JP2003163328A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2003163328A
JP2003163328A JP2001363256A JP2001363256A JP2003163328A JP 2003163328 A JP2003163328 A JP 2003163328A JP 2001363256 A JP2001363256 A JP 2001363256A JP 2001363256 A JP2001363256 A JP 2001363256A JP 2003163328 A JP2003163328 A JP 2003163328A
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JP
Japan
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layer
lower electrode
semiconductor device
conductive plug
film
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JP2001363256A
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Inventor
Takeshi Tomioka
健 富岡
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a electrode structure under a conductive plug, which does not generate increase in contact resistance due to oxidation of a conductive plug and contact failure even under an oxide dielectric film formation process, and does not deteriorate the ferroelectric properties of the oxide dielectric. <P>SOLUTION: A Pd layer 12 is formed on the exposed surface of a W plug 11. Further, a Ti layer 13 that becomes a diffusion inhibition layer of Pd is formed on the upper surface of the Pd layer 12, and a Pt layer 14 that becomes the diffusion inhibition layer of Ti is formed on the upper surface of the Ti layer 13. Then, a lower electrode 15 is formed on the upper surface of the Ti layer 14, and a ferroelectric film 16 and an upper electrode 17 are formed on the upper surface of the lower electrode 15. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、半導体装置に関
し、特に下部電極、強誘電体膜及び上部電極を備えるキ
ャパシタと、該キャパシタと能動素子とを接続する導電
性プラグを有する半導体装置の構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a structure of a semiconductor device having a capacitor having a lower electrode, a ferroelectric film and an upper electrode, and a conductive plug connecting the capacitor and an active element. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、強誘電体メモリ(FeRAM)の
ための強誘電体キャパシタに用いられる強誘電体材料と
して、酸化物であるPZT(Pb(Zr1-x Tix )O
3 )、SBT(SrBiTa2 9 )、BTO(Bi
4 Ti3 12)等が検討されてきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a ferroelectric material used for a ferroelectric capacitor for a ferroelectric memory (FeRAM), PZT (Pb (Zr 1-x Ti x ) O which is an oxide is used.
3 ), SBT (SrBiTa 2 O 9 ), BTO (Bi
4 Ti 3 O 12 ) etc. have been studied.

【0003】一般に、強誘電体材料の成膜工程、とりわ
け強誘電体結晶化プロセスとしては、600℃以上の酸
素雰囲気中での熱処理が必要である。また、誘電体キャ
パシタの導電性プラグ作製工程では、特にスタック型構
造のものでは、下部電極(例えばPt)は、直接、導電
性プラグであるポリシリコンの上に形成される。このた
め、強誘電体キャパシタプロセスの中の熱処理によっ
て、Ptとポリシリコンとの間にシリサイド化反応が起
こることがあり、強誘電体特性が劣化する。このシリサ
イド化を防ぐために、従来は、下部電極と導電性プラグ
であるポリシリコンとの間にTiN等の拡散バリア層が
設けられていた(特開平4−181766号公報)。
In general, a heat treatment in an oxygen atmosphere at 600 ° C. or higher is required as a film forming process of a ferroelectric material, particularly as a ferroelectric crystallization process. Further, in the process of manufacturing the conductive plug of the dielectric capacitor, particularly in the case of the stack type structure, the lower electrode (Pt, for example) is directly formed on the polysilicon which is the conductive plug. Therefore, due to the heat treatment in the ferroelectric capacitor process, a silicidation reaction may occur between Pt and polysilicon, which deteriorates the ferroelectric characteristics. In order to prevent this silicidation, a diffusion barrier layer of TiN or the like has conventionally been provided between the lower electrode and polysilicon which is a conductive plug (Japanese Patent Laid-Open No. 4-181766).

【0004】しかしながら、Pt/TiN構造中のTi
Nは、強誘電体膜の結晶化処理中にPt膜粒界を透過す
る酸素ガスにより酸化されることが報告されている。こ
の酸化は、下部電極と導電性プラグであるポリシリコン
とのコンタクト不良の原因となる。
However, Ti in the Pt / TiN structure
It has been reported that N is oxidized by oxygen gas that permeates the Pt film grain boundaries during the crystallization process of the ferroelectric film. This oxidation causes a contact failure between the lower electrode and the polysilicon that is the conductive plug.

【0005】一方、下部電極の形成材料に関しては、P
t以外にIr、PtRh、Ruあるいはこれらの酸化物
(IrO2 、PtRhOx 及びRuO2 )等が、その優
れたバリア性や、上部に形成される酸化物誘電体に対す
る制御性などの特徴を有するために注目されている。し
かしながら、例えばIrO2 膜を形成する場合、IrO
2 膜形成及び強誘電体膜形成時のプロセスにおいて、I
rO2 とポリシリコンとの界面において、ポリシリコン
の酸化によるコンタクト不良が発生する。
On the other hand, regarding the material for forming the lower electrode, P
In addition to t, Ir, PtRh, Ru, or oxides thereof (IrO 2 , PtRhO x and RuO 2 ) and the like have characteristics such as their excellent barrier properties and controllability with respect to the oxide dielectric formed above. Has been attracting attention for. However, for example, when forming an IrO 2 film, IrO 2 film is formed.
In the process of forming the two films and the ferroelectric film, I
At the interface between rO 2 and polysilicon, contact failure occurs due to the oxidation of polysilicon.

【0006】このような問題点にもかかわらず、IrO
2 /Ir/TiN/Ti構造の下部電極は、SrTiO
3 のような高誘電体材料に適用可能であり、200℃〜
450℃という比較的低温プロセスで高誘電体膜を形成
する場合、ヒロックの発生や平坦性の低下に伴うキャパ
シタの電気的特性の劣化がないなどの好ましい特徴を有
している。このため、IrO2 /Ir/TiN/Ti構
造の下部電極は、高誘電体キャパシタを用いたスタック
型構造として有望であるといえる。
Despite these problems, IrO
The lower electrode of the 2 / Ir / TiN / Ti structure is SrTiO.
Applicable to high dielectric materials such as 3 , 200 ℃ ~
When the high dielectric film is formed by a relatively low temperature process of 450 ° C., it has preferable characteristics such as no deterioration of electrical characteristics of the capacitor due to hillock generation and deterioration of flatness. Therefore, it can be said that the lower electrode of the IrO 2 / Ir / TiN / Ti structure is promising as a stack type structure using a high dielectric capacitor.

【0007】ところで、PZT等のような強誘電体を用
いる場合、強誘電体結晶化プロセスでは、600℃以上
の酸素雰囲気が必要である。このような高い温度では、
例えばPt/TiNという下部電極構造を用いる場合、
Tiの酸化による膜応力の変化のため、Ptヒロックが
発生し、下部電極と導電性プラグとのコンタクト不良が
生じる。
When a ferroelectric such as PZT is used, the ferroelectric crystallization process requires an oxygen atmosphere at 600 ° C. or higher. At such high temperatures,
For example, when using a lower electrode structure of Pt / TiN,
Pt hillocks are generated due to the change in film stress due to the oxidation of Ti, resulting in poor contact between the lower electrode and the conductive plug.

【0008】以上の問題に対し、特開2000−408
00号公報に記載された「強誘電体記憶素子及びその製
造方法」は、導電性プラグとの間に良好なコンタクト特
性を有する下部電極構造を持つ、スタック型構造の強誘
電体記憶素子およびその製造方法を提供している。
To solve the above problems, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-408
The "ferroelectric memory element and method for manufacturing the same" described in Japanese Patent Laid-Open No. 00-00100 has a stack type ferroelectric memory element having a lower electrode structure having good contact characteristics with a conductive plug, and the same. A manufacturing method is provided.

【0009】この発明は、シリサイドプラグが形成され
るコンタクトホール内に貴金属や卑金属であるPt、I
r、Ru、Pd、Au、Cu、Ni、Co、Re、P
b、Al、Si、Cr、Ti、Beよりなる金属層を下
部電極と導電性プラグとの間に形成して、導電性プラグ
の酸化を抑止しようとするものである。
According to the present invention, Pt, I which is a noble metal or a base metal is provided in the contact hole where the silicide plug is formed.
r, Ru, Pd, Au, Cu, Ni, Co, Re, P
A metal layer made of b, Al, Si, Cr, Ti, and Be is formed between the lower electrode and the conductive plug to suppress the oxidation of the conductive plug.

【0010】しかしながら、上記手法では、導電性プラ
グが形成されるコンタクトホール内に貴金属や卑金属の
薄膜を形成する工程が余計に必要となる上に、導電性プ
ラグ上の貴金属や卑金属が上部(強誘電体層側)へ拡散
するのを抑止することを避けることができない。このた
め、製造工程中に強誘電体側へ貴金属や卑金属が上部へ
拡散し、強誘電体キャパシタ特性の劣化を引き起こす。
However, the above method requires an extra step of forming a thin film of a noble metal or a base metal in the contact hole where the conductive plug is formed, and the noble metal or the base metal on the conductive plug is on top (strong). It is unavoidable to prevent diffusion to the dielectric layer side. For this reason, the noble metal or base metal diffuses upward toward the ferroelectric during the manufacturing process, causing deterioration in the characteristics of the ferroelectric capacitor.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
酸化物誘電体膜形成プロセスを経ても導電性プラグの酸
化によるコンタクト抵抗の増加及びコンタクト不良が生
じることがなく、酸化物誘電体の強誘電性を劣化させな
い導電性プラグ−下部電極構造を有する半導体装置を提
供する。
Therefore, according to the present invention,
A semiconductor having a conductive plug-lower electrode structure that does not cause increase in contact resistance and contact failure due to oxidation of the conductive plug even after the oxide dielectric film formation process and does not deteriorate the ferroelectricity of the oxide dielectric. Provide a device.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は請求項1に記載されるよう
に、基板と、前記基板上に形成される能動素子と、前記
基板上に形成される絶縁膜と、前記絶縁膜のコンタクト
ホールに上面を露出して形成され、前記能動素子に接続
される導電性プラグと、前記導電性プラグの上面に形成
され、パラジウムを含有する金属層と、前記パラジウム
を含有する金属層の上面に形成され、チタンを含有する
導電層と、前記チタンを含有する導電層の上面に形成さ
れ、白金を含有する金属層と、前記白金を含有する金属
層の上面に形成され、前記導電性プラグと電気的に導通
する下部電極と、前記強誘電体膜の上面に形成される上
部電極とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, a semiconductor device of the present invention has a substrate, an active element formed on the substrate, and an active element formed on the substrate. An insulating film formed on the insulating film, a conductive plug formed by exposing the upper surface to a contact hole of the insulating film and connected to the active element, and a metal formed on the upper surface of the conductive plug and containing palladium. Layer, a conductive layer formed on the upper surface of the metal layer containing palladium, containing titanium, a metal layer containing platinum formed on the upper surface of the conductive layer containing titanium, containing platinum. It is characterized by comprising a lower electrode formed on the upper surface of the metal layer and electrically conducting to the conductive plug, and an upper electrode formed on the upper surface of the ferroelectric film.

【0013】また、上記の目的を達成するため、本発明
の半導体装置は請求項2に記載されるように、基板と、
前記基板上に形成される能動素子と、前記基板上に形成
される絶縁膜と、前記絶縁膜のコンタクトホールに上面
を露出して形成され、前記能動素子に接続される導電性
プラグと、前記導電性プラグの上面に形成され、パラジ
ウムを含有する金属層と、前記パラジウムを含有する金
属層の上面に形成され、白金を含有する金属層と、前記
白金を含有する金属層の上面に形成され、チタンを含有
する導電層と、前記チタンを含有する導電層の上面に形
成され、前記導電性プラグと電気的に導通する下部電極
と、前記下部電極の上面に形成される強誘電体膜と、前
記強誘電体膜の上面に形成される上部電極とを備えるこ
とを特徴とする。
In order to achieve the above object, the semiconductor device of the present invention comprises a substrate and a substrate as described in claim 2.
An active element formed on the substrate, an insulating film formed on the substrate, a conductive plug formed by exposing an upper surface to a contact hole of the insulating film and connected to the active element; Formed on the upper surface of the conductive plug, formed on the upper surface of the metal layer containing palladium and the metal layer containing palladium, and formed on the upper surface of the metal layer containing platinum and the metal layer containing platinum. A conductive layer containing titanium, a lower electrode formed on the upper surface of the conductive layer containing titanium and electrically connected to the conductive plug, and a ferroelectric film formed on the upper surface of the lower electrode. And an upper electrode formed on the upper surface of the ferroelectric film.

【0014】また、本発明の半導体装置は請求項3に記
載されるように、前記導電性プラグを被覆し、パラジウ
ムを含有する金属膜を備えることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a metal film which covers the conductive plug and contains palladium.

【0015】また、本発明の半導体装置は請求項4に記
載されるように、前記導電性プラグは、タングステン、
多結晶ケイ素及びパラジウムの何れかを含有することを
特徴とする。
According to a fourth aspect of the semiconductor device of the present invention, the conductive plug is made of tungsten.
It is characterized by containing either polycrystalline silicon or palladium.

【0016】また、本発明の半導体装置は請求項5に記
載されるように、前記下部電極は、イリジウム層と、該
イリジウム層の上面に形成される酸化イリジウム層と、
該酸化イリジウム層の上面に形成される白金層とによっ
て構成されることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the semiconductor device of the present invention, the lower electrode has an iridium layer, and an iridium oxide layer formed on the upper surface of the iridium layer.
And a platinum layer formed on the upper surface of the iridium oxide layer.

【0017】パラジウム(Pd)は、白金族の中でも水
素(H2 )の吸蔵効果が極めて強い。この性質のため
に、還元性が極めて強く、酸化物及び酸化膜を容易に還
元する作用がある。本発明は、この作用を利用し、導電
性プラグと下部電極の間に還元性の強い金属であるパラ
ジウム(Pd)を挟み込む構造とする。これにより、導
電性プラグと下部電極周りが酸素に曝露されるプロセス
工程においても導電性プラグの酸化を抑止し、この導電
性プラグの酸化によるコンタクト抵抗の増加及びコンタ
クト不良を抑止することができる。しかも、その還元性
の強い金属であるパラジウム(Pd)が酸化物誘電体膜
側へ拡散することを抑止する拡散抑止層(Tiを下層、
Ptを上層とするもの又はPtを下層、Tiを上層とす
るもの)を設けることにより、酸化物誘電体膜の強誘電
特性劣化を抑止することができる。
Palladium (Pd) has a very strong hydrogen (H 2 ) storage effect among the platinum group. Due to this property, the reducing property is extremely strong, and it has an action of easily reducing the oxide and the oxide film. The present invention takes advantage of this effect and has a structure in which palladium (Pd), which is a strongly reducing metal, is sandwiched between the conductive plug and the lower electrode. As a result, even in the process step in which the conductive plug and the surroundings of the lower electrode are exposed to oxygen, it is possible to suppress the oxidation of the conductive plug, and it is possible to suppress the increase in contact resistance and the contact failure due to the oxidation of the conductive plug. In addition, a diffusion suppressing layer (Ti as a lower layer, which suppresses diffusion of palladium (Pd), which is a strongly reducing metal, toward the oxide dielectric film side.
By providing Pt as an upper layer or Pt as a lower layer and Pt as an upper layer), it is possible to suppress the deterioration of the ferroelectric characteristics of the oxide dielectric film.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】(第1実施例)図1は、本発明の第1実施
例の断面図である。同図において、半導体装置1は、導
電性プラグであるタングステン(W)プラグ11、パラ
ジウム(Pd)層12、チタン(Ti)層13、白金
(Pt)層14、下部電極15、強誘電体膜であるチタ
ン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr, Ti)O3 :PZT)
16、上部電極17、Si基板20、MOS型トランジ
スタ30及び層間絶縁膜40により構成される。これら
のうち、下部電極15、PZT16及び上部電極17に
より強誘電体キャパシタ10が構成される。
(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of the present invention. In the figure, the semiconductor device 1 includes a tungsten (W) plug 11 which is a conductive plug, a palladium (Pd) layer 12, a titanium (Ti) layer 13, a platinum (Pt) layer 14, a lower electrode 15, a ferroelectric film. Lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 : PZT)
16, the upper electrode 17, the Si substrate 20, the MOS transistor 30, and the interlayer insulating film 40. Of these, the lower electrode 15, the PZT 16 and the upper electrode 17 constitute the ferroelectric capacitor 10.

【0020】Si基板20上には、強誘電体キャパシタ
10を駆動するMOS型トランジスタ30が形成されて
いる。更に、このSi基板20上には、SiO2 または
SiNからなる層間絶縁膜40がCVD法により形成さ
れる。この層間絶縁膜40には、強誘電体キャパシタ1
0を構成するWプラグ11を形成するためのコンタクト
ホールが、パターンニング後にエッチングすることによ
り形成される。
A MOS transistor 30 for driving the ferroelectric capacitor 10 is formed on the Si substrate 20. Further, an interlayer insulating film 40 made of SiO 2 or SiN is formed on the Si substrate 20 by the CVD method. The interlayer insulating film 40 has the ferroelectric capacitor 1
A contact hole for forming the W plug 11 forming 0 is formed by etching after patterning.

【0021】このコンタクトホールは、スパッタまたは
CVD法によりタングステンが埋め込まれた後、CMP
により平坦化される。このような手法によりWプラグ1
1が形成される。Wプラグ11は、MOS型トランジス
タ30のソース/ドレイン領域31に接続される。
This contact hole is filled with tungsten by sputtering or CVD, and then CMP is performed.
Is flattened by. With such a method, the W plug 1
1 is formed. The W plug 11 is connected to the source / drain region 31 of the MOS transistor 30.

【0022】Wプラグ11の露出面上には、約5nm厚の
Pd層12が成膜される。更に、Pd層12の上面に
は、Pdの拡散抑止層となる約10nm厚のTi層13が
成膜され、Ti層13の上面には、Tiの拡散抑止層と
なる約10nm厚のPt層14が成膜される。
A Pd layer 12 having a thickness of about 5 nm is formed on the exposed surface of the W plug 11. Further, on the upper surface of the Pd layer 12, a Ti layer 13 having a thickness of about 10 nm serving as a Pd diffusion suppressing layer is formed, and on the upper surface of the Ti layer 13, a Pt layer having a thickness of about 10 nm serving as a Ti diffusion suppressing layer. 14 is deposited.

【0023】Pt層14の上面には、約10nm厚のIr
層、約5nm厚のIrO2 層、約5nm厚のPt層の順で積
層された下部電極15が形成される。次いで、この下部
電極15の上面に、強誘電体膜16として、約30nm厚
のチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr, Ti)O3 :P
ZT)が成膜される。この強誘電体膜16の成膜は、ゾ
ルゲル法を採用しても良く、スパッタ法を採用しても良
い。更に、強誘電体膜16の上面には、約10nm厚のI
rO2 が上部電極17として成膜される。このような手
順により、半導体装置1が完成する。
On the upper surface of the Pt layer 14, an Ir film having a thickness of about 10 nm is formed.
A lower electrode 15 is formed by laminating a layer, an IrO 2 layer having a thickness of about 5 nm, and a Pt layer having a thickness of about 5 nm in this order. Then, as a ferroelectric film 16, a lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 : P) film having a thickness of about 30 nm is formed on the upper surface of the lower electrode 15.
ZT) is deposited. The ferroelectric film 16 may be formed by a sol-gel method or a sputtering method. Further, on the upper surface of the ferroelectric film 16, an I film having a thickness of about 10 nm is formed.
rO 2 is deposited as the upper electrode 17. With such a procedure, the semiconductor device 1 is completed.

【0024】以上の積層構造をとることにより、プロセ
ス工程中のWプラグ11の酸化を抑止し、下部電極15
とWプラグ11とのコンタクト不良を抑止することがで
きる。また、Pd層12上のTi層13とPt層14で
構成される拡散防止層により、強誘電体膜16へのPd
の拡散が抑止されるために、酸化物である強誘電体が還
元されて、強誘電体特性が劣化することを抑止できる。
従って、FeRAMの製造を安定的に行うことができ、
顕著な歩留まりの向上を図ることができる。
By adopting the above laminated structure, the oxidation of the W plug 11 during the process step is suppressed and the lower electrode 15 is prevented.
It is possible to prevent contact failure between the W plug 11 and the W plug 11. In addition, the diffusion prevention layer composed of the Ti layer 13 and the Pt layer 14 on the Pd layer 12 allows Pd to be applied to the ferroelectric film 16.
Since the diffusion of Al is suppressed, it is possible to prevent the ferroelectric substance that is an oxide from being reduced and the ferroelectric characteristics from being deteriorated.
Therefore, it is possible to stably manufacture the FeRAM,
It is possible to significantly improve the yield.

【0025】図2は、第1実施例の変形例の断面図であ
る。図1では、Pd層12の上面に、Pdの拡散抑止層
がTi層13、Pt層14の順に成膜されたが、図2に
示すように、Pt層14、Ti層13の順に成膜するよ
うにしても良い。
FIG. 2 is a sectional view of a modification of the first embodiment. In FIG. 1, a Pd diffusion suppressing layer is formed on the upper surface of the Pd layer 12 in the order of the Ti layer 13 and the Pt layer 14, but as shown in FIG. 2, the Pt layer 14 and the Ti layer 13 are formed in this order. It may be done.

【0026】(第2実施例)図2は、本発明の第2実施
例の断面図である。同図において、半導体装置101
は、導電性プラグであるタングステン(W)プラグ11
1、パラジウム(Pd)層112、チタン(Ti)層1
13、白金(Pt)層114、下部電極115、強誘電
体膜であるチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr, Ti)
3 :PZT)116、上部電極117、Si基板12
0、MOS型トランジスタ130及び層間絶縁膜140
により構成される。これらのうち、下部電極115、P
ZT116及び上部電極117によりキャパシタ110
が構成される。
(Second Embodiment) FIG. 2 is a sectional view of a second embodiment of the present invention. In the figure, a semiconductor device 101
Is a tungsten (W) plug 11 which is a conductive plug
1, palladium (Pd) layer 112, titanium (Ti) layer 1
13, platinum (Pt) layer 114, lower electrode 115, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti), which is a ferroelectric film)
O 3 : PZT) 116, upper electrode 117, Si substrate 12
0, MOS type transistor 130 and interlayer insulating film 140
It is composed of Of these, the lower electrode 115, P
The ZT 116 and the upper electrode 117 form a capacitor 110.
Is configured.

【0027】図1と同様に、Si基板120上には強誘
電体キャパシタ110を駆動するMOS型トランジスタ
130が形成されている。更に、このSi基板120上
には、SiO2 またはSiNからなる層間絶縁膜140
がCVD法により形成される。この層間絶縁膜140に
は、強誘電体キャパシタ110を構成するWプラグ11
1を形成するためのコンタクトホールが、パターンニン
グ後にエッチングすることにより形成される。
Similar to FIG. 1, a MOS transistor 130 for driving the ferroelectric capacitor 110 is formed on the Si substrate 120. Further, on the Si substrate 120, the interlayer insulating film 140 made of SiO 2 or SiN is formed.
Are formed by the CVD method. On the interlayer insulating film 140, the W plug 11 that constitutes the ferroelectric capacitor 110 is formed.
A contact hole for forming 1 is formed by etching after patterning.

【0028】このコンタクトホールの周囲は、5〜10
nm厚のPd膜118で被覆される。Pd膜118の成膜
は、スパッタまたはCVD法で行われる。次いで、この
Pd膜118が被覆されたコンタクトホールは、スパッ
タまたはCVD 法によりタングステンが埋め込まれた後、
CMPにより平坦化される。このような手法によりWプ
ラグ111が形成される。Wプラグ111は、MOS型
トランジスタ130のソース/ドレイン領域131に接
続される。
The circumference of this contact hole is 5 to 10
It is covered with a Pd film 118 having a thickness of nm. The Pd film 118 is formed by sputtering or CVD. Then, the contact hole covered with the Pd film 118 is filled with tungsten by sputtering or CVD,
It is flattened by CMP. The W plug 111 is formed by such a method. The W plug 111 is connected to the source / drain region 131 of the MOS transistor 130.

【0029】その他は図1の半導体装置1と同様の構成
を有する。すなわち、Wプラグ111の露出面上には、
約5nm厚のPd層112が成膜される。更に、Pd層1
12の上面には、Pdの拡散抑止層となる約10nm厚の
Ti層113が成膜され、Ti層113の上面には、T
iの拡散抑止層となる約10nm厚のPt層114が成膜
される。
Others have the same structure as the semiconductor device 1 of FIG. That is, on the exposed surface of the W plug 111,
A Pd layer 112 having a thickness of about 5 nm is formed. Furthermore, the Pd layer 1
A Ti layer 113 having a thickness of about 10 nm, which serves as a Pd diffusion suppressing layer, is formed on the upper surface of 12, and T is formed on the upper surface of the Ti layer 113.
A Pt layer 114 having a thickness of about 10 nm, which serves as a diffusion suppressing layer for i, is formed.

【0030】Pt層114の上面には、約10nm厚のI
r層、約5nm厚のIrO2 層、約5nm厚のPt層の順で
積層された下部電極115が形成される。次いで、この
下部電極115の上面に、強誘電体膜116として、約
30nm厚のチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr, Ti)
3 :PZT)が成膜される。この強誘電体膜116の
成膜は、ゾルゲル法を採用しても良く、スパッタ法を採
用しても良い。更に、強誘電体膜116の上面には、約
10nm厚のIrO2 が上部電極117として成膜され
る。このような手順により、半導体装置101が完成す
る。
On the upper surface of the Pt layer 114, an I film having a thickness of about 10 nm is formed.
A lower electrode 115 is formed by laminating an r layer, an IrO 2 layer having a thickness of about 5 nm, and a Pt layer having a thickness of about 5 nm in this order. Then, as a ferroelectric film 116, lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti)) having a thickness of about 30 nm is formed on the upper surface of the lower electrode 115.
O 3 : PZT) is deposited. The ferroelectric film 116 may be formed by a sol-gel method or a sputtering method. Further, on the upper surface of the ferroelectric film 116, IrO 2 having a thickness of about 10 nm is formed as an upper electrode 117. With such a procedure, the semiconductor device 101 is completed.

【0031】以上の構造をとることにより、Wプラグ1
11の周囲がPd膜118で被覆されるため、第1実施
例と比較して、更にプロセス工程中のWプラグ111の
酸化を抑止し、下部電極115とWプラグ111とのコ
ンタクト抵抗の増加及びコンタクト不良を抑止すること
ができる。また、第1実施例と同様、Pd層112上の
Ti層113とPt層114で構成される拡散防止層に
より、強誘電体膜116へのPdの拡散が抑止されるた
めに、酸化物である強誘電体が還元されて、強誘電体特
性が劣化することを抑止できる。従って、FeRAMの
製造工程において顕著な歩留まりの向上を図ることがで
きる。
By adopting the above structure, the W plug 1
Since the periphery of 11 is covered with the Pd film 118, the oxidation of the W plug 111 during the process step is further suppressed and the contact resistance between the lower electrode 115 and the W plug 111 is increased as compared with the first embodiment. Contact failure can be suppressed. Further, as in the first embodiment, the diffusion prevention layer composed of the Ti layer 113 and the Pt layer 114 on the Pd layer 112 suppresses the diffusion of Pd into the ferroelectric film 116, so that an oxide is used. It is possible to prevent deterioration of ferroelectric characteristics due to reduction of a certain ferroelectric substance. Therefore, it is possible to significantly improve the yield in the manufacturing process of the FeRAM.

【0032】ところで、図3では、Pd層112の上面
に、Pdの拡散抑止層がTi層113、Pt層114の
順に成膜されたが、Pt層114、Ti層113の順に
成膜するようにしても良い。
By the way, in FIG. 3, the Pd diffusion suppressing layer is formed on the upper surface of the Pd layer 112 in the order of the Ti layer 113 and the Pt layer 114, but the Pt layer 114 and the Ti layer 113 are formed in this order. You can

【0033】なお、強誘電体膜16、116は、PZT
の他BST(チタン酸バリウム・ストロンチウム((B
a/Sr)TiO3 ))でも良く、その成膜法は前述し
た方法以外にもMOCVDでも良い。また、導電性プラ
グの材質は、W以外にも多結晶シリコンでも良く、Wプ
ラグ11、111の代わりにPdプラグを使用すること
も可能である。
The ferroelectric films 16 and 116 are made of PZT.
Other BST (Barium Strontium Titanate ((B
a / Sr) TiO 3 )) may be used, and the film forming method may be MOCVD in addition to the method described above. The material of the conductive plugs may be polycrystalline silicon other than W, and Pd plugs can be used instead of W plugs 11 and 111.

【0034】[0034]

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、下部電極
と導電性プラグとのコンタクト不良を抑止することがで
きる。さらに、Pd上のTiとPtで構成される拡散防
止層により強誘電体膜へのPdの拡散が抑止されるため
に、酸化物である強誘電体が還元されて、強誘電体特性
が劣化することを抑止できる。従って、FeRAMの製
造を安定的に行うことができ、顕著に歩留まりを向上さ
せることができる。
As described above, according to the present invention, contact failure between the lower electrode and the conductive plug can be suppressed. Further, since the diffusion prevention layer composed of Ti and Pt on Pd suppresses the diffusion of Pd into the ferroelectric film, the ferroelectric substance which is an oxide is reduced and the ferroelectric characteristic is deteriorated. Can be suppressed. Therefore, the FeRAM can be stably manufactured, and the yield can be remarkably improved.

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

【図1】第1実施例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment.

【図2】第1実施例の変形例の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a modification of the first embodiment.

【図3】第2実施例の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、101 半導体装置 10、110 強誘電体キャパシタ 11、111 タングステン(W)プラグ 12、112 パラジウム(Pd)層 13、113 チタン(Ti)層 14、114 白金(Pt)層 15、115 下部電極 16、116 強誘電体膜 17、117 上部電極 20、120 Si基板 30、130 MOS型トランジスタ 31、131 ソース/ドレイン領域 40、140 層間絶縁膜 118 パラジウム(Pd)膜 1, 101 Semiconductor device 10,110 Ferroelectric capacitor 11,111 Tungsten (W) plug 12,112 Palladium (Pd) layer 13,113 Titanium (Ti) layer 14,114 Platinum (Pt) layer 15, 115 Lower electrode 16,116 Ferroelectric film 17, 117 Upper electrode 20, 120 Si substrate 30, 130 MOS type transistor 31, 131 source / drain regions 40,140 Interlayer insulation film 118 Palladium (Pd) film

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、 前記基板上に形成される能動素子と、 前記基板上に形成される絶縁膜と、 前記絶縁膜のコンタクトホールに上面を露出して形成さ
れ、前記能動素子に接続される導電性プラグと、 前記導電性プラグの上面に形成され、パラジウムを含有
する金属層と、 前記パラジウムを含有する金属層の上面に形成され、チ
タンを含有する導電層と、 前記チタンを含有する導電層の上面に形成され、白金を
含有する金属層と、 前記白金を含有する金属層の上面に形成され、前記導電
性プラグと電気的に導通する下部電極と、 前記強誘電体膜の上面に形成される上部電極と、 を備えることを特徴とする半導体装置。
1. A substrate, an active element formed on the substrate, an insulating film formed on the substrate, and a contact hole of the insulating film, the upper surface of which is exposed and connected to the active element. And a conductive layer formed on the upper surface of the conductive plug and containing palladium, a conductive layer formed on the upper surface of the metal layer containing palladium and containing titanium, and containing titanium. A metal layer containing platinum, which is formed on the upper surface of the conductive layer, and a lower electrode which is formed on the upper surface of the metal layer containing platinum and electrically connected to the conductive plug; A semiconductor device comprising: an upper electrode formed on an upper surface of the semiconductor device.
【請求項2】 基板と、 前記基板上に形成される能動素子と、 前記基板上に形成される絶縁膜と、 前記絶縁膜のコンタクトホールに上面を露出して形成さ
れ、前記能動素子に接続される導電性プラグと、 前記導電性プラグの上面に形成され、パラジウムを含有
する金属層と、 前記パラジウムを含有する金属層の上面に形成され、白
金を含有する金属層と、 前記白金を含有する金属層の上面に形成され、チタンを
含有する導電層と、 前記チタンを含有する導電層の上面に形成され、前記導
電性プラグと電気的に導通する下部電極と、 前記下部電極の上面に形成される強誘電体膜と、 前記強誘電体膜の上面に形成される上部電極と、 を備えることを特徴とする半導体装置。
2. A substrate, an active element formed on the substrate, an insulating film formed on the substrate, and a contact hole of the insulating film, the upper surface of which is exposed and connected to the active element. A conductive plug, a metal layer containing palladium, which is formed on an upper surface of the conductive plug, a metal layer containing platinum, which is formed on an upper surface of the metal layer containing palladium, and which contains platinum. A conductive layer containing titanium that is formed on the upper surface of the metal layer, a lower electrode that is formed on the upper surface of the conductive layer that contains titanium, and is electrically conductive with the conductive plug, and an upper surface of the lower electrode. A semiconductor device comprising: a ferroelectric film formed; and an upper electrode formed on an upper surface of the ferroelectric film.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の半導体装置にお
いて、 前記導電性プラグを被覆し、パラジウムを含有する金属
膜を備えることを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a metal film that covers the conductive plug and contains palladium.
【請求項4】 請求項1乃至3の何れかに記載の半導体
装置において、 前記導電性プラグは、タングステン、多結晶ケイ素及び
パラジウムの何れかを含有することを特徴とする半導体
装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive plug contains any one of tungsten, polycrystalline silicon and palladium.
【請求項5】 請求項1乃至4の何れかに記載の半導体
装置において、 前記下部電極は、イリジウム層と、該イリジウム層の上
面に形成される酸化イリジウム層と、該酸化イリジウム
層の上面に形成される白金層とによって構成されること
を特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the lower electrode has an iridium layer, an iridium oxide layer formed on an upper surface of the iridium layer, and an upper surface of the iridium oxide layer. A semiconductor device comprising a formed platinum layer.
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