JP2007027787A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、より詳しくは、強誘電体キャパシタを有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a ferroelectric capacitor.
電源を切っても情報を記憶することのできる不揮発性メモリとして、強誘電体メモリ(FeRAM)が知られている。 A ferroelectric memory (FeRAM) is known as a nonvolatile memory that can store information even when the power is turned off.
FeRAMは、強誘電体キャパシタのヒステリシス特性を利用して情報を記憶するメモリセルを有している。強誘電体キャパシタは、強誘電体膜を一対の電極の間に形成した構造を有し、電極間への印加電圧の大きさに応じた分極を生じ、印加電圧を取り去っても自発分極を有する。印加電圧の極性を反転すれば自発分極の極性も反転する。そして、自発分極を検出することによって情報を読み出すことができる。 The FeRAM has a memory cell that stores information using the hysteresis characteristic of a ferroelectric capacitor. A ferroelectric capacitor has a structure in which a ferroelectric film is formed between a pair of electrodes, generates polarization according to the magnitude of an applied voltage between the electrodes, and has spontaneous polarization even when the applied voltage is removed. . If the polarity of the applied voltage is reversed, the polarity of the spontaneous polarization is also reversed. Information can be read by detecting spontaneous polarization.
FeRAMのメモリセルには、1ビットの情報の記憶に1つのトランジスタと1つのキャパシタを用いる1T/1C型と、1ビットの情報の記憶に2つのトランジスタと2つのキャパシタを用いる2T/2C型がある。1T/1C型のメモリセルは、2T/2C型のメモリセルに比べてセル面積を小さくして高集積化することが可能である。 FeRAM memory cells include a 1T / 1C type that uses one transistor and one capacitor to store 1-bit information, and a 2T / 2C type that uses two transistors and two capacitors to store 1-bit information. is there. A 1T / 1C type memory cell can be highly integrated with a smaller cell area than a 2T / 2C type memory cell.
次に、スタックキャパシタを有する1T/1C型メモリセルの形成工程を説明する。 Next, a process for forming a 1T / 1C type memory cell having a stack capacitor will be described.
まず、図1(a)に示す構造になるまでの工程を説明する。 First, steps required until a structure shown in FIG.
シリコン基板101の素子形成領域の周囲に素子分離絶縁膜102を形成し、その後に素子形成領域にウェル103を形成する。さらに、ウェル103に2つのMOSトランジスタ104を形成する。
An element
MOSトランジスタ104は、ウェル103上にゲート絶縁膜104aを介して形成されたゲート電極104bと、ゲート電極104bの両側のウェル領域103内に形成されてソース/ドレインとなる不純物拡散領域104c,104dを有している。また、ゲート電極104bの両側面には、不純物拡散領域104c内に不純物高濃度領域104dを形成するための絶縁性サイドウォール105が形成される。
The
その後に、MOSトランジスタ104を覆うトランジスタ保護絶縁膜106をシリコン基板101上に形成し、さらに第1層間絶縁膜107をトランジスタ保護絶縁膜106上に形成する。
Thereafter, a transistor protective
続いて、第1層間絶縁膜107のうちMOSトランジスタ104の一方の不純物拡散領域104c上に第1コンタクトホール107aを形成した後に、第1コンタクトホール107a内に第1コンタクトプラグ108を埋め込む。
Subsequently, after forming the
さらに、第1コンタクトプラグ108と第1層間絶縁膜107の上に、第1金属膜109、強誘電体膜110、第2金属膜111を順に形成する。
Further, a
次に、図1(b)に示すように、第1金属膜109、強誘電体膜110及び第2金属膜111をフォトリソグラフィー法によりパターニングすることによりキャパシタ112を形成する。キャパシタ112において、第1金属膜109を下部電極109aとし、強誘電体膜110を誘電体膜110aとし、第2金属膜111を上部電極111aとする。キャパシタ112はスタック型であり、下部電極109aはその下の第1コンタクトプラグ108を介してMOSトランジスタ104の一方の不純物拡散層104cに接続される。
Next, as shown in FIG. 1B, the
この後、図1(c)に示すように、単層のキャパシタ保護膜113をキャパシタ112と第1層間絶縁膜107の上に1回だけ形成し、さらにキャパシタ保護膜113上に第2層間絶縁膜114を形成した後に、第2層間絶縁膜114、キャパシタ保護膜113、第1層間絶縁膜107及びトランジスタ保護膜106をフォトリソグラフィー法によりパターニングすることにより、MOSトランジスタ104の他方の不純物拡散領域104d上に第2コンタクトホール114aを形成する。その後に、第2コンタクトホール114a内に第2コンタクトプラグ115を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, a single-layer capacitor
次に、図2に示す構造を形成するまでの工程を説明する。 Next, steps required until a structure shown in FIG.
第2層間絶縁膜114をパターニングすることにより、キャパシタ112の上部電極110aの上に第3コンタクトホール114bを形成する。さらに、第2層間絶縁膜114上と第3コンタクトホール114b内に導電膜を形成した後、この導電膜をパターニングすることによりキャパシタ112の上部電極111aに接続する配線116aを形成すると同時に第2コンタクトプラグ115の上に導電性パッド116bを形成する。
By patterning the second
さらに、配線116a及び導電性パッド116bを覆う第3層間絶縁膜117を第2層間絶縁膜114の上に形成する。その後に、第3層間絶縁膜117をパターニングすることにより導電性パッド116bの上にホール117aを形成し、さらにホール117aの中に第4導電性プラグ118を形成する。
Further, a third
その後に、第3層間絶縁膜117上に、導電性プラグ118上に接続されるビット線118を形成する。
Thereafter, a
以上のような1T/1C型メモリセルにおけるMOSトランジスタとキャパシタとワード線の配置を示すと図3の平面図のようになる。なお、図2は図3のI−I線断面図である。 The arrangement of the MOS transistors, capacitors, and word lines in the 1T / 1C type memory cell as described above is as shown in the plan view of FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
ところで、第1及び第2層間絶縁膜107,114に第2コンタクトホール114aを開口する場合に、第2コンタクトホール114aがキャパシタ112に接しないような位置合わせマージンが必要になる。この場合、第2コンタクトホール114aとキャパシタ112の距離は位置合わせマージンを確保する程度に離す必要があり、これによりウェル103上方で隣接する2つのキャパシタ112の間隔も決まってくる。
By the way, when the
そのような位置合わせマージンを確保しなければ、第2コンタクトホール114aがキャパシタ112の一部に重なるおそれがある。
If such an alignment margin is not ensured, the
第2コンタクトホール114aがキャパシタ112に接して形成されると、第2コンタクトホール114a内の第2コンタクトプラグ115がキャパシタ112にショートする。また、第2コンタクトホール114aがキャパシタ112に接すると、第2コンタクトプラグ115をCVD法により形成する際に、反応ガスにより強誘電体膜110が還元されてキャパシタの強誘電体膜110が劣化するおそれがある。
When the
さらに、メモリセルの高集積化を図るためにキャパシタ112の面積を小さくすると、メモリセル特性が劣化しやすくなる。
Furthermore, if the area of the
本発明の目的は、キャパシタの隣に形成されるコンタクトホールの位置合わせマージンを小さくする構造を有する半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a structure for reducing the alignment margin of a contact hole formed next to a capacitor.
上記した課題は、半導体基板に形成された第1の不純物拡散領域と、前記半導体基板の上方に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成され、下部電極、強誘電体膜、上部電極を有するキャパシタと、前記キャパシタの上面と側面を覆い、アルミナからなる絶縁性のキャパシタ保護膜と、前記キャパシタ保護膜及び前記第1の絶縁膜の上に形成された二酸化シリコンからなる第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜に形成され、前記キャパシタの側面を覆う前記キャパシタ保護膜を露出する第1のホールと、前記第1のホール内に形成されて前記第1の不純物拡散領域に電気的に接続され、前記キャパシタ保護膜のみで前記キャパシタと絶縁される第1の導電性プラグとを有し、前記第1のホールの両側には、それぞれ前記キャパシタ保護膜を介して2つの前記キャパシタが形成されていることを特徴とする半導体装置によって解決される。 The above-described problems include a first impurity diffusion region formed in a semiconductor substrate, a first insulating film formed above the semiconductor substrate, a lower electrode, a strong electrode formed on the first insulating film. A capacitor having a dielectric film and an upper electrode, an insulating capacitor protective film made of alumina covering the upper and side surfaces of the capacitor, and silicon dioxide formed on the capacitor protective film and the first insulating film A first hole formed in the second insulating film and exposing the capacitor protection film covering a side surface of the capacitor, and formed in the first hole. A first conductive plug electrically connected to one impurity diffusion region and insulated from the capacitor only by the capacitor protective film, and the capacitor is provided on both sides of the first hole, respectively. It is solved by a semiconductor device according to claim two of said capacitor via a protective film is formed.
次に、本発明の作用について説明する。 Next, the operation of the present invention will be described.
本発明に係る半導体装置によれば、第1絶縁膜上に形成された強誘電体キャパシタの上面と側面を覆うキャパシタ保護膜と、キャパシタ保護膜及び第1絶縁膜の上に形成された第2絶縁膜において強誘電体キャパシタの側面にキャパシタ保護膜を介して隣接して形成されたホールと、ホール内に形成された導電性プラグとを有している。 According to the semiconductor device of the present invention, the capacitor protective film covering the upper surface and the side surface of the ferroelectric capacitor formed on the first insulating film, and the second formed on the capacitor protective film and the first insulating film. The insulating film has a hole formed adjacent to the side surface of the ferroelectric capacitor via a capacitor protective film, and a conductive plug formed in the hole.
従って、強誘電体キャパシタと導電性プラグの間隔はキャパシタ保護膜の膜厚に等しくなって、強誘電体キャパシタの形成領域がホール側に近づいてキャパシタ面積が従来よりも広くなる。 Therefore, the distance between the ferroelectric capacitor and the conductive plug becomes equal to the film thickness of the capacitor protective film, and the area where the ferroelectric capacitor is formed approaches the hole side, so that the capacitor area becomes wider than before.
なお、キャパシタ保護膜は、キャパシタの還元を防止する材料であって、エッチングの際に絶縁膜が選択的に選択されるような材料を用いる。 Note that the capacitor protective film is a material that prevents the reduction of the capacitor, and a material that selectively selects an insulating film during etching.
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図4〜図10は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図11は、本発明の実施形態に係る半導体装置のメモリセル領域のトランジスタとキャパシタの配置を示す平面図である。 4 to 10 are cross-sectional views showing manufacturing steps of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. FIG. 11 is a plan view showing the arrangement of transistors and capacitors in the memory cell region of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
まず、図4(a) に示す断面構造を形成するまでの工程を説明する。 First, steps required until a sectional structure shown in FIG.
図4(a)に示すように、n型又はp型のシリコン(半導体)基板1のトランジスタ形成領域の周囲にフォトリソグラフィー法により素子分離用溝を形成した後に、その中に酸化シリコン(SiO2)を埋め込んで素子分離絶縁膜2を形成する。そのような構造の素子分離絶縁膜2は、STI(Shallow Trench Isolation)と呼ばれる。なお、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法により形成した絶縁膜を素子分離絶縁膜として採用してもよい。
As shown in FIG. 4A, after an element isolation trench is formed by photolithography around the transistor formation region of an n-type or p-type silicon (semiconductor)
続いて、メモリセル領域におけるシリコン基板1のトランジスタ形成領域にp型不純物を選択的に導入してp型ウェル1aを形成する。
Subsequently, a p-
さらに、シリコン基板1のp型ウェル1aの表面を熱酸化して、ゲート絶縁膜3となるシリコン酸化膜を形成する。
Further, the surface of the p-
次に、シリコン基板1の上側全面に非晶質又は多結晶のシリコン膜とタングステンシリサイド膜を順次形成する。その後に、シリコン膜とタングステンシリサイド膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、メモリセル領域のウェル1a上にゲート電極4a,4bを形成する。それらのゲート電極4a,4bはゲート絶縁膜3を介してシリコン基板1の上に形成される。
Next, an amorphous or polycrystalline silicon film and a tungsten silicide film are sequentially formed on the entire upper surface of the
なお、メモリセル領域では、1つのp型ウェル1a上には2つのゲート電極4a,4bが並列に形成され、それらのゲート電極4a,4bはワード線の一部を構成する。
In the memory cell region, two
次に、p型ウェル1aのうちゲート電極4a,4bの両側にn型不純物、例えばリンをイオン注入してソース/ドレインとなる第1〜第3のn型不純物拡散領域5a〜5cを形成する。
Next, n-type impurities, such as phosphorus, are ion-implanted on both sides of the
さらに、CVD法により絶縁膜、例えば酸化シリコン(SiO2)膜をシリコン基板1の全面に形成した後に、その絶縁膜をエッチバックしてゲート電極4a,4bの両側部分に絶縁性のサイドウォールスペーサ6として残す。
Further, after an insulating film, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film is formed on the entire surface of the
続いて、p型ウェル1aにおいてゲート電極4a,4bとサイドウォールスペーサ6をマスクに使用して、第1〜第3のn型不純物拡散領域5a〜5cに再びn型不純物をイオン注入することにより、第1〜第3のn型不純物拡散領域5a〜5cのそれぞれに不純物高濃度領域を形成する。
Subsequently, n-type impurities are ion-implanted again into the first to third n-type
なお、1つのp型ウェル1aにおいて、2つのゲート電極4a,4bの間の第1のn型不純物拡散領域5aは後述するビット線に電気的に接続され、ウェル1aの両端側寄りの第2、第3のn型不純物拡散領域5b,5cは後述するキャパシタの下部電極に電気的に接続される。
In one p-
以上の工程により、p型のウェル1aにはゲート電極4a,4bとLDD構造のn型不純物拡散領域5a〜5cを有する2つのn型のMOSトランジスタT1,T2が1つのn型不純物拡散領域5aを共通にして形成される。
Through the above process, two n-type MOS transistors T 1 and T 2 having
次に、MOSトランジスタT1,T2を覆うカバー絶縁膜7として約200nmの厚さの酸窒化シリコン(SiON)膜をプラズマCVD法によりシリコン基板1の全面に形成する。その後、TEOSガスを用いるプラズマCVD法により、膜厚1.0μm程度の酸化シリコン(SiO2)を第1層間絶縁膜8としてカバー絶縁膜7の上に形成する。
Next, a silicon oxynitride (SiON) film having a thickness of about 200 nm is formed on the entire surface of the
続いて、例えば常圧の窒素雰囲気中で第1層間絶縁膜8を700℃の温度で30分間加熱し、これにより第1層間絶縁膜8を緻密化する。その後に、第1層間絶縁膜8の上面を化学機械研磨(CMP)法により平坦化する。
Subsequently, for example, the first
次に、図4(b)に示すように、レジストパターン(不図示)を用いて第1層間絶縁膜8とカバー絶縁膜7をエッチングすることにより、メモリセル領域の第2、第3のn型不純物拡散領域5b、5cの上にそれぞれ第1、第2のコンタクトホール8b,8cを形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, by etching the first
次に、図5(a)に示す構造を形成するまでの工程を説明する。 Next, steps required until a structure shown in FIG.
まず、第1層間絶縁膜8上面と第1及び第2のコンタクトホール8b,8c内面に、グルー膜9aとして膜厚50nmの窒化チタン(TiN)膜をスパッタ法により形成する。さらに、WF6を用いるCVD法によって、タングステン(W)膜9bをグルー膜9a上に成長してコンタクトホール8b,8c内を完全に埋め込む。
First, a titanium nitride (TiN) film having a thickness of 50 nm is formed as a
続いて、タングステン膜9bとグルー膜9aをCMP法により研磨して第1層間絶縁膜8の上面上から除去する。これにより、第1、第2のコンタクトホール8b、8c内に残されたタングステン膜9b及びグルー膜9aは、第2,第3のn型不純物拡散領域5b,5cに接続される第1、第2の導電性プラグ10b,10cとして使用される。
Subsequently, the
次に、図5(b) に示す構造を形成するまでの工程を説明する。 Next, steps required until a structure shown in FIG.
まず、第1及び第2の導電性プラグ10b,10c上と第1層間絶縁膜8上に第1導電膜13として、例えば膜厚200nmのイリジウム(Ir)膜13a、膜厚23nmの酸化プラチナ(PtO)膜13b、及び膜厚50nmのプラチナ(Pt)膜13cをスパッタにより順に形成する。
First, as a first
なお、第1導電膜13を形成する前又は後に例えば膜剥がれ防止のために第1層間絶縁膜8の上面をアニールする。アニール方法として、例えば、アルゴン雰囲気中で600〜750℃のRTA(rapid thermal annealing) を採用する。
Note that the upper surface of the first
続いて、第1導電膜13上に、強誘電体膜14として例えば膜厚200nmのPZT膜をスパッタ法により形成する。強誘電体膜14の形成方法は、その他に、MOD(metal organic deposition)法、MOCVD(有機金属CVD)法、ゾル・ゲル法などがある。また、強誘電体膜14の材料としては、PZT以外に、PLCSZT、PLZTのような他のPZT系材料や、SrBi2Ta2O9、SrBi2(Ta,Nb)2O9等のBi層状構造化合物材料、その他の金属酸化物強誘電体を採用してもよい。
Subsequently, a PZT film having a thickness of, for example, 200 nm is formed as the
続いて、酸素含有雰囲気中で強誘電体膜14をアニールにより結晶化する。そのアニールとして、例えばアルゴン(Ar)と酸素(O2)の混合ガス雰囲気中で基板温度600℃、時間90秒の条件を第1ステップ、酸素雰囲気中で基板温度750℃、時間60秒の条件を第2ステップとする2ステップのRTA処理を採用する。
Subsequently, the
さらに、強誘電体膜14の上に、第2導電膜15として例えば膜厚200nmの酸化イリジウム(IrO2)をスパッタ法により形成する。また、第2導電膜15の上には例えば厚さ約170nmのアルミナよりなる第1のキャパシタ保護膜16を形成する。第1のキャパシタ保護膜16として、アルミナの代わりに、PZT膜、PLZT膜のようなPZT系材料、酸化チタンその他の還元防止材料のいずれかから構成してもよい。
Further, iridium oxide (IrO 2 ) having a film thickness of 200 nm, for example, is formed as the second
この後に、p型ウェル1a上方及びその周辺において、ハード膜としてTiN膜とSiO2膜を順に第1のキャパシタ保護膜16の上に形成した後に、ハード膜をフォトリソグラフィー法によりパターニングすることにより、キャパシタ形成用の第1、第2のハードマスク17a,17bを1つのp型ウェル1aの上方で間隔をおいて形成する。
Thereafter, a TiN film and a SiO 2 film are sequentially formed on the first
第1、第2のハードマスク17a,17bは、第1及び第2導電性プラグ10b,10cの上面に重なるキャパシタ平面形状を有している。また、1つのp型ウェル1aの上における第1、第2のハードマスク17a,17bの間隔wは、例えば、第1のn型不純物拡散領域5a上に形成しようとする後述する第3導電性プラグの直径に後述する第2のキャパシタ保護膜の膜厚の2倍の大きさを加えた値とする。
The first and second
続いて、第1、第2のハードマスク17a,17bに覆われない領域の第1のキャパシタ保護膜16、第2導電膜15、強誘電体膜14、第1導電膜13を順次エッチングすることにより、第1層間絶縁膜8上に第1、第2のキャパシタQ1,Q2を形成する。続いて、ハードマスク16を除去することにより、図6(a)に示すような状態になる。
Subsequently, the first
第1、第2のキャパシタQ1,Q2は、第1導電膜13よりなる下部電極13a,13bと、強誘電体膜14よりなるキャパシタ誘電体膜14a,14bと、第2導電膜15よりなる上部電極15a,15bから構成される。この場合、上部電極15a,15bは、第1のキャパシタ保護膜16に覆われた状態になっている。また、第1のキャパシタQ1の下部電極13aは第1の導電性プラグ12aを介して第2のn型不純物拡散領域5bに電気的に接続され、また、第2のキャパシタQ2の下部電極13bは第2の導電性プラグ12bを介して第3のn型不純物拡散領域5cに電気的に接続される。
The first and second capacitors Q 1 and Q 2 include
ここで、キャパシタQ1,Q2は導電性プラグ12a,12bとゲート電極4a,4bの上を覆う大きさを有するとともに、下部電極15a,15bの中心は導電性プラグ12a,12bからゲート電極4a,4b側にずれて形成されている。また、1つのp型ウェル1aの上において、第1のキャパシタQ1と第2のキャパシタQ2は、それらの間のスペースが第1のn型不純物拡散領域5aの直上に位置するように形成される。第1及び第2のキャパシタQ1,Q2間のスペースは、位置ズレを考慮すると、p型ウェル1の上で、2つのゲート電極4a,4bの間隔よりも狭くなるように設計することが好ましい。
Here, the capacitors Q 1 and Q 2 have a size covering the
続いて、エッチングによる強誘電体膜14をダメージから回復させるために、回復アニールを行う。この場合の回復アニールは、例えば、基板温度650℃、60分間の条件で酸素を含む炉内で行われる。
Subsequently, recovery annealing is performed in order to recover the
次に、図6(b)に示すように、キャパシタQ1,Q2を覆う膜厚50〜150nmのアルミナよりなる第2のキャパシタ保護膜18を第1層間絶縁膜8の上にスパッタ法或いはMOCVD法により形成する。これにより、キャパシタQ1,Q2の上部電極15a,15bの上には総膜厚が約220〜320nmのキャパシタ保護膜16,18が形成された状態となる。この場合、キャパシタQ1,Q2の側壁は急峻な傾斜を有するので、それらの側壁を覆う第2のキャパシタ保護膜18の膜厚は25〜135nmとなる。キャパシタ保護膜16,18は、プロセスダメージからキャパシタQ1,Q2を保護するものであって、アルミナの他、PZT系材料、酸化チタンなどの還元防止材料から構成してもよい。
Next, as shown in FIG. 6B, a second capacitor
その後に、酸素含有雰囲気中で650℃で60分間の条件で第1、第2のキャパシタQ1,Q2をアニールする。 Thereafter, the first and second capacitors Q 1 and Q 2 are annealed in an oxygen-containing atmosphere at 650 ° C. for 60 minutes.
次に、図7(a)に示す構造を形成するまでの工程を説明する。 Next, steps required until a structure shown in FIG.
まず、TEOSガスを用いるプラズマCVD法により、第2層間絶縁膜19として膜厚1.0μm程度の酸化シリコン(SiO2)膜を第2のキャパシタ保護膜18と第1層間絶縁膜8の上に形成する。さらに、第2層間絶縁膜19の上面をCMP法により平坦化する。この例では、CMP後の第2層間絶縁膜19の残りの膜厚は、上部電極15a,15b上方で300nm程度とし、キャパシタQ1,Q2側方の第1層間絶縁膜8の上方で800nm程度とする。
First, a silicon oxide (SiO 2 ) film having a thickness of about 1.0 μm is formed on the second capacitor
続いて、第2層間絶縁膜19上にレジスト20を塗布し、これを露光、現像することにより、1つのp型ウェル1aの上で隣り合う第1、第2のキャパシタQ1,Q2の間にコンタクトホールを形成するための開口部20aを形成する。この開口部20aは、位置合わせのズレを考慮してキャパシタQ1,Q2同士の間隔よりも大きな直径としてもよい。
Subsequently, a resist 20 is applied on the second
次に、図7(b)に示すように、レジスト20の開口部20aを通してフッ素系反応ガスを用いて第2層間絶縁膜19をエッチングして垂直方向に異方性エッチングを行うことにより、第3のコンタクトホール19aの上部を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, the second
続いて、図8(a)に示すように、レジスト20の開口部20aと第3のコンタクトホール19aの上部を通して、フッ素系反応ガスを用いて、第2のキャパシタ保護膜18のうち第1層間絶縁膜8の上面に接している部分をエッチングし、これに続いて第3のコンタクトホール19aの下の第1層間絶縁膜8とトランジスタ保護膜7をエッチングして第3のコンタクトホール19aの下部を形成する。これにより、第3のコンタクトホール19aを通して第1のn型不純物拡散領域5aが露出する。
Subsequently, as shown in FIG. 8A, through the
第3のコンタクトホール19aは、キャパシタQ1,Q2の上面と側面の上のキャパシタ保護膜16,18をマスクの一部としてセルフアラインで形成され、キャパシタQ1,Q2によって実質的に位置決めされることになる。
The
従って、レジスト20の開口部20aの形成位置がずれても、第3のコンタクトホール19aの少なくとも一側の位置と形状は、一側方のキャパシタQ1又はQ2とその上のキャパシタ保護膜16,18によって律速される。
Accordingly, even if misalignment formation position of the
このような第3のコンタクトホール19aを形成するためのエッチング工程において、第1,第2層間絶縁膜8,19がキャパシタ保護膜16,18に対して選択性良くエッチングされるエッチング条件とする。
In such an etching process for forming the
例えば、TEOSを用いて形成されたSiO2(以下、TEOS−SiO2という。)から層間絶縁膜を構成し、キャパシタ保護膜をアルミナから構成する場合には次のようなエッチング条件とする。 For example, when the interlayer insulating film is made of SiO 2 (hereinafter referred to as TEOS-SiO 2 ) formed using TEOS and the capacitor protective film is made of alumina, the following etching conditions are used.
例えば、平行平板型エッチング装置を使用し、エッチングガスとしてC4F8とArとCF4を用いるとともに、エッチング雰囲気の真空度を46Pa、RFパワーを13.56MHzで1000Wに設定することにより、TEOS−SiO2膜のアルミナ膜に対するエッチング選択比を約7とすることができる。 For example, by using a parallel plate etching apparatus, using C 4 F 8 , Ar, and CF 4 as etching gases, setting the vacuum degree of the etching atmosphere to 46 Pa, and setting the RF power to 1000 W at 13.56 MHz, TEOS The etching selectivity of the —SiO 2 film to the alumina film can be about 7.
従って、第2層間絶縁膜19のエッチングにより第3のコンタクトホール19aの上部を開口した後には、上部電極15a上で第3のコンタクトホール19aから露出した第1及び第2のキャパシタ保護膜16,18が上から約120nm程度エッチングされて、100〜200nm残ることになる。また、第1、第2のキャパシタQ1,Q2の側壁上の第2のキャパシタ保護膜18は、垂直方向にエッチングされるので、横方向の膜厚は減りにくくなり、第1、第2のキャパシタQ1,Q2の側面を覆った状態を保つ。即ち、第2のキャパシタ保護膜18は、第3のコンタクトホール19aを形成し終わった状態で、キャパシタQ1,Q2の側面を覆った状態を保つような厚さに形成する。さらに、第1及び第2のキャパシタ保護膜16,18は、第3のコンタクトホール19aを全て形成し終わった状態で、キャパシタQ1,Q2の上面上には少なくとも第1のキャパシタ保護膜16が残り、さらに側面上には第2のキャパシタ保護膜18が残るように、第1、第2のキャパシタ保護膜16,18の膜厚とするとともにエッチング条件を設定する。
Therefore, after opening the upper portion of the
これにより、キャパシタQ1,Q2は、第3のコンタクトホール19aを形成し終えた状態で、キャパシタ保護膜16,18により覆われた状態を保つことになる。
As a result, the capacitors Q 1 and Q 2 are kept covered with the capacitor
なお、アルミナ膜は、上記したようにキャパシタQ1,Q2を劣化させる還元雰囲気(水素等)に対してブロック性が高く、しかも、TEOS−SiO2膜のエッチングに対するエッチング選択比を小さくすることができるので、キャパシタ保護膜として有効な材料の1つである。キャパシタ保護膜16,18を構成する材料として、アルミナの他にPZT、PLZT、酸化チタンを適用する場合にも、上記したと同様に、その膜厚とエッチング条件を設定する。
As described above, the alumina film has a high blocking property against a reducing atmosphere (hydrogen or the like) that degrades the capacitors Q 1 and Q 2 , and also reduces the etching selectivity with respect to the etching of the TEOS-SiO 2 film. Therefore, it is one of effective materials as a capacitor protective film. Even when PZT, PLZT, or titanium oxide is applied as a material constituting the capacitor
キャパシタ保護膜16,18は、第3のコンタクトホール19aから露出した部分では薄くなり、その他の部分では厚くなるので、上部電極15aの上では第3のコンタクトホール19a内とその周辺では段差が生じることになる。
Since the
次に、図8(b)に示すように、レジスト20を除去した後、第2層間絶縁膜19上面と第3のコンタクトホール19aの内面に、グルー膜21aとして膜厚50nmの窒化チタン膜をスパッタ法により形成する。続いて、六フッ化タングステン(WF6)ガスを用いるCVD法によってタングステン膜21bをグルー膜21a上に成長して第3のコンタクトホール19aを完全に埋め込む。
Next, as shown in FIG. 8B, after removing the resist 20, a titanium nitride film having a thickness of 50 nm is formed as a
続いて、図9(a)に示すように、タングステン膜21bとグルー膜21aをCMP法により研磨して第2層間絶縁膜19の上面上から除去する。これにより、第3のコンタクトホール19a内に残されたタングステン膜21bとグルー膜21aは、第1のn型不純物拡散領域5aに接続される第3の導電性プラグ21として使用される。
Subsequently, as shown in FIG. 9A, the
さらに、窒素雰囲気中で第2層間絶縁膜19を350℃、120秒の条件でアニールする。
Further, the second
次に、図9(b)に示す構造を形成するまでの工程を説明する。 Next, steps required until a structure shown in FIG.
まず、第2層間絶縁膜19上と第3の導電性プラグ21の上に、膜厚100nmのSiONよりなる酸化防止膜22を形成する。
First, an antioxidant film 22 made of SiON having a thickness of 100 nm is formed on the second
次に、酸化防止膜22と第2層間絶縁膜19とキャパシタ保護膜16,18をフォトリソグラフィー法によりパターニングしてキャパシタQ1,Q2の上部電極15a,15b上にホール23b,23cを形成する。ホール23b,23cの形成によってダメージを受けたキャパシタQ1,Q2はアニールによって回復される。そのアニールは、例えば酸素含有雰囲気中で基板温度550℃として60分間行われる。
Next, the antioxidant film 22, the second
その後に、第2層間絶縁膜19上に形成された酸化防止膜22をエッチバックによって除去する。
Thereafter, the antioxidant film 22 formed on the second
次に、図10に示す構造を形成するまでの工程を説明する。 Next, steps required until a structure shown in FIG.
まず、キャパシタQ1,Q2の上部電極15a,15b上のホール23a,23b内と第2層間絶縁膜19の上に多層金属膜を形成する。その多層金属膜として、例えば、膜厚60nmのTi、膜厚30nmのTiN、膜厚400nmのAl-Cu、膜厚5nmのTi、及び70nmのTiN膜を順に形成する。
First, a multilayer metal film is formed in the
その後に、多層金属膜をパターニングすることにより、メモリセル領域内でキャパシタQ1,Q2上のホール23a,23bを通して上部電極15a,15bに接続される一層目金属配線24b,24cを形成し、同時に、第3の導電性プラグ21に接続される導電性パッド24aを形成する。
Thereafter, by patterning the multilayer metal film, first-
多層金属膜をパターニングする際に露光光の反射によるパターン精度の低下を防止するために、多層金属膜の上に酸窒化シリコン(SiON)などの反射防止膜(不図示)を形成してもよい。 An antireflection film (not shown) such as silicon oxynitride (SiON) may be formed on the multilayer metal film in order to prevent a decrease in pattern accuracy due to reflection of exposure light when patterning the multilayer metal film. .
この後に、第2層間絶縁膜19、一層目金属配線24b,24c及び導電性パッド24aの上に第3層間絶縁膜25を形成し、さらに導電性パッド24cの上にビアホール25aを形成し、ビアホール25a内に第4の導電性プラグ26を形成し、ついで第4の導電性プラグ26の上面に接続されるビット線27を第3層間絶縁膜25の上に形成する。ビット線27は、第3,第4の導電性プラグ26,21と導電性パッド24aを介して第1のn型不純物拡散領域5aに電気的に接続される。
Thereafter, a third
ところで、上記したメモリセル領域におけるキャパシタQ1,Q2とゲート電極5a,5bとn型ウェル1aと第1〜第3のコンタクトホール8b、8c、19aの配置関係を平面で示すと、図11のようになる。第1、第2のコンタクトホール8b,8cの中にはそれぞれ第1、第2の導電性プラグ12a,12bが形成され、また、第3のコンタクトホール19a内には第3の導電性プラグ21が形成されている。
By the way, when the arrangement relationship among the capacitors Q 1 and Q 2 , the
図11において、1つのpウェル1aの上に形成された第1のキャパシタQ1と第2のキャパシタQ2の間には、1つのpウェル1aの上を通る2つのゲート電極4a,4bの間の導電性プラグ21とその両側の第2のキャパシタ保護膜18だけが形成されている部分が存在する。即ち、1つのpウェル1aの上方では、キャパシタQ1,Q2と第3の導電性プラグ21は、第2のキャパシタ保護膜18のみで絶縁されている部分が存在する。これは、図7(a),(b)、図8(a)に示したように、第3のコンタクトホール19aは、レジスト20の開口部20aとキャパシタQ1,Q2とキャパシタ保護膜16,18をマスクにして形成されるからである。
In FIG. 11, between the first capacitor Q 1 and the second capacitor Q 2 formed on one
従って、本実施形態のキャパシタQ1,Q2は、図3に示した従来構造のキャパシタ112に比べて第3のコンタクトホール19aへ拡張して大きく形成されるので、FeRAMのメモリセルの微細化が進んでも、キャパシタの容量を従来よりも大きくできることになる。
Therefore, the capacitors Q 1 and Q 2 of the present embodiment are formed larger than the
図3に示した従来のキャパシタ112の平面形状について、例えばゲート電極104a,104bの延在方向の幅を0.7μmとし、ゲート電極104a,104bの延在方向に直交する方向の長さを0.7μmとする。この場合、ビット線コンタクト用のコンタクトホール114a形成の位置合わせマージンとして、コンタクトホール114aとその両側のキャパシタ112の間でそれぞれ0.2μmずつ確保する必要があった。コンタクトホール114aの直径を0.28μmとすれば、キャパシタ同士の間隔を少なくとも0.68μm確保する必要がある。
For the planar shape of the
図3と同じデザインルールで図11に示すようなキャパシタQ1,Q2を形成する。この場合、コンタクトホール19aの形成の位置合わせマージンを確保する必要がなくなる。キャパシタQ1,Q2の間に形成されるビット線コンタクト用のコンタクトホール19aの直径を0.28μmとし、キャパシタQ1,Q2側面上の第2のキャパシタ保護膜18の膜厚を約50nmとすれば、キャパシタQ1,Q2同士の間隔は0.38μmとなり、この間隔は従来に比べて狭くなっている。従って、本実施形態に係るキャパシタQ1,Q2の平面形状は、ゲート電極4a,4bの延在方向の幅が0.70μmで、ゲート電極4a,4bの延在方向に直交する方向の長さが約0.85μmとなり、従来に比べて面積が20〜30%増やせる。
Capacitors Q 1 and Q 2 as shown in FIG. 11 are formed with the same design rule as FIG. In this case, it is not necessary to secure an alignment margin for forming the
ところで、上記したようにキャパシタQ1,Q2の間の領域に第3のコンタクトホール19aの全てを形成した後に、第3のコンタクトホール19aの周囲では、キャパシタQ1,Q2の側面と上面がキャパシタ保護膜16,18により完全に覆われる必要がある。
Meanwhile, after forming all the
このためには、第1のキャパシタ保護膜16は、第3のコンタクトホール(ビット線コンタクトホール)19aの形成のためのエッチング後に、キャパシタ保護膜として機能するために必要な膜厚を確保する必要がある。
For this purpose, the first
キャパシタ保護膜16,18の厚さTencapは、第3のコンタクトホール19aを形成する時に、エッチングされる層間絶縁膜8,19の厚さとキャパシタ保護膜16,18のエッチング選択比と、キャパシタ保護のために必要な膜厚とで決められ、次式(1)で表される。
The thickness T encap
但し、式(1)において、Tinsulateは層間絶縁膜8,19の膜厚(nm)、ERencapはキャパシタ保護膜8,19のエッチングレート(nm/min)、ERinsulateは層間絶縁膜8,19のエッチングレート(nm/min)、Tprotectはキャパシタ保護に必要なキャパシタ保護膜16,18の膜厚をそれぞれ示している。
However, in the formula (1), T insulate is the film thickness (nm) of the interlayer insulating
Tencap =(Tinsulate×ERencap /ERinsulate)+Tprotect (1)
ところで、図7(b) に示した状態で第3のコンタクトホール19aの底からキャパシタ保護膜18を選択的にエッチングして除去する際に、第1及び第2のキャパシタQ1,Q2の間で、第1層間絶縁膜8上面上のキャパシタ保護膜18をエッチングする必要がある。この場合、キャパシタQ1,Q2の側面上のキャパシタ保護膜18もエッチングされて薄くなり過ぎるおそれがある。キャパシタQ1,Q2側面上のキャパシタ保護膜18が薄くなると、キャパシタQ1,Q2を還元雰囲気から十分に隔離できないおそれがある。
T encap = (T insulate × ER encap / ER insulate ) + T protect (1)
By the way, when the capacitor
そこで、以下に説明するように、図6(b) に示したように第2のキャパシタ保護膜18を形成した後に、キャパシタQ1,Q2の間の第1層間絶縁膜8上面上にある第2のキャパシタ保護膜18を除去するようにしてもよい。その一例を以下に説明する。
Therefore, as described below, after the second capacitor
まず、図6(b)に示したように第2のキャパシタ保護膜18をキャパシタQ1,Q2上面及び側面と第1層間絶縁膜8上面の上に形成する。第2のキャパシタ保護絶縁膜18は、例えばキャパシタQ1,Q2の上で100nmの厚さに形成され、側面で90nmの厚さに形成される。
First, as shown in FIG. 6B, the second
その後に、図12(a)に示すように、第2のキャパシタ保護膜18を基板面に対して垂直方向にエッチングすることにより、第2のキャパシタ保護膜18を第1層間絶縁膜8と第1のキャパシタ保護膜16のそれぞれの上面から除去し且つキャパシタQ1,Q2側面を完全に覆った状態に残す。この状態では、第1及び第2のキャパシタQ1,Q2の間には第1層間絶縁膜8が露出した領域が存在する。
Thereafter, as shown in FIG. 12A, the second
この場合、キャパシタQ1,Q2上の第1のキャパシタ保護膜16の膜厚Tencapは、第2のキャパシタ保護膜18の過剰エッチングを考慮して上記した式(1)で求められるよりも厚くされる。また、第2のキャパシタ保護膜18は第1のキャパシタ保護膜16の上から除去されるので、第1のキャパシタ保護膜16は、上記した実施形態よりも厚く、例えば約220〜320nmの厚さに予め形成される。
In this case, the film thickness T encap of the first
次に、図12(b)に示す構造を形成するまでの工程を説明する。 Next, steps required until a structure shown in FIG.
まず、第1実施形態と同じ条件により、第2層間絶縁膜19であるSiO2膜を第2のキャパシタ保護膜18と第1層間絶縁膜8の上に形成する。さらに、第2層間絶縁膜19の上面をCMP法により平坦化する。この例では、CMP後の第2層間絶縁膜19の残りの膜厚は、上部電極15a,15b上方で300nm程度とし、キャパシタQ1,Q2側方の第1層間絶縁膜8の上で800nm程度とする。
First, an SiO 2 film as the second
続いて、第2層間絶縁膜19上にレジスト20を塗布し、これを露光、現像することにより、1つのp型ウェル1aの上方に形成された第1、第2のキャパシタQ1,Q2の間にコンタクトホール形成用の開口部20aをレジスト20に形成する。この開口部20aは、位置合わせのズレを考慮してキャパシタQ1,Q2同士の間隔よりも大きな直径としてもよい。
Subsequently, a resist 20 is applied on the second
次に、図13(a)に示すように、レジスト20の開口部20aを通して第2層間絶縁膜19、第1層間絶縁膜8及びトランジスタ保護膜7をエッチングして垂直方向へ異方性エッチングすることにより、第3のコンタクトホール19aをセルフアラインで形成する。これにより、第3のコンタクトホール19aを通して第1のn型不純物拡散領域5aが露出する。この後にレジスト20を除去する。
Next, as shown in FIG. 13A, the second
このような第3のコンタクトホール9aを形成するためのエッチング工程において、第1層間絶縁膜8、第2層間絶縁膜19及びトランジスタ保護膜7がアルミナよりなるキャパシタ保護膜16,18に対して選択性良くエッチングされるエッチング条件とする。例えば、第1、第2の層間絶縁膜8,19をSiO2から構成し且つキャパシタ保護膜16,18をアルミナから構成する場合に、平行平板型エッチング装置を使用し、反応ガスとしてC4F8とArとCF4を用いるとともに、エッチング雰囲気の真空度を46Pa、RFパワーを13.56MHzで1000Wに設定することにより、SiO2膜のアルミナ膜に対するエッチング選択比を約7とする。
In the etching process for forming the
次に、図13(b)に示すように、第3のコンタクトホール19a内に第3の導電性プラグ21を形成する。第3の導電性プラグ21は上記した方法によって形成される。
Next, as shown in FIG. 13B, a third
さらに、窒素雰囲気中で第2層間絶縁膜19を350℃、120秒の条件でアニールする。
Further, the second
次に、図14に示す構造を形成するまでの工程を説明する。 Next, steps required until a structure shown in FIG.
まず、図9(b)に示した工程に従って、キャパシタQ1,Q2の上部電極15a上にホール23b,23cを形成する。ホール23b,23cの形成によってダメージを受けたキャパシタQ1,Q2は酸素アニールによってダメージから回復される。なお、第2層間絶縁膜19上に形成された酸化防止膜は除去される。
First, according to the process shown in FIG. 9B, holes 23b and 23c are formed on the
さらに、図10に示した工程に従って、ホール23a,23bを通してキャパシタQ1,Q2の上部電極15a,15bに接続される一層目金属配線24b,24cを形成すると同時に、第3の導電性プラグ21に接続される導電性パッド24aを形成する。
Further, according to the process shown in FIG. 10, first-
この後に、第2層間絶縁膜19、一層目金属配線24b,24c及び導電性パッド24aの上に第3層間絶縁膜25を形成し、さらに導電性パッド24cの上にビアホール25aを形成し、ビアホール25a内に第4の導電性プラグ26を形成し、ついで第4の導電性プラグ26の上面に接続されるビット線27を第3層間絶縁膜25の上に形成する。
Thereafter, a third
図12〜図14に示した工程によれば、第1、第2層間絶縁膜8,19及びトランジスタ保護膜7に第3のコンタクトホール19aを形成する工程で、第2層間絶縁膜19に形成された第3のコンタクトホール19aの上部の底には第2のキャパシタ保護膜18が存在しない。従って、第3のコンタクトホール19aを形成する際に、第3のコンタクトホール19aを横切る第2のキャパシタ保護膜18をエッチングする必要がなくなるので、キャパシタの側面の第2のキャパシタ保護膜18が過剰に薄くなることが防止され、さらに第3のコンタクトホール19aの形成が容易になる。
12 to 14, the
なお、上記した実施形態では、第1及び第2層間絶縁膜8,19に連続して第3のコンタクトホール19aを形成し、その中に1つの導電性プラグ21を形成する工程について説明した。しかし、第3のコンタクトホール19aは、第1層間絶縁膜8と第2層間絶縁膜19に別々に形成されてもよい。即ち、第1層間絶縁膜8のうち第1の不純物拡散領域5aの上にコンタクトホールを形成してその中にビット線コンタクト用の一層目の導電性プラグを形成し、キャパシタQ1,Q2を第1層間絶縁膜8上に形成し、キャパシタQ1,Q2を覆うキャパシタ保護膜16,18と第2層間絶縁膜19を形成し、その後に一層目の導電性プラグ上で第2層間絶縁膜と保護膜16,18を貫通するコンタクトホールを形成しその中にビット線コンタクト用の二層目の導電性プラグを形成してもよい。この場合、ビット線27は、一層目と二層目の導電性プラグを介して第1の不純物拡散領域5aに電気的に接続されることになる。
In the above-described embodiment, the process of forming the
以上述べたように本発明によれば、第1絶縁膜上に形成された強誘電体キャパシタの上面と側面をキャパシタ保護膜で覆い、キャパシタ保護膜及び第1絶縁膜の上に形成された第2絶縁膜に形成するホールをキャパシタの側面でキャパシタ保護膜を介して隣接するようにしたので、強誘電体キャパシタとコンタクトホールの間隔はキャパシタ保護膜の膜厚に等しくなって、強誘電体キャパシタの形成領域をホール側に近づけてキャパシタ面積を従来よりも広くすることが可能になる。 As described above, according to the present invention, the upper surface and the side surface of the ferroelectric capacitor formed on the first insulating film are covered with the capacitor protective film, and the first capacitor formed on the capacitor protective film and the first insulating film. 2 Since the holes formed in the insulating film are adjacent to each other on the side surface of the capacitor via the capacitor protective film, the distance between the ferroelectric capacitor and the contact hole becomes equal to the film thickness of the capacitor protective film. It is possible to make the capacitor area larger than the conventional one by making the formation region of the capacitor close to the hole side.
しかも、第2絶縁膜がキャパシタ保護膜に対して選択的にエッチングできるようにキャパシタ保護膜の材料を選択することにより、強誘電体キャパシタ側面上のキャパシタ保護膜に接するようにホールを第2絶縁膜に形成し、ホール内に導電性プラグを形成するようにしているので、ホールの位置合わせを強誘電体キャパシタ表面のキャパシタ保護膜によって自己整合的に行うことができ、ホール形成のための位置合わせマージンを広く確保する必要はなくなり、ホールの形成を容易にすることができる。 In addition, by selecting the material of the capacitor protective film so that the second insulating film can be selectively etched with respect to the capacitor protective film, the second insulating film is in contact with the capacitor protective film on the side surface of the ferroelectric capacitor. Since the conductive plug is formed in the hole and formed in the film, the hole can be aligned in a self-aligned manner by the capacitor protective film on the surface of the ferroelectric capacitor. It is not necessary to ensure a wide alignment margin, and hole formation can be facilitated.
(付記1)半導体基板に形成された第1の不純物拡散領域と、
前記半導体基板の上方に形成された第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上に形成され、且つ下部電極、強誘電体膜、上部電極を有するキャパシタと、
前記キャパシタの上面と側面を覆い、前記第1の絶縁膜とは異なる材料からなる絶縁性のキャパシタ保護膜と、
前記キャパシタ保護膜及び前記第1の絶縁膜の上に形成され且つ前記キャパシタ保護膜に対して選択的にエッチングできる材料からなる第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜に形成され且つ前記キャパシタ保護膜を挟んで前記キャパシタの側面に隣接する第1のホールと、
前記第1のホール内に形成されて前記第1の不純物拡散領域に電気的に接続される第1の導電性プラグと
を有することを特徴とする半導体装置。
(Supplementary note 1) a first impurity diffusion region formed in a semiconductor substrate;
A first insulating film formed above the semiconductor substrate;
A capacitor formed on the first insulating film and having a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode;
An insulating capacitor protective film that covers the upper and side surfaces of the capacitor and is made of a material different from that of the first insulating film;
A second insulating film formed on the capacitor protective film and the first insulating film and made of a material that can be selectively etched with respect to the capacitor protective film;
A first hole formed in the second insulating film and adjacent to a side surface of the capacitor with the capacitor protective film interposed therebetween;
A semiconductor device comprising: a first conductive plug formed in the first hole and electrically connected to the first impurity diffusion region.
(付記2)前記第1のホールの両側には、それぞれ前記キャパシタ保護膜を介して2つの前記キャパシタが形成されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(Supplementary note 2) The semiconductor device according to
(付記3)前記キャパシタ保護膜は、アルミナ、PZT系材料、酸化チタンのいずれかから構成されることを特徴とする付記1又は付記2に記載の半導体装置。
(Additional remark 3) The said capacitor protective film is comprised from either an alumina, a PZT type material, or a titanium oxide, The semiconductor device of
(付記4)前記半導体基板に形成された第2の不純物拡散領域と、
前記第1の絶縁膜のうち前記キャパシタの前記下部電極の下であって前記第2の不純物拡散領域の上に形成される第2のホールと、
前記第2のホール内に形成されて前記第2の不純物拡散領域に電気的に接続される第2の導電性プラグと
を有することを特徴とする付記1乃至付記3のいずれかに記載の半導体装置。
(Appendix 4) a second impurity diffusion region formed in the semiconductor substrate;
A second hole formed below the lower electrode of the capacitor and on the second impurity diffusion region of the first insulating film;
The semiconductor according to any one of
(付記5)前記第2の不純物拡散領域と前記第1の不純物拡散領域は、前記半導体基板に形成されるトランジスタの一部を構成することを特徴とする付記4に記載の半導体装置。 (Supplementary note 5) The semiconductor device according to supplementary note 4, wherein the second impurity diffusion region and the first impurity diffusion region constitute a part of a transistor formed in the semiconductor substrate.
(付記6)前記キャパシタ保護膜は、前記キャパシタの表面のみに形成されていることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれかに記載の半導体装置。
(Supplementary note 6) The semiconductor device according to any one of
(付記7)前記キャパシタ保護膜は、前記キャパシタの周囲の前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜の間にも延在されていることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれかに記載の半導体装置。
(Supplementary note 7) Any one of
(付記8)前記第1のホールの周囲にも前記キャパシタ保護膜が形成されていることを特徴とする付記7に記載の半導体装置。
(Supplementary note 8) The semiconductor device according to
(付記9)前記キャパシタ保護膜は、前記キャパシタの前記上部電極の上で複数の層構造となっていることを特徴とする付記1乃至付記8のいずれかに記載の半導体装置。
(Supplementary note 9) The semiconductor device according to any one of
(付記10)半導体基板に第1の不純物拡散領域を形成する工程と、
前記半導体基板の上方に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上に第1導電膜、強誘電体膜及び第2導電膜を順に形成する工程と、
第1のマスクを用いて前記第2導電膜、前記強誘電体膜及び前記第1導電膜をパターニングしてキャパシタを形成する工程と、
前記キャパシタの上面と側面の上に前記第1の絶縁膜とは異なる材料からなる絶縁性のキャパシタ保護膜を形成する工程と、
前記キャパシタ保護膜と前記第1の絶縁膜の上に、前記キャパシタ保護膜に対して選択的にエッチングできる材料からなる第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記キャパシタの側面上の前記キャパシタ保護膜に接する第1のホールを前記第2の絶縁膜に形成する工程と、
前記第1の不純物拡散領域に電気的に接続される導電性プラグを前記第1のホール内に形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 10) forming a first impurity diffusion region in a semiconductor substrate;
Forming a first insulating film above the semiconductor substrate;
Forming a first conductive film, a ferroelectric film and a second conductive film on the first insulating film in order;
Patterning the second conductive film, the ferroelectric film, and the first conductive film using a first mask to form a capacitor;
Forming an insulating capacitor protective film made of a material different from that of the first insulating film on an upper surface and a side surface of the capacitor;
Forming a second insulating film made of a material that can be selectively etched with respect to the capacitor protective film on the capacitor protective film and the first insulating film;
Forming a first hole in the second insulating film in contact with the capacitor protection film on a side surface of the capacitor;
Forming a conductive plug electrically connected to the first impurity diffusion region in the first hole.
(付記11)前記第1のホールは、前記第1の絶縁膜に延在していることを特徴とする付記10に記載の半導体装置の製造方法。 (Additional remark 11) The said 1st hole is extended in the said 1st insulating film, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 10 characterized by the above-mentioned.
(付記12)前記キャパシタは、前記第1の不純物拡散領域の上方において間隔をおいて2つ形成され、
前記第1のホールは、2つの前記キャパシタの間であってそれぞれの前記キャパシタの前記上面及び前記側面の上の前記キャパシタ保護膜によってセルフアライン的に形成される
ことを特徴とする付記10又は付記11に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 12) Two capacitors are formed above the first impurity diffusion region with an interval between them.
The supplementary note 10 or the supplementary note, wherein the first hole is formed in a self-aligned manner between the two capacitors by the capacitor protective film on the top surface and the side surface of each capacitor. 11. A method for manufacturing a semiconductor device according to 11.
(付記13)前記第1のホールは、前記第2の絶縁膜の上に形成された第2のマスクの開口部を通して前記第2の絶縁膜をエッチングすることにより形成され、
前記第2のマスクの前記開口部は、2つの前記キャパシタの間隔よりも大きい径を有することを特徴とする付記12に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 13) The first hole is formed by etching the second insulating film through an opening of a second mask formed on the second insulating film,
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 12, wherein the opening of the second mask has a diameter larger than an interval between the two capacitors.
(付記14)前記キャパシタ保護膜の形成は、前記第2の導電膜上に第1の保護絶縁膜を形成する工程と、前記第1の導電膜、前記強誘電体膜及び前記第2の導電膜とともに前記第1のマスクを使用して前記第1の保護絶縁膜をパターニングする工程と、前記第1の保護絶縁膜の上と前記キャパシタの側面上に第2の保護絶縁膜を形成する工程とからなることを特徴とする付記10乃至付記13のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 14) The capacitor protective film is formed by forming a first protective insulating film on the second conductive film, the first conductive film, the ferroelectric film, and the second conductive film. Patterning the first protective insulating film using the first mask together with the film, and forming a second protective insulating film on the first protective insulating film and on the side surface of the
(付記15)前記第2の保護絶縁膜を異方性エッチングすることにより、前記キャパシタの周囲の前記第1の絶縁膜の上から前記第2の保護絶縁膜を除去するとともに前記キャパシタの側面に残す工程をさらに有することを特徴とする付記14に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 15) By anisotropically etching the second protective insulating film, the second protective insulating film is removed from above the first insulating film around the capacitor and on the side surface of the
(付記16)前記キャパシタから前記第1の絶縁膜上に延在する前記キャパシタ保護膜にも前記第1のホールを形成する工程を有することを特徴とする付記10乃至付記15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 (Supplementary note 16) The method according to any one of supplementary notes 10 to 15, further comprising a step of forming the first hole in the capacitor protective film extending from the capacitor onto the first insulating film. Semiconductor device manufacturing method.
(付記17)前記半導体基板に第2の不純物拡散領域を前記第1の不純物拡散領域と同時に形成する工程と、
前記第1の絶縁膜のうち前記キャパシタの前記下部電極の下に第2のホールを形成する工程と、
前記第2の不純物拡散領域に電気的に接続される第2の導電性プラグを前記第2のホール内に形成する工程と
をさらに有することを特徴とする付記10乃至付記16のいずれかに記載の半導体装置。
(Supplementary Note 17) Forming a second impurity diffusion region in the semiconductor substrate simultaneously with the first impurity diffusion region;
Forming a second hole under the lower electrode of the capacitor in the first insulating film;
The method according to any one of appendices 10 to 16, further comprising: forming a second conductive plug electrically connected to the second impurity diffusion region in the second hole. Semiconductor device.
(付記18)前記半導体基板のうち前記第1の不純物拡散領域と前記第2の不純物拡散領域の間にはゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程をさらに有することを特徴とする付記17に記載の半導体装置の製造方法。 (Supplementary note 18) The supplementary note 17, further comprising a step of forming a gate electrode between the first impurity diffusion region and the second impurity diffusion region of the semiconductor substrate through a gate insulating film. The manufacturing method of the semiconductor device as described in 2.
(付記19)前記キャパシタ保護絶縁膜を形成する工程は、アルミナ、PZT系材料、酸化チタンのいずれかの膜を形成する工程であることを特徴とする付記10乃至付記18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 (Supplementary note 19) The process according to any one of supplementary notes 10 to 18, wherein the step of forming the capacitor protection insulating film is a step of forming a film of any one of alumina, a PZT material, and titanium oxide. A method for manufacturing a semiconductor device.
1…シリコン基板(半導体基板)、2…素子分離絶縁膜、3…ゲート絶縁膜、4a,4b…ゲート電極、5a〜5c…不純物拡散領域、6…サイドウォール、7…カバー膜、8,19…層間絶縁膜、8a,8b,19a…コンタクトホール、9a…グルー膜、9b…タングステン膜、10b,10c…導電性プラグ、13,15…導電膜、14…強誘電体膜、16…キャパシタ保護膜、17a,17b…マスク、18…キャパシタ保護膜、20…レジスト、20a…開口部、21a…グルー膜、21b…タングステン膜、21…導電性プラグ、22…酸化防止膜、23b,23c…ホール、24a…導電性パッド、24b,24c…配線、25…層間絶縁膜、26…導電性プラグ、27…ビット線、T1 ,T2 …MOSトランジスタ、Q1 ,Q2 …キャパシタ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記半導体基板の上方に形成された第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上に形成され、下部電極、強誘電体膜、上部電極を有するキャパシタと、
前記キャパシタの上面と側面を覆い、アルミナからなる絶縁性のキャパシタ保護膜と、
前記キャパシタ保護膜及び前記第1の絶縁膜の上に形成された二酸化シリコンからなる第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜に形成され、前記キャパシタの側面を覆う前記キャパシタ保護膜を露出する第1のホールと、
前記第1のホール内に形成されて前記第1の不純物拡散領域に電気的に接続され、前記キャパシタ保護膜のみで前記キャパシタと絶縁される第1の導電性プラグと
を有し、
前記第1のホールの両側には、それぞれ前記キャパシタ保護膜を介して2つの前記キャパシタが形成されていることを特徴とする半導体装置。 A first impurity diffusion region formed in the semiconductor substrate;
A first insulating film formed above the semiconductor substrate;
A capacitor formed on the first insulating film and having a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode;
Covering the upper and side surfaces of the capacitor, and an insulating capacitor protective film made of alumina;
A second insulating film made of silicon dioxide formed on the capacitor protective film and the first insulating film;
A first hole formed in the second insulating film and exposing the capacitor protection film covering a side surface of the capacitor;
A first conductive plug formed in the first hole and electrically connected to the first impurity diffusion region and insulated from the capacitor only by the capacitor protection film;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein two capacitors are formed on both sides of the first hole via the capacitor protective film.
前記第1の絶縁膜のうち前記キャパシタの前記下部電極の下であって前記第2の不純物拡散領域の上に形成される第2のホールと、
前記第2のホール内に形成されて前記第2の不純物拡散領域に電気的に接続される第2の導電性プラグと
を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 A second impurity diffusion region formed in the semiconductor substrate;
A second hole formed below the lower electrode of the capacitor and on the second impurity diffusion region of the first insulating film;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a second conductive plug formed in the second hole and electrically connected to the second impurity diffusion region.
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