JP2006156932A - Dielectric memory and manufacturing method therefor - Google Patents

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Takumi Mikawa
巧 三河
Mitsuhiro Okuni
充弘 大國
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弘 吉田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dielectric memory which has a capacitive insulating film showing a superior step coverage, and has a structure enabling microfabrication. <P>SOLUTION: The dielectric memory comprises first lower electrodes 12, a first insulating film 13 having openings 13h that reach the upper surfaces of the first lower electrodes 12, second lower electrodes 14b formed on the walls of the openings 13h, the capacitive insulating film 15 which is so formed above the first and second lower electrodes 12, 14b as not to fill the holes (openings 13h), and an upper electrode 16 formed on the capacitive insulating film 15. The film thickness of the second lower electrodes 14b to that of the openings 13h is made greater at the lower part than the upper part of the openings 13h. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、立体型キャパシタ構造を有する誘電体メモリ及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a dielectric memory having a three-dimensional capacitor structure and a manufacturing method thereof.

強誘電体メモリとして、プレーナ型及びスタック型構造を使用した1〜64kbitの小容量の強誘電体メモリが量産され始めている。最近では、例えば段差部に強誘電体膜を形成して、平坦部及び側壁部を有する強誘電体膜を使用した立体スタック型構造を有する強誘電体メモリの開発が行なわれている。立体スタック型構造を有する強誘電体メモリは、下部電極の直下に半導体基板と電気的に接続するコンタクトプラグを配置する構造を持つことにより、セルサイズを縮小して集積度を向上させる。加えて、立体スタック型構造を有する強誘電体メモリは、段差部上に容量絶縁膜を形成することにより、容量絶縁膜の表面積を大きくして容量を確保している。   As a ferroelectric memory, a ferroelectric memory having a small capacity of 1 to 64 kbit using a planar type and a stack type structure has been mass-produced. Recently, for example, a ferroelectric memory having a three-dimensional stack type structure in which a ferroelectric film is formed at a stepped portion and a ferroelectric film having a flat portion and a side wall portion is used has been developed. A ferroelectric memory having a three-dimensional stack structure has a structure in which a contact plug that is electrically connected to a semiconductor substrate is disposed immediately below a lower electrode, thereby reducing the cell size and improving the degree of integration. In addition, a ferroelectric memory having a three-dimensional stack type structure secures capacitance by forming a capacitive insulating film on the stepped portion, thereby increasing the surface area of the capacitive insulating film.

この強誘電体メモリに先行して、数々のDRAMのセル構造が提案されている(例えば、特許文献1〜4を参照)。特に、容量絶縁膜としてBST膜等の高誘電率膜を用いたスタック型キャパシタの構造は、容量絶縁膜として強誘電体膜を用いたFeRAMのスタック型キャパシタ構造と比較される。   Prior to this ferroelectric memory, a number of DRAM cell structures have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 4). In particular, the structure of a stacked capacitor using a high dielectric constant film such as a BST film as a capacitor insulating film is compared with a stacked capacitor structure of FeRAM using a ferroelectric film as a capacitor insulating film.

以下に、第1の従来例に係る誘電体メモリの製造方法について、図37(a)〜(d)及び図38(a)〜(c)を参照しながら説明する。なお、図37(a)〜(d)及び図38(a)〜(c)は、第1の従来例に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。   A dielectric memory manufacturing method according to the first conventional example will be described below with reference to FIGS. 37 (a) to (d) and FIGS. 38 (a) to (c). FIGS. 37A to 37D and FIGS. 38A to 38C are cross-sectional views of relevant steps showing a method for manufacturing a dielectric memory according to the first conventional example.

まず、図37(a)に示すように、半導体基板100上における素子分離領域(STI)101によって区画されている素子形成領域に、不純物拡散層102を形成する。続いて、素子分離領域101及び不純物拡散層102の上に、層間絶縁膜103を形成する。続いて、層間絶縁膜103を貫通し且つ下端が不純物拡散層102の上面と接続するストレージノードのコンタクトプラグ104を形成する。   First, as shown in FIG. 37A, the impurity diffusion layer 102 is formed in the element formation region partitioned by the element isolation region (STI) 101 on the semiconductor substrate 100. Subsequently, an interlayer insulating film 103 is formed on the element isolation region 101 and the impurity diffusion layer 102. Subsequently, a storage node contact plug 104 that penetrates the interlayer insulating film 103 and has a lower end connected to the upper surface of the impurity diffusion layer 102 is formed.

次に、図37(b)に示すように、層間絶縁膜103の上に、コンタクトプラグ104を被覆するように、下面がコンタクトプラグ104の上端と接続する導電性の酸素バリア膜105を形成する。   Next, as shown in FIG. 37B, a conductive oxygen barrier film 105 whose lower surface is connected to the upper end of the contact plug 104 is formed on the interlayer insulating film 103 so as to cover the contact plug 104. .

次に、図37(c)に示すように、層間絶縁膜103の上に、酸素バリア膜105を覆うように、絶縁膜106を形成した後に、CMP法によって絶縁膜106の表面を平坦化する。   Next, as shown in FIG. 37C, after the insulating film 106 is formed on the interlayer insulating film 103 so as to cover the oxygen barrier film 105, the surface of the insulating film 106 is planarized by CMP. .

次に、図37(d)に示すように、ドライエッチングにより、絶縁膜106中に、該絶縁膜106を貫通すると共に酸素バリア膜105の上面を露出させるホールである容量開口107を形成する。   Next, as shown in FIG. 37D, a capacitor opening 107 that is a hole that penetrates the insulating film 106 and exposes the upper surface of the oxygen barrier film 105 is formed in the insulating film 106 by dry etching.

次に、図38(a)に示すように、容量開口107の壁部及び底部、並びに絶縁膜106の上に、下部電極となる導電膜108(例えば、Pt若しくはIrに代表される貴金属又はその金属酸化物)を形成する。   Next, as shown in FIG. 38A, a conductive film 108 serving as a lower electrode (for example, a noble metal represented by Pt or Ir, or the like is formed on the wall and bottom of the capacitor opening 107 and the insulating film 106. Metal oxide).

次に、図38(b)に示すように、所望のマスクを用いたパターニングを行なうことにより、容量開口107内の壁部及び底部、並びに絶縁膜106上における容量開口107の開口縁部付近に、下部電極109を形成する。   Next, as shown in FIG. 38B, patterning using a desired mask is performed so that the wall and bottom of the capacitor opening 107 and the vicinity of the opening edge of the capacitor opening 107 on the insulating film 106 are formed. Then, the lower electrode 109 is formed.

次に、図38(c)に示すように、MOCVD法を用いて、下部電極109を覆うように、半導体基板100の全面に強誘電体膜よりなる容量絶縁膜110を形成した後に、該容量絶縁膜110の上に上部電極111を形成する。   Next, as shown in FIG. 38C, a capacitor insulating film 110 made of a ferroelectric film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 so as to cover the lower electrode 109 by MOCVD, and then the capacitance is An upper electrode 111 is formed on the insulating film 110.

以上のようにして、立体スタック型キャパシタ構造を有する誘電体メモリを製造することができる(例えば、特許文献1参照)。   As described above, a dielectric memory having a three-dimensionally stacked capacitor structure can be manufactured (for example, see Patent Document 1).

以下に、第2の従来例に係る立体スタック型構造を有する誘電体メモリについて、図39を参照しながら説明する。なお、図39は、第2の従来例に係る立体スタック型構造を有する誘電体メモリの構造を示す要部断面図である。   A dielectric memory having a three-dimensional stack structure according to the second conventional example will be described below with reference to FIG. FIG. 39 is a cross-sectional view of a principal part showing the structure of a dielectric memory having a three-dimensional stack type structure according to the second conventional example.

図39に示すように、半導体基板200における素子分離領域(STI)201によって区画されている素子形成領域には、不純物拡散層202が形成されている。半導体基板200における素子形成領域上には、ゲート電極203が形成されている。半導体基板200の上には、ゲート電極203を覆うように、第1の絶縁膜204が形成されており、該第1の絶縁膜204中には、該第1の絶縁膜204を貫通して延びると共に下端が不純物拡散層202に接続する第1のコンタクトプラグ205が形成されている。第1の絶縁膜204の上には、下面が第1のコンタクトプラグ204の上端と接続するように、ビット線206が形成されている。第1の絶縁膜204の上には、ビット線206を覆うように、第2の絶縁膜207が形成されており、該第2の絶縁膜207の上には、第1の水素バリア膜208が形成されている。   As shown in FIG. 39, an impurity diffusion layer 202 is formed in an element formation region partitioned by an element isolation region (STI) 201 in the semiconductor substrate 200. A gate electrode 203 is formed on the element formation region in the semiconductor substrate 200. A first insulating film 204 is formed on the semiconductor substrate 200 so as to cover the gate electrode 203, and penetrates the first insulating film 204 in the first insulating film 204. A first contact plug 205 extending and having a lower end connected to the impurity diffusion layer 202 is formed. A bit line 206 is formed on the first insulating film 204 so that the lower surface is connected to the upper end of the first contact plug 204. A second insulating film 207 is formed on the first insulating film 204 so as to cover the bit line 206, and the first hydrogen barrier film 208 is formed on the second insulating film 207. Is formed.

また、第1の水素バリア膜208、第2の絶縁膜207及び第1の絶縁膜204中には、これらの膜を貫通して延びると共に下端が不純物拡散層202に接続する第2のコンタクトプラグ209が形成されている。第1の水素バリア膜208の上には、下面が第2のコンタクトプラグ209の上端に接続するように、導電性の酸素バリア膜210が形成されている。第1の水素バリア膜108及び酸素バリア膜210の上には、凹部211aを有する第3の絶縁膜211が形成されている。   Also, a second contact plug that extends through the first hydrogen barrier film 208, the second insulating film 207, and the first insulating film 204 and has a lower end connected to the impurity diffusion layer 202. 209 is formed. A conductive oxygen barrier film 210 is formed on the first hydrogen barrier film 208 so that the lower surface is connected to the upper end of the second contact plug 209. On the first hydrogen barrier film 108 and the oxygen barrier film 210, a third insulating film 211 having a recess 211a is formed.

また、凹部211aの壁部及び底部、並びに第3の絶縁膜211上における凹部211aの縁部付近には、下部電極212が形成されている。下部電極212及び第3の絶縁膜211の上には、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜213が形成されており、該容量絶縁膜213の上には、上部電極214が形成されている。上部電極214の上には、凹部211aを埋め込むように、第4の絶縁膜215が形成されており、該第4の絶縁膜215の上には、下から順に第2の水素バリア膜216及び第5の絶縁膜217が形成されている。   A lower electrode 212 is formed in the vicinity of the edge of the recess 211a on the wall and bottom of the recess 211a and on the third insulating film 211. A capacitive insulating film 213 made of a ferroelectric film is formed on the lower electrode 212 and the third insulating film 211, and an upper electrode 214 is formed on the capacitive insulating film 213. A fourth insulating film 215 is formed on the upper electrode 214 so as to fill the concave portion 211a. On the fourth insulating film 215, the second hydrogen barrier film 216 and A fifth insulating film 217 is formed.

ここで、凹部211aは、下部電極212、容量絶縁膜213及び上部電極214を成膜する際の段差被覆性の悪化を防止する目的で、図39に示すように、断面がテーパー形状となっており、テーパー角は70〜80°程度である。さらに、下部電極212における端部は、凹部211aの開口よりも外側に延びて、第3の絶縁膜211上に配置されている。   Here, the recess 211a has a tapered cross section as shown in FIG. 39 for the purpose of preventing the step coverage from deteriorating when the lower electrode 212, the capacitor insulating film 213 and the upper electrode 214 are formed. The taper angle is about 70 to 80 °. Further, the end portion of the lower electrode 212 extends outside the opening of the recess 211 a and is disposed on the third insulating film 211.

以下に、第3の従来例に係る立体スタック型構造を有する誘電体メモリについて、図40を参照しながら説明する。なお、第3の従来例に係る誘電体メモリでは、上部電極及び下部電極としてRu膜を用いると共に、容量絶縁膜としてBST膜等の高誘電率膜を用いている。また、図40は、第3の従来例に係る立体スタック型構造を有する誘電体メモリの構造を示す要部断面図である。   Hereinafter, a dielectric memory having a three-dimensional stack type structure according to a third conventional example will be described with reference to FIG. In the dielectric memory according to the third conventional example, a Ru film is used as the upper electrode and the lower electrode, and a high dielectric constant film such as a BST film is used as the capacitor insulating film. FIG. 40 is a fragmentary cross-sectional view showing the structure of a dielectric memory having a three-dimensional stack structure according to the third conventional example.

図40に示すように、シリコン基板よりなる半導体基板300の上には、第1の層間絶縁膜301が形成されている。第1の層間絶縁膜301中には、該第1の層間絶縁膜301を貫通して延びると共に下端が半導体基板300における所定の領域(例えばソース/ドレイン領域)と接続するポリシリコンよりなる容量コンタクト302が形成されている。第1の層間絶縁膜301の上には、下面が容量コンタクト302の上端と接続するように、バリアメタル層303が形成されており、該バリアメタル層303の上には、下から順に、第1の電極層304と筒状体又は箱状体の第2の電極層305とが形成されている。このように、バリアメタル層303、第1の電極層304及び第2の電極層305よりなり、中央に凹部を有する有底の筒状体又は箱状体の下部電極が形成されている。なお、この凹部の底部から上方に向かって延在している筒状体又は箱状体である第2の電極層305の側壁は、図40に示す断面図上、鋭角の頂角を有する三角形状であることが特徴である(例えば、特許文献5を参照)。   As shown in FIG. 40, a first interlayer insulating film 301 is formed on a semiconductor substrate 300 made of a silicon substrate. In the first interlayer insulating film 301, a capacitive contact made of polysilicon extending through the first interlayer insulating film 301 and having a lower end connected to a predetermined region (for example, source / drain region) in the semiconductor substrate 300. 302 is formed. A barrier metal layer 303 is formed on the first interlayer insulating film 301 so that the lower surface thereof is connected to the upper end of the capacitor contact 302. One electrode layer 304 and a cylindrical or box-shaped second electrode layer 305 are formed. As described above, the bottom electrode of the bottomed cylindrical body or box-shaped body having the concave portion at the center is formed of the barrier metal layer 303, the first electrode layer 304, and the second electrode layer 305. Note that the side wall of the second electrode layer 305, which is a cylindrical body or box-like body extending upward from the bottom of the recess, is a triangle having an acute apex angle in the cross-sectional view shown in FIG. It is the feature that it is a shape (for example, refer patent document 5).

次に、第3の従来例に係るスタック型構造を有する誘電体メモリの製造方法について、図41(a)〜(d)及び図42(a)〜(d)を参照しながら説明する。なお、図41(a)〜(d)及び図42(a)〜(d)は、第3の従来例に係るスタック型構造を有する誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。   Next, a method for manufacturing a dielectric memory having a stack type structure according to a third conventional example will be described with reference to FIGS. 41 (a) to (d) and FIGS. 42 (a) to (d). 41 (a) to 41 (d) and FIGS. 42 (a) to 42 (d) are cross-sectional views of main steps showing a method for manufacturing a dielectric memory having a stack structure according to the third conventional example. .

まず、図41(a)に示すように、シリコンよりなる半導体基板300の上に、第1の層間絶縁膜301を形成した後に、第1の層間絶縁膜301を貫通すると共に、半導体基板300における所定の領域(例えばソース/ドレイン領域(図示せず))に接続するポリシリコンよりなる容量コンタクト302を形成する。続いて、第1の層間絶縁膜301の上に、下から順に、膜厚50nmのTiN層及び膜厚50nmのTi層が下から順に積層されてなるバリアメタル層303を形成する。続いて、バリアメタル層303の上に、膜厚80nmのIr膜よりなる第1の電極層304、及び膜厚400nmのRu膜よりなる筒状体又は箱状体の第2の電極層305を順に形成する。   First, as shown in FIG. 41A, after forming the first interlayer insulating film 301 on the semiconductor substrate 300 made of silicon, the first interlayer insulating film 301 is penetrated and the semiconductor substrate 300 A capacitor contact 302 made of polysilicon connected to a predetermined region (for example, a source / drain region (not shown)) is formed. Subsequently, a barrier metal layer 303 is formed on the first interlayer insulating film 301 by sequentially laminating a TiN layer having a thickness of 50 nm and a Ti layer having a thickness of 50 nm in order from the bottom. Subsequently, on the barrier metal layer 303, a first electrode layer 304 made of an Ir film having a thickness of 80 nm and a second electrode layer 305 made of a cylindrical body or a box-like body made of a Ru film having a thickness of 400 nm are formed. Form in order.

次に、図41(b)に示すように、第2の電極層305の上に、膜厚400nmのSiO2 膜を形成し、該SiO2 膜上にフォトレジスト膜を形成した後に、フォトリソグラフィを行なうことにより、開口パターン307hを有するレジスト膜307を形成する。続いて、開口パターン307hを有するレジスト膜307をマスクに用いて、SiO2 膜をエッチングすることにより、開口パターン307hを有する加工用マスク306を形成する。 Next, as shown in FIG. 41B, a 400 nm-thickness SiO 2 film is formed on the second electrode layer 305, a photoresist film is formed on the SiO 2 film, and then photolithography is performed. As a result, a resist film 307 having an opening pattern 307h is formed. Subsequently, the processing mask 306 having the opening pattern 307h is formed by etching the SiO 2 film using the resist film 307 having the opening pattern 307h as a mask.

次に、アッシング処理によってレジスト膜307を除去した後に、図41(b)に示すように、加工用マスク306を用いて、第2の電極層305及び第1の電極層304をエッチングする。続いて、エッチングガスとしてCl2 ガスを用いたRIE法により、加工用マスク306を引き続き用いて、バリアメタル層303をエッチングすることにより、加工用マスク306の下に、第2の電極層305、第1の電極層304、及びバリアメタル層303よりなる略台形状である島状の隆起部を形成すると共に、第1の層間絶縁膜301の表面を露出させる。 Next, after the resist film 307 is removed by ashing, the second electrode layer 305 and the first electrode layer 304 are etched using a processing mask 306 as shown in FIG. Subsequently, the barrier metal layer 303 is etched using the processing mask 306 by the RIE method using Cl 2 gas as an etching gas, so that the second electrode layer 305, A substantially trapezoidal island-shaped raised portion including the first electrode layer 304 and the barrier metal layer 303 is formed, and the surface of the first interlayer insulating film 301 is exposed.

次に、図41(d)に示すように、半導体基板300の全面に亘って、縞状の隆起部間を埋め込むと共に該隆起部の上面を超えるまで、TEOS層よりなる第2の層間絶縁膜308を形成する。その後、CMP技術を用いて、第2の層間絶縁膜308の一部と加工用マスク306とを研磨除去して、第2の電極層305の上面を露出させると共に、第2の層間絶縁膜308及び第2の電極層305の表面を平坦化する。   Next, as shown in FIG. 41D, a second interlayer insulating film made of a TEOS layer is embedded over the entire surface of the semiconductor substrate 300 so as to embed between the striped raised portions and to exceed the upper surface of the raised portions. 308 is formed. Thereafter, a part of the second interlayer insulating film 308 and the processing mask 306 are polished and removed by using the CMP technique to expose the upper surface of the second electrode layer 305 and the second interlayer insulating film 308. Then, the surface of the second electrode layer 305 is planarized.

次に、図42(a)に示すように、第2の層間絶縁膜308をマスクに用いると共に、第1の電極層304をエッチングストッパ層として用いて、第2の電極層305をエッチングすることにより、第1の電極層304の上面を露出させる凹部305hを形成する。これにより、バリアメタル層303、第1の電極層304及び第2の電極層305よりなり、中央に凹部305hを有する有底の筒状体又は箱状体の下部電極が形成される。なお、この凹部305hの底部から上方に向かって延在している筒状体又は箱状体である第2の電極層305の側壁は、図42(a)に示す断面図上、鋭角の頂角を有する三角形状であり、第2の層間絶縁膜308と第2の電極層305との境界面と半導体基板300の主面とがなす角度は、90°以上である。   Next, as shown in FIG. 42A, the second interlayer insulating film 308 is used as a mask and the second electrode layer 305 is etched using the first electrode layer 304 as an etching stopper layer. Thus, a recess 305h that exposes the upper surface of the first electrode layer 304 is formed. As a result, a bottomed cylindrical body or box-shaped lower electrode including the barrier metal layer 303, the first electrode layer 304, and the second electrode layer 305 and having a recess 305h at the center is formed. Note that the side wall of the second electrode layer 305, which is a cylindrical body or a box-like body extending upward from the bottom of the recess 305h, has an acute apex on the cross-sectional view shown in FIG. The angle between the boundary surface between the second interlayer insulating film 308 and the second electrode layer 305 and the main surface of the semiconductor substrate 300 is 90 ° or more.

次に、図42(b)に示すように、凹部305hの壁部及び底部、並びに第2の層間絶縁膜308の上面に、膜厚30nmのBST膜よりなる容量絶縁膜309を形成する。   Next, as shown in FIG. 42B, a capacitor insulating film 309 made of a BST film having a thickness of 30 nm is formed on the wall and bottom of the recess 305 h and the upper surface of the second interlayer insulating film 308.

次に、図42(c)に示すように、容量絶縁膜309の上に、膜厚500nmのRu膜よりなる上部電極310を形成する。以上のようにして、図40に示した誘電体メモリが形成される。
米国特許6239461号公報(column 5 line 44- column 6 line 26 fig 5) 特開昭61−296722号公報(第2−3頁、第1図) 特開平5−226853号公報 特開平9−148534号公報 特許第3415478号公報(第4−6頁、第1−3図)
Next, as shown in FIG. 42C, an upper electrode 310 made of a Ru film having a thickness of 500 nm is formed on the capacitor insulating film 309. As described above, the dielectric memory shown in FIG. 40 is formed.
US Patent 6239461 (column 5 line 44- column 6 line 26 fig 5) JP 61-296722 A (page 2-3, FIG. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 5-226853 JP-A-9-148534 Japanese Patent No. 3415478 (page 4-6, Fig. 1-3)

前述した第1の従来例に係る誘電体メモリの製造方法によると、容量開口107内を含む絶縁膜106上に導電膜108を形成した後に、所望のマスクを用いたパターニングによって下部電極109を形成しなければならない。この場合、下部電極109の端部が容量開口107内に落ち込まないように、マスク合わせのマージンを持たす必要があるため、下部電極109の端部が、絶縁膜106上における容量開口107の開口縁部付近に存在する部分上にも形成されていた。このため、第1の従来例に係る誘電体メモリの製造方法では、セルの微細化に適していないという問題があった。   According to the dielectric memory manufacturing method according to the first conventional example described above, after forming the conductive film 108 on the insulating film 106 including the inside of the capacitor opening 107, the lower electrode 109 is formed by patterning using a desired mask. Must. In this case, since it is necessary to have a mask alignment margin so that the end portion of the lower electrode 109 does not fall into the capacitor opening 107, the end portion of the lower electrode 109 is the opening edge of the capacitor opening 107 on the insulating film 106. It was also formed on the part existing near the part. For this reason, the dielectric memory manufacturing method according to the first conventional example has a problem that it is not suitable for cell miniaturization.

また、容量開口107内に下部電極109を段差被覆性良く成膜することが困難であるという問題もあった。現在の技術においては、Pt又はIrなどの貴金属系材料を成膜する手法としてスパッタ法が主流であり、CVD法又はメッキ法は未だに実験段階であって実用化には至っていない。このため、スパッタ法を用いて、容量開口107内に下部電極109を成膜した場合には、下部電極109における容量開口107の底部に形成される部分の段差被覆性が悪いので、後工程にて行なわれる強誘電体の結晶化に要する熱処理により、下部電極109に断線が生じるという問題があった。   There is also a problem that it is difficult to form the lower electrode 109 in the capacitor opening 107 with good step coverage. In the current technology, the sputtering method is mainly used as a method for forming a noble metal-based material such as Pt or Ir, and the CVD method or the plating method is still in an experimental stage and has not yet been put into practical use. For this reason, when the lower electrode 109 is formed in the capacitor opening 107 using the sputtering method, the step coverage of the portion formed at the bottom of the capacitor opening 107 in the lower electrode 109 is poor. There is a problem that the lower electrode 109 is disconnected due to the heat treatment required for the crystallization of the ferroelectric.

また、容量開口107の開口径の大きさによっては、容量開口107の内部に粒子が入らないこともある。この場合、コリメーションスパッタ法などを利用して垂直成分を増加させる場合であっても、容量開口107の内部へ粒子が侵入する効率は低いと考えられる。むしろ、スパッタレートの低下から単価が非常に高い貴金属をより多く用いることによるコストの上昇の問題が顕在化する。これらの問題を懸念して、結局のところ、スパッタの実力に合わせて容量開口107の開口径を調整し、その範囲内でセル構造を形成しているのが実情である。したがって、十分な電極面積を確保しようとすると、必然的にセルサイズが大きくなるという問題があった。   Further, depending on the size of the opening of the capacitor opening 107, particles may not enter the capacitor opening 107. In this case, even when the vertical component is increased by using a collimation sputtering method or the like, it is considered that the efficiency of the particles entering the capacity opening 107 is low. Rather, the problem of an increase in cost due to the use of more precious metals having a very high unit price due to a decrease in the sputtering rate becomes obvious. Concerned about these problems, after all, the actual condition is that the opening diameter of the capacitor opening 107 is adjusted in accordance with the sputtering ability, and the cell structure is formed within the range. Therefore, there has been a problem that the cell size inevitably increases when it is attempted to secure a sufficient electrode area.

次に、第2の従来例に係る誘電体メモリでは、例えばスパッタ法によって下部電極212を成膜する際にオーバーハングが生じて段差被覆性が悪化することを防止する目的で、凹部211aの壁部がテーパー形状となるように形成されている。このため、凹部211aの上部の開口径が大きくなって、テーパー角がついた分だけ、半導体基板200の主面に水平な方向にセルサイズが増加するという問題があった。   Next, in the dielectric memory according to the second conventional example, the wall of the recess 211a is prevented in order to prevent the step coverage from deteriorating due to overhang when the lower electrode 212 is formed by sputtering, for example. The part is formed to have a tapered shape. For this reason, there has been a problem that the cell size increases in a direction horizontal to the main surface of the semiconductor substrate 200 by an amount corresponding to the increased taper angle at the top of the recess 211a.

また、前述した第1の従来例と同様に、セルサイズが増加しているという問題もあった。さらには、下部電極211の端部の角部xに電界が集中して、容量絶縁膜213である強誘電体膜の信頼特性(エンデュランス特性など)が劣化するという問題もあった。   Further, like the first conventional example described above, there is a problem that the cell size is increased. Furthermore, the electric field concentrates on the corner x of the end portion of the lower electrode 211, and there is a problem that the reliability characteristics (endurance characteristics, etc.) of the ferroelectric film that is the capacitive insulating film 213 deteriorates.

次に、第3の従来例に係る誘電体メモリは、第2の層間絶縁膜308の上には下部電極が形成されていない構造を有しているので、前述した製造方法からも分かるように、エッチングされにくい材料である貴金属のRu膜よりなる第2の電極層305の壁部が、エッチングによってテーパー形状になるという特長を利用して第3の従来例に係る誘電体メモリは形成されている。さらに、第2の電極層305に対するエッチングによって形成されたテーパー形状を有する島状の隆起部を利用して、島状の隆起部を取り囲む第2の層間絶縁膜308をマスクに用いたエッチングを行なうことにより、図42(a)に示すように、凹部305hを自己整合的に形成し、頂角が鋭角である断面三角形状の第2の電極層305を形成する。   Next, since the dielectric memory according to the third conventional example has a structure in which the lower electrode is not formed on the second interlayer insulating film 308, as can be seen from the above-described manufacturing method. The dielectric memory according to the third conventional example is formed by utilizing the feature that the wall portion of the second electrode layer 305 made of a precious metal Ru film, which is a material difficult to be etched, is tapered by etching. Yes. Further, by using the island-like ridges having a tapered shape formed by etching the second electrode layer 305, etching is performed using the second interlayer insulating film 308 surrounding the island-like ridges as a mask. As a result, as shown in FIG. 42A, the recess 305h is formed in a self-aligned manner, and the second electrode layer 305 having a triangular cross section with an acute apex angle is formed.

ところが、前述した第3の従来例に係る誘電体メモリの製造方法によると、絶縁膜に比べてエッチング加工が困難な導電膜よりなる第2の電極層305に対して、少なくとも2回はエッチングを行なう必要があり、この2度のエッチングにより、壁部の内外にテーパー形状を有する凹部305hが形成される。このため、第2の電極層305に対するエッチングの際には、隣り合う凹部305hの間隔として、壁部の内外のテーパー形状の分だけ、マージンを持たせる必要がある。したがって、半導体基板300の主面に水平な方向におけるセルサイズの微細化が困難であるという問題があった。   However, according to the dielectric memory manufacturing method according to the third conventional example described above, the second electrode layer 305 made of a conductive film that is difficult to etch compared to the insulating film is etched at least twice. It is necessary to carry out the etching, and the concave portion 305h having a tapered shape is formed inside and outside the wall portion by the two etchings. For this reason, when etching the second electrode layer 305, it is necessary to provide a margin corresponding to the tapered shape inside and outside the wall portion as the interval between the adjacent recesses 305h. Therefore, there is a problem that it is difficult to reduce the cell size in the direction horizontal to the main surface of the semiconductor substrate 300.

さらには、下部電極を形成するために要する工程が複雑であり、且つ、エッチング加工が困難な電極材料に対する加工時間が増大すると共にエッチング量が多くなるので、生産性が低下するという問題もあった。   Furthermore, the process required to form the lower electrode is complicated, and the processing time for the electrode material that is difficult to etch increases, and the amount of etching increases, resulting in a problem of reduced productivity. .

前記に鑑み、本発明の目的は、容量絶縁膜の段差被覆性を向上しつつ、セルサイズの微細化を実現できる誘電体メモリ及びその製造方法を提供することである。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a dielectric memory and a method of manufacturing the same, which can realize a reduction in cell size while improving the step coverage of a capacitive insulating film.

前記の課題を解決するために、本発明の一側面に係る第1の誘電体メモリの製造方法は、基板の上に第1の下部電極を形成する工程と、第1の下部電極の上に第1の絶縁膜を形成する工程と、第1の絶縁膜に、第1の下部電極の上面に到達するホールを形成する工程と、少なくともホールの壁部及び底部に導電膜を形成する工程と、エッチングを行なって、ホールの底部に存在する導電膜を除去することにより、ホールの壁部に残存する導電膜よりなる第2の下部電極を形成する工程と、第1の下部電極及び第2の下部電極の上に、ホールを埋め込まないように容量絶縁膜を形成する工程と、容量絶縁膜の上に上部電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a first dielectric memory manufacturing method according to one aspect of the present invention includes a step of forming a first lower electrode on a substrate, and a step of forming a first lower electrode on the first lower electrode. Forming a first insulating film; forming a hole reaching the upper surface of the first lower electrode in the first insulating film; and forming a conductive film at least on a wall and a bottom of the hole; Etching is performed to remove the conductive film present at the bottom of the hole, thereby forming a second lower electrode made of the conductive film remaining on the wall of the hole, and the first lower electrode and the second lower electrode. And a step of forming a capacitor insulating film on the lower electrode so as not to fill the hole, and a step of forming an upper electrode on the capacitor insulating film.

本発明の一側面に係る第1の誘電体メモリの製造方法によると、エッチングを行なって、導電膜におけるホールの底部に形成されている部分を除去することにより、ホールの壁部に、滑らかな形状(以下、サイドウォール形状と言う)を有する第2の下部電極を自己整合的に形成することができる。このように、マスクを用いて導電膜をパターニングする工程がないため、マスクを用いる回数を低減することができるので、歩留まりを向上させることができる。また、ホールの壁部にのみ第2の下部電極を自己整合的に形成することができるので、ホール内に下部電極を形成する際に従来であれば必要であったホールとのマスク合わせのマージン(アライメントマージン)を確保する必要がない。このため、ホール間(つまりキャパシタ間)距離を狭くすることができるので、セルの微細化を実現することができる。さらに、第2の下部電極が第1の絶縁膜上に残存しないので、局所的な電界集中を緩和することができる。   According to the first dielectric memory manufacturing method of the present invention, etching is performed to remove the portion formed at the bottom of the hole in the conductive film, so that the wall of the hole is smooth. A second lower electrode having a shape (hereinafter referred to as a sidewall shape) can be formed in a self-aligning manner. In this manner, since there is no step of patterning the conductive film using a mask, the number of times the mask is used can be reduced, so that the yield can be improved. Further, since the second lower electrode can be formed in a self-aligned manner only on the wall portion of the hole, a margin for mask alignment with the hole, which was conventionally required when forming the lower electrode in the hole, It is not necessary to secure (alignment margin). For this reason, since the distance between holes (that is, between capacitors) can be narrowed, cell miniaturization can be realized. Furthermore, since the second lower electrode does not remain on the first insulating film, local electric field concentration can be reduced.

また、導電膜に対してエッチングを行なうことにより、例えばスパッタ法によって導電膜を堆積している場合であっても、その堆積時に発生するオーバーハングを抑制することができるので、オーバーハングによる断線の発生を防止することができる。さらに、エッチングによってホール内に形成された第2の下部電極の形状はサイドウォール形状となるので、ホールの壁部よりも滑らかな傾斜面を有する第2の下部電極の上に、容量絶縁膜を段差被覆性良く形成することができる。以上のように、本発明の一側面に係る第1の誘電体メモリの製造方法によると、ホールの上部の開口径を変更することなく、段差被覆性に優れた立体型キャパシタを形成することができると共に、セルの微細化を実現することができる。   In addition, by etching the conductive film, even when the conductive film is deposited by, for example, sputtering, it is possible to suppress the overhang that occurs during the deposition, so that the disconnection due to the overhang can be prevented. Occurrence can be prevented. Furthermore, since the shape of the second lower electrode formed in the hole by etching becomes a sidewall shape, a capacitive insulating film is formed on the second lower electrode having a smooth inclined surface than the wall portion of the hole. It can be formed with good step coverage. As described above, according to the first dielectric memory manufacturing method of one aspect of the present invention, a three-dimensional capacitor having excellent step coverage can be formed without changing the opening diameter of the upper part of the hole. In addition, cell miniaturization can be realized.

本発明の一側面に係る第1の誘電体メモリの製造方法において、第1の絶縁膜を形成する工程よりも後で、且つホールを形成する工程よりも前に、第1の絶縁膜の上に、エッチングストッパとして機能する第2の絶縁膜を形成する工程をさらに備え、ホールを形成する工程は、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜に、第1の下部電極の上面に到達するホールを形成する工程であることが好ましい。   In the first dielectric memory manufacturing method according to one aspect of the present invention, the first insulating film is formed on the first insulating film after the step of forming the first insulating film and before the step of forming the holes. In addition, the method further includes a step of forming a second insulating film functioning as an etching stopper, and the step of forming the hole reaches the upper surface of the first lower electrode in the first insulating film and the second insulating film. A step of forming holes is preferable.

このようにすると、ホールの上部周囲には、エッチングされにくい第2の絶縁膜が形成されているので、導電膜におけるホールの底部に存在する部分を除去するエッチングにおいて、第2の絶縁膜におけるホールの上部の周辺に存在する部分がオーバーエッチングされることを抑制することができる。したがって、オーバーエッチングに起因するホールの高さのばらつきを抑制することができるので、これに伴って生じるセル容量のばらつきを防止することができる。   In this case, since the second insulating film that is difficult to be etched is formed around the upper part of the hole, the hole in the second insulating film is removed in the etching for removing the portion existing at the bottom of the hole in the conductive film. It can suppress that the part which exists in the periphery of the upper part of is over-etched. Therefore, variation in hole height due to overetching can be suppressed, and variation in cell capacity caused by this variation can be prevented.

本発明の一側面に係る第1の誘電体メモリの製造方法において、第2の下部電極を形成する工程よりも後で、且つ容量絶縁膜を形成する工程よりも前に、第2の下部電極の上端よりも上に存在している第1の絶縁膜を除去する工程をさらに備えることが好ましい。   In the first method for manufacturing a dielectric memory according to one aspect of the present invention, the second lower electrode is formed after the step of forming the second lower electrode and before the step of forming the capacitive insulating film. It is preferable that the method further includes a step of removing the first insulating film existing above the upper end of the first insulating film.

このようにすると、ホールを構成する第1の絶縁膜における容量に寄与しない部分を除去することができるので、効率良く且つ無駄のないキャパシタを形成をすることができる。また、ホールの壁部における上部付近には、第2の下部電極の有無による段差が生じないので、後工程にて容量絶縁膜を段差被覆性良く形成することができる。   In this way, the portion of the first insulating film constituting the hole that does not contribute to the capacitance can be removed, so that an efficient and wasteful capacitor can be formed. In addition, since there is no step due to the presence or absence of the second lower electrode in the vicinity of the upper portion of the hole wall, the capacitor insulating film can be formed with good step coverage in a later step.

本発明の一側面に係る第1の誘電体メモリの製造方法において、導電膜を形成する工程は、スパッタ法を用いることが好ましい。   In the first method for manufacturing a dielectric memory according to one aspect of the present invention, the step of forming the conductive film preferably uses a sputtering method.

現在、貴金属系の導電膜を下部電極として使用する場合、一般的にスパッタ法が用いられているが、スパッタ法はMOCVD法に比べて段差被覆性に劣るので、スパッタ法を用いて下部電極を形成すると、オーバーハングが形成されるという問題がある。しかしながら、本発明では、エッチングにより、導電膜におけるホールの底部に存在する部分を除去し、ホールの壁部にのみ第2の下部電極を自己整合的に形成することができるので、スパッタ法によるオーバーハングの問題を防止することができる。   At present, when a noble metal conductive film is used as the lower electrode, the sputtering method is generally used. However, since the sputtering method is inferior in step coverage as compared with the MOCVD method, the lower electrode is formed by using the sputtering method. When formed, there is a problem that an overhang is formed. However, in the present invention, the portion of the conductive film existing at the bottom of the hole can be removed by etching, and the second lower electrode can be formed in a self-aligned manner only on the wall of the hole. Can prevent hang problems.

本発明の一側面に係る第1の誘電体メモリの製造方法において、第1の下部電極と第2の下部電極とは、同一の導電性材料よりなることが好ましい。   In the first dielectric memory manufacturing method according to one aspect of the present invention, the first lower electrode and the second lower electrode are preferably made of the same conductive material.

このようにすると、他のプロセスの自由度を高めることができる。   In this way, the degree of freedom of other processes can be increased.

本発明の一側面に係る第1の誘電体メモリの製造方法において、第1の下部電極と第2の下部電極とは、異なる導電性材料よりなることが好ましい。   In the first dielectric memory manufacturing method according to one aspect of the present invention, the first lower electrode and the second lower electrode are preferably made of different conductive materials.

このようにすると、第2の下部電極をエッチングにて形成する際に、第1の下部電極との選択比があるエッチング条件を選択できるので、オーバーエッチングによるセル容量のばらつきを低減し、様々なセル設計に有効である。   In this case, when the second lower electrode is formed by etching, an etching condition having a selection ratio with the first lower electrode can be selected, so that variation in cell capacity due to overetching can be reduced and various It is effective for cell design.

本発明の一側面に係る第2の誘電体メモリの製造方法は、基板の上に第1の下部電極を形成する工程と、第1の下部電極の上に第1の絶縁膜を形成する工程と、第1の絶縁膜に、第1の下部電極の上面に到達するホールを形成する工程と、エッチングを行なって、ホールの底部に露出している第1の下部電極を除去することにより、第1の下部電極に凹部を形成すると共に、ホールの壁部に凹部の形成の際に除去された第1の下部電極を構成する材料よりなる第2の下部電極を形成する工程と、凹部の壁部及び底部並びに前記第2の下部電極の上に、ホールを埋め込まないように容量絶縁膜を形成する工程と、容量絶縁膜の上に上部電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。   The second dielectric memory manufacturing method according to one aspect of the present invention includes a step of forming a first lower electrode on a substrate and a step of forming a first insulating film on the first lower electrode. And forming a hole reaching the upper surface of the first lower electrode in the first insulating film, and performing etching to remove the first lower electrode exposed at the bottom of the hole, Forming a recess in the first lower electrode, and forming a second lower electrode made of a material constituting the first lower electrode, which is removed when forming the recess in the wall of the hole; The method includes a step of forming a capacitor insulating film on the wall and bottom and the second lower electrode so as not to fill holes, and a step of forming an upper electrode on the capacitor insulating film. .

本発明の一側面に係る第2の誘電体メモリの製造方法によると、第1の下部電極に凹部を形成する際にエッチングによって除去された第1の下部電極の材料よりなり、サイドウォール形状を有する第2の下部電極を、ホール及び凹部よりなる容量開口内にのみ自己整合的に形成することができる。したがって、所望のサイズを有する容量開口内に第2の下部電極を効率よく且つ自己整合的に形成することができるので、ホール内に下部電極を形成する際に従来であれば必要であったホールとのマスク合わせのマージン(アライメントマージン)を確保する必要がない。このたま、ホール間(つまりキャパシタ間)距離を狭くすることができるので、セルの微細化を実現することができる。さらに、第2の下部電極を加工する際にマスクを用いる必要がないため、マスク数を低減できるので、例えばマスクを除去する工程の低減などによって歩留まりを向上させることができる。さらに、容量開口がホール及び凹部よりなる構造であることより、ホールのみよりなる容量開口に比べてホール及び凹部よりなる容量開口の表面積が増加し、容量を十分に確保することが可能になると同時に、容量開口の下部における段差被覆性を維持することができる。さらに、第2の下部電極が第1の絶縁膜上に残存しないので、局所的な電界集中を緩和することができる。   According to the second method for manufacturing a dielectric memory according to one aspect of the present invention, the first dielectric layer is made of the material of the first lower electrode removed by etching when the concave portion is formed in the first lower electrode. The second lower electrode can be formed in a self-aligned manner only in the capacitor opening made of the hole and the recess. Therefore, the second lower electrode can be formed efficiently and in a self-aligned manner in the capacitor opening having a desired size. Therefore, when forming the lower electrode in the hole, a hole that has been conventionally required is formed. It is not necessary to secure a margin for aligning the mask (alignment margin). In this case, since the distance between holes (that is, between capacitors) can be reduced, cell miniaturization can be realized. Furthermore, since it is not necessary to use a mask when processing the second lower electrode, the number of masks can be reduced. For example, the yield can be improved by reducing the number of steps for removing the mask. In addition, since the capacitor opening has a structure including a hole and a recess, the surface area of the capacitor opening including the hole and the recess is increased as compared with a capacitor opening including only the hole, and a sufficient capacity can be secured. The step coverage at the lower part of the capacitor opening can be maintained. Furthermore, since the second lower electrode does not remain on the first insulating film, local electric field concentration can be reduced.

本発明の一側面に係る第2の誘電体メモリの製造方法において、ホールを形成する工程よりも後で、且つ凹部及び第2の下部電極を形成する工程よりも前に、ホールの壁部及び底部に導電膜を形成する工程をさらに備え、凹部及び第2の下部電極を形成する工程は、エッチングを行なって、ホールの底部に形成されている第1の下部電極及び導電膜を除去することにより、第1の下部電極に凹部を形成すると共に、ホールの壁部に凹部の形成の際に除去された部分を構成する材料よりなる第2の下部電極を形成する工程であることが好ましい。   In the second method for manufacturing a dielectric memory according to one aspect of the present invention, the hole wall and the hole are formed after the step of forming the hole and before the step of forming the recess and the second lower electrode. The method further includes the step of forming a conductive film on the bottom, and the step of forming the recess and the second lower electrode includes performing etching to remove the first lower electrode and the conductive film formed on the bottom of the hole. Thus, it is preferable that the step of forming a recess in the first lower electrode and forming a second lower electrode made of a material constituting the portion removed during the formation of the recess in the wall portion of the hole.

このようにすると、第1の下部電極に凹部を形成する際にエッチングによって除去された第1の下部電極及び導電膜の材料よりなる第2の下部電極を、ホール及び凹部よりなる容量開口内にのみ自己整合的に形成することができる。このため、所望のサイズを有する容量開口内に第2の下部電極を効率よく且つ自己整合的に形成できることに加えて、第2の下部電極の側壁における膜厚を十分に確保することができる。したがって、プロセスの安定性を向上させることができる。さらに、第1の絶縁膜上におけるホールの周囲に存在する部分上にも導電膜を形成する場合には、該誘電膜がエッチングの際に第1の絶縁膜の膜減りを防ぐことができるので、所望の深さを有する容量開口を維持することができ、セル容量の低下を抑制することができる。   In this way, the first lower electrode and the second lower electrode made of the conductive film material removed by etching when forming the recess in the first lower electrode are placed in the capacitor opening made of the hole and the recess. Can only be formed in a self-aligned manner. For this reason, the second lower electrode can be efficiently and self-alignedly formed in the capacitor opening having a desired size, and the film thickness on the side wall of the second lower electrode can be sufficiently secured. Therefore, process stability can be improved. Further, in the case where a conductive film is also formed on a portion of the first insulating film around the hole, the dielectric film can prevent the first insulating film from being reduced during etching. The capacitor opening having a desired depth can be maintained, and the decrease in cell capacity can be suppressed.

本発明の一側面に係る第2の誘電体メモリの製造方法において、第1の絶縁膜を形成する工程よりも後で、且つホールを形成する工程よりも前に、第1の絶縁膜の上に、エッチングストッパとして機能する第2の絶縁膜を形成する工程をさらに備え、ホールを形成する工程は、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜に、第1の下部電極の上面に到達するホールを形成する工程であることが好ましい。   In the second method for manufacturing a dielectric memory according to one aspect of the present invention, the first dielectric film is formed on the first dielectric film after the step of forming the first dielectric film and before the process of forming the holes. In addition, the method further includes a step of forming a second insulating film functioning as an etching stopper, and the step of forming the hole reaches the upper surface of the first lower electrode in the first insulating film and the second insulating film. A step of forming holes is preferable.

このようにすると、第1の絶縁膜の上にエッチングの際にエッチングされにくい材料よりなる第2の絶縁膜を配置することで、セル容量の低下につながる第1の絶縁膜の膜減りを抑制することができる。   In this way, by disposing the second insulating film made of a material that is difficult to be etched during the etching on the first insulating film, the film loss of the first insulating film that leads to a reduction in cell capacity is suppressed. can do.

本発明の一側面に係る第2の誘電体メモリの製造方法において、第1の下部電極は、基板の上に形成された導電層の上に形成され、エッチングは、導電層の上面が露出するまでホールの底部の第1の下部電極を除去することが好ましい。   In the second method for manufacturing a dielectric memory according to one aspect of the present invention, the first lower electrode is formed on the conductive layer formed on the substrate, and the upper surface of the conductive layer is exposed by etching. It is preferable to remove the first lower electrode at the bottom of the hole.

このようにすると、第1の下部電極の下にエッチングされにくい材料よりなる導電層を配置することで、エッチングの際に、第1の下部電極に対するエッチングを導電層の上面が露出したところでストップさせることができる。したがって、第1の下部電極に形成される凹部の深さを一定にすることができるので、セル容量のばらつきを抑制することができる。   In this case, by disposing the conductive layer made of a material that is difficult to etch under the first lower electrode, the etching for the first lower electrode is stopped when the upper surface of the conductive layer is exposed during the etching. be able to. Therefore, since the depth of the recess formed in the first lower electrode can be made constant, variations in cell capacity can be suppressed.

本発明の一側面に係る第1又は第2の誘電体メモリの製造方法において、第2の下部電極を形成する工程よりも後で、且つ容量絶縁膜を形成する工程よりも前に、第2の下部電極を酸素雰囲気下でアニールする工程をさらに備えることが好ましい。   In the first or second dielectric memory manufacturing method according to one aspect of the present invention, the second dielectric layer is formed after the second lower electrode forming step and before the capacitor insulating film forming step. It is preferable that the method further includes a step of annealing the lower electrode in an oxygen atmosphere.

このようにすると、エッチングによって結合力が一旦弱まっている導電膜よりなる第2の下部電極の結合力を強化することができる。これにより、電極としての機能を十分に発揮することができるので、特性の安定したキャパシタを提供することができる。   In this way, it is possible to reinforce the bonding force of the second lower electrode made of a conductive film whose bonding force has once weakened by etching. Accordingly, the function as an electrode can be sufficiently exerted, so that a capacitor with stable characteristics can be provided.

本発明の一側面に係る第1又は第2の誘電体メモリの製造方法において、容量絶縁膜を形成する工程は、MOCVD法を用いることが好ましい。   In the first or second dielectric memory manufacturing method according to one aspect of the present invention, the step of forming the capacitor insulating film preferably uses the MOCVD method.

このようにMOCVD法を用いた誘電体膜の形成では、多元系において、段差被覆性の向上と良好な分極特性の維持との両立が非常に困難であるが、サイドウォール形状を有する第2の下部電極を形成することにより、ホールの開口が上部に向かって広がり、ホールの開口内にガスが侵入しやすくなるので、MOCVD法による段差被覆性の困難性を低減することができる。   Thus, in the formation of the dielectric film using the MOCVD method, it is very difficult to improve the step coverage and maintain the good polarization characteristic in the multi-element system, but the second shape having the sidewall shape is difficult. By forming the lower electrode, the opening of the hole expands toward the upper part, and gas easily enters the opening of the hole, so that difficulty in step coverage by the MOCVD method can be reduced.

本発明の一側面に係る第2の誘電体メモリの製造方法において、第1の下部電極及び第2の下部電極は、貴金属又は貴金属酸化物よりなることが好ましい。   In the second dielectric memory manufacturing method according to one aspect of the present invention, the first lower electrode and the second lower electrode are preferably made of a noble metal or a noble metal oxide.

このようにすると、貴金属又は貴金属酸化物は化学的に安定であるので、エッチングされにくい性質を持つ。このため、これらの材料は、エッチングの際に、その条件によっては、化学的に反応して揮発することなく、物理的に弾き出されるので、第2の下部電極の形成にとって好適な材料である。また、これらの材料は、強誘電体膜に対する高温での結晶化時に強誘電体膜と反応することがない点でも好適な材料である。   In this case, the noble metal or the noble metal oxide is chemically stable and thus has a property of being hardly etched. For this reason, these materials are suitable for forming the second lower electrode because they are physically ejected without being chemically reacted and volatilized depending on the conditions during etching. These materials are also preferable in that they do not react with the ferroelectric film during crystallization of the ferroelectric film at a high temperature.

本発明の一側面に係る第1の誘電体メモリは、基板の上に形成された第1の下部電極と、第1の下部電極の上に形成され、第1の下部電極の上面に到達するホールを有する第1の絶縁膜と、ホールの壁部に形成された第2の下部電極と、第1の下部電極の上及び第2の下部電極の表面上に、ホールを埋め込まないように形成された容量絶縁膜と、容量絶縁膜の上に形成された上部電極とを備え、ホールの壁部に対する第2の下部電極の膜厚は、ホールの壁部の上方よりも下方の方が厚いことを特徴とする。   A first dielectric memory according to an aspect of the present invention is formed on a first lower electrode formed on a substrate and the first lower electrode, and reaches the upper surface of the first lower electrode. A first insulating film having a hole, a second lower electrode formed on the wall of the hole, and formed on the first lower electrode and on the surface of the second lower electrode so as not to fill the hole. And the upper electrode formed on the capacitor insulating film. The film thickness of the second lower electrode with respect to the wall of the hole is thicker below the hole than above the wall of the hole. It is characterized by that.

本発明の一側面に係る第1の誘電体メモリによると、ホールの壁部にのみ下部電極が形成されており、第1の絶縁膜上には下部電極が形成されていないので、メモリセルの微細化を実現することができる。さらに、第1の絶縁膜上には下部電極が残存していないので、局所的な電界集中を緩和することができる。さらに、ホールの壁部にサイドウォール形状の第2の下部電極が形成されているので、滑らかな電極形状が実現できると共に、ホールの開口付近における局所的な電界集中が緩和されて、誘電体膜の信頼特性を延ばすことができる。また、MOCVD法を用いて容量絶縁膜を形成する場合における段差被覆性が向上し、局所的な電界集中を緩和することができる。さらに、ホールの開口径はホールの上部に向かうにつれて大きくなっている一方、ホールの底部に向かうにつれて小さくなっているため、MOCVD法を用いて容量絶縁膜を形成する際に、ホールの開口内に原料ガスが侵入しやすいので、ホールの壁部に形成された第2の下部電極上に、容量絶縁膜を段差被覆性良く形成することが可能になる。   According to the first dielectric memory of one aspect of the present invention, the lower electrode is formed only on the wall portion of the hole, and the lower electrode is not formed on the first insulating film. Miniaturization can be realized. Further, since the lower electrode does not remain on the first insulating film, local electric field concentration can be reduced. Furthermore, since the second lower electrode in the shape of the sidewall is formed on the wall portion of the hole, a smooth electrode shape can be realized, and local electric field concentration near the opening of the hole is reduced, so that the dielectric film The reliability characteristics can be extended. Further, the step coverage in the case of forming a capacitive insulating film using the MOCVD method is improved, and local electric field concentration can be reduced. Furthermore, since the opening diameter of the hole increases toward the top of the hole and decreases toward the bottom of the hole, when forming the capacitive insulating film using the MOCVD method, Since the source gas easily penetrates, it is possible to form the capacitor insulating film with good step coverage on the second lower electrode formed on the wall of the hole.

本発明の一側面に係る第2の誘電体メモリは、基板の上に形成され、上部に凹部を有する第1の下部電極と、第1の下部電極の上に形成され、凹部に到達するホールを有する第1の絶縁膜と、ホールの壁部に形成され、且つ側壁が凹部の壁部と連続するように形成された第2の下部電極と、凹部の壁部及び底部並びに第2の下部電極の上に、ホールを埋め込まないように形成された容量絶縁膜と、容量絶縁膜の上に形成された上部電極とを備え、ホールの壁部に対する第2の下部電極の膜厚は、ホールの壁部の上方よりも下方の方が厚いことを特徴とする。   A second dielectric memory according to one aspect of the present invention is formed on a substrate and has a first lower electrode having a recess in the upper portion and a hole formed on the first lower electrode and reaching the recess. A first insulating film having a hole, a second lower electrode formed on the wall of the hole and having a side wall continuous with the wall of the recess, a wall and a bottom of the recess, and a second lower portion A capacitor insulating film formed on the electrode so as not to fill the hole; and an upper electrode formed on the capacitor insulating film. The film thickness of the second lower electrode with respect to the wall of the hole is The lower part is thicker than the upper part of the wall part.

本発明の一側面に係る第2の誘電体メモリによると、第1の誘電体メモリと同様に、メモリセルの微細化を可能にすることに加えて、容量開口がホール及び凹部よりなる構造であることより、ホールのみよりなる容量開口に比べてホール及び凹部よりなる容量開口の表面積が増加し、容量を十分に確保することが可能になる。また、容量開口がホール及び凹部よりなり、第2の下部電極は第1の下部電極から除去された材料よりなるため、高容量を得るために容量開口を深くした場合に発生する段差被覆性の低下の問題を原理的に回避でき、容量開口の下部における段差被覆性を維持することができる。   According to the second dielectric memory according to one aspect of the present invention, as in the first dielectric memory, in addition to enabling miniaturization of the memory cell, the capacitor opening has a structure including a hole and a recess. As a result, the surface area of the capacitor opening made up of the holes and the recesses is increased as compared with the capacitor opening made up of only the holes, and a sufficient capacity can be secured. Further, since the capacitor opening is formed of a hole and a recess, and the second lower electrode is made of a material removed from the first lower electrode, the step coverage that occurs when the capacitor opening is deepened to obtain a high capacity is obtained. The problem of lowering can be avoided in principle, and the step coverage at the lower part of the capacitor opening can be maintained.

本発明の一側面に係る第1又は第2の誘電体メモリにおいて、第1の絶縁膜の上部に、エッチングストッパとして機能する第2の絶縁膜をさらに備えていることが好ましい。   In the first or second dielectric memory according to one aspect of the present invention, it is preferable that a second insulating film functioning as an etching stopper is further provided on the first insulating film.

このように、ホールの上部周囲にエッチングされにくい第2の絶縁膜が形成されている構造では、第2の下部電極の形成の際におけるエッチングにおいて、第2の絶縁膜におけるホールの上部の周辺に存在する部分がオーバーエッチングされることを抑制することができるので、オーバーエッチングに起因するホールの高さのばらつきが抑制された構造が実現される。これにより、セル容量のばらつきが低減された誘電体メモリが実現される。   As described above, in the structure in which the second insulating film that is difficult to be etched is formed around the upper part of the hole, in the etching for forming the second lower electrode, the second insulating film is formed around the upper part of the hole. Since over-etching of existing portions can be suppressed, a structure in which variation in hole height due to over-etching is suppressed is realized. As a result, a dielectric memory with reduced cell capacity variation is realized.

本発明の一側面に係る第1又は第2の誘電体メモリにおいて、第1の下部電極と第2の下部電極とは、同一の導電性材料よりなることが好ましい。   In the first or second dielectric memory according to one aspect of the present invention, the first lower electrode and the second lower electrode are preferably made of the same conductive material.

このようにすると、一種類の電極材料と容量絶縁膜との相性、例えば、結晶成長時の格子整合性又は電極からの不純物拡散などを考慮すればよいため、異種材料の電極間における相互作用を考慮することがないので、異種材料の電極を採用した場合と比較して、他のプロセスの自由度を制限することがない。さらに、第1の下部電極と第2の下部電極とは同一材料よりなるため、第2の下部電極を形成する工程において、導電膜におけるホールの底部に存在する部分の除去の際に、下方に位置する第1の下部電極がオーバーエッチングされて、第1の下部電極の上部に凹部が形成されるので、凹部の深さ分だけ第1の下部電極の面積を大きくとることができる。したがって、セルの開口内部における実効容量を大きくすることができる。   In this way, the compatibility between the electrodes of different types of materials can be considered because the compatibility between one kind of electrode material and the capacitive insulating film, for example, lattice matching during crystal growth or impurity diffusion from the electrode, etc., should be taken into consideration. Since there is no consideration, the degree of freedom of other processes is not limited as compared with the case where electrodes of different materials are employed. Furthermore, since the first lower electrode and the second lower electrode are made of the same material, in the step of forming the second lower electrode, when the portion existing at the bottom of the hole in the conductive film is removed, Since the positioned first lower electrode is over-etched and a recess is formed on the first lower electrode, the area of the first lower electrode can be increased by the depth of the recess. Therefore, the effective capacity inside the opening of the cell can be increased.

本発明の一側面に係る第1又は第2の誘電体メモリにおいて、第1の下部電極と第2の下部電極とは、異なる導電性材料よりなることが好ましい。   In the first or second dielectric memory according to one aspect of the present invention, the first lower electrode and the second lower electrode are preferably made of different conductive materials.

例えば、第1の下部電極として酸素バリア層又は不純物拡散防止層としての役割を十分に発揮する材料を採用することにより、第1の下部電極をストレージノードコンタクトプラグの保護層として機能させることができる。また、第1の下部電極と第2の下部電極とが異種材料であるため、第2の下部電極をエッチングにて形成する際に、第1の下部電極との選択比のあるエッチング条件に設定することができるので、第1の下部電極と第2の下部電極とに同じ電極材料を採用した場合と比較して、第1の下部電極に対するオーバーエッチングが低減され、セルの開口内部における実効容量のばらつきを防止することができる。   For example, the first lower electrode can function as a protective layer for the storage node contact plug by adopting a material that sufficiently functions as an oxygen barrier layer or an impurity diffusion prevention layer as the first lower electrode. . In addition, since the first lower electrode and the second lower electrode are made of different materials, when the second lower electrode is formed by etching, etching conditions having a selection ratio with the first lower electrode are set. Therefore, compared to the case where the same electrode material is used for the first lower electrode and the second lower electrode, overetching for the first lower electrode is reduced, and the effective capacitance inside the cell opening is reduced. Can be prevented.

本発明の一側面に係る第1又は第2の誘電体メモリにおいて、第1の下部電極及び第2の下部電極は、貴金属又は貴金属酸化物よりなることが好ましい。   In the first or second dielectric memory according to one aspect of the present invention, the first lower electrode and the second lower electrode are preferably made of a noble metal or a noble metal oxide.

一般に、貴金属又は貴金属酸化物は化学的に安定であるので、貴金属又は貴金属酸化物よりなる下部電極は、強誘電体膜を結晶化させるための高温アニール時に、強誘電体膜と反応することがなく、下部電極としての役割を果たすことができる。さらに、DRAMと比較して、特性上の相違から、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜を用いたFeRAMにおける電極及び容量絶縁膜の膜厚はとても厚い。したがって、FeRAMにおいてDRAMと同じセル容量を得るためには、膜厚差を考慮して、ホールの開口径を大きくする必要があるが、本発明によると、ホール内に堆積された導電膜をエッチングすることにより、導電膜の膜厚が薄くなると共に、サイドウォール形状の第2の下部電極が形成されているので、セル面積の増大を低減することができる。   In general, since noble metals or noble metal oxides are chemically stable, the lower electrode made of noble metal or noble metal oxide may react with the ferroelectric film during high-temperature annealing for crystallizing the ferroelectric film. And can serve as a lower electrode. Furthermore, compared with DRAM, due to the difference in characteristics, the film thickness of the electrode and the capacitive insulating film in FeRAM using the capacitive insulating film made of a ferroelectric film is very thick. Therefore, in order to obtain the same cell capacity as the DRAM in FeRAM, it is necessary to increase the opening diameter of the hole in consideration of the difference in film thickness. However, according to the present invention, the conductive film deposited in the hole is etched. As a result, the thickness of the conductive film is reduced and the sidewall-shaped second lower electrode is formed, so that an increase in cell area can be reduced.

以上のように、本発明によると、ホールの底部に存在する導電材料をエッチングすることにより、ホールの壁部にのみ導電材料よりなる下部電極を自己整合的に形成することができる。すなわち、マスク合わせのマージンの必要がないので、所望のサイズを有する容量開口内に下部電極を効率よく且つ自己整合的に形成することができる。これにより、セルの微細化を実現できると共に、段差被覆性に優れた誘電体メモリを製造することができる。   As described above, according to the present invention, by etching the conductive material present at the bottom of the hole, the lower electrode made of the conductive material can be formed in a self-aligned manner only on the wall of the hole. That is, since there is no need for a mask alignment margin, the lower electrode can be formed efficiently and in a self-aligned manner in the capacitor opening having a desired size. As a result, the miniaturization of the cell can be realized and a dielectric memory excellent in step coverage can be manufactured.

以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリについて、図1を参照しながら説明する。なお、図1は、本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。
(First embodiment)
The dielectric memory according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part showing the configuration of the dielectric memory according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、半導体基板1における素子分離領域(STI)2によって区画されている素子形成領域には、不純物拡散層3が形成されている。半導体基板1における素子形成領域上には、ゲート電極4が形成されている。このように、不純物拡散層3及びゲート電極4によってトランジスタが構成される。また、半導体基板1上の全面には、トランジスタを覆うように、第1の絶縁膜5が形成されている。第1の絶縁膜5中には、該第1の絶縁膜5を貫通し且つ下端が不純物拡散層3に接続する第1のコンタクトプラグ6が形成されている。第1の絶縁膜5の上には、下面が第1のコンタクトプラグ6の上端と接続するように、ビット線7が形成されている。第1の絶縁膜5の上には、ビット線7を覆うように、第2の絶縁膜8が形成されており、該第2の絶縁膜8の上には、第1の水素バリア膜9が形成されている。   As shown in FIG. 1, an impurity diffusion layer 3 is formed in an element formation region partitioned by an element isolation region (STI) 2 in a semiconductor substrate 1. A gate electrode 4 is formed on the element formation region in the semiconductor substrate 1. As described above, the impurity diffusion layer 3 and the gate electrode 4 constitute a transistor. A first insulating film 5 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 so as to cover the transistor. Formed in the first insulating film 5 is a first contact plug 6 that penetrates the first insulating film 5 and has a lower end connected to the impurity diffusion layer 3. A bit line 7 is formed on the first insulating film 5 so that the lower surface is connected to the upper end of the first contact plug 6. A second insulating film 8 is formed on the first insulating film 5 so as to cover the bit line 7, and the first hydrogen barrier film 9 is formed on the second insulating film 8. Is formed.

また、第1の水素バリア膜9、第2の絶縁膜8及び第1の絶縁膜5中には、これらの膜を貫通し且つ下端が不純物拡散層3に接続する第2のコンタクトプラグ10が形成されている。第1の水素バリア膜9の上には、下面が第2のコンタクトプラグ10の上端に接続するように、導電性の酸素バリア膜11が形成されており、該酸素バリア膜11の上には、第1の下部電極12が形成されている。第1の水素バリア膜9の上には、酸素バリア膜11及び第1の下部電極12を覆うように、開口部13hを有する第3の絶縁膜13が形成されている。なお、第1のコンタクトプラグ6は、ビット線コンタクトであり、第2のコンタクトプラグ10は、ストレージノードコンタクトである。   Further, in the first hydrogen barrier film 9, the second insulating film 8, and the first insulating film 5, a second contact plug 10 that penetrates these films and has a lower end connected to the impurity diffusion layer 3 is provided. Is formed. A conductive oxygen barrier film 11 is formed on the first hydrogen barrier film 9 so that the lower surface is connected to the upper end of the second contact plug 10. A first lower electrode 12 is formed. A third insulating film 13 having an opening 13 h is formed on the first hydrogen barrier film 9 so as to cover the oxygen barrier film 11 and the first lower electrode 12. The first contact plug 6 is a bit line contact, and the second contact plug 10 is a storage node contact.

また、開口部13hの壁部及び底部にのみ第2の下部電極14aが形成されている。第2の下部電極14a及び第3の絶縁膜13の上には、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜15が形成されており、該容量絶縁膜15の上には、上部電極16が形成されている。このように、第1の下部電極12、第2の下部電極14a、容量絶縁膜15及び上部電極16によってキャパシタが構成されている。また、上部電極16の上には、開口部13hを埋め込むように、第4の絶縁膜17が形成されており、該第4の絶縁膜17の上には、下から順に第2の水素バリア膜18及び第5の絶縁膜19が形成されている。   The second lower electrode 14a is formed only on the wall and bottom of the opening 13h. A capacitive insulating film 15 made of a ferroelectric film is formed on the second lower electrode 14 a and the third insulating film 13, and an upper electrode 16 is formed on the capacitive insulating film 15. ing. As described above, the first lower electrode 12, the second lower electrode 14 a, the capacitor insulating film 15, and the upper electrode 16 constitute a capacitor. Further, a fourth insulating film 17 is formed on the upper electrode 16 so as to fill the opening 13h. On the fourth insulating film 17, a second hydrogen barrier is sequentially formed from the bottom. A film 18 and a fifth insulating film 19 are formed.

ここで、酸素バリア膜11は、例えば、Ir膜、IrO膜、TiAlN膜、及びTaAlN膜のうちから選択されるいずれか1種類よりなる単層膜又は複数種類よりなる積層膜である。また、第1の下部電極12及び第2の下部電極14aは、例えば、Pt又はIrなどの貴金属、又はこれらの貴金属の酸化物よりなる。また、容量絶縁膜15を構成する強誘電体膜は、例えば、SBT系、PZT系、BLT系の材料よりなる。   Here, the oxygen barrier film 11 is, for example, a single layer film made of any one kind selected from an Ir film, an IrO film, a TiAlN film, and a TaAlN film, or a laminated film made of a plurality of kinds. The first lower electrode 12 and the second lower electrode 14a are made of a noble metal such as Pt or Ir, or an oxide of these noble metals. Further, the ferroelectric film constituting the capacitive insulating film 15 is made of, for example, an SBT-based material, a PZT-based material, or a BLT-based material.

以上のように、本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリによると、第2の下部電極14aの端部は、第3の絶縁膜13における開口部13hの上部の外側に位置する部分上に延長されることなく、開口部13h内にのみ形成されている。これにより、従来の製造方法において必要であった、開口部に対して下部電極をパターニングする際のアライメントマージンを確保する必要がない。したがって、アライメントマージンが不要となるので、半導体基板1の主面に対して水平な方向へのキャパシタセルの微細化を実現することができる。   As described above, according to the dielectric memory according to the first embodiment of the present invention, the end portion of the second lower electrode 14 a is a portion located outside the upper portion of the opening 13 h in the third insulating film 13. It is formed only in the opening 13h without extending upward. Thus, it is not necessary to secure an alignment margin when patterning the lower electrode with respect to the opening, which is necessary in the conventional manufacturing method. Therefore, since an alignment margin is not necessary, the capacitor cell can be miniaturized in a direction horizontal to the main surface of the semiconductor substrate 1.

また、開口部13hの壁部が、半導体基板1の主面とのなす角度が90°以下となるように構成する、言い換えると、壁部が順テーパー形状を有する開口部13hを設けることにより、開口部13hの底部から上方に向かうほど開口径が広がる形状となるので、開口部13h内に後に形成される第2の下部電極14a、容量絶縁膜15、及び上部電極16の段差被覆性が良くなる。これにより、開口部13hにおける屈曲部での成膜が良好となるので、断線などの発生を防止することができる。   Further, the wall portion of the opening portion 13h is configured such that the angle formed with the main surface of the semiconductor substrate 1 is 90 ° or less, in other words, by providing the opening portion 13h in which the wall portion has a forward tapered shape. Since the opening diameter increases in the upward direction from the bottom of the opening 13h, the step coverage of the second lower electrode 14a, the capacitor insulating film 15, and the upper electrode 16 formed later in the opening 13h is good. Become. Thereby, since the film formation at the bent portion in the opening 13h becomes good, the occurrence of disconnection or the like can be prevented.

なお、本実施形態では、キャパシタを被覆する第4の絶縁膜17と、第5の絶縁膜19との間に、第2の水素バリア膜18が形成されている構成について説明したが、容量絶縁膜15として耐還元性を有する強誘電体材料を用いる場合には、第1の水素バリア膜10及び第2の水素バリア膜18が形成されていない構成であっても構わない。ただし、一般的には、水素バリア膜の組み合わせにより、例えば、第1の水素バリア膜9と第2の水素バリア膜18とをメモリセルの端部で接続することによって、キャパシタを水素バリア膜によって完全に被覆することが可能となるので、強誘電体キャパシタの水素による特性劣化を防止することができる。   In the present embodiment, the configuration in which the second hydrogen barrier film 18 is formed between the fourth insulating film 17 and the fifth insulating film 19 covering the capacitor has been described. When a ferroelectric material having reduction resistance is used as the film 15, the first hydrogen barrier film 10 and the second hydrogen barrier film 18 may not be formed. However, in general, by combining the hydrogen barrier film, for example, by connecting the first hydrogen barrier film 9 and the second hydrogen barrier film 18 at the end of the memory cell, the capacitor is formed by the hydrogen barrier film. Since it is possible to completely cover the ferroelectric capacitor, it is possible to prevent deterioration of characteristics of the ferroelectric capacitor due to hydrogen.

以下に、本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法について、図2(a)〜(c)、図3(a)〜(c)、及び図4(a)〜(c)を参照しながら説明する。   The dielectric memory manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 2 (a) to (c), FIGS. 3 (a) to (c), and FIGS. ) And will be described.

図2(a)〜(c)、図3(a)〜(c)、及び図4(a)〜(c)は、本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。   2A to 2C, FIGS. 3A to 3C, and FIGS. 4A to 4C show a method for manufacturing a dielectric memory according to the first embodiment of the present invention. It is principal part process sectional drawing.

まず、図2(a)に示すように、半導体基板1上における素子分離領域(STI)2によって区画された領域には、不純物拡散層3及びゲート電極4よりなるトランジスタが形成されている。この状態で、半導体基板1上の全面に亘って、トランジスタを覆うように、例えばシリコン酸化膜(SiO2 )よりなる膜厚500nm〜800nm程度の第1の絶縁膜5を堆積する。続いて、第1の絶縁膜5中に、該第1の絶縁膜5を貫通すると共に不純拡散層3に到達する第1のコンタクトホール(図示せず)を形成した後に、該第1のコンタクトホールに、タングステン(W)又はポリシリコンを充填することにより、ビット線コンタクトとなる第1のコンタクトプラグ6を形成する。 First, as shown in FIG. 2A, a transistor including an impurity diffusion layer 3 and a gate electrode 4 is formed in a region partitioned by an element isolation region (STI) 2 on the semiconductor substrate 1. In this state, a first insulating film 5 made of, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ) having a thickness of about 500 nm to 800 nm is deposited so as to cover the transistor over the entire surface of the semiconductor substrate 1. Subsequently, after forming a first contact hole (not shown) that penetrates the first insulating film 5 and reaches the impurity diffusion layer 3 in the first insulating film 5, the first contact is formed. By filling the hole with tungsten (W) or polysilicon, a first contact plug 6 to be a bit line contact is formed.

続いて、第1の絶縁膜5及び第1のコンタクトプラグ6の上に、W又はTiNよりなる膜厚20〜200nm程度の導電膜を堆積した後に、該導電膜に対して所望のマスクを用いたエッチングを行なうことにより、下面が第1のコンタクトプラグ6の上端と接続するビット線7を形成する。   Subsequently, after depositing a conductive film made of W or TiN having a thickness of about 20 to 200 nm on the first insulating film 5 and the first contact plug 6, a desired mask is used for the conductive film. The bit line 7 whose lower surface is connected to the upper end of the first contact plug 6 is formed by etching.

続いて、第1の絶縁膜5の上に、例えばシリコン酸化膜(SiO2 )よりなる膜厚500nm〜800nmの第2の絶縁膜8を堆積した後に、該第2の絶縁膜8の上に、例えばシリコン窒化膜(SiN)よりなる膜厚20nm〜100nm程度の第1の水素バリア膜9を堆積する。続いて、第1の水素バリア膜9、第2の絶縁膜8及び第1の絶縁膜5中に、これらの膜を貫通し、且つ不純物拡散層3に到達する第2のコンタクトホール(図示せず)を形成する。その後に、該第2のコンタクトホールに、タングステン(W)又はポリシリコンを充填することにより、ストレージノードコンタクトとなる第2のコンタクトプラグ10を形成する。 Subsequently, after depositing a second insulating film 8 having a film thickness of 500 nm to 800 nm made of, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ) on the first insulating film 5, the second insulating film 8 is formed on the second insulating film 8. For example, a first hydrogen barrier film 9 having a film thickness of about 20 nm to 100 nm made of, for example, a silicon nitride film (SiN) is deposited. Subsequently, a second contact hole (not shown) that penetrates through the first hydrogen barrier film 9, the second insulating film 8, and the first insulating film 5 and reaches the impurity diffusion layer 3. Z). Thereafter, the second contact hole is filled with tungsten (W) or polysilicon, thereby forming a second contact plug 10 serving as a storage node contact.

ここで、図2(a)に示した工程において、不純物拡散層3の表面にコバルトシリサイド(CoSi2 )層を設ける工程を設けてもよい。これにより、不純物拡散層3の表面にコバルトシリサイド層を設けない場合と比べて、低抵抗化を図ることができ、回路動作上の遅延を防止することができる。また、第1の水素バリア膜9は、後に形成する容量絶縁膜として用いる材料によって、設けない構成でもかまわない。 Here, in the step shown in FIG. 2A, a step of providing a cobalt silicide (CoSi 2 ) layer on the surface of the impurity diffusion layer 3 may be provided. Thereby, compared with the case where a cobalt silicide layer is not provided on the surface of the impurity diffusion layer 3, resistance can be reduced, and a delay in circuit operation can be prevented. The first hydrogen barrier film 9 may be configured not to be provided depending on a material used as a capacitor insulating film to be formed later.

次に、図2(b)に示すように、第1の水素バリア膜9及び第2のコンタクトプラグ10の上に、膜厚20〜200nm程度の導電性の酸素バリア膜11を形成する。なお、このとき、酸素バリア膜11の下面を第2のコンタクトプラグ10の上端と接続させる。ここで、酸素バリア膜11は、例えば、Ir膜、IrO膜、TiAlN膜、及びTaAlN膜のうちから選択されるいずれか1種類よりなる単層膜又は複数種類よりなる積層膜である。また、酸素バリア膜11は、後述する容量絶縁膜15を構成する強誘電体膜の結晶化を目的とした酸素雰囲気中での熱処理において、第2のコンタクトプラグ10が酸化することを防止するものである。また、酸素バリア膜11がTiAlN膜よりなる場合には、酸素バリア膜11は、酸素バリア膜としての機能に加えて水素バリア膜としての機能をも有する。なお、後述する容量絶縁膜15を構成する強誘電体膜の結晶化温度が十分に低温である場合には、酸素バリア膜11を設ける必要はない。続いて、酸素バリア膜11の上に、例えばPt若しくはIrなどの貴金属、又はこれら貴金属の酸化物よりなる膜厚100〜500nm程度の第1の下部電極12を形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, a conductive oxygen barrier film 11 having a thickness of about 20 to 200 nm is formed on the first hydrogen barrier film 9 and the second contact plug 10. At this time, the lower surface of the oxygen barrier film 11 is connected to the upper end of the second contact plug 10. Here, the oxygen barrier film 11 is, for example, a single layer film made of any one kind selected from an Ir film, an IrO film, a TiAlN film, and a TaAlN film, or a laminated film made of a plurality of kinds. The oxygen barrier film 11 prevents the second contact plug 10 from being oxidized during a heat treatment in an oxygen atmosphere for the purpose of crystallization of a ferroelectric film constituting a capacitive insulating film 15 described later. It is. When the oxygen barrier film 11 is made of a TiAlN film, the oxygen barrier film 11 has a function as a hydrogen barrier film in addition to a function as an oxygen barrier film. Note that when the crystallization temperature of the ferroelectric film constituting the capacitor insulating film 15 described later is sufficiently low, it is not necessary to provide the oxygen barrier film 11. Subsequently, a first lower electrode 12 having a thickness of about 100 to 500 nm made of a noble metal such as Pt or Ir or an oxide of these noble metals is formed on the oxygen barrier film 11.

次に、図2(c)に示すように、第1の水素バリア膜9上の全面に亘って、酸素バリア膜11及び第1の下部電極12を覆うように、例えばSiO2 よりなる膜厚500nm〜1000nm程度の第3の絶縁膜13を堆積した後に、CMP法などにより、第3の絶縁膜13の表面を平坦化する。 Next, as shown in FIG. 2C, the film thickness of, for example, SiO 2 is formed so as to cover the oxygen barrier film 11 and the first lower electrode 12 over the entire surface of the first hydrogen barrier film 9. After the third insulating film 13 having a thickness of about 500 nm to 1000 nm is deposited, the surface of the third insulating film 13 is planarized by CMP or the like.

次に、図3(a)に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第3の絶縁膜13に、第1の下部電極12の上面に到達する開口部13hを形成する。なお、開口部13hの壁部と半導体基板1の主面とのなす角度が90°以下となるように、開口部13hを形成することにより、後の工程において、段差被覆性の良い第2の下部電極14aをより効率的に形成することが可能となる。   Next, as shown in FIG. 3A, an opening 13h that reaches the upper surface of the first lower electrode 12 is formed in the third insulating film 13 by lithography and dry etching. In addition, by forming the opening portion 13h so that the angle formed by the wall portion of the opening portion 13h and the main surface of the semiconductor substrate 1 is 90 ° or less, the second step having good step coverage in a later step. It becomes possible to form the lower electrode 14a more efficiently.

次に、図3(b)に示すように、CVD法により、開口部13hの壁部及び底部、並びに第3の絶縁膜13の上面に、開口部13hの内部を完全に埋め込まない程度に、例えばPt若しくはIrなどの貴金属又はこれらの貴金属の酸化物よりなる導電層20を形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, by CVD, the wall and bottom of the opening 13h and the upper surface of the third insulating film 13 are not completely embedded in the opening 13h. For example, the conductive layer 20 made of a noble metal such as Pt or Ir or an oxide of these noble metals is formed.

次に、図3(c)に示すように、CMP法により、導電層20における第3の絶縁膜13の上面に存在する部分を除去することにより、開口部13hの内部にのみ第2の下部電極14aを形成する。すなわち、第2の下部電極14aは、立体的に見ると、開口部13hの壁部及び底部に形成された筒型形状を有している。   Next, as shown in FIG. 3C, by removing the portion of the conductive layer 20 existing on the upper surface of the third insulating film 13 by CMP, the second lower portion is formed only in the opening 13h. The electrode 14a is formed. In other words, the second lower electrode 14a has a cylindrical shape formed on the wall and bottom of the opening 13h when viewed three-dimensionally.

次に、図4(a)に示すように、MOCVD法を用いて、第2の下部電極14a及び第3の絶縁膜13の上に、開口部13h内を埋め込まないように、例えばSBT(Sr1-yBi2+xTa29、但し、xは0≦xの関係を満たし、yはy≦1の関係を満たす。)系、PZT(Pb(Zrx1-x)O3、但し、xは0≦x≦1の関係を満たす。)系、又はBLT(Bi4-xLaxTi312、但し、xは0≦x≦1の関係を満たす。)系の材料によって構成される強誘電体膜よりなる容量絶縁膜15を形成する。 Next, as shown in FIG. 4A, for example, SBT (Sr) is used so that the inside of the opening 13h is not embedded on the second lower electrode 14a and the third insulating film 13 by using the MOCVD method. 1-y Bi 2 + x Ta 2 O 9 , where x satisfies the relationship of 0 ≦ x and y satisfies the relationship of y ≦ 1) system, PZT (Pb (Zr x T 1-x ) O 3 However, x satisfies the relationship of 0 ≦ x ≦ 1) or BLT (Bi 4−x La x Ti 3 O 12 , where x satisfies the relationship of 0 ≦ x ≦ 1). A capacitor insulating film 15 made of a ferroelectric film constituted by is formed.

次に、図4(b)に示すように、容量絶縁膜15の上に、貴金属又は貴金属酸化物よりなる上部電極16を形成する。ここで、貴金属としては、例えばPt又はIrである。   Next, as shown in FIG. 4B, the upper electrode 16 made of a noble metal or a noble metal oxide is formed on the capacitive insulating film 15. Here, the noble metal is, for example, Pt or Ir.

次に、図4(c)に示すように、上部電極16の上に、開口部13hを埋め込むように、第4の絶縁膜17を形成した後に、該第4の絶縁膜17の上に、第2の水素バリア膜18及び第5の絶縁膜19を下から順に形成する。   Next, as shown in FIG. 4C, after the fourth insulating film 17 is formed on the upper electrode 16 so as to embed the opening 13h, A second hydrogen barrier film 18 and a fifth insulating film 19 are formed in order from the bottom.

以上のように、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、前述した第1の実施形態に係る誘電体メモリを製造することができる。また、開口部13hの壁部及び底部、並びに第3の絶縁膜13の上に、導電膜20を形成した後に(図3(b)参照)、CMP法により、導電層20における第3の絶縁膜13の上面に存在する部分を除去する(図3(c)参照)ことにより、第2の下部電極14aを自己整合的に開口部143h内にのみ形成することができる。このため、下部電極をパターニングする際のアライメントマージンを確保する必要がない。したがって、アライメントマージンが不要となる分だけ、半導体基板1の主面に対して水平な方向へのキャパシタセルの微細化を実現することができる。   As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, the dielectric memory according to the first embodiment described above can be manufactured. Further, after the conductive film 20 is formed on the wall and bottom of the opening 13h and the third insulating film 13 (see FIG. 3B), the third insulation in the conductive layer 20 is performed by CMP. By removing a portion existing on the upper surface of the film 13 (see FIG. 3C), the second lower electrode 14a can be formed only in the opening 143h in a self-aligning manner. For this reason, it is not necessary to ensure an alignment margin when patterning the lower electrode. Therefore, the capacitor cell can be miniaturized in a direction horizontal to the main surface of the semiconductor substrate 1 by the amount that the alignment margin is not required.

また、以上の第1の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、第1の下部電極12の下に形成された酸素バリア膜11の還元を防止することができる。この点、従来例によると、下部電極を加工(パターニング)した後には、アッシングなどによってパターンニングの際に用いたレジストを除去する必要があった。レジストには、C−H基が多数含まれているので、アッシングの際にC−H結合が切断されて水素が発生する。発生した水素は、例えば下層の導電性酸化物である酸素バリア膜又は導電性酸化物を用いた場合の下部電極を還元するという問題があった。そのため、酸素バリア性の低下、又は還元によって生じた過剰な金属成分が強誘電体膜中へ拡散することによって発生するリーク電流の増加という不具合を発生させていた。しかしながら、本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、第2の下部電極14aに対してパターニングを行なう必要がないため、レジストのアッシングを行なう必要がなくなるので、第2の下部電極14bの形成の際には、酸素バリア膜11の還元の問題の発生を回避することができる。   In addition, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the first embodiment described above, the reduction of the oxygen barrier film 11 formed under the first lower electrode 12 can be prevented. In this regard, according to the conventional example, after processing (patterning) the lower electrode, it is necessary to remove the resist used for patterning by ashing or the like. Since the resist contains a large number of C—H groups, the C—H bond is broken during ashing to generate hydrogen. The generated hydrogen has a problem of reducing the lower electrode in the case of using, for example, an oxygen barrier film or a conductive oxide which is a lower conductive oxide. For this reason, there has been a problem of an increase in leakage current that occurs due to a decrease in oxygen barrier properties or an excess metal component generated by reduction diffusing into the ferroelectric film. However, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention, since it is not necessary to pattern the second lower electrode 14a, it is not necessary to perform ashing of the resist. When forming the second lower electrode 14b, it is possible to avoid the problem of reduction of the oxygen barrier film 11.

さらに、従来、下部電極を加工する際にハードマスクを用いる場合もあるが、容量素子形成用の開口内に設けるハードマスクは開口内の壁部に沿うようにして成膜されるので、下部電極を加工した後、異方性エッチングとなるドライエッチング法を用いたマスクの除去が困難であった。また、等方性エッチングとなるウェットエッチング法を用いた場合であっても、容量素子形成用の微細な開口内に薬液を十分侵入させることが難しいために、ハードマスクを完全に除去することは困難であった。このように、マスクが残存することにより、その後に容量絶縁膜を形成する際に悪影響を及ぼすという問題が発生する。しかしながら、本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、第2の下部電極14aに対してパターニングを行なう必要がないため、前述の問題の発生を回避することができる。   Further, conventionally, a hard mask may be used when processing the lower electrode. However, since the hard mask provided in the opening for forming the capacitor element is formed along the wall portion in the opening, the lower electrode is formed. After processing, it was difficult to remove the mask using a dry etching method which is anisotropic etching. In addition, even when using a wet etching method that is isotropic etching, it is difficult to sufficiently penetrate the fine opening for forming the capacitive element, so it is not possible to completely remove the hard mask. It was difficult. As described above, the remaining mask causes a problem of adversely affecting the subsequent formation of the capacitive insulating film. However, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention, it is not necessary to perform patterning on the second lower electrode 14a, so that the above problem can be avoided. .

さらに、従来例では、容量素子形成用の開口は凹んでいるために、その凹んでいる部分に被覆された下部電極に対してエッチングを行なう際、その凹んでいる部分の影響によってレジストの膜厚がばらついて、定在波効果の影響を受けるので、高解像度のパターニングを実現することができないという問題もあった。しかしながら、本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、第2の下部電極14aに対してパターニングを行なう必要がないため、前述の問題の発生を回避することができる。   Further, in the conventional example, since the opening for forming the capacitor element is recessed, when etching is performed on the lower electrode covered with the recessed portion, the film thickness of the resist is affected by the influence of the recessed portion. However, there is a problem in that high-resolution patterning cannot be realized because of the influence of the standing wave effect. However, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention, it is not necessary to perform patterning on the second lower electrode 14a, so that the above problem can be avoided. .

(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリについて、図5を参照しながら説明する。なお、図5は、本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。また、以下では、本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリが、前述した本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリと共通する部分については、同一の符号を付しており、その詳細な説明は繰り返さない。
(Second Embodiment)
A dielectric memory according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part showing the configuration of the dielectric memory according to the second embodiment of the present invention. Also, in the following, the same reference numerals are given to the parts common to the dielectric memory according to the first embodiment of the present invention described above in the dielectric memory according to the second embodiment of the present invention. The detailed description will not be repeated.

図5に示すように、本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリが、前述した本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリと異なる点は、第2の下部電極14bの形状である。すなわち、第2の下部電極14bは、開口部(ホール)13hの壁部に形成されている部分の膜厚が、開口部13hの上部から底部に向かって厚くなっている形状、いわゆるサイドウォール形状を有している点である。また、第2の下部電極14bは、第1の実施形態のように開口部13hの底部には形成されておらず、開口部13hの壁部にのみ形成されている点である。   As shown in FIG. 5, the dielectric memory according to the second embodiment of the present invention is different from the above-described dielectric memory according to the first embodiment of the present invention in the shape of the second lower electrode 14b. It is. That is, the second lower electrode 14b has a so-called sidewall shape in which the film thickness of the portion formed in the wall portion of the opening (hole) 13h is thicker from the top to the bottom of the opening 13h. It is the point which has. The second lower electrode 14b is not formed at the bottom of the opening 13h as in the first embodiment, but is formed only at the wall of the opening 13h.

本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリは、図5に示すように、開口部13hの壁部にのみサイドウォール形状の第2の下部電極14bが形成されており、該第2の下部電極14bと開口部13h内に露出する第1の下部電極12の上に、容量絶縁膜15及び上部電極16が下から順に形成されている構成を有している。   In the dielectric memory according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, the second lower electrode 14b having a sidewall shape is formed only on the wall of the opening 13h. The capacitor insulating film 15 and the upper electrode 16 are sequentially formed from the bottom on the lower electrode 14b and the first lower electrode 12 exposed in the opening 13h.

以上のように、本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリにおいて、第2の下部電極14bは、その側壁が、底部から上部に向かって広がる滑らかなテーパー形状となっているので、その後に形成される強誘電体膜よりなる容量絶縁膜15及び上部電極16は優れた段差被覆性を有する。このため、第2の実施形態に係る誘電体メモリでは、開口部13hの開口付近における局所的な電界集中が緩和されると共に、強誘電体膜の信頼特性が向上する。また、開口部13h内にのみ第2の下部電極14bが形成されているので、下部電極をパターニングする際のアライメントマージンを確保する必要がない。したがって、アライメントマージンが不要となる分だけ、半導体基板1の主面に対して水平な方向へのキャパシタセルの微細化を実現することができる。   As described above, in the dielectric memory according to the second embodiment of the present invention, the second lower electrode 14b has a smooth taper shape whose side wall extends from the bottom toward the upper portion. The capacitor insulating film 15 and the upper electrode 16 made of a ferroelectric film are formed with excellent step coverage. For this reason, in the dielectric memory according to the second embodiment, local electric field concentration in the vicinity of the opening of the opening 13h is alleviated and the reliability characteristics of the ferroelectric film are improved. Further, since the second lower electrode 14b is formed only in the opening 13h, it is not necessary to ensure an alignment margin when patterning the lower electrode. Therefore, the capacitor cell can be miniaturized in a direction horizontal to the main surface of the semiconductor substrate 1 by the amount that the alignment margin is not required.

なお、本実施形態において、図6に示すように、第3の絶縁膜13に形成される開口部13hは、その壁部が80°から90°のテーパー角を持つテーパー形状を有する開口であってもよい。このような構造であれば、前述の図5に示す構造の場合と比較して、サイドウォール形状を有する第2の下部電極14bの形成に影響がない範囲であって、且つ開口部13hの上部の開口径が広がっているので、第2の下部電極14b、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜15及び上部電極16の段差被覆性をさらに向上させることができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the opening 13h formed in the third insulating film 13 is an opening having a tapered shape whose wall has a taper angle of 80 ° to 90 °. May be. With such a structure, compared with the structure shown in FIG. 5 described above, the range is such that the formation of the second lower electrode 14b having the sidewall shape is not affected, and the upper portion of the opening 13h. Therefore, the step coverage of the second lower electrode 14b, the capacitive insulating film 15 made of a ferroelectric film, and the upper electrode 16 can be further improved.

以下に、本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法について、図7(a)〜(c)、図8(a)〜(c)及び図9(a)〜(c)を参照しながら説明する。具体的には、本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法は、前述の図5に示した第2の実施形態に係る半導体装置を製造する方法であり、前述した第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法での図2(a)〜(c)、図3(a)〜(c)及び図4(a)〜(c)を用いた説明と同様の部分は省略する。なお、図7(a)〜(c)、図8(a)〜(c)及び図9(a)〜(c)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部断面図である。   The dielectric memory manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 7A to 7C, FIGS. 8A to 8C, and FIGS. 9A to 9C. Will be described with reference to FIG. Specifically, the dielectric memory manufacturing method according to the second embodiment of the present invention is a method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment shown in FIG. 5 described above. 2A to 2C, FIGS. 3A to 3C, and FIGS. 4A to 4C in the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment are the same as those described above. Omitted. 7A to 7C, FIGS. 8A to 8C, and FIGS. 9A to 9C show a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. It is principal part sectional drawing.

まず、図7(a)〜(c)並びに図8(a)及び(b)は、第1の実施形態における図2(a)〜(c)並びに図3(a)及び(b)と同様の工程である。   First, FIGS. 7A to 7C and FIGS. 8A and 8B are the same as FIGS. 2A to 2C and FIGS. 3A and 3B in the first embodiment. It is this process.

次に、図8(c)に示すように、エッチバック法により、導電膜20が開口部13h内にのみ残存するように、導電膜20における開口部13hから第3の絶縁膜13上にはみ出している部分を除去し、開口部13h内にのみ導電膜20を残存させる。このとき、壁部の上部における導電膜20の一部がエッチングされる。これにより、開口部13h内の壁部に、筒型形状で且つサイドウォール形状を有する第2の下部電極14bを自己整合的に形成する。   Next, as shown in FIG. 8C, the third conductive film 13 protrudes from the opening 13h in the conductive film 20 by the etch back method so that the conductive film 20 remains only in the opening 13h. The conductive film 20 is left only in the opening 13h. At this time, a part of the conductive film 20 in the upper part of the wall portion is etched. Thus, the second lower electrode 14b having a cylindrical shape and a sidewall shape is formed on the wall portion in the opening portion 13h in a self-aligning manner.

次に、図9(a)〜(c)に示す工程は、前述した図4(a)〜(c)を用いて説明した工程と同様である。   Next, the steps shown in FIGS. 9A to 9C are the same as the steps described using FIGS. 4A to 4C described above.

以上のように、本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法によると、前述の図5に示した第2の実施形態に係る誘電体メモリを製造することができる。また、エッチングにより、導電膜20における開口部13hから第3の絶縁膜13上にはみ出している部分を除去して、サイドウォール形状の第2の下部電極14bを開口部13hの壁部のみに自己整合的に形成することができる。このため、下部電極をパターニングする際のアライメントマージンを確保する必要がない。したがって、アラインメントマージンが不要となる分だけ、半導体基板1の主面に対して水平な方向へのキャパシタセルの微細化を実現することができる。   As described above, according to the dielectric memory manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, the dielectric memory according to the second embodiment shown in FIG. 5 described above can be manufactured. Further, the portion of the conductive film 20 that protrudes from the opening 13h onto the third insulating film 13 is removed by etching, and the sidewall-shaped second lower electrode 14b is formed only on the wall of the opening 13h. It can be formed consistently. For this reason, it is not necessary to ensure an alignment margin when patterning the lower electrode. Therefore, the capacitor cell can be miniaturized in the direction horizontal to the main surface of the semiconductor substrate 1 by the amount that the alignment margin is not required.

また、第2の下部電極14bは、開口部13hの壁部に形成されている部分の膜厚が、開口部13hの底部から上部に向かって小さくなるので、第2の下部電極14bが形成されている状態での開口部13hの開口部分は、上方に向かって大きくなっている。このため、MOCVD法により、第2の下部電極14bの上に強誘電体膜よりなる容量絶縁膜15を形成する際に、原料ガスが開口部13h内に侵入しやすいので、良好な段差被覆性を有する容量絶縁膜15を形成することができる。   Further, since the thickness of the portion of the second lower electrode 14b formed on the wall portion of the opening 13h decreases from the bottom to the top of the opening 13h, the second lower electrode 14b is formed. The opening part of the opening part 13h in the state which has become large toward the upper direction. For this reason, when forming the capacitor insulating film 15 made of a ferroelectric film on the second lower electrode 14b by MOCVD, the source gas easily enters the opening 13h. The capacitor insulating film 15 having the above can be formed.

なお、本製造方法において、前述の図6に示す構造を形成することもできる。すなわち、壁部の形状がテーパー形状になるように、第3の絶縁膜13に開口部13hを形成することにより、開口部13hの上部の開口径が広がるので、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜15を形成する際に用いる原料ガスが、開口部13h内に効率良く侵入することができる。これにより、段差被覆性により優れた容量絶縁膜15を形成することができる。   In this manufacturing method, the structure shown in FIG. 6 can also be formed. That is, by forming the opening 13h in the third insulating film 13 so that the shape of the wall portion is tapered, the opening diameter of the upper portion of the opening 13h is widened. The source gas used when forming the film 15 can efficiently enter the opening 13h. As a result, it is possible to form the capacitive insulating film 15 that is superior in step coverage.

さらに、エッチバックによって第2の下部電極14bを形成する工程(図8(c)参照)の後に、第2の下部電極14bを酸素雰囲気下でアニールすることもできる。第2の下部電極14bを酸素雰囲気下でアニールすることにより、エッチバックにより結合が弱まった第2の下部電極14bの結合力を強化することができる。例えば、第2の下部電極14bが導電性酸化物よりなる場合、エッチバックによって導電性酸化物の酸素が一部脱離するという現象が生じる。酸素が一部脱離された導電性酸化物が再酸化され、又は酸素が補給されて、第2の下部電極14bは電極としての機能を十分発揮することができる。   Furthermore, after the step of forming the second lower electrode 14b by etch back (see FIG. 8C), the second lower electrode 14b can be annealed in an oxygen atmosphere. By annealing the second lower electrode 14b in an oxygen atmosphere, the bonding strength of the second lower electrode 14b whose bonding is weakened by etch back can be enhanced. For example, when the second lower electrode 14b is made of a conductive oxide, a phenomenon occurs in which oxygen in the conductive oxide is partly released by etch back. The conductive oxide from which oxygen has been partially removed is reoxidized or supplemented with oxygen, so that the second lower electrode 14b can sufficiently function as an electrode.

ここで、図10は、第2の下部電極14bがIrO膜よりなる場合に、650℃でアニールを1分間行なった場合における、強誘電体膜としてSBT膜を用いた強誘電体キャパシタの耐圧特性を示している。図10から明らかなように、アニールを行なわない場合(図中:急速熱処理(RTO)なし)には、キャパシタ耐圧がショートしていたが、アニールを行なった場合(図中:急速熱処理(RTO)あり)には、ショートを防止できることが分かる。この原因は、エッチバックされたIrO膜の一部がIr膜となり、後の熱処理によって強誘電体膜中を拡散してショートを引き起こしたものである。以上から分かるように、第2の下部電極14bをアニールすることにより、電極としての安定性を強化し、特性の安定した強誘電体キャパシタを提供することができる。   Here, FIG. 10 shows the breakdown voltage characteristics of a ferroelectric capacitor using an SBT film as a ferroelectric film when annealing is performed at 650 ° C. for 1 minute when the second lower electrode 14b is made of an IrO film. Is shown. As is clear from FIG. 10, the capacitor breakdown voltage is short when annealing is not performed (in the figure: no rapid thermal processing (RTO)), but when annealing is performed (in the figure: rapid thermal processing (RTO)). It is clear that a short circuit can be prevented. This is because a part of the etched back IrO film becomes an Ir film and is diffused in the ferroelectric film by a subsequent heat treatment to cause a short circuit. As can be seen from the above, by annealing the second lower electrode 14b, the stability as an electrode can be enhanced, and a ferroelectric capacitor with stable characteristics can be provided.

また、以上の第2の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、第1の下部電極12の下に形成された酸素バリア膜11の還元を防止することができる。この点、従来例によると、下部電極を加工(パターニング)した後には、アッシングなどによってパターンニングの際に用いたレジストを除去する必要があった。レジストには、C−H基が多数含まれているので、アッシングの際にC−H結合が切断されて水素が発生する。発生した水素は、例えば下層の導電性酸化物である酸素バリア膜又は導電性酸化物を用いた場合の下部電極を還元するという問題があった。そのため、酸素バリア性の低下、又は還元によって生じた過剰な金属成分が強誘電体膜中へ拡散することによって発生するリーク電流の増加という不具合を発生させていた。しかしながら、本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、第2の下部電極14aに対してパターニングを行なう必要がないため、レジストのアッシングを行なう必要がなくなるので、第2の下部電極14bの形成の際には、酸素バリア膜11の還元の問題の発生を回避することができる。   In addition, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the second embodiment described above, the reduction of the oxygen barrier film 11 formed under the first lower electrode 12 can be prevented. In this regard, according to the conventional example, after processing (patterning) the lower electrode, it is necessary to remove the resist used for patterning by ashing or the like. Since the resist contains a large number of C—H groups, the C—H bond is broken during ashing to generate hydrogen. The generated hydrogen has a problem of reducing the lower electrode in the case of using, for example, an oxygen barrier film or a conductive oxide which is a lower conductive oxide. For this reason, there has been a problem of an increase in leakage current that occurs due to a decrease in oxygen barrier properties or an excess metal component generated by reduction diffusing into the ferroelectric film. However, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention, since it is not necessary to pattern the second lower electrode 14a, it is not necessary to perform ashing of the resist. When forming the second lower electrode 14b, it is possible to avoid the problem of reduction of the oxygen barrier film 11.

さらに、従来、下部電極を加工する際にハードマスクを用いる場合もあるが、容量素子形成用の開口内に設けるハードマスクは開口内の壁部に沿うようにして成膜されるので、下部電極を加工した後、異方性エッチングとなるドライエッチング法を用いたマスクの除去が困難であった。また、等方性エッチングとなるウェットエッチング法を用いた場合であっても、容量素子形成用の微細な開口内に薬液を十分侵入させることが難しいために、ハードマスクを完全に除去することは困難であった。このように、マスクが残存することにより、その後に容量絶縁膜を形成する際に悪影響を及ぼすという問題が発生する。しかしながら、本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、第2の下部電極14aに対してパターニングを行なう必要がないため、前述の問題の発生を回避することができる。   Further, conventionally, a hard mask may be used when processing the lower electrode. However, since the hard mask provided in the opening for forming the capacitor element is formed along the wall portion in the opening, the lower electrode is formed. After processing, it was difficult to remove the mask using a dry etching method which is anisotropic etching. In addition, even when using a wet etching method that is isotropic etching, it is difficult to sufficiently penetrate the fine opening for forming the capacitive element, so it is not possible to completely remove the hard mask. It was difficult. As described above, the remaining mask causes a problem of adversely affecting the subsequent formation of the capacitive insulating film. However, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention, it is not necessary to perform patterning on the second lower electrode 14a, so that the above problem can be avoided. .

さらに、従来例では、容量素子形成用の開口は凹んでいるために、その凹んでいる部分に被覆された下部電極に対してエッチングを行なう際、その凹んでいる部分の影響によってレジストの膜厚がばらついて、定在波効果の影響を受けるので、高解像度のパターニングを実現することができないという問題もあった。しかしながら、本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、第2の下部電極14aに対してパターニングを行なう必要がないため、前述の問題の発生を回避することができる。   Further, in the conventional example, since the opening for forming the capacitor element is recessed, when etching is performed on the lower electrode covered with the recessed portion, the film thickness of the resist is affected by the influence of the recessed portion. However, there is a problem in that high-resolution patterning cannot be realized because of the influence of the standing wave effect. However, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention, it is not necessary to perform patterning on the second lower electrode 14a, so that the above problem can be avoided. .

(第3の実施形態)
以下に、本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリについて、図11を参照しながら説明する。なお、図11は、本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリの構造を示す要部断面図である。また、以下では、本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリが、前述した本発明の第1及び第2の実施形態に係る誘電体メモリと共通する部分については、同一の符号を付しており、その詳細な説明は繰り返さない。
(Third embodiment)
A dielectric memory according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view of the main part showing the structure of the dielectric memory according to the third embodiment of the present invention. Also, in the following description, the same reference numerals are assigned to the portions of the dielectric memory according to the third embodiment of the present invention that are common to the above-described dielectric memories according to the first and second embodiments of the present invention. Detailed description thereof will not be repeated.

図11に示すように、本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリが、前述した本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリと異なる点は、特に、第3の絶縁膜13の上部に、エッチングストッパ膜21が形成されている点である。この異なる点に伴って、開口部13hは、エッチングストッパ膜21及び第3の絶縁膜13を貫通して形成されている。このエッチングストッパ膜21は、下部の第3の絶縁膜13に対するエッチングよりもエッチング加工が困難な材料、例えばSiN膜又はSiON膜よりなる。   As shown in FIG. 11, the dielectric memory according to the third embodiment of the present invention is different from the dielectric memory according to the second embodiment of the present invention described above, in particular, the third insulating film 13. The etching stopper film 21 is formed on the upper portion of the film. Along with this different point, the opening 13 h is formed through the etching stopper film 21 and the third insulating film 13. The etching stopper film 21 is made of a material that is more difficult to etch than the lower third insulating film 13, such as a SiN film or a SiON film.

以上のように、本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリによると、前述した第2の実施形態に係る誘電体メモリによる効果と同様の効果が得られることに加えて、開口部13hの開口周辺部においては、容量絶縁膜15はエッチングストッパ膜21の上に形成されているので、容量絶縁膜15が第3の絶縁膜13の上に形成される場合に比べて、容量絶縁膜15における下地膜に対する密着性が向上する。また、第3の絶縁膜13の上にエッチングストッパ膜21を形成するので、第3の絶縁膜13と比較すると、強誘電体膜が結晶成長する上で相性が良い(格子定数が近いなど)材料をエッチングストッパ膜21として選択することができる。一方、エッチングストッパ膜21を形成しない場合には、第3の絶縁膜13として、容量絶縁膜15との密着性及び相性の良い材料よりなることが要求されるが、第3の絶縁膜13には比較的深い開口部を形成する必要があるので、密着性及び相性の双方の点で優れた材料を選択できない可能性が高い。したがって、本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリの構造によると、第3の絶縁膜13に比較的深い開口部を形成することができると共に、下地膜との密着性及び相性の点で優れた容量絶縁膜15を実現することができる。すなわち、開口部13h又は容量絶縁膜15に要求される種々の目的に適合する材料の選択の自由度を高めることができる。   As described above, according to the dielectric memory according to the third embodiment of the present invention, the same effect as that obtained by the dielectric memory according to the second embodiment described above can be obtained. Since the capacitive insulating film 15 is formed on the etching stopper film 21 in the peripheral portion of the opening, the capacitive insulating film is compared with the case where the capacitive insulating film 15 is formed on the third insulating film 13. Adhesiveness to the underlying film at 15 is improved. In addition, since the etching stopper film 21 is formed on the third insulating film 13, compared with the third insulating film 13, the ferroelectric film has good compatibility with crystal growth (such as a close lattice constant). A material can be selected as the etching stopper film 21. On the other hand, when the etching stopper film 21 is not formed, the third insulating film 13 is required to be made of a material having good adhesion and compatibility with the capacitor insulating film 15. Since it is necessary to form a relatively deep opening, there is a high possibility that a material excellent in both adhesion and compatibility cannot be selected. Therefore, according to the structure of the dielectric memory according to the third embodiment of the present invention, a relatively deep opening can be formed in the third insulating film 13, and the adhesiveness and compatibility with the base film can be increased. Thus, an excellent capacitive insulating film 15 can be realized. That is, the degree of freedom in selecting a material that meets various purposes required for the opening 13h or the capacitor insulating film 15 can be increased.

以下に、本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法について、図12(a)〜(c)、図13(a)〜(c)、及び図14(a)〜(c)を参照しながら説明する。具体的には、本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法は、前述の図11に示した第3の実施形態に係る半導体装置を製造する方法であり、前述した第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法における図7(a)〜(c)、図8(a)〜(c)及び図9(a)〜(c)を用いた説明と同様の部分は省略する。なお、図12(a)〜(c)、図13(a)〜(c)及び図14(a)〜(c)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部断面図である。   The dielectric memory manufacturing method according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 12A to 12C, FIGS. 13A to 13C, and FIGS. ) And will be described. Specifically, the dielectric memory manufacturing method according to the third embodiment of the present invention is a method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment shown in FIG. 7A to 7C, FIGS. 8A to 8C, and FIGS. 9A to 9C in the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment are omitted. To do. 12A to 12C, FIGS. 13A to 13C, and FIGS. 14A to 14C show a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. It is principal part sectional drawing.

まず、図12(a)及び(b)に示す工程は、前述の図7(a)及び(b)を用いた説明と同様である。   First, the steps shown in FIGS. 12A and 12B are the same as those described with reference to FIGS. 7A and 7B.

次に、図12(c)に示すように、第1の水素バリア膜9の上に、酸素バリア膜11及び第1の下部電極12を覆うように、第3の絶縁膜13を形成した後に、CMPなどを用いて、その表面を平坦化する。続いて、第3の絶縁膜13の上に、例えばSiN又はSiONよりなる膜厚50nm〜100nm程度のエッチングストッパ膜21を形成した後に、CMPなどを用いて、その表面を平坦化する。   Next, as shown in FIG. 12C, after the third insulating film 13 is formed on the first hydrogen barrier film 9 so as to cover the oxygen barrier film 11 and the first lower electrode 12. The surface is planarized using CMP or the like. Subsequently, an etching stopper film 21 made of, for example, SiN or SiON and having a thickness of about 50 nm to 100 nm is formed on the third insulating film 13, and then the surface thereof is planarized using CMP or the like.

次に、図13(a)に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、エッチングストッパ膜21及び第3の絶縁膜13中に、第1の下部電極12の上面を露出させる開口部13hを形成する。   Next, as shown in FIG. 13A, an opening 13 h that exposes the upper surface of the first lower electrode 12 is formed in the etching stopper film 21 and the third insulating film 13 by lithography and dry etching. Form.

次に、図13(b)に示すように、エッチングストッパ膜21の上面、並びに開口部13hの壁部及び底部に、開口部13hの内部を完全に埋め込まない程度に、例えばPt若しくはIrなどの貴金属又はこれらの貴金属の酸化物よりなる導電層20を形成する。   Next, as shown in FIG. 13B, the upper surface of the etching stopper film 21 and the wall and bottom of the opening 13h are not completely buried in the opening 13h, for example, Pt or Ir. A conductive layer 20 made of a noble metal or an oxide of these noble metals is formed.

次に、図13(c)に示すように、エッチバック法により、導電膜20が開口部13h内にのみ残存するように、導電膜20における開口部13hからエッチングストッパ膜21上にはみ出している部分を除去する。これにより、開口部13h内の壁部に、筒型形状で且つサイドウォール形状を有する第2の下部電極14bを自己整合的に形成する。   Next, as shown in FIG. 13C, the conductive film 20 protrudes from the opening 13h in the conductive film 20 onto the etching stopper film 21 so that the conductive film 20 remains only in the opening 13h by the etch back method. Remove the part. Thus, the second lower electrode 14b having a cylindrical shape and a sidewall shape is formed on the wall portion in the opening portion 13h in a self-aligning manner.

次に、図14(a)〜(c)に示す工程は、前述した図9(a)〜(c)を用いた説明と同様である。   Next, the steps shown in FIGS. 14A to 14C are the same as those described with reference to FIGS. 9A to 9C.

以上のように、本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法によると、前述の図11に示した第3の実施形態に係る誘電体メモリを製造することができる。また、第2の下部電極14bを形成する際に、基板全面に対してエッチングを行なうことにより、開口部13hの上部がエッチングに曝される場合においても、エッチングストッパ膜21がエッチングストッパ膜として機能するので、開口部13hの上部がオーバーエッチングされる量が抑制される。これにより、開口部13hの高さが目減りすることはなく、また、第2の下部電極14bが開口部13hの内部から上方に突出することもない。したがって、開口部13hの高さのばらつきを抑制することができると共に、高さのばらつきに伴うセル容量のばらつきを防止することができる。   As described above, according to the dielectric memory manufacturing method according to the third embodiment of the present invention, the dielectric memory according to the third embodiment shown in FIG. 11 described above can be manufactured. Further, when the second lower electrode 14b is formed, the etching stopper film 21 functions as an etching stopper film even when the upper portion of the opening 13h is exposed by etching by etching the entire surface of the substrate. Therefore, the amount by which the upper portion of the opening 13h is over-etched is suppressed. As a result, the height of the opening 13h is not reduced, and the second lower electrode 14b does not protrude upward from the inside of the opening 13h. Therefore, variation in the height of the opening 13h can be suppressed, and variation in cell capacity due to variation in height can be prevented.

<第2及び第3の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法の変形例>
以下に、第2及び第3の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法の変形例について、図15(a)〜(c)を参照しながら説明する。ただし、前述した第2及び第3の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法と共通する部分の説明は省略する。なお、図15(a)〜(c)は、本変形例に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。
<Modification of Manufacturing Method of Dielectric Memory According to Second and Third Embodiments>
Hereinafter, modifications of the dielectric memory manufacturing method according to the second and third embodiments will be described with reference to FIGS. However, description of parts common to the dielectric memory manufacturing methods according to the second and third embodiments described above is omitted. FIGS. 15A to 15C are cross-sectional views of relevant steps showing a method for manufacturing a dielectric memory according to this modification.

まず、前述の図7(a)〜(c)並びに図8(a)及び(b)を用いた説明と同様にして、図15(a)に示す状態を形成する。   First, the state shown in FIG. 15A is formed in the same manner as described with reference to FIGS. 7A to 7C and FIGS. 8A and 8B.

次に、図15(b)に示すように、基板の全面をエッチバックすることにより、導電膜20における第3の絶縁膜13上に存在する部分を除去すると共に、開口部13h内にのみ導電膜20を残存させることにより、筒型形状で且つサイドウォール形状を有する第2の下部電極14bを形成する。ここで、エッチング条件は、被エッチング膜となる導電膜20が第3の絶縁膜13よりもエッチングされるように設定されている。   Next, as shown in FIG. 15B, the entire surface of the substrate is etched back to remove a portion of the conductive film 20 existing on the third insulating film 13 and to conduct only in the opening 13h. By leaving the film 20, the second lower electrode 14b having a cylindrical shape and a sidewall shape is formed. Here, the etching conditions are set such that the conductive film 20 to be etched is etched more than the third insulating film 13.

このエッチングの際には、第3の絶縁膜13上に導電膜20が残存しないように、ある程度のオーバーエッチングが必要となる。その結果、図15(b)に示すように、導電膜20における開口部13h内に残存している部分が過剰にエッチングされて、第2の下部電極14bの上端は開口部13hの上端よりも落ち込むことになる。つまり、図15(b)に示す点線よりも下方に第2の下部電極14bが形成されることになる。   In this etching, a certain amount of over-etching is required so that the conductive film 20 does not remain on the third insulating film 13. As a result, as shown in FIG. 15B, the portion of the conductive film 20 remaining in the opening 13h is excessively etched, and the upper end of the second lower electrode 14b is higher than the upper end of the opening 13h. Will be depressed. That is, the second lower electrode 14b is formed below the dotted line shown in FIG.

次に、図15(c)に示すように、CMP法又はエッチバック法により、第3の絶縁膜13における、セル容量には寄与しない図15(b)に示した点線よりも上方に位置する部分を除去する。   Next, as shown in FIG. 15C, the third insulating film 13 is positioned above the dotted line shown in FIG. 15B, which does not contribute to the cell capacity, by the CMP method or the etch back method. Remove the part.

以上のように、第2及び第3の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法の変形例によると、開口部13hを構成する第3の絶縁膜13におけるセル容量には寄与しない部分を除去することにより、セル容量に寄与する部分だけの高さを有する開口部13hが形成される。このため、開口部13hのアスペクト比が低減し、後工程において容量絶縁膜15又は上部電極16は段差被覆性良く形成することができる。   As described above, according to the modification of the method for manufacturing the dielectric memory according to the second and third embodiments, the portion of the third insulating film 13 constituting the opening 13h that does not contribute to the cell capacitance is removed. As a result, the opening 13h having a height only corresponding to the cell capacity is formed. For this reason, the aspect ratio of the opening 13h is reduced, and the capacitive insulating film 15 or the upper electrode 16 can be formed with good step coverage in a subsequent process.

なお、前述した第2及び第3の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法において、CVD法を用いて、第2の下部電極14bとなる導電膜20を形成する場合について説明したが、各実施形態において、スパッタ法を用いる場合であっても、第2及び第3の実施形態が有する効果と同様の効果を得ることができる。具体的には、図16(a)及び(b)を参照しながら説明する。なお、図16(a)及び(b)は、スパッタ法を用いて第2の下部電極14bを形成した場合の要部工程断面図である。なお、その他の構成部分であって、前述した第2及び第3の実施形態と共通する部分については、その説明を省略する。   In the above-described dielectric memory manufacturing method according to the second and third embodiments, the case where the conductive film 20 to be the second lower electrode 14b is formed using the CVD method has been described. In the embodiment, even when the sputtering method is used, the same effect as that of the second and third embodiments can be obtained. Specifically, this will be described with reference to FIGS. 16 (a) and 16 (b). FIGS. 16A and 16B are cross-sectional views of main steps when the second lower electrode 14b is formed by sputtering. Note that description of other components that are the same as those in the second and third embodiments described above is omitted.

図16(a)に示すように、スパッタ法により、開口部13hの内部を含む第3の絶縁膜13の上に、導電層22を形成する。なお、スパッタ法は、一般的に、CVD法に比べて段差被覆性に劣るので、図16(a)に示すように、導電膜22は、開口部13hの開口端部領域yにおいて、オーバーハングとなる。   As shown in FIG. 16A, the conductive layer 22 is formed on the third insulating film 13 including the inside of the opening 13h by sputtering. Since the sputtering method is generally inferior to the step coverage as compared with the CVD method, the conductive film 22 overhangs in the opening end region y of the opening 13h as shown in FIG. It becomes.

次に、図16(b)に示すように、基板全面に対してエッチバックを行なう。この場合、エッチングガス23に指向性を持たせる。これにより、開口端部領域yにおけるオーバーハングの部分自体がマスクとなるため、導電膜22における開口部13hの開口端部領域yよりも下部に存在する部分はエッチングされないので、開口部13hの壁部にのみ意図的に導電膜22を残存させることができる。これにより、開口部13内にのみに第2の下部電極14bを形成することができる。   Next, as shown in FIG. 16B, etch back is performed on the entire surface of the substrate. In this case, the etching gas 23 has directivity. As a result, the overhang portion itself in the opening end region y serves as a mask, and the portion of the conductive film 22 existing below the opening end region y of the opening 13h is not etched, so the wall of the opening 13h The conductive film 22 can be intentionally left only in the portion. Thereby, the second lower electrode 14 b can be formed only in the opening 13.

このように、スパッタ法を用いる場合であっても、CVD法を用いる場合と同様に、開口部13hの壁部に、筒型形状で且つサイドウォール形状を有する第2の下部電極14bを容易に形成することができる。したがって、スパッタ法を用いる場合においても、オーバーハング形状に起因する断線の発生を防止することができる。   As described above, even when the sputtering method is used, as in the case of using the CVD method, the second lower electrode 14b having a cylindrical shape and a sidewall shape can be easily formed on the wall portion of the opening 13h. Can be formed. Therefore, even when the sputtering method is used, occurrence of disconnection due to the overhang shape can be prevented.

(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態に係る誘電体メモリについて、図17を参照しながら説明する。なお、図17は、本発明の第4の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。また、以下では、本発明の第4の実施形態に係る誘電体メモリが、前述した本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリと共通する部分については、同一の符号を付しており、その詳細な説明は繰り返さない
本発明の第4の実施形態に係る誘電体メモリは、第1の下部電極12と第2の下部電極14bとが同一の材料から構成されていることに特徴を有している。なお、本実施形態に係る誘電体メモリの製造方法は、前述した第2の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法と同じである。
(Fourth embodiment)
A dielectric memory according to the fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 17 is a cross-sectional view of the main part showing the configuration of the dielectric memory according to the fourth embodiment of the present invention. Also, in the following description, the same reference numerals are given to the parts common to the dielectric memory according to the second embodiment of the present invention described above in the dielectric memory according to the fourth embodiment of the present invention. Detailed description thereof will not be repeated. The dielectric memory according to the fourth embodiment of the present invention is characterized in that the first lower electrode 12 and the second lower electrode 14b are made of the same material. Have. The method for manufacturing the dielectric memory according to the present embodiment is the same as the method for manufacturing the dielectric memory according to the second embodiment described above.

図17に示すように、第1の下部電極12の中央部には、第2の下部電極14bのサイドウォール形状の傾斜面(側壁)と壁部が連続するような凹部12Aが形成されており、容量絶縁膜15は、凹部12Aの内部及び第2の下部電極14bの傾斜面に沿うように形成されている。ここで、第1の下部電極12と第2の下部電極14b(導電膜20)とは、同一の材料、例えばIrO膜から構成されている。   As shown in FIG. 17, a recess 12A is formed in the central portion of the first lower electrode 12 so that the sidewall-shaped inclined surface (side wall) of the second lower electrode 14b is continuous with the wall portion. The capacitor insulating film 15 is formed along the inside of the recess 12A and the inclined surface of the second lower electrode 14b. Here, the first lower electrode 12 and the second lower electrode 14b (conductive film 20) are made of the same material, for example, an IrO film.

このように、第1の下部電極12と導電膜20とは同じ材料であるので、導電膜20のエッチング工程(例えば前述の図8(c)参照)において、第1の下部電極12がオーバーエッチングされて、第1の下部電極12の中央部が窪む(凹部12A)ことになる。   Thus, since the first lower electrode 12 and the conductive film 20 are made of the same material, the first lower electrode 12 is over-etched in the etching process of the conductive film 20 (see, for example, FIG. 8C described above). Thus, the central portion of the first lower electrode 12 is recessed (recessed portion 12A).

以上のように、本発明の第4の実施形態に係る誘電体メモリによると、選択した一つの電極材料についてのみ、例えば、結晶成長時の格子整合性又は電極からの不純物拡散などの強誘電体膜との相性を考慮すればよい。また、これにより、第1の下部電極12の材料と第2の下部電極14bを構成する導電膜20の材料とが互いに異なるように選択される場合と比較して、他のプロセスの自由度が制限されることはないし、異なる電極材料間における相互作用を考慮する必要もない。   As described above, according to the dielectric memory according to the fourth embodiment of the present invention, the ferroelectric material such as lattice matching at the time of crystal growth or impurity diffusion from the electrode is used for only one selected electrode material. What is necessary is just to consider compatibility with a film | membrane. In addition, as a result, the degree of freedom of other processes is reduced as compared with the case where the material of the first lower electrode 12 and the material of the conductive film 20 constituting the second lower electrode 14b are selected to be different from each other. There is no limitation and there is no need to consider the interaction between different electrode materials.

また、第1の下部電極12の中央部に凹部12Aが形成されることにより、セル容量に寄与する第1の下部電極12の面積が増加して、容量部の高さが実効的に大きくなるので、セル容量を大きくすることができる。   In addition, since the recess 12A is formed at the center of the first lower electrode 12, the area of the first lower electrode 12 contributing to the cell capacity is increased, and the height of the capacitor is effectively increased. Therefore, the cell capacity can be increased.

(第5の実施形態)
以下に、本発明の第5の実施形態に係る誘電体メモリについて、図18を参照しながら説明する。なお、図18は、本発明の第5の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。また、以下では、本発明の第5の実施形態に係る誘電体メモリが、前述した本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリと共通する部分については、同一の符号を付しており、その詳細な説明は繰り返さない。
(Fifth embodiment)
The dielectric memory according to the fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 18 is a cross-sectional view of the main part showing the configuration of the dielectric memory according to the fifth embodiment of the present invention. Also, in the following description, the same reference numerals are given to the portions common to the dielectric memory according to the second embodiment of the present invention described above in the dielectric memory according to the fifth embodiment of the present invention. The detailed description will not be repeated.

本発明の第5の実施形態に係る誘電体メモリは、前述した第4の実施形態とは異なり、第1の下部電極12と第2の下部電極14bとが異なる材料から構成されていることに特徴を有している。なお、本実施形態に係る誘電体メモリの製造方法は、前述した第2の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法と同じである。   In the dielectric memory according to the fifth embodiment of the present invention, the first lower electrode 12 and the second lower electrode 14b are made of different materials unlike the fourth embodiment described above. It has characteristics. The method for manufacturing the dielectric memory according to the present embodiment is the same as the method for manufacturing the dielectric memory according to the second embodiment described above.

図18において、第1の下部電極12Bは、例えばIrO膜よりなり、第2の下部電極14b(導電膜20)は、例えばPt膜よりなる。   In FIG. 18, the first lower electrode 12B is made of, for example, an IrO film, and the second lower electrode 14b (conductive film 20) is made of, for example, a Pt film.

以上のように、本発明の第5の実施形態に係る誘電体メモリによると、第1の下部電極12の材料と第2の下部電極14bの材料とは異なる材料が選択されているので、第1の下部電極12をストレージノードコンタクトプラグの保護層としての機能、例えば酸素バリア膜又は不純物拡散防止膜としての役割を十分に発揮する材料を採用することができる。これは、第1の下部電極12は、セル全体の下部電極の面積に占める割合が少ないので、単に導電膜としての役割(例えば導電性酸素バリア膜などとしての役割)を最低限有しておればよいからである。   As described above, according to the dielectric memory according to the fifth embodiment of the present invention, since the material of the first lower electrode 12 and the material of the second lower electrode 14b are different, the first One lower electrode 12 can be made of a material that sufficiently exhibits a function as a protective layer of the storage node contact plug, for example, an oxygen barrier film or an impurity diffusion prevention film. This is because the first lower electrode 12 occupies a small proportion of the area of the lower electrode in the entire cell, so that it has at least a role as a conductive film (for example, a role as a conductive oxygen barrier film). It is because it is good.

さらに、筒型形状で且つサイドウォール形状を有する第2の下部電極14bを形成する際のエッチングとして、第1の下部電極12とのエッチング選択比があるドライエッチング条件を選択することができる。このため、第1の下部電極12と第2の下部電極14bとが同じ電極材料よりなる場合と比較して、オーバーエッチングによるセル容量のばらつきの発生が低減されるので、様々なセル設計にとって有効である。   Furthermore, dry etching conditions having an etching selectivity with respect to the first lower electrode 12 can be selected as the etching for forming the second lower electrode 14b having a cylindrical shape and a sidewall shape. For this reason, compared with the case where the first lower electrode 12 and the second lower electrode 14b are made of the same electrode material, the occurrence of variation in cell capacity due to overetching is reduced, which is effective for various cell designs. It is.

なお、第4及び第5の実施形態において、第1の下部電極12及び第2の下部電極14bの材料としては、加工の難易度、又はセル容量のばらつきの制御性などの観点、その他の用途に応じて選択するとよい。   In the fourth and fifth embodiments, the material of the first lower electrode 12 and the second lower electrode 14b is selected from the viewpoints of difficulty in processing, controllability of variation in cell capacity, and other uses. It is good to choose according to.

(第6の実施形態)
本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリについて、図19を参照しながら説明する。なお、図19は、本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。
(Sixth embodiment)
A dielectric memory according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a cross-sectional view of the main part showing the configuration of the dielectric memory according to the sixth embodiment of the present invention.

図19に示すように、半導体基板31における素子分離領域(STI)32によって区画されている素子形成領域には、不純物拡散層33が形成されている。半導体基板31における素子形成領域上には、ゲート電極34が形成されている。このように、不純物拡散層33及びゲート電極34によってトランジスタが構成される。また、半導体基板31上の全面には、トランジスタを覆うように、第1の絶縁膜35が形成されており、該第1の絶縁膜35中には、該第1の絶縁膜35を貫通して延びると共に下端が不純物拡散層33に接続する第1のコンタクトプラグ36が形成されている。第1の絶縁膜35の上には、下面が第1のコンタクトプラグ36の上端と接続するように、ビット線37が形成されている。第1の絶縁膜35の上には、ビット線37を覆うように、第2の絶縁膜38が形成されており、該第2の絶縁膜38の上には、第1の水素バリア膜39が形成されている。   As shown in FIG. 19, an impurity diffusion layer 33 is formed in the element formation region partitioned by the element isolation region (STI) 32 in the semiconductor substrate 31. A gate electrode 34 is formed on the element formation region in the semiconductor substrate 31. As described above, the impurity diffusion layer 33 and the gate electrode 34 constitute a transistor. A first insulating film 35 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 31 so as to cover the transistor, and the first insulating film 35 penetrates the first insulating film 35. A first contact plug 36 that extends and has a lower end connected to the impurity diffusion layer 33 is formed. A bit line 37 is formed on the first insulating film 35 so that the lower surface is connected to the upper end of the first contact plug 36. A second insulating film 38 is formed on the first insulating film 35 so as to cover the bit line 37, and a first hydrogen barrier film 39 is formed on the second insulating film 38. Is formed.

また、第1の水素バリア膜39、第2の絶縁膜38及び第1の絶縁膜35中には、これらの膜を貫通して延びると共に下端が不純物拡散層33に接続する第2のコンタクトプラグ40が形成されている。第1の水素バリア膜39の上には、導電性の酸素バリア膜41が形成されている。また、酸素バリア膜41の下面は第2のコンタクトプラグ40の上端に接続している。酸素バリア膜41の上には、凹部42hを有する第1の下部電極42が形成されている。第1の水素バリア膜39の上には、酸素バリア膜41及び第1の下部電極42を覆うように、開口部43hを有する第3の絶縁膜43が形成されている。なお、第1のコンタクトプラグ36は、ビット線コンタクトであり、第2のコンタクトプラグ40は、ストレージノードコンタクトである。   Also, a second contact plug that extends through the first hydrogen barrier film 39, the second insulating film 38, and the first insulating film 35 and has a lower end connected to the impurity diffusion layer 33. 40 is formed. A conductive oxygen barrier film 41 is formed on the first hydrogen barrier film 39. The lower surface of the oxygen barrier film 41 is connected to the upper end of the second contact plug 40. On the oxygen barrier film 41, a first lower electrode 42 having a recess 42h is formed. On the first hydrogen barrier film 39, a third insulating film 43 having an opening 43h is formed so as to cover the oxygen barrier film 41 and the first lower electrode. The first contact plug 36 is a bit line contact, and the second contact plug 40 is a storage node contact.

また、開口部43hの壁部にのみ第2の下部電極44が形成されている。この第2の下部電極44は、筒型形状で且つサイドウォール形状を有しており、該サイドウォール形状の斜面は凹部42hの壁部と連続している。凹部42hの壁部及び底部、第2の下部電極44の斜面、並びに第3の絶縁膜43の上面には、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜45が形成されている。容量絶縁膜45の上には、上部電極46が形成されている。このように、第1の下部電極42、第2の下部電極44、容量絶縁膜45及び上部電極46によってキャパシタが構成されている。また、上部電極46の上には、開口部43hを埋め込むように、第4の絶縁膜47が形成されており、該第4の絶縁膜47の上には、下から順に第2の水素バリア膜48及び第5の絶縁膜49が形成されている。   Further, the second lower electrode 44 is formed only on the wall portion of the opening 43h. The second lower electrode 44 has a cylindrical shape and a sidewall shape, and the inclined surface of the sidewall shape is continuous with the wall portion of the recess 42h. A capacitive insulating film 45 made of a ferroelectric film is formed on the wall and bottom of the recess 42 h, the slope of the second lower electrode 44, and the upper surface of the third insulating film 43. An upper electrode 46 is formed on the capacitor insulating film 45. As described above, the first lower electrode 42, the second lower electrode 44, the capacitor insulating film 45 and the upper electrode 46 constitute a capacitor. In addition, a fourth insulating film 47 is formed on the upper electrode 46 so as to fill the opening 43h. On the fourth insulating film 47, a second hydrogen barrier is sequentially formed from the bottom. A film 48 and a fifth insulating film 49 are formed.

ここで、酸素バリア膜11は、例えば、Ir膜、IrO膜、TiAlN膜、及びTaAlN膜のうちから選択されるいずれか1種類よりなる単層膜又は複数種類よりなる積層膜である。また、第1の下部電極42及び第2の下部電極44は、例えば、Pt又はIrなどの貴金属、又はこれらの貴金属の酸化物よりなる。また、容量絶縁膜45を構成する強誘電体膜は、例えば、SBT系、PZT系、BLT系の材料よりなる。   Here, the oxygen barrier film 11 is, for example, a single layer film made of any one kind selected from an Ir film, an IrO film, a TiAlN film, and a TaAlN film, or a laminated film made of a plurality of kinds. The first lower electrode 42 and the second lower electrode 44 are made of, for example, a noble metal such as Pt or Ir, or an oxide of these noble metals. Further, the ferroelectric film constituting the capacitive insulating film 45 is made of, for example, an SBT-based material, a PZT-based material, or a BLT-based material.

以下に、本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法について、図20(a)〜(c)、図21(a)及び(b)、並びに図22(a)〜(c)を参照しながら説明する。なお、図20(a)〜(c)、図21(a)及び(b)、並びに図22(a)〜(c)は、本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。第6に実施形態に係る誘電体メモリの製造方法が第2の実施形態に係る製造方法と異なる点は、開口部に導電膜20を形成しないことである。第2の実施形態では、導電膜20をエッチングすることにより、第2の下部電極を自己整合的に形成したが、本実施形態では、第1の下部電極をエッチングすることにより、自己整合的に第2の下部電極を形成する。   The dielectric memory manufacturing method according to the sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 20A to 20C, FIGS. 21A and 21B, and FIGS. ) And will be described. 20A to 20C, FIGS. 21A and 21B, and FIGS. 22A to 22C are diagrams illustrating a method of manufacturing a dielectric memory according to the sixth embodiment of the present invention. It is principal part process sectional drawing which shows these. Sixth, the dielectric memory manufacturing method according to the embodiment differs from the manufacturing method according to the second embodiment in that the conductive film 20 is not formed in the opening. In the second embodiment, the second lower electrode is formed in a self-aligned manner by etching the conductive film 20, but in the present embodiment, the first lower electrode is etched in a self-aligned manner. A second lower electrode is formed.

まず、図20(a)に示すように、半導体基板31上における素子分離領域(STI)32によって区画された領域には、不純物拡散層33及びゲート電極34よりなるトランジスタが形成されている。この状態で、半導体基板31上の全面に亘って、トランジスタを覆うように、例えばシリコン酸化膜(SiO2 )よりなる膜厚500nm〜800nm程度の第1の絶縁膜35を堆積する。続いて、第1の絶縁膜35中に、該第1の絶縁膜35を貫通すると共に不純拡散層33に到達する第1のコンタクトホール(図示せず)を形成した後に、該第1のコンタクトホールに、例えばタングステン(W)又はポリシリコン等を充填することにより、ビット線コンタクトとなる第1のコンタクトプラグ36を形成する。 First, as shown in FIG. 20A, a transistor including an impurity diffusion layer 33 and a gate electrode 34 is formed in a region partitioned by an element isolation region (STI) 32 on a semiconductor substrate 31. In this state, a first insulating film 35 made of, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ) having a thickness of about 500 nm to 800 nm is deposited over the entire surface of the semiconductor substrate 31 so as to cover the transistor. Subsequently, a first contact hole (not shown) that penetrates the first insulating film 35 and reaches the impurity diffusion layer 33 is formed in the first insulating film 35, and then the first contact is formed. By filling the hole with, for example, tungsten (W) or polysilicon, a first contact plug 36 that becomes a bit line contact is formed.

続いて、第1の絶縁膜35及び第1のコンタクトプラグ36の上に、W又はTiNよりなる膜厚20〜200nm程度の導電膜を堆積した後に、該導電膜に対して所望のマスクを用いたエッチングを行なうことにより、下面が第1のコンタクトプラグ36の上端を覆うビット線37を形成する。   Subsequently, after a conductive film made of W or TiN having a thickness of about 20 to 200 nm is deposited on the first insulating film 35 and the first contact plug 36, a desired mask is used for the conductive film. The bit line 37 whose bottom surface covers the upper end of the first contact plug 36 is formed by performing etching.

続いて、第1の絶縁膜35の上に、例えばシリコン酸化膜(SiO2 )よりなる膜厚500nm〜800nmの第2の絶縁膜38を堆積した後に、該第2の絶縁膜38の上に、例えばシリコン窒化膜(SiN)よりなる膜厚20nm〜100nm程度の第1の水素バリア膜39を堆積する。続いて、第1の水素バリア膜39、第2の絶縁膜38及び第1の絶縁膜35中に、これらの膜を貫通すると共に不純物拡散層33に到達する第2のコンタクトホール(図示せず)を形成した後に、該第2のコンタクトホールに、例えばタングステン(W)又はポリシリコン等を充填することにより、ストレージノードコンタクトとなる第2のコンタクトプラグ40を形成する。 Subsequently, after depositing a second insulating film 38 having a thickness of 500 nm to 800 nm made of, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ) on the first insulating film 35, the second insulating film 38 is formed on the second insulating film 38. For example, a first hydrogen barrier film 39 having a film thickness of about 20 nm to 100 nm made of silicon nitride film (SiN) is deposited. Subsequently, a second contact hole (not shown) that penetrates through these films and reaches the impurity diffusion layer 33 in the first hydrogen barrier film 39, the second insulating film 38, and the first insulating film 35. ) Is formed, the second contact hole 40 is filled with, for example, tungsten (W), polysilicon, or the like, thereby forming a second contact plug 40 serving as a storage node contact.

ここで、図20(a)に示した工程において、不純物拡散層33の表面にコバルトシリサイド(CoSi2 )層を設ける工程を設けてもよい。これにより、不純物拡散層33の表面にコバルトシリサイド層を設けない場合と比べて、低抵抗化を図ることができ、回路動作上の遅延を防止することができる。また、第1の水素バリア膜39は、後に形成する容量絶縁膜として用いる材料によって、設けない構成でもかまわない。 Here, in the step shown in FIG. 20A, a step of providing a cobalt silicide (CoSi 2 ) layer on the surface of the impurity diffusion layer 33 may be provided. As a result, the resistance can be reduced compared to the case where no cobalt silicide layer is provided on the surface of the impurity diffusion layer 33, and a delay in circuit operation can be prevented. Further, the first hydrogen barrier film 39 may be configured not to be provided depending on a material used as a capacitor insulating film to be formed later.

次に、図20(b)に示すように、第1の水素バリア膜39及び第2のコンタクトプラグ40の上に、下面が第2のコンタクトプラグ40の上端と接続するように、例えば膜厚20〜200nm程度の導電性の酸素バリア膜41を形成する。このとき、酸素バリア膜40の下面を第2のコンタクトプラグ40の上端と接続させる。ここで、酸素バリア膜41は、例えば、Ir膜、IrO膜、TiAlN膜、及びTaAlN膜のうちから選択されるいずれか1種類よりなる単層膜又は複数種類よりなる積層膜である。また、酸素バリア膜41は、後述する容量絶縁膜45を構成する強誘電体膜の結晶化を目的とした酸素雰囲気中での熱処理において、第2のコンタクトプラグ40が酸化することを防止するものである。また、酸素バリア膜41がTiAlN膜よりなる場合には、酸素バリア膜41は、酸素バリア膜としての機能に加えて水素バリア膜としての機能をも有する。なお、後述する容量絶縁膜45を構成する強誘電体膜の結晶化温度が十分に低温である場合には、酸素バリア膜41を設ける必要はない。続いて、酸素バリア膜41の上に、例えばPt若しくはIrなどの貴金属、又はこれら貴金属の酸化物よりなる膜厚100〜500nm程度の第1の下部電極42を形成する。   Next, as shown in FIG. 20B, for example, a film thickness is formed on the first hydrogen barrier film 39 and the second contact plug 40 so that the lower surface is connected to the upper end of the second contact plug 40. A conductive oxygen barrier film 41 having a thickness of about 20 to 200 nm is formed. At this time, the lower surface of the oxygen barrier film 40 is connected to the upper end of the second contact plug 40. Here, the oxygen barrier film 41 is, for example, a single layer film made of any one kind selected from an Ir film, an IrO film, a TiAlN film, and a TaAlN film, or a laminated film made of a plurality of kinds. The oxygen barrier film 41 prevents the second contact plug 40 from being oxidized during a heat treatment in an oxygen atmosphere for the purpose of crystallization of a ferroelectric film constituting a capacitive insulating film 45 described later. It is. When the oxygen barrier film 41 is made of a TiAlN film, the oxygen barrier film 41 has a function as a hydrogen barrier film in addition to a function as an oxygen barrier film. Note that when the crystallization temperature of the ferroelectric film constituting the capacitor insulating film 45 described later is sufficiently low, the oxygen barrier film 41 need not be provided. Subsequently, a first lower electrode 42 having a thickness of about 100 to 500 nm made of a noble metal such as Pt or Ir or an oxide of these noble metals is formed on the oxygen barrier film 41.

ここで、第1の下部電極42の膜厚に応じて、後に形成される凹部42hの深さを調整することができる。例えば、第1の下部電極42の膜厚を厚くして、凹部42hの深さを大きくすると、最終的に形成される容量素子の容量を増加させることができる。したがって、必要なセル容量を考慮して、第1の下部電極42の膜厚を決定するとよい。   Here, according to the film thickness of the first lower electrode 42, the depth of the recess 42h to be formed later can be adjusted. For example, when the thickness of the first lower electrode 42 is increased and the depth of the recess 42h is increased, the capacitance of the finally formed capacitive element can be increased. Therefore, the film thickness of the first lower electrode 42 may be determined in consideration of the necessary cell capacity.

次に、図20(c)に示すように、第1の水素バリア膜39上の全面に亘って、酸素バリア膜41及び第1の下部電極42を覆うように、例えばSiO2 よりなる膜厚500nm〜1000nm程度の第3の絶縁膜43を堆積した後に、CMP法などにより、第3の絶縁膜43の表面を平坦化する。 Next, as shown in FIG. 20C, the film thickness of, for example, SiO 2 is formed so as to cover the oxygen barrier film 41 and the first lower electrode 42 over the entire surface of the first hydrogen barrier film 39. After the third insulating film 43 having a thickness of about 500 nm to 1000 nm is deposited, the surface of the third insulating film 43 is planarized by CMP or the like.

ここで、CMP法による第3の絶縁膜43に対する平坦化後に残存する膜厚に応じて、後に形成される開口部43hの深さを調整することができる。例えば、第3の絶縁膜43の残存膜厚を厚くして、開口部43hの深さを大きくすると、最終的に形成される容量素子の容量を増加させることができる。また、第3の絶縁膜43における残存膜厚は、セル容量に直結する値である。したがって、第1の下部電極42の膜厚の場合と同様に、必要なセル容量を考慮して、第3の絶縁膜43の残存膜厚を決定するとよい。   Here, the depth of the opening 43h to be formed later can be adjusted in accordance with the film thickness remaining after planarization of the third insulating film 43 by the CMP method. For example, when the remaining thickness of the third insulating film 43 is increased and the depth of the opening 43h is increased, the capacitance of the finally formed capacitor can be increased. Further, the remaining film thickness in the third insulating film 43 is a value directly connected to the cell capacity. Therefore, as in the case of the film thickness of the first lower electrode 42, the remaining film thickness of the third insulating film 43 may be determined in consideration of the necessary cell capacity.

次に、図21(a)に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第3の絶縁膜43中に、第1の下部電極42の上面を露出させる開口部43hを形成する。   Next, as shown in FIG. 21A, an opening 43h that exposes the upper surface of the first lower electrode 42 is formed in the third insulating film 43 by lithography and dry etching.

次に、図21(b)に示すように、半導体基板31の全面に対してエッチバックを行なって、第1の下部電極42における開口部43hの底部に露出している部分を除去することにより、第1の下部電極42に凹部42hを形成する。この場合、第1の下部電極42を選択的にエッチングすることが好ましい。その理由は、セル容量の低下につながる第3の絶縁膜43の膜減りを抑制することができるからである。   Next, as shown in FIG. 21B, the entire surface of the semiconductor substrate 31 is etched back to remove the portion of the first lower electrode 42 exposed at the bottom of the opening 43h. Then, a recess 42 h is formed in the first lower electrode 42. In this case, it is preferable to selectively etch the first lower electrode 42. This is because the film loss of the third insulating film 43 that leads to a decrease in cell capacity can be suppressed.

また、凹部42hの形成時には、該形成時に除去された前記第1の下部電極42における部分を構成する材料よりなる第2の下部電極44が、開口部43hの壁部に形成される。すなわち、凹部42hの形成時に、第1の下部電極42における除去される部分から弾き出された原子によって、開口部43hの壁部に筒型であって且つサイドウォール形状の第2の下部電極44が形成される。このように、開口部43h内にのみに、第2の下部電極44を自己整合的に形成することができる。また、開口部43hと凹部42hとによって、容量を規定する開口が構成される。   Further, when the recess 42h is formed, the second lower electrode 44 made of the material constituting the portion of the first lower electrode 42 removed during the formation is formed on the wall portion of the opening 43h. That is, when the concave portion 42h is formed, the second lower electrode 44 having a cylindrical shape and a sidewall shape is formed on the wall portion of the opening portion 43h by atoms ejected from the removed portion of the first lower electrode 42. It is formed. Thus, the second lower electrode 44 can be formed in a self-aligned manner only in the opening 43h. Further, the opening 43h and the recess 42h constitute an opening that defines the capacity.

なお、図21(b)では、凹部42hの深さは、酸素バリア膜41を露出させる深さであるが、これに限らない。例えば、酸素バリア膜41を露出しない深さ、又は酸素バリア膜41が第1の下部電極42と同等の材料からなる場合は、酸素バリア膜41を第2のコンタクトプラグ40の上面が露出しない程度まで除去してもよい。(つまり、除去された酸素バリア膜41が開口部43hの壁部に付着し、第1の下部電極42の材料と混合して第2の下部電極44を形成してもよい。)
ここで、エッチバックによって第2の下部電極44を形成する工程の後に、第2の下部電極44を酸素雰囲気下でアニールすることもできる。第2の下部電極44を酸素雰囲気下でアニールすることにより、エッチバックされて一旦結合が弱まった第2の下部電極44の結合力を強化することができる。例えば、第2の下部電極44が導電性酸化物よりなる場合、エッチバックによって導電性酸化物の酸素が一部脱離するという現象が生じる。酸素が一部脱離された導電性酸化物が再酸化され、又は酸素が補給されて、第2の下部電極44は電極としての機能を十分発揮することができる。
In FIG. 21B, the depth of the recess 42h is a depth at which the oxygen barrier film 41 is exposed, but is not limited thereto. For example, the depth at which the oxygen barrier film 41 is not exposed, or when the oxygen barrier film 41 is made of the same material as the first lower electrode 42, the oxygen barrier film 41 is not exposed to the upper surface of the second contact plug 40. May be removed. (In other words, the removed oxygen barrier film 41 may adhere to the wall of the opening 43h and may be mixed with the material of the first lower electrode 42 to form the second lower electrode 44.)
Here, after the step of forming the second lower electrode 44 by etch back, the second lower electrode 44 can be annealed in an oxygen atmosphere. By annealing the second lower electrode 44 in an oxygen atmosphere, the bonding strength of the second lower electrode 44 that has been weakened once etched back can be enhanced. For example, when the second lower electrode 44 is made of a conductive oxide, a phenomenon occurs in which oxygen in the conductive oxide is partially desorbed by etch back. The conductive oxide from which oxygen has been partially removed is reoxidized or supplemented with oxygen, so that the second lower electrode 44 can sufficiently function as an electrode.

次に、図22(b)に示すように、MOCVD法により、第1の下部電極42の壁部及び底部、第2の下部電極44の傾斜面、並びに第3の絶縁膜43の上に、強誘電体膜(例えば、SBT系、PZT系、又はBLT系材料等)よりなる容量絶縁膜45を形成する。この場合、開口部43hと凹部42hとによって形成される容量素子形成用の開口は、従来例と比べてその開口径が大きく形成されている。すなわち、従来例によると、パターニング時のマスク合わせのマージンを考慮して、容量素子形成用の開口外に存在する絶縁膜上の部分にも下部電極が形成されていたが、本発明の本実施形態によると、第2の下部電極44は容量素子形成用の開口内のみに形成されているため、その開口の開口径は従来例に比べて広い。このため、容量絶縁膜45の形成に用いる原料ガスが侵入しやすいので、良好な段差被覆性を有する容量絶縁膜45を形成することができる。また、前述したように、第2の下部電極44はサイドウォール形状をしているので、該第2の下部電極44の上に形成される容量絶縁膜45は段差被覆性良く形成される。   Next, as shown in FIG. 22B, on the wall and bottom of the first lower electrode 42, the inclined surface of the second lower electrode 44, and the third insulating film 43 by MOCVD, A capacitor insulating film 45 made of a ferroelectric film (for example, SBT, PZT, or BLT material) is formed. In this case, the opening for forming the capacitive element formed by the opening 43h and the recess 42h has a larger opening diameter than the conventional example. That is, according to the conventional example, the lower electrode is formed also on the insulating film existing outside the opening for forming the capacitor element in consideration of the mask alignment margin at the time of patterning. According to the embodiment, since the second lower electrode 44 is formed only in the opening for forming the capacitor element, the opening diameter of the opening is wider than that of the conventional example. For this reason, since the source gas used for forming the capacitor insulating film 45 easily enters, the capacitor insulating film 45 having good step coverage can be formed. Further, as described above, since the second lower electrode 44 has a sidewall shape, the capacitor insulating film 45 formed on the second lower electrode 44 is formed with good step coverage.

続いて、図22(b)に示すように、容量絶縁膜45の表面上に上部電極46(例えば、Pt又はIrに代表される貴金属又はその金属酸化物)を形成する。このようにして、第1の下部電極42、第2の下部電極44、容量絶縁膜45及び上部電極46よりなる強誘電体キャパシタが形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 22B, an upper electrode 46 (for example, a noble metal typified by Pt or Ir or a metal oxide thereof) is formed on the surface of the capacitive insulating film 45. In this manner, a ferroelectric capacitor including the first lower electrode 42, the second lower electrode 44, the capacitor insulating film 45, and the upper electrode 46 is formed.

次に、図22(c)に示すように、上部電極46の上に、開口部43hを埋め込むように、第4の絶縁膜47を形成した後に、該第4の絶縁膜47の上に、第2の水素バリア膜48及び第5の絶縁膜49を下から順に形成する。   Next, as illustrated in FIG. 22C, after the fourth insulating film 47 is formed on the upper electrode 46 so as to fill the opening 43 h, the fourth insulating film 47 is formed on the fourth insulating film 47. A second hydrogen barrier film 48 and a fifth insulating film 49 are formed in order from the bottom.

なお、本実施形態では、キャパシタを被覆する第4の絶縁膜47と、外部配線(図示せず)との層間絶縁膜となる第5の絶縁膜49との間に、第2の水素バリア膜48が形成されている構成について説明したが、容量絶縁膜45として耐還元性を有する強誘電体材料を用いる場合には、第1の水素バリア膜39及び第2の水素バリア膜48が形成されていない構成であっても構わない。ただし、一般的には、水素バリア膜の組み合わせにより、例えば、第1の水素バリア膜39と第2の水素バリア膜48とをメモリセルの端部で接続することによって、キャパシタを水素バリア膜によって完全に被覆することが可能となるので、強誘電体キャパシタの水素による特性劣化を防止することができる。   In the present embodiment, the second hydrogen barrier film is provided between the fourth insulating film 47 covering the capacitor and the fifth insulating film 49 serving as an interlayer insulating film with the external wiring (not shown). Although the configuration in which 48 is formed has been described, when a ferroelectric material having reduction resistance is used as the capacitor insulating film 45, the first hydrogen barrier film 39 and the second hydrogen barrier film 48 are formed. It may be a configuration that is not. However, in general, by combining the hydrogen barrier film, for example, by connecting the first hydrogen barrier film 39 and the second hydrogen barrier film 48 at the end of the memory cell, the capacitor is formed by the hydrogen barrier film. Since it is possible to completely cover the ferroelectric capacitor, it is possible to prevent deterioration of characteristics of the ferroelectric capacitor due to hydrogen.

以上のように、本発明に係る第6の誘電体メモリ及びその製造方法によると、容量素子形成用の開口部(ホール)43hの内部にのみ第2の下部電極44が自己整合的に形成されるので、セルの微細化に対応した所望のサイズの容量素子形成用の開口内に電極を形成することができる。すなわち、本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法を用いると、セルの微細化を実現することができる。   As described above, according to the sixth dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the present invention, the second lower electrode 44 is formed in a self-aligned manner only in the opening (hole) 43h for forming the capacitive element. Therefore, an electrode can be formed in the opening for forming a capacitor element having a desired size corresponding to the miniaturization of the cell. That is, by using the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the sixth embodiment of the present invention, cell miniaturization can be realized.

また、本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、容量素子形成用の開口部(ホール)43hの内部にのみ第2の下部電極44が自己整合的に形成されるので、従来例では必要であった下部電極の形成の際のパターニングを行なう必要がない。このため、前述したように、従来例であれば、下部電極に対するパターニング時に要するマスク合わせのマージンが考慮されて、下部電極は容量素子形成用の開口内からはみ出して開口外にも形成されざるを得なかったが、本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、従来例の下部電極における開口外に存在していた部分の分だけセルを微細化することができる。   In addition, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the sixth embodiment of the present invention, the second lower electrode 44 is formed in a self-aligned manner only inside the opening (hole) 43h for forming the capacitive element. Therefore, it is not necessary to perform patterning when forming the lower electrode, which is necessary in the conventional example. For this reason, as described above, in the case of the conventional example, the margin for mask alignment required when patterning the lower electrode is taken into consideration, and the lower electrode protrudes from the opening for forming the capacitive element and must be formed outside the opening. Although not obtained, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the sixth embodiment of the present invention, the cell can be miniaturized as much as the portion existing outside the opening in the lower electrode of the conventional example. .

ここで、従来例における下部電極に対するパターニング時に要するマスク合わせのマージンがどれくらい必要であるかについて具体的に説明する。マスク合わせのマージンは、マスク合わせを要するステッパー又はスキャンステッパ−の設備における合わせ精度、容量素子形成用の開口に対する加工精度及び下部電極に対する加工精度に依存する。例えば、容量素子形成用の開口(深さ0.5μm)に対する加工ばらつきを10%、下部電極(>0.5μm)に対する加工ばらつきを10%、マスク合わせ精度を30nmとすると、必要なマスク合わせマージンは、{0.032 +(0.50×0.10)2 ×2}0.50.5 =0.0768μmとなる。したがって、本発明に係る第6の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、従来例では必要である例えばこの0.0768μmのマスク合わせマージンの分だけ、セルの占有面積を小さくすることができる。 Here, a specific description will be given of how much a mask alignment margin is required when patterning the lower electrode in the conventional example. The margin for mask alignment depends on the alignment accuracy in the stepper or scan stepper equipment requiring mask alignment, the processing accuracy for the opening for forming the capacitive element, and the processing accuracy for the lower electrode. For example, if the processing variation with respect to the opening for forming the capacitive element (depth 0.5 μm) is 10%, the processing variation with respect to the lower electrode (> 0.5 μm) is 10%, and the mask alignment accuracy is 30 nm, the necessary mask alignment margin Is {0.03 2 + (0.50 × 0.10) 2 × 2} 0.5 0.5 = 0.0768 μm. Therefore, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the sixth embodiment of the present invention, the occupied area of the cell is reduced by the mask alignment margin of, for example, 0.0768 μm, which is necessary in the conventional example. Can do.

また、本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、第2の下部電極44の形成の際にマスクを用いる必要がないので、必要となるマスク数を低減できるため、マスクを除去する工程の削減など工程数の低減を図ることができるので、歩留まりを向上させることができる。   In addition, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the sixth embodiment of the present invention, since it is not necessary to use a mask when forming the second lower electrode 44, the number of necessary masks can be reduced. Since the number of steps can be reduced, such as a reduction in the number of steps for removing the mask, the yield can be improved.

また、本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、第1の下部電極42の下に形成された酸素バリア膜41の還元を防止することができる。この点、従来例によると、下部電極を加工(パターニング)した後には、アッシングなどによってパターンニングの際に用いたレジストを除去する必要があった。レジストには、C−H基が多数含まれているので、アッシングの際にC−H結合が切断されて水素が発生する。発生した水素は、例えば下層の導電性酸化物である酸素バリア膜又は導電性酸化物を用いた場合の下部電極を還元するという問題があった。そのため、酸素バリア性の低下、又は還元によって生じた過剰な金属成分が強誘電体膜中へ拡散することによって発生するリーク電流の増加という不具合を発生させていた。しかしながら、本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、第2の下部電極44に対してパターニングを行なう必要がないため、レジストのアッシングを行なう必要がなくなるので、第2の下部電極44の形成の際には、酸素バリア膜41の還元の問題の発生を回避することができる。   In addition, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the sixth embodiment of the present invention, it is possible to prevent the oxygen barrier film 41 formed under the first lower electrode 42 from being reduced. In this regard, according to the conventional example, after processing (patterning) the lower electrode, it is necessary to remove the resist used for patterning by ashing or the like. Since the resist contains a large number of C—H groups, the C—H bond is broken during ashing to generate hydrogen. The generated hydrogen has a problem of reducing the lower electrode in the case of using, for example, an oxygen barrier film or a conductive oxide which is a lower conductive oxide. For this reason, there has been a problem of an increase in leakage current that occurs due to a decrease in oxygen barrier properties or an excess metal component generated by reduction diffusing into the ferroelectric film. However, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the sixth embodiment of the present invention, since it is not necessary to pattern the second lower electrode 44, it is not necessary to perform ashing of the resist. When the second lower electrode 44 is formed, it is possible to avoid the problem of reduction of the oxygen barrier film 41.

さらに、従来、下部電極を加工する際にハードマスクを用いる場合もあるが、容量素子形成用の開口内に設けるハードマスクは開口内の壁部に沿うようにして成膜されるので、下部電極を加工した後、異方性エッチングとなるドライエッチング法を用いたマスクの除去が困難であった。また、等方性エッチングとなるウェットエッチング法を用いた場合であっても、容量素子形成用の微細な開口内に薬液を十分侵入させることが難しいために、ハードマスクを完全に除去することは困難であった。このように、マスクが残存することにより、その後に容量絶縁膜を形成する際に悪影響を及ぼすという問題が発生する。しかしながら、本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、第2の下部電極44に対してハードマスクを用いたパターニングを行なう必要がないため、前述の問題の発生を回避することができる。   Further, conventionally, a hard mask may be used when processing the lower electrode. However, since the hard mask provided in the opening for forming the capacitor element is formed along the wall portion in the opening, the lower electrode is formed. After processing, it was difficult to remove the mask using a dry etching method which is anisotropic etching. In addition, even when using a wet etching method that is isotropic etching, it is difficult to sufficiently penetrate the fine opening for forming the capacitive element, so it is not possible to completely remove the hard mask. It was difficult. As described above, the remaining mask causes a problem of adversely affecting the subsequent formation of the capacitive insulating film. However, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the sixth embodiment of the present invention, it is not necessary to pattern the second lower electrode 44 using a hard mask. It can be avoided.

さらに、従来例では、容量素子形成用の開口は凹んでいるために、その凹んでいる部分に被覆された下部電極に対してエッチングを行なう際、その凹んでいる部分の影響によってレジストの膜厚がばらついて、定在波効果の影響を受けるので、高解像度のパターニングを実現することができないという問題もあった。しかしながら、本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、第2の下部電極44に対してパターニングを行なう必要がないため、前述の問題の発生を回避することができる。   Further, in the conventional example, since the opening for forming the capacitor element is recessed, when etching is performed on the lower electrode covered with the recessed portion, the film thickness of the resist is affected by the influence of the recessed portion. However, there is a problem in that high-resolution patterning cannot be realized because of the influence of the standing wave effect. However, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the sixth embodiment of the present invention, it is not necessary to perform patterning on the second lower electrode 44, so that the above-described problem can be avoided. .

さらに、容量素子形成用の開口は、開口部43h及び凹部42hよりなる構造であるので、形成される容量素子は十分な容量を確保できると共に、容量素子形成用の開口下部における段差被覆性が低下することを懸念する必要がない。   Further, since the opening for forming the capacitive element has a structure including the opening 43h and the recessed part 42h, the formed capacitive element can secure a sufficient capacity and the step coverage at the lower part of the opening for forming the capacitive element is reduced. There is no need to worry about doing that.

なお、開口部43hは、80〜90℃の範囲のテーパー角を持つように形成されることが好ましい。その理由は、80〜90℃の範囲よりも小さいテーパー角であると、後工程でのエッチバックにより、開口部43hの壁部に沿って第2の下部電極44を形成することが困難になるからである。   The opening 43h is preferably formed to have a taper angle in the range of 80 to 90 ° C. The reason is that if the taper angle is smaller than the range of 80 to 90 ° C., it is difficult to form the second lower electrode 44 along the wall portion of the opening 43 h by etch back in a later step. Because.

最後に、凹部42hの深さの範囲がどのくらいになるか検討する。最初に、凹部42hの深さの上限は、第1の下部電極42の膜厚に制限される。底部の電極面積が減少しないようにする点、下地材料のリコイルによる電極形成手法をとることから、酸素バリア膜41がリコイルされないようにする点を鑑みると、第1の下部電極42の膜厚を逸脱しない範囲で設定することが好ましい。よって、膜厚の上限は、第1の下部電極42が倒壊しない範囲で決定され、第1の下部電極42の短辺が0.5μmである場合に、アスペクト比が1程度、およそ500nm程度と見積もられる。   Finally, consider how much the depth range of the recess 42h is. First, the upper limit of the depth of the recess 42 h is limited to the film thickness of the first lower electrode 42. Considering the point of preventing the oxygen barrier film 41 from being recoiled from the point that the electrode area at the bottom is not reduced and the electrode formation method by recoil of the base material is taken, the film thickness of the first lower electrode 42 is reduced. It is preferable to set within a range that does not deviate. Therefore, the upper limit of the film thickness is determined in a range in which the first lower electrode 42 does not collapse. When the short side of the first lower electrode 42 is 0.5 μm, the aspect ratio is about 1 and about 500 nm. Estimated.

(第7の実施形態)
以下、本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリについて、図23を参照しながら説明する。なお、図23は、本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。また、以下では、本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリが、前述した本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリと共通する部分については、同一の符号を付しており、その詳細な説明は繰り返さない。
(Seventh embodiment)
Hereinafter, a dielectric memory according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a fragmentary cross-sectional view showing the configuration of the dielectric memory according to the seventh embodiment of the present invention. In the following description, the same reference numerals are assigned to the same parts of the dielectric memory according to the seventh embodiment of the present invention as those of the above-described dielectric memory according to the sixth embodiment of the present invention. The detailed description will not be repeated.

本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリは、第2の下部電極44の膜厚が、前述した第6の実施形態における第2の下部電極44の膜厚と比べて厚い点に特徴を有しており、その他は前述した第6の実施形態に係る誘電体メモリと同様である。   The dielectric memory according to the seventh embodiment of the present invention is characterized in that the film thickness of the second lower electrode 44 is thicker than the film thickness of the second lower electrode 44 in the sixth embodiment described above. Others are the same as those of the dielectric memory according to the sixth embodiment described above.

以下、本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法について、図24(a)〜(c)、図25(a)〜(c)並びに図26(a)〜(c)を参照しながら説明する。なお、図24(a)〜(c)、図25(a)〜(c)並びに図26(a)〜(c)は、本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。   24A to 24C, FIG. 25A to FIG. 25C, and FIG. 26A to FIG. 26C for a dielectric memory manufacturing method according to the seventh embodiment of the present invention. The description will be given with reference. FIGS. 24A to 24C, FIGS. 25A to 25C, and FIGS. 26A to 26C show a method for manufacturing a dielectric memory according to the seventh embodiment of the present invention. It is a principal part process sectional drawing shown.

まず、図24(a)〜(c)及び図25(a)に示す工程は、前述した図20(a)〜(c)及び図21(a)を用いた説明と同じである。   First, the steps shown in FIGS. 24A to 24C and FIG. 25A are the same as those described with reference to FIGS. 20A to 20C and FIG. 21A.

次に、図25(b)に示すように、開口部43hの壁部及び底部、並びに第3の絶縁膜43の上に、導電膜50を形成する。   Next, as illustrated in FIG. 25B, the conductive film 50 is formed on the wall and bottom of the opening 43 h and the third insulating film 43.

ここで、導電膜50の一部は、後述するように第2の下部電極44の一部を構成することになるので、第1の下部電極42と同じ材料よりなることが好ましい。また、第1の下部電極42に凹部42hを形成することに鑑みると、開口部43hの底部には導電膜50ができるだけ成膜されない方が好ましい。したがって、導電膜50の形成には、CVD法又はメッキ法と比べて段差被覆性に劣るスパッタ法を用いることが好ましい。   Here, since a part of the conductive film 50 constitutes a part of the second lower electrode 44 as will be described later, the conductive film 50 is preferably made of the same material as the first lower electrode 42. In view of forming the recess 42h in the first lower electrode 42, it is preferable that the conductive film 50 is not formed as much as possible on the bottom of the opening 43h. Therefore, for the formation of the conductive film 50, it is preferable to use a sputtering method having inferior step coverage as compared with the CVD method or the plating method.

次に、図25(c)に示すように、半導体基板31の全面に対してエッチバックを行なって、導電膜50における開口部43hの底部に存在する部分と第1の下部電極42における該部分の下に存在している部分とを除去することにより、第1の下部電極42に凹部42hを形成する。この場合、第3の絶縁膜43の上部においては、導電膜50がエッチングされて該導電膜50の下に存在している第3の絶縁膜43が露出するまでは、第3の絶縁膜43はエッチングされないので、セル容量の低下につながる第3の絶縁膜43の膜減りを抑制することができる。   Next, as shown in FIG. 25C, the entire surface of the semiconductor substrate 31 is etched back, so that the portion present at the bottom of the opening 43h in the conductive film 50 and the portion in the first lower electrode 42 are formed. A recess 42 h is formed in the first lower electrode 42 by removing the portion existing below the first lower electrode 42. In this case, in the upper part of the third insulating film 43, the third insulating film 43 is etched until the conductive film 50 is etched and the third insulating film 43 existing under the conductive film 50 is exposed. Is not etched, and hence the film loss of the third insulating film 43 that leads to a decrease in cell capacity can be suppressed.

また、凹部42hの形成時には、該形成時に除去された導電膜50における部分と第1の下部電極42における部分とを構成する材料よりなる第2の下部電極44が、開口部43hの壁部に形成される。すなわち、凹部42hの形成時に、導電膜50及び第1の下部電極42における除去された部分から弾き出された原子によって、開口部43hの壁部に筒型であって且つサイドウォール形状の第2の下部電極44が形成される。このように、開口部43hの内部にのみに、第2の下部電極44を自己整合的に形成することができる。また、本実施形態における第2の下部電極44の膜厚は、前述した第6の実施形態における第2の下部電極44の膜厚と比べて厚く形成される。また、開口部43hと凹部42hとによって、容量を規定する開口が構成される。   Further, when the recess 42h is formed, the second lower electrode 44 made of a material constituting the portion of the conductive film 50 and the portion of the first lower electrode 42 removed at the time of formation is formed on the wall portion of the opening 43h. It is formed. That is, when the concave portion 42h is formed, a second wall having a cylindrical shape and a sidewall shape is formed on the wall portion of the opening portion 43h by atoms ejected from the removed portions of the conductive film 50 and the first lower electrode 42. A lower electrode 44 is formed. Thus, the second lower electrode 44 can be formed in a self-aligned manner only inside the opening 43h. In addition, the film thickness of the second lower electrode 44 in this embodiment is thicker than the film thickness of the second lower electrode 44 in the sixth embodiment described above. Further, the opening 43h and the recess 42h constitute an opening that defines the capacity.

次に、図26(a)〜(c)に示す工程は、前述した図22(a)〜(c)を用いた説明と同様である。   Next, the steps shown in FIGS. 26A to 26C are the same as the description using FIGS. 22A to 22C described above.

以上のように、本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法では、第1の下部電極42に凹部42hを形成する前に導電膜50を形成する点が、前述した第6の実施形態と比べて特徴的な点である。この特徴により、凹部42hを形成する際に、第1の下部電極42の一部及び導電膜50の一部が除去されて第2の下部電極44が構成されるので、前述の第6の実施形態と比べると、本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリにおける第2の下部電極44の膜厚は厚くなる。したがって、本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、前述した第6の実施形態による効果に加えて、プロセスの安定性が増加するという更なる効果を得ることができる。   As described above, in the dielectric memory manufacturing method according to the seventh embodiment of the present invention, the conductive film 50 is formed before the recess 42h is formed in the first lower electrode 42. This is a characteristic point compared to the embodiment. Due to this feature, when the recess 42h is formed, a part of the first lower electrode 42 and a part of the conductive film 50 are removed to form the second lower electrode 44. Compared with the embodiment, the film thickness of the second lower electrode 44 in the dielectric memory according to the seventh embodiment of the present invention is thicker. Therefore, according to the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the seventh embodiment of the present invention, in addition to the effect of the sixth embodiment described above, it is possible to obtain the further effect that the stability of the process is increased. it can.

ここで、図27(a)及び(b)は、本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を用いて、第1の下部電極42に凹部42hを形成する工程を具体的に説明するための断面図を示している。なお、図27(a)は、第1の下部電極42が膜厚100nmのIrOよりなる場合であって、(a)の上段は凹部42hの形成前、(a)の下段は凹部42hの形成後を示しており、また、図27(b)は、第1の下部電極42が膜厚150nmのIrOよりなる場合であって、(b)の上段は凹部42hの形成前、(b)の下段は凹部42hの形成後を示している。   Here, FIGS. 27A and 27B specifically show the step of forming the recess 42 h in the first lower electrode 42 using the dielectric memory manufacturing method according to the seventh embodiment of the present invention. Sectional drawing for demonstrating is shown. FIG. 27A shows a case where the first lower electrode 42 is made of IrO with a film thickness of 100 nm. The upper part of FIG. 27A is before the formation of the concave part 42h, and the lower part of FIG. 27A is the formation of the concave part 42h. FIG. 27B shows the case where the first lower electrode 42 is made of IrO with a film thickness of 150 nm, and the upper stage of FIG. 27B shows the state before the formation of the recess 42h. The lower part shows after the formation of the recess 42h.

まず、図27(a)及び(b)の上段にそれぞれ示す凹部42hの形成前では、第3の絶縁膜43の上には導電膜50が形成されているが、深さが約600nmである開口部43hの内部にはほとんど形成されていないことが分かる。これは、導電膜50の形成としてスパッタ法を用いているからである。   First, before the formation of the recesses 42h shown in the upper stages of FIGS. 27A and 27B, the conductive film 50 is formed on the third insulating film 43, but the depth is about 600 nm. It can be seen that almost no openings are formed inside the opening 43h. This is because the sputtering method is used to form the conductive film 50.

このような状態で、圧力0.3Pa、エッチングチャンバー内における上部電極パワー1500W、下部電極パワー600W、エッチングガスとしてのCl2 ガスの流量60mL/min、Arガスの流量170mL/minである条件下でドライエッチングを行なった。この場合、第1の下部電極42を構成するIrOのエンドポイントを検出する手法で行なったので、ドライエッチング時間については、図27(a)の上段から下段に示す状態までに35.6secを要し、図27(b)の上段から下段に示す状態までに49.4secを要した。 Under such conditions, the pressure is 0.3 Pa, the upper electrode power is 1500 W, the lower electrode power is 600 W, the flow rate of Cl 2 gas as an etching gas is 60 mL / min, and the flow rate of Ar gas is 170 mL / min. Dry etching was performed. In this case, since the IrO endpoint constituting the first lower electrode 42 was detected, the dry etching time required 35.6 sec from the upper stage to the lower stage of FIG. However, it took 49.4 sec from the upper stage to the lower stage of FIG.

そして、図27(a)及び(b)下段にそれぞれ示すように、第1の下部電極42には凹部42hが形成されていると共に、開口部43hの壁部には第2の下部電極44が形成されていることが分かる。   27A and 27B, the first lower electrode 42 has a recess 42h, and the opening 43h has a second lower electrode 44 on the wall. It can be seen that it is formed.

図27(a)の下段に示す場合では、第2の下部電極44の底部において、その膜厚は53nmで厚く、断線を防止できる十分な膜厚である。また、第2の下部電極44の壁部における膜厚は、開口部43hの上方に向かって薄くなっているため、開口部43h及び凹部42hよりなる容量素子形成用の開口は上方に向かって広がる形(サイドウォール形状)となっている。このため、以降の工程における強誘電体膜よりなる容量絶縁膜45又は上部電極46を形成する際に段差被覆性を向上させることができる。   In the case shown in the lower part of FIG. 27A, the film thickness is 53 nm at the bottom of the second lower electrode 44, which is sufficient to prevent disconnection. Further, since the film thickness at the wall portion of the second lower electrode 44 is thinner toward the upper side of the opening portion 43h, the opening for forming the capacitor element including the opening portion 43h and the concave portion 42h widens upward. It has a shape (side wall shape). Therefore, the step coverage can be improved when the capacitor insulating film 45 or the upper electrode 46 made of a ferroelectric film is formed in the subsequent steps.

また、図27(b)の下段に示す場合においても、第2の下部電極44の底部において、その膜厚は58nmで厚く、断線を防止できる十分な膜厚である。また、第2の下部電極44の側壁における膜厚は、開口部43hの上方に向かって薄くなっているため、同様に、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜45又は上部電極46を形成する際に段差被覆性を向上させることができる。   Also in the case shown in the lower part of FIG. 27B, the film thickness is 58 nm at the bottom of the second lower electrode 44, which is sufficient to prevent disconnection. Further, since the film thickness on the side wall of the second lower electrode 44 becomes thinner toward the upper side of the opening 43h, similarly, when forming the capacitor insulating film 45 or the upper electrode 46 made of a ferroelectric film. In addition, the step coverage can be improved.

図27(a)及び(b)に示す結果と、リコイルがゼロになると(凹部42hが形成されていない状態)、開口部43hの壁部には第2の下部電極44がほとんど形成されないという仮定にもとづいて、凹部42hの深さと第2の下部電極44における壁部の膜厚とを予想した累乗近似曲線を図28のグラフに示している。   The results shown in FIGS. 27A and 27B and the assumption that when the recoil becomes zero (the recess 42h is not formed), the second lower electrode 44 is hardly formed on the wall of the opening 43h. FIG. 28 shows a power approximation curve in which the depth of the recess 42 h and the wall thickness of the second lower electrode 44 are predicted based on the graph.

図28に示すように、分極量が発現される実績のある電極の膜厚20nmに対しては、凹部42hの深さが30nm程度であることが分かる。したがって、凹部42hの深さとしては、30〜500nm程度であることが好適である。   As shown in FIG. 28, it can be seen that the depth of the recess 42h is about 30 nm with respect to the film thickness of 20 nm of the electrode that has a proven record of polarization. Therefore, the depth of the recess 42h is preferably about 30 to 500 nm.

(第8の実施形態)
以下、本発明の第8の実施形態に係る誘電体メモリについて、図29を参照しながら説明する。なお、図29は、本発明の第8の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。また、以下では、本発明の第8の実施形態に係る誘電体メモリが、前述した本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリと共通する部分については、同一の符号を付しており、その詳細な説明は繰り返さない。
(Eighth embodiment)
A dielectric memory according to the eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 29 is a cross-sectional view showing a principal part of the configuration of the dielectric memory according to the eighth embodiment of the present invention. In the following description, the same reference numerals are assigned to the same parts of the dielectric memory according to the eighth embodiment of the present invention as those of the dielectric memory according to the sixth embodiment of the present invention. The detailed description will not be repeated.

図29に示すように、本発明の第8の実施形態に係る誘電体メモリが、前述した本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリと異なる点は、特に、第3の絶縁膜43の上部に、エッチングストッパ膜60が形成されている点である。この異なる点に伴って、開口部43hは、エッチングストッパ膜60及び第3の絶縁膜43を貫通して形成されている。   As shown in FIG. 29, the dielectric memory according to the eighth embodiment of the present invention is different from the dielectric memory according to the sixth embodiment of the present invention, in particular, the third insulating film 43. The etching stopper film 60 is formed on the upper portion of the film. Along with this difference, the opening 43 h is formed through the etching stopper film 60 and the third insulating film 43.

以下に、本発明の第8の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法について、図30(a)〜(c)、図31(a)〜(c)並びに図32(a)及び(b)を参照しながら説明する。なお、図30(a)〜(c)、図31(a)〜(c)並びに図32(a)及び(b)は、本発明の第8の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。   Hereinafter, a dielectric memory manufacturing method according to the eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 30A to 30C, FIGS. 31A to 31C, and FIGS. Will be described with reference to FIG. 30A to 30C, 31A to 31C, and FIGS. 32A and 32B illustrate a dielectric memory manufacturing method according to the eighth embodiment of the present invention. It is a principal part process sectional drawing shown.

まず、図30(a)及び(b)に示す工程は、前述した図20(a)及び(b)を用いた説明と同じである。   First, the steps shown in FIGS. 30A and 30B are the same as those described with reference to FIGS. 20A and 20B.

次に、図30(c)に示すように、第1の水素バリア膜39の上に、酸素バリア膜41及び第1の下部電極42を覆うように、第3の絶縁膜43を形成した後、CMP法によって第3の絶縁膜43の表面を平坦化する。さらに、第3の絶縁膜43の上に、エッチングストッパ膜60(例えば、膜厚が20〜100nm程度であるSiN膜又はSiON膜)を形成する。ここで、エッチングストッパ膜60としては、第3の絶縁膜43よりもエッチング加工が困難な材料を用いることが好ましい。   Next, as shown in FIG. 30C, after the third insulating film 43 is formed on the first hydrogen barrier film 39 so as to cover the oxygen barrier film 41 and the first lower electrode 42. The surface of the third insulating film 43 is planarized by CMP. Further, an etching stopper film 60 (for example, a SiN film or a SiON film having a thickness of about 20 to 100 nm) is formed on the third insulating film 43. Here, as the etching stopper film 60, it is preferable to use a material that is more difficult to etch than the third insulating film 43.

次に、図31(a)に示すように、第3の絶縁膜43及びエッチングストッパ膜60中に、該第3の絶縁膜43及びエッチングストッパ膜60を貫通すると共に第1の下部電極42の上面を露出させる開口部(ホール)43hを形成する。また、第6の実施形態と同様に、開口部43hは、そのテーパー角が80〜90°の範囲となるように形成されることが好ましい。その理由は、80〜90℃の範囲よりも小さいテーパー角であると、後工程でのエッチバックにより、開口部43hの壁部に沿って第2の下部電極44を形成することが困難になるからである。   Next, as shown in FIG. 31A, the third insulating film 43 and the etching stopper film 60 penetrate through the third insulating film 43 and the etching stopper film 60 and the first lower electrode 42 is formed. An opening (hole) 43h that exposes the upper surface is formed. Similarly to the sixth embodiment, the opening 43h is preferably formed so that the taper angle is in the range of 80 to 90 °. The reason is that if the taper angle is smaller than the range of 80 to 90 ° C., it is difficult to form the second lower electrode 44 along the wall portion of the opening 43 h by etch back in a later step. Because.

次に、図31(b)に示すように、半導体基板31の全面に対してエッチバックを行なって、第1の下部電極42における開口部43hの底部に露出している部分を除去することにより、第1の下部電極42に凹部42hを形成する。この場合、エッチングストッパ膜60としてエッチング加工が困難な材料を用いているので、セル容量の低下につながる第3の絶縁膜43の膜減りを抑制することができる。   Next, as shown in FIG. 31B, the entire surface of the semiconductor substrate 31 is etched back to remove the portion of the first lower electrode 42 exposed at the bottom of the opening 43h. Then, a recess 42 h is formed in the first lower electrode 42. In this case, since a material that is difficult to etch is used as the etching stopper film 60, it is possible to suppress the film loss of the third insulating film 43 that leads to a decrease in cell capacity.

また、凹部42hの形成時には、該形成時に除去された前記第1の下部電極42における部分を構成する材料よりなる第2の下部電極44が、開口部43hの壁部に形成される。すなわち、開口部43hの形成時に、第1の下部電極42における除去される部分から弾き出された原子によって、開口部43hの壁部に筒型であって且つサイドウォール形状の第2の下部電極44が形成される。このように、開口部43hの内部にのみに、第2の下部電極44を自己整合的に形成することができる。また、開口部43hと凹部42hとによって、容量を規定する開口が構成される。   Further, when the recess 42h is formed, the second lower electrode 44 made of the material constituting the portion of the first lower electrode 42 removed during the formation is formed on the wall portion of the opening 43h. That is, when the opening 43h is formed, the second lower electrode 44 having a cylindrical shape and a sidewall shape on the wall of the opening 43h due to atoms ejected from the removed portion of the first lower electrode 42. Is formed. Thus, the second lower electrode 44 can be formed in a self-aligned manner only inside the opening 43h. Further, the opening 43h and the recess 42h constitute an opening that defines the capacity.

次に、図31(c)及び図32(a)〜(c)に示す工程は、前述した図22(a)〜(c)を用いた説明と同様である。   Next, the steps shown in FIG. 31C and FIGS. 32A to 32C are the same as those described with reference to FIGS. 22A to 22C.

以上のように、本発明の第8の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法では、第6の実施形態による効果が得られることに加えて、前述した図30(c)に示したように、第3の絶縁膜43中に開口部43hを形成する前に、第3の絶縁膜43の上にエッチングストッパ膜60を形成する点が、前述した第6の実施形態と比べて特徴的な点である。この特徴により、本発明の第8の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法では、第6の実施形態と比べると、エッチバックを行なって開口部43hが形成される際に、第3の絶縁膜43はエッチングされにくいので、セル容量の低下につながる第3の絶縁膜43の膜減りを抑制することができる。   As described above, in the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the eighth embodiment of the present invention, the effects of the sixth embodiment can be obtained, as shown in FIG. 30C described above. In addition, the etching stopper film 60 is formed on the third insulating film 43 before the opening 43h is formed in the third insulating film 43 as compared with the sixth embodiment described above. It is a point. Due to this feature, in the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the eighth embodiment of the present invention, compared to the sixth embodiment, when the opening 43h is formed by performing etch back, the third Since the insulating film 43 is difficult to be etched, it is possible to suppress the film loss of the third insulating film 43 that leads to a decrease in cell capacity.

(第9の実施形態)
以下に、本発明の第9の実施形態に係る誘電体メモリについて、図33を参照しながら説明する。なお、図33は、本発明の第9の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。また、以下では、本発明の第9の実施形態に係る誘電体メモリが、前述した本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリと共通する部分については、同一の符号を付しており、その詳細な説明は繰り返さない。
(Ninth embodiment)
The dielectric memory according to the ninth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 33 is a cross-sectional view of the principal part showing the configuration of the dielectric memory according to the ninth embodiment of the present invention. In the following description, the same reference numerals are assigned to the same parts of the dielectric memory according to the ninth embodiment of the present invention as those of the above-described dielectric memory according to the sixth embodiment of the present invention. The detailed description will not be repeated.

図33に示すように、本発明の第9の実施形態に係る誘電体メモリが、前述した本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリと異なる点は、酸素バリア膜41と第1の下部電極42との間に導電層70が形成されている点である。   As shown in FIG. 33, the dielectric memory according to the ninth embodiment of the present invention is different from the dielectric memory according to the sixth embodiment of the present invention described above in that the oxygen barrier film 41 and the first The conductive layer 70 is formed between the lower electrode 42.

以下に、本発明の第9の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法について、図34(a)〜(c)、図35(a)〜(c)並びに図36(a)及び(b)を参照しながら説明する。なお、図34(a)〜(c)、図35(a)〜(c)並びに図36(a)及び(b)は、本発明の第9の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。   Hereinafter, a dielectric memory manufacturing method according to the ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 34 (a) to (c), FIGS. 35 (a) to (c), and FIGS. Will be described with reference to FIG. 34 (a) to (c), FIGS. 35 (a) to (c), and FIGS. 36 (a) and (b) show a method of manufacturing a dielectric memory according to the ninth embodiment of the present invention. It is a principal part process sectional drawing shown.

まず、図34(a)に示す工程は、前述した図20(a)を用いた説明と同じである。   First, the process shown in FIG. 34A is the same as that described with reference to FIG.

次に、図34(b)に示すように、第1の水素バリア膜39の上に、第2のコンタクトプラグ40を被覆するように、下面が第2のコンタクトプラグ40の上端と接続する導電性の酸素バリア膜41(例えば、膜厚が20〜200nmであってIr、IrO、TiAlN、TaAlN又はこれらの積層膜)を形成する。続いて、酸素バリア膜41の上に、導電層70を形成する。続いて、導電層70の上に、第1の下部電極42(例えば、膜厚が100〜500nmであってPt又はIrに代表される貴金属又はこれらの金属酸化物)を形成する。   Next, as shown in FIG. 34B, the lower surface is connected to the upper end of the second contact plug 40 so as to cover the second contact plug 40 on the first hydrogen barrier film 39. An oxygen barrier film 41 having a thickness of 20 to 200 nm (for example, Ir, IrO, TiAlN, TaAlN, or a laminated film thereof) is formed. Subsequently, a conductive layer 70 is formed on the oxygen barrier film 41. Subsequently, a first lower electrode 42 (for example, a noble metal having a thickness of 100 to 500 nm and typified by Pt or Ir or a metal oxide thereof) is formed on the conductive layer 70.

ここで、第6の実施形態での説明と同様に、第1の下部電極42の膜厚に応じて、後に形成される開口部43hの深さを調整することができるので、必要なセル容量を考慮して、第1の下部電極42の膜厚を決定するとよい。   Here, similarly to the description in the sixth embodiment, the depth of the opening 43h to be formed later can be adjusted according to the film thickness of the first lower electrode 42. In consideration of the above, the film thickness of the first lower electrode 42 may be determined.

次に、図34(c)に示すように、第1の水素バリア膜39の上に、酸素バリア膜41、導電層70及び第1の下部電極42を覆うように、第3の絶縁膜43(例えば、膜厚が500〜1000nmであるSiO2 膜)を形成した後に、CMP法によって第1の絶縁膜43の表面を平坦化する。 Next, as shown in FIG. 34C, the third insulating film 43 is formed on the first hydrogen barrier film 39 so as to cover the oxygen barrier film 41, the conductive layer 70, and the first lower electrode 42. After forming (for example, a SiO 2 film having a thickness of 500 to 1000 nm), the surface of the first insulating film 43 is planarized by a CMP method.

ここで、第6の実施形態での説明と同様に、CMP法による第3の絶縁膜43に対する平坦化後に残存する膜厚に応じて、後に形成される開口部43hの深さを調整することができる。したがって、第1の下部電極42の膜厚の場合と同様に、必要なセル容量を考慮して、第3の絶縁膜43の残存膜厚を決定するとよい。   Here, similarly to the description in the sixth embodiment, the depth of the opening 43 h to be formed later is adjusted according to the film thickness remaining after the planarization of the third insulating film 43 by the CMP method. Can do. Therefore, as in the case of the film thickness of the first lower electrode 42, the remaining film thickness of the third insulating film 43 may be determined in consideration of the necessary cell capacity.

次に、図35(a)に示すように、第3の絶縁膜43中に、該第3の絶縁膜43を貫通すると共に第1の下部電極42の上面を露出させるホールである開口部43hを形成する。   Next, as shown in FIG. 35A, an opening 43 h that is a hole that penetrates through the third insulating film 43 and exposes the upper surface of the first lower electrode 42 in the third insulating film 43. Form.

次に、図35(b)に示すように、半導体基板31の全面に対してエッチバックを行なって、第1の下部電極42における開口部43hの底部に露出している部分を除去することにより、第1の下部電極42に、導電層70の上面を露出させる凹部42hを形成する。この場合、第1の下部電極42をエッチングする際に、導電層70がエッチングされないようなエッチング条件又はエッチングされないような導電層70の材料を選択することにより、凹部42hの深さを、導電層70における露出している面内において均一性良く形成することができる。これにより、セル容量のばらつきを抑制することができる。つまり、所望の膜厚を有する第1の下部電極42を設けて、導電層70をエッチングストッパ膜として機能させることにより、凹部42hの深さを所望の深さに調整することができる。   Next, as shown in FIG. 35B, the entire surface of the semiconductor substrate 31 is etched back to remove a portion of the first lower electrode 42 exposed at the bottom of the opening 43h. The first lower electrode 42 is formed with a recess 42 h that exposes the upper surface of the conductive layer 70. In this case, when the first lower electrode 42 is etched, the depth of the recess 42h is set by selecting an etching condition that does not etch the conductive layer 70 or a material of the conductive layer 70 that is not etched. 70 can be formed with good uniformity in the exposed surface. Thereby, variation in cell capacity can be suppressed. That is, by providing the first lower electrode 42 having a desired film thickness and causing the conductive layer 70 to function as an etching stopper film, the depth of the recess 42h can be adjusted to a desired depth.

また、凹部42hの形成時には、該形成時に除去された第1の下部電極42における部分を構成する材料よりなる第2の下部電極44が、開口部43hの壁部に形成される。すなわち、凹部42hの形成時に、第1の下部電極42における除去される部分から弾き出された原子によって、開口部43hの壁部に筒型であって且つサイドウォール形状の第2の下部電極44が形成される。このように、開口部43hの内部にのみに、第2の下部電極44を自己整合的に形成することができる。また、開口部43hと凹部42hとによって、容量を規定する開口が構成される。   When the recess 42h is formed, the second lower electrode 44 made of a material constituting the portion of the first lower electrode 42 removed at the time of formation is formed on the wall portion of the opening 43h. That is, when the concave portion 42h is formed, the second lower electrode 44 having a cylindrical shape and a sidewall shape is formed on the wall portion of the opening portion 43h by atoms ejected from the removed portion of the first lower electrode 42. It is formed. Thus, the second lower electrode 44 can be formed in a self-aligned manner only inside the opening 43h. Further, the opening 43h and the recess 42h constitute an opening that defines the capacity.

次に、図35(c)、図36(a)及び(b)に示す工程は、前述した図22(a)〜(c)を用いた説明と同様である。   Next, the steps shown in FIGS. 35C, 36A, and 36B are the same as those described with reference to FIGS. 22A to 22C described above.

以上のように、本発明の第9の実施形態に係る誘電体メモリ及びその製造方法によると、酸素バリア膜41と第1の下部電極42との間に導電層70を有する点が、特徴的な点である。この特徴により、第1の下部電極42に凹部42hを形成する際に、導電層70がエッチングストッパ膜として機能するために、凹部42hの深さを調整することができるので、セル容量のばらつきを抑制することができる。   As described above, the dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the ninth embodiment of the present invention are characterized in that the conductive layer 70 is provided between the oxygen barrier film 41 and the first lower electrode 42. It is a point. With this feature, when the recess 42h is formed in the first lower electrode 42, since the conductive layer 70 functions as an etching stopper film, the depth of the recess 42h can be adjusted. Can be suppressed.

なお、以上の第6〜第9の各実施形態において、凹部42hは、第1の下部電極42(第7の実施形態であれば導電膜50及び第1の下部電極42)における開口部43hの底部に存在している部分を除去することによって形成される場合について説明したが、第1の下部電極42の下に形成されている酸素バリア膜41(第9の実施形態であれば導電層70及び酸素バリア膜41)の材料によっては、当該酸素バリア膜41も合わせて除去することによって凹部42hを形成してもよい。   In each of the sixth to ninth embodiments described above, the recess 42h is formed on the opening 43h in the first lower electrode 42 (the conductive film 50 and the first lower electrode 42 in the seventh embodiment). Although the case where it is formed by removing the portion existing at the bottom has been described, the oxygen barrier film 41 formed under the first lower electrode 42 (the conductive layer 70 in the ninth embodiment). Depending on the material of the oxygen barrier film 41), the recess 42h may be formed by removing the oxygen barrier film 41 together.

また、以上の第6〜第9の実施形態においては、以下の構成を採用することも可能である。すなわち、第7の実施形態においては、第8の実施形態の特徴点であるエッチングストッパ膜60を形成する工程、及び第9の実施形態の特徴点である導電層70を形成する工程のうち少なくとも一方を組み込んでもよい。また、第8の実施形態においては、第7の実施形態の特徴点である導電膜50を形成する工程、及び第9の実施形態の特徴点である導電層70を形成する工程のうち少なくとも一方を組み込んでもよい。さらに、第9の実施形態では、第7の実施形態の特徴点である導電膜50を形成する工程、及び第8の実施形態の特徴点である第2の絶縁膜60を形成する工程のうち少なくとも一方を組み込んでもよい。   Moreover, in the above sixth to ninth embodiments, the following configurations can be employed. That is, in the seventh embodiment, at least of the step of forming the etching stopper film 60 that is a feature point of the eighth embodiment and the step of forming the conductive layer 70 that is a feature point of the ninth embodiment. One may be incorporated. Further, in the eighth embodiment, at least one of the step of forming the conductive film 50 that is a feature point of the seventh embodiment and the step of forming the conductive layer 70 that is a feature point of the ninth embodiment. May be incorporated. Furthermore, in the ninth embodiment, out of the step of forming the conductive film 50 that is the characteristic point of the seventh embodiment and the step of forming the second insulating film 60 that is the characteristic point of the eighth embodiment. At least one may be incorporated.

なお、以上の第6〜第9の実施形態では、キャパシタを被覆する第4の絶縁膜と、外部配線(図示せず)との層間絶縁膜となる第5の絶縁膜との間に、第2の水素バリア膜が形成されている構成について説明したが、容量絶縁膜として耐還元性を有する強誘電体材料を用いる場合には、第1の水素バリア膜及び第2の水素バリア膜が形成されていない構成であっても構わない。ただし、一般的には、水素バリア膜の組み合わせにより、例えば、第1の水素バリア膜と第2の水素バリア膜とをメモリセルの端部で接続することによって、キャパシタを水素バリア膜によって完全に被覆することが可能となるので、強誘電体キャパシタの水素による特性劣化を防止することができる。   In the sixth to ninth embodiments described above, the fourth insulating film covering the capacitor and the fifth insulating film serving as an interlayer insulating film with the external wiring (not shown) Although the structure in which the second hydrogen barrier film is formed has been described, when a ferroelectric material having reduction resistance is used as the capacitive insulating film, the first hydrogen barrier film and the second hydrogen barrier film are formed. A configuration that is not performed may be used. However, in general, by combining the hydrogen barrier film, for example, by connecting the first hydrogen barrier film and the second hydrogen barrier film at the end of the memory cell, the capacitor is completely formed by the hydrogen barrier film. Since it becomes possible to coat, deterioration of characteristics of the ferroelectric capacitor due to hydrogen can be prevented.

本発明に係る誘電体メモリ及びその製造方法は、立体スタック型キャパシタ構造を有する誘電体メモリの形成に有用である。   The dielectric memory and the manufacturing method thereof according to the present invention are useful for forming a dielectric memory having a three-dimensionally stacked capacitor structure.

本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。1 is a cross-sectional view of a main part showing a configuration of a dielectric memory according to a first embodiment of the present invention. (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 1st Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 1st Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure of the dielectric memory based on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリの構成の変形例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the modification of the structure of the dielectric memory based on the 2nd Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 2nd Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 2nd Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における第2の下部電極をアニールした場合のキャパシタの耐圧特性図である。It is a breakdown voltage characteristic figure of a capacitor at the time of annealing the 2nd lower electrode in a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure of the dielectric memory based on the 3rd Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 3rd Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 3rd Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 3rd Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第2及び第3の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法の変形例を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the modification of the manufacturing method of the dielectric memory which concerns on the 2nd and 3rd embodiment of this invention. (a)及び(b)は本発明の第2及び第3の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法において、スパッタ法を用いて堆積された導電膜から第2の下部電極を形成する方法を示す要部工程断面図である。(A) And (b) is a method for forming a second lower electrode from a conductive film deposited using a sputtering method in a method for manufacturing a dielectric memory according to the second and third embodiments of the present invention. It is a principal part process sectional drawing shown. 本発明の第4の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure of the dielectric memory based on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure of the dielectric memory based on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure of the dielectric memory based on the 6th Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 6th Embodiment of this invention. (a)及び(b)は本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A) And (b) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 6th Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第6の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure of the dielectric memory based on the 7th Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 7th Embodiment of this invention. (a)及び(b)は本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A) And (b) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 7th Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第7の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 7th Embodiment of this invention. (a)及び(b)は、本発明の第7の実施形態に係る第2の下部電極の形成を具体的に説明するための断面図である。(A) And (b) is sectional drawing for demonstrating concretely formation of the 2nd lower electrode which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態における凹部42hと第2の下部電極44の側壁膜厚との関係図である。It is a related figure of the recessed part 42h and the side wall film thickness of the 2nd lower electrode 44 in the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure of the dielectric memory based on the 8th Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第8の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 8th Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第8の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 8th Embodiment of this invention. (a)及び(b)は本発明の第8の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A) And (b) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施形態に係る誘電体メモリの構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure of the dielectric memory based on the 9th Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第9の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 9th Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の第9の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 9th Embodiment of this invention. (a)及び(b)は本発明の第9の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A) And (b) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on the 9th Embodiment of this invention. (a)〜(d)は、第1の従来例に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(d) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on a 1st prior art example. (a)〜(c)は、第1の従来例に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on a 1st prior art example. 第2の従来例に係る誘電体メモリの構造を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure of the dielectric memory based on a 2nd prior art example. 第3の従来例に係る誘電体メモリの構造を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure of the dielectric memory based on a 3rd prior art example. (a)〜(d)は、第3の従来例に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(d) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on a 3rd prior art example. (a)〜(c)は、第3の従来例に係る誘電体メモリの製造方法を示す要部工程断面図である。(A)-(c) is principal part process sectional drawing which shows the manufacturing method of the dielectric memory based on a 3rd prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1、31 半導体基板
2、32 素子分離領域
3、33 不純物拡散層
4、34 ゲート電極
5、35 第1の絶縁膜
6、36 第1のコンタクトプラグ
7、37 ビット線
8、38 第2の絶縁膜
9、39 第1の水素バリア膜
10、40 第2のコンタクトプラグ
11、41 酸素バリア膜
12、12B、42 第1の下部電極
12A、42h 凹部
13、43 第3の絶縁膜
13h、43h 開口部(ホール)
14a、14b、44 第2の下部電極
15、45 容量絶縁膜
16、46 上部電極
17、47 第4の絶縁膜
18、48 第2の水素バリア膜
19、49 第5の絶縁膜
20、22、50 導電膜
21、60 エッチングストップ膜
23 エッチングガス
70 導電層
1, 31 Semiconductor substrate 2, 32 Element isolation region 3, 33 Impurity diffusion layer 4, 34 Gate electrode 5, 35 First insulating film 6, 36 First contact plug 7, 37 Bit line 8, 38 Second insulation Films 9, 39 First hydrogen barrier films 10, 40 Second contact plugs 11, 41 Oxygen barrier films 12, 12B, 42 First lower electrodes 12A, 42h Recesses 13, 43 Third insulating films 13h, 43h Openings Department (Hall)
14a, 14b, 44 Second lower electrode 15, 45 Capacitance insulating film 16, 46 Upper electrode 17, 47 Fourth insulating film 18, 48 Second hydrogen barrier film 19, 49 Fifth insulating film 20, 22, 50 Conductive films 21, 60 Etching stop film 23 Etching gas 70 Conductive layer

Claims (21)

基板の上に第1の下部電極を形成する工程と、
前記第1の下部電極の上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜に、前記第1の下部電極の上面に到達するホールを形成する工程と、
少なくとも前記ホールの壁部及び底部に導電膜を形成する工程と、
エッチングを行なって、前記ホールの底部に存在する前記導電膜を除去することにより、前記ホールの壁部に残存する前記導電膜よりなる第2の下部電極を形成する工程と、
前記第1の下部電極及び前記第2の下部電極の上に、前記ホールを埋め込まないように容量絶縁膜を形成する工程と、
前記容量絶縁膜の上に上部電極を形成する工程とを備えることを特徴とする誘電体メモリの製造方法。
Forming a first lower electrode on the substrate;
Forming a first insulating film on the first lower electrode;
Forming a hole reaching the upper surface of the first lower electrode in the first insulating film;
Forming a conductive film on at least the wall and bottom of the hole;
Etching to remove the conductive film present at the bottom of the hole, thereby forming a second lower electrode made of the conductive film remaining on the wall of the hole;
Forming a capacitive insulating film on the first lower electrode and the second lower electrode so as not to fill the holes;
And a step of forming an upper electrode on the capacitor insulating film.
前記第1の絶縁膜を形成する工程よりも後で、且つ前記ホールを形成する工程よりも前に、
前記第1の絶縁膜の上に、エッチングストッパとして機能する第2の絶縁膜を形成する工程をさらに備え、
前記ホールを形成する工程は、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜に、前記第1の下部電極の上面に到達するホールを形成する工程であることを特徴とする請求項1に記載の誘電体メモリの製造方法。
After the step of forming the first insulating film and before the step of forming the hole,
Forming a second insulating film functioning as an etching stopper on the first insulating film;
The step of forming the hole is a step of forming a hole reaching the upper surface of the first lower electrode in the first insulating film and the second insulating film. A method of manufacturing the dielectric memory as described.
前記第2の下部電極を形成する工程よりも後で、且つ前記容量絶縁膜を形成する工程よりも前に、前記第2の下部電極の上端よりも上に存在している前記第1の絶縁膜を除去する工程をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の誘電体メモリの製造方法。   The first insulation existing above the upper end of the second lower electrode after the step of forming the second lower electrode and before the step of forming the capacitive insulating film. The method of manufacturing a dielectric memory according to claim 1, further comprising a step of removing the film. 前記第2の下部電極を形成する工程よりも後で、且つ前記容量絶縁膜を形成する工程よりも前に、前記第2の下部電極を酸素雰囲気下でアニールする工程をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の誘電体メモリの製造方法。   The method further comprises a step of annealing the second lower electrode in an oxygen atmosphere after the step of forming the second lower electrode and before the step of forming the capacitive insulating film. The method of manufacturing a dielectric memory according to claim 1. 前記容量絶縁膜を形成する工程は、MOCVD法を用いることを特徴とする請求項1に記載の誘電体メモリの製造方法。   2. The method of manufacturing a dielectric memory according to claim 1, wherein the step of forming the capacitive insulating film uses an MOCVD method. 前記導電膜を形成する工程は、スパッタ法を用いることを特徴とする請求項1に記載の誘電体メモリの製造方法。   The method for manufacturing a dielectric memory according to claim 1, wherein the step of forming the conductive film uses a sputtering method. 前記第1の下部電極と前記第2の下部電極とは、同一の導電性材料よりなることを特徴とする請求項1に記載の誘電体メモリの製造方法。   2. The method of manufacturing a dielectric memory according to claim 1, wherein the first lower electrode and the second lower electrode are made of the same conductive material. 前記第1の下部電極と前記第2の下部電極とは、異なる導電性材料よりなることを特徴とする請求項1に記載の誘電体メモリの製造方法。   2. The method of manufacturing a dielectric memory according to claim 1, wherein the first lower electrode and the second lower electrode are made of different conductive materials. 基板の上に第1の下部電極を形成する工程と、
前記第1の下部電極の上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜に、前記第1の下部電極の上面に到達するホールを形成する工程と、
エッチングを行なって、前記ホールの底部に露出している前記第1の下部電極を除去することにより、前記第1の下部電極に凹部を形成すると共に、前記ホールの壁部に前記凹部の形成の際に除去された前記第1の下部電極を構成する材料よりなる第2の下部電極を形成する工程と、
前記凹部の壁部及び底部並びに前記第2の下部電極の上に、前記ホールを埋め込まないように容量絶縁膜を形成する工程と、
前記容量絶縁膜の上に上部電極を形成する工程とを備えることを特徴とする誘電体メモリの製造方法。
Forming a first lower electrode on the substrate;
Forming a first insulating film on the first lower electrode;
Forming a hole reaching the upper surface of the first lower electrode in the first insulating film;
Etching is performed to remove the first lower electrode exposed at the bottom of the hole, thereby forming a recess in the first lower electrode and forming the recess in the wall of the hole. Forming a second lower electrode made of a material constituting the first lower electrode removed at the time;
Forming a capacitor insulating film on the wall and bottom of the recess and the second lower electrode so as not to fill the hole;
And a step of forming an upper electrode on the capacitor insulating film.
前記ホールを形成する工程よりも後で、且つ前記凹部及び前記第2の下部電極を形成する工程よりも前に、
前記ホールの壁部及び底部に導電膜を形成する工程をさらに備え、
前記凹部及び前記第2の下部電極を形成する工程は、
エッチングを行なって、前記ホールの底部に形成されている前記第1の下部電極及び前記導電膜を除去することにより、前記第1の下部電極に凹部を形成すると共に、前記ホールの壁部に前記凹部の形成の際に除去された前記第1の下部電極及び前記導電膜を構成する材料よりなる第2の下部電極を形成する工程であることを特徴とする請求項9に記載の誘電体メモリの製造方法。
After the step of forming the hole and before the step of forming the recess and the second lower electrode,
Further comprising the step of forming a conductive film on the wall and bottom of the hole,
The step of forming the recess and the second lower electrode includes:
Etching is performed to remove the first lower electrode and the conductive film formed at the bottom of the hole, thereby forming a recess in the first lower electrode, and the wall portion of the hole. 10. The dielectric memory according to claim 9, wherein the dielectric memory is a step of forming a second lower electrode made of a material constituting the first lower electrode and the conductive film removed in forming a recess. Manufacturing method.
前記第1の絶縁膜を形成する工程よりも後で、且つ前記ホールを形成する工程よりも前に、
前記第1の絶縁膜の上に、エッチングストッパとして機能する第2の絶縁膜を形成する工程をさらに備え、
前記ホールを形成する工程は、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜に、前記第1の下部電極の上面に到達するホールを形成する工程であることを特徴とする請求項9に記載の誘電体メモリの製造方法。
After the step of forming the first insulating film and before the step of forming the hole,
Forming a second insulating film functioning as an etching stopper on the first insulating film;
The step of forming the hole is a step of forming a hole reaching the upper surface of the first lower electrode in the first insulating film and the second insulating film. A method of manufacturing the dielectric memory as described.
前記第1の下部電極は、前記基板の上に形成された導電層の上に形成され、
前記エッチングは、前記導電層の上面が露出するまで前記ホールの底部の前記第1の下部電極を除去することを特徴とする請求項9又は10に記載の誘電体メモリの製造方法。
The first lower electrode is formed on a conductive layer formed on the substrate,
11. The method of manufacturing a dielectric memory according to claim 9, wherein the etching removes the first lower electrode at the bottom of the hole until the upper surface of the conductive layer is exposed.
前記第2の下部電極を形成する工程よりも後で、且つ前記容量絶縁膜を形成する工程よりも前に、前記第2の下部電極を酸素雰囲気下でアニールする工程をさらに備えることを特徴とする請求項9又は10に記載の誘電体メモリの製造方法。   The method further comprises a step of annealing the second lower electrode in an oxygen atmosphere after the step of forming the second lower electrode and before the step of forming the capacitive insulating film. A method for manufacturing a dielectric memory according to claim 9 or 10. 前記容量絶縁膜を形成する工程は、MOCVD法を用いることを特徴とする請求項9又は10に記載の誘電体メモリの製造方法。   11. The method of manufacturing a dielectric memory according to claim 9, wherein the step of forming the capacitive insulating film uses an MOCVD method. 前記第1の下部電極及び前記第2の下部電極は、貴金属又は貴金属酸化物よりなることを特徴とする請求項9又は10に誘電体メモリの製造方法。   11. The method of manufacturing a dielectric memory according to claim 9, wherein the first lower electrode and the second lower electrode are made of a noble metal or a noble metal oxide. 基板の上に形成された第1の下部電極と、
前記第1の下部電極の上に形成され、前記第1の下部電極の上面に到達するホールを有する第1の絶縁膜と、
前記ホールの壁部に形成された第2の下部電極と、
前記第1の下部電極及び前記第2の下部電極の上に、前記ホールを埋め込まないように形成された容量絶縁膜と、
前記容量絶縁膜の上に形成された上部電極とを備え、
前記ホールの壁部に対する前記第2の下部電極の膜厚は、前記ホールの壁部の上方よりも下方の方が厚いことを特徴とする誘電体メモリ。
A first lower electrode formed on the substrate;
A first insulating film formed on the first lower electrode and having a hole reaching the upper surface of the first lower electrode;
A second lower electrode formed on the wall of the hole;
A capacitive insulating film formed on the first lower electrode and the second lower electrode so as not to fill the holes;
An upper electrode formed on the capacitive insulating film,
The dielectric memory according to claim 1, wherein the thickness of the second lower electrode with respect to the wall portion of the hole is thicker in the lower portion than in the upper portion of the hole wall portion.
基板の上に形成され、上部に凹部を有する第1の下部電極と、
前記第1の下部電極の上に形成され、前記凹部に到達するホールを有する第1の絶縁膜と、
前記ホールの壁部に形成され、且つ側壁が前記凹部の壁部と連続するように形成された第2の下部電極と、
前記凹部の壁部及び底部並びに前記第2の下部電極の上に、前記ホールを埋め込まないように形成された容量絶縁膜と、
前記容量絶縁膜の上に形成された上部電極とを備え、
前記ホールの壁部に対する前記第2の下部電極の膜厚は、前記ホールの壁部の上方よりも下方の方が厚いことを特徴とする誘電体メモリ。
A first lower electrode formed on the substrate and having a recess in the upper portion;
A first insulating film formed on the first lower electrode and having a hole reaching the recess;
A second lower electrode formed on the wall portion of the hole and having a side wall continuous with the wall portion of the recess;
A capacitor insulating film formed on the wall and bottom of the recess and on the second lower electrode so as not to fill the hole;
An upper electrode formed on the capacitive insulating film,
The dielectric memory according to claim 1, wherein the thickness of the second lower electrode with respect to the wall portion of the hole is thicker in the lower portion than in the upper portion of the hole wall portion.
前記第1の絶縁膜の上部に、エッチングストッパとして機能する第2の絶縁膜をさらに備えていることを特徴とする請求項16又は17に記載の誘電体メモリ。   The dielectric memory according to claim 16, further comprising a second insulating film functioning as an etching stopper on the first insulating film. 前記第1の下部電極と前記第2の下部電極とは、同一の導電性材料よりなることを特徴とする請求項16又は17に記載の誘電体メモリ。   18. The dielectric memory according to claim 16, wherein the first lower electrode and the second lower electrode are made of the same conductive material. 前記第1の下部電極と前記第2の下部電極とは、異なる導電性材料よりなることを特徴とする請求項16又は17に記載の誘電体メモリ。   18. The dielectric memory according to claim 16, wherein the first lower electrode and the second lower electrode are made of different conductive materials. 前記第1の下部電極及び前記第2の下部電極は、貴金属又は貴金属酸化物よりなることを特徴とする請求項16又は17に記載の誘電体メモリ。
18. The dielectric memory according to claim 16, wherein the first lower electrode and the second lower electrode are made of a noble metal or a noble metal oxide.
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