JP2006032734A - Ferroelectric memory and its manufacturing method - Google Patents

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Hideki Sugiyama
秀樹 杉山
Seiichi Takahashi
誠一 高橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for improving reliability of a ferroelectric memory. <P>SOLUTION: It is possible to restrain generation of troubles such as a seam and a void in a hydrogen protection film and excessive etching of the hydrogen protection film in a projection part when a capacity contact is opened. The necessity of preparation of a special device and the necessity of heat treatment at a high temperature are low. Therefore, generation of a leak path of hydrogen generated in the hydrogen protection film can be effectively restrained, and reduction deterioration can be restrained in a ferroelectric film due to hydrogen atmosphere exposure in post-process. Consequently, hydrogen barrier property of the hydrogen protection film 113 formed in the upper surface of the ferroelectric capacity element 132 for restraining hydrogen from entering the ferroelectric capacity element 132 can be fully shown. Consequently, yield of a ferroelectric memory 100 and data retention property can be improved effectively. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、強誘電体メモリおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a ferroelectric memory and a method for manufacturing the same.

近年、強誘電体膜の備える分極保持特性を利用したメモリ素子の技術開発が活発に行われている。この強誘電体メモリを構成するため、通常は強誘電体容量形成の後に、層間膜、スルーホール、配線、パッシベーションなどを形成する必要がある。しかしながら、強誘電体膜の性質はこれらの工程を経ることによって容易に変化し、これにより強誘電体メモリの性能や信頼性が低下することが知られている。そのため、強誘電体容量形成後にこれらの工程を経ることによる強誘電体膜の特性の変化が最小限になるようなメモリ素子の構成及び製造方法が望まれている。   In recent years, technological development of memory elements using polarization maintaining characteristics provided in a ferroelectric film has been actively conducted. In order to constitute this ferroelectric memory, it is usually necessary to form an interlayer film, a through hole, a wiring, a passivation and the like after forming the ferroelectric capacitor. However, it is known that the properties of the ferroelectric film are easily changed through these steps, thereby reducing the performance and reliability of the ferroelectric memory. Therefore, there is a demand for a memory element configuration and manufacturing method that minimizes changes in the characteristics of the ferroelectric film due to these steps after formation of the ferroelectric capacitor.

かかる強誘電体膜の特性変化を引き起こす要因としては、半導体プロセス中の還元雰囲気による酸化物強誘電体膜の還元劣化や応力に起因する強誘電体膜の格子歪みによる分極特性の変化等が一般に知られている。   Factors that cause changes in the characteristics of such ferroelectric films are generally reduction degradation of oxide ferroelectric films due to reducing atmospheres during semiconductor processes and changes in polarization characteristics due to lattice distortion of ferroelectric films caused by stress. Are known.

かかる問題を解決する強誘電体記憶装置の一例が特許文献1に記載されている。   An example of a ferroelectric memory device that solves such a problem is described in Patent Document 1.

特開平7−111318号公報JP-A-7-111318 特開平7−38003号公報JP 7-38003 A 特開平10−229169号公報JP-A-10-229169 特開平11−307735号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-307735

特許文献1記載の技術によれば、下部電極、強誘電体膜、上部電極を順次積層して得られる強誘電体容量上に窒化アルミニウム(AlN)あるいは窒化チタン(TiN)からなる水素保護膜が形成されている。ここで、AlN及びTiNは膜密度が比較的高く水素を透過させ難いという性質がある。そのため、水素が強誘電体膜にまで到達して還元反応が起こることを抑制する効果がある。   According to the technique described in Patent Document 1, a hydrogen protective film made of aluminum nitride (AlN) or titanium nitride (TiN) is formed on a ferroelectric capacitor obtained by sequentially laminating a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode. Is formed. Here, AlN and TiN have a property that the film density is relatively high and it is difficult for hydrogen to permeate. Therefore, there is an effect of suppressing hydrogen from reaching the ferroelectric film and causing a reduction reaction.

また、AlN及びTiNは導電性を有するため、容量コンタクトを開口する際にこの部分の水素保護膜を除去する必要が無い。よって水素保護膜の遮蔽効果を損なうことなく容量コンタクトを開口することが出来る。   Further, since AlN and TiN have conductivity, it is not necessary to remove this portion of the hydrogen protective film when opening the capacitor contact. Therefore, it is possible to open the capacitor contact without impairing the shielding effect of the hydrogen protective film.

しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。   However, the prior art described in the above literature has room for improvement in the following points.

特許文献1の図1においては、強誘電体膜の表面は全て平坦に記載されている。しかしながら、実際には強誘電体膜は多結晶の状態で用いられる場合が多く、表面には凹凸が存在する。特に強誘電体膜が柱状結晶構造である場合は、成長速度の遅い結晶面が表面に現れてファセットが構成され、そのファセットの境界部で鋭角の凹凸が生じる。   In FIG. 1 of Patent Document 1, all surfaces of the ferroelectric film are described flat. However, in practice, the ferroelectric film is often used in a polycrystalline state, and there are irregularities on the surface. In particular, when the ferroelectric film has a columnar crystal structure, a crystal plane with a slow growth rate appears on the surface to form facets, and acute-angle irregularities occur at the boundary portions of the facets.

図12は、強誘電体膜表面の凹凸を考慮して、強誘電体容量を記載した断面図である。水素保護膜13は凹凸のある上部電極11上に形成される。水素保護膜13の形成には、水素を放出しない成膜方法であるスパッタ法などが用いられる。しかしながら、スパッタ法では凹凸のある表面に均一に成長させることは難しく、特に上部電極11の凹部において水素保護膜13の膜中にシーム14やボイド15などが形成される場合がある。ここで、シーム14やボイド15が形成された箇所では水素保護膜13の膜厚が局所的に薄くなるため、水素のリークパスになりやすいと考えられる。   FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a ferroelectric capacitor in consideration of irregularities on the surface of the ferroelectric film. The hydrogen protective film 13 is formed on the uneven upper electrode 11. For the formation of the hydrogen protective film 13, a sputtering method, which is a film forming method that does not release hydrogen, is used. However, it is difficult to uniformly grow on a rough surface by sputtering, and in particular, a seam 14 or a void 15 may be formed in the film of the hydrogen protective film 13 in the concave portion of the upper electrode 11. Here, since the film thickness of the hydrogen protective film 13 is locally thinned at the place where the seam 14 and the void 15 are formed, it is considered that a hydrogen leak path is likely to occur.

また、図13は、かかる強誘電体容量の上に容量カバー膜16を形成し、容量コンタクト17を開口した状態を示す断面図である。上部電極11および水素保護膜13を確実に導通するためには、容量コンタクト17を開口する際のエッチングを、水素保護膜13の凹部が露出するまで行う必要がある。そのため、凸部ではエッチング時間が過剰となり、水素保護膜13が局所的に薄くなる。また、その他の箇所においても、容量コンタクト17を開口する時に水素保護膜13の表面がエッチングされることにより、水素保護膜13中に存在していたシーム14の開口部が広がったり、ボイド15が表面に露出したりすることにより、それぞれの部分における水素保護膜13の膜厚がさらに薄くなり、より水素を透過させやすくなるものと考えられる。   FIG. 13 is a cross-sectional view showing a state in which the capacitor cover film 16 is formed on the ferroelectric capacitor and the capacitor contact 17 is opened. In order to ensure conduction between the upper electrode 11 and the hydrogen protective film 13, it is necessary to perform etching when opening the capacitor contact 17 until the concave portion of the hydrogen protective film 13 is exposed. Therefore, the etching time is excessive at the convex portion, and the hydrogen protective film 13 is locally thinned. In other locations, the surface of the hydrogen protective film 13 is etched when the capacitor contact 17 is opened, so that the opening of the seam 14 existing in the hydrogen protective film 13 is expanded or the void 15 is formed. It is considered that by exposing to the surface, the thickness of the hydrogen protective film 13 in each portion is further reduced, and hydrogen is more easily transmitted.

以上のように、従来の技術においては、水素保護膜13が凹凸のある上部電極11上に形成されることによって、水素保護膜13に局所的な水素のリークパスが発生しやすくなり、リークパスを介して浸入した水素によって強誘電体膜10が還元されるという点で改善の余地を有していた。   As described above, in the conventional technique, the hydrogen protective film 13 is formed on the uneven upper electrode 11, so that a local hydrogen leak path is easily generated in the hydrogen protective film 13, and the There is room for improvement in that the ferroelectric film 10 is reduced by the hydrogen that has entered.

ここで、水素保護膜13中に存在する水素のリークパスの面密度が増大すると、このリークパスを含有する強誘電体容量の割合が増加し、歩留まりの低下を招く。そのため、かかるリークパスの面密度を減少させることが必要である。   Here, when the surface density of the hydrogen leak path existing in the hydrogen protective film 13 increases, the ratio of the ferroelectric capacitance containing this leak path increases, leading to a decrease in yield. Therefore, it is necessary to reduce the surface density of such a leak path.

上記の課題を解決する方法の一つの例として、強誘電体膜表面の平坦化が考えられており、強誘電体膜の凹部での電界集中に起因するリーク電流の抑制、強誘電体膜の微視的な膜厚ばらつきによる分極特性のばらつきの抑制などを目的とした技術が存在する。また、かかる従来技術のうち、強誘電体膜の分極特性を損なうことなく平坦化を目指した技術としては、特許文献2〜特許文献4に記載された技術等が挙げられる。しかしながら、いずれも650℃以上の高温での熱処理が必要であったり、平坦化のための特別な機構を有する装置を用意する必要がある等の制約があるという点で改善の余地を有していた。   As one example of a method for solving the above-described problem, flattening of the surface of the ferroelectric film is considered, suppressing leakage current due to electric field concentration in the concave portion of the ferroelectric film, There is a technique for the purpose of suppressing variations in polarization characteristics due to microscopic film thickness variations. Among such conventional techniques, techniques aiming at flattening without impairing the polarization characteristics of the ferroelectric film include the techniques described in Patent Documents 2 to 4. However, all have room for improvement in that there are restrictions such as the necessity of heat treatment at a high temperature of 650 ° C. or higher or the need to prepare a device having a special mechanism for flattening. It was.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、強誘電体メモリの信頼性を向上させる技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a technique for improving the reliability of a ferroelectric memory.

本発明によれば、半導体基板と、該半導体基板上に設けられ、下部電極と、強誘電体膜と、上部電極と、水素保護膜とが、この順に積層してなる強誘電体キャパシタと、を備え、上部電極の水素保護膜と接する側の面の平坦度が、強誘電体膜の上部電極と接する側の面の平坦度よりも大きいことを特徴とする強誘電体メモリが提供される。   According to the present invention, a semiconductor substrate, a ferroelectric capacitor provided on the semiconductor substrate, in which a lower electrode, a ferroelectric film, an upper electrode, and a hydrogen protective film are stacked in this order; There is provided a ferroelectric memory characterized in that the flatness of the surface of the upper electrode on the side in contact with the hydrogen protective film is larger than the flatness of the surface of the ferroelectric film on the side in contact with the upper electrode. .

本発明によれば、上部電極の水素保護膜と接する側の面の平坦度が、強誘電体膜の上部電極と接する側の面の平坦度よりも大きいことにより、強誘電体キャパシタへの水素の浸入を抑制することを目的として形成される水素保護膜の水素バリア性を向上させることができる。したがって、強誘電体メモリの歩留まりおよび特性を向上させることができる。この結果、強誘電体メモリの信頼性を向上させることができる。   According to the present invention, the flatness of the surface of the upper electrode in contact with the hydrogen protective film is larger than the flatness of the surface of the ferroelectric film on the side in contact with the upper electrode. It is possible to improve the hydrogen barrier property of the hydrogen protective film formed for the purpose of suppressing the intrusion of. Therefore, the yield and characteristics of the ferroelectric memory can be improved. As a result, the reliability of the ferroelectric memory can be improved.

本発明によれば、半導体基板を用意する工程と、半導体基板上に下部電極を形成する工程と、下部電極上に強誘電体膜を形成する工程と、強誘電体膜上に上部電極を形成する工程と、上部電極上に膜を形成する工程と、膜上に水素保護膜を形成する工程と、を含み、膜が上部電極の少なくとも一部を埋め込むことを特徴とする強誘電体メモリの製造方法が提供される。   According to the present invention, a step of preparing a semiconductor substrate, a step of forming a lower electrode on the semiconductor substrate, a step of forming a ferroelectric film on the lower electrode, and an upper electrode on the ferroelectric film And a step of forming a film on the upper electrode, and a step of forming a hydrogen protective film on the film, wherein the film embeds at least a part of the upper electrode. A manufacturing method is provided.

本発明によれば、膜が上部電極の少なくとも一部を埋め込むため、上部電極の上面が強誘電体膜の上面よりも平坦になり、強誘電体キャパシタへの水素の浸入を抑制することを目的として形成される水素保護膜の水素バリア性を向上させることができる。したがって、効率的に強誘電体メモリの歩留まりおよび特性を向上させることができる。この結果、効率的に強誘電体メモリの信頼性を向上させることができる。   According to the present invention, since the film embeds at least a part of the upper electrode, the upper surface of the upper electrode becomes flatter than the upper surface of the ferroelectric film, and the purpose is to suppress the intrusion of hydrogen into the ferroelectric capacitor. The hydrogen barrier property of the hydrogen protective film formed as can be improved. Therefore, the yield and characteristics of the ferroelectric memory can be improved efficiently. As a result, the reliability of the ferroelectric memory can be improved efficiently.

本発明によれば、半導体基板を用意する工程と、半導体基板上に下部電極を形成する工程と、下部電極上に強誘電体膜を形成する工程と、強誘電体膜上に上部電極を形成する工程と、上部電極を平坦化する工程と、上記工程において平坦化された上部電極上に水素保護膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする強誘電体メモリの製造方法が提供される。   According to the present invention, a step of preparing a semiconductor substrate, a step of forming a lower electrode on the semiconductor substrate, a step of forming a ferroelectric film on the lower electrode, and an upper electrode on the ferroelectric film And a step of flattening the upper electrode, and a step of forming a hydrogen protective film on the flattened upper electrode in the above step. The

本発明によれば、上部電極を平坦化し、平坦化された上部電極上に水素保護膜を形成するため、上部電極の上面が強誘電体膜の上面よりも平坦になり、強誘電体キャパシタへの水素の浸入を抑制することを目的として形成される水素保護膜の水素バリア性を向上させることができる。したがって、効率的に強誘電体メモリの歩留まりおよび特性を向上させることができる。この結果、効率的に強誘電体メモリの信頼性を向上させることができる。   According to the present invention, since the upper electrode is flattened and the hydrogen protective film is formed on the flattened upper electrode, the upper surface of the upper electrode becomes flatter than the upper surface of the ferroelectric film. The hydrogen barrier property of the hydrogen protective film formed for the purpose of suppressing the intrusion of hydrogen can be improved. Therefore, the yield and characteristics of the ferroelectric memory can be improved efficiently. As a result, the reliability of the ferroelectric memory can be improved efficiently.

本発明によれば、強誘電体メモリの信頼性を向上させる技術が提供される。   According to the present invention, a technique for improving the reliability of a ferroelectric memory is provided.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

第1の実施の形態
図1に、本実施形態に係る強誘電体メモリ100のメモリセル部の断面図を示す。メモリセルは、半導体基板101と、半導体基板101上に設けられ、拡散層102とゲート電極103とを含むメモリセルトランジスタ130と、SiOなどにより構成される層間絶縁膜107内に設けられた第1メタル配線105と、SiOなどにより構成される容量カバー膜116内に設けられた強誘電体キャパシタである強誘電体容量素子132と、強誘電体容量素子132の上に設けられたSiO、Siなどにより構成されるパッシベーション膜119内の第2メタル配線118とを有する。拡散層102と第1メタル配線105とは第1プラグ104を介して接続され、第1メタル配線105と強誘電体容量素子132とは第2プラグ106を介して接続され、強誘電体容量素子132と第2メタル配線118とは容量コンタクト117を介して接続されている。
First Embodiment FIG. 1 is a sectional view of a memory cell portion of a ferroelectric memory 100 according to this embodiment. The memory cell is provided on a semiconductor substrate 101, a memory cell transistor 130 provided on the semiconductor substrate 101, including a diffusion layer 102 and a gate electrode 103, and an interlayer insulating film 107 formed of SiO 2 or the like. a first metal wiring 105, the ferroelectric capacitive element 132 is a ferroelectric capacitor provided in the formed capacitor cover film 116 due to SiO 2, ferroelectric SiO 2 provided on the capacitive element 132 And a second metal wiring 118 in the passivation film 119 made of Si 3 N 4 or the like. The diffusion layer 102 and the first metal wiring 105 are connected via the first plug 104, and the first metal wiring 105 and the ferroelectric capacitor element 132 are connected via the second plug 106, and the ferroelectric capacitor element 132 and the second metal wiring 118 are connected via a capacitor contact 117.

図2は、図1の強誘電体容量素子132の部分を拡大した断面図である。強誘電体容量素子132は、下から、層間絶縁膜107中のプラグ106と電気的に接続され、導電性を有する下部バリア膜108、下部電極109、強誘電体膜110、上部電極111、膜である第2上部電極112、水素保護膜113の順に積層されて形成されている。ここで、第2上部電極112は上部電極111の表面の一部を埋め込むように形成されており、主に上部電極111の上面に設けられている凹部の底部を埋め込むように形成されている。かかる上部電極111と第2上部電極112とで構成される膜の表面は、強誘電体膜110の表面よりも平坦度が大きくなっている。   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the ferroelectric capacitor element 132 of FIG. The ferroelectric capacitor 132 is electrically connected to the plug 106 in the interlayer insulating film 107 from below, and has a conductive lower barrier film 108, lower electrode 109, ferroelectric film 110, upper electrode 111, film. The second upper electrode 112 and the hydrogen protective film 113 are stacked in this order. Here, the second upper electrode 112 is formed so as to embed a part of the surface of the upper electrode 111, and is formed so as to bury mainly the bottom of the concave portion provided on the upper surface of the upper electrode 111. The surface of the film composed of the upper electrode 111 and the second upper electrode 112 has a greater flatness than the surface of the ferroelectric film 110.

ここで、平坦度flatness(v)とは、点vに対し、vの周りの点の位置の分布からvの平坦の度合いを表す指標であり、次の式のように定義することができる。   Here, the flatness flatness (v) is an index representing the degree of flatness of v from the distribution of the positions of points around v with respect to the point v, and can be defined as the following equation.

flatness(v)=N(v) ・・(1)   flatness (v) = N (v) (1)

ここで、N(v)とは、平面の特徴を表す関数(面積、法線ベクトル、点の数など)のことである。   Here, N (v) is a function (area, normal vector, number of points, etc.) representing the features of the plane.

また、上部電極111と第2上部電極112とで構成される膜の表面は、少なくとも強誘電体膜110の表面よりも平坦度が大きくなっているとは、上部電極111の表面に存在する凹部の平均アスペクト比が強誘電体膜110の表面に存在する凹部の平均アスペクト比よりも大きいこととして定義してもよい。ここで、凹部とは、たとえば、上部電極111の表面形状を数式化したときに極小値を含む部分と、凹関数から凸関数への変曲点と、凸関数から凹関数への変曲点とを含む部分のことをさし、凹部の平均アスペクト比とは、凹部における横方向の長さと縦方向の長さとの比のことをさす。また、凹部の底部とは極小値を含む部分の近傍のことをさす。   Further, the surface of the film composed of the upper electrode 111 and the second upper electrode 112 has a flatness greater than at least the surface of the ferroelectric film 110. May be defined as being larger than the average aspect ratio of the recesses present on the surface of the ferroelectric film 110. Here, the concave portion is, for example, a portion including a minimum value when the surface shape of the upper electrode 111 is formulated, an inflection point from the concave function to the convex function, and an inflection point from the convex function to the concave function. The average aspect ratio of the recess means the ratio of the horizontal length and the vertical length of the recess. Moreover, the bottom part of a recessed part means the vicinity of the part containing minimum value.

さらに、上部電極111と第2上部電極112とで構成される膜の表面は、少なくとも強誘電体膜110の表面よりも平坦度が大きくなっているとは、上部電極111の表面に存在する凹部の面密度が強誘電体膜110の表面に存在する凹部の面密度よりも小さいこととして定義してもよい。ここで、凹部の面密度とは、たとえば、上部電極111の表面に存在する凹部の数を上部電極111の表面積で除したものである。   Furthermore, the surface of the film composed of the upper electrode 111 and the second upper electrode 112 has a flatness greater than at least the surface of the ferroelectric film 110. May be defined as being smaller than the surface density of the recesses present on the surface of the ferroelectric film 110. Here, the surface density of the recesses is, for example, the number of recesses present on the surface of the upper electrode 111 divided by the surface area of the upper electrode 111.

さらにまた、上部電極111と第2上部電極112とで構成される膜の表面は、少なくとも強誘電体膜110の表面よりも平坦度が大きくなっているとは、上部電極111の表面に存在する凸部の平均高さが強誘電体膜110の表面に存在する凸部の平均高さよりも小さいこととして定義してもよい。ここで、凸部とは、たとえば、上部電極111の表面形状を数式化したときに、極大値を含む部分と、凹関数から凸関数への変曲点と、凸関数から凹関数への変曲点とを含む部分のことをさし、凸部の平均高さとは、たとえば、上部電極111の表面に存在する凸部の高さを平均したものである。   Furthermore, the fact that the surface of the film composed of the upper electrode 111 and the second upper electrode 112 has a flatness greater than at least the surface of the ferroelectric film 110 exists on the surface of the upper electrode 111. The average height of the convex portions may be defined as being smaller than the average height of the convex portions existing on the surface of the ferroelectric film 110. Here, for example, when the surface shape of the upper electrode 111 is mathematically expressed, the convex portion is a portion including the maximum value, an inflection point from the concave function to the convex function, and a change from the convex function to the concave function. The average height of the convex portion means, for example, the average height of the convex portions existing on the surface of the upper electrode 111.

下部バリア膜108は、TiおよびTiNの積層膜により構成され、下部電極109を形成する際に層間絶縁膜107へ下部電極109を構成する成分が拡散することを抑制する機能を有する。   The lower barrier film 108 is composed of a laminated film of Ti and TiN, and has a function of suppressing the components constituting the lower electrode 109 from diffusing into the interlayer insulating film 107 when the lower electrode 109 is formed.

下部電極109は、たとえば、Ruなどにより構成され、強誘電体膜110は、たとえば、PZT(PbZrTi1−x)などの分極保持特性を有する膜により構成され、上部電極111は、たとえば、Ruなどにより構成されている。 The lower electrode 109 is made of, for example, Ru, and the ferroelectric film 110 is made of a film having a polarization maintaining characteristic such as, for example, PZT (PbZr x Ti 1-x O 3 ). For example, it is made of Ru or the like.

強誘電体膜110が、分極保持特性を有する膜により構成されることにより、強誘電体メモリ100を不揮発性のメモリ素子とすることができる。   Since the ferroelectric film 110 is formed of a film having polarization maintaining characteristics, the ferroelectric memory 100 can be a nonvolatile memory element.

第2上部電極112は、たとえば、TiN、AlNなどの導電性を有する材料などにより構成されており、上部電極111の上側の面を強誘電体膜110の上側の面よりも平坦化するために設けられる。ここで、上部電極111を構成する材料としてRuを用いた場合には、Ruは強誘電体容量素子132の電極として用いられる白金族元素としては例外的に、酸素ラジカルを用いることによって容易にエッチングすることが可能であるが、この場合エッチングは等方的に進行するため、制御性良く上部電極111の平坦化を行うことは容易ではない。したがって、制御性良く平坦化を行う目的で用いられる第2上部電極112を構成する材料としては、上部電極111よりも容易に加工できる材料を用いることが好ましく、なかでも、TiNやAlNは、TiやAlがClラジカルと容易に反応し、比較的蒸気圧が高い生成物を生じるため特に好ましく用いられる。   The second upper electrode 112 is made of, for example, a conductive material such as TiN, AlN, etc., in order to make the upper surface of the upper electrode 111 flatter than the upper surface of the ferroelectric film 110. Provided. Here, when Ru is used as the material constituting the upper electrode 111, Ru is easily etched by using oxygen radicals, except for the platinum group element used as the electrode of the ferroelectric capacitor 132. However, in this case, since the etching proceeds isotropically, it is not easy to planarize the upper electrode 111 with good controllability. Therefore, it is preferable to use a material that can be processed more easily than the upper electrode 111 as the material constituting the second upper electrode 112 that is used for the purpose of planarization with good controllability. And Al are particularly preferably used because they easily react with Cl radicals to produce a product having a relatively high vapor pressure.

水素保護膜113を構成する材料としては、膜密度が高く、水素を容易には透過させず、化学的に安定であり、導電性を有する材料が用いられ、たとえば、TiNあるいはAlNなどが用いられる。また、前述のように、第2上部電極112を構成する材料として、導電性を有し、水素バリア性を有する材料などを用いてもよい。したがって、第2上部電極112と水素保護膜113とを同一の材料で構成してもよい。   As a material constituting the hydrogen protective film 113, a material having a high film density, not easily permeating hydrogen, chemically stable, and having conductivity, for example, TiN or AlN is used. . Further, as described above, as a material constituting the second upper electrode 112, a material having conductivity and a hydrogen barrier property may be used. Therefore, the second upper electrode 112 and the hydrogen protective film 113 may be made of the same material.

以下、図3を参照して本実施形態に係る強誘電体メモリ100の製造方法の一例を説明する。   Hereinafter, an example of a method for manufacturing the ferroelectric memory 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

通常の半導体集積回路の製造プロセスにより、半導体基板101上に拡散層102およびゲート電極103を備えるMOSトランジスタであるメモリセルトランジスタ130、第1プラグ104、第1メタル配線105が形成される。第1メタル配線105上には、第2プラグ106が層間絶縁膜107の表面に達するように形成される(図3 (a))。続いて第2プラグ106上に強誘電体容量素子132を形成する(図3(b))。   Through a normal semiconductor integrated circuit manufacturing process, a memory cell transistor 130, a first plug 104, and a first metal wiring 105, which are MOS transistors including a diffusion layer 102 and a gate electrode 103, are formed on a semiconductor substrate 101. On the first metal wiring 105, the second plug 106 is formed so as to reach the surface of the interlayer insulating film 107 (FIG. 3A). Subsequently, a ferroelectric capacitor element 132 is formed on the second plug 106 (FIG. 3B).

強誘電体容量素子132の形成方法を、強誘電体容量素子132の部分の製造方法を示した工程断面図である図5を用いて詳しく説明する。   A method for forming the ferroelectric capacitor 132 will be described in detail with reference to FIG. 5 which is a process cross-sectional view showing a method for manufacturing the ferroelectric capacitor 132.

図5(a)に示すように、層間絶縁膜107上にTiおよびTiNの積層膜などからなる下部バリア膜108、たとえば、Ruなどからなる下部電極109、PZT(Pb(Zr,Ti)O)などからなる強誘電体膜110、Ruなどからなる上部電極111、TiNなどからなる第2上部電極112を、スパッタ法などを用いて、下からこの順に成膜する。 As shown in FIG. 5A, on the interlayer insulating film 107, a lower barrier film 108 made of a laminated film of Ti and TiN, for example, a lower electrode 109 made of Ru or the like, PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) Etc., a ferroelectric film 110 made of Ru, etc., an upper electrode 111 made of Ru, etc., and a second upper electrode 112 made of TiN, etc. are formed in this order from the bottom using a sputtering method or the like.

次に、ドライエッチング法などを用いて、BCl、Clなどの水素原子を含まないガスにより、第2上部電極112をエッチバックする(図5(b))。エッチバックの際、上部電極111の一部が表面に露出するように、第2上部電極112のエッチング量を調整する。ついで、第2上部電極112上に、たとえばTiNなどからなる水素保護膜113を形成する(図5(c))。 Next, using a dry etching method or the like, the second upper electrode 112 is etched back with a gas not containing hydrogen atoms such as BCl 3 and Cl 2 (FIG. 5B). At the time of etch back, the etching amount of the second upper electrode 112 is adjusted so that a part of the upper electrode 111 is exposed on the surface. Next, a hydrogen protective film 113 made of, for example, TiN is formed on the second upper electrode 112 (FIG. 5C).

続いて、上記工程により形成した積層膜である水素保護膜113を、既知の技術を用いてエッチング等することにより強誘電体容量素子132を形成する(図5(d))。   Subsequently, the ferroelectric protective element 132 is formed by etching the hydrogen protective film 113, which is a laminated film formed by the above process, using a known technique (FIG. 5D).

強誘電体容量素子132を形成した後の工程を図4に戻って説明する。強誘電体容量素子132上にSiO膜などの膜を堆積した後、これを平坦化することにより容量カバー膜116を形成する。さらに、強誘電体容量素子132上に容量コンタクト117として、Wプラグを既知の技術を用いて形成する(図4(a))。 The process after forming the ferroelectric capacitor 132 will be described with reference to FIG. 4 again. After a film such as a SiO 2 film is deposited on the ferroelectric capacitor element 132, the capacitor cover film 116 is formed by planarizing the film. Further, a W plug is formed as a capacitor contact 117 on the ferroelectric capacitor 132 using a known technique (FIG. 4A).

次に、容量カバー膜116および容量コンタクト117の上に、第2メタル配線118、パッシベーション膜119を形成し、強誘電体メモリ100を完成する(図4(b))。   Next, a second metal wiring 118 and a passivation film 119 are formed on the capacitor cover film 116 and the capacitor contact 117, thereby completing the ferroelectric memory 100 (FIG. 4B).

以下、本実施形態に係る強誘電体メモリ100の効果を説明する。   Hereinafter, effects of the ferroelectric memory 100 according to the present embodiment will be described.

前述の従来の技術においては、水素保護膜13が凹凸のある上部電極11上に形成されることによって、水素保護膜13に局所的な水素のリークパスが発生しやすくなり、リークパスを介して浸入した水素によって強誘電体膜10が還元されるという点で改善の余地を有していた。また、強誘電体膜10の還元を抑制し、水素のリークパスの発生を抑制する技術として強誘電体膜10上面の平坦化が挙げられるが、特殊な装置を準備する必要や高温での熱処理を必要とするという点で改善の余地を有していた。これに対して、強誘電体メモリ100においては、上部電極111上に形成される第2上部電極112が、第2上部電極112をエッチバックなどすることにより、上部電極111および第2上部電極112により構成される表面の平坦性を得ることを目的として形成される。すなわち、上部電極111を構成する材料として、化学的に安定な白金族の元素が用いられることが多いため、上部電極111は加工が難しく、上部電極111をエッチバックにより平坦化することは容易ではないからである。また、水素保護膜113は、上部電極111および第2上部電極112により構成される平坦化された面上に形成される。したがって、前述の従来技術における改善の余地である水素保護膜中のシーム、ボイドなどの不具合の発生や、容量コンタクト117を開口する際に凸部の水素保護膜が過度にエッチングされることを抑制することができる。また、特殊な装置を準備する必要性や高温での熱処理を行う必要性が低い。そのため、水素保護膜における水素のリークパスの発生が効果的に抑制され、後工程における水素雰囲気曝露による強誘電体膜110の還元劣化を抑制することができる。したがって、強誘電体容量素子132への水素の浸入を抑制することを目的として強誘電体容量素子132の上に形成される水素保護膜113の水素バリア性を十分に発揮させることができる。この結果、効率的に強誘電体メモリ100の歩留まりおよびデータ保持特性を向上させることができる。   In the above-described conventional technique, the hydrogen protective film 13 is formed on the uneven upper electrode 11, so that a local hydrogen leak path is likely to occur in the hydrogen protective film 13, and the hydrogen protective film 13 has entered through the leak path. There was room for improvement in that the ferroelectric film 10 was reduced by hydrogen. Further, as a technique for suppressing the reduction of the ferroelectric film 10 and suppressing the generation of a hydrogen leak path, flattening of the upper surface of the ferroelectric film 10 can be cited, but it is necessary to prepare a special apparatus or perform heat treatment at a high temperature. There was room for improvement in terms of need. On the other hand, in the ferroelectric memory 100, the second upper electrode 112 formed on the upper electrode 111 etches back the second upper electrode 112, and the upper electrode 111 and the second upper electrode 112. It is formed for the purpose of obtaining the flatness of the surface constituted by. That is, since a chemically stable platinum group element is often used as a material constituting the upper electrode 111, the upper electrode 111 is difficult to process, and it is not easy to planarize the upper electrode 111 by etch back. Because there is no. The hydrogen protective film 113 is formed on a flattened surface constituted by the upper electrode 111 and the second upper electrode 112. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of problems such as seams and voids in the hydrogen protective film, which is a room for improvement in the above-described prior art, and excessive etching of the convex hydrogen protective film when the capacitor contact 117 is opened. can do. In addition, it is less necessary to prepare a special apparatus or to perform heat treatment at a high temperature. Therefore, generation of a hydrogen leak path in the hydrogen protective film is effectively suppressed, and reduction degradation of the ferroelectric film 110 due to exposure to a hydrogen atmosphere in a subsequent process can be suppressed. Therefore, the hydrogen barrier property of the hydrogen protective film 113 formed on the ferroelectric capacitor element 132 can be sufficiently exerted for the purpose of suppressing the permeation of hydrogen into the ferroelectric capacitor element 132. As a result, the yield and data retention characteristics of the ferroelectric memory 100 can be improved efficiently.

また、膜である第2上部電極112が上部電極111の凹部を埋め込むことにより、上部電極111の凹部が第2上部電極112により埋設されるため、上部電極111および第2上部電極112により構成される面の平坦性を、より得ることができる。そのため、容量コンタクトを開口する時に凸部の水素保護膜が過度にエッチングされることを、より抑制することができる。したがって、水素保護膜に発生していた水素のリークパスの発生が、より効率的に抑制され、後工程における水素雰囲気曝露による強誘電体膜の還元劣化を、より抑制することができる。この結果、強誘電体容量素子132への水素の浸入を抑制することを目的として強誘電体容量素子132の上に形成される水素保護膜113の水素バリア性を、より発揮させることができる。   Further, since the second upper electrode 112 which is a film embeds the recess of the upper electrode 111, the recess of the upper electrode 111 is embedded by the second upper electrode 112, so that the upper electrode 111 and the second upper electrode 112 are configured. The flatness of the surface to be obtained can be further obtained. Therefore, excessive etching of the convex hydrogen protective film when opening the capacitor contact can be further suppressed. Therefore, the generation of a hydrogen leak path that has occurred in the hydrogen protective film is more efficiently suppressed, and reduction degradation of the ferroelectric film due to exposure to a hydrogen atmosphere in the subsequent process can be further suppressed. As a result, the hydrogen barrier property of the hydrogen protective film 113 formed on the ferroelectric capacitor element 132 can be further exerted for the purpose of suppressing entry of hydrogen into the ferroelectric capacitor element 132.

また、第2上部電極112のエッチバック量の最適値は、強誘電体膜110上面の凹凸の形状、上部電極111の形状、および第2上部電極112の形状などに大きく依存するものと考えられる。そのため、エッチング量を上部電極111の上面の一部が露出する範囲内とすることによって、より平坦な面が得られるものと考えられる。   Further, the optimum value of the etch back amount of the second upper electrode 112 is considered to largely depend on the shape of the irregularities on the upper surface of the ferroelectric film 110, the shape of the upper electrode 111, the shape of the second upper electrode 112, and the like. . Therefore, it is considered that a flatter surface can be obtained by setting the etching amount within a range in which a part of the upper surface of the upper electrode 111 is exposed.

第2の実施の形態
図6に本実施形態に係る強誘電体メモリ100の、強誘電体容量素子132の断面図を示す。本実施形態において、平坦度および平坦度が大きくなっていることの定義は第1の実施の形態に記載したものと同様である。
Second Embodiment FIG. 6 shows a cross-sectional view of a ferroelectric capacitor element 132 of a ferroelectric memory 100 according to this embodiment. In the present embodiment, the definition that the flatness and the flatness are large is the same as that described in the first embodiment.

第1の実施の形態においては、図2に示すように、第2上部電極112が上部電極111上の一部のみを被覆して埋め込んでいるのに対し、本実施形態においては第2上部電極112のほぼ全面を被覆している点で第1の実施の形態と異なる。   In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the second upper electrode 112 covers and embeds only a part of the upper electrode 111, whereas in the present embodiment, the second upper electrode The second embodiment is different from the first embodiment in that almost the entire surface 112 is covered.

図7は、本実施形態に係る強誘電体メモリ100の構成要素である強誘電体容量素子132の部分の製造方法を示す工程断面図である。強誘電体容量素子132以外の製造工程は、第1の実施の形態において説明した製造方法と同一である。   FIG. 7 is a process cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a portion of the ferroelectric capacitor 132 that is a component of the ferroelectric memory 100 according to the present embodiment. The manufacturing process other than the ferroelectric capacitor 132 is the same as the manufacturing method described in the first embodiment.

第1の実施の形態においては、図5(b)に示すように、第2上部電極112をエッチバックする際のエッチング量を、上部電極111の一部が表面に露出するように設定していた。これに対し、本実施形態においては、図7(b)に示すように、たとえばエッチング時間を短縮することなどにより、第2上部電極112をエッチバックする際のエッチング量を設定し、上部電極111が露出されずに上部電極111の上面全面が第2上部電極112に覆われるようにしている。   In the first embodiment, as shown in FIG. 5B, the etching amount when etching back the second upper electrode 112 is set so that a part of the upper electrode 111 is exposed on the surface. It was. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 7B, the etching amount for etching back the second upper electrode 112 is set by shortening the etching time, for example, and the upper electrode 111 The entire upper surface of the upper electrode 111 is covered with the second upper electrode 112 without being exposed.

ここで、第2上部電極112のエッチング量の最適値は、強誘電体膜110上面の凹凸の形状や上部電極111の被覆形状および第2上部電極112の被覆形状などに大きく依存すると考えられる。そのため、強誘電体膜110、上部電極111および第2上部電極112の形状や状態によっては、第2上部電極112によって上部電極112の上面全面を被覆することによって、上面電極111および第2上部電極112により構成される面を、より平坦化させることが可能である。この場合、エッチバック膜厚は上部電極111が露出しない範囲に設定すればよいため、エッチバック膜厚の許容範囲が広がる。これにより、エッチバック工程において、エッチバック膜厚のバラツキが許容範囲内に入る確率が向上する。したがって、エッチバック工程の、より高い再現性を得ることができる。   Here, the optimum value of the etching amount of the second upper electrode 112 is considered to largely depend on the uneven shape of the upper surface of the ferroelectric film 110, the covering shape of the upper electrode 111, the covering shape of the second upper electrode 112, and the like. Therefore, depending on the shape and state of the ferroelectric film 110, the upper electrode 111, and the second upper electrode 112, the entire upper surface of the upper electrode 112 is covered with the second upper electrode 112, whereby the upper electrode 111 and the second upper electrode are covered. The surface constituted by 112 can be further flattened. In this case, since the etch back film thickness may be set in a range where the upper electrode 111 is not exposed, the allowable range of the etch back film thickness is widened. Thereby, in the etch back process, the probability that the variation in the etch back film thickness falls within the allowable range is improved. Therefore, higher reproducibility of the etch back process can be obtained.

第3の実施の形態
図8に、本実施形態に係る強誘電体メモリ100の強誘電体容量素子132の部分の断面図を示す。強誘電体容量素子132の構成要素は第1の実施形態と同一である。本実施形態は、第2上部電極112を形成しない点において第1の実施の形態と異なる。なお、本実施形態において、平坦度および平坦度が大きくなっていることの定義は第1の実施の形態に記載したものと同様である。
Third Embodiment FIG. 8 is a sectional view of a portion of a ferroelectric capacitor element 132 of a ferroelectric memory 100 according to this embodiment. The constituent elements of the ferroelectric capacitor 132 are the same as those in the first embodiment. The present embodiment is different from the first embodiment in that the second upper electrode 112 is not formed. In this embodiment, the definition of the flatness and the flatness being large is the same as that described in the first embodiment.

本実施形態に係る強誘電体容量素子132は、下部バリア膜108、下部電極109、強誘電体膜110、上部電極111、水素保護膜113が下から順に積層されて構成される。上部電極111は強誘電体膜110の上面のほぼ全面を被覆し、かつ、上部電極111の上面は少なくとも強誘電体膜110の上面よりも平坦である。   The ferroelectric capacitive element 132 according to the present embodiment is configured by laminating a lower barrier film 108, a lower electrode 109, a ferroelectric film 110, an upper electrode 111, and a hydrogen protective film 113 in order from the bottom. The upper electrode 111 covers almost the entire upper surface of the ferroelectric film 110, and the upper surface of the upper electrode 111 is at least flatter than the upper surface of the ferroelectric film 110.

図9は本実施形態における強誘電体メモリ100の構成要素である強誘電体容量素子132の部分の製造方法の一例を示す工程断面図である。強誘電体容量素子132以外の製造方法は第1の実施の形態と同一である。   FIG. 9 is a process cross-sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a portion of the ferroelectric capacitor 132 that is a component of the ferroelectric memory 100 in the present embodiment. The manufacturing method other than the ferroelectric capacitor 132 is the same as that of the first embodiment.

図9(a)に示すように、層間絶縁膜107上に、下から、TiNなどにより構成される下部バリア膜108、Ruなどからなる下部電極109、PZT(PbZrTi1−x)などからなる強誘電体膜110、Ruなどからなる上部電極111をこの順に積層する。次に、ドライエッチング法などによって上部電極111をエッチングする(図9(b))。上部電極111のエッチング時間は強誘電体膜110の上面が露出しない範囲に設定する。 As shown in FIG. 9A, a lower barrier film 108 made of TiN or the like, a lower electrode 109 made of Ru, or the like, PZT (PbZr x Ti 1-x O 3 ) on the interlayer insulating film 107 from below. A ferroelectric film 110 made of etc. and an upper electrode 111 made of Ru etc. are laminated in this order. Next, the upper electrode 111 is etched by a dry etching method or the like (FIG. 9B). The etching time of the upper electrode 111 is set in a range where the upper surface of the ferroelectric film 110 is not exposed.

ここで、上部電極111表面の凸部は凹部と比較して、エッチングガスが衝突しやすいため、凸部が優先的にエッチングされ、面の平坦性が向上する。   Here, since the convex portion on the surface of the upper electrode 111 is more likely to collide with the etching gas than the concave portion, the convex portion is preferentially etched, and the flatness of the surface is improved.

ついで、平坦化された上部電極111上にTiNからなる水素保護膜113を形成する(図9(c))。続いて、積層膜である水素保護膜113を既知の技術を用いてエッチングすることにより強誘電体容量素子132を得る(図9(d))。   Next, a hydrogen protective film 113 made of TiN is formed on the planarized upper electrode 111 (FIG. 9C). Subsequently, the ferroelectric protective element 132 is obtained by etching the hydrogen protective film 113, which is a laminated film, using a known technique (FIG. 9D).

上部電極111のエッチング時間やエッチング条件を強誘電体膜110の上面が露出しない範囲であり、かつ、上部電極111の上面の凸部がエッチングされることにより上部電極111上面の平坦性が向上する範囲に設定することにより、第2上部電極を形成することなく上部電極111を平坦化することができる。そのため、第2上部電極を形成する製造工程を減少させることができる。したがって、効率的に水素リークパスの面密度を減少させることができ、強誘電体メモリ100の歩留まりおよびデータ保持特性を効率的に向上させることができる。   The etching time and etching conditions of the upper electrode 111 are in a range where the upper surface of the ferroelectric film 110 is not exposed, and the convexity of the upper surface of the upper electrode 111 is etched, so that the flatness of the upper surface of the upper electrode 111 is improved. By setting the range, the upper electrode 111 can be planarized without forming the second upper electrode. Therefore, the manufacturing process for forming the second upper electrode can be reduced. Therefore, the surface density of the hydrogen leak path can be reduced efficiently, and the yield and data retention characteristics of the ferroelectric memory 100 can be improved efficiently.

第4の実施の形態
図10に、本実施形態に係る強誘電体メモリ100の強誘電体容量素子132の部分の断面図を示す。本実施形態に係る強誘電体容量素子132は、下部バリア膜108、下部電極109、強誘電体膜110、上部電極111、水素保護膜113が、下からこの順に積層されている。上部電極111は強誘電体膜110の上面を被覆し、かつ、その上面は少なくとも強誘電体膜110の上面よりも平坦である。ここで、上部電極111は積層膜であってもよいし、単層膜であってもよい。なお、本実施形態において、平坦度および平坦度が大きくなっていることの定義は第1の実施の形態に記載したものと同様である。
Fourth Embodiment FIG. 10 is a sectional view of a portion of a ferroelectric capacitor element 132 of a ferroelectric memory 100 according to this embodiment. In the ferroelectric capacitor 132 according to the present embodiment, a lower barrier film 108, a lower electrode 109, a ferroelectric film 110, an upper electrode 111, and a hydrogen protective film 113 are laminated in this order from the bottom. The upper electrode 111 covers the upper surface of the ferroelectric film 110, and the upper surface is flatter than at least the upper surface of the ferroelectric film 110. Here, the upper electrode 111 may be a laminated film or a single layer film. In the present embodiment, the definition of the flatness and the flatness being large is the same as that described in the first embodiment.

図11は本実施形態における強誘電体メモリ100の構成要素である強誘電体容量素子132の部分の製造工程の一例を示す工程断面図である。強誘電体容量素子132の部分以外の製造工程は第1の実施の形態と同一である。   FIG. 11 is a process sectional view showing an example of a manufacturing process of a portion of the ferroelectric capacitor 132 which is a component of the ferroelectric memory 100 in the present embodiment. The manufacturing process other than the portion of the ferroelectric capacitor 132 is the same as that of the first embodiment.

図11(a)に示すように、層間絶縁膜上107上に、TiNなどにより構成される下部バリア膜108、Ruなどからなる下部電極109、PZT(PbZrTi1−x)などからなる強誘電体膜110、Ruなどからなる上部電極111を下からこの順に形成する。次に、化学的機械的研磨(CMP)技術を用いて上部電極111の上面を平坦化する(図11(b))。ついで、平坦化された上部電極111上にTiNなどからなる水素保護膜113を形成する(図11(c))。続いて、水素保護膜113を既知の技術を用いてエッチングすることにより強誘電体容量素子132を得る(図11(d))。 As shown in FIG. 11A, a lower barrier film 108 made of TiN or the like, a lower electrode 109 made of Ru, etc., PZT (PbZr x Ti 1-x O 3 ) or the like is formed on the interlayer insulating film 107. The ferroelectric film 110 and the upper electrode 111 made of Ru or the like are formed in this order from the bottom. Next, the upper surface of the upper electrode 111 is planarized using a chemical mechanical polishing (CMP) technique (FIG. 11B). Next, a hydrogen protective film 113 made of TiN or the like is formed on the planarized upper electrode 111 (FIG. 11C). Subsequently, the ferroelectric protective element 132 is obtained by etching the hydrogen protective film 113 using a known technique (FIG. 11D).

本実施形態において、上部電極111の平坦化にCMP技術を用いることにより、平坦な上部電極111の上面を得ることができる。そのため、上部電極111上に形成される水素保護膜113の微視的な膜厚均一性が、より向上し、水素のリークパスが、より減少する。したがって、強誘電体容量素子132への水素の浸入を防止することを目的として強誘電体容量素子132の上面に形成される水素保護膜113の水素バリア性を発揮させることが出来る。この結果、強誘電体メモリ100の歩留まりおよびデータ保持特性を向上させることができる。   In the present embodiment, a flat upper surface of the upper electrode 111 can be obtained by using a CMP technique for planarizing the upper electrode 111. Therefore, the microscopic film thickness uniformity of the hydrogen protective film 113 formed on the upper electrode 111 is further improved, and the hydrogen leak path is further reduced. Accordingly, the hydrogen barrier property of the hydrogen protective film 113 formed on the upper surface of the ferroelectric capacitor element 132 can be exhibited for the purpose of preventing hydrogen from entering the ferroelectric capacitor element 132. As a result, the yield and data retention characteristics of the ferroelectric memory 100 can be improved.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.

たとえば、上記実施形態においては、水素保護膜113を構成する材料としてAlNやTiNなどのように導電性を有する材料を用いた形態について説明したが、水素を透過し難い性質を有する材料であり、水素保護膜113の遮蔽効果を損なうことなく容量コンタクト117を開口することができる材料であればよい。   For example, in the above-described embodiment, the form using a conductive material such as AlN or TiN as the material constituting the hydrogen protective film 113 has been described. However, the material has a property that hardly permeates hydrogen, Any material that can open the capacitor contact 117 without impairing the shielding effect of the hydrogen protective film 113 may be used.

また、上記実施形態においては、第2上部電極112を構成する材料として、TiNやAlNなどを用いる形態について説明したが、上部電極111よりも容易に加工できる材料であり、制御性良く平坦化を行うことができる材料であればよい。   In the above-described embodiment, the form using TiN, AlN, or the like as the material constituting the second upper electrode 112 has been described. However, it is a material that can be processed more easily than the upper electrode 111 and can be planarized with good controllability. Any material can be used.

また、第3の実施の形態および第4の実施の形態においては、平坦化の方法としてエッチングまたはCMPプロセスを用いたが、他の方法であっても上部電極111を平坦化できる方法であればよい。   In the third and fourth embodiments, the etching or CMP process is used as the planarization method. However, any other method can be used as long as the upper electrode 111 can be planarized. Good.

実施の形態に係る強誘電体メモリのメモリセル部を模式的に示した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a memory cell portion of a ferroelectric memory according to an embodiment. 実施の形態に係る強誘電体メモリの強誘電体容量部を模式的に示した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a ferroelectric capacitor portion of a ferroelectric memory according to an embodiment. 実施の形態に係る強誘電体メモリの製造工程を模式的に示した工程断面図である。It is process sectional drawing which showed typically the manufacturing process of the ferroelectric memory which concerns on embodiment. 実施の形態に係る強誘電体メモリの製造工程を模式的に示した工程断面図である。It is process sectional drawing which showed typically the manufacturing process of the ferroelectric memory which concerns on embodiment. 実施の形態に係る強誘電体メモリを構成する強誘電体容量の製造工程を模式的に示した工程断面図である。It is process sectional drawing which showed typically the manufacturing process of the ferroelectric capacitor which comprises the ferroelectric memory which concerns on embodiment. 実施の形態に係る強誘電体メモリの強誘電体容量部を模式的に示した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a ferroelectric capacitor portion of a ferroelectric memory according to an embodiment. 実施の形態に係る強誘電体メモリを構成する強誘電体容量の製造工程を模式的に示して工程断面図である。It is process sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the ferroelectric capacitor which comprises the ferroelectric memory which concerns on embodiment. 実施の形態に係る強誘電体メモリの強誘電体容量部を模式的に示した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a ferroelectric capacitor portion of a ferroelectric memory according to an embodiment. 実施の形態に係る強誘電体メモリを構成する強誘電体メモリを構成する強誘電体容量の製造工程を模式的に示した工程断面図である。It is process sectional drawing which showed typically the manufacturing process of the ferroelectric capacitor which comprises the ferroelectric memory which comprises the ferroelectric memory which concerns on embodiment. 実施の形態に係る強誘電体メモリの強誘電体容量部を模式的に示した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a ferroelectric capacitor portion of a ferroelectric memory according to an embodiment. 実施の形態に係る強誘電体メモリの強誘電体容量部を模式的に示した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a ferroelectric capacitor portion of a ferroelectric memory according to an embodiment. 従来技術に係る強誘電体容量を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the ferroelectric capacitor which concerns on a prior art. 従来技術に係る強誘電体容量の容量コンタクトを開口した状態を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the state which opened the capacity | capacitance contact of the ferroelectric capacitor based on a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

100 強誘電体メモリ
101 半導体基板
102 拡散層
103 ゲート電極
104 プラグ
105 メタル配線
106 プラグ
107 層間絶縁膜
108 下部バリア膜
109 下部電極
110 強誘電体膜
111 上部電極
112 第2上部電極
113 水素保護膜
116 容量カバー膜
117 容量コンタクト
118 メタル配線
119 パッシベーション膜
130 メモリセルトランジスタ
132 強誘電体容量素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Ferroelectric memory 101 Semiconductor substrate 102 Diffusion layer 103 Gate electrode 104 Plug 105 Metal wiring 106 Plug 107 Interlayer insulating film 108 Lower barrier film 109 Lower electrode 110 Ferroelectric film 111 Upper electrode 112 Second upper electrode 113 Hydrogen protective film 116 Capacitor cover film 117 Capacitor contact 118 Metal wiring 119 Passivation film 130 Memory cell transistor 132 Ferroelectric capacitor

Claims (9)

半導体基板と、
該半導体基板上に設けられ、下部電極と、強誘電体膜と、上部電極と、水素保護膜とが、この順に積層してなる強誘電体キャパシタと、
を備え、
前記上部電極の前記水素保護膜と接する側の面の平坦度が、前記強誘電体膜の前記上部電極と接する側の面の平坦度よりも大きいことを特徴とする強誘電体メモリ。
A semiconductor substrate;
A ferroelectric capacitor provided on the semiconductor substrate, in which a lower electrode, a ferroelectric film, an upper electrode, and a hydrogen protective film are stacked in this order;
With
A ferroelectric memory characterized in that the flatness of the surface of the upper electrode in contact with the hydrogen protective film is larger than the flatness of the surface of the ferroelectric film on the side in contact with the upper electrode.
請求項1に記載の強誘電体メモリにおいて、
前記上部電極と前記水素保護膜との間に膜を備え、
前記上部電極の上面の少なくとも一部が、前記膜により埋め込まれていることを特徴とする強誘電体メモリ。
The ferroelectric memory according to claim 1, wherein
A film is provided between the upper electrode and the hydrogen protective film,
A ferroelectric memory characterized in that at least a part of the upper surface of the upper electrode is buried with the film.
請求項2に記載の強誘電体メモリにおいて、
前記上部電極の前記面の上部に設けられている凹部の底部が、前記膜により埋め込まれていることを特徴とする強誘電体メモリ。
The ferroelectric memory according to claim 2, wherein
2. A ferroelectric memory according to claim 1, wherein a bottom portion of a concave portion provided on the upper surface of the upper electrode is filled with the film.
請求項2または3に記載の強誘電体メモリにおいて、
前記上部電極の上面全面が、前記膜により覆われていることを特徴とする強誘電体メモリ。
The ferroelectric memory according to claim 2 or 3,
A ferroelectric memory characterized in that the entire upper surface of the upper electrode is covered with the film.
請求項1乃至4いずれかに記載の強誘電体メモリにおいて、
前記上部電極が平坦化されていることを特徴とする強誘電体メモリ。
The ferroelectric memory according to any one of claims 1 to 4,
A ferroelectric memory characterized in that the upper electrode is flattened.
請求項5に記載の強誘電体メモリにおいて、
前記上部電極がCMP法を用いて平坦化されていることを特徴とする強誘電体メモリ。
The ferroelectric memory according to claim 5, wherein
A ferroelectric memory, wherein the upper electrode is planarized using a CMP method.
請求項5に記載の強誘電体メモリにおいて、
前記上部電極がエッチングを用いて平坦化されていることを特徴とする強誘電体メモリ。
The ferroelectric memory according to claim 5, wherein
A ferroelectric memory, wherein the upper electrode is planarized by etching.
半導体基板を用意する工程と、
前記半導体基板上に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に強誘電体膜を形成する工程と、
前記強誘電体膜上に上部電極を形成する工程と、
前記上部電極上に膜を形成する工程と、
前記膜上に水素保護膜を形成する工程と、
を含み、
前記膜が前記上部電極の少なくとも一部を埋め込むことを特徴とする強誘電体メモリの製造方法。
Preparing a semiconductor substrate; and
Forming a lower electrode on the semiconductor substrate;
Forming a ferroelectric film on the lower electrode;
Forming an upper electrode on the ferroelectric film;
Forming a film on the upper electrode;
Forming a hydrogen protective film on the film;
Including
A method of manufacturing a ferroelectric memory, wherein the film embeds at least a part of the upper electrode.
半導体基板を用意する工程と、
前記半導体基板上に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に強誘電体膜を形成する工程と、
前記強誘電体膜上に上部電極を形成する工程と、
前記上部電極を平坦化する工程と、
前記工程において平坦化された上部電極上に水素保護膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする強誘電体メモリの製造方法。
Preparing a semiconductor substrate; and
Forming a lower electrode on the semiconductor substrate;
Forming a ferroelectric film on the lower electrode;
Forming an upper electrode on the ferroelectric film;
Planarizing the upper electrode;
Forming a hydrogen protective film on the upper electrode planarized in the step;
A method for manufacturing a ferroelectric memory, comprising:
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