JP2005116976A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the characteristics of a ferroelectric capacitor element for characteristic evaluation, which is formed on the same substrate in order to monitor the characteristic of the ferroelectric capacitor of stack type structure composing a ferroelectric memory device, from varying in a manufacturing process. <P>SOLUTION: A semiconductor device comprises a conductive layer 3 formed on a semiconductor substrate 1; a first insulating film 4 formed so as to cover the conductive layer 3 on the semiconductor substrate; a conductive plug 5 which is formed in the first insulating film 4 and whose lower end is electrically connected with the conductive layer 3; a capacitor lower electrode 6 which is formed on the first insulating film 4 and is electrically connected with the upper end of the conductive plug 5; a capacitor insulating film 7 which is composed of a ferroelectric insulating film formed on the capacitor lower electrode 6; and a capacitor upper electrode 8 which is formed on the capacitor insulating film 7. Between the semiconductor substrate 1 and the conductive layer 3, an insulating layer 2, which cuts off an electrical connection between the semiconductor substrate and the conductive layer 3, is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法、特に、強誘電体材料よりなる容量絶縁膜を用いた特性評価用の強誘電体容量素子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a ferroelectric capacitor element for characteristic evaluation using a capacitive insulating film made of a ferroelectric material and a manufacturing method thereof.

近年、デジタル技術の進展に伴って、大容量の情報を高速に処理又は保存の傾向が進展される中で、電子機器に使用される半導体メモリ装置の高集積化、高性能化が要求されている。このような状況の中で、半導体メモリ装置を構成する容量素子の容量絶縁膜として、自発分極特性を有する強誘電体膜を用いた強誘電体メモリ装置が盛んに研究開発されている。   In recent years, with the progress of digital technology, the trend of high-speed processing or storage of large volumes of information has progressed, and higher integration and higher performance of semiconductor memory devices used in electronic devices are required. Yes. Under such circumstances, a ferroelectric memory device using a ferroelectric film having spontaneous polarization characteristics as a capacitive insulating film of a capacitive element constituting a semiconductor memory device has been actively researched and developed.

強誘電体メモリ装置は、比較的小さい外部電圧を印加することにより、強誘電体容量素子の分極方向が容易に反転するという性質を利用して、ある分極方向をデータ「0」、その反対の分極方向をデータ「1」として情報を記憶するものであり、従来にない低動作電圧であって且つ高速での書き込み及び読み出し動作を可能にするという特徴を有している。また、強誘電体容量素子の分極が外部電圧を除去しても残留分極として残存するという性質を利用することにより、電源を切っても記憶情報を長時間保持する不揮発性メモリを実現することも可能である。   A ferroelectric memory device uses the property that the polarization direction of a ferroelectric capacitor element is easily reversed by applying a relatively small external voltage, so that a certain polarization direction is represented by data “0” and vice versa. Information is stored with the polarization direction as data “1”, and has a feature of enabling a high-speed writing and reading operation at a low operating voltage that has not been conventionally available. In addition, by utilizing the property that the polarization of the ferroelectric capacitor remains as remanent polarization even if the external voltage is removed, it is possible to realize a nonvolatile memory that retains stored information for a long time even when the power is turned off. Is possible.

強誘電体メモリ装置の高集積化を一層実現するためには、データの記憶単位であるメモリセルの縮小化が不可欠である。メモリセルのセルサイズを縮小化するためには、メモリセルを構成する強誘電体容量素子の占有する面積を小さくすることが最も効果的である。そこで、現在の強誘電体メモリ装置においては、高集積化を実現するために、コンタクトプラグ上に強誘電体容量素子を形成するスタック型構造と呼ばれる構造を採用することが主流となっている。   In order to further realize high integration of the ferroelectric memory device, it is indispensable to reduce the size of the memory cell which is a data storage unit. In order to reduce the cell size of the memory cell, it is most effective to reduce the area occupied by the ferroelectric capacitor element constituting the memory cell. Therefore, in the current ferroelectric memory device, in order to realize high integration, it is a mainstream to adopt a structure called a stack type structure in which a ferroelectric capacitor element is formed on a contact plug.

ところで、半導体装置を半導体基板上に製造した場合には、半導体装置が所望の性能を発揮できるか否かを確認したり、万一所望の性能を発揮しない場合に原因を究明したりする目的で、半導体装置を構成する個々の素子の特性を独立に評価する必要が生じる。このため、一般に、半導体基板上には、製品とする半導体装置の他に、半導体装置の構成素子の特性をモニターするための特性評価用素子が別途形成される。これらは、一般に、PCM(Process Control Monitor) 等とも呼ばれている。   By the way, when a semiconductor device is manufactured on a semiconductor substrate, for the purpose of checking whether or not the semiconductor device can exhibit a desired performance, or for investigating the cause when the desired performance is not exhibited. Therefore, it is necessary to independently evaluate the characteristics of the individual elements constituting the semiconductor device. Therefore, in general, a characteristic evaluation element for monitoring the characteristics of the constituent elements of the semiconductor device is separately formed on the semiconductor substrate in addition to the semiconductor device as a product. These are generally called PCM (Process Control Monitor) or the like.

従って、半導体基板の上に強誘電体メモリ装置を製造する場合についても、同様に、強誘電体メモリ装置を構成する個々の素子(例えば、トランジスタ又は強誘電体容量素子等)の特性を独立に評価するための特性評価用素子が同一の半導体基板上に形成される。   Accordingly, when a ferroelectric memory device is manufactured on a semiconductor substrate, the characteristics of individual elements (for example, a transistor or a ferroelectric capacitor element) constituting the ferroelectric memory device are similarly set independently. A characteristic evaluation element for evaluation is formed on the same semiconductor substrate.

特性評価用素子の一つとして、強誘電体メモリ装置の性能を決定づける強誘電体容量素子の特性をモニターするための半導体装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。尚、スタック型構造を有する強誘電体メモリ装置を製造する場合には、特性評価という目的から明らかなように、同一の半導体基板上に、特性評価用素子としてスタック型構造を有する強誘電体メモリ装置を形成する必要がある。   As one of characteristic evaluation elements, a semiconductor device for monitoring the characteristics of a ferroelectric capacitor element that determines the performance of a ferroelectric memory device is disclosed (for example, see Patent Document 1). When manufacturing a ferroelectric memory device having a stack type structure, as is apparent from the purpose of characteristic evaluation, a ferroelectric memory having a stack type structure as an element for characteristic evaluation on the same semiconductor substrate. A device needs to be formed.

以下に、スタック型構造を有する強誘電体メモリ装置が形成される半導体基板と同一の半導体基板上に形成される従来の半導体装置の構造について図6を参照しながら説明する。   A structure of a conventional semiconductor device formed on the same semiconductor substrate as that on which a ferroelectric memory device having a stack type structure is formed will be described below with reference to FIG.

図6に示すように、半導体基板100の表面部には導電層101が形成されており、半導体基板100及び導電層101の上には第1の絶縁膜102が形成されている。第1の絶縁膜102には、該第1の絶縁膜102を貫通して延びると共に下端が導電層101の上面に到達する第1の導電性プラグ103が形成されている。第1の絶縁膜102の上には、第1の導電性プラグ103と接続する容量下部電極104、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜105、及び容量上部電極106が下から順に積層されてなる容量素子107が形成されている。   As shown in FIG. 6, a conductive layer 101 is formed on the surface portion of the semiconductor substrate 100, and a first insulating film 102 is formed on the semiconductor substrate 100 and the conductive layer 101. Formed on the first insulating film 102 is a first conductive plug 103 extending through the first insulating film 102 and having a lower end reaching the upper surface of the conductive layer 101. On the first insulating film 102, a capacitor lower electrode 104 connected to the first conductive plug 103, a capacitor insulating film 105 made of a ferroelectric film, and a capacitor upper electrode 106 are sequentially stacked from the bottom. A capacitor element 107 is formed.

第1の絶縁膜102の上には、容量素子107を覆うように第2の絶縁膜108が形成されている。第1及び第2の絶縁膜102及び108には、該第1及び第2の絶縁膜102及び108を貫通して延びる共に下端が導電層101の上面に到達する第2の導電性プラグ109が形成されている。第2の絶縁膜108には、該第2の絶縁膜108を貫通して延びると共に下端が容量上部電極106と接続する第3の導電性プラグ110が形成されている。   A second insulating film 108 is formed on the first insulating film 102 so as to cover the capacitor 107. The first and second insulating films 102 and 108 have a second conductive plug 109 extending through the first and second insulating films 102 and 108 and having a lower end reaching the upper surface of the conductive layer 101. Is formed. The second insulating film 108 is formed with a third conductive plug 110 extending through the second insulating film 108 and having a lower end connected to the capacitor upper electrode 106.

第2の絶縁膜108の上には、第2の導電性プラグ109の上端と電気的に接続する第1の配線層111と、第3の導電性プラグ110の上端と電気的に接続する第3の配線層112とが形成されている。尚、第2の絶縁膜108、第1の配線層111及び第2の配線層112は、実際に特性を評価する際に、外部測定装置との接続(例えば、測定用探針のプロービング等)を容易にするために形成されている。   On the second insulating film 108, a first wiring layer 111 that is electrically connected to the upper end of the second conductive plug 109, and a first wiring layer that is electrically connected to the upper end of the third conductive plug 110 are provided. 3 wiring layers 112 are formed. Note that the second insulating film 108, the first wiring layer 111, and the second wiring layer 112 are connected to an external measurement device (for example, probing a measurement probe) when actually evaluating the characteristics. It is formed to make it easier.

このように、第1の配線層111が第2の導電性プラグ109を介して導電層101と電気的に接続されていると共に、第2の配線層112が第3の導電性プラグ110を介して容量上部電極106と電気的に接続されている。   As described above, the first wiring layer 111 is electrically connected to the conductive layer 101 through the second conductive plug 109, and the second wiring layer 112 is connected through the third conductive plug 110. The capacitor upper electrode 106 is electrically connected.

また、第2の絶縁膜108、第1の配線層111及び第2の配線層112の上には、保護絶縁膜113が形成されており、該保護絶縁膜113には、第1の配線層11の上面の一部を露出させる第1の開口部114aと第2の配線層112の上面の一部を露出させる第2の開口部114bとが形成されている。   In addition, a protective insulating film 113 is formed on the second insulating film 108, the first wiring layer 111, and the second wiring layer 112, and the first wiring layer is formed on the protective insulating film 113. A first opening 114 a that exposes a part of the upper surface of the first wiring layer 11 and a second opening 114 b that exposes a part of the upper surface of the second wiring layer 112 are formed.

次に、従来の半導体装置の製造方法について、図7(a)〜(c)及び図8(a)〜(c)を参照しながら説明する。   Next, a conventional method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIGS. 7 (a) to (c) and FIGS. 8 (a) to (c).

まず、図7(a) に示すように、半導体基板100の表面部に導電層101を形成した後、半導体基板100及び導電層101の上に第1の絶縁膜102を形成する。尚、導電層101は、半導体装置を構成するトランジスタ(図示せず)のソース領域及びドレイン領域をイオン注入等によって形成する際に同時に形成される。   First, as shown in FIG. 7A, a conductive layer 101 is formed on the surface portion of the semiconductor substrate 100, and then a first insulating film 102 is formed on the semiconductor substrate 100 and the conductive layer 101. Note that the conductive layer 101 is formed at the same time when a source region and a drain region of a transistor (not shown) included in the semiconductor device are formed by ion implantation or the like.

次に、図7(b) に示すように、第1の絶縁膜102に導電層101と連通する第1の開口部を形成した後、該第1の開口部内に、下端が導電層101と接続する第1の導電性プラグ103を形成する。   Next, as shown in FIG. 7B, after forming a first opening portion communicating with the conductive layer 101 in the first insulating film 102, the lower end of the first opening portion is connected to the conductive layer 101. A first conductive plug 103 to be connected is formed.

次に、図7(c) に示すように、第1の絶縁膜102の上に、第1の導電性プラグ103の上端と接続する容量下部電極104、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜105、及び容量上部電極106を下から順に形成することにより、容量下部電極104、容量絶縁膜105及び容量上部電極106よりなる容量素子107を形成する。次に、第1の絶縁膜102の上に、容量素子107を覆うように第2の絶縁膜108を形成する。   Next, as shown in FIG. 7C, on the first insulating film 102, a capacitor lower electrode 104 connected to the upper end of the first conductive plug 103, and a capacitor insulating film 105 made of a ferroelectric film. And the capacitor upper electrode 106 are formed in order from the bottom, thereby forming the capacitor element 107 including the capacitor lower electrode 104, the capacitor insulating film 105 and the capacitor upper electrode 106. Next, a second insulating film 108 is formed over the first insulating film 102 so as to cover the capacitor 107.

次に、図8(a) に示すように、第1の絶縁膜102及び第2の絶縁膜108に、導電層101と連通する第2の開口部を形成した後、該第2の開口部内に、下端が導電層101と接続する第2の導電性プラグ109を形成する。また、第1の絶縁膜102に、容量上部電極105と連通する第3の開口部を形成した後、該第3の開口部内に、下端が容量上部電極106と接続する第3の導電性プラグ110を形成する。   Next, as shown in FIG. 8A, after forming a second opening communicating with the conductive layer 101 in the first insulating film 102 and the second insulating film 108, the inside of the second opening is formed. Then, a second conductive plug 109 whose lower end is connected to the conductive layer 101 is formed. In addition, after forming a third opening communicating with the capacitor upper electrode 105 in the first insulating film 102, a third conductive plug whose lower end is connected to the capacitor upper electrode 106 in the third opening. 110 is formed.

次に、図8(b) に示すように、第2の絶縁膜108の上に、第2の導電性プラグ109の上端と接続する第1の配線層111を形成すると共に、第3の導電性プラグ110の上端と接続する第2の配線層112を形成する。   Next, as shown in FIG. 8B, the first wiring layer 111 connected to the upper end of the second conductive plug 109 is formed on the second insulating film 108 and the third conductive film is formed. A second wiring layer 112 connected to the upper end of the conductive plug 110 is formed.

次に、図8(c) に示すように、第2の絶縁膜108、第1の配線層111及び第2の配線層112の上に、保護絶縁膜113を形成した後、該保護絶縁膜113に、第1の配線層111の上面の一部を露出させる第1の開口部114aを形成すると共に、第2の配線層112の上面の一部を露出させる第2の開口部114bを形成する。   Next, as shown in FIG. 8C, a protective insulating film 113 is formed on the second insulating film 108, the first wiring layer 111, and the second wiring layer 112, and then the protective insulating film is formed. A first opening 114 a that exposes a part of the upper surface of the first wiring layer 111 is formed in 113, and a second opening 114 b that exposes a part of the upper surface of the second wiring layer 112 is formed in 113. To do.

図6に示すように、従来の半導体装置は、容量素子107が第1の導電性プラグ103の上に形成されたスタック型構造を有しており、特性評価の対象である強誘電体メモリ装置内に形成される容量素子と同一の構造を有する。   As shown in FIG. 6, the conventional semiconductor device has a stacked structure in which the capacitor element 107 is formed on the first conductive plug 103, and is a ferroelectric memory device whose characteristics are to be evaluated. It has the same structure as the capacitive element formed inside.

また、第1の配線層111は、第2の導電性プラグ109、導電層101及び第1の導電性プラグ103を介して容量下部電極104と電気的に接続されている一方、第2の配線層112は、第3の導電性プラグ110を介して容量上部電極106と電気的に接続されている。このため、第1の配線層111を容量下部電極104側の端子とすると共に、第2の配線層112を容量上部電極106側の端子とし、これらの端子を外部測定装置に接続して適切に電圧を印加することにより、容量上部電極106と容量下部電極104との間に電圧が印加されて容量素子107の特性を測定することができる。   The first wiring layer 111 is electrically connected to the capacitor lower electrode 104 via the second conductive plug 109, the conductive layer 101, and the first conductive plug 103, while the second wiring The layer 112 is electrically connected to the capacitor upper electrode 106 through the third conductive plug 110. For this reason, the first wiring layer 111 is used as a terminal on the capacitor lower electrode 104 side, and the second wiring layer 112 is used as a terminal on the capacitor upper electrode 106 side. By applying a voltage, a voltage is applied between the capacitor upper electrode 106 and the capacitor lower electrode 104, and the characteristics of the capacitor 107 can be measured.

ところで、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を有する容量素子107の特性としては、容量素子107の自発分極性能を確認するために、分極−電圧特性(ヒステリシス特性)が測定される。容量素子の分極−電圧特性は、一般に、容量上部電極と容量下部電極のうちのいずれか一方の電極を0Vに固定し、他方の電極に正負両方向の電圧波形を印加することによって測定される。この場合、正負両方向の電圧が印加される他方の電極が半導体基板に接続されていると、印加される電圧の方向によっては他方の電極と半導体基板との間に電流が生じるので、容量素子の分極−電圧特性を正しく測定することができなくなる。従って、半導体装置においては、容量上部電極及び容量下部電極のうちの少なくとも一方の電極は、半導体基板と電気的に接続していないフローティング状態となる必要がある。   Incidentally, as a characteristic of the capacitive element 107 having a capacitive insulating film made of a ferroelectric film, a polarization-voltage characteristic (hysteresis characteristic) is measured in order to confirm the spontaneous polarization performance of the capacitive element 107. In general, the polarization-voltage characteristic of a capacitive element is measured by fixing one of a capacitive upper electrode and a capacitive lower electrode at 0 V and applying a voltage waveform in both positive and negative directions to the other electrode. In this case, if the other electrode to which a voltage in both positive and negative directions is applied is connected to the semiconductor substrate, a current is generated between the other electrode and the semiconductor substrate depending on the direction of the applied voltage. The polarization-voltage characteristic cannot be measured correctly. Therefore, in the semiconductor device, at least one of the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode needs to be in a floating state that is not electrically connected to the semiconductor substrate.

このため、図6に示した半導体装置において、容量素子107の分極−電圧特性を正しく測定するためには、第2の配線層112が半導体基板100に接続されていないフローティング状態でなければならない。   Therefore, in the semiconductor device illustrated in FIG. 6, the second wiring layer 112 must be in a floating state in which the second wiring layer 112 is not connected to the semiconductor substrate 100 in order to correctly measure the polarization-voltage characteristics of the capacitor 107.

図6に示した従来の半導体装置においては、容量素子107がスタック型構造を有するので、容量下部電極104側の端子である第1の配線層111が第2の導電性プラグ109を介して半導体基板100上の導電層101と電気的に接続されて非フローティング状態となっている。従って、容量上部電極106側の端子である第2の配線層112が半導体基板100と電気的に接続されていないフローティング状態でなければならない。   In the conventional semiconductor device shown in FIG. 6, since the capacitor element 107 has a stack type structure, the first wiring layer 111 that is a terminal on the capacitor lower electrode 104 side is connected to the semiconductor via the second conductive plug 109. The conductive layer 101 on the substrate 100 is electrically connected and is in a non-floating state. Therefore, the second wiring layer 112 that is a terminal on the capacitor upper electrode 106 side must be in a floating state in which it is not electrically connected to the semiconductor substrate 100.

以上のような構成によって、従来の半導体装置において、第1の配線層111を0Vに固定し、第2の配線層112に正負両方向の電圧を印加することにより、容量素子107の分極−電圧特性を測定して、強誘電体メモリ装置を構成するスタック型構造の容量素子の特性を評価している。
特許第3194375号公報
With the configuration as described above, in the conventional semiconductor device, the first wiring layer 111 is fixed to 0 V, and a voltage in both positive and negative directions is applied to the second wiring layer 112, whereby the polarization-voltage characteristics of the capacitor 107 are obtained. Is measured to evaluate the characteristics of the capacitive element of the stack type structure constituting the ferroelectric memory device.
Japanese Patent No. 3194375

一般に、半導体装置の製造工程において、前記図8(c)に示すように、第2の絶縁膜108の上に形成された第1及び第2の配線層111及び112の上に、保護絶縁膜113を形成した後、保護絶縁膜113内に、第1及び第2の配線層111及び112の上面を露出させる第1及び第2の開口部114a及び114bを形成する。   In general, in the semiconductor device manufacturing process, as shown in FIG. 8C, a protective insulating film is formed on the first and second wiring layers 111 and 112 formed on the second insulating film 108. After forming 113, first and second openings 114 a and 114 b that expose the upper surfaces of the first and second wiring layers 111 and 112 are formed in the protective insulating film 113.

第1及び第2の開口部114a及び114bは、通常、RIE法 (Reactive Ion Ecthing法) 等のプラズマエッチングによって形成されるが、プラズマエッチングの際にプラズマ中の電子及びイオン等のプラズマ電荷が第1及び第2の配線層111及び112の上に蓄積されるチャージアップという現象がよく知られている。第1及び第2の配線層111及び112の上の蓄積電荷は、第1及び第2の配線層111及び112と電気的に接続する導電性経路を介して素子内部へと移動する。   The first and second openings 114a and 114b are generally formed by plasma etching such as RIE (Reactive Ion Ecthing), but plasma charges such as electrons and ions in the plasma are first generated during plasma etching. A phenomenon called charge-up accumulated on the first and second wiring layers 111 and 112 is well known. Accumulated charges on the first and second wiring layers 111 and 112 move into the element through conductive paths electrically connected to the first and second wiring layers 111 and 112.

図9は、保護絶縁膜113内に、第1及び第2の配線層111及び112の上面を露出させる第1及び第2の開口部114a及び114bを形成する工程において、第1及び第2の配線層111及び112の上に蓄積されたプラズマ電荷が半導体装置の内部へ移動する様子を模式的に示した図である。尚、図9においては、一例として第1及び第2の配線層111及び112の上に負のプラズマ電荷が蓄積される場合について示している。   FIG. 9 shows the first and second openings 114a and 114b in the protective insulating film 113, in which the first and second openings 114a and 114b exposing the upper surfaces of the first and second wiring layers 111 and 112 are formed. It is the figure which showed typically a mode that the plasma charge accumulate | stored on the wiring layers 111 and 112 moved to the inside of a semiconductor device. FIG. 9 shows a case where negative plasma charges are accumulated on the first and second wiring layers 111 and 112 as an example.

まず、第2の配線層112から容量素子107の内部へ蓄積電荷が移動する経路としては、第3の導電性プラグ110を介して容量上部電極106に至る導電性経路が存在している。従って、第2の配線層112上の蓄積電荷は、図9の矢印b1に示すように、第3の導電性プラグ110を経由して容量上部電極106へと移動する。   First, as a path through which the accumulated charge moves from the second wiring layer 112 to the inside of the capacitor element 107, there is a conductive path that reaches the capacitor upper electrode 106 through the third conductive plug 110. Accordingly, the accumulated charge on the second wiring layer 112 moves to the capacitor upper electrode 106 via the third conductive plug 110 as shown by the arrow b1 in FIG.

一方、第1の配線層111から容量素子107の内部へ蓄積電荷が移動する経路としては、第2の導電性プラグ109、導電層101及び第1の導電性プラグ103を介して容量下部電極104に至る導電性経路が存在する。しかしながら、第1の配線層111上の蓄積電荷は、図9の矢印b2に示すように、第2の導電性プラグ109を介して導電層101に移動した後、蓄積電荷のほとんど全ては、第1の導電性プラグ103へ移動することなく、半導体基板100内に移動する。このような移動が生じる理由は、大きな体積を有する半導体基板100は極めて大きな容量(電荷蓄積能力)を有しているので、蓄積電荷が半導体基板100へ優先的に流入するからである。   On the other hand, as a path for the accumulated charge to move from the first wiring layer 111 to the inside of the capacitor 107, the capacitor lower electrode 104 is connected via the second conductive plug 109, the conductive layer 101, and the first conductive plug 103. There is a conductive path leading to However, after the accumulated charge on the first wiring layer 111 has moved to the conductive layer 101 via the second conductive plug 109 as shown by the arrow b2 in FIG. It moves into the semiconductor substrate 100 without moving to one conductive plug 103. The reason why such movement occurs is that the accumulated charge flows preferentially into the semiconductor substrate 100 because the semiconductor substrate 100 having a large volume has an extremely large capacity (charge accumulation capability).

すなわち、従来の半導体装置においては、第1の配線層111が半導体基板100上の導電層100に電気的に接続される非フローティング状態となっている一方で、第2の配線層112が半導体基板100に電気的に接続されないフローティング状態となっている。これにより、第1の配線層111上の蓄積電荷は容量下部電極104まで移動しないが、第2の配線層112上の蓄積電荷は容量上部電極106まで到達するという相違が生じる。   That is, in the conventional semiconductor device, the first wiring layer 111 is in a non-floating state in which the first wiring layer 111 is electrically connected to the conductive layer 100 on the semiconductor substrate 100, while the second wiring layer 112 is in the semiconductor substrate. It is in a floating state that is not electrically connected to 100. As a result, the accumulated charge on the first wiring layer 111 does not move to the capacitor lower electrode 104, but the accumulated charge on the second wiring layer 112 reaches the capacitor upper electrode 106.

この相違は、容量上部電極106と容量下部電極104との間に電位的な不均衡を発生させる。例えば、図9に示した半導体装置の場合であれば、容量上部電極106のみに負の電荷が移動して蓄積されるので、容量上部電極106の電位は容量下部電極105の電位に対して相対的に低くなる。すなわち、容量上部電極106と容量下部電極104との間に電位差が発生する。   This difference causes a potential imbalance between the capacitor upper electrode 106 and the capacitor lower electrode 104. For example, in the case of the semiconductor device shown in FIG. 9, since negative charges move and accumulate only in the capacitor upper electrode 106, the potential of the capacitor upper electrode 106 is relative to the potential of the capacitor lower electrode 105. Lower. That is, a potential difference is generated between the capacitor upper electrode 106 and the capacitor lower electrode 104.

従って、容量上部電極106と容量下部電極104との間に存在する容量絶縁膜105を構成する強誘電体膜の内部では、電位的な不均衡を解消させる方向に自発分極が生じる。例えば、図9に示した半導体装置の場合であれば、容量上部電極106の電位の方が容量下部電極104よりも低いという電位的な不均衡が発生しているので、強誘電体膜の内部には、図9に示す矢印b3に示すように、正側の分極端が容量上部電極106側を向く方向に自発分極が発生する。すなわち、半導体装置の製造工程の途中において、意図しない自発分極が発生することになる。   Accordingly, spontaneous polarization occurs in the direction of eliminating the potential imbalance in the ferroelectric film constituting the capacitive insulating film 105 existing between the capacitive upper electrode 106 and the capacitive lower electrode 104. For example, in the case of the semiconductor device shown in FIG. 9, the potential imbalance that the potential of the capacitor upper electrode 106 is lower than that of the capacitor lower electrode 104 has occurred. Then, as indicated by an arrow b3 shown in FIG. 9, spontaneous polarization occurs in a direction in which the extreme on the positive side faces the capacitive upper electrode 106 side. That is, unintentional spontaneous polarization occurs during the manufacturing process of the semiconductor device.

一般に、強誘電体膜は、自発分極が発生した状態を維持し続けたときにその分極方向が固定される傾向が強くなるというインプリントと呼ばれる性質を有している。インプリントが発生すると、分極−電圧曲線はインプリント発生時の自発分極方向に応じて電圧軸上を正側又は負側にシフトするような変形が生じて、強誘電体膜を容量絶縁膜に用いた容量素子の分極特性が変化してしまうことが知られている。また、インプリントの進行は温度が上昇するにつれて速くなることが知られている。   In general, a ferroelectric film has a property called imprint in which a tendency to fix the polarization direction becomes strong when the state where spontaneous polarization is maintained is maintained. When imprinting occurs, the polarization-voltage curve is deformed so that the voltage axis shifts to the positive side or negative side according to the direction of spontaneous polarization at the time of imprinting, and the ferroelectric film becomes a capacitive insulating film. It is known that the polarization characteristics of the used capacitive element change. Further, it is known that the progress of imprinting becomes faster as the temperature rises.

従って、半導体装置の製造工程において、前述のような意図していない自発分極が発生すると、その後の工程においてもその自発分極が維持されることになるため、容量絶縁膜105を構成する強誘電体膜にインプリントが発生するので、半導体装置の製造工程が完了した段階で容量素子107の特性が変化していることになる。さらに、その後の工程にておいては、例えば、基板洗浄後の乾燥工程等の高温処理を行なう工程も含まれているため、高温熱処理によって強誘電体膜の温度が上昇すると、インプリントはさらに進行するので、半導体装置において比較的大きな特性変動が生じてしまう。   Accordingly, when the unintentional spontaneous polarization as described above occurs in the manufacturing process of the semiconductor device, the spontaneous polarization is maintained in the subsequent process, so that the ferroelectric constituting the capacitor insulating film 105 Since imprinting occurs in the film, the characteristics of the capacitor 107 change when the semiconductor device manufacturing process is completed. Further, in the subsequent process, for example, a process of performing a high temperature process such as a drying process after cleaning the substrate is included, so that if the temperature of the ferroelectric film is increased by the high temperature process, the imprint is further performed. Since this progresses, a relatively large characteristic variation occurs in the semiconductor device.

ところが一方で、前述の半導体装置によりモニターする対象となる強誘電体メモリ装置を構成する容量素子においては、前述の半導体装置におけるインプリントによる特性変動は発生しない。なぜなら、モニターの対象となる強誘電体メモリ装置を構成する容量素子においては、第2の配線層112に相当する配線層が半導体基板100上に形成されたトランジスタ(図示せず)よりなる駆動回路に必然的に接続されるため、第1の配線層111と同様に半導体基板100に接続される非フローティング状態となるので、第2の配線層112に相当する配線層上の蓄積電荷は半導体基板100内に移動し、容量上部電極106に相当する容量上部電極内には蓄積されず、モニター対象となる容量素子における容量上部電極と容量下部電極との間には電位的な不均衡が発生しないからである。このように、特性評価用の前述の半導体装置においてのみ前述の特性変動が発生することになり、特性評価の対象となる強誘電体メモリ装置において特性変動は生じない。   On the other hand, in the capacitive element constituting the ferroelectric memory device to be monitored by the above-described semiconductor device, characteristic variation due to imprinting in the above-described semiconductor device does not occur. This is because, in the capacitive element constituting the ferroelectric memory device to be monitored, a drive circuit comprising a transistor (not shown) in which a wiring layer corresponding to the second wiring layer 112 is formed on the semiconductor substrate 100. Therefore, the accumulated charge on the wiring layer corresponding to the second wiring layer 112 is not connected to the semiconductor substrate 100 in the same manner as the first wiring layer 111. 100, and does not accumulate in the capacitor upper electrode corresponding to the capacitor upper electrode 106, and no potential imbalance occurs between the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode in the capacitor element to be monitored. Because. As described above, the above-described characteristic variation occurs only in the above-described semiconductor device for characteristic evaluation, and the characteristic variation does not occur in the ferroelectric memory device to be subjected to characteristic evaluation.

以上のように、従来の特性評価用の半導体装置においては、スタック型構造を有する強誘電体膜よりなる容量素子107の分極−電圧特性を正しく測定するために、第2の配線層112のみをフローティング状態にすることにより、半導体装置の製造工程中に発生するプラズマ電荷の蓄積が容量上部電極106と容量下部電極104との間で異なる。このため、容量上部電極106と容量下部電極104との間の電位的な不均衡に起因するインプリントが発生するため、半導体装置の製造工程において容量素子107の特性が変動することにより、半導体装置の製造工程が完了した段階で、モニター対象である強誘電体メモリ装置を構成する容量素子の特性とは異なってしまうので、特性評価用の半導体装置における容量素子としての機能を果たすことが困難であった。   As described above, in the conventional semiconductor device for characteristic evaluation, only the second wiring layer 112 is used in order to correctly measure the polarization-voltage characteristic of the capacitive element 107 made of the ferroelectric film having the stack type structure. By making the floating state, accumulation of plasma charges generated during the manufacturing process of the semiconductor device differs between the capacitor upper electrode 106 and the capacitor lower electrode 104. For this reason, an imprint is generated due to a potential imbalance between the capacitor upper electrode 106 and the capacitor lower electrode 104. Therefore, the characteristics of the capacitor element 107 fluctuate in the manufacturing process of the semiconductor device. When the manufacturing process is completed, the characteristics of the capacitive element constituting the ferroelectric memory device to be monitored are different from each other. Therefore, it is difficult to perform the function as the capacitive element in the semiconductor device for characteristic evaluation. there were.

前記に鑑み、本発明の目的は、半導体装置の製造工程における特性変動の発生を防止して、強誘電体メモリ装置を構成するスタック型構造を有する容量素子の特性を正しくモニターすることができる半導体装置及びその製造方法を提供することである。   In view of the foregoing, an object of the present invention is to provide a semiconductor capable of correctly monitoring the characteristics of a capacitive element having a stack structure that constitutes a ferroelectric memory device by preventing the occurrence of characteristic fluctuations in the manufacturing process of the semiconductor device. An apparatus and a method for manufacturing the same are provided.

前記の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、半導体基板の上に形成された導電層と、半導体基板の上に、導電層を覆うように形成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜内に形成され、下端が導電層に接続している導電性プラグと、第1の絶縁膜の上に形成され、導電性プラグの上端と電気的に接続している容量下部電極と、容量下部電極の上に形成された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜と、容量絶縁膜の上に形成された容量上部電極とを備えている半導体装置において、半導体基板と導電層との間には、半導体基板と導電層との電気的接続を遮断する絶縁層が設けられていることを特徴とする。   To achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a conductive layer formed on a semiconductor substrate, and a first insulating film formed on the semiconductor substrate so as to cover the conductive layer. A conductive plug formed in the first insulating film and having a lower end connected to the conductive layer; and a capacitor formed on the first insulating film and electrically connected to the upper end of the conductive plug. In a semiconductor device comprising a lower electrode, a capacitor insulating film made of a ferroelectric film formed on the capacitor lower electrode, and a capacitor upper electrode formed on the capacitor insulating film, a semiconductor substrate and a conductive layer An insulating layer for blocking electrical connection between the semiconductor substrate and the conductive layer is provided between the semiconductor substrate and the conductive layer.

本発明に係る半導体装置によると、導電層と半導体基板との間に絶縁層が形成されていることにより、容量上部電極と容量下部電極とが共に半導体基板と電気的に接続されていないフローティング状態になるため、容量上部電極と容量下部電極とのそれぞれに蓄積されるプラズマ電荷は同等になるので、製造工程中における容量上部電極と容量下部電極とに対するプラズマ電荷の蓄積の相違が起因になって容量上部電極と容量下部電極との間の電位的な不均衡が発生することを防止できる。従って、強誘電体膜においてインプリントが発生しないため、半導体装置の特性変動を防止することができるので、本発明に係る半導体装置を用いることにより、特性評価の対象となる容量素子の特性を正しくモニターすることができる。   According to the semiconductor device of the present invention, since the insulating layer is formed between the conductive layer and the semiconductor substrate, the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode are not electrically connected to the semiconductor substrate. Therefore, the plasma charges accumulated in the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode are equal to each other, which is caused by the difference in plasma charge accumulation between the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode during the manufacturing process. It is possible to prevent a potential imbalance between the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode. Therefore, since imprint does not occur in the ferroelectric film, it is possible to prevent fluctuations in the characteristics of the semiconductor device. Therefore, by using the semiconductor device according to the present invention, the characteristics of the capacitive element to be evaluated can be correctly set. Can be monitored.

本発明に係る半導体装置において、第1の絶縁膜の上に、容量上部電極を覆うように形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜の上に形成され、前記導電層と電気的に接続している第1の配線層と、第2の絶縁膜の上に形成され、容量上部電極と電気的に接続している第2の配線層とをさらに備えていることが好ましい。   In the semiconductor device according to the present invention, the second insulating film formed on the first insulating film so as to cover the capacitor upper electrode, the conductive film formed on the second insulating film, It is preferable to further include a first wiring layer that is electrically connected and a second wiring layer that is formed on the second insulating film and is electrically connected to the capacitor upper electrode. .

このようにすると、容量下部電極側の端子となる第1の配線層と容量上部電極側の端子となる第2の配線層とが共に半導体基板に電気的に接続されないフローティング状態になるため、容量上部電極と容量下部電極とのそれぞれに蓄積されるプラズマ電荷は同等になるので、製造工程中における容量上部電極と容量下部電極とに対するプラズマ電荷の蓄積の相違が起因になって生じる容量上部電極と容量下部電極との間の電位的な不均衡を防止することができる。このため、強誘電体膜においてインプリントが発生しないため、半導体装置の特性変動を防止することができるので、本発明に係る半導体装置によって、特性評価の対象となる容量素子の特性を正しくモニターすることができる。   In this case, the first wiring layer serving as the terminal on the capacitor lower electrode side and the second wiring layer serving as the terminal on the capacitor upper electrode side are both in a floating state in which they are not electrically connected to the semiconductor substrate. Since the plasma charge accumulated in each of the upper electrode and the capacitor lower electrode is equal, the capacitor upper electrode generated due to the difference in the accumulation of plasma charge between the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode during the manufacturing process It is possible to prevent potential imbalance between the capacitor and the lower electrode. For this reason, since imprint does not occur in the ferroelectric film, it is possible to prevent fluctuations in the characteristics of the semiconductor device. Therefore, the characteristics of the capacitive element to be subjected to characteristic evaluation are correctly monitored by the semiconductor device according to the present invention. be able to.

本発明に係る半導体装置において、絶縁層及び導電層よりなる積層体は、半導体基板上に形成されるトランジスタを構成するゲート絶縁膜及びゲート電極よりなる積層体と同一の構造であることが好ましい。   In the semiconductor device according to the present invention, the stacked body formed of the insulating layer and the conductive layer preferably has the same structure as the stacked body formed of the gate insulating film and the gate electrode constituting the transistor formed over the semiconductor substrate.

このようにすると、半導体基板上に形成されるトランジスタを構成するゲート絶縁膜及びゲート電極の形成と同時に、絶縁層及び導電層の形成が可能になるため、絶縁層及び導電層を形成する目的で新たな工程の付加及び新たな材料の選択を行なうことがないと共に製造工程中に特性変動を発生させない半導体装置の構造を実現することができる。   This makes it possible to form the insulating layer and the conductive layer simultaneously with the formation of the gate insulating film and the gate electrode constituting the transistor formed on the semiconductor substrate. Therefore, for the purpose of forming the insulating layer and the conductive layer. It is possible to realize a structure of a semiconductor device in which a new process is not added and a new material is not selected and a characteristic variation is not generated during the manufacturing process.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に導電層を形成する工程と、半導体基板の上に、導電層を覆うように第1の絶縁膜を形成する工程と、第1の絶縁膜内に、下端が導電層に接続するように導電性プラグを形成する工程と、第1の絶縁膜の上に、導電性プラグの上端と電気的に接続するように容量下部電極を形成する工程と、容量下部電極の上に、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を形成する工程と、容量絶縁膜の上に容量上部電極を形成する工程とを備える半導体装置の製造方法において、導電層を形成する工程よりも前に、半導体基板の上に、半導体基板と導電層との電気的接続を遮断する絶縁層を形成する工程を備えることを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a conductive layer on a semiconductor substrate, a step of forming a first insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the conductive layer, Forming a conductive plug in the insulating film so that the lower end is connected to the conductive layer, and forming a capacitor lower electrode on the first insulating film so as to be electrically connected to the upper end of the conductive plug In a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a capacitor insulating film made of a ferroelectric film on a capacitor lower electrode; and a step of forming a capacitor upper electrode on the capacitor insulating film. Prior to the step of forming the layer, the method includes a step of forming an insulating layer on the semiconductor substrate that blocks electrical connection between the semiconductor substrate and the conductive layer.

本発明に係る半導体装置の製造方法によると、導電層と半導体基板との間に絶縁層を形成することにより、容量上部電極と容量下部電極とが共に半導体基板と電気的に接続されていないフローティング状態になるため、容量上部電極と容量下部電極とのそれぞれに蓄積されるプラズマ電荷は同等になるので、製造工程中における容量上部電極と容量下部電極とに対するプラズマ電荷の蓄積の相違が起因になって容量上部電極と容量下部電極との間の電位的な不均衡が発生することを防止できる。従って、強誘電体膜においてインプリントが発生しないため、半導体装置の特性変動を防止することができるので、本発明に係る半導体装置の製造方法により形成された半導体装置を用いることにより、特性評価の対象となる容量素子の特性を正しくモニターすることができる。   According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, by forming an insulating layer between the conductive layer and the semiconductor substrate, the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode are both not electrically connected to the semiconductor substrate. Therefore, the plasma charge accumulated in each of the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode becomes the same, which is caused by the difference in plasma charge accumulation between the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode during the manufacturing process. Thus, it is possible to prevent potential imbalance between the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode. Therefore, since imprint does not occur in the ferroelectric film, it is possible to prevent fluctuations in characteristics of the semiconductor device. Therefore, by using the semiconductor device formed by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the characteristic evaluation can be performed. The characteristics of the target capacitive element can be correctly monitored.

本発明に係る半導体装置の製造方法において、第1の絶縁膜の上に、容量上部電極を覆うように第2の絶縁膜を形成する工程と、第2の絶縁膜の上に、導電層と電気的に接続するように第1の配線層を形成する工程と、第2の絶縁膜の上に、容量上部電極と電気的に接続するように第2の配線層を形成する工程とをさらに備えることが好ましい。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a second insulating film on the first insulating film so as to cover the capacitor upper electrode, a conductive layer on the second insulating film, and A step of forming a first wiring layer so as to be electrically connected; and a step of forming a second wiring layer so as to be electrically connected to the capacitor upper electrode on the second insulating film. It is preferable to provide.

このようにすると、容量下部電極側の端子となる第1の配線層と容量上部電極側の端子となる第2の配線層とが共に半導体基板に電気的に接続されないフローティング状態になるため、容量上部電極と容量下部電極とのそれぞれに蓄積されるプラズマ電荷は同等になるので、製造工程中における容量上部電極と容量下部電極とに対するプラズマ電荷の蓄積の相違が起因になって生じる容量上部電極と容量下部電極との間の電位的な不均衡を防止することができる。このため、強誘電体膜においてインプリントが発生しないため、半導体装置の特性変動を防止することができるので、本発明に係る半導体装置によって、特性評価の対象となる容量素子の特性を正しくモニターすることができる。   In this case, the first wiring layer serving as the terminal on the capacitor lower electrode side and the second wiring layer serving as the terminal on the capacitor upper electrode side are both in a floating state in which they are not electrically connected to the semiconductor substrate. Since the plasma charge accumulated in each of the upper electrode and the capacitor lower electrode is equal, the capacitor upper electrode generated due to the difference in the accumulation of plasma charge between the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode during the manufacturing process It is possible to prevent potential imbalance between the capacitor and the lower electrode. For this reason, since imprint does not occur in the ferroelectric film, it is possible to prevent fluctuations in the characteristics of the semiconductor device. Therefore, the characteristics of the capacitive element to be subjected to characteristic evaluation are correctly monitored by the semiconductor device according to the present invention. be able to.

本発明に係る半導体装置において、絶縁層及び導電層よりなる積層体は、半導体基板上に形成されるトランジスタのゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と同一工程により形成されることが好ましい。   In the semiconductor device according to the present invention, the stacked body including the insulating layer and the conductive layer is preferably formed in the same step as the step of forming the gate insulating film and the gate electrode of the transistor formed over the semiconductor substrate.

このようにすると、半導体基板上に形成されるトランジスタを構成するゲート絶縁膜及びゲート電極の形成と同時に、絶縁層及び導電層を形成することができるため、絶縁層及び導電層を形成する目的で新たな工程の付加及び新たな材料の選択を行なうことがないと共に製造工程中に特性変動を発生させない半導体装置を提供することができる。   In this case, since the insulating layer and the conductive layer can be formed simultaneously with the formation of the gate insulating film and the gate electrode constituting the transistor formed on the semiconductor substrate, the purpose is to form the insulating layer and the conductive layer. It is possible to provide a semiconductor device in which a new process is not added and a new material is not selected and a characteristic variation is not generated during the manufacturing process.

本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、半導体基板と導電層との間には、半導体基板と導電層との電気的接続を遮断する絶縁層が形成されているので、容量上部電極と容量下部電極とが共に半導体基板と電気的に接続されていないフローティング状態になるため、容量上部電極と容量下部電極とのそれぞれに蓄積されるプラズマ電荷は同等になるので、製造工程中における容量上部電極と容量下部電極とに対するプラズマ電荷の蓄積の相違が起因になって容量上部電極と容量下部電極との間の電位的な不均衡が発生することを防止できる。従って、強誘電体膜においてインプリントが発生しないため、半導体装置の特性変動を防止することができるので、本発明に係る半導体装置を用いることにより、特性評価の対象となる容量素子の特性を正しくモニターすることができる。   According to the semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the present invention, the insulating layer for cutting off the electrical connection between the semiconductor substrate and the conductive layer is formed between the semiconductor substrate and the conductive layer. Since the capacitor lower electrode is in a floating state in which both the capacitor lower electrode and the capacitor lower electrode are not electrically connected, the plasma charges accumulated in the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode are equal to each other. It is possible to prevent the occurrence of potential imbalance between the capacitor upper electrode and the capacitor lower electrode due to the difference in plasma charge accumulation between the electrode and the capacitor lower electrode. Therefore, since imprint does not occur in the ferroelectric film, it is possible to prevent fluctuations in the characteristics of the semiconductor device. Therefore, by using the semiconductor device according to the present invention, the characteristics of the capacitive element to be evaluated can be correctly set. Can be monitored.

以下に、本発明の一実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構造について、図1を参照しながら説明する。   First, the structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1に示すように、半導体基板1の上には、酸化シリコンよりなる絶縁層2及び多結晶シリコンよりなる導電層3が下から順に形成されており、また、半導体基板1の上には、絶縁層2及び導電層3を覆うように、酸化シリコンよりなる第1の絶縁膜4が形成されている。尚、絶縁層2は半導体基板1と導電層3との電気的接続を遮断する役割を有している。   As shown in FIG. 1, an insulating layer 2 made of silicon oxide and a conductive layer 3 made of polycrystalline silicon are formed in order from the bottom on the semiconductor substrate 1, and on the semiconductor substrate 1, A first insulating film 4 made of silicon oxide is formed so as to cover the insulating layer 2 and the conductive layer 3. The insulating layer 2 has a role of blocking the electrical connection between the semiconductor substrate 1 and the conductive layer 3.

第1の絶縁膜4には、該第1の絶縁膜4を貫通して延びると共に下端が導電層3の上面に到達するタングステンよりなる第1の導電性プラグ5が形成されている。第1の絶縁膜4の上には、第1の導電性プラグ5と電気的に接続する白金よりなる容量下部電極6、強誘電体膜としてタンタル酸ストロンチウムビスマスよりなる容量絶縁膜7、及び白金よりなる容量上部電極8が下から順に積層されてなる容量素子9が形成されている。   Formed on the first insulating film 4 is a first conductive plug 5 made of tungsten that extends through the first insulating film 4 and whose lower end reaches the upper surface of the conductive layer 3. On the first insulating film 4, a capacitive lower electrode 6 made of platinum that is electrically connected to the first conductive plug 5, a capacitive insulating film 7 made of strontium bismuth tantalate as a ferroelectric film, and platinum A capacitor element 9 is formed by stacking a capacitor upper electrode 8 made of layers in order from the bottom.

第1の絶縁膜4の上には、容量素子9を覆うように酸化シリコンよりなる第2の絶縁膜10が形成されている。第1及び第2の絶縁膜4及び10には、該第1及び第2の絶縁膜4及び10を貫通して延びる共に下端が導電層3の上面に到達するタングステンよりなる第2の導電性プラグ12が形成されている。また、第2の絶縁膜10には、該第2の絶縁膜10を貫通して延びると共に下端が容量上部電極8と電気的に接続するタングステンよりなる第3の導電性プラグ11が形成されている。   A second insulating film 10 made of silicon oxide is formed on the first insulating film 4 so as to cover the capacitive element 9. The first and second insulating films 4 and 10 have a second conductivity made of tungsten which extends through the first and second insulating films 4 and 10 and whose lower end reaches the upper surface of the conductive layer 3. A plug 12 is formed. The second insulating film 10 is formed with a third conductive plug 11 made of tungsten which extends through the second insulating film 10 and whose lower end is electrically connected to the capacitor upper electrode 8. Yes.

第2の絶縁膜10の上には、第2の導電性プラグ11の上端と接続するアルミニウムよりなる第1の配線層13と、第3の導電性プラグ12の上端と接続するアルミニウムよりなる第3の配線層14とが形成されている。尚、第2の絶縁膜10、第1の配線層13及び第2の配線層14は、実際に特性を評価する際に、外部測定装置との接続(例えば、測定用探針のプロービング等)を容易にするために形成されている。   On the second insulating film 10, a first wiring layer 13 made of aluminum connected to the upper end of the second conductive plug 11, and a first wiring layer made of aluminum connected to the upper end of the third conductive plug 12. 3 wiring layers 14 are formed. The second insulating film 10, the first wiring layer 13, and the second wiring layer 14 are connected to an external measurement device (for example, probing a measurement probe) when actually evaluating the characteristics. It is formed to make it easier.

このように、第1の配線層13が第2の導電性プラグ11及び導電層3を介して容量下部電極6と電気的に接続されていると共に、第2の配線層14が第3の導電性プラグ12を介して容量上部電極8と電気的に接続されている。   As described above, the first wiring layer 13 is electrically connected to the capacitor lower electrode 6 through the second conductive plug 11 and the conductive layer 3, and the second wiring layer 14 is connected to the third conductive layer. The capacitor upper electrode 8 is electrically connected through the conductive plug 12.

また、第2の絶縁膜10、第1の配線層13及び第2の配線層14の上には、窒化シリコンよりなる保護絶縁膜15が形成されており、該保護絶縁膜15には、第1の配線層13の上面の一部を露出させる第1の開口部16aと第2の配線層14の上面の一部を露出させる第2の開口部16bとが形成されている。   A protective insulating film 15 made of silicon nitride is formed on the second insulating film 10, the first wiring layer 13, and the second wiring layer 14, and the protective insulating film 15 includes A first opening 16 a that exposes a part of the upper surface of one wiring layer 13 and a second opening 16 b that exposes a part of the upper surface of the second wiring layer 14 are formed.

次に、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図2(a)〜(c)及び図3(a)〜(c)を参照しながら説明する。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 (a) to (c) and FIGS. 3 (a) to (c).

まず、図2(a) に示すように、半導体基板1の上に酸化シリコンよりなる絶縁層2を形成した後、該絶縁層2の上に多結晶シリコンよりなる導電層3を形成する。その後、半導体基板1の上に、絶縁層2及び導電層3を覆うように酸化シリコンよりなる第1の絶縁膜4を形成する。尚、絶縁層2は半導体基板1と導電層3との電気的接続を遮断する役割を有している。   First, as shown in FIG. 2A, an insulating layer 2 made of silicon oxide is formed on a semiconductor substrate 1 and then a conductive layer 3 made of polycrystalline silicon is formed on the insulating layer 2. Thereafter, a first insulating film 4 made of silicon oxide is formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the insulating layer 2 and the conductive layer 3. The insulating layer 2 has a role of blocking the electrical connection between the semiconductor substrate 1 and the conductive layer 3.

次に、図2(b) に示すように、第1の絶縁膜4に導電層3と連通する第1の開口部を形成した後、該第1の開口部内に、下端が導電層3と接続するタングステンよりなる第1の導電性プラグ5を形成する。   Next, as shown in FIG. 2 (b), after forming a first opening communicating with the conductive layer 3 in the first insulating film 4, the lower end is connected to the conductive layer 3 in the first opening. A first conductive plug 5 made of tungsten to be connected is formed.

次に、図2(c) に示すように、第1の絶縁膜4の上に、第1の導電性プラグ5の上端と電気的に接続する白金よりなる容量下部電極6、強誘電体膜としてタンタル酸ストロンチウムビスマスよりなる容量絶縁膜7、及び白金よりなる容量上部電極8が下から順に積層されてなる容量素子9を形成する。次に、第1の絶縁膜4の上に、容量素子9を覆うように酸化シリコンよりなる第2の絶縁膜10を形成する。   Next, as shown in FIG. 2 (c), on the first insulating film 4, a capacitor lower electrode 6 made of platinum and electrically connected to the upper end of the first conductive plug 5, a ferroelectric film As a capacitive element 9, a capacitive insulating film 7 made of strontium bismuth tantalate and a capacitive upper electrode 8 made of platinum are sequentially laminated from the bottom. Next, a second insulating film 10 made of silicon oxide is formed on the first insulating film 4 so as to cover the capacitor element 9.

次に、図3(a) に示すように、第1の絶縁膜4及び第2の絶縁膜10に、導電層3と連通する第2の開口部を形成した後、該第2の開口部内に、下端が導電層3と接続するタングステン膜よりなる第2の導電性プラグ11を形成する。また、第2の絶縁膜10に、容量上部電極8と連通する第3の開口部を形成した後、該第3の開口部内に、下端が容量上部電極8と電気的に接続するタングステンよりなる第3の導電性プラグ12を形成する。   Next, as shown in FIG. 3 (a), a second opening communicating with the conductive layer 3 is formed in the first insulating film 4 and the second insulating film 10, and then the second opening is formed. Then, a second conductive plug 11 made of a tungsten film whose lower end is connected to the conductive layer 3 is formed. In addition, after forming a third opening communicating with the capacitor upper electrode 8 in the second insulating film 10, the lower end is made of tungsten whose lower end is electrically connected to the capacitor upper electrode 8. A third conductive plug 12 is formed.

次に、図3(b) に示すように、第2の絶縁膜10の上に、第2の導電性プラグ11の上端と接続するアルミニウムよりなる第1の配線層13を形成すると共に、第3の導電性プラグ12の上端と接続するアルミニウムよりなる第2の配線層14を形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, a first wiring layer 13 made of aluminum connected to the upper end of the second conductive plug 11 is formed on the second insulating film 10, and the first A second wiring layer 14 made of aluminum connected to the upper ends of the three conductive plugs 12 is formed.

このように、第1の配線層13が第2の導電性プラグ11及び導電層3を介して容量下部電極6と電気的に接続されていると共に、第2の配線層14が第3の導電性プラグ12を介して容量上部電極8と電気的に接続されている。   As described above, the first wiring layer 13 is electrically connected to the capacitor lower electrode 6 through the second conductive plug 11 and the conductive layer 3, and the second wiring layer 14 is connected to the third conductive layer. The capacitor upper electrode 8 is electrically connected through the conductive plug 12.

次に、図3(c) に示すように、第2の絶縁膜10、第1の配線層13及び第2の配線層14の上に、酸化シリコンよりなる保護絶縁膜15を形成した後、該保護絶縁膜15に、第1の配線層13の上面の一部を露出させる第1の開口部16aを形成すると共に、第2の配線層14の上面の一部を露出させる第2の開口部16bを形成する。   Next, as shown in FIG. 3C, after forming a protective insulating film 15 made of silicon oxide on the second insulating film 10, the first wiring layer 13, and the second wiring layer 14, A first opening 16a exposing a part of the upper surface of the first wiring layer 13 is formed in the protective insulating film 15, and a second opening exposing a part of the upper surface of the second wiring layer 14 is formed. A portion 16b is formed.

以下に、本発明の一実施形態に係る半導体装置において、プラズマ電荷が半導体装置の内部へ移動する様子について、従来の半導体装置の場合と比較しながら図4及び図9を用いて説明する。   Hereinafter, in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the manner in which the plasma charge moves into the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 4 and 9 while comparing with the case of the conventional semiconductor device.

図4は、保護絶縁膜15内に、第1及び第2の配線層13及び14の上面を露出させる第1及び第2の開口部16a及び16bを形成する工程において、第1及び第2の配線層13及び14の上に蓄積されたプラズマ電荷が半導体装置の内部へ移動する様子を模式的に示した図である。尚、図4においては、一例として第1及び第2の配線層13及び14の上に負のプラズマ電荷が蓄積される場合について示している。   FIG. 4 shows a step of forming first and second openings 16a and 16b in the protective insulating film 15 to expose the upper surfaces of the first and second wiring layers 13 and 14 in the first and second openings 16a and 16b. It is the figure which showed typically a mode that the plasma charge accumulate | stored on the wiring layers 13 and 14 moved to the inside of a semiconductor device. FIG. 4 shows a case where negative plasma charges are accumulated on the first and second wiring layers 13 and 14 as an example.

まず、第2の配線層14から容量素子9の内部へは第3の導電性プラグ12を介して容量上部電極8に至る導電性経路が存在している。従って、第2の配線層14上の蓄積電荷は、図4の矢印a1に示すように、第3の導電性プラグ12を経て容量上部電極8へと移動する。このように、第2の配線層14上の蓄積電荷が容量上部電極8へ移動する経路は、図9に示した通り、従来の半導体装置の場合と同じである。   First, there is a conductive path from the second wiring layer 14 to the inside of the capacitive element 9 to reach the capacitor upper electrode 8 through the third conductive plug 12. Accordingly, the accumulated charge on the second wiring layer 14 moves to the capacitor upper electrode 8 through the third conductive plug 12 as indicated by an arrow a1 in FIG. As described above, the path through which the accumulated charge on the second wiring layer 14 moves to the capacitor upper electrode 8 is the same as that of the conventional semiconductor device as shown in FIG.

一方、第1の配線層13から容量素子9の内部へは第2の導電性プラグ11、導電層3及び第1の導電性プラグ5を介して容量下部電極6に至る導電性経路が存在する。この場合、本発明の一実施形態に係る半導体装置においては、半導体基板1と導電層3との間には半導体基板1と導電層3との間の電気的接続を遮断する絶縁層2が形成されているので、第1の配線層13は結果的に半導体基板1と電気的に接続されていないフローティング状態になっている。従って、第1の配線層13上の蓄積電荷は、図9に示した従来の半導体装置の場合と異なり、第2の導電性プラグ11を介して導電層3に移動した後に、半導体基板1内に移動することなく、図9の矢印a2に示すように、第1の導電性プラグ5を介して容量下部電極8に全ての電荷が移動する。   On the other hand, there is a conductive path from the first wiring layer 13 to the inside of the capacitive element 9 to reach the capacitor lower electrode 6 via the second conductive plug 11, the conductive layer 3, and the first conductive plug 5. . In this case, in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the insulating layer 2 that cuts off the electrical connection between the semiconductor substrate 1 and the conductive layer 3 is formed between the semiconductor substrate 1 and the conductive layer 3. As a result, the first wiring layer 13 is in a floating state that is not electrically connected to the semiconductor substrate 1 as a result. Therefore, unlike the conventional semiconductor device shown in FIG. 9, the accumulated charge on the first wiring layer 13 moves to the conductive layer 3 via the second conductive plug 11 and then moves into the semiconductor substrate 1. All the charges move to the capacitor lower electrode 8 through the first conductive plug 5 as shown by an arrow a2 in FIG.

すなわち、本発明の一実施形態に係る半導体装置では、容量下部電極6側の端子となる第1の配線層13及び容量上部電極8側の端子である第2の配線層14は共に半導体基板1に接続されていないフローティング状態になっていることにより、第1の配線層13上の蓄積電荷は容量上部電極6に移動すると共に第2の配線層14上の蓄積電荷は容量下部電極8まで移動する。従って、容量下部電極6と容量上部電極8とには等量の負の電荷が蓄積される状態となるので、容量下部電極6と容量上部電極8との間に電位的な不均衡は発生しない。   That is, in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the first wiring layer 13 serving as the terminal on the capacitor lower electrode 6 side and the second wiring layer 14 serving as the terminal on the capacitor upper electrode 8 side are both included in the semiconductor substrate 1. As a result, the accumulated charge on the first wiring layer 13 moves to the capacitor upper electrode 6 and the accumulated charge on the second wiring layer 14 moves to the capacitor lower electrode 8. To do. Accordingly, since an equal amount of negative charges is accumulated in the capacitor lower electrode 6 and the capacitor upper electrode 8, no potential imbalance occurs between the capacitor lower electrode 6 and the capacitor upper electrode 8. .

これにより、容量下部電極6と容量上部電極8との間に電位差が発生することがないため、半導体装置の製造工程中において、容量絶縁膜7を構成する強誘電体膜に意図しない自発分極が発生しないので、強誘電体膜にインプリントが発生することを防止することができる。従って、半導体装置の特性変動を防止することができるので、本発明に係る半導体装置を用いることにより、特性評価の対象となる容量素子の特性を正しくモニターすることができる。   As a result, no potential difference is generated between the capacitor lower electrode 6 and the capacitor upper electrode 8. Therefore, unintended spontaneous polarization occurs in the ferroelectric film constituting the capacitor insulating film 7 during the manufacturing process of the semiconductor device. Since it does not occur, imprinting can be prevented from occurring in the ferroelectric film. Therefore, since the characteristic variation of the semiconductor device can be prevented, by using the semiconductor device according to the present invention, it is possible to correctly monitor the characteristic of the capacitive element to be subjected to characteristic evaluation.

また、本発明の一実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によると、絶縁層2及び導電層3よりなる積層体は、半導体基板1上に形成される強誘電体メモリ装置を構成する図示していないトランジスタにおけるゲート絶縁膜及びゲート電極よりなる積層体と同一の材料及び同一の構造を有していることが好ましい。このため、絶縁層2及び導電層3よりなる積層体は、半導体基板1上に形成されるトランジスタを構成するゲート絶縁膜及びゲート電極よりなる積層体と同一工程により形成することができる。従って、導電層3を半導体基板1に対してフローティング状態にするための絶縁層2及び導電層3を形成する目的で新たな工程の付加及び新たな材料の選択を行なうことなく、特性変動のない特性評価用の容量素子を極めて容易に得ることができる。   In addition, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention, the stacked body including the insulating layer 2 and the conductive layer 3 constitutes a ferroelectric memory device formed on the semiconductor substrate 1. It is preferable to have the same material and the same structure as the stacked body including the gate insulating film and the gate electrode in the transistor that is not formed. For this reason, the stacked body formed of the insulating layer 2 and the conductive layer 3 can be formed in the same process as the stacked body formed of the gate insulating film and the gate electrode constituting the transistor formed over the semiconductor substrate 1. Therefore, there is no characteristic variation without adding a new process and selecting a new material for the purpose of forming the insulating layer 2 and the conductive layer 3 for bringing the conductive layer 3 into a floating state with respect to the semiconductor substrate 1. Capacitance elements for characteristic evaluation can be obtained very easily.

以下に、本発明の一実施形態に係る半導体装置によって測定した強誘電体膜を有する容量素子の分極−電圧特性について、従来の半導体装置によって測定した強誘電体膜を有する容量素子の分極−電圧特性と比較しながら図5を用いて説明する。   Hereinafter, with respect to the polarization-voltage characteristics of the capacitive element having the ferroelectric film measured by the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, the polarization-voltage of the capacitive element having the ferroelectric film measured by the conventional semiconductor device is described. This will be described with reference to FIG.

図5に示すように、従来の半導体装置を用いて測定した容量素子の分極−電圧特性は、強誘電体膜に発生するインプリントによって分極−電圧特性が正電圧側にシフトしており、容量素子の分極特性が変動しているが、本発明の一実施形態に係る半導体装置を用いて測定した容量素子の分極−電圧特性はシフトしていない。このため、本発明の一実施形態に係る半導体装置では、容量絶縁膜7を構成する強誘電体膜におけるインプリントの発生が防止されており、本発明の一実施形態に係る半導体装置では特性変動が生じていないことが分かる。   As shown in FIG. 5, the polarization-voltage characteristic of the capacitive element measured using a conventional semiconductor device is shifted to the positive voltage side due to the imprint generated in the ferroelectric film. Although the polarization characteristics of the element fluctuate, the polarization-voltage characteristics of the capacitive element measured using the semiconductor device according to one embodiment of the present invention are not shifted. For this reason, in the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, occurrence of imprint in the ferroelectric film constituting the capacitive insulating film 7 is prevented, and in the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, the characteristic variation It can be seen that is not occurring.

尚、本発明の一実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、容量下部電極6側の端子となる第1の配線層13と容量上部電極8側の端子となる第2の配線層14が形成されているが、導電層3又は容量上部電極8を測定用の端子として用いることができるような構造にすることも可能である。この場合には、第1の配線層13及び第2の配線層14、並びにこれらに接続する第2の導電性プラグ11及び第3の導電性プラグ12は存在しない構成にすることもできる。   In the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention, the first wiring layer 13 serving as a terminal on the capacitor lower electrode 6 side and the second wiring layer 14 serving as a terminal on the capacitor upper electrode 8 side are provided. Although formed, it is also possible to adopt a structure in which the conductive layer 3 or the capacitor upper electrode 8 can be used as a measurement terminal. In this case, the first wiring layer 13 and the second wiring layer 14, and the second conductive plug 11 and the third conductive plug 12 connected to them may be omitted.

また、本発明の一実施形態に係る半導体装置においては、前述の通り、絶縁層2及び導電層3よりなる積層体は、半導体基板1上に形成されるトランジスタのゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と同一工程により形成されることが好ましいとしているが、製造プロセスの都合により、トランジスタのゲート酸化膜及びゲート電極とを異なる工程で形成してもよいことは言うまでもない。   In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, as described above, the stacked body including the insulating layer 2 and the conductive layer 3 forms the gate insulating film and the gate electrode of the transistor formed on the semiconductor substrate 1. However, it is needless to say that the gate oxide film and the gate electrode of the transistor may be formed in different steps for convenience of the manufacturing process.

以上のように、本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、半導体基板1と導電層3との間に、半導体基板1と導電層3との電気的接続を遮断する絶縁層2が形成されているので、容量下部電極6側の端子となる第1の配線層13と容量上部電極8側の端子となる第2の配線層14とが共に半導体基板1に電気的に接続されないフローティング状態になるため、容量上部電極8と容量下部電極6とのそれぞれに蓄積されるプラズマ電荷は同等になるので、製造工程中における容量下部電極6と容量上部電極8とに対するプラズマ電荷の蓄積の相違が起因になって生じる容量下部電極6と容量上部電極8との間の電位的な不均衡を防止することができる。従って、容量絶縁膜7を構成する強誘電体膜においてインプリントが発生しないため、半導体装置の特性変動を防止することができるので、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置を用いれば、特性評価の対象となる容量素子の特性を正しくモニターすることができる。   As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, the insulating layer 2 that cuts off the electrical connection between the semiconductor substrate 1 and the conductive layer 3 is formed between the semiconductor substrate 1 and the conductive layer 3. Therefore, both the first wiring layer 13 serving as the terminal on the capacitor lower electrode 6 side and the second wiring layer 14 serving as the terminal on the capacitor upper electrode 8 side are not electrically connected to the semiconductor substrate 1. Therefore, the plasma charges stored in the capacitor upper electrode 8 and the capacitor lower electrode 6 are equal to each other. Therefore, there is a difference in plasma charge storage between the capacitor lower electrode 6 and the capacitor upper electrode 8 during the manufacturing process. Thus, potential imbalance between the lower capacitor electrode 6 and the upper capacitor electrode 8 can be prevented. Therefore, since imprint does not occur in the ferroelectric film constituting the capacitor insulating film 7, the characteristic variation of the semiconductor device can be prevented, so that the semiconductor device is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention. If the semiconductor device is used, it is possible to correctly monitor the characteristics of the capacitive element to be evaluated.

このように、本発明に係る第1の半導体装置では、半導体基板1と導電層3との間には、半導体基板1と導電層3との電気的接続を遮断する絶縁層2が形成されているので、容量下部電極6側の端子となる第1の配線層13と容量上部電極8側の端子となる第2の配線層14とが共に半導体基板1に電気的に接続されないフローティング状態になるため、容量下部電極6と容量上部電極8とのそれぞれに蓄積されるプラズマ電荷は同等になるので、製造工程中における容量下部電極6と容量上部電極8とに対するプラズマ電荷の蓄積の相違が起因になって生じる容量下部電極6と容量上部電極8との間の電位的な不均衡を防止することができる。このため、容量絶縁膜7を構成する強誘電体膜においてインプリントが発生しないため、半導体装置の特性変動を防止することができるので、本実施形態に係る半導体装置によって、特性評価の対象となる容量素子9の特性を正しくモニターすることができる。   As described above, in the first semiconductor device according to the present invention, the insulating layer 2 that cuts off the electrical connection between the semiconductor substrate 1 and the conductive layer 3 is formed between the semiconductor substrate 1 and the conductive layer 3. Therefore, the first wiring layer 13 serving as the terminal on the capacitor lower electrode 6 side and the second wiring layer 14 serving as the terminal on the capacitor upper electrode 8 side are both in a floating state where they are not electrically connected to the semiconductor substrate 1. Therefore, the plasma charges stored in the capacitor lower electrode 6 and the capacitor upper electrode 8 are equal to each other. Therefore, the difference in plasma charge storage between the capacitor lower electrode 6 and the capacitor upper electrode 8 during the manufacturing process is caused. Thus, potential imbalance between the lower capacitor electrode 6 and the upper capacitor electrode 8 can be prevented. For this reason, since imprint does not occur in the ferroelectric film constituting the capacitive insulating film 7, the characteristic variation of the semiconductor device can be prevented. Therefore, the semiconductor device according to the present embodiment is subjected to characteristic evaluation. The characteristics of the capacitive element 9 can be monitored correctly.

本発明によると、製造工程中において特性変動を生じさせることなく、特性評価用の半導体装置を形成するできるため、強誘電体メモリ装置を構成するスタック型構造を有する容量素子の特性を正しくモニターすることができるので、強誘電体材料よりなる容量絶縁膜を用いた特性評価の対象となる容量素子の特性評価に有用である。   According to the present invention, since a semiconductor device for characteristic evaluation can be formed without causing characteristic fluctuations during the manufacturing process, the characteristics of a capacitive element having a stack type structure constituting a ferroelectric memory device can be correctly monitored. Therefore, it is useful for the characteristic evaluation of a capacitor element to be subjected to characteristic evaluation using a capacitive insulating film made of a ferroelectric material.

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. (a)〜(c)は、本発明の第1の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である。(a)-(c) is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. (a)〜(c)は、本発明の第1の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である。(a)-(c) is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置における第1及び第2の配線層上に蓄積された電荷の移動の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a state of movement of charges accumulated on the first and second wiring layers in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の分極−電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the polarization-voltage characteristic of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 従来の半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional semiconductor device. (a)〜(c)は、従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。(a)-(c) is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the conventional semiconductor device. (a)〜(c)は、従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。(a)-(c) is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置における第1及び第2の配線層上に蓄積された電荷の移動の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode of the movement of the electric charge accumulate | stored on the 1st and 2nd wiring layer in the conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2 絶縁層
3 導電層
4 第1の絶縁膜
5 第1の導電性プラグ
6 容量下部電極
7 容量絶縁膜
8 容量上部電極
9 容量素子
10 第2の絶縁膜
11 第2の導電性プラグ
12 第3の導電性プラグ
13 第1の配線層
14 第2の配線層
15 保護絶縁膜
16a 第1の開口部
16b 第2の開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Insulating layer 3 Conductive layer 4 1st insulating film 5 1st electroconductive plug 6 Capacitor lower electrode 7 Capacitor insulating film 8 Capacitor upper electrode 9 Capacitance element 10 2nd insulating film 11 2nd electroconductive plug 12 3rd conductive plug 13 1st wiring layer 14 2nd wiring layer 15 Protective insulating film 16a 1st opening part 16b 2nd opening part

Claims (6)

半導体基板の上に形成された導電層と、
前記半導体基板の上に、前記導電層を覆うように形成された第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜内に形成され、下端が前記導電層に接続している導電性プラグと、
前記第1の絶縁膜の上に形成され、前記導電性プラグの上端と電気的に接続している容量下部電極と、
前記容量下部電極の上に形成された強誘電体膜よりなる容量絶縁膜と、
前記容量絶縁膜の上に形成された容量上部電極とを備えている半導体装置において、
前記半導体基板と前記導電層との間には、前記半導体基板と前記導電層との電気的接続を遮断する絶縁層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
A conductive layer formed on a semiconductor substrate;
A first insulating film formed on the semiconductor substrate so as to cover the conductive layer;
A conductive plug formed in the first insulating film and having a lower end connected to the conductive layer;
A capacitor lower electrode formed on the first insulating film and electrically connected to an upper end of the conductive plug;
A capacitive insulating film made of a ferroelectric film formed on the capacitive lower electrode;
In a semiconductor device comprising a capacitor upper electrode formed on the capacitor insulating film,
A semiconductor device characterized in that an insulating layer for blocking electrical connection between the semiconductor substrate and the conductive layer is provided between the semiconductor substrate and the conductive layer.
前記第1の絶縁膜の上に、前記容量上部電極を覆うように形成された第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜の上に形成され、前記導電層と電気的に接続している第1の配線層と、
前記第2の絶縁膜の上に形成され、前記容量上部電極と電気的に接続している第2の配線層とをさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
A second insulating film formed on the first insulating film so as to cover the capacitor upper electrode;
A first wiring layer formed on the second insulating film and electrically connected to the conductive layer;
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second wiring layer formed on the second insulating film and electrically connected to the capacitor upper electrode.
前記絶縁層及び前記導電層よりなる積層体は、前記半導体基板上に形成されるトランジスタを構成するゲート絶縁膜及びゲート電極よりなる積層体と同一の構造であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。   2. The stacked body made of the insulating layer and the conductive layer has the same structure as the stacked body made of a gate insulating film and a gate electrode constituting a transistor formed on the semiconductor substrate. 2. The semiconductor device according to 2. 半導体基板の上に導電層を形成する工程と、
前記半導体基板の上に、前記導電層を覆うように第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜内に、下端が前記導電層に接続するように導電性プラグを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の上に、前記導電性プラグの上端と電気的に接続するように容量下部電極を形成する工程と、
前記容量下部電極の上に、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を形成する工程と、
前記容量絶縁膜の上に容量上部電極を形成する工程とを備える半導体装置の製造方法において、
前記導電層を形成する工程よりも前に、前記半導体基板の上に、前記半導体基板と前記導電層との電気的接続を遮断する絶縁層を形成する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a conductive layer on a semiconductor substrate;
Forming a first insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the conductive layer;
Forming a conductive plug in the first insulating film such that a lower end is connected to the conductive layer;
Forming a capacitor lower electrode on the first insulating film so as to be electrically connected to an upper end of the conductive plug;
Forming a capacitive insulating film made of a ferroelectric film on the capacitive lower electrode;
Forming a capacitor upper electrode on the capacitor insulating film, and a method for manufacturing a semiconductor device,
Before the step of forming the conductive layer, a step of forming an insulating layer on the semiconductor substrate that blocks electrical connection between the semiconductor substrate and the conductive layer is provided. Production method.
前記第1の絶縁膜の上に、前記容量上部電極を覆うように第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜の上に、前記導電層と電気的に接続するように第1の配線層を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜の上に、前記容量上部電極と電気的に接続するように第2の配線層を形成する工程とをさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
Forming a second insulating film on the first insulating film so as to cover the capacitor upper electrode;
Forming a first wiring layer on the second insulating film so as to be electrically connected to the conductive layer;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising: forming a second wiring layer on the second insulating film so as to be electrically connected to the capacitor upper electrode. Method.
前記絶縁層及び前記導電層よりなる積層体は、前記半導体基板上に形成されるトランジスタのゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と同一工程により形成されることを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体装置の製造方法。   6. The stacked body formed of the insulating layer and the conductive layer is formed by the same process as the process of forming a gate insulating film and a gate electrode of a transistor formed on the semiconductor substrate. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3.
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