JP2002299583A - 半導体集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置およびその製造方法

Info

Publication number
JP2002299583A
JP2002299583A JP2001103042A JP2001103042A JP2002299583A JP 2002299583 A JP2002299583 A JP 2002299583A JP 2001103042 A JP2001103042 A JP 2001103042A JP 2001103042 A JP2001103042 A JP 2001103042A JP 2002299583 A JP2002299583 A JP 2002299583A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
insulating film
information transfer
capacitor
wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001103042A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuhiro Mori
光廣 森
Hiromichi Waki
弘道 脇
Keiichi Yoshizumi
圭一 吉住
Tetsuo Fujiwara
徹男 藤原
Kazufumi Suenaga
和史 末永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2001103042A priority Critical patent/JP2002299583A/ja
Publication of JP2002299583A publication Critical patent/JP2002299583A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】 FeRAMメモリセルの強誘電体膜からなる
容量絶縁膜の膜質の劣化を防止し、FeRAMメモリセ
ルの特性を向上させる。 【解決手段】 メモリセル選択用(情報転送用)MIS
FETQsと、このMFETQsに直列に接続されたキ
ャパシタCの上部に、層間絶縁膜(TEOS膜17)を
形成し、その上部に、例えば、TiN膜(19a、21
a、22s)からなるバリア層で囲まれた第1層配線M
1を形成する。その結果、層間絶縁膜(TEOS膜17
や第1層配線M1上のTEOS膜23等)中のH2Oと
第1層配線M1(Al膜20a)との反応による水素の
発生を防止することができ、PZT膜のような容量絶縁
膜の特性の劣化を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置およびその製造技術に関し、特に、FeRAM(強誘
電体メモリ、Ferro−electric Random Access Memory)
に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】強誘電体メモリ(FeRAM)は、強誘
電体であるPZT(Pb(ZryTiZ)O3)等の分極
状態の2値性を利用した不揮発性メモリである。このF
eRAMのメモリセルは、1個のメモリセル選択用(情
報転送用)MISFETと1個の情報蓄積キャパシタと
で構成され、キャパシタの容量絶縁膜に、PZT膜等の
強誘電体膜が用いられている。
【0003】このPZT膜等の強誘電体は、反応性に富
んだ多元系イオン酸化物であるため製造工程における各
種処理などによって特性が劣化すやすい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、FeR
AMの容量素子を開発している。この強誘電体膜は、H
2(水素)の存在により分極特性の劣化が生じる。
【0005】この水素の発生原因の一つとして層間絶縁
膜中のH2Oが挙げられる。即ち、プラズマCVD(Che
mical Vapor Deposition)法により形成された酸化シリ
コン膜やSOG膜(Spin on Glass膜)中には、H2Oが
含まれ、このH2Oは、300℃以上で、アルミニウム
(Al)等の金属配線と反応する。この反応により、H
2が発生し、PZT膜中の酸素を引き抜き、その特性を
劣化させると考えられている。
【0006】本発明の目的は、容量素子を構成する強誘
電体膜の膜質の劣化を防止する技術を提供することにあ
る。
【0007】また、本発明の他の目的は、強誘電体膜の
膜質を向上させることにより、FeRAMメモリセルの
特性を向上させる技術を提供することにある。
【0008】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0009】
【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、
次のとおりである。
【0010】(1)本発明の半導体集積回路装置は、半
導体基板の主表面に形成された情報転送用MISFET
と、前記情報転送用MISFETに直列に接続されたキ
ャパシタとを有する半導体集積回路装置であって、
(a)前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜およ
びその上部に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極
の両側の半導体基板中に形成されたソース、ドレイン領
域とを有する前記情報転送用MISFETと、(b)第
1の導電性膜からなる下部電極と、前記下部電極上に形
成され、強誘電体材料からなる容量絶縁膜と、前記容量
絶縁膜上に形成され、第2の導電性膜からなる上部電極
とで構成される前記キャパシタと、(c)前記情報転送
用MISFETおよびキャパシタ上に形成された層間絶
縁膜と、(d)前記層間絶縁膜上に形成された配線であ
って、バリア層で囲まれた配線と、を有する。
【0011】このような手段によれば、層間絶縁膜上に
形成された配線をバリア層で囲んだので、層間絶縁膜中
のH2Oと配線との反応による水素の発生を防止するこ
とができる。その結果、例えば、PZT膜のようなキャ
パシタの容量絶縁膜の特性の劣化を低減することができ
る。
【0012】このバリア層には、例えば、TiN等の金
属窒化物を使用することができる。また、素材の異なる
膜(例えば、金属窒化物やアルミニウム膜)を使用する
ことができる。特に、配線がアルミニウムからなる場合
には、その側壁を酸化アルミニウムで覆うことができ
る。
【0013】(2)本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、半導体基板の主表面に形成された情報転送用M
ISFETと、前記情報転送用MISFETに直列に接
続されたキャパシタとを有する半導体集積回路装置の製
造方法であって、(a)前記半導体基板上にゲート絶縁
膜およびゲート電極を形成し、前記ゲート電極の両側の
半導体基板中にソース、ドレイン領域を形成することに
より前記情報転送用MISFETを形成する工程と、
(b)第1の導電性膜、強誘電体材料からなる容量絶縁
膜および第2の導電性膜を順次堆積し、パターニングす
ることにより第1の導電性膜からなる下部電極、容量絶
縁膜および第2の導電性膜からなる上部電極とで構成さ
れる前記キャパシタを形成する工程と、(c)前記情報
転送用MISFETおよびキャパシタ上に、層間絶縁膜
を形成する工程と、(d)前記層間絶縁膜上に第1のバ
リア層を形成する工程と、(e)前記第1のバリア層上
に配線を形成する工程と、(f)前記配線上に第2のバ
リア層を形成し、前記配線の側壁に第3のバリア層を形
成する工程と、を有する。
【0014】このような手段によれば、層間絶縁膜上に
形成された配線を、第1から第3のバリア層で囲むこと
ができるので、層間絶縁膜中のH2Oと配線との反応に
よる水素の発生を防止することができ、高性能の半導体
集積回路装置を提供することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において同一機能を有するものは同一の符
号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0016】(実施の形態1)本発明の実施の形態1で
あるFeRAMの製造方法を図1〜図18を用いて工程
順に説明する。
【0017】まず、図1に示すように、例えば、10Ω
cm程度の比抵抗を有するn型の単結晶シリコンからなる
半導体基板1中に、p型ウエル3およびn型ウエル4を
形成する。このp型ウエル3は、半導体基板1に、p型
不純物、例えばホウ素(B)をイオン打ち込みした後、
半導体基板1をアニールして不純物を熱拡散させること
によって形成する。n型ウエル4は、半導体基板1に、
n型不純物、例えばリン(P)をイオン打ち込みした
後、半導体基板1をアニールして不純物を熱拡散させる
ことによって形成する。
【0018】次いで、半導体基板1の主表面に、素子分
離用のフィールド酸化膜2を形成する。このフィールド
酸化膜2は、周知のLOCOS(Local Oxidation of S
ilicon)法によって形成する。
【0019】次に、フッ酸系の洗浄液を用いて半導体基
板1(p型ウエル3およびn型ウエル4)の表面をウェ
ット洗浄した後、ウエット酸化によってp型ウエル3お
よびn型ウエル4のそれぞれの表面に清浄なゲート酸化
膜5を形成する。
【0020】次に、ゲート酸化膜5の上部に多結晶シリ
コン膜等の導電性膜を堆積し、次いで、酸化シリコン膜
等を薄く堆積し、パターニングする。これにより、n型
ウエル4上の広いフィールド酸化膜2上に、多結晶シリ
コン膜を下部電極FG、酸化シリコン膜を容量絶縁膜6
とする容量素子Dを形成する。この容量素子Dの上部電
極は、p型ウエル3およびn型ウエル4の主表面に形成
されるMISFETQs、Qpのゲート電極SGと同時
に形成される。
【0021】次に、半導体基板1の上部に多結晶シリコ
ン膜等の導電性膜を堆積し、パターニングする。これに
より、p型ウエル3およびn型ウエル4の主表面にゲー
ト電極SGを形成する。また、フィールド酸化膜2上
に、配線や抵抗等に用いられる導電層SG1を形成す
る。さらに、容量絶縁膜6上に上部電極SG2を形成す
る。
【0022】次いで、p型ウエル3上のゲート電極SG
の両側に、n型不純物、例えばリン(P)をイオン打ち
込みしてn型半導体領域7(ソース、ドレイン)を形成
する。また、n型ウエル4上のゲート電極SGの両側
に、p型不純物、例えばホウ素(B)をイオン打ち込み
してp型半導体領域8(ソース、ドレイン)を形成す
る。次いで、半導体基板1の上部に、BPSG膜(boro
-phospho silicate glassfilm)9を堆積する。
【0023】この後、n型半導体領域7およびp型半導
体領域8とゲート酸化膜5との界面の欠陥を回復させる
ために水素雰囲気下でアニールを行う。
【0024】以上の工程により、FeRAMを構成する
nチャネル型MISFETQsと周辺回路を構成するp
チャネル型MISFETQpが形成される。
【0025】次に、図2に示すように、酸化シリコン膜
9の上部に、下部電極となるTi膜およびPt膜の積層
膜10を堆積し、次いで、PZT膜11を堆積する。
【0026】ここで、PZT膜の組成について説明す
る。PZTは、Pb(ZryTiz)O 3(x+y=1)
で表される。PZT膜を構成するこれらの原子の組成比
は、PZTの結晶構造から導かれる。PZT中のPb原
子は、立方体の8つの隅に1個づつ配置され、Zrもし
くはTi原子が、立方体の中心に配置されている。さら
に、酸素原子は、立方体の各面の中心に配置されてい
る。従って、立方体中には、1個(1/8×8個)のP
bと、1個のZrもしくはTiと、3個(1/2×6
個)の酸素原子が存在する。ただし、このような結晶の
粒界には、PbOが存在する。
【0027】また、PZT中のPb原子は、揮発しやす
い性質を有するため、PZT膜11の成膜時には、Pb
の組成比を1+αとしたアモルファス状の膜を堆積す
る。このアモルファス状の膜は、成膜後に行われるアニ
ールにより結晶化する。
【0028】この後、PZT膜11を結晶化するための
アニールを行う。次いで、PZT膜11上に、上部電極
となるPt膜12を堆積する。次いで、Pt膜12をパ
ターニングすることによって、p型ウエル3上の広いフ
ィールド酸化膜2の上部に、上部電極12aを形成す
る。
【0029】次に、図3に示すように、上部電極12a
およびPZT膜11上に、シールド膜となるPZT膜B
をスパッタリング法で堆積する。
【0030】次に、図4に示すように、上部電極12a
上部にレジスト膜(図示せず)を形成し、このレジスト
膜をマスクに、PZT膜Bをプラズマエッチングするこ
とによって、上部電極12a上にシールド膜Baを形成
する。この際、上部電極12aのパターンより、シール
ド膜Baのパターンを大きくすれば、上部電極12aの
側部もシールド膜Baで覆われることとなり、シールド
効果がより大きくなる。次いで、レジスト膜をアッシン
グにより除去する。次に、プラズマエッチングやアッシ
ングにより生じたPZT膜11の欠陥を回復させるた
め、アニールを行う。
【0031】次に、PZT膜11上に、上部電極12a
およびその周辺上部にレジスト膜(図示せず)を形成す
る。次いで、このレジスト膜をマスクに、PZT膜1
1、Ti膜およびPt膜の積層膜10をプラズマエッチ
ングすることによって、上部電極12a下に、容量絶縁
膜11aおよび下部電極10aを形成する(図5)。こ
こで、上部電極12aのパターンより、容量絶縁膜11
a、下部電極10aおよびシールド膜Baのパターンを
大きく形成するのは、下部電極10a上に、下部電極1
0aと後述する中間配線L1との接続領域を確保するた
めである。次いで、レジスト膜をアッシングにより除去
する。次に、プラズマエッチングやアッシングにより生
じたPZT膜11の欠陥を回復させるため、アニールを
行う。
【0032】以上の工程によりFeRAMを構成するキ
ャパシタCが形成される。このキャパシタCは、上部電
極12a、容量絶縁膜11aおよび下部電極10aで構
成され、上部電極12aは、シールド膜Baでその上部
が覆われている。
【0033】次いで、図6に示すように、CVD法によ
り、テトラエトキシシランを材料とした酸化シリコン膜
(以下、TEOS膜という)13を堆積する。
【0034】続いて、TEOS膜13上に、n型半導体
領域7(ソース、ドレイン)、p型半導体領域8(ソー
ス、ドレイン)および容量素子Dの下部電極FG上に開
口部を有するレジスト膜(図示せず)を形成する。次い
で、図7に示すように、このレジスト膜をマスクに、n
型半導体領域7(ソース、ドレイン)およびをp型半導
体領域8(ソース、ドレイン)上の酸化シリコン膜9、
13をプラズマエッチングにより除去することによりコ
ンタクトホールC1を形成する。次いで、アッシングに
よりレジスト膜を除去し、コンタクトホールC1内を含
むTEOS膜13上にPt膜(図示せず)を形成する。
次いで、Pt膜とn型半導体領域7(ソース、ドレイ
ン)、p型半導体領域8(ソース、ドレイン)および容
量素子Dの下部電極FGとの接触部にシリサイド層14
を形成する。次いで、未反応のPt膜を除去する。
【0035】続いて、キャパシタCの上部電極12aお
よび下部電極10a上に開口部を有するレジスト膜(図
示せず)を形成する。次いで、図8に示すように、上部
電極12a上のシールド膜BaとTEOS膜13と、下
部電極10a上のTEOS膜13と容量絶縁膜11aと
をプラズマエッチングにより除去することによりコンタ
クトホールC2を形成する。次いで、アッシングにより
レジスト膜を除去し、PZT膜の膜質の改善のためにO
2(酸素)雰囲気下でアニールする。
【0036】続いて、フィールド酸化膜2上の導電層S
G1および容量素子Dの上部電極SG2上に開口部を有
するレジスト膜(図示せず)を形成する。次いで、図9
に示すように、導電層SG1および上部電極SG2上の
酸化シリコン膜9および13をプラズマエッチングによ
り除去することによりコンタクトホールC3を形成す
る。次いで、アッシングによりレジスト膜を除去する。
【0037】次いで、図10に示すように、コンタクト
ホールC1、C2、C3内を含むTEOS膜13上に、
TiN膜を堆積する。次いで、TiN膜をパターニング
することにより中間配線L1を形成する。この中間配線
L1によって、nチャネル型MISFETQsとキャパ
シタCとが直列に接続される。即ち、nチャネル型MI
SFETQsのn型半導体領域7(ソース、ドレイン)
とキャパシタCの上部電極12aとが、中間配線L1に
よって接続される。
【0038】次いで、図11に示すように、中間配線L
1およびTEOS膜13上に、TEOS膜17を形成す
る。
【0039】その後、TEOS膜17上に第1層、第2
層配線M1、M2を形成する。以下、これらの配線形成
工程および配線間の層間絶縁膜の形成工程について説明
する。
【0040】まず、TEOS膜17上に、開口部を有す
るレジスト膜(図示せず)を形成する。この開口部は、
例えば、キャパシタCの下部電極10a、nチャネル型
MISFETQsのキャパシタCと接続していないn型
半導体領域7(ソース、ドレイン)上または周辺回路領
域のp型半導体領域8(ソース、ドレイン)、容量素子
Dの電極FG、SG2上等に形成される。次いで、図1
2に示すように、このレジスト膜をマスクにTEOS膜
17をエッチングすることにより、コンタクトホール1
8を形成する。
【0041】次いで、コンタクトホール18内を含むT
EOS膜17上にスパッタ法によりTiN膜19、Al
膜20およびTiN膜21を順次堆積する。次に、これ
らの積層膜をパターニングすることにより第1層配線M
1(19a、20a、21a)を形成する(図13)。
ここで、Al膜20は、Al金属のみではなく、Al−
Si−CuもしくはAl−Si等の合金である。また、
第1層配線M1上層のTiN膜19は、後述するバリア
層としての役割だけでなく、フォトリソグラフィー時に
おける反射防止膜の役割も果たす。また、第1層配線M
1下層のTiN膜20も、後述するバリア層としての役
割だけでなく、Al膜20のエレクトロマイグレーショ
ンの防止膜としての役割も果たす。
【0042】次いで、図14に示すように、第1層配線
M1(TiN膜21a)およびTEOS膜17上にTi
N膜22を堆積し、異方的にエッチングすることにより
第1層配線M1の側壁に、TiN膜からなるサイドウォ
ール膜22sを形成する(図15)。
【0043】次いで、図16に示すように、第1層配線
M1およびTEOS膜17上にTEOS膜(層間絶縁
膜)23を堆積する。
【0044】このように、本実施の形態においては、第
1層配線M1を、緻密な膜であるTiN膜19a、21
aおよび22sで覆ったので、TEOS膜17や23中
のH 2Oと第1層配線中のAl膜20aとの反応を防止
することができる。その結果、かかる反応によるH2
発生を防止し、容量絶縁膜11a中の酸素原子とH2
反応を防止することができる。
【0045】即ち、CVD(Chemical Vapor Depositio
n)法により酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等を形成
する際には、原料ガスの反応時に、水素やH2Oが発生
する。さらに、この水素やH2Oが、形成された酸化シ
リコン膜や窒化シリコン膜等に含まれる。この水素やH
2Oは、その後の熱処理によりイオン化し、PZT膜中
まで到達し得る。
【0046】このうちH2Oは、前述した通り、300
℃以上で、アルミニウム(Al)等の金属配線と反応す
る。この反応により、H2のが発生し、PZT膜中の酸
素を引き抜き、その特性を劣化させると考えられてい
る。
【0047】例えば、本実施の形態で用いたTEOS膜
の場合、膜中の水素とH2Oとの比は、約1:10であ
る。従って、H2Oの水素化を防止できれば、PZT膜
中の劣化を抑制することができる。
【0048】続いて、図17に示すように、層間絶縁膜
23中にコンタクトホールを形成する。
【0049】次いで、コンタクトホール内を含む層間絶
縁膜23上に第1層配線M1と同様に第2層配線M2を
形成する。即ち、TiN膜24、Al膜25およびTi
N膜26を順次堆積し、これらの積層膜をパターニング
することにより第2層配線M2(24a、25a、26
a)を形成する。次いで、第2層配線M2(TiN膜2
6a)およびTEOS膜23上にTiN膜27を堆積
し、異方的にエッチングすることにより第2層配線M2
の側壁にサイドウォール膜27sを形成する。
【0050】次いで、第2層配線M2およびTEOS膜
23上に、プラズマシリコン窒化膜(P−SiN膜)等
からなるパッシベーション膜28を堆積する。
【0051】このように、本実施の形態においては、第
2層配線M2をTiN膜24a、26aおよび27sで
覆ったので、TEOS膜23やその上部のパッシベーシ
ョン膜28中のH2Oと第2層配線中のAl膜25aと
の反応を防止することができる。その結果、かかる反応
によるH2の発生を防止し、PZT膜(容量絶縁膜11
a)中の酸素原子とH2の反応を防止することができ
る。なお、第2層配線M2およびTEOS膜23上に、
TEOS膜(層間絶縁膜)を形成し、さらに、上層の配
線を第1層配線と同様に形成した後、パッシベーション
膜を形成してもよい。
【0052】図18は、FeRAM形成工程の各段階に
おけるPZT膜の分極量(μC/cm2)を示す図であ
る。グラフ(a)は、TiN膜でAl膜(第1層配線M
1)を覆った場合、グラフ(b)は、TiN膜で覆わな
かった場合を示す。グラフ(a)(b)とも、キャパシ
タ形成後、中間配線形成後、第1層配線形成後、第2層
配線形成後、およびパッシベーション膜形成後と、工程
が進むにつれて分極量が低下している。しかしながら、
TiN膜でAl膜(第1層配線M1)を覆った場合
(a)は、覆わなかった場合(b)より、グラフの傾き
が小さく、分極量の低下が抑えられていることがわか
る。また、パッシベーション膜形成後においては、Ti
N膜でAl膜(第1層配線M1)を覆った場合(a)
は、分極量が約23μC/cm2であり、覆わなかった
場合(b)は、約7μC/cm2と比較し、かなりの分
極量の改善が認められた。
【0053】また、本実施の形態においては、層間絶縁
膜としてTEOS膜を用いたが、SOG(Spin On Glas
s)膜を用いてもよい。このSOG膜の膜中の水素とH2
Oとの比は、約1:100であり、H2Oの水素化の防
止による効果は大きい。また、膜中のH2Oの量も、T
EOS膜より大きい。例えば、シリコン基板上にプラズ
マCVD法により膜厚600nmのTEOS膜を堆積し
た場合、450℃においてこの膜からは1015/cm2
程度のH2および1016/cm2程度のH2Oが発生す
る。これに対し、SOG膜の場合は、1015/cm2
度のH2および1017/cm2程度のH2Oが発生する。
従って、SOG膜が使用されるFeRAMメモリセルに
は、本発明を適用してより効果的である。
【0054】(実施の形態2)実施の形態1において
は、第1層配線M1や第2層配線M2の側壁をTiN膜
で覆ったが、これらの配線の側壁を酸化アルミニウム膜
で覆ってもよい。
【0055】なお、第1層配線M1を形成するまでの工
程は、図1〜図13を参照しながら説明した実施の形態
1の場合と同様であるためその説明を省略する。また、
説明を容易にするため、配線(M1、M2)部の拡大図
を用いて、模式的に説明する。
【0056】図19(a)は、TEOS膜17(層間絶
縁膜17)上に、TiN膜19a、Al膜20aおよび
TiN膜21aからなる第1層配線M1が形成された状
態を示す。
【0057】この第1層配線M1(19a、20a、2
1a)上を含むTEOS膜17上にスパッタ法により1
0nm程度のAl膜222を堆積し、500℃で酸化処
理を施し、Al23膜222aを形成する(図19
(b))。次いで、異方的にエッチングすることにより
第1層配線M1の側壁にサイドウォール膜222sを形
成する(図19(c))。以降の工程は、図16および
図17を参照しながら説明した実施の形態1の場合と同
様であるためその説明を省略する。
【0058】このように、本実施の形態においては、第
1層配線M1をTiN膜19a、21aおよびAl23
膜222sで覆ったので、TEOS膜17や第1層配線
上部に形成されるTEOS膜23中のH2Oと第1層配
線中のAl膜20aとの反応を防止することができる。
その結果、かかる反応によるH2の発生を防止し、PZ
T膜中の酸素原子とH2の反応を防止することができ
る。
【0059】なお、第1層配線M1上のTEOS膜23
(層間絶縁膜23)上部に形成される第2層配線M2も
第1層配線M1と同様に、TiN膜およびAl23膜で
覆うことができる。
【0060】また、Al23222aは、絶縁性を有す
るため、異方性エッチングを行わず、この第1層配線
(19a、20a、21a)およびTEOS膜17上に
残存させてもよい。また、実施の形態1と同様に、層間
絶縁膜としてSOG膜を用いてもよい。
【0061】図20は、FeRAM形成工程の各段階に
おけるPZT膜の分極量(μC/cm2)を示す図であ
る。グラフ(a)は、配線側面を10nmのAl23
で覆った場合、グラフ(b)は、配線側面を5nmのA
23膜で覆った場合、グラフ(c)は、Al23膜等
で配線を覆わなかった場合を示す。配線側面をAl23
膜で覆った場合(a)、(b)は、覆わなかった場合
(c)より、グラフの傾きが小さく、分極量の低下が抑
えられていることがわかる。また、配線側面をAl23
膜で覆った場合でもその膜厚が、厚い方(10nmの場
合)が、より分極量の低下が抑えられることがわかる。
また、グラフ(a)、(b)および(c)のパッシベー
ション膜形成後における分極量は、それぞれ、約23μ
C/cm 2、約15μC/cm2および約7μC/cm2
であった。
【0062】(実施の形態3)実施の形態1において
は、第1層配線M1や第2層配線M2の側壁に酸化アル
ミニウム膜からなるサイドウォール膜を形成することに
より、その側壁を覆ったが、これらの配線を構成するア
ルミニウム膜を酸化することにより、配線の側壁に酸化
アルミニウムを形成してもよい。
【0063】なお、第1層配線M1を形成するまでの工
程は、図1〜図13を参照しながら説明した実施の形態
1の場合と同様であるためその説明を省略する。また、
説明を容易にするため、配線(M1、M2)部の拡大図
を用いて、模式的に説明する。
【0064】図21(a)は、TEOS膜17(層間絶
縁膜17)上に、TiN膜19a、Al膜20aおよび
TiN膜21aからなる第1層配線M1が形成された状
態を示す。
【0065】この第1層配線M1(19a、20a、2
1a)に対し、酸素雰囲気中で500℃の熱処理を施
し、第1層配線を構成するアルミニウム膜20aの露出
部(配線側壁)にAl23膜222bを形成する(図2
1(b))。以降の工程は、図16および図17を参照
しながら説明した実施の形態1の場合と同様であるため
その説明を省略する。
【0066】このように、本実施の形態においては、第
1層配線M1をTiN膜19a、21aおよびAl23
222bで覆ったので、TEOS膜17や第1層配線上
部に形成されるTEOS膜23中のH2Oと第1層配線
中のAl膜20aとの反応を防止することができる。そ
の結果、かかる反応によるH2の発生を防止し、PZT
膜中の酸素原子とH2の反応を防止することができる。
また、実施の形態2のように異方性エッチングを行わな
くてよいので、このエッチング時に発生する異物の影響
を低減することができる。
【0067】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0068】特に、前記実施の形態においては、配線を
覆う膜としてTiN膜やAl23膜を用いたが、配線と
層間絶縁膜中のH2Oの反応を防止する緻密な膜として
は、IrO膜、SrO膜、PZT膜等が考えられる。ま
た、金属硼化物や金属炭化物による膜も考えられる。
【0069】さらに、本実施の形態においては、容量絶
縁膜用の強誘電体膜としてPZT膜を使用したが、これ
に限定されるものではなく、例えば、PLZT(Pb
1-xLax(ZryTiz)O3)、SBT(SrBi2Ta
29)などといった酸素含有する、高〜強誘電体を主要
な成分とする誘電体膜であってもよい。
【0070】また、本実施の形態においては、FeRA
Mを例に説明したが、DRAMメモリセルにおいても、
酸素含有する高誘電体膜(例えば、BST[BaXSr
1-xTiO3]やSTO[SrTiO3]等)が用いられ、こ
のようなDRAMメモリセルに、本発明を適用すること
も可能である。
【0071】また、本実施の形態において説明したFe
RAMのメモリセルの構造の他、図22に示すような、
選択用MISFETQsのソース、ドレイン領域7上の
プラグP1を介してキャパシタCが接続される構造のメ
モリセルに、本発明を適用してもよい。
【0072】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
【0073】層間絶縁膜上に形成された配線をバリア層
で囲んだので、層間絶縁膜中のH2Oと配線との反応に
よる水素の発生を防止することができる。その結果、例
えば、PZT膜のようなキャパシタの容量絶縁膜の特性
の劣化を低減することができる。また、FeRAMメモ
リセルの特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図3】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図4】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図5】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図6】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図7】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図8】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図9】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装
置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図10】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図11】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図12】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図13】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図14】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図15】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図16】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図17】本発明の実施の形態1である半導体集積回路
装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図18】本発明の効果を示すための図である。
【図19】図19(a)〜(c)は、本発明の実施の形
態2である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の
要部断面図である。
【図20】本発明の効果を示すための図である。
【図21】図21(a)および(b)は、本発明の実施
の形態3である半導体集積回路装置の製造方法を示す基
板の要部断面図である。
【図22】他のFeRAMメモリセル構造を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 フィールド酸化膜 3 p型ウエル 4 n型ウエル 5 ゲート酸化膜 6 容量絶縁膜 7 n型半導体領域 8 p型半導体領域 9 BPSG膜(酸化シリコン膜) 10 積層膜 10a 下部電極 11 PZT膜 11a 容量絶縁膜 12 Pt膜 12a 上部電極 13 TEOS膜 14 シリサイド層 16 TiN膜 17 TEOS膜(層間絶縁膜) 18 コンタクトホール 19a TiN膜 20a Al膜 21a TiN膜 22s サイドウォール膜 23 TEOS膜(層間絶縁膜) 24a TiN膜 25a Al膜 26a TiN膜 27 TiN膜 27s サイドウォール膜 28 パッシベーション膜 222 Al膜 222a Al23膜 222b Al23膜 222s Al23膜(サイドウォール膜) B PZT膜 Ba シールド膜 C キャパシタ C1 コンタクトホール C2 コンタクトホール C3 コンタクトホール D 容量素子 FG 下部電極 L1 中間配線 M1 第1層配線 M2 第2層配線 P1 プラグ Qp pチャネル型MISFET Qs メモリセル選択用(情報転送用)MISFET SG ゲート電極 SG1 導電層 SG2 上部電極
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/8242 H01L 27/10 621Z 651 (72)発明者 吉住 圭一 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 藤原 徹男 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 末永 和史 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Fターム(参考) 5F033 HH08 HH09 HH33 JJ01 JJ08 JJ09 JJ25 JJ33 KK01 KK04 KK08 KK09 KK33 MM08 MM10 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 QQ03 QQ08 QQ09 QQ12 QQ16 QQ37 QQ70 QQ73 QQ76 RR03 RR04 RR06 RR15 SS04 SS11 SS15 TT02 TT08 VV10 VV16 XX00 XX18 XX20 5F058 BA07 BA11 BD01 BD12 BF02 BF12 BF25 BH03 5F083 AD21 FR02 GA21 JA14 JA15 JA35 JA36 JA38 JA39 JA40 JA56 KA20 MA04 MA05 MA17 MA19 PR03 PR09 PR18 PR29 PR44 PR52 ZA01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の主表面に形成された情報転
    送用MISFETと、前記情報転送用MISFETに直
    列に接続されたキャパシタとを有する半導体集積回路装
    置であって、 (a)前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜およ
    びその上部に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極
    の両側の半導体基板中に形成されたソース、ドレイン領
    域とを有する前記情報転送用MISFETと、 (b)第1の導電性膜からなる下部電極と、前記下部電
    極上に形成され、強誘電体材料からなる容量絶縁膜と、
    前記容量絶縁膜上に形成され、第2の導電性膜からなる
    上部電極とで構成される前記キャパシタと、 (c)前記情報転送用MISFETおよびキャパシタ上
    に形成された層間絶縁膜と、 (d)前記層間絶縁膜上に形成された配線であって、バ
    リア層で囲まれた配線と、 を有することを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板の主表面に形成された情報転
    送用MISFETと、前記情報転送用MISFETに直
    列に接続されたキャパシタとを有する半導体集積回路装
    置であって、 (a)前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜およ
    びその上部に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極
    の両側の半導体基板中に形成されたソース、ドレイン領
    域とを有する前記情報転送用MISFETと、 (b)第1の導電性膜からなる下部電極と、前記下部電
    極上に形成され、強誘電体材料からなる容量絶縁膜と、
    前記容量絶縁膜上に形成され、第2の導電性膜からなる
    上部電極とで構成される前記キャパシタと、 (c)前記情報転送用MISFETおよびキャパシタ上
    に形成された層間絶縁膜と、 (d)前記層間絶縁膜上に形成された配線であって、金
    属窒化物からなる膜で囲まれた配線と、 を有することを特徴とする半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板の主表面に形成された情報転
    送用MISFETと、前記情報転送用MISFETに直
    列に接続されたキャパシタとを有する半導体集積回路装
    置であって、 (a)前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜およ
    びその上部に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極
    の両側の半導体基板中に形成されたソース、ドレイン領
    域とを有する前記情報転送用MISFETと、 (b)第1の導電性膜からなる下部電極と、前記下部電
    極上に形成され、強誘電体材料からなる容量絶縁膜と、
    前記容量絶縁膜上に形成され、第2の導電性膜からなる
    上部電極とで構成される前記キャパシタと、 (c)前記情報転送用MISFETおよびキャパシタ上
    に形成された層間絶縁膜と、 (d)前記層間絶縁膜上に形成された配線であって、そ
    の上面と底面が金属窒化物からなる膜で覆われ、その側
    面が酸化アルミニウム膜で覆われた配線と、 を有することを特徴とする半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 半導体基板の主表面に形成された情報転
    送用MISFETと、前記情報転送用MISFETに直
    列に接続されたキャパシタとを有する半導体集積回路装
    置であって、 (a)前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜およ
    びその上部に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極
    の両側の半導体基板中に形成されたソース、ドレイン領
    域とを有する前記情報転送用MISFETと、 (b)第1の導電性膜からなる下部電極と、前記下部電
    極上に形成され、強誘電体材料からなる容量絶縁膜と、
    前記容量絶縁膜上に形成され、第2の導電性膜からなる
    上部電極とで構成される前記キャパシタと、 (c)前記情報転送用MISFETおよびキャパシタ上
    に形成された層間絶縁膜と、 (d)前記層間絶縁膜上に形成されたアルミニウムから
    なる配線であって、その上面と底面が金属窒化物からな
    る膜で覆われ、その側面が酸化アルミニウム膜で覆われ
    た配線と、 を有することを特徴とする半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 半導体基板の主表面に形成された情報転
    送用MISFETと、前記情報転送用MISFETに直
    列に接続されたキャパシタとを有する半導体集積回路装
    置の製造方法であって、 (a)前記半導体基板上にゲート絶縁膜およびゲート電
    極を形成し、前記ゲート電極の両側の半導体基板中にソ
    ース、ドレイン領域を形成することにより前記情報転送
    用MISFETを形成する工程と、 (b)第1の導電性膜、強誘電体材料からなる容量絶縁
    膜および第2の導電性膜を順次堆積し、パターニングす
    ることにより第1の導電性膜からなる下部電極、容量絶
    縁膜および第2の導電性膜からなる上部電極とで構成さ
    れる前記キャパシタを形成する工程と、 (c)前記情報転送用MISFETおよびキャパシタ上
    に、層間絶縁膜を形成する工程と、 (d)前記層間絶縁膜上に第1のバリア層を形成する工
    程と、 (e)前記第1のバリア層上に配線を形成する工程と、 (f)前記配線上に第2のバリア層を形成し、前記配線
    の側壁に第3のバリア層を形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
    法。
JP2001103042A 2001-04-02 2001-04-02 半導体集積回路装置およびその製造方法 Pending JP2002299583A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001103042A JP2002299583A (ja) 2001-04-02 2001-04-02 半導体集積回路装置およびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001103042A JP2002299583A (ja) 2001-04-02 2001-04-02 半導体集積回路装置およびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002299583A true JP2002299583A (ja) 2002-10-11

Family

ID=18956159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001103042A Pending JP2002299583A (ja) 2001-04-02 2001-04-02 半導体集積回路装置およびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002299583A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008277514A (ja) * 2007-04-27 2008-11-13 Toshiba Corp 半導体装置
JP2009088443A (ja) * 2007-10-03 2009-04-23 Hitachi Ltd 半導体装置およびその製造方法
US8362533B2 (en) 2007-04-27 2013-01-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device including a transistor and a ferroelectric capacitor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008277514A (ja) * 2007-04-27 2008-11-13 Toshiba Corp 半導体装置
US8362533B2 (en) 2007-04-27 2013-01-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device including a transistor and a ferroelectric capacitor
JP2009088443A (ja) * 2007-10-03 2009-04-23 Hitachi Ltd 半導体装置およびその製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100461421C (zh) 具有铁电电容器的半导体器件及其制造方法
JP4090766B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP3212930B2 (ja) 容量及びその製造方法
US6538272B2 (en) Semiconductor storage device and method of producing same
JPH1117124A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2005183842A (ja) 半導体装置の製造方法
JP4261267B2 (ja) 半導体素子のキャパシタ形成方法
US7190015B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US7803640B2 (en) Semiconductor device and semiconductor product
JP3839239B2 (ja) 半導体集積回路装置
JP2003133438A (ja) 容量素子及びその製造方法並びに半導体装置の製造方法
JP2002305289A (ja) 半導体集積回路装置およびその製造方法
JP2000196031A (ja) キャパシタ及びその製造方法
KR100500938B1 (ko) 캐패시터 제조 방법
JP2007335745A (ja) 誘電体メモリ装置及びその製造方法
US6919593B2 (en) Semiconductor memory device and method of fabricating the same
US20050093042A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2002299583A (ja) 半導体集積回路装置およびその製造方法
JP2006203252A (ja) 半導体装置
JP2004303995A (ja) 半導体装置の構造およびその製造方法
JP2004207681A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2011119417A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2003273217A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2002314047A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2007329232A (ja) 誘電体メモリ及びその製造方法