑に
なり、これも微細化の妨げになる。また、快復アニール
によってTi膜89が酸化されるという問題もある。
However, the COP structure shown in FIG. 6 has the following problems. That is, since noble metals such as Pt and Ir do not have a compound having a high vapor pressure, the RIE of the Pt film and the Ir film is not performed.
Problems such as reattachment to the side of the capacitor and fence formation during processing occur. Such a problem can be solved by taper etching, but it is difficult to miniaturize the capacitor, and the advantage of the COP structure cannot be sufficiently exhibited.
Further, the introduction of the Ti film 89 further complicates the structure, which also hinders miniaturization. There is also a problem that the Ti film 89 is oxidized by the recovery annealing.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のC
OP構造は、プラグの酸化を防止するために、下部キャ
パシタ電極構造として、Ti膜/Ir膜/Pt膜の積層
膜を使用することが提案されていたが、Pt膜およびI
r膜のRIE加工が困難なこと、多層構造になるという
理由により、キャパシタの微細化が困難になるという問
題があった。
As described above, the conventional C
The OP structure has been proposed to use a stacked film of a Ti film / Ir film / Pt film as a lower capacitor electrode structure in order to prevent oxidation of the plug.
Due to the difficulty of the RIE processing of the r film and the multilayer structure, there is a problem that miniaturization of the capacitor becomes difficult.

【0014】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、微細なCOP構造を容
易に実現できる半導体装置およびその製造方法を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of easily realizing a fine COP structure and a method of manufacturing the same.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下
記の通りである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, typical ones are briefly described as follows.

【0016】上記目的を達成するために、本発明に係る
半導体装置は、導電部が形成された半導体基板と、前記
導電部に達する貫通孔を有する絶縁膜と、前記貫通孔内
に形成され、Ruを主成分とするプラグと、前記絶縁膜
上に形成され、前記プラグと電気的に接続したキャパシ
タとを備え、前記キャパシタが、SrRuO3 を主成分
とする、前記プラグと直接接続する電極と、この電極上
に形成された強誘電体膜とを含むことを特徴とする。
To achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate having a conductive portion formed thereon, an insulating film having a through hole reaching the conductive portion, and formed in the through hole. A plug mainly formed of Ru, and a capacitor formed on the insulating film and electrically connected to the plug, wherein the capacitor is mainly composed of SrRuO 3 and is directly connected to the plug; And a ferroelectric film formed on the electrode.

【0017】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、導電部が形成された半導体基板上に絶縁膜を形成す
る工程と、前記絶縁膜に前記導電部に達する貫通孔を開
口する工程と、前記貫通孔内および前記絶縁膜上にRu
を主成分とする導電膜を形成する工程と、前記導電膜に
熱処理を施す工程と、前記貫通孔外の前記導電膜を除去
し、前記貫通孔内に前記導電膜からなるRuを主成分と
するプラグを形成する工程と、前記絶縁膜上に、前記プ
ラグと直接接続し、かつSrRuO3 を主成分とする下
部キャパシタ電極と、強誘電体膜とを含むキャパシタを
形成する工程とを有することを特徴とする。
Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate on which a conductive portion is formed, and a step of opening a through hole reaching the conductive portion in the insulating film. Ru in the through hole and on the insulating film
Forming a conductive film containing as a main component, heat-treating the conductive film, removing the conductive film outside the through-hole, and forming the conductive film containing Ru as a main component in the through-hole. Forming a plug on the insulating film, the step of forming a capacitor directly connected to the plug and including a lower capacitor electrode mainly composed of SrRuO 3 and a ferroelectric film. It is characterized by.

【0018】本発明によれば、Ruを主成分とするプラ
グと、SROを主成分とする下部キャパシタ電極とが直
接接続してなるキャパシタ構造を採用することで、下部
キャパシタ電極の構造を複雑にすることなく、プラグの
酸化を効果的に防止できるようになる。そして、プラグ
の酸化を防止できることにより、プラグの酸化によるコ
ンタクト不良、形状不良を防止できるようになる。
According to the present invention, the structure of the lower capacitor electrode is complicated by employing a capacitor structure in which a plug mainly composed of Ru and a lower capacitor electrode mainly composed of SRO are directly connected. Without this, the oxidation of the plug can be effectively prevented. Since the oxidation of the plug can be prevented, the contact failure and the shape failure due to the oxidation of the plug can be prevented.

【0019】本発明の上記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明ら
かになるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態(以下、実施形態という)を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】図1および図2は、本発明の一実施形態に
係るCOP構造のキャパシタの製造方法を示す工程断面
図である。
FIGS. 1 and 2 are process sectional views showing a method for manufacturing a capacitor having a COP structure according to an embodiment of the present invention.

【0022】まず、周知のプロセスにより、図1(a)
に示すように、シリコン基板1にMIS型トランジスタ
を作り込み、CMOS構造を形成する。図には簡単のた
め一つのトランジスタしか示していない。また、図にお
いて、2はソース/ドレイン拡散層、3はゲート絶縁
膜、4はゲート電極、5および6はシリコン窒化膜をそ
れぞれ示している。ソース/ドレイン拡散層2の表面に
金属シリサイド層を形成してもよい。
First, FIG.
As shown in FIG. 1, a MIS transistor is formed on a silicon substrate 1 to form a CMOS structure. The figure shows only one transistor for simplicity. In the figure, 2 is a source / drain diffusion layer, 3 is a gate insulating film, 4 is a gate electrode, and 5 and 6 are silicon nitride films, respectively. A metal silicide layer may be formed on the surface of the source / drain diffusion layer 2.

【0023】次に同図(a)に示すように、トランジス
タ領域をPSG膜、BPSG膜などのSiO2 系の層間
絶縁膜7をCVD法によって全面に堆積し、層間絶縁膜
7の表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)
法によって平坦化し、そして平坦化された層間絶縁膜7
上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層絶縁膜8を
CVD法によって堆積する。本発明の場合、シリコン酸
化膜とシリコン窒化膜の積層の順番はどちらが先でも良
い。
Next, as shown in FIG. 2A, an SiO 2 -based interlayer insulating film 7 such as a PSG film or a BPSG film is deposited on the entire surface of the transistor region by a CVD method, and the surface of the interlayer insulating film 7 is formed by CMP. (Chemical Mechanical Polishing)
Interlayer insulating film 7 which has been planarized by
A laminated insulating film 8 of a silicon oxide film and a silicon nitride film is deposited thereon by a CVD method. In the case of the present invention, the order of lamination of the silicon oxide film and the silicon nitride film may be any order.

【0024】次に図1(b)に示すように、層間絶縁膜
7、積層絶縁膜8をエッチングし、ソース/ドレイン2
に達する接続孔を開口し、この接続孔の内面(底面およ
び側面)を被覆するようにバリアメタル膜9を全面に形
成し、その後上記接続孔を埋め込むようにRuプラグと
なるRu膜10をバリアメタル膜9上に形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, the interlayer insulating film 7 and the laminated insulating film 8 are etched and the source / drain 2
A barrier metal film 9 is formed on the entire surface so as to cover the inner surface (bottom surface and side surface) of the connection hole, and then a Ru film 10 serving as a Ru plug is formed as a barrier so as to fill the connection hole. It is formed on the metal film 9.

【0025】バリアメタル膜9は、Ru膜10とソース
/ドレイン拡散層2との間の密着性と、Ru膜10と接
続孔の側面である絶縁膜7,8との間の密着性を向上す
る目的、およびこれらの間の拡散を防止するためのもの
である。すなわち、バリアメタル膜9は、密着膜と拡散
防止膜の役割をもつ。
The barrier metal film 9 improves the adhesion between the Ru film 10 and the source / drain diffusion layer 2 and the adhesion between the Ru film 10 and the insulating films 7 and 8 on the side surfaces of the connection holes. And to prevent diffusion between them. That is, the barrier metal film 9 has a role of an adhesion film and a diffusion prevention film.

【0026】バリアメタル膜9の材料は、例えばTi
N、TaN、TiAlN、TaSiNなどの窒化物を中
心としたものである。バリアメタル膜9の膜厚は20−
100nm程度でよい。さらに、SiNもRuのバリア
効果がある。SiNは絶縁物であるが、膜厚を薄くすれ
ば電気的接続(電気的導通)が取れるので、使用可能で
ある。バリアメタル膜9の成膜方法にはロングスロース
パッタ法、CVD法などを使用し、接続孔内に材料が容
易に入るようにし、ステップカバレッジをよくする。
The material of the barrier metal film 9 is, for example, Ti
It is mainly made of nitrides such as N, TaN, TiAlN and TaSiN. The thickness of the barrier metal film 9 is 20-
It may be about 100 nm. Further, SiN also has a barrier effect of Ru. SiN is an insulator, but if the film thickness is reduced, electrical connection (electric continuity) can be obtained, and thus SiN can be used. A long-throw sputtering method, a CVD method, or the like is used as a method for forming the barrier metal film 9 so that the material can easily enter the connection holes, and the step coverage is improved.

【0027】なお、Ru膜10とソース/ドレイン拡散
層2(Siまたは金属シリサイド)との拡散、反応状態
によっては(後工程での加熱工程の度合いによる)バリア
メタル膜9を形成せず、直接Ru膜10を形成すること
も可能である。すなわち、後で形成するプラグの側面の
表面上にだけにバリアメタル膜9を形成しても良い。要
するに、バリアメタル膜9は必要な部分だけに形成すれ
ばよい。
Note that, depending on the state of diffusion and reaction between the Ru film 10 and the source / drain diffusion layer 2 (Si or metal silicide), the barrier metal film 9 is not formed directly (depending on the degree of a heating step in a later step), but is directly formed. It is also possible to form the Ru film 10. That is, the barrier metal film 9 may be formed only on the surface of the side surface of the plug to be formed later. In short, the barrier metal film 9 needs to be formed only on a necessary portion.

【0028】Ru膜10の成膜方法にはMOCVD法を
使用し、ブランケットRu膜を形成する。ソース原料に
は例えばRu(EtCp)2 を使用する。Ru(EtC
p) 2 は例えばArとO2 混合ガス中に流す。この場
合、典型的な成膜条件は、Ar/O2 流量を100/2
00SCCMに設定し、成膜温度を300℃前後に設定
する。
The MOCVD method is used for forming the Ru film 10.
To form a blanket Ru film. As a source material
Is, for example, Ru (EtCp)TwoUse Ru (EtC
p) TwoIs, for example, Ar and OTwoPour into mixed gas. This place
In this case, typical deposition conditions are Ar / OTwo100/2 flow rate
Set to 00SCCM and set film formation temperature to around 300 ℃
I do.

【0029】上記成膜条件の場合、接続孔内のRu膜1
0中にはシームが形成される。シームを無くすために、
熱処理によりRu膜10を再結晶化する。これにより、
Ru膜10の酸素などに対するバリア性(耐酸化性)を
向上させることができる。
In the case of the above film forming conditions, the Ru film 1 in the connection hole is formed.
During 0, a seam is formed. To eliminate seams,
The Ru film 10 is recrystallized by heat treatment. This allows
The barrier property (oxidation resistance) of the Ru film 10 against oxygen and the like can be improved.

【0030】上記熱処理は、500℃以上の温度にて例
えば10分以上を真空中あるいは不活性雰囲気中(Ar
またはN2 中)で行う。また、上記熱処理中にRu膜1
0から脱ガスなどが生じ、その結果Ru膜10の抵抗、
モフォロジーは改善される。
The heat treatment is performed at a temperature of 500 ° C. or more, for example, for 10 minutes or more in a vacuum or an inert atmosphere (Ar
Or carried out in N 2). During the heat treatment, the Ru film 1
0, degassing and the like occur, and as a result, the resistance of the Ru film 10
Morphology is improved.

【0031】次に図1(c)に示すように、CMP法に
より接続孔外部のRu膜10およびバリアメタル膜9を
除去してRuプラグ10を形成するとともに、表面を平
坦化する。図には、接続孔外部のバリアメタル膜9を除
去したが、残しておいてもよい。
Next, as shown in FIG. 1C, the Ru film 10 and the barrier metal film 9 outside the connection hole are removed by the CMP method to form the Ru plug 10, and the surface is flattened. Although the barrier metal film 9 outside the connection hole is removed in the drawing, it may be left.

【0032】次に図2(d)に示すように、スパッタ法
により下部キャパシタ電極となる結晶性のSRO(Sr
RuO3 )膜11を全面に堆積する。SRO膜11はI
nSitu結晶化工程にて形成することが好ましい。こ
の場合、基板温度を500℃としてSROセラミックタ
ーゲットを使用し、Ar中にて成膜を行う。
Next, as shown in FIG. 2D, a crystalline SRO (Sr
(RuO 3 ) film 11 is deposited on the entire surface. The SRO film 11 is I
It is preferable to form in the nSitu crystallization step. In this case, the film is formed in Ar using an SRO ceramic target with the substrate temperature set to 500 ° C.

【0033】ここで、基板温度が400℃より低いと、
SROペロブスカイト構造に結晶化しない第二相が存在
するようになり、特性劣化を引き起こす。一方、基板温
度が600℃を超える高温となると、SRO膜11と積
層絶縁膜8との界面、SRO膜11とRuプラグ10と
の界面にて拡散など、特性劣化の原因となる現象が起こ
り、望ましくない。
Here, when the substrate temperature is lower than 400 ° C.,
A second phase that does not crystallize exists in the SRO perovskite structure, causing deterioration of characteristics. On the other hand, when the substrate temperature is higher than 600 ° C., phenomena that cause characteristic deterioration such as diffusion at the interface between the SRO film 11 and the laminated insulating film 8 and at the interface between the SRO film 11 and the Ru plug 10 occur. Not desirable.

【0034】SRO膜11の厚さは50nm前後が望ま
しい。100nmを超える厚さとなると、SROがRI
E加工性が悪い材料であることから、RIE加工に時間
がかかる、RIE加工用のマスク材の加工条件などの工
夫が必要になるなど、加工プロセスヘの負担が大きくな
る。キャパシタの微細化の面からも、SRO膜11の膜
厚は50nm以下であることが望ましい。
The thickness of the SRO film 11 is preferably around 50 nm. When the thickness exceeds 100 nm, SRO becomes RI
Since the E-processability is poor, the load on the processing process is increased, for example, it takes a long time for the RIE processing, and it is necessary to devise the processing conditions of the mask material for the RIE processing. From the viewpoint of miniaturization of the capacitor, the thickness of the SRO film 11 is desirably 50 nm or less.

【0035】また、ExSitu結晶化工程を用いてS
RO膜11を形成する場合には次のように行う。まず、
室温にてアモルファスのSRO膜をSROセラミックタ
ーゲットを使用して、Ar中にてスパッタ形成する。次
にRTAにて酸素気流中600℃にて上記SRO膜を結
晶化する。
Further, S is formed by using an ExSitu crystallization process.
When the RO film 11 is formed, it is performed as follows. First,
At room temperature, an amorphous SRO film is formed by sputtering in Ar using an SRO ceramic target. Next, the SRO film is crystallized at 600 ° C. in an oxygen stream by RTA.

【0036】ExSitu結晶化の場合、先に説明した
高温スパッタにて結晶性のSRO膜を形成する場合と比
較して、結晶性が悪くなりやすい(残留Ru、Srが存
在しやすい)。そのため、後工程であるPZT膜の結晶
化の工程時に、PZT膜中のPbとSRO膜11中のR
u、Srの拡散反応にて導電性酸化物が形成され、キャ
パシタのリーク電流が発生しやすくなる。このようなリ
ーク電流を防止するためには、アモルファスのSRO膜
の形成を複数回にわけて行うことよい。
In the case of ExSitu crystallization, the crystallinity is more likely to be deteriorated (residual Ru and Sr are more likely to be present) than in the case where a crystalline SRO film is formed by the high-temperature sputtering described above. Therefore, during the subsequent step of crystallization of the PZT film, Pb in the PZT film and Rb in the SRO film 11
A conductive oxide is formed by the diffusion reaction of u and Sr, and a leakage current of the capacitor is easily generated. In order to prevent such a leak current, the formation of the amorphous SRO film may be performed a plurality of times.

【0037】その他のリーク電流の低減方法としては次
のようなものがある、すなわち、SRO膜11の表面に
Ti膜を形成し、SRO膜11の表面を熱処理により改
質することも効果がある。この場合、一部のSRO膜1
1がSTO(SrTiO3 )化し、結晶性が向上する。S
TOはSROと比較して耐還元性がよいために、その後
のキャパシタ作成プロセス、インテグレーションプロセ
スにおいて、界面のダメージを回避することができる。
Other methods for reducing the leakage current include the following: the formation of a Ti film on the surface of the SRO film 11 and the modification of the surface of the SRO film 11 by heat treatment are also effective. . In this case, some SRO films 1
1 becomes STO (SrTiO 3 ), and the crystallinity is improved. S
Since TO has better reduction resistance than SRO, damage to the interface can be avoided in the subsequent capacitor fabrication process and integration process.

【0038】Ruプラグ10とSRO膜11との間では
相互拡散は起こりにくい。また、Ruプラグ10の表面
には酸化層が形成されにくい。したがって、Ruプラグ
10とSRO膜11との間のコンタクトは良好なものと
なる。
Interdiffusion hardly occurs between the Ru plug 10 and the SRO film 11. Further, an oxide layer is not easily formed on the surface of the Ru plug 10. Therefore, the contact between the Ru plug 10 and the SRO film 11 becomes good.

【0039】SROとRuO2 を比較すると、SROの
方が熱力学的に安定である。そのため、SROとRuO
2 との界面にてSROが還元されてRuO2 が形成され
ることはない。
When SRO and RuO 2 are compared, SRO is thermodynamically more stable. Therefore, SRO and RuO
SRO is reduced at the interface between 2 never RuO 2 is formed.

【0040】したがって、Ruプラグ10とSRO膜1
1との界面が酸化される場合は、外部から酸素が拡散し
てきた場合である。しかし、SRO膜11とコンタクト
するRuプラグ10の表面が多少酸化され、Ruプラグ
10の表面にRuO2 層(酸素を含む領域)が形成され
ても、RuO2 層は導電性を有する酸化物層であるため
に、Ruプラグ10とSRO膜11との間の電気的接続
は問題にならない。特に、RuO2 層の厚さが100n
m以下であれば問題はない。
Therefore, the Ru plug 10 and the SRO film 1
The case where the interface with 1 is oxidized is the case where oxygen diffuses from the outside. However, even if the surface of the Ru plug 10 in contact with the SRO film 11 is somewhat oxidized and a RuO 2 layer (a region containing oxygen) is formed on the surface of the Ru plug 10, the RuO 2 layer is a conductive oxide layer. Therefore, the electrical connection between the Ru plug 10 and the SRO film 11 does not matter. In particular, the thickness of the RuO 2 layer is 100 n
There is no problem if it is less than m.

【0041】また、SROは酸化物であることから、S
iO2 などの絶縁膜への密着性がよい。したがって、S
RO膜11のRuプラグ10以外との部分、すなわち積
層絶縁膜8との密着性も良好である。このため、SRO
膜11下における酸素の横方向からの拡散を効果的に抑
制することができる。
Since SRO is an oxide, SRO
Good adhesion to insulating films such as iO 2 . Therefore, S
The adhesion between the RO film 11 and the portion other than the Ru plug 10, that is, the laminated insulating film 8 is also good. For this reason, SRO
Diffusion of oxygen in the lateral direction under the film 11 can be effectively suppressed.

【0042】また、下部キャパシタ電極をSRO膜11
の単体膜で構成することで、積層膜で構成した従来技術
のもの比べて微細化が容易になる。また、単体膜で構成
することで、プラグ構造が簡略化し、プロセスも簡略す
る。
Further, the lower capacitor electrode is connected to the SRO film 11.
, The miniaturization becomes easier as compared with the conventional technology constituted by the laminated film. Further, by using a single film, the plug structure is simplified, and the process is also simplified.

【0043】次に図2(e)に示すように、SRO膜1
1上にRFマグネトロンスパッタ法を用いて、キャパシ
タ絶縁膜としてのPZT膜12を形成する。
Next, as shown in FIG.
A PZT film 12 as a capacitor insulating film is formed on the substrate 1 by using an RF magnetron sputtering method.

【0044】ここでは、Pb量を10%程度多くしたP
ZTセラミックターゲットを使用する。ターゲットの組
成はPb1.10La0.05Zr0.4 TiO.63 である。P
ZTセラミックターゲットは密度の高いものがスパッタ
速度が大きく、水分などに対する耐環境性も良好である
ため、理論密度98%のセラミック焼結体を使用した。
Here, the Pb amount is increased by about 10%.
A ZT ceramic target is used. The composition of the target is Pb 1.10 La 0.05 Zr 0.4 Ti O.6 O 3 . P
A ZT ceramic target having a high density has a high sputter rate and has good environmental resistance to moisture and the like. Therefore, a ceramic sintered body having a theoretical density of 98% was used.

【0045】スパッタ時にはプラズマにより基板温度の
上昇や飛来粒子によるボンバードメントがあるために、
シリコン基板1からのPbの蒸発や再スパッタが起こ
り、PZT膜12中のPb量の欠損が生じやすい。ター
ゲット中の過剰Pbはそれを補償するために加えてあ
る。Zr、Ti、Laなどの元素はターゲット組成とほ
ぼ同じ量でPZT膜12中に取り込まれるため、望む組
成の量比のものを用いればよい。
At the time of sputtering, the substrate temperature rises due to plasma and there is bombardment due to flying particles.
Evaporation and re-sputtering of Pb from the silicon substrate 1 occur, and the Pb amount in the PZT film 12 is likely to be lost. Excess Pb in the target has been added to compensate for it. Elements such as Zr, Ti, and La are taken into the PZT film 12 in substantially the same amount as the target composition, so that a composition having a desired composition ratio may be used.

【0046】成膜条件は、例えば、ターゲットー基板間
距離が60nm、マグネットが回転式ののもの、セラミ
ックPZTターゲットのサイズが12インチ、投入電力
が1.0−1.5kWの場合において、スパッタガスが
Arガスのみ、Arガスの圧力が0.5−2.0Pa、
成膜時間が約5分間である。この場合、厚さ100−1
50nmのアモルファスのPZT膜12が形成される。
The film forming conditions are as follows. For example, when the distance between the target and the substrate is 60 nm, the magnet is a rotary type, the size of the ceramic PZT target is 12 inches, and the input power is 1.0 to 1.5 kW, the sputtering is performed. Gas is Ar gas only, Ar gas pressure is 0.5-2.0 Pa,
The film formation time is about 5 minutes. In this case, the thickness 100-1
A 50 nm amorphous PZT film 12 is formed.

【0047】ここでは、PZT膜12の成膜方法として
スパッタ法を用いたが、ゾルゲル法やMOD法などの塗
布法を用いてもよい。
Although the sputtering method is used here as the method for forming the PZT film 12, a coating method such as a sol-gel method or a MOD method may be used.

【0048】ゾルゲル法やMOD法などの溶液法(CS
D法)にて形成するPZT成膜プロセスでは、原料の性
状、取り扱い容易性、安定性や、他の物質との混合した
ときの反応性から、Pb、Ti、ZrなどのPZT膜構
成元素の原料をまず選択する。
Solution methods such as sol-gel method and MOD method (CS
In the PZT film forming process formed by the method D), the properties of the PZT film constituent elements such as Pb, Ti, and Zr are considered from the properties of the raw materials, ease of handling and stability, and the reactivity when mixed with other substances. Raw materials are selected first.

【0049】Pbでは酢酸鉛3水和物、Zrにはジルコ
ニウムテトラプロポキシド、Tiにはチタンテトライソ
プロポキシドを利用する場合が多く、溶剤に2メトキシ
ェタノールを使用して約0.2Mの溶液をまず調製す
る。この溶液は水分を十分に取り除くことで長期保存が
可能である。一般には酢酸鉛の水和物の水成分を除去す
る。
In many cases, lead acetate trihydrate is used for Pb, zirconium tetrapropoxide is used for Zr, and titanium tetraisopropoxide is used for Ti. A solution is first prepared. This solution can be stored for a long time by removing water sufficiently. Generally, the water component of the hydrate of lead acetate is removed.

【0050】成膜するときは上記溶液に水を加えて縮重
合反応を起こさせるが、脱水反応および脱アルコール反
応によってM−0−Mの架橋構造が形成される。この際
に加えた水の量、反応時間(保持時間)、PH、温度、濃
度などによりこの架橋状態が変化する。スパッタの場合
と同様に異なったアモルファス状態を形成することにな
るため、PZTペロブスカイト構造に結晶化した後に配
向性、結晶粒の性状、強誘電特性、リーク電流、疲労特
性などが変化する。MOD法でも同様である。
When forming a film, water is added to the above solution to cause a polycondensation reaction. However, an M-0-M crosslinked structure is formed by a dehydration reaction and a dealcoholization reaction. The crosslinked state changes depending on the amount of water added at this time, the reaction time (holding time), the pH, the temperature, the concentration, and the like. Since a different amorphous state is formed as in the case of sputtering, the orientation, crystal grain properties, ferroelectric properties, leak current, fatigue properties, and the like change after crystallization into a PZT perovskite structure. The same applies to the MOD method.

【0051】Pb、Zr、Tiの2エチルヘキサン酸な
どを使用し、有機溶剤のキシレンを用いてPZTのMO
D用溶液を調製する。MOD法の場合は加水分解反応は
起こさず、その状態(混合状態)にて基板上に塗布する。
Using Pb, Zr, Ti 2-ethylhexanoic acid, etc., and using an organic solvent xylene,
Prepare solution for D. In the case of the MOD method, a hydrolysis reaction does not occur, and the composition is applied on the substrate in that state (mixed state).

【0052】基板上に成膜した後に250℃程度の低温
で乾燥、脱溶剤を実施し、アモルファス状態のPZT膜
となる。MOD法では原料がC、H、Oを多く含む構造
であるため結晶化時の膜の収縮が大きく、数100nm
の厚い膜を形成するには塗布と結晶化工程を繰り返すな
どの方法で行う。結晶化はスパッタと同様にRTAを使
用する場合が多い。750℃、5分程度の熱処理でペロ
ブスカイト単一相が得られる。
After the film is formed on the substrate, drying and desolvation are carried out at a low temperature of about 250 ° C. to form an amorphous PZT film. In the MOD method, since the raw material has a structure containing a large amount of C, H, and O, the film shrinks greatly during crystallization, and a few
To form a thick film, the coating and crystallization steps are repeated. For crystallization, RTA is often used in the same manner as sputtering. A perovskite single phase can be obtained by heat treatment at 750 ° C. for about 5 minutes.

【0053】このような溶液法を用いたPZT膜は、結
晶粒が100−数100nmと小さく、スパッタで成膜
された膜のような柱状組織を示さない粒状組織がみられ
る場合が多い。
In the PZT film formed by using such a solution method, the crystal grains are as small as 100 to several hundreds nm, and a grain structure not showing a columnar structure like a film formed by sputtering is often observed.

【0054】一方、MOCVD法によりPZT、SBT
膜などを形成する場合には、条件を最適化することで立
体形状キャパシタを形成するためのステップカバレッジ
性が良好なものを得ることができる。この場合、複合酸
化物を構成する元素でBi、Sr、Baなどは蒸気圧の
高いソース原料がないため、液体供給を併用することが
好ましい。
On the other hand, PZT, SBT
When a film or the like is formed, by optimizing the conditions, a capacitor having good step coverage for forming a three-dimensional capacitor can be obtained. In this case, Bi, Sr, Ba, and the like, which are constituent elements of the composite oxide, do not have a source material having a high vapor pressure.

【0055】本実施形態では、下部キャパシタ電極とし
て、Pt電極と異なり、SRO膜11を使用しているた
め、SRO膜11とPZT膜12との界面部分にて、P
ZT膜12の酸素空孔への酸素の供給が可能となる。こ
れにより、PZT膜12の疲労特性(分極反転を繰り返
したときの分極量の劣化現象)は向上する。
In this embodiment, unlike the Pt electrode, the SRO film 11 is used as the lower capacitor electrode, so that the PRO is formed at the interface between the SRO film 11 and the PZT film 12.
Oxygen can be supplied to the oxygen vacancies of the ZT film 12. As a result, the fatigue characteristics of the PZT film 12 (a phenomenon of deterioration of the amount of polarization when the polarization inversion is repeated) are improved.

【0056】なお、SRO膜11上にPZTシード層と
して厚さ2−5nm程度の薄いTi膜、Zr膜、Nb膜
またはTa膜などを形成してから、PZT膜12の成膜
を行ってもよい。
It should be noted that a thin Ti film, Zr film, Nb film, Ta film, or the like having a thickness of about 2 to 5 nm may be formed on the SRO film 11 as a PZT seed layer, and then the PZT film 12 may be formed. Good.

【0057】PZT膜12の成膜前にターゲット表面の
状態、温度、チャンバー内環境を一定とするために、約
1時間のプレスパッタを同じスパッタ条件にて行った。
Pb量および結晶化後の構造・電気特性は、このプレス
パッタにより大きく変化してしまう。
Before the PZT film 12 was formed, pre-sputtering was performed for about one hour under the same sputtering conditions in order to keep the target surface state, temperature and chamber environment constant.
The amount of Pb and the structural and electrical properties after crystallization are greatly changed by the pre-sputtering.

【0058】SRO膜上のアモルファスのPZT膜に対
して、RTA(Rapid Thermal Anneal)を施して、PZ
T膜の結晶化を行った。結晶化温度は550−700℃
で、結晶化時間は10秒以上とした。得られたPZT膜
をX線回折にて結晶構造を調べたところ、ペロブスカイ
ト相であった。微細構造の観察結果では、0.5μm径
以下のPZT粒子がSRO膜上に形成されていることを
確認した。
The amorphous PZT film on the SRO film is subjected to RTA (Rapid Thermal Anneal) to obtain a PZT film.
The T film was crystallized. Crystallization temperature is 550-700 ° C
The crystallization time was set to 10 seconds or more. When the crystal structure of the obtained PZT film was examined by X-ray diffraction, it was found to be a perovskite phase. The observation result of the microstructure confirmed that PZT particles having a diameter of 0.5 μm or less were formed on the SRO film.

【0059】次に図2(e)に示すように、結晶化した
PZT膜12上に上部キャパシタ電極となるSRO膜1
3をDCマグネトロンスパッタ法により形成する。この
場合、上記したように高温スパッタで形成してもよい
し、あるいは室温にてExSitu結晶化によりSRO
膜を形成してもよい。上部のSRO膜13の厚さは50
nm前後である。
Next, as shown in FIG. 2E, an SRO film 1 serving as an upper capacitor electrode is formed on the crystallized PZT film 12.
3 is formed by a DC magnetron sputtering method. In this case, it may be formed by high-temperature sputtering as described above, or may be formed by SRO by ExSitu crystallization at room temperature.
A film may be formed. The thickness of the upper SRO film 13 is 50
nm.

【0060】上部キャパシタ電極となる導電膜は、結晶
化したPZT膜12上に形成するため、SRO膜13の
みならず、IrO2 /Ir積層膜、Ir膜、Ru膜、R
uO2 /Ru積層膜、RuO2 膜などを使用することが
できる。加工性を考慮するとRu系の膜が望ましい。
The conductive film serving as the upper capacitor electrode is made of a crystal.
Formed on the converted PZT film 12, the SRO film 13
Not only IrOTwo/ Ir laminated film, Ir film, Ru film, R
uOTwo / Ru laminated film, RuOTwoIt is possible to use a membrane etc.
it can. Considering workability, a Ru-based film is desirable.

【0061】また、従来、キャパシタ電極としてSRO
膜とPtとの積層膜を形成していたが、Pt膜は触媒作
用をもち、活性水素を形成するためにPZT膜が劣化し
やすい。インテグレーションプロセスにて還元性ダメー
ジのある場合は、上記電極からPt膜を排除し、SRO
膜の単体膜を使用する。
Conventionally, SRO has been used as a capacitor electrode.
Although a laminated film of the film and Pt has been formed, the Pt film has a catalytic action and forms active hydrogen, so that the PZT film is easily deteriorated. If there is a reductive damage in the integration process, remove the Pt film from the electrode and
Use a single membrane.

【0062】最後に、図2(f)に示すように、SRO
膜13、PZT膜12およびSRO膜11をRIEによ
りパターニングし、その後、強誘電体特性を得るために
アニール熱処理により、上部キャパシタ電極13とPZ
T膜12との密着性、結晶の整合性を向上させて、キャ
パシタが完成する。上記RIEは酸素、塩素あるいはA
r、塩素の混合ガス中で行う。また、マスクにはSiO
2 からなるハードマスクを使用する。SRO膜13、P
ZT膜12およびSRO膜11をRIE加工するとき、
Pt膜やIr膜等の貴金属膜をエッチングする必要がな
いので、垂直に近い加工形状が得られる。これにより、
キャパシタの微細化が容易になる。
Finally, as shown in FIG.
The film 13, the PZT film 12, and the SRO film 11 are patterned by RIE, and thereafter, the upper capacitor electrode 13 and the PZT are subjected to annealing heat treatment to obtain ferroelectric characteristics.
The capacitor is completed by improving the adhesion to the T film 12 and the matching of the crystal. The RIE is oxygen, chlorine or A
r, in a mixed gas of chlorine. Also, the mask is SiO
Use a hard mask consisting of two . SRO film 13, P
When performing RIE processing on the ZT film 12 and the SRO film 11,
Since it is not necessary to etch a noble metal film such as a Pt film or an Ir film, a processed shape close to vertical can be obtained. This allows
Miniaturization of the capacitor is facilitated.

【0063】このようにして得られた強誘電体キャパシ
タの強誘電性を電荷量Q−印加電圧Vのヒステリシス特
性にて調べた結果、2.5V印加時に分極量2Pr(残
留分極席×2)で約30uC/cm2 を示し、8インチS
iウェハの全面に同程度の分極量と抗電界をもつPZT
膜であることが判った。抗電圧も0.6V程度と低い値
が得られた。
As a result of examining the ferroelectricity of the ferroelectric capacitor thus obtained by the hysteresis characteristic of the charge amount Q-applied voltage V, the polarization amount was 2Pr (residual polarization sites × 2) when 2.5 V was applied. Shows about 30 uC / cm 2 and 8 inches S
PZT with the same amount of polarization and coercive field over the entire surface of i-wafer
It turned out to be a membrane. The coercive voltage was as low as about 0.6 V.

【0064】さらに、上記強誘電体キャパシタの疲労特
性を評価した。疲労特性の評価は50μm×50μmの
面積に相当するアレイで評価した。その結果、1×10
12サイクルまで分極量の変化はなく、リーク電流も3V
印加時で10-8A/cm2 オーダーと低い値であった。
Further, the fatigue characteristics of the ferroelectric capacitor were evaluated. Evaluation of the fatigue characteristics was performed using an array corresponding to an area of 50 μm × 50 μm. As a result, 1 × 10
No change in polarization amount up to 12 cycles and leakage current of 3 V
The value was as low as 10 −8 A / cm 2 on application.

【0065】上部キャパシタ電極13からのコンタクト
は通常のLSI作製プロセスを用いる。すなわち、層間
絶縁膜の堆積工程、RIE加工による接続孔の開孔工
程、酸素雰囲気中での回復アニール工程、配線工程を行
い、キャパシタからの配線の引き出しを行う。配線工程
では、上部キャパシタ電極13とのコンタクトはTiN
膜(バリアメタル膜)にて直接上部キャパシタ電極13
と接続し、その後Al配線を形成する。
The contact from the upper capacitor electrode 13 uses an ordinary LSI manufacturing process. That is, a step of depositing an interlayer insulating film, a step of opening a connection hole by RIE, a recovery annealing step in an oxygen atmosphere, and a wiring step are performed, and wiring is drawn from the capacitor. In the wiring process, the contact with the upper capacitor electrode 13 is TiN
Upper capacitor electrode 13 directly with film (barrier metal film)
Then, an Al wiring is formed.

【0066】かくして本実施形態によれば、Ruプラグ
10の材料として酸化されても導電性を有するRu膜を
使用することにより、Ru10プラグの酸化およびそれ
に伴うコンタクト不良、形状不良を防止できるようにな
る。さらに、下部キャパシタ電極構造はRuプラグ10
と下部キャパシタ電極11とが直接接続してなる簡単な
構造であり、かつキャパシタは貴金属膜を含まない構造
なので、微細化も容易である。
Thus, according to the present embodiment, by using a Ru film which is conductive even if oxidized as a material of the Ru plug 10, it is possible to prevent oxidation of the Ru10 plug and associated contact defects and shape defects. Become. Further, the lower capacitor electrode structure is a Ru plug 10
And the lower capacitor electrode 11 are directly connected, and the capacitor does not include a noble metal film, so that miniaturization is easy.

【0067】また、下部キャパシタ電極(SRO膜)1
1とその下の積層絶縁膜(シリコン酸化膜/シリコン窒
化膜)8はともに酸素を同じ材料として含むので、下部
キャパシタ電極11と積層絶縁膜8との密着性は良好な
ものとなる。これにより、下部キャパシタ電極11と積
層絶縁膜8との界面から侵入する酸化種によるRuプラ
グ10の酸化を防止できる。
The lower capacitor electrode (SRO film) 1
1 and the underlying laminated insulating film (silicon oxide film / silicon nitride film) 8 both contain oxygen as the same material, so that the adhesion between the lower capacitor electrode 11 and the laminated insulating film 8 is good. This prevents oxidation of the Ru plug 10 due to oxidizing species entering from the interface between the lower capacitor electrode 11 and the laminated insulating film 8.

【0068】さらに、下部キャパシタ電極(SRO膜)
11とPZT膜12の結晶構造はともに同じペロブスカ
イトであるため、これらの間での反応や相互拡散の問題
はない。また、下部キャパシタ電極11としてSRO膜
を使用することにより、疲労特性、インプリント特性、
リテンション特性の改善を期待できる。
Further, a lower capacitor electrode (SRO film)
Since the crystal structures of the PZT film 11 and the PZT film 12 are the same perovskite, there is no problem of reaction or mutual diffusion between them. Also, by using an SRO film as the lower capacitor electrode 11, fatigue characteristics, imprint characteristics,
Improvements in retention characteristics can be expected.

【0069】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。例えば、上記実施形態では、図1
(c)の工程で、接続孔外部のバリアメタル膜9を除去
したが、残しておいてもよい。この場合、図2(f)の
工程でSRO膜13等をRIE加工するときに、バリア
メタル膜9もRIE加工する。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, FIG.
In the step (c), the barrier metal film 9 outside the connection hole is removed, but may be left. In this case, when the RIE processing is performed on the SRO film 13 and the like in the step of FIG. 2F, the RIE processing is also performed on the barrier metal film 9.

【0070】図4に、バリアメタル膜9を残した場合の
COP構造を示す。図4のCOP構造の場合、積層絶縁
膜7と下部キャパシタ電極11との界面にバリアメタル
膜9が存在するため、下部キャパシタ電極11下の横方
向からの酸化をより効果的に防止することができる。
FIG. 4 shows a COP structure when the barrier metal film 9 is left. In the case of the COP structure shown in FIG. 4, since the barrier metal film 9 exists at the interface between the laminated insulating film 7 and the lower capacitor electrode 11, it is possible to more effectively prevent the oxidation from the lateral direction below the lower capacitor electrode 11. it can.

【0071】図4のCOP構造の場合、上部キャパシタ
電極13からのコンタクトを取る工程後に行う回復アニ
ールを従来と同様に酸素雰囲気中で行うと、バリアメタ
ル膜9が酸化されるという不都合が生じる。
In the case of the COP structure shown in FIG. 4, if the recovery annealing performed after the step of taking contact from the upper capacitor electrode 13 is performed in an oxygen atmosphere in the same manner as in the related art, there is a disadvantage that the barrier metal film 9 is oxidized.

【0072】このような不都合を解決するには、例えば
窒素等の不活性ガス中にて活性化アニールを行えばよ
い。他の方法としては、層間絶縁膜としてキャパシタを
Al23 膜、TiO2 膜などの酸化膜またはTiN膜
などの窒化膜を使用し、上部キャパシタ電極13上の酸
化膜または窒化膜に、上部キャパシタ電極13とのコン
タクトを取るための開口部をRIE加工により形成した
後、酸素中で回復アニールを行えばよい。その後、上部
キャパシタ電極13とのコンタクトはTiN膜(バリア
メタル膜)にて直接上部キャパシタ電極13と接続し、
その後Al配線を形成する。
In order to solve such inconvenience, activation annealing may be performed in an inert gas such as nitrogen. As another method, an oxide film such as an Al 2 O 3 film or a TiO 2 film or a nitride film such as a TiN film is used as an interlayer insulating film, and the capacitor is formed on the oxide film or the nitride film on the upper capacitor electrode 13. After forming an opening for making contact with the capacitor electrode 13 by RIE, recovery annealing may be performed in oxygen. Thereafter, the contact with the upper capacitor electrode 13 is directly connected to the upper capacitor electrode 13 with a TiN film (barrier metal film),
After that, an Al wiring is formed.

【0073】また、上記実施形態では、キャパシタ絶縁
膜としてPZT膜を使用した場合について説明したが、
SBT膜等の他の強誘電体膜も使用可能である。
In the above embodiment, the case where the PZT film is used as the capacitor insulating film has been described.
Other ferroelectric films such as SBT films can be used.

【0074】また、上実施形態では、MIS型トランジ
スタのソース/ドレイン拡散層と電気的に接続されたプ
ラグの場合について説明したが、本発明はソース/ドレ
イン拡散層と電気的に接続された配線に電気的に接続さ
れたプラグにも同様に適用できる。
In the above embodiment, the case of the plug electrically connected to the source / drain diffusion layer of the MIS transistor has been described. However, the present invention relates to the wiring electrically connected to the source / drain diffusion layer. The present invention can be similarly applied to a plug electrically connected to the plug.

【0075】また、上記実施形態には種々の段階の発明
が含まれており、開示される複数の構成要件における適
宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例え
ば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要
件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で
述べた課題を解決できる場合には、この構成要件が削除
された構成が発明として抽出され得る。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some components are deleted from all the components shown in the embodiment, if the problem described in the section of the problem to be solved by the invention can be solved, the configuration in which the components are deleted is Can be extracted as an invention. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、微
細なCOP構造を容易に実現できる半導体装置およびそ
の製造方法を実現できるようになる。
As described above, according to the present invention, a semiconductor device which can easily realize a fine COP structure and a method for manufacturing the same can be realized.

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

【図1】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法を示す工程断面図
FIG. 1 is a process sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に続く同実施形態の半導体装置の製造方法
を示す工程断面図
FIG. 2 is a process sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device of the embodiment, following FIG. 1;

【図3】同実施形態のCOP構造の変形例を示す断面図FIG. 3 is an exemplary sectional view showing a modification of the COP structure of the embodiment;

【図4】従来のCOP構造を示す断面図FIG. 4 is a sectional view showing a conventional COP structure.

【図5】従来の他のCOP構造を示す断面図FIG. 5 is a sectional view showing another conventional COP structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板 2…ソース/ドレイン拡散層 3…ゲート絶縁膜 4…ゲート電極 5…シリコン窒化膜(ゲート上部絶縁膜) 6…シリコン窒化膜(ゲート側壁絶縁膜) 7…層間絶縁膜 8…積層絶縁膜 9…バリアメタル膜 10…Ruプラグ 11…下部キャパシタ電極(SRO膜) 12…PZT膜(キャパシタ絶縁膜) 13…上部キャパシタ電極(SRO膜) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate 2 ... Source / drain diffusion layer 3 ... Gate insulating film 4 ... Gate electrode 5 ... Silicon nitride film (gate upper insulating film) 6 ... Silicon nitride film (gate side wall insulating film) 7 ... Interlayer insulating film 8 ... Lamination Insulating film 9 ... Barrier metal film 10 ... Ru plug 11 ... Lower capacitor electrode (SRO film) 12 ... PZT film (capacitor insulating film) 13 ... Upper capacitor electrode (SRO 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 21/316 H01L 21/316 P 27/10 444B Fターム(参考) 5F058 BA11 BD02 BD04 BD05 BD10 BF02 BF06 BF12 BF46 5F083 FR02 GA21 JA15 JA38 JA40 JA43 JA45 MA05 MA06 MA17 PR34 PR40 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/316 H01L 21/316 P 27/10 444B F term (Reference) 5F058 BA11 BD02 BD04 BD05 BD10 BF02 BF06 BF12 BF46 5F083 FR02 GA21 JA15 JA38 JA40 JA43 JA45 MA05 MA06 MA17 PR34 PR40

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】導電部が形成された半導体基板と、 前記導電部に達する貫通孔を有する絶縁膜と、 前記貫通孔内に形成され、Ruを主成分とするプラグ
と、 前記絶縁膜上に形成され、前記プラグと電気的に接続し
たキャパシタとを具備してなり、 前記キャパシタは、SrRuO3 を主成分とする、前記
プラグと直接接続する電極と、この電極上に形成された
強誘電体膜とを含むことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate having a conductive portion formed thereon; an insulating film having a through hole reaching the conductive portion; a plug formed in the through hole and containing Ru as a main component; And a capacitor electrically connected to the plug. The capacitor includes SrRuO 3 as a main component, an electrode directly connected to the plug, and a ferroelectric formed on the electrode. And a film.
【請求項2】前記導電部は、MIS型トランジスタのソ
ース/ドレイン拡散層、またはこのソース/ドレイン拡
散層と電気的に接続された配線であることを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said conductive portion is a source / drain diffusion layer of a MIS type transistor or a wiring electrically connected to said source / drain diffusion layer. .
【請求項3】前記プラグの側面および底面の少なくとも
一部の表面上に、窒化物膜が形成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。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a nitride film is formed on at least part of the side and bottom surfaces of said plug.
【請求項4】前記窒化物膜は、前記絶縁膜と前記下部キ
ャパシタ電極との界面にも形成されていることを特徴と
する請求項3に記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein said nitride film is also formed at an interface between said insulating film and said lower capacitor electrode.
【請求項5】前記窒化物膜の材料は、TiN、TaN、
TiAlN、TaSiNまたはSiNであることを特徴
とする請求項4または5に記載の半導体装置。
5. The material of said nitride film is TiN, TaN,
The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is TiAlN, TaSiN, or SiN.
【請求項6】前記プラグの前記電極とコンタクトする領
域は酸素を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導
体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein a region of said plug contacting said electrode contains oxygen.
【請求項7】前記酸素を含む領域の厚さは100nm以
下であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装
置。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the thickness of the region containing oxygen is 100 nm or less.
【請求項8】前記キャパシタは、貴金属を主成分とする
金属膜を含まないことを特徴とする請求項1に記載の半
導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the capacitor does not include a metal film containing a noble metal as a main component.
【請求項9】前記貴金属は、PtまたはIrであること
を特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein said noble metal is Pt or Ir.
【請求項10】導電部が形成された半導体基板上に絶縁
膜を形成する工程と、 前記絶縁膜に前記導電部に達する貫通孔を開口する工程
と、 前記貫通孔内および前記絶縁膜上にRuを主成分とする
導電膜を形成する工程と、 前記導電膜に熱処理を施す工程と、 前記貫通孔外の前記導電膜を除去し、前記貫通孔内に前
記導電膜からなるRuを主成分とするプラグを形成する
工程と、 前記絶縁膜上に、前記プラグと直接接続し、かつSrR
uO3 を主成分とする下部キャパシタ電極と、強誘電体
膜とを含むキャパシタを形成する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。
10. A step of forming an insulating film on a semiconductor substrate on which a conductive portion is formed, a step of opening a through hole reaching the conductive portion in the insulating film, and forming a through hole in the through hole and on the insulating film. Forming a conductive film containing Ru as a main component; performing a heat treatment on the conductive film; removing the conductive film outside the through-hole; Forming a plug to be directly connected to the plug on the insulating film;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a capacitor including a lower capacitor electrode mainly composed of uO 3 and a ferroelectric film.
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