JP2006066797A - Ferroelectric memory and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強誘電体メモリ及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.
強誘電体メモリとして、強誘電体キャパシタを選択用トランジスタにスタックする構造が知られている。強誘電体キャパシタと選択用トランジスタの間には、絶縁層が介在し、絶縁層のコンタクトホールに埋め込まれたプラグによって両者の電気的接続が図れている。プラグの形成は、コンタクトホールの内部及び周囲の絶縁層上にプラグ材料である導電層を成膜し、全体を化学的機械的研磨(CMP)法などを適用して研磨することによって行われる。しかしながら、この場合、導電層とその周囲の絶縁層との研磨速度が異なることに起因して、コンタクトホールに導電層のリセス(凹部)が発生する。リセスを残したままにしておくと、強誘電体キャパシタを平坦な面上に形成できず、製造プロセスの安定化が損なわれ、信頼性の低下を招くおそれがある。なお、強誘電体キャパシタの製造プロセスでは、強誘電体層の酸化処理が必要になるので、プラグの酸化を防止することが要求される。
本発明の目的は、信頼性の向上が図れる強誘電体メモリ及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a ferroelectric memory capable of improving reliability and a method for manufacturing the same.
(1)本発明に係る強誘電体メモリの製造方法は、
(a)基体の上方に形成された絶縁層に、第1及び第2のコンタクトホールを形成すること、
(b)前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの内部に、前記絶縁層の上面よりも低い上面を有するプラグを形成すること、
(c)前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの前記プラグの上方を含む領域に、バリア層を形成すること、
(d)下部電極、強誘電体層及び上部電極を順に積層して積層体を形成すること、
(e)前記積層体をエッチングすることによって、前記第1のコンタクトホールの前記プラグの上方を含む領域に、強誘電体キャパシタを形成すること、
(f)前記第2のコンタクトホールの前記プラグの上方を含む領域に、被覆層を形成すること、
を含む。
(1) A method for manufacturing a ferroelectric memory according to the present invention includes:
(A) forming first and second contact holes in an insulating layer formed above the substrate;
(B) forming a plug having an upper surface lower than the upper surface of the insulating layer in each of the first and second contact holes;
(C) forming a barrier layer in a region including the upper part of each of the first and second contact holes;
(D) stacking a lower electrode, a ferroelectric layer, and an upper electrode in order to form a stacked body;
(E) forming a ferroelectric capacitor in a region including the upper part of the plug of the first contact hole by etching the stacked body;
(F) forming a coating layer in a region including the upper part of the plug of the second contact hole;
including.
本発明によれば、第2のコンタクトホールのプラグ上を含む領域に被覆層を形成するので、例えば強誘電体キャパシタのアニール処理において、第2のコンタクトホールのプラグの酸化防止を図ることができる。すなわち、バリア層の厚さが不十分である場合や、バリア層がエッチングされ消失している場合でも、第2のコンタクトホールのプラグの酸化防止を図ることができる。 According to the present invention, since the coating layer is formed in the region including on the plug of the second contact hole, for example, in the annealing process of the ferroelectric capacitor, the oxidation of the plug of the second contact hole can be prevented. . That is, even when the thickness of the barrier layer is insufficient or when the barrier layer is etched away, the plug of the second contact hole can be prevented from being oxidized.
なお、本発明において、特定のA層の上方にB層が設けられているとは、A層上に直接B層が設けられている場合と、A層上に他の層を介してB層が設けられている場合と、を含むものとする。このことは、以下の発明においても同様である。 In the present invention, the B layer is provided above the specific A layer means that the B layer is provided directly on the A layer and the B layer via another layer on the A layer. Is provided. The same applies to the following inventions.
(2)この強誘電体メモリの製造方法において、
前記(c)工程で、前記バリア層を、前記絶縁層の上方をさらに含む領域に形成し、
前記(e)工程で、前記積層体と同時に、前記バリア層をエッチングしてもよい。
(2) In this method of manufacturing a ferroelectric memory,
In the step (c), the barrier layer is formed in a region further including the upper part of the insulating layer,
In the step (e), the barrier layer may be etched simultaneously with the stacked body.
これによれば、積層体のみならずバリア層もエッチングするので、例えば第2のコンタクトホールのプラグ上のバリア層が除去された場合であっても、被覆層によるプラグの酸化防止を図ることができる。 According to this, since not only the stacked body but also the barrier layer is etched, for example, even when the barrier layer on the plug of the second contact hole is removed, it is possible to prevent the plug from being oxidized by the covering layer. it can.
(3)この強誘電体メモリにおいて、
前記(f)工程で、前記被覆層を、前記強誘電体キャパシタの表面をさらに含む領域に形成してもよい。
(3) In this ferroelectric memory,
In the step (f), the coating layer may be formed in a region further including the surface of the ferroelectric capacitor.
これによれば、強誘電体キャパシタの表面にも被覆層を形成するが、被覆層の厚みをコントロールすることによって、例えば強誘電体キャパシタに対するアニール効果は達成される。 According to this, a coating layer is also formed on the surface of the ferroelectric capacitor. By controlling the thickness of the coating layer, for example, an annealing effect on the ferroelectric capacitor is achieved.
(4)この強誘電体メモリの製造方法において、
前記(f)工程で、前記被覆層をスパッタリング法によって成膜してもよい。
(4) In this method of manufacturing a ferroelectric memory,
In the step (f), the coating layer may be formed by sputtering.
これによれば、スパッタリング法によるカバレージ特性により、強誘電体キャパシタの側面には被覆層が薄く形成されるため、例えば強誘電体キャパシタに対するアニール効果は達成される。 According to this, since the coating layer is thinly formed on the side surface of the ferroelectric capacitor due to the coverage characteristic by the sputtering method, for example, an annealing effect on the ferroelectric capacitor is achieved.
(5)この強誘電体メモリの製造方法において、
前記被覆層は、無機絶縁材料から構成されてもよい。
(5) In this method of manufacturing a ferroelectric memory,
The covering layer may be made of an inorganic insulating material.
(6)この強誘電体メモリの製造方法において、
前記(f)工程後に、酸素雰囲気下においてアニール処理を行うことをさらに含んでもよい。
(6) In this method of manufacturing a ferroelectric memory,
After the step (f), annealing may be further performed in an oxygen atmosphere.
(7)本発明に係る強誘電体メモリの製造方法は、
(a)基体の上方に形成された絶縁層に、第1及び第2のコンタクトホールを形成すること、
(b)前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの内部に、前記絶縁層の上面よりも低い上面を有するプラグを形成すること、
(c)前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの前記プラグの上方と、前記絶縁層の上方とを含む領域に、バリア層を形成すること、
(d)下部電極、強誘電体層及び上部電極を順に積層して積層体を形成すること、
(e)前記積層体を前記バリア層が残るようにエッチングすることによって、前記第1のコンタクトホールの前記プラグの上方を含む領域に、強誘電体キャパシタを形成すること、
(f)酸素雰囲気下においてアニール処理を行うこと、
(g)前記バリア層における前記絶縁層の上方の部分を除去すること、
を含む。
(7) A method for manufacturing a ferroelectric memory according to the present invention includes:
(A) forming first and second contact holes in an insulating layer formed above the substrate;
(B) forming a plug having an upper surface lower than the upper surface of the insulating layer in each of the first and second contact holes;
(C) forming a barrier layer in a region including the upper part of each plug of the first and second contact holes and the upper part of the insulating layer;
(D) stacking a lower electrode, a ferroelectric layer, and an upper electrode in order to form a stacked body;
(E) forming a ferroelectric capacitor in a region including the upper part of the plug of the first contact hole by etching the stacked body so that the barrier layer remains;
(F) performing an annealing treatment in an oxygen atmosphere;
(G) removing a portion of the barrier layer above the insulating layer;
including.
本発明によれば、強誘電体キャパシタを形成するための積層体のエッチング工程を、バリア層が残るように行うので、その後の強誘電体キャパシタのアニール処理において、第2のコンタクトホールのプラグの酸化防止を図ることができる。また、酸化防止用に新たな層を設ける必要がなく、製造プロセスの簡略化を図ることができる。 According to the present invention, since the etching process of the multilayer body for forming the ferroelectric capacitor is performed so that the barrier layer remains, in the subsequent annealing process of the ferroelectric capacitor, the plug of the second contact hole is formed. It is possible to prevent oxidation. Further, it is not necessary to provide a new layer for preventing oxidation, and the manufacturing process can be simplified.
(8)この強誘電体メモリの製造方法において、
前記(b)工程前に、前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの内面に、他のバリア層を形成することをさらに含み、
前記(b)工程で、前記プラグを前記他のバリア層の内側に形成してもよい。
(8) In this method of manufacturing a ferroelectric memory,
Before the step (b), further comprising forming another barrier layer on the inner surface of each of the first and second contact holes;
In the step (b), the plug may be formed inside the other barrier layer.
(9)この強誘電体メモリの製造方法において、
前記(b)工程で、
前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの内部及び前記絶縁層の上方に、第1の導電層を形成し、
前記第1の導電層を前記絶縁層が露出するまで研磨することによって、前記プラグを形成してもよい。
(9) In this method of manufacturing a ferroelectric memory,
In the step (b),
Forming a first conductive layer inside each of the first and second contact holes and above the insulating layer;
The plug may be formed by polishing the first conductive layer until the insulating layer is exposed.
(10)この強誘電体メモリの製造方法において、
前記(b)工程の前記研磨工程後に、エッチングによって、前記第1及び第2のコンタクトホールの少なくともいずれか一方の内部における前記第1の導電層の上部をさらに除去してもよい。
(10) In this method of manufacturing a ferroelectric memory,
After the polishing step of the step (b), an upper portion of the first conductive layer in at least one of the first and second contact holes may be further removed by etching.
これによれば、第1の導電層の上部をさらに除去するので、バリア層をさらに厚く形成することが可能になり、バリア効果の向上を図ることができる。 According to this, since the upper portion of the first conductive layer is further removed, the barrier layer can be formed thicker, and the barrier effect can be improved.
(11)この強誘電体メモリの製造方法において、
前記(c)工程で、
前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの内部及び前記絶縁層の上方に、第2の導電層を形成し、
前記第2の導電層を前記絶縁層の上方に所定の厚さが残るように研磨することによって、前記バリア層を形成してもよい。
(11) In this method of manufacturing a ferroelectric memory,
In the step (c),
Forming a second conductive layer inside each of the first and second contact holes and above the insulating layer;
The barrier layer may be formed by polishing the second conductive layer so that a predetermined thickness remains above the insulating layer.
(12)この強誘電体メモリの製造方法において、
前記(c)工程の前記研磨工程後に、前記バリア層の上方に密着層を形成することをさらに含んでもよい。
(12) In this method of manufacturing a ferroelectric memory,
An adhesion layer may be further formed above the barrier layer after the polishing step of the step (c).
(13)この強誘電体メモリの製造方法において、
前記(b)及び(c)工程の少なくともいずれか一方の研磨工程は、化学的機械的研磨法による工程を含んでもよい。
(13) In this method of manufacturing a ferroelectric memory,
The polishing step of at least one of the steps (b) and (c) may include a step by a chemical mechanical polishing method.
(14)本発明に係る強誘電体メモリは、
基体と、
前記基体の上方に形成された第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層を貫通する第1のコンタクトホールと、
前記第1の絶縁層を貫通する第2のコンタクトホールと、
前記第1のコンタクトホールに形成された第1のコンタクト部と、
前記第2のコンタクトホールに形成された第2のコンタクト部と、
前記第1のコンタクト部の上方を含む領域に、下部電極、強誘電体層及び上部電極が順に積層して形成された強誘電体キャパシタと、
前記第1の絶縁層の上方に形成された第2の絶縁層と、
前記第2のコンタクト部の上方に、前記第2の絶縁層を貫通して形成された第3のコンタクトホールと、
前記第3のコンタクトホールに形成された第3のコンタクト部と、
を含み、
前記第1のコンタクト部は、第1のプラグと、前記第1のプラグの上方に形成された第1のバリア層と、を有し、
前記第2のコンタクト部の上面は、前記第1のバリア層の上面よりも低く形成され、
前記第3のコンタクト部の下面は、前記第2のコンタクトホールの内部において、前記第2のコンタクト部の前記上面と接続されている。
(14) A ferroelectric memory according to the present invention comprises:
A substrate;
A first insulating layer formed above the substrate;
A first contact hole penetrating the first insulating layer;
A second contact hole penetrating the first insulating layer;
A first contact portion formed in the first contact hole;
A second contact portion formed in the second contact hole;
A ferroelectric capacitor formed by sequentially laminating a lower electrode, a ferroelectric layer, and an upper electrode in a region including above the first contact portion;
A second insulating layer formed above the first insulating layer;
A third contact hole formed above the second contact portion and penetrating the second insulating layer;
A third contact portion formed in the third contact hole;
Including
The first contact portion includes a first plug and a first barrier layer formed above the first plug,
An upper surface of the second contact portion is formed lower than an upper surface of the first barrier layer;
The lower surface of the third contact portion is connected to the upper surface of the second contact portion inside the second contact hole.
(15)この強誘電体メモリにおいて、
前記第2のコンタクト部は、第2のプラグと、前記第2のプラグの上方に形成された第2のバリア層と、を有し、
前記第2のバリア層の上面は、前記第1のバリア層の上面よりも低く形成されていてもよい。
(15) In this ferroelectric memory,
The second contact portion includes a second plug and a second barrier layer formed above the second plug,
The upper surface of the second barrier layer may be formed lower than the upper surface of the first barrier layer.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1〜図8は、本発明の第1の実施の形態に係る強誘電体メモリの製造方法を模式的に示す図である。
(First embodiment)
1 to 8 are views schematically showing a method of manufacturing a ferroelectric memory according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、基体10を用意する。基体10は、半導体基板(例えばシリコン基板)である。基体10には、複数のトランジスタ(図示しない)が形成されている。トランジスタは、ソース領域又はドレイン領域となる不純物領域と、ゲート絶縁層と、ゲート電極と、を含む。各トランジスタの間には素子分離領域(図示しない)が形成され、トランジスタ間の電気的絶縁が図られている。本実施の形態では、一例として、1T1C型のスタック構造の強誘電体メモリを製造する。
As shown in FIG. 1, a
まず、基体10上に絶縁層20を形成する。基体10がシリコン基板である場合、絶縁層20を例えば酸化シリコン層(SiO2層)から形成してもよい。絶縁層20は、基体10における複数のトランジスタが形成された面上に形成する。絶縁層20は、基体10の上面の全部を被覆するように形成してもよく、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法などの公知技術を適用して形成することができる。
First, the insulating
図1に示すように、絶縁層20に第1及び第2のコンタクトホール22,24を形成する。第1及び第2のコンタクトホール22,24は、それぞれ、絶縁層20の異なる平面領域に形成する。第1のコンタクトホール22からは、いずれか1つのトランジスタのソース領域又はドレイン領域を露出させ、第2のコンタクトホール24からは、他のトランジスタのソース領域又はドレイン領域を露出させる。なお、第1及び第2のコンタクトホール22,24の形成方法としては、フォトリソグラフィ技術などを適用することができる。
As shown in FIG. 1, first and second contact holes 22 and 24 are formed in the insulating
図2〜図6に示すように、第1のコンタクトホール22に第1のコンタクト部60を形成し、第2のコンタクトホール24に第2のコンタクト部70を形成する。第1及び第2のコンタクト部60,70は、電気的導電性を有する。
As shown in FIGS. 2 to 6, the
まず、図2に示すように、第1及び第2のコンタクトホール22,24のそれぞれの内面に、バリア層(他のバリア層)30を形成する。バリア層30は、スパッタリング等によって成膜することができる。バリア層30は、第1及び第2のコンタクトホール22,24のそれぞれの側面(絶縁層20の端面)及び底面(基体10の上面)に形成し、さらに絶縁層20の上面にも形成する。ただし、バリア層30は、第1及び第2のコンタクトホール22,24を埋めないように形成する。バリア層30は、例えば窒化チタンアルミニウム層(TiAlN層)及び窒化チタン層(TiN層)の少なくともいずれか1層から形成してもよい。
First, as shown in FIG. 2, a barrier layer (another barrier layer) 30 is formed on the inner surfaces of the first and second contact holes 22 and 24. The
次に、図3に示すように、第1及び第2のコンタクトホール22,24のそれぞれの内部及び絶縁層20上に、第1の導電層40を形成する。第1の導電層40は、第1及び第2のコンタクトホール22,24の内部(詳しくはバリア層30で囲まれた内側)を埋め込むように形成する。バリア層30を形成する場合には、バリア層30上に第1の導電層40を形成する。第1の導電層40は、CVD法等によって成膜してもよい。第1の導電層40は、例えばタングステン層(W層)から形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 3, a first
その後、図4に示すように、第1の導電層40を研磨することによって、プラグ42,44を形成する。研磨工程では、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishment)法による工程を適用してもよい。本実施の形態では、第1の導電層40の一部及びバリア層30の一部を研磨及び除去する。すなわち、第1の導電層40(及びバリア層30)を、ストッパとなる絶縁層20が露出するまで研磨する。その場合、絶縁層20(例えば酸化シリコン材料)は、第1の導電層40(例えばタングステン材料)よりも研磨されにくい(研磨速度が小さい)ので、第1及び第2のコンタクトホール22,24の内部において、第1の導電層40のリセス(第1及び第2の凹部26,28)が発生する。なお、絶縁層20がバリア層30よりも研磨されにくければ、第1及び第2のコンタクトホール22,24のそれぞれの内部において、バリア層32,34の上部も研磨及び除去される。
Thereafter, as shown in FIG. 4, the first
上述の研磨工程終了後、エッチング(例えばドライエッチング)によって、第1及び第2のコンタクトホール22,24の少なくともいずれか一方の内部における第1の導電層40の上部をさらに除去してもよい。かかるエッチング工程は、第1のコンタクトホール22のみに対して行ってもよく、第2のコンタクトホール24のみに対して行ってもよく、第1及び第2のコンタクトホール22,24の両方に対して行ってもよい。本工程によれば、上述の第1の導電層40のリセス(第1及び第2の凹部26,28)がさらに進行する(深くなる)ので、後述のバリア層52,54を厚く形成することが可能になり、バリア効果の向上を図ることができる。
After the above polishing step, the upper portion of the first
こうして、第1のコンタクトホール22において、その内面に沿ってバリア層32を形成し、バリア層32によって囲まれた内側にプラグ42を形成することができる。また、第2のコンタクトホール24においても同様に、その内面に沿ってバリア層34を形成し、バリア層34によって囲まれた内側にプラグ44を形成することができる。プラグ42,44は、いずれも、絶縁層20の上面よりも低い上面を有している。すなわち、第1及び第2のコンタクトホール22,24には、プラグ42,44上に第1及び第2の凹部26,28が形成されている。
Thus, the
次に、図5に示すように、第1の導電層40と同様にして、第2の導電層50を、第1及び第2のコンタクトホール22,24(詳しくは第1及び第2の凹部26,28)のそれぞれの内部及び絶縁層20上に形成する。第2の導電層50は、第1及び第2の凹部26,28を埋め込むように形成する。第2の導電層50は、スパッタリング等によって成膜してもよい。第2の導電層50は、例えば窒化チタンアルミニウム層(TiAlN層)及び窒化チタン層(TiN層)の少なくともいずれか1層から形成してもよい。第2の導電層50は、上述したバリア層30と同一材料から形成してもよい。図5に示すように、第2の導電層50には、第1及び第2のコンタクトホール22,24のそれぞれの上方に、窪み56,58が形成されてもよい。
Next, as shown in FIG. 5, in the same manner as the first
その後、図6に示すように、第2の導電層50を研磨することによって、バリア層51を形成する。第2の導電層50は、化学的機械的研磨(CMP)法によって研磨してもよい。第2の導電層50の研磨工程の内容は、上述した第1の導電層40の研磨工程の内容が該当する。ただし、本工程では、第2の導電層50を絶縁層20上に所定の厚さが残るように研磨する。すなわち、本工程では、第2の導電層50の下地である絶縁層20が露出しないように、絶縁層20が露出する手前で研磨工程を終了させる。これによれば、第2の導電層50のみを研磨すれば足りる(例えば第2の導電層50及び絶縁層20を同時に研磨せずに済む)ので、異種材料間の研磨速度が異なることに起因するリセス発生を防止することができる。なお、第2の導電層50は、少なくとも窪み56,58が解消される程度に研磨することが好ましい。こうすることで、第2の導電層50(バリア層51)の上面を平坦にすることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 6, the second
あるいは、変形例として、第2の導電層50を絶縁層20が露出するように研磨してもよい。その場合、第2の導電層50から形成されるバリア層は、第1及び第2のコンタクトホール22,24の内部に形成され、絶縁層20上には形成されない。
Alternatively, as a modification, the second
こうして、第1のコンタクトホール22に第1のコンタクト部60を形成し、第2のコンタクトホール24に第2のコンタクト部70を形成することができる。これによれば、プラグ42,44の形成工程で発生するリセス(第1及び第2の凹部26,28)は、バリア層51の形成によって解消されているので、第1及び第2のコンタクト部60,70の上面と、絶縁層20の上面とをほぼ面一にすることができる。こうすることで、後述の強誘電体キャパシタ80を平坦な面に形成することができる。また、第1のコンタクト部60のバリア層32,51によって、プラグ42に対する拡散防止及び酸化防止が可能になり、第1のコンタクト部60の低抵抗化を図ることができる。このことは、第2のコンタクト部70のバリア層34,51についても同様である。
Thus, the
必要があれば、バリア層51上に密着層(図示しない)を形成してもよい。密着層は、バリア層51と同一材料(例えばTiAlN層、TiN層)から形成してもよいし、異なる材料から形成してもよい。バリア層51と同一材料の密着層を形成すれば、バリア層51の薄い部分や剥離部分を被覆できるので、バリア効果のさらなる向上が図れる。密着層は、プラグ42,44よりも、後述の下部電極82に対する密着力が大きい。あるいは、バリア層51が密着機能を兼ねていてもよい。密着層がバリア層51とは異なる材料から形成される場合、密着層は、バリア層51よりも下部電極82に対する密着力がさらに大きくてもよい。
If necessary, an adhesion layer (not shown) may be formed on the
図7及び図8に示すように、第1のコンタクト部60(プラグ42)上を含む領域に、強誘電体キャパシタ80を形成する。例えば、強誘電体キャパシタ80を、基体10の面から垂直方向の平面視において、第1のコンタクトホール22及びその周辺領域(絶縁層20)を含む領域に形成する。本実施の形態では、第2のコンタクト部70(プラグ44)上には強誘電体キャパシタ80を形成しない。
As shown in FIGS. 7 and 8, a
まず、図7に示すように、下部電極82、強誘電体層84及び上部電極86を順に積層して積層体81を形成する。積層体81は、第1及び第2のコンタクト部60,70(プラグ42,44)上を含む領域に形成する。また、積層体81は、第1及び第2のコンタクトホール22,24の周辺の絶縁層20の領域上にも形成する。
First, as shown in FIG. 7, a
下部電極82は、例えばPt、Ir、Ir酸化物(IrOx)、Ru、Ru酸化物(RuOx)、SrRu複合酸化物(SrRuOx)などから形成される。下部電極82は、単一層又は複数層で形成する。下部電極82の形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、CVD法などを適用することができる。
The
強誘電体層84は、Pb、Zr、Tiを構成元素として含む酸化物からなるPZT系強誘電体を用いて形成されていてもよい。あるいは、TiサイトにNbをドーピングしたPb(Zr、Ti、Nb)O3(PZTN系)を適用してもよい。あるいは、強誘電体層84はこれらの材料に限定されるものではなく、例えばSBT系、BST系、BIT系、BLT系のいずれを適用してもよい。強誘電体層84の形成方法としては、溶液塗布法(ゾル・ゲル法、MOD(Metal Organic Decomposition)法などを含む)、スパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などを適用することができる。
The
なお、上部電極86は、下部電極82と同様の材料及び方法を適用して形成することができる。
The
その後、積層体81を所定形状にパターニングする。まず、フォトリソグラフィ技術を適用して、レジスト層Rを積層体81上に形成する。その場合、レジスト層Rは、第1のコンタクト部60(プラグ42)上を含む領域に形成し、第2のコンタクト部70(プラグ44)上には形成しない。そして、積層体81のうち、レジスト層Rから露出する部分(第2のコンタクト部70(プラグ44)上を含む部分)をエッチングする。図7に示すように、絶縁層20上にもバリア層51が形成されている場合には、積層体81と同時にバリア層51もエッチングする。すなわち、積層体81をオーバーエッチングすることによって、バリア層51の不要部分も除去する。エッチングの進行具合に応じて、図8に示すように第2のコンタクトホール24のプラグ44上に薄くバリア層54を残してもよいし、バリア層54を残すことなくプラグ44を露出させてもよい。なお、積層体81及びバリア層51のエッチングは、材質及び膜厚などに応じて適切な方法を選択することができ、ドライエッチング法やウエットエッチング法が例示できる。
Thereafter, the laminate 81 is patterned into a predetermined shape. First, a resist layer R is formed on the
なお、図7に示す例とは異なり、バリア層51を絶縁層20上に形成せずに、第1及び第2のコンタクトホール22,24の内部のみに形成した場合であっても、積層体81のエッチングによって、第2のコンタクトホール24の内部のバリア層の少なくとも一部が除去されることがある。本実施の形態では、バリア層の形態にかかわらず、プラグの酸化防止効果の高い製造プロセスを提供することができる。
Unlike the example shown in FIG. 7, even when the
こうして、図8に示すように、強誘電体キャパシタ80を形成することができる。図8に示す例では、第1のコンタクト部60のバリア層52を形成する。バリア層52は、第1のコンタクトホール22からその周辺の絶縁層20上に至るように形成されている。また、上述したように、第2のコンタクトホール24では、プラグ44が露出するか又は薄いバリア層54が残る。
Thus, the
そこで、本実施の形態では、強誘電体層84の安定化(例えばエッチングダメージ回復)のために行う酸素雰囲気下におけるアニール処理前に、図9に示すように、被覆層90を形成する。被覆層90は、無機絶縁材料から形成してもよく、例えば酸化アルミニウム層(Al2O3層)が挙げられる。被覆層90は、少なくとも第2のコンタクト部70(プラグ44)上を含む領域に形成する。
Therefore, in the present embodiment, the
本実施の形態によれば、第2のコンタクトホール24のプラグ44上を含む領域に被覆層90を形成するので、例えば強誘電体キャパシタ80のアニール処理において、第2のコンタクトホール24のプラグ44の酸化防止を図ることができる。すなわち、バリア層54の厚さが不十分である場合や、バリア層54がエッチングされ消失している場合でも、第2のコンタクトホール24のプラグ44の酸化防止を図ることができる。また、上述したように、第2のコンタクトホール24のプラグ44上にバリア層54を残せば、被覆層90及びバリア層54によって、酸化防止効果のさらなる向上を図ることができる。
According to the present embodiment, since the
図9に示すように、被覆層90を強誘電体キャパシタ80の表面(上面及び側面)をさらに含む領域に形成してもよい。その場合、強誘電体キャパシタ80の表面の全部を被覆してもよい。強誘電体キャパシタ80の表面を被覆した場合であっても、被覆層90の厚みをコントロールすることによって、強誘電体キャパシタ80に対するアニール効果は達成される。具体的には、被覆層90をスパッタリング法などを適用して成膜し、かかる方法によるカバレージ特性により、被覆層90のうち、強誘電体キャパシタ80の側面に形成される部分を薄くしてもよい。こうすることで、強誘電体キャパシタ80の側面から徐々にアニール効果を達成することができる。また、被覆層90は、基体10の上方の全体に形成してもよい。これによれば、被覆層90をパターニングせずに形成できるので、製造プロセスの容易化を図ることができる。
As shown in FIG. 9, the covering
なお、被覆層90が絶縁性を有する場合、アニール処理後、被覆層90をパターニングすることによって、所定の電気的接続を図る。例えば、被覆層90から第2のコンタクト部70を露出させてもよいし、あるいは、強誘電体キャパシタ80の上部電極86を露出させてもよい(図10参照)。
In the case where the
本実施の形態に係る強誘電体メモリの製造方法によれば、上述したように、プラグの酸化防止を図ることができるので、信頼性の向上を図ることができる。 According to the method for manufacturing a ferroelectric memory according to the present embodiment, as described above, the oxidation of the plug can be prevented, so that the reliability can be improved.
図10は、本実施の形態に係る強誘電体メモリを模式的に示す図である。この強誘電体メモリは、上述の方法によって製造されたものであってもよく、上述の方法の説明から導くことができる内容を含む。 FIG. 10 is a diagram schematically showing a ferroelectric memory according to the present embodiment. This ferroelectric memory may be manufactured by the above-described method, and includes contents that can be derived from the description of the above-described method.
本実施の形態に係る強誘電体メモリは、基体10と、絶縁層(第1の絶縁層)20と、第1及び第2のコンタクト部60,70と、強誘電体キャパシタ80と、を含む。
The ferroelectric memory according to the present embodiment includes a
第1及び第2のコンタクト部60,70のそれぞれは、基体10の面に垂直方向に延出して形成され、絶縁層20を貫通している。第1のコンタクト部60の一方の端部には、基体10のトランジスタ(ソース領域及びドレイン領域のいずれか一方)が電気的に接続され、他方の端部には強誘電体キャパシタ80が電気的に接続されている。すなわち、第1のコンタクト部60は、トランジスタ及び強誘電体キャパシタ80を電気的に接続する。
Each of the first and
上述の製造方法で説明したように、第2のコンタクト部70の上面(バリア層(第2のバリア層)54又はプラグ(第2のプラグ)44)は、第1のコンタクト部60のバリア層(第1のバリア層)52の上面よりも低く形成されている。なお、第2のコンタクト部70は、第1のコンタクト部60と同一レベルの絶縁層20に形成されている。
As described in the above manufacturing method, the upper surface (the barrier layer (second barrier layer) 54 or the plug (second plug) 44) of the
図10に示すように、絶縁層20上には第2の絶縁層100が形成され、第2の絶縁層100には第3のコンタクトホール102が形成されている。第3のコンタクトホール102は、第2のコンタクト部70上に位置する。言い換えれば、第2及び第3のコンタクトホール24,102の少なくとも一部同士はオーバーラップしている。そして、第3のコンタクトホール102には、電気的導電性を有する第3のコンタクト部104が形成されている。本実施の形態では、第3のコンタクト部104の下面は、第2のコンタクトホール24の内部において、第2のコンタクト部70の上面と接続されている。第3のコンタクト部104は、第1又は第2のコンタクト部60,70と同様の構造を有していてもよい。第2及び第3のコンタクト部70,104によって、基体10のトランジスタと配線(又はパッド)110との電気的接続が図られている。
As shown in FIG. 10, the second insulating
図10に示す例では、第4のコンタクトホール106が第2の絶縁層100に形成されている。第4のコンタクトホール106は、強誘電体キャパシタ80上に位置する。そして、第4のコンタクトホール106に形成された電気的導電性を有する第4のコンタクト部108によって、強誘電体キャパシタ80(詳しくは上部電極86)と配線(又はパッド)112との電気的接続が図られている。なお、絶縁層20と第2の絶縁層100との間には、上述の製造方法において説明した被覆層90が介在していてもよい。
In the example shown in FIG. 10, the
なお、本実施の形態に係る強誘電体メモリでは、強誘電体キャパシタ80の下部電極82がビット線に電気的に接続され、強誘電体キャパシタ80の上部電極86がプレート線に電気的に接続され、トランジスタのゲート電極がワード線に電気的に接続されている。
In the ferroelectric memory according to the present embodiment, the
本実施の形態に係る強誘電体メモリによれば、上述の製造プロセスを適用することにより、プラグの酸化防止が可能になるので、信頼性の向上を図ることができる。 According to the ferroelectric memory in accordance with the present embodiment, it is possible to prevent the plug from being oxidized by applying the above-described manufacturing process, so that the reliability can be improved.
(第2の実施の形態)
図11は、本発明の第2の実施の形態に係る強誘電体メモリを模式的に示す図である。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a diagram schematically showing a ferroelectric memory according to the second embodiment of the present invention.
本実施の形態では、まず、第1及び第2のコンタクトホール22,24のそれぞれのプラグ42,44上と、絶縁層20上を含む領域にバリア層を形成しておく。バリア層は、上述したように第2の導電層を絶縁層20が露出する手前まで研磨することにより単一層に形成してもよいし(上述の図6参照)、第2の導電層を絶縁層20が露出するまで研磨した後、その上にスパッタリング法等によって成膜することにより複数層に形成してもよい。
In the present embodiment, first, a barrier layer is formed in a region including the
次に、強誘電体キャパシタ80となる積層体を形成した後(上述の図7参照)、かかる積層体をバリア層53が残るようにエッチングする。その場合、少なくとも絶縁層20上にバリア層53を残す。そのためには、エッチングの進行具合(エッチング時間及びエッチャントの性質等)をコントロールすればよい。バリア層53は、その全部を残すようにしてもよく、図11に示すように、強誘電体キャパシタ80の下地となる部分よりも薄くなるように、その表面部分を除去してもよい。絶縁層20上にバリア層53が残るようにしておけば、第2のコンタクトホール24のプラグ44上には、十分な厚さのバリア層を残すことが可能であるので、酸化雰囲気下におけるアニール処理の際に、プラグ44の酸化防止を図ることができる。
Next, after forming a laminated body to be the ferroelectric capacitor 80 (see FIG. 7 described above), the laminated body is etched so that the
アニール処理後、バリア層53における絶縁層20上の部分をエッチング等によって除去する。その場合、バリア層53のうち、第2のコンタクトホール24の内部の全部又は一部をさらに除去してもよい。バリア層53の除去工程後、第2のコンタクトホール24のプラグ44は露出していてもよいし、プラグ44上に薄くバリア層が残されていてもよい(上述の図8参照)。
After the annealing process, the portion of the
本実施の形態によれば、強誘電体キャパシタ80を形成するための積層体81のエッチング工程を、バリア層が残るように行うので、その後の強誘電体キャパシタ80のアニール処理において、第2のコンタクトホール24のプラグ44の酸化防止を図ることができる。また、酸化防止用に新たな層を設ける必要がなく、製造プロセスの簡略化を図ることができる。
According to the present embodiment, the etching process of the
なお、本実施の形態に係る強誘電体メモリは、上述の製造方法及び上述の実施の形態から導き出せる内容(被覆層を除く)を含む(上述の実施の形態の図8参照)。 Note that the ferroelectric memory according to the present embodiment includes the above-described manufacturing method and the contents (excluding the coating layer) that can be derived from the above-described embodiment (see FIG. 8 of the above-described embodiment).
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purposes and results). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
10…基体 20…絶縁層 22…第1のコンタクトホール
24…第2のコンタクトホール 30,32,34…バリア層 40…第1の導電層
42,44…プラグ 50…第2の導電層 51,52,53,54…バリア層
60…第1のコンタクト部 70…第2のコンタクト部 80…強誘電体キャパシタ
81…積層体 82…下部電極 84…強誘電体層 86…上部電極 90…被覆層
100…第2の絶縁層 102…第3のコンタクトホール
104…第3のコンタクト部
DESCRIPTION OF
Claims (15)
(b)前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの内部に、前記絶縁層の上面よりも低い上面を有するプラグを形成すること、
(c)前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの前記プラグの上方を含む領域に、バリア層を形成すること、
(d)下部電極、強誘電体層及び上部電極を順に積層して積層体を形成すること、
(e)前記積層体をエッチングすることによって、前記第1のコンタクトホールの前記プラグの上方を含む領域に、強誘電体キャパシタを形成すること、
(f)前記第2のコンタクトホールの前記プラグの上方を含む領域に、被覆層を形成すること、
を含む、強誘電体メモリの製造方法。 (A) forming first and second contact holes in an insulating layer formed above the substrate;
(B) forming a plug having an upper surface lower than the upper surface of the insulating layer in each of the first and second contact holes;
(C) forming a barrier layer in a region including the upper part of each of the first and second contact holes;
(D) stacking a lower electrode, a ferroelectric layer, and an upper electrode in order to form a stacked body;
(E) forming a ferroelectric capacitor in a region including the upper part of the plug of the first contact hole by etching the stacked body;
(F) forming a coating layer in a region including the upper part of the plug of the second contact hole;
A method for manufacturing a ferroelectric memory, comprising:
前記(c)工程で、前記バリア層を、前記絶縁層の上方をさらに含む領域に形成し、
前記(e)工程で、前記積層体と同時に、前記バリア層をエッチングする、強誘電体メモリの製造方法。 The method of manufacturing a ferroelectric memory according to claim 1.
In the step (c), the barrier layer is formed in a region further including the upper part of the insulating layer,
A method for manufacturing a ferroelectric memory, wherein the barrier layer is etched simultaneously with the stacked body in the step (e).
前記(f)工程で、前記被覆層を、前記強誘電体キャパシタの表面をさらに含む領域に形成する、強誘電体メモリの製造方法。 The ferroelectric memory according to claim 1 or 2,
In the step (f), the covering layer is formed in a region further including the surface of the ferroelectric capacitor.
前記(f)工程で、前記被覆層をスパッタリング法によって成膜する、強誘電体メモリの製造方法。 In the manufacturing method of the ferroelectric memory in any one of Claims 1-3,
A method for manufacturing a ferroelectric memory, wherein, in the step (f), the coating layer is formed by a sputtering method.
前記被覆層は、無機絶縁材料からなる、強誘電体メモリの製造方法。 In the manufacturing method of the ferroelectric memory in any one of Claims 1-4,
The method for manufacturing a ferroelectric memory, wherein the covering layer is made of an inorganic insulating material.
前記(f)工程後に、酸素雰囲気下においてアニール処理を行うことをさらに含む、強誘電体メモリの製造方法。 In the manufacturing method of the ferroelectric memory in any one of Claims 1-5,
A method of manufacturing a ferroelectric memory, further comprising performing an annealing process in an oxygen atmosphere after the step (f).
(b)前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの内部に、前記絶縁層の上面よりも低い上面を有するプラグを形成すること、
(c)前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの前記プラグの上方と、前記絶縁層の上方とを含む領域に、バリア層を形成すること、
(d)下部電極、強誘電体層及び上部電極を順に積層して積層体を形成すること、
(e)前記積層体を前記バリア層が残るようにエッチングすることによって、前記第1のコンタクトホールの前記プラグの上方を含む領域に、強誘電体キャパシタを形成すること、
(f)酸素雰囲気下においてアニール処理を行うこと、
(g)前記バリア層における前記絶縁層の上方の部分を除去すること、
を含む、強誘電体メモリの製造方法。 (A) forming first and second contact holes in an insulating layer formed above the substrate;
(B) forming a plug having an upper surface lower than the upper surface of the insulating layer in each of the first and second contact holes;
(C) forming a barrier layer in a region including the upper part of each plug of the first and second contact holes and the upper part of the insulating layer;
(D) stacking a lower electrode, a ferroelectric layer, and an upper electrode in order to form a stacked body;
(E) forming a ferroelectric capacitor in a region including the upper part of the plug of the first contact hole by etching the stacked body so that the barrier layer remains;
(F) performing an annealing treatment in an oxygen atmosphere;
(G) removing a portion of the barrier layer above the insulating layer;
A method for manufacturing a ferroelectric memory, comprising:
前記(b)工程前に、前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの内面に、他のバリア層を形成することをさらに含み、
前記(b)工程で、前記プラグを前記他のバリア層の内側に形成する、強誘電体メモリの製造方法。 In the manufacturing method of the ferroelectric memory in any one of Claims 1-7,
Before the step (b), further comprising forming another barrier layer on the inner surface of each of the first and second contact holes;
A method of manufacturing a ferroelectric memory, wherein the plug is formed inside the other barrier layer in the step (b).
前記(b)工程で、
前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの内部及び前記絶縁層の上方に、第1の導電層を形成し、
前記第1の導電層を前記絶縁層が露出するまで研磨することによって、前記プラグを形成する、強誘電体メモリの製造方法。 In the manufacturing method of the ferroelectric memory in any one of Claims 1-8,
In the step (b),
Forming a first conductive layer inside each of the first and second contact holes and above the insulating layer;
A method of manufacturing a ferroelectric memory, wherein the plug is formed by polishing the first conductive layer until the insulating layer is exposed.
前記(b)工程の前記研磨工程後に、エッチングによって、前記第1及び第2のコンタクトホールの少なくともいずれか一方の内部における前記第1の導電層の上部をさらに除去する、強誘電体メモリの製造方法。 The method of manufacturing a ferroelectric memory according to claim 9.
Manufacturing of a ferroelectric memory in which the upper portion of the first conductive layer inside at least one of the first and second contact holes is further removed by etching after the polishing step of the step (b). Method.
前記(c)工程で、
前記第1及び第2のコンタクトホールのそれぞれの内部及び前記絶縁層の上方に、第2の導電層を形成し、
前記第2の導電層を前記絶縁層の上方に所定の厚さが残るように研磨することによって、前記バリア層を形成する、強誘電体メモリの製造方法。 In the manufacturing method of the ferroelectric memory in any one of Claims 1-10,
In the step (c),
Forming a second conductive layer inside each of the first and second contact holes and above the insulating layer;
A method of manufacturing a ferroelectric memory, wherein the barrier layer is formed by polishing the second conductive layer so that a predetermined thickness remains above the insulating layer.
前記(c)工程の前記研磨工程後に、前記バリア層の上方に密着層を形成することをさらに含む、強誘電体メモリの製造方法。 The method of manufacturing a ferroelectric memory according to claim 11.
A method for manufacturing a ferroelectric memory, further comprising forming an adhesion layer above the barrier layer after the polishing step of the step (c).
前記(b)及び(c)工程の少なくともいずれか一方の研磨工程は、化学的機械的研磨法による工程を含む、強誘電体メモリの製造方法。 The method of manufacturing a ferroelectric memory according to any one of claims 9 to 12,
The method for manufacturing a ferroelectric memory, wherein at least one of the polishing steps (b) and (c) includes a step by a chemical mechanical polishing method.
前記基体の上方に形成された第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層を貫通する第1のコンタクトホールと、
前記第1の絶縁層を貫通する第2のコンタクトホールと、
前記第1のコンタクトホールに形成された第1のコンタクト部と、
前記第2のコンタクトホールに形成された第2のコンタクト部と、
前記第1のコンタクト部の上方を含む領域に、下部電極、強誘電体層及び上部電極が順に積層して形成された強誘電体キャパシタと、
前記第1の絶縁層の上方に形成された第2の絶縁層と、
前記第2のコンタクト部の上方に、前記第2の絶縁層を貫通して形成された第3のコンタクトホールと、
前記第3のコンタクトホールに形成された第3のコンタクト部と、
を含み、
前記第1のコンタクト部は、第1のプラグと、前記第1のプラグの上方に形成された第1のバリア層と、を有し、
前記第2のコンタクト部の上面は、前記第1のバリア層の上面よりも低く形成され、
前記第3のコンタクト部の下面は、前記第2のコンタクトホールの内部において、前記第2のコンタクト部の前記上面と接続されている、強誘電体メモリ。 A substrate;
A first insulating layer formed above the substrate;
A first contact hole penetrating the first insulating layer;
A second contact hole penetrating the first insulating layer;
A first contact portion formed in the first contact hole;
A second contact portion formed in the second contact hole;
A ferroelectric capacitor formed by sequentially laminating a lower electrode, a ferroelectric layer, and an upper electrode in a region including above the first contact portion;
A second insulating layer formed above the first insulating layer;
A third contact hole formed above the second contact portion and penetrating the second insulating layer;
A third contact portion formed in the third contact hole;
Including
The first contact portion includes a first plug and a first barrier layer formed above the first plug;
An upper surface of the second contact portion is formed lower than an upper surface of the first barrier layer;
The ferroelectric memory, wherein a lower surface of the third contact portion is connected to the upper surface of the second contact portion inside the second contact hole.
前記第2のコンタクト部は、第2のプラグと、前記第2のプラグの上方に形成された第2のバリア層と、を有し、
前記第2のバリア層の上面は、前記第1のバリア層の上面よりも低く形成されている、強誘電体メモリ。 14. The ferroelectric memory according to claim 13, wherein
The second contact portion includes a second plug and a second barrier layer formed above the second plug,
A ferroelectric memory, wherein an upper surface of the second barrier layer is formed lower than an upper surface of the first barrier layer.
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