JP2004327658A - Semiconductor memory device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にクロスポイント型のFeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)セルを有する半導体記憶装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
FeRAM、いわゆる強誘電体メモリは高速性、低消費電力、高集積性、耐書き換え特性に優れた不揮発性メモリの一つである。強誘電体メモリは強誘電体膜のヒステリシス特性、すなわち高速分極反転とその残留分極を利用する高速書き換えが可能である。特にクロスポイント型のFeRAMは、下部電極と上部電極が強誘電体膜を介して交差させた構造のメモリセルがマトリクス状に配列される構成を有し、高集積性に優れている。
【0003】
図9は、従来のクロスポイント型のFeRAMにおける一部のメモリセル部を示す断面図である。半導体基板上の所定層に下部電極101が形成されている。下部電極101上の所定領域には強誘電体膜102及び上部電極103を配している。これらの構成上に層間絶縁膜104が形成されている。層間絶縁膜104上の所定の開孔部105は上部電極103に到達し、開孔部105には上部配線106が埋め込まれている。上部配線106は下部電極101と交差する方向に伸長して形成されている。メモリ部は、下部電極101上に形成された、強誘電体膜102及び上部電極103の強誘電体キャパシタを有するメモリセルが複数配列される構成となっている。
【0004】
クロスポイント型のFeRAMにおいては、下部電極101の副ビット線電位と上部電極103に繋がる上部配線106のワード線電位の関係を制御して、それぞれ強誘電体膜102を有する強誘電体キャパシタを所定の印加電界方向に分極させる。選択されたメモリセルは、強誘電体キャパシタの分極状態に応じた副ビット線電位となり、図示しない選択トランジスタ及びビット線に伝達される。このようなクロスポイント型のFeRAMは例えば特許文献1に開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−116107(第5−10頁)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記メモリセル構造に関し、一般に上部電極103及び下部電極101はPtまたはPtを含む貴金属の積層で形成されている。これは、強誘電体膜102の結晶化、特性を安定化させるリカバリー酸化のための高温アニールに対する電極材料としての酸素耐性が必要とされるからである。Pt等貴金属をエッチングする際には化学反応エッチングを用いることができず、不活性原子などで物理的にプラズマエッチングするトリミング加工をとる。強誘電体膜102は下部電極101と共に加工される。その際、強誘電体膜102にプラズマや応力によるダメージが入り易い。すなわち、プロセス中に強誘電体膜102にダメージが入ることにより、データ保持特性を劣化させる恐れがある。酸素雰囲気中での高温熱処理(リカバリー酸化)によりダメージ回復は可能であるが、Al等の低融点材料を用いた配線工程以降ではこの熱処理を行うことはできない。
【0007】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、クロスポイント型のFeRAMにおいてダメージの入り難い強誘電体キャパシタを有し、低融点材料、また精密加工しやすい材料の配線の使用が可能な特性劣化の少ない半導体記憶装置及びその製造方法を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体記憶装置は、半導体基板上の所定層に形成された第1電極配線と、前記第1電極配線を覆う絶縁性の保護膜と、前記保護膜上の層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上において前記第1電極配線と交差するように設けられた第2電極配線と、前記第1電極配線と前記第2電極配線の交差領域に設けられた開孔内に少なくとも前記第1電極配線と電気的に接続される第1電極膜、前記第2電極配線と電気的に接続される第2電極膜、及び前記第1、第2電極膜間の強誘電体膜を含んで構成されたメモリセルキャパシタと、を具備したことを特徴とする。
【0009】
また、本発明に係る半導体記憶装置は、半導体基板上の所定層に形成された第1電極配線と、前記第1電極配線の所定領域上に形成された第1電極膜と、前記第1電極配線及び前記第1電極膜を覆う絶縁性の保護膜と、前記保護膜上の層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上において少なくとも前記第1電極膜と重なり前記第1電極配線と交差するように設けられた第2電極配線と、前記第1電極配線と前記第2電極配線の交差領域に設けられた開孔内に少なくとも前記第1電極膜上の強誘電体膜、及び前記強誘電体膜上の第2電極膜を含んで構成されたメモリセルキャパシタと、を具備したことを特徴とする。
【0010】
上記それぞれ本発明に係る半導体記憶装置によれば、メモリセルキャパシタは、第1電極配線と第2電極配線の交差領域に設けられた開孔内に構成されており、開孔に依存した形状が得られる。強誘電体膜にダメージが入り難く、特性劣化が抑えられる。
【0011】
なお、上記それぞれ本発明に係る半導体記憶装置において、好ましくは次のような特徴を有する。
前記保護膜は少なくとも前記強誘電体膜の側面を覆っていることを特徴とする。ダメージ抑制に寄与する。
前記第2電極配線は前記開孔内への埋め込み金属を介して前記第2電極膜と接続されていることを特徴とする。配線形態の一つである。
前記第2電極配線は前記開孔内に埋め込まれる形態を含んで前記第2電極膜と接続されていることを特徴とする。配線形態の一つである。
前記第1電極配線はアルミニウムを主成分とする金属材料で構成されることを特徴とする。また、前記第2電極配線はアルミニウムを主成分とする金属材料で構成されることを特徴とする。ダメージが低減される強誘電体膜が構成されるので、アルミニウムに支障がない程度の温度の熱処理でダメージ回復が可能である。これにより、アルミニウムを主成分とする金属材料の利用が期待できる。
【0012】
本発明に係る半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上の所定層に第1電極配線を形成する工程と、前記第1電極配線を絶縁性の保護膜で覆う工程と、前記保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上の所定領域において前記第1電極配線表面に到達する開孔部を形成する工程と、前記開孔部内に前記第1電極配線と接続される第1電極膜を形成する工程と、前記開孔部内の前記第1電極膜上に強誘電体膜を形成する工程と、前記開孔部内の前記強誘電体膜上に第2電極膜を形成する工程と、前記開孔部内の前記第2電極膜に電気的に接続され、かつ前記層間絶縁膜上において前記第1電極配線と交差するように第2電極配線を形成する工程と、を具備したことを特徴とする。
【0013】
また、本発明に係る半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上の所定層に第1電極配線を形成する工程と、前記第1電極配線の所定領域上に第1電極膜を形成する工程と、前記第1電極配線及び第1電極膜を絶縁性の保護膜で覆う工程と、前記保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上の所定領域において前記第1電極膜表面に到達する開孔部を形成する工程と、前記開孔部内に前記第1電極膜上に強誘電体膜を形成する工程と、前記開孔部内の前記強誘電体膜上に第2電極膜を形成する工程と、前記開孔部内の前記第2電極膜に電気的に接続され、かつ前記層間絶縁膜上において前記第1電極配線と交差するように第2電極配線を形成する工程と、を具備したことを特徴とする。
【0014】
上記それぞれ本発明に係る半導体記憶装置の製造方法によれば、開孔部に合わせて第1電極膜が形成され、強誘電体膜、第2電極膜が形成される。強誘電体膜にダメージが入り難く、特性劣化が抑えられる。第1電極配線、第2電極配線を構成する材料の選択度が広がる。
【0015】
なお、上記それぞれ本発明に係る半導体記憶装置の製造方法において、好ましくは次のような特徴を有する。
前記保護膜は少なくとも前記強誘電体膜の側面を覆う厚さが得られるように形成することを特徴とする。ダメージ抑制に寄与する。
前記第2電極配線は前記開孔部内へ金属を埋め込む工程が前提となっていることを特徴とする。埋め込み易い金属を選ぶことができる。
前記強誘電体膜はインクジェット法を用いて前記開孔部内に必要量注入する工程を含んで形成されることを特徴とする。強誘電体膜におけるより均一な膜厚の制御が期待できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体記憶装置の要部構成であり、クロスポイント型のFeRAMにおける一つのメモリセル部を示す断面図である。半導体基板上に平坦化された絶縁膜11が設けられている。絶縁膜11上に所定方向Xに伸長するように第1電極配線12が設けられている。第1電極配線12は、Si半導体に使われる一般的な配線材料で構成される。例えばAl合金のような低融点材料でもよい。また、W(タングステン)のような高融点材料も考えられる。第1電極配線12上に保護膜13が形成されている。保護膜13は、少なくとも水素バリア性に富む膜、例えばSiN膜(シリコン窒化膜)やTaN膜(タンタル窒化膜)等で構成される。保護膜13上に層間絶縁膜14が形成されている。層間絶縁膜14上において第1電極配線12の伸長方向と交差する所定方向Yに伸長するように第2電極配線20が設けられている。第2電極配線20は、Si半導体に使われる一般的な配線材料で構成される。例えばAl合金のような低融点材料でもよい。また、Wのような高融点材料も考えられる。
【0017】
第1電極配線12と第2電極配線20の交差領域に開孔部15が設けられている。開孔部15内に少なくとも第1電極配線12と電気的に接続される第1電極膜16、第2電極配線20に埋め込み導電部材19を介して電気的に接続される第2電極膜18、及び第1、第2電極膜16,18間の強誘電体膜17が設けられている。強誘電体膜17の側面は水素バリアとしての保護膜13で覆われる。第1、第2電極膜16,18はPtを含む貴金属膜である。強誘電体膜17は、例えば、PZT(Pb(Zr,Ti)O3)系の化合物、層状構造を有するBi系化合物(SBT(SrBi2Ta2O9)等)などから選択して採用する。第1、第2電極膜16,18、その間の強誘電体膜17によりメモリセルキャパシタMC1が構成されている。メモリセルキャパシタMC1は、図示しないが第1電極配線12と第2電極配線20の各交差領域に複数設けられ、マトリクス状のメモリ部を構成する。
【0018】
上記第1実施形態の構成によれば、メモリセルキャパシタMC1は、第1電極配線12と第2電極配線20の交差領域に設けられた開孔部15内に埋め込まれるように構成されている。つまり、開孔部15に依存した形状が得られる。強誘電体膜17はエッチング環境に晒されずダメージが入り難く、メモリセルの特性劣化が抑えられる。以下、製法の一例を説明する。
【0019】
図2、図3は、図1の構成を実現するための製造工程の要部を示す断面図である。図1と同様の箇所には同一の符号を付す。
図2に示すように、半導体基板上の所定層に設けられる平坦化された下地の絶縁膜11を形成する。絶縁膜11は素子分離絶縁膜、またはSiN膜等バリア機能を備えた絶縁膜でもよい。次に、絶縁膜11上に第1電極配線12をパターニング形成する。第1電極配線12はAl合金を中心としたSi半導体に使われる一般的な配線材料とする。後述する強誘電体膜17の結晶化温度の低温化ができない場合、第1電極配線12はW等の高融点材料を用いることも考えられる。第1電極配線12はダマシン技術を用いた埋め込み配線構造でもよい。この第1電極配線12上に水素バリア性に富む保護膜13を形成する。保護膜13は後述する強誘電体膜17の側面を覆う厚さは確保する。次に、保護膜13上にSiO2膜やBPSG(ボロン・リン・シリケートガラス)膜等の層間絶縁膜14を形成する。層間絶縁膜14上の所定領域において異方性エッチング技術を用いて第1電極配線12表面に到達する開孔部15を形成する。異方性エッチング前のフォトリソグラフィ工程でハードマスクを形成してもよい。
【0020】
次に、図3に示すように、開孔部15内に第1電極配線12と接続される第1電極膜16を形成する。第1電極膜16は例えばPtを含む貴金属膜であり、スパッタ法により形成する。例えば、低圧スパッタ法やプラズマバイアススパッタ法といった開孔部15内壁側面には付着されないスパッタ技術を用いる。次に、第1電極膜16上に強誘電体膜17を形成する。強誘電体膜17は、例えば、PZT系、SBT系化合物などから選択して採用する。強誘電体膜17はスパッタ法を利用する。その他に、液体(ゾル)状の原料をインクジェット法により塗布する方法も考えられる。インクジェット法を利用する場合、開孔部15に必要量注入する制御によって均一な強誘電体膜17の成膜が可能である。また、インクジェット法を利用する場合、強誘電体膜17の仮焼成、結晶化の熱処理を経る必要がある。第1電極配線12にAl合金を使用するなら400℃よりも低温の熱処理で仮焼成、結晶化が実現できるような強誘電体膜物質、あるいは減圧アニール等の低温の熱処理が必要となる。次に、強誘電体膜17上に第2電極膜18を形成する。第2電極膜18は例えばPtを含む貴金属膜であり、スパッタ法により形成する。
【0021】
次に、開孔部15内の第2電極膜18にWを用いた埋め込み導電部材19を形成し平坦化する。すなわち、図示しないバリア膜被覆後、開孔部15を十分に埋めるWをCVD法等で堆積する。その後、CMP(化学的機械的研磨)技術を用いて層間絶縁膜14上の不要なW及びPt等を除去しつつ平坦化する。
次に、埋め込み導電部材19に接続される第2電極配線20をパターニング形成する。第2電極配線20は例えばAl合金で構成される。これにより、前記図1の構成が実現される。すなわち、第2電極配線20は第1電極配線12の伸長方向Xと交差するようにY方向に伸長される。第1、第2電極膜16,18、その間の強誘電体膜17により構成されるメモリセルキャパシタMC1は、図示しないが第1電極配線12と第2電極配線20の各交差領域に複数設けられ、マトリクス状のメモリ部を構成する。
【0022】
このような製造方法によれば、メモリセルキャパシタMC1は、第1電極配線12と第2電極配線20の交差領域に設けられた開孔部15の形状に合わせて形成されるようになる。つまり、第1、第2電極膜16,18、その間の強誘電体膜17に対する加工にはプラズマエッチングが使われないため、プラズマや応力によるダメージが入り難い。従って、強誘電体膜17に対するリカバリー酸化の熱処理も400℃よりも低い温度で短時間に達成可能となる。これにより、特に第1電極配線12にはAl等の低融点材料を用いることも期待でき、微細加工が容易になる。なお、各々示す主要な金属材料の下地には密着材料やバリア膜の被覆が必要なこともあるが省略した。
【0023】
図4は、上記第1実施形態の変形例を示す構成の断面図である。図1と同様の箇所には同一の符号を付している。図1に比べて第2電極配線の構成が異なっている。第2電極配線25として、Wによるデュアルダマシン構造を採用している。製造方法は、例えば図2の構成の段階で、配線溝24を予め形成しておき、開孔部15を形成する。その後、図示しないバリア膜被覆後、開孔部15及び配線溝24を埋めるWをCVD法により形成する。次に、CMP技術を用いて層間絶縁膜14上の不要なW及びPt等を除去しつつ平坦化して図4のような構成を得る。
【0024】
図5は、本発明の第2実施形態に係る半導体記憶装置の要部構成であり、クロスポイント型のFeRAMにおける一つのメモリセル部を示す断面図である。図1と同様の箇所には同一の符号を付している。図1の構成に比べて第1電極膜の配置が開孔部15形成以前にあるということが異なっている点である。その他の構成は前記第1実施形態と同様である。すなわち、絶縁膜11上に所定方向Xに伸長するように第1電極配線12が設けられ、その所定領域上に第1電極膜16fが形成されている。第1電極配線12は、Si半導体に使われる一般的な配線材料で構成される。例えばAl合金のような低融点材料でもよい。また、W(タングステン)のような高融点材料も考えられる。また、第1電極配線12はダマシン技術を用いた埋め込み配線構造でもよい。第1電極膜16fは、Ptを含む貴金属膜である。この第1電極膜16fは、その他の配置形態として第1電極配線12上全体に形成されてもよい(図示せず)。第1電極配線12及び第1電極膜16fの一部上に保護膜13が形成されている。保護膜13は、少なくとも水素バリア性に富む膜、例えばSiN膜やTaN膜等で構成される。保護膜13上に層間絶縁膜14が形成されている。層間絶縁膜14上において少なくとも第1電極膜16fと重なり第1電極配線12の伸長方向と交差する所定方向Yに伸長するように第2電極配線20が設けられている。第2電極配線20は、Si半導体に使われる一般的な配線材料で構成される。例えばAl合金のような低融点材料でもよい。また、Wのような高融点材料も考えられる。
【0025】
第1電極配線12と第2電極配線20の交差領域に開孔部15が設けられている。開孔部15内に少なくとも第1電極膜16f上の強誘電体膜17、及び強誘電体膜17上の第2電極膜18が設けられている。第2電極膜18はPtを含む貴金属膜で埋め込み導電部材19を介して第2電極配線20に電気的に接続されている。強誘電体膜17の側面は水素バリアとしての保護膜13で覆われる。強誘電体膜17は、例えば、PZT(Pb(Zr,Ti)O3)系の化合物、層状構造を有するBi系化合物(SBT(SrBi2Ta2O9)等)などから選択して採用する。第1、第2電極膜16f,18、その間の強誘電体膜17によりメモリセルキャパシタMC2が構成されている。メモリセルキャパシタMC2は、図示しないが第1電極配線12と第2電極配線20の各交差領域に複数設けられ、マトリクス状のメモリ部を構成する。
【0026】
上記第2実施形態の構成によれば、メモリセルキャパシタMC2は、第1電極配線12と第2電極配線20の交差領域に設けられた開孔部15内に埋め込まれる形で形状が決まるように構成されている。強誘電体膜17はエッチング環境に晒されずダメージが入り難く、メモリセルの特性劣化が抑えられる。以下、製法の一例を説明する。
【0027】
図6、図7は、図5の構成を実現するための製造工程の要部を示す断面図である。図5と同様の箇所には同一の符号を付す。
図6に示すように、半導体基板上の所定層に設けられる平坦化された下地の絶縁膜11を形成する。絶縁膜11は素子分離絶縁膜、またはSiN膜等バリア機能を備えた絶縁膜でもよい。次に、絶縁膜11上に第1電極配線12をパターニング形成する。第1電極配線12はAl合金を中心としたSi半導体に使われる一般的な配線材料とする。後述する強誘電体膜17の結晶化温度の低温化ができない場合、第1電極配線12はW等の高融点材料を用いることも考えられる。この第1電極配線12上の所定領域に第1電極膜16fを形成する。
第1電極膜16fの形成は、例えばフォトリソグラフィ工程を経てマスクを形成し、露出している第1電極配線12表面にPtを含む貴金属膜をスパッタ被覆する。その後、マスクを除去する。次に、水素バリア性に富む保護膜13を形成する。保護膜13は後述する強誘電体膜17の側面を覆う厚さは確保する。次に、保護膜13上にSiO2膜やBPSG膜等の層間絶縁膜14を形成する。層間絶縁膜14上の所定領域において異方性エッチング技術を用いて第1電極膜16f表面領域に到達する開孔部15を形成する。異方性エッチング前のフォトリソグラフィ工程でハードマスクを形成してもよい。
【0028】
次に、図7に示すように、開孔部15内において第1電極膜16f上に強誘電体膜17を形成する。強誘電体膜17は、例えば、PZT系、SBT系化合物などから選択して採用する。強誘電体膜17はスパッタ法を利用する。その他に、液体(ゾル)状の原料をインクジェット法により塗布する方法も考えられる。インクジェット法を利用する場合、開孔部15に必要量注入する制御によって均一な強誘電体膜17の成膜が可能である。また、インクジェット法を利用する場合、強誘電体膜17の仮焼成、結晶化の熱処理を経る必要がある。第1電極配線12にAl合金を使用するなら400℃よりも低温の熱処理で仮焼成、結晶化が実現できるような強誘電体膜物質、あるいは減圧アニール等の低温の熱処理が必要となる。次に、強誘電体膜17上に第2電極膜18を形成する。第2電極膜18は例えばPtを含む貴金属膜であり、スパッタ法により形成する。
【0029】
次に、開孔部15内の第2電極膜18にWを用いた埋め込み導電部材19を形成し平坦化する。すなわち、図示しないバリア膜被覆後、開孔部15を十分に埋めるWをCVD法等で堆積する。その後、CMP技術を用いて層間絶縁膜14上の不要なW及びPt等を除去しつつ平坦化する。
次に、埋め込み導電部材19に接続される第2電極配線20をパターニング形成する。第2電極配線20は例えばAl合金で構成される。これにより、前記図1の構成が実現される。第2電極配線20は第1電極配線12の伸長方向Xと交差するようにY方向に伸長される。第1、第2電極膜16f,18、その間の強誘電体膜17により構成されるメモリセルキャパシタMC2は、図示しないが第1電極配線12と第2電極配線20の各交差領域に複数設けられ、マトリクス状のメモリ部を構成する。
【0030】
このような製造方法によれば、メモリセルキャパシタMC2は、第1電極配線12と第2電極配線20の交差領域に設けられた開孔部15の形状に合わせて形成されるようになる。つまり、第1、第2電極膜16f,18、その間の強誘電体膜17に対する加工にはプラズマエッチングが使われないため、プラズマや応力によるダメージが入り難い。従って、強誘電体膜17に対するリカバリー酸化の熱処理も400℃よりも低い温度で短時間に達成可能となる。これにより、特に第1電極配線12にはAl等の低融点材料を用いることも期待でき、微細加工が容易になる。なお、各々示す主要な金属材料の下地には密着材料やバリア膜の被覆が必要なこともあるが省略した。
【0031】
図8は、上記第2実施形態の変形例を示す構成の断面図である。図5と同様の箇所には同一の符号を付している。図5に比べて第2電極配線の構成が異なっている。第2電極配線28として、Wによるデュアルダマシン構造を採用している。製造方法は、例えば図6の構成の段階で、配線溝27を予め形成しておき、開孔部15を形成する。その後、図示しないバリア膜被覆後、開孔部15及び配線溝27を埋めるWをCVD法により形成する。次に、CMP技術を用いて層間絶縁膜14上の不要なW及びPt等を除去しつつ平坦化して図8のような構成を得る。
【0032】
以上説明したように、本発明によれば、メモリセルキャパシタの構成は、エッチング加工を用いない埋め込み形態をとり、応力、ダメージの入り難い、かつ加工性に優れた構成を実現することができる。電極配線にAl合金のような低融点材料、また精密加工しやすい材料を用いることが期待できると共に、メモリ部のセル配列ピッチの縮小化に寄与する。この結果、クロスポイント型のFeRAMにおいてダメージの入り難い強誘電体キャパシタを有し、低融点材料や精密加工の容易な配線材料が利用でき、より微細で特性劣化の少ない高信頼性の半導体記憶装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の要部構成であり、クロスポイント型のFeRAMにおける一部のメモリ部を示す断面図。
【図2】図1の構成を実現するための途中工程を示す第1断面図。
【図3】図2に続く第2断面図。
【図4】第1実施形態の変形例を示す構成の断面図。
【図5】本発明の第2実施形態に係る半導体装置の要部構成であり、クロスポイント型のFeRAMにおける一部のメモリ部を示す断面図。
【図6】図5の構成を実現するための途中工程を示す第1断面図。
【図7】図6に続く第2断面図。
【図8】第2実施形態の変形例を示す構成の断面図。
【図9】従来のクロスポイント型のFeRAMにおける一部のメモリセル部を示す断面図。
【符号の説明】
11…絶縁膜、12…第1電極配線、13…保護膜、14,104…層間絶縁膜、15,105…開孔部、16,16f…第1電極膜、17,102…強誘電体膜、18…第2電極膜、19…埋め込み導電部材、20,25,28…第2電極配線、24,27…配線溝、101…下部電極、103…上部電極、106…上部配線。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention particularly relates to a semiconductor memory device having a cross-point type FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) cell and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
An FeRAM, a so-called ferroelectric memory, is one of the non-volatile memories having high speed, low power consumption, high integration, and excellent rewriting resistance. The ferroelectric memory can perform high-speed rewriting using the hysteresis characteristic of the ferroelectric film, that is, high-speed polarization inversion and its remanent polarization. In particular, the cross-point type FeRAM has a configuration in which memory cells having a structure in which a lower electrode and an upper electrode intersect via a ferroelectric film are arranged in a matrix, and is excellent in high integration.
[0003]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of a memory cell part in a conventional cross-point type FeRAM. A
[0004]
In the cross-point type FeRAM, the relationship between the sub-bit line potential of the
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-116107 (pages 5 to 10)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Regarding the memory cell structure, generally, the
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a ferroelectric capacitor that is unlikely to be damaged in a cross-point type FeRAM, and the use of wiring of a low-melting-point material and a material that is easy to perform precision processing is possible. An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device with less possible deterioration in characteristics and a method for manufacturing the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor memory device according to the present invention includes: a first electrode wiring formed in a predetermined layer on a semiconductor substrate; an insulating protective film covering the first electrode wiring; an interlayer insulating film on the protective film; A second electrode wiring provided on the interlayer insulating film so as to intersect with the first electrode wiring, and at least the first electrode wiring provided in an opening provided in an intersection region between the first electrode wiring and the second electrode wiring. Including a first electrode film electrically connected to the electrode wiring, a second electrode film electrically connected to the second electrode wiring, and a ferroelectric film between the first and second electrode films And a memory cell capacitor.
[0009]
In addition, the semiconductor memory device according to the present invention includes: a first electrode wiring formed on a predetermined layer on a semiconductor substrate; a first electrode film formed on a predetermined region of the first electrode wiring; An insulating protective film covering a wiring and the first electrode film, an interlayer insulating film on the protective film, and at least overlapping the first electrode film on the interlayer insulating film so as to cross the first electrode wiring. A second electrode wiring provided, a ferroelectric film on at least the first electrode film in an opening provided in an intersection region of the first electrode wiring and the second electrode wiring, and the ferroelectric film And a memory cell capacitor including the above second electrode film.
[0010]
According to each of the above semiconductor memory devices according to the present invention, the memory cell capacitor is formed in the opening provided in the intersection region of the first electrode wiring and the second electrode wiring, and the shape depending on the opening is can get. The ferroelectric film is hardly damaged, and characteristic deterioration is suppressed.
[0011]
The semiconductor memory device according to the present invention preferably has the following features.
The protection film covers at least a side surface of the ferroelectric film. Contributes to damage suppression.
The second electrode wiring is connected to the second electrode film via a metal buried in the opening. This is one of the wiring forms.
The second electrode wiring is connected to the second electrode film including a form embedded in the opening. This is one of the wiring forms.
The first electrode wiring is made of a metal material containing aluminum as a main component. The second electrode wiring is made of a metal material containing aluminum as a main component. Since the ferroelectric film whose damage is reduced is formed, damage can be recovered by heat treatment at a temperature at which aluminum is not hindered. Thus, use of a metal material containing aluminum as a main component can be expected.
[0012]
A method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention includes the steps of: forming a first electrode wiring on a predetermined layer on a semiconductor substrate; covering the first electrode wiring with an insulating protective film; Forming an interlayer insulating film, forming an opening reaching the surface of the first electrode wiring in a predetermined region on the interlayer insulating film, and connecting to the first electrode wiring in the opening. Forming a first electrode film, forming a ferroelectric film on the first electrode film in the opening, and forming a second electrode film on the ferroelectric film in the opening And forming a second electrode wiring on the interlayer insulating film to be electrically connected to the second electrode film in the opening and intersecting the first electrode wiring on the interlayer insulating film. It is characterized by having done.
[0013]
Also, a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention includes a step of forming a first electrode wiring on a predetermined layer on a semiconductor substrate, and a step of forming a first electrode film on a predetermined region of the first electrode wiring. Covering the first electrode wiring and the first electrode film with an insulating protective film, forming an interlayer insulating film on the protective film, and forming the first electrode film in a predetermined region on the interlayer insulating film. Forming a hole reaching the surface, forming a ferroelectric film on the first electrode film in the hole, and forming a second electrode on the ferroelectric film in the hole. Forming a film; and forming a second electrode wiring electrically connected to the second electrode film in the opening and intersecting the first electrode wiring on the interlayer insulating film. , Are provided.
[0014]
According to the method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, the first electrode film is formed in accordance with the opening, and the ferroelectric film and the second electrode film are formed. The ferroelectric film is hardly damaged, and characteristic deterioration is suppressed. The selectivity of the material forming the first electrode wiring and the second electrode wiring is widened.
[0015]
Each of the above-described methods for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention preferably has the following features.
The protective film is formed so as to have a thickness that covers at least a side surface of the ferroelectric film. Contributes to damage suppression.
The second electrode wiring is premised on a step of embedding a metal in the opening. A metal that can be easily embedded can be selected.
The ferroelectric film is formed including a step of injecting a required amount into the opening using an inkjet method. More uniform film thickness control of the ferroelectric film can be expected.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main configuration of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention, showing one memory cell unit in a cross-point type FeRAM. A planarized insulating
[0017]
An
[0018]
According to the configuration of the first embodiment, the memory cell capacitor MC1 is configured to be buried in the
[0019]
2 and 3 are cross-sectional views showing the main parts of a manufacturing process for realizing the configuration of FIG. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
As shown in FIG. 2, a planarized
[0020]
Next, as shown in FIG. 3, a
[0021]
Next, a buried
Next, the
[0022]
According to such a manufacturing method, the memory cell capacitor MC1 is formed according to the shape of the
[0023]
FIG. 4 is a sectional view of a configuration showing a modification of the first embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The configuration of the second electrode wiring is different from that of FIG. As the
[0024]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main configuration of a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention, showing one memory cell unit in a cross-point type FeRAM. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The difference is that the arrangement of the first electrode film is before the formation of the
[0025]
An
[0026]
According to the configuration of the second embodiment, the shape of the memory cell capacitor MC2 is determined such that the memory cell capacitor MC2 is embedded in the
[0027]
6 and 7 are cross-sectional views showing the main parts of a manufacturing process for realizing the configuration of FIG. The same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.
As shown in FIG. 6, a planarized
For forming the
[0028]
Next, as shown in FIG. 7, a
[0029]
Next, a buried
Next, the
[0030]
According to such a manufacturing method, the memory cell capacitor MC2 is formed according to the shape of the
[0031]
FIG. 8 is a cross-sectional view of a configuration showing a modification of the second embodiment. The same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. The configuration of the second electrode wiring is different from that of FIG. As the
[0032]
As described above, according to the present invention, the configuration of the memory cell capacitor has a buried form that does not use an etching process, and can realize a configuration that is hardly subjected to stress and damage and has excellent workability. It is expected that a material having a low melting point such as an Al alloy or a material that is easy to perform precision processing can be used for the electrode wiring, and contributes to a reduction in the cell arrangement pitch of the memory unit. As a result, a highly reliable semiconductor memory device having a ferroelectric capacitor that is unlikely to be damaged in a cross-point type FeRAM, a low-melting-point material and a wiring material that can be easily processed with precision can be used, And a method for producing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, showing a part of a memory portion in a cross-point type FeRAM.
FIG. 2 is a first sectional view showing an intermediate step for realizing the configuration of FIG. 1;
FIG. 3 is a second sectional view following FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view of a configuration showing a modified example of the first embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main part of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, showing a part of a memory part in a cross-point type FeRAM;
FIG. 6 is a first sectional view showing an intermediate step for realizing the configuration of FIG. 5;
FIG. 7 is a second sectional view following FIG. 6;
FIG. 8 is a sectional view of a configuration showing a modification of the second embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of a memory cell part in a conventional cross-point type FeRAM.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記第1電極配線を覆う絶縁性の保護膜と、
前記保護膜上の層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上において前記第1電極配線と交差するように設けられた第2電極配線と、
前記第1電極配線と前記第2電極配線の交差領域に設けられた開孔内に少なくとも前記第1電極配線と電気的に接続される第1電極膜、前記第2電極配線と電気的に接続される第2電極膜、及び前記第1、第2電極膜間の強誘電体膜を含んで構成されたメモリセルキャパシタと、
を具備したことを特徴とする半導体記憶装置。A first electrode wiring formed on a predetermined layer on the semiconductor substrate;
An insulating protective film covering the first electrode wiring;
An interlayer insulating film on the protective film,
A second electrode wiring provided on the interlayer insulating film so as to intersect with the first electrode wiring;
A first electrode film electrically connected to at least the first electrode wiring in an opening provided in an intersection region of the first electrode wiring and the second electrode wiring, and electrically connected to the second electrode wiring; A second electrode film, and a memory cell capacitor including a ferroelectric film between the first and second electrode films;
A semiconductor memory device comprising:
前記第1電極配線の所定領域上に形成された第1電極膜と、
前記第1電極配線及び前記第1電極膜を覆う絶縁性の保護膜と、
前記保護膜上の層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上において少なくとも前記第1電極膜と重なり前記第1電極配線と交差するように設けられた第2電極配線と、
前記第1電極配線と前記第2電極配線の交差領域に設けられた開孔内に少なくとも前記第1電極膜上の強誘電体膜、及び前記強誘電体膜上の第2電極膜を含んで構成されたメモリセルキャパシタと、
を具備したことを特徴とする半導体記憶装置。A first electrode wiring formed on a predetermined layer on the semiconductor substrate;
A first electrode film formed on a predetermined region of the first electrode wiring,
An insulating protective film covering the first electrode wiring and the first electrode film;
An interlayer insulating film on the protective film,
A second electrode wiring provided on the interlayer insulating film so as to overlap at least the first electrode film and intersect with the first electrode wiring;
At least a ferroelectric film on the first electrode film and a second electrode film on the ferroelectric film are included in an opening provided in an intersection region of the first electrode wiring and the second electrode wiring. A configured memory cell capacitor;
A semiconductor memory device comprising:
前記第1電極配線を絶縁性の保護膜で覆う工程と、
前記保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上の所定領域において前記第1電極配線表面に到達する開孔部を形成する工程と、
前記開孔部内に前記第1電極配線と接続される第1電極膜を形成する工程と、
前記開孔部内の前記第1電極膜上に強誘電体膜を形成する工程と、
前記開孔部内の前記強誘電体膜上に第2電極膜を形成する工程と、
前記開孔部内の前記第2電極膜に電気的に接続され、かつ前記層間絶縁膜上において前記第1電極配線と交差するように第2電極配線を形成する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。Forming a first electrode wiring on a predetermined layer on the semiconductor substrate;
Covering the first electrode wiring with an insulating protective film;
Forming an interlayer insulating film on the protective film;
Forming an opening reaching the surface of the first electrode wiring in a predetermined region on the interlayer insulating film;
Forming a first electrode film connected to the first electrode wiring in the opening;
Forming a ferroelectric film on the first electrode film in the opening;
Forming a second electrode film on the ferroelectric film in the opening;
Forming a second electrode wiring electrically connected to the second electrode film in the opening and crossing the first electrode wiring on the interlayer insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor memory device, comprising:
前記第1電極配線の所定領域上に第1電極膜を形成する工程と、
前記第1電極配線及び第1電極膜を絶縁性の保護膜で覆う工程と、
前記保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上の所定領域において前記第1電極膜表面に到達する開孔部を形成する工程と、
前記開孔部内に前記第1電極膜上に強誘電体膜を形成する工程と、
前記開孔部内の前記強誘電体膜上に第2電極膜を形成する工程と、
前記開孔部内の前記第2電極膜に電気的に接続され、かつ前記層間絶縁膜上において前記第1電極配線と交差するように第2電極配線を形成する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。Forming a first electrode wiring on a predetermined layer on the semiconductor substrate;
Forming a first electrode film on a predetermined region of the first electrode wiring;
Covering the first electrode wiring and the first electrode film with an insulating protective film;
Forming an interlayer insulating film on the protective film;
Forming an opening reaching the surface of the first electrode film in a predetermined region on the interlayer insulating film;
Forming a ferroelectric film on the first electrode film in the opening;
Forming a second electrode film on the ferroelectric film in the opening;
Forming a second electrode wiring electrically connected to the second electrode film in the opening and crossing the first electrode wiring on the interlayer insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor memory device, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003119365A JP2004327658A (en) | 2003-04-24 | 2003-04-24 | Semiconductor memory device and its manufacturing method |
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WO2008013086A1 (en) * | 2006-07-27 | 2008-01-31 | Panasonic Corporation | Nonvolatile semiconductor storage device and method for manufacturing same |
-
2003
- 2003-04-24 JP JP2003119365A patent/JP2004327658A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2008013086A1 (en) * | 2006-07-27 | 2008-01-31 | Panasonic Corporation | Nonvolatile semiconductor storage device and method for manufacturing same |
JPWO2008013086A1 (en) * | 2006-07-27 | 2009-12-17 | パナソニック株式会社 | Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
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