JP2007067433A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2007067433A
JP2007067433A JP2006294672A JP2006294672A JP2007067433A JP 2007067433 A JP2007067433 A JP 2007067433A JP 2006294672 A JP2006294672 A JP 2006294672A JP 2006294672 A JP2006294672 A JP 2006294672A JP 2007067433 A JP2007067433 A JP 2007067433A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
srruo
electrode
capacitor
insulating film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006294672A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazunori Aoyama
和憲 青山
Kazuhiro Eguchi
和弘 江口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2006294672A priority Critical patent/JP2007067433A/en
Publication of JP2007067433A publication Critical patent/JP2007067433A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having such a structure that a capacitor can be readily realized, in which a capacitor insulating layer made of a metal oxide dielectric film with perovskite structure is formed, on a lower capacitor electrode which is connected with a semiconductor substrate through a plug electrode and is made of an electric conductive film with perovskite structure. <P>SOLUTION: This semiconductor device is provided with the lower capacitor electrode 14 made of the electric conductive film which is formed on the semiconductor substrate 1 and has a perovskite structure, the capacitor insulating layer 15 made of the metal oxide dielectric film which is formed on the lower capacitor electrode 14 and has the perovskite structure, an upper capacitor electrode 16 formed on the capacitor insulating layer 15, and the plug electrode 10 which connects the lower capacitor electrode 14 with the semiconductor substrate 1 and is made from ruthenium. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置に係わり、特に下部キャパシタ電極およびキャパシタ絶縁膜がペロブスカイト構造を有し、下部キャパシタ電極がプラグ電極を介して半導体基板と接続したキャパシタを備えた半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including a capacitor in which a lower capacitor electrode and a capacitor insulating film have a perovskite structure, and the lower capacitor electrode is connected to a semiconductor substrate via a plug electrode.

近年、半導体集積回路の高集積化に伴い、素子の微細化は進む一方であり、例えばキャパシタのセル面積は非常に小さくなっている。セル面積が小さくなるとキャパシタ容量も小さくなってしまうが、キャパシタの容量は感度やソフトエラー等の点からそれほど小さくできないという要請がある。   In recent years, along with the high integration of semiconductor integrated circuits, the miniaturization of elements continues to progress, and for example, the cell area of capacitors has become very small. When the cell area is reduced, the capacitance of the capacitor is also reduced. However, there is a demand that the capacitance of the capacitor cannot be reduced so much in terms of sensitivity and soft error.

容量を確保する方法としては、キャパシタを3次元的に形成してセル面積をできるだけ大きくする方法と、キャパシタ絶縁膜に誘電率の高い絶縁膜を用いる方法が検討されている。   As a method for securing the capacitance, a method of forming a capacitor three-dimensionally to increase the cell area as much as possible and a method of using an insulating film having a high dielectric constant for the capacitor insulating film are being studied.

誘電率の高い絶縁膜として代表的なものに、(Ba,Sr)TiO3 膜等の酸化物誘電体膜が知られている。この種の酸化物誘電体膜をキャパシタ絶縁膜として用いる場合は、キャパシタ電極とキャパシタ絶縁膜との界面に低誘電率層が形成されるのを防止するために、酸化されないかまたは酸化されても金属導電性を示す材料でキャパシタ電極を形成する必要がある。 As a typical insulating film having a high dielectric constant, an oxide dielectric film such as a (Ba, Sr) TiO 3 film is known. When this kind of oxide dielectric film is used as a capacitor insulating film, it is not oxidized or oxidized in order to prevent a low dielectric constant layer from being formed at the interface between the capacitor electrode and the capacitor insulating film. It is necessary to form the capacitor electrode with a material exhibiting metal conductivity.

最近、このような電極材料として、(Ba,Sr)TiO3 と同じ結晶構造(ペロブスカイト構造)を有するSrRuO3 を用いることが検討されている。図10に、キャパシタの電極材料としてSrRuO3 を用いたDRAMメモリセルの工程断面図を示す。 Recently, the use of SrRuO 3 having the same crystal structure (perovskite structure) as (Ba, Sr) TiO 3 has been studied as such an electrode material. FIG. 10 is a process cross-sectional view of a DRAM memory cell using SrRuO 3 as a capacitor electrode material.

これを説明すると、まず、図8(a)に示すように、pタイプSi基板71の表面にSTI(Shallow Trench Isolation)による素子分離領域72を形成する。   To explain this, first, as shown in FIG. 8A, an element isolation region 72 is formed by STI (Shallow Trench Isolation) on the surface of a p-type Si substrate 71.

次に同図(a)に示すように、ゲート絶縁膜73、ゲート電極(ワード線)74、n+ 型ドレイン拡散層75、n+ 型ソース拡散層76を形成し、続いて第1層間絶縁膜77を堆積して表面を平坦化した後、第1層間絶縁膜(SiO2 膜)77にコンタクトホールを開孔してビット線78を形成する。 Next, as shown in FIG. 6A, a gate insulating film 73, a gate electrode (word line) 74, an n + type drain diffusion layer 75, and an n + type source diffusion layer 76 are formed, and then a first interlayer insulation is formed. After the film 77 is deposited and the surface is flattened, a contact hole is opened in the first interlayer insulating film (SiO 2 film) 77 to form a bit line 78.

次に同図(a)に示すように、第2層間絶縁膜(SiO2 膜)79を堆積して表面を平坦化した後、第1および第2層間絶縁膜77,79にコンタクトホールを開孔して、その内部をTi膜80およびTiN膜81を介してプラグ電極82で埋め込む。 Next, as shown in FIG. 6A, after depositing a second interlayer insulating film (SiO 2 film) 79 and planarizing the surface, contact holes are opened in the first and second interlayer insulating films 77, 79. The inside of the hole is filled with a plug electrode 82 via a Ti film 80 and a TiN film 81.

次に図8(b)に示すように、SiN膜83、第3層間絶縁膜(SiO2 膜)84を堆積して表面を平坦化した後、これらの絶縁膜83,84にプラグ電極82に対してのヴィアホールを開孔する。 Next, as shown in FIG. 8B, after a SiN film 83 and a third interlayer insulating film (SiO 2 film) 84 are deposited and the surface is flattened, the plug electrodes 82 are formed on these insulating films 83 and 84. A via hole is opened.

次に図8(c)に示すように、ヴィアホールの内部を充填するように下部キャパシタ電極85となるSrRuO3 膜をスパッタ法またはCVD法で全面に堆積した後、ヴィアホール外部の余剰なSrRuO3 膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法で除去して、下部キャパシタ電極85を形成する。この後、第3層間絶縁膜84を選択的にエッチング除去する。 Next, as shown in FIG. 8C, an SrRuO 3 film to be the lower capacitor electrode 85 is deposited on the entire surface by sputtering or CVD so as to fill the inside of the via hole, and then excess SrRuO outside the via hole. The three films are removed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method to form the lower capacitor electrode 85. Thereafter, the third interlayer insulating film 84 is selectively removed by etching.

最後に、図8(d)に示すように、(Ba,Sr)TiO3 からなるキャパシタ絶縁膜86をCVD法で全面に堆積し、続いて上部キャパシタ電極87となるSrRuO3 膜をCVD法で全面に堆積した後、このSrRuO3 膜を加工して上部キャパシタ電極87を形成して、DRAMメモリセルが完成する。 Finally, as shown in FIG. 8D, a capacitor insulating film 86 made of (Ba, Sr) TiO 3 is deposited on the entire surface by the CVD method, and then an SrRuO 3 film to be the upper capacitor electrode 87 is deposited by the CVD method. After being deposited on the entire surface, this SrRuO 3 film is processed to form an upper capacitor electrode 87, thereby completing a DRAM memory cell.

ここで、キャパシタ容量を稼ぎ、リーク電流を抑制するためには、下部キャパシタ電極85、キャパシタ絶縁膜86および上部キャパシタ電極87がエピタキシャル成長していることが望ましい。   Here, in order to increase the capacitor capacity and suppress the leakage current, it is desirable that the lower capacitor electrode 85, the capacitor insulating film 86, and the upper capacitor electrode 87 are epitaxially grown.

そのためには、下部キャパシタ電極85であるSrRuO3 膜を単結晶化する必要がある。報告されているSrRuO3 膜を単結晶化する方法について説明すると以下のようになる。 For this purpose, the SrRuO 3 film that is the lower capacitor electrode 85 needs to be single-crystallized. The reported method for single crystallization of the SrRuO 3 film is as follows.

まず、図9(a)に示すように、単結晶Si基板91上にAlTiN膜92をスパッタ法で堆積する。ここで、AlTiN膜92は単結晶Si基板91上にエピタキシャル成長し、全面に渡って単結晶となる。   First, as shown in FIG. 9A, an AlTiN film 92 is deposited on a single crystal Si substrate 91 by a sputtering method. Here, the AlTiN film 92 is epitaxially grown on the single crystal Si substrate 91 and becomes a single crystal over the entire surface.

次に図9(b)に示すように、AlTiN膜92上にPt膜93をスパッタ法で堆積する。このPt膜93も同様に全面に渡って単結晶となる。   Next, as shown in FIG. 9B, a Pt film 93 is deposited on the AlTiN film 92 by sputtering. Similarly, this Pt film 93 also becomes a single crystal over the entire surface.

最後に、図9(c)に示すように、Pt膜93上にSrRuO3 膜94をスパッタ法で堆積させる。このSrRuO3 膜94も同様に全面に渡って単結晶となる。 Finally, as shown in FIG. 9C, a SrRuO 3 film 94 is deposited on the Pt film 93 by sputtering. Similarly, the SrRuO 3 film 94 becomes a single crystal over the entire surface.

このような方法で下部キャパシタ電極85である単結晶のSrRuO3 膜を形成すれば、キャパシタ絶縁膜86である(Ba,Sr)TiO3 膜もキャパシタ部で単結晶化することができ、さらに上部キャパシタ電極87であるSrRuO3 膜も同じペロブスカイト構造であるため、キャパシタ部で単結晶化することができ、良好な特性を有するキャパシタを実現することができる。 If a single crystal SrRuO 3 film that is the lower capacitor electrode 85 is formed by such a method, the (Ba, Sr) TiO 3 film that is the capacitor insulating film 86 can also be single-crystallized in the capacitor portion. Since the SrRuO 3 film as the capacitor electrode 87 also has the same perovskite structure, it can be single-crystallized in the capacitor portion, and a capacitor having good characteristics can be realized.

しかしながら、実際のDRAMでは、Si基板71と下部キャパシタ電極85との間にはトランジスタを動作させるためのゲート電極(ワード線)74やビット線78が配線されており、下部キャパシタ電極85はn+ 型ソース拡散層76とサブミクロンサイズのプラグ電極82を介して接続しなければならず、しかもLSIの世代が進むにつれて、プラグ電極82を埋め込むためのコンタクトホールのアスペクト比は大きくなる。 However, in an actual DRAM, a gate electrode (word line) 74 and a bit line 78 for operating the transistor are wired between the Si substrate 71 and the lower capacitor electrode 85, and the lower capacitor electrode 85 is n +. It must be connected to the type source diffusion layer 76 via a submicron-sized plug electrode 82, and the aspect ratio of the contact hole for embedding the plug electrode 82 increases as the generation of LSI advances.

このようにプラグ電極82のサイズが小さくなり、アスペクト比が大きくなると、従来プラグ電極材として用いられたSi系の材料では抵抗が高くなるために用いることができず、その代わりにRuやW等の低抵抗の金属を用いる必要があるが、この種の金属の単結晶化は非常に困難である。   Thus, when the size of the plug electrode 82 is reduced and the aspect ratio is increased, the Si-based material conventionally used as the plug electrode material cannot be used because of its high resistance. Instead, Ru, W, etc. Although it is necessary to use a low-resistance metal, it is very difficult to make a single crystal of this kind of metal.

また、図10に示すように、上面がコンタクトホールの開孔面よりも低いプラグ電極82を形成し、プラグ電極82の表面だけに単結晶のSrRuO3 /Pt積層膜88を形成すれば、その上に形成する上部キャパシタ電極87としてのSrRuO3 膜を単結晶化することは可能である。 Further, as shown in FIG. 10, if a plug electrode 82 whose upper surface is lower than the opening surface of the contact hole is formed and a single crystal SrRuO 3 / Pt laminated film 88 is formed only on the surface of the plug electrode 82, It is possible to single crystallize the SrRuO 3 film as the upper capacitor electrode 87 formed thereon.

単結晶のSrRuO3 /Pt積層膜88の形成工程は、プラグ電極82上のコンタクトホールの未重点部分にアモルファスのSrRuO3 /Pt積層膜を埋め込み形成する工程と、これをレーザーアニール等を用いて単結晶化する工程とからなる。 The single crystal SrRuO 3 / Pt laminated film 88 is formed by embedding and forming an amorphous SrRuO 3 / Pt laminated film in the unfocused portion of the contact hole on the plug electrode 82, and using laser annealing or the like. And a single crystallization step.

しかしながら、プラグ電極82のサイズがサブミクロン程度の場合、レーザーアニール等を用いてもプラグ電極82上のアモルファスのSrRuO3 /Pt積層膜を単結晶化することは難しく、双晶や多結晶が形成されてしまい、その結果として下部キャパシタ電極85であるSrRuO3 膜も双晶や多結晶になってしまう問題がある。なお、図中、89は粒界を示している。 However, when the size of the plug electrode 82 is about submicron, it is difficult to single-crystal the amorphous SrRuO 3 / Pt laminated film on the plug electrode 82 even if laser annealing or the like is used, and twin crystals and polycrystals are formed. As a result, there is a problem that the SrRuO 3 film as the lower capacitor electrode 85 also becomes twinned or polycrystalline. In the figure, 89 indicates a grain boundary.

上述の如く、微細化の進んだDRAMセルにおいて、必要な容量を確保するために、キャパシタ絶縁膜として誘電率の高い単結晶(BaSrTiO3 膜、下部および上部キャパシタ電極として単結晶SrRuO3 膜を使用することが提案されていた。 As described above, in a DRAM cell which has been miniaturized, in order to secure a necessary capacity, a single crystal (Ba , Sr ) TiO 3 film having a high dielectric constant as a capacitor insulating film, and a single crystal SrRuO as lower and upper capacitor electrodes. It was proposed to use three membranes.

このようなキャパシタ絶縁膜、ならびに下部および上部キャパシタ電極を形成するためには、下部キャパシタ電極とSi基板とを接続するプラグ電極は単結晶である必要があった。   In order to form such a capacitor insulating film and the lower and upper capacitor electrodes, the plug electrode connecting the lower capacitor electrode and the Si substrate had to be a single crystal.

しかしながら、微細化の進んだDRAMセルにおいては、プラグ電極の材料として抵抗は低いが結晶化が困難であるRu等の金属を使用する必要があったので、プラグ電極の単結晶化は困難であるという問題があった。   However, in a highly miniaturized DRAM cell, it is necessary to use a metal such as Ru, which has a low resistance but is difficult to crystallize, as a material for the plug electrode. There was a problem.

また、他の方法として、プラグ電極が途中まで埋め込まれたコンタクトホールの未充填部分にアモルファスのSrRuO3 膜を埋め込み形成し、それをレーザアニールにより単結晶化したものを結晶核に使用する方法も提案されていた。 As another method, there is a method in which an amorphous SrRuO 3 film is buried in an unfilled portion of the contact hole in which the plug electrode is partially buried, and then single crystallized by laser annealing is used as a crystal nucleus. It was proposed.

しかしながら、微細の進んだDRAMセルにおいては、コンタクトホールも微細化し、このような微細なコンタクトホールの上部に埋め込まれたアモルファスのSrRuO3 膜をレーザアニールで単結晶化することは困難であるという問題があった。 However, in a finely advanced DRAM cell, the contact hole is also miniaturized, and it is difficult to single crystallize the amorphous SrRuO 3 film buried above the fine contact hole by laser annealing. was there.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、プラグ電極を介して半導体基板に接続し、かつペロブスカイト構造を有する導電膜からなる下部キャパシタ電極上に、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物誘電体膜からなるキャパシタ絶縁膜が形成されてなるキャパシタを容易に実現できる構造を有する半導体装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to connect a perovskite structure on a lower capacitor electrode connected to a semiconductor substrate via a plug electrode and made of a conductive film having a perovskite structure. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a structure capable of easily realizing a capacitor formed with a capacitor insulating film made of a metal oxide dielectric film having a metal oxide.

[構成]
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成され、ペロブスカイト構造を有する導電膜からなる下部キャパシタ電極と、この下部キャパシタ電極上に形成され、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物誘電体膜からなるキャパシタ絶縁膜と、このキャパシタ絶縁膜上に形成された上部キャパシタ電極と、前記下部キャパシタ電極と前記半導体基板とを接続し、ルテニウムからなるプラグ電極とを備えていることを特徴とする。
[Constitution]
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a lower capacitor electrode formed on a semiconductor substrate and made of a conductive film having a perovskite structure, and a metal having a perovskite structure formed on the lower capacitor electrode. A capacitor insulating film made of an oxide dielectric film; an upper capacitor electrode formed on the capacitor insulating film; and a plug electrode made of ruthenium for connecting the lower capacitor electrode and the semiconductor substrate. It is characterized by.

本発明のより具体的な形態は以下の通りである。   More specific embodiments of the present invention are as follows.

(1)結晶性物質は、ペロブスカイト構造を有する導電物である。 (1) The crystalline material is a conductive material having a perovskite structure.

(2)上部キャパシタ電極は、ペロブスカイト構造を有する導電膜で構成されている。 (2) The upper capacitor electrode is composed of a conductive film having a perovskite structure.

(3)結晶性物質は、白金である。 (3) The crystalline substance is platinum.

(4)結晶性物質は、ペロブスカイト構造を有する絶縁物(より具体的には金属酸化物誘電体膜または該金属酸化物誘電体膜と格子定数の近い結晶性を有する金属酸化物誘電体膜)である。 (4) The crystalline substance is an insulator having a perovskite structure (more specifically, a metal oxide dielectric film or a metal oxide dielectric film having crystallinity close to the lattice constant of the metal oxide dielectric film) It is.

(5)下部キャパシタ電極は、ARuO3 (AはSr,Ba,Ca,LaおよびNdから選ばれる少なくとも1種の元素を示す)、ならびに(Sr,RE)CoO3 (REはLa,Pr,SmおよびNdから選ばれる少なくとも1種の元素を示す)から選ばれる1種からなる材料で構成されている。 (5) The lower capacitor electrode includes ARuO 3 (A represents at least one element selected from Sr, Ba, Ca, La, and Nd), and (Sr, RE) CoO 3 (RE represents La, Pr, Sm). And at least one element selected from Nd).

(6)キャパシタ絶縁膜は、(Ba,Sr)TiO3 、SrTiO3 、BaTiO3 、PbTiO3 、Bi4 Ti312、SrBi2 Ta29 、Pb(Zr,Ti)O3 、または(Pb,La)(Zr,Ti)O3 で構成されている。 (6) a capacitor insulating film, (Ba, Sr) TiO 3 , SrTiO 3, BaTiO 3, PbTiO 3, Bi 4 Ti 3 O 12, SrBi 2 Ta 2 O 9, Pb (Zr, Ti) O 3 or ( Pb, La) (Zr, Ti) O 3 .

本発明によれば、ペロブスカイト構造を有する導電膜からなる下部キャパシタ電極上に、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物誘電体膜からなるキャパシタ絶縁膜が形成されてなるキャパシタを有する半導体装置を容易に実現できるようになる。   According to the present invention, a semiconductor device having a capacitor in which a capacitor insulating film made of a metal oxide dielectric film having a perovskite structure is formed on a lower capacitor electrode made of a conductive film having a perovskite structure can be easily realized. It becomes like this.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態(以下、実施形態という)を説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るDRAMセルを示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a DRAM cell according to a first embodiment of the present invention.

図中、1はpタイプSi基板を示しており、このpタイプSi基板1の表面にはSTI構造の素子分離領域2が形成されている。   In the figure, reference numeral 1 denotes a p-type Si substrate, and an element isolation region 2 having an STI structure is formed on the surface of the p-type Si substrate 1.

この素子分離領域2で分離されたトランジスタ領域内には、ゲート絶縁膜3、ゲート電極(ワード線)4、n+ 型ドレイン拡散層5およびn+ 型ソース拡散層6からなるMOSトランジスタが形成されている。 In the transistor region isolated by the element isolation region 2, a MOS transistor including a gate insulating film 3, a gate electrode (word line) 4, an n + type drain diffusion layer 5 and an n + type source diffusion layer 6 is formed. ing.

pタイプSi基板1上には、表面が平坦な第1層間絶縁膜(SiO2 膜)7が形成され、この第1層間絶縁膜7に開孔されたコンタクトホールを介してビット線8がn+ 型ドレイン拡散層5に接続している。 A first interlayer insulating film (SiO 2 film) 7 having a flat surface is formed on the p-type Si substrate 1, and the bit line 8 is connected to n via a contact hole opened in the first interlayer insulating film 7. Connected to the + type drain diffusion layer 5.

第1層間絶縁膜7上には、表面が平坦な第2層間絶縁膜(SiO2 膜)9が形成され、第1および第2層間絶縁膜7,9に開口されたコンタクトホールを介して、単結晶のRuからなるプラグ電極10がn+ 型ソース拡散層6に接続している。 A second interlayer insulating film (SiO 2 film) 9 having a flat surface is formed on the first interlayer insulating film 7, and through contact holes opened in the first and second interlayer insulating films 7, 9, A plug electrode 10 made of single crystal Ru is connected to the n + -type source diffusion layer 6.

このプラグ電極10の表面の中央部には窪みが形成され、この窪みの内部は単結晶のSrRuO3 膜11で埋め込まれている。SrRuO3 膜11の代わりにそれに近い格子定数を有する結晶性の物質でも良い。 A depression is formed at the center of the surface of the plug electrode 10, and the inside of the depression is filled with a single crystal SrRuO 3 film 11. SrRuO 3 film 11 may be a crystalline material having a lattice constant close to that in place of.

第2層間絶縁膜9上にはSiN膜12が形成されている。このSiN膜12はプラグ電極10を含む領域に開口部を有し、この開口部を介してプラグ電極10とコンタクトする、単結晶のSrRuO3 からなる下部キャパシタ電極14が形成されている。下部キャパシタ電極14はSiN膜12よりも厚い。 A SiN film 12 is formed on the second interlayer insulating film 9. The SiN film 12 has an opening in a region including the plug electrode 10, and a lower capacitor electrode 14 made of single crystal SrRuO 3 is formed in contact with the plug electrode 10 through the opening. The lower capacitor electrode 14 is thicker than the SiN film 12.

下部キャパシタ電極14上には、単結晶の(Ba,Sr)TiO3 からなるキャパシタ絶縁膜15が形成されている。そして、下部キャパシタ電極14上にはキャパシタ絶縁膜15を介して単結晶のSrRuO3 からなる上部キャパシタ電極16が形成されている。 A capacitor insulating film 15 made of single crystal (Ba, Sr) TiO 3 is formed on the lower capacitor electrode 14. An upper capacitor electrode 16 made of single-crystal SrRuO 3 is formed on the lower capacitor electrode 14 via a capacitor insulating film 15.

なお、下部キャパシタ電極14の近傍以外のSiN膜12上のキャパシタ絶縁膜15は単結晶にはならず、アモルファスまたは多結晶になる。キャパシタ絶縁膜15の形成時の温度(単結晶化温度)が低い場合にはアモルファス、単結晶化温度が低くい場合でも、後工程(例えば上部キャパシタ電極16の形成時)や結晶性向上のために単結晶化温度よりも高い温度にさらされた場合には多結晶となる。上記アモルファスまたは多結晶の部分はキャパシタ絶縁膜としての役割は無いので問題はない。   Note that the capacitor insulating film 15 on the SiN film 12 other than the vicinity of the lower capacitor electrode 14 does not become single crystal but becomes amorphous or polycrystalline. When the temperature (single crystallization temperature) at the time of forming the capacitor insulating film 15 is low, it is amorphous. When exposed to a temperature higher than the single crystallization temperature, it becomes polycrystalline. The amorphous or polycrystalline portion has no problem because it does not serve as a capacitor insulating film.

このような構成によれば、キャパシタ絶縁膜15として誘電率の高い(Ba,Sr)TiO3 膜が用いられ、かつキャパシタを構成する部分の各膜の全てが単結晶膜(ペロブスカイト構造)であるので、必要なキャパシタ容量を容易に確保できるとともに、リーク電流の増加を効果的に抑制できるようになる。 According to such a configuration, a (Ba, Sr) TiO 3 film having a high dielectric constant is used as the capacitor insulating film 15, and all of the respective films constituting the capacitor are single crystal films (perovskite structure). Therefore, it is possible to easily secure a necessary capacitor capacity and to effectively suppress an increase in leakage current.

図2および図3は、図1のDRAMメモリセルの製造方法を示す工程断面図である。   2 and 3 are process sectional views showing a method of manufacturing the DRAM memory cell of FIG.

まず、図2(a)に示すように、pタイプSi基板1の表面にSTIによる素子分離領域2を形成し、続いてゲート絶縁膜3、ゲート電極(ワード線)4、n+ 型ドレイン拡散層5、n+ 型ソース拡散層6を形成する。 First, as shown in FIG. 2A, an element isolation region 2 is formed by STI on the surface of a p-type Si substrate 1, followed by a gate insulating film 3, a gate electrode (word line) 4, an n + -type drain diffusion. Layer 5 and n + -type source diffusion layer 6 are formed.

次に同図(a)に示すように、第1層間絶縁膜7を堆積して表面を平坦化した後、第1層間絶縁膜7にコンタクトホールを開孔してビット線8を形成し、続いて第2層間絶縁膜9を堆積して表面を平坦化した後、第1および第2層間絶縁膜7,9にコンタクトホールを開孔する。   Next, as shown in FIG. 5A, after depositing a first interlayer insulating film 7 and planarizing the surface, a contact hole is formed in the first interlayer insulating film 7 to form a bit line 8; Subsequently, after the second interlayer insulating film 9 is deposited and the surface is flattened, contact holes are opened in the first and second interlayer insulating films 7 and 9.

次に図2(b)に示すように、基板温度200〜450℃、成膜圧力1〜100Pa、Ru(Cp)2 (Arキャリア)とO2 (雰囲気中O2 濃度40%以下)を用いたCVD法で、プラグ電極10となるRu膜を全面に堆積した後、コンタクトホール外部の余剰なRu膜をCMP法または反応性イオンエッチングを用いたエッチバック法により除去することによって、コンタクトホールの内部にプラグ電極10を埋込み形成する。 Next, as shown in FIG. 2B, a substrate temperature of 200 to 450 ° C., a film forming pressure of 1 to 100 Pa, Ru (Cp) 2 (Ar carrier) and O 2 (O 2 concentration in the atmosphere of 40% or less) are used. After depositing the Ru film to be the plug electrode 10 by the conventional CVD method, the excess Ru film outside the contact hole is removed by the CMP method or the etch-back method using reactive ion etching to thereby remove the contact hole. Plug electrode 10 is embedded and formed inside.

このとき、余剰なRu膜をCMP法で除去する場合には、全面に堆積するRu膜の膜厚をコンタクトホールの開孔径の半分程度にすることによって、プラグ電極10の中央部に窪みを形成する。また、反応性イオンエッチングの場合にはRu膜(プラグ電極10)の膜厚に特に制限はなく、厚すぎなければ(開孔径程度まで)良い。図11に、余剰なRu膜をCMP法または反応性イオンエッチング(RIE)法により除去する工程の断面図を示す。   At this time, when the excess Ru film is removed by the CMP method, a recess is formed in the central portion of the plug electrode 10 by reducing the film thickness of the Ru film deposited on the entire surface to about half of the diameter of the contact hole. To do. In the case of reactive ion etching, there is no particular limitation on the film thickness of the Ru film (plug electrode 10), and it is sufficient if it is not too thick (up to the aperture diameter). FIG. 11 shows a cross-sectional view of a process of removing an excess Ru film by a CMP method or a reactive ion etching (RIE) method.

次に図2(c)に示すように、基板温度200〜400℃、成膜圧力1〜1000Pa、Ru(THD)3 とSr(THD)2 とO2 の混合ガスを用いたCVD法で、単結晶のSrRuO3 膜11となるアモルファスのSrRuO3 膜を全面に堆積し、続いてCMP法で窪み外部の余剰なSrRuO3 膜を除去した後、600℃以上の熱処理を行うことにより、プラグ電極10の中央部の窪みを単結晶のSrRuO3 膜11で埋め込む。 Next, as shown in FIG. 2C, the substrate temperature is 200 to 400 ° C., the film forming pressure is 1 to 1000 Pa, and the CVD method using a mixed gas of Ru (THD) 3 , Sr (THD) 2 and O 2 , An amorphous SrRuO 3 film to be a single crystal SrRuO 3 film 11 is deposited on the entire surface, and after removing the excess SrRuO 3 film outside the depression by CMP, a plug electrode is formed by performing a heat treatment at 600 ° C. or higher. The central depression 10 is filled with a single crystal SrRuO 3 film 11.

次に図3(d)に示すように、SiN膜12、第3層間絶縁膜(SiO2 膜)13を順次堆積し、続いてこれらの絶縁膜12,13にプラグ電極10に繋がるコンタクトホールを開孔した後、このコンタクトホールを充填するように下部キャパシタ電極となるアモルファスのSrRuO3 膜14をCVD法で全面に堆積する。第3層間絶縁膜13上におけるSrRuO3 膜14の膜厚は、SiN膜12よりも厚くある必要はない。 Next, as shown in FIG. 3D, a SiN film 12 and a third interlayer insulating film (SiO 2 film) 13 are sequentially deposited, and then contact holes connected to the plug electrode 10 are formed in these insulating films 12 and 13. After the opening, an amorphous SrRuO 3 film 14 to be the lower capacitor electrode is deposited on the entire surface by CVD so as to fill the contact hole. The film thickness of the SrRuO 3 film 14 on the third interlayer insulating film 13 need not be thicker than that of the SiN film 12.

SiN膜12は、コンタクトホールの形成位置がずれても、キャパシタ絶縁膜15がプラグ電極10に直接接しないようにするためのものである。これにより位置ずれによるリーク電流の増加を防止できる。   The SiN film 12 is for preventing the capacitor insulating film 15 from coming into direct contact with the plug electrode 10 even if the contact hole formation position is shifted. This prevents an increase in leakage current due to misalignment.

次に図3(e)に示すように、コンタクトホール外部の余剰なSrRuO3 膜14をCMP法により除去し、コンタクトホール内部のみにSrRuO3 膜14を選択的に残置させる。 Next, as shown in FIG. 3E, excess SrRuO 3 film 14 outside the contact hole is removed by CMP, and the SrRuO 3 film 14 is selectively left only inside the contact hole.

この後、400〜500℃、2〜10時間の熱処理によって、コンタクトホール内部のSrRuO3 膜14を結晶化することによって、単結晶のSrRuO3 からなる下部キャパシタ電極14が完成する。 Thereafter, the SrRuO 3 film 14 inside the contact hole is crystallized by heat treatment at 400 to 500 ° C. for 2 to 10 hours, thereby completing the lower capacitor electrode 14 made of single crystal SrRuO 3 .

次に図3(f)に示すように、第3層間絶縁膜13をエッチング除去し、続いて単結晶のキャパシタ絶縁膜15となるアモルファスの(Ba,Sr)TiO3 膜をCVD法で全面に堆積した後、これを熱処理して結晶化することによって、下部キャパシタ電極14と接する部分に単結晶の(Ba,Sr)TiO3 からなるキャパシタ絶縁膜15を形成する。 Next, as shown in FIG. 3F, the third interlayer insulating film 13 is removed by etching, and then an amorphous (Ba, Sr) TiO 3 film to be a single crystal capacitor insulating film 15 is formed on the entire surface by CVD. After the deposition, this is heat-treated and crystallized to form a capacitor insulating film 15 made of single-crystal (Ba, Sr) TiO 3 in a portion in contact with the lower capacitor electrode 14.

次に同図(f)に示すように、上部キャパシタ電極となるアモルファスのSrRuO3 膜16をCVD法で全面に堆積した後、これを熱処理して結晶化することによって、単結晶のSrRuO3 膜16を形成する。 Next, as shown in FIG. 6F, an amorphous SrRuO 3 film 16 to be the upper capacitor electrode is deposited on the entire surface by the CVD method, and is then crystallized by heat treatment to thereby obtain a single crystal SrRuO 3 film. 16 is formed.

最後に、単結晶のSrRuO3 膜12を電極状にパターニングして、図1に示したDRAMメモリセルが完成する。 Finally, by patterning the SrRuO 3 film 12 of single crystal electrodes form, the DRAM memory cell shown in FIG. 1 is completed.

なお、本実施形態では、下部キャパシタ電極14を形成する際に、余剰なアモルファスのSrRuO3 膜をCMP法で除去した後に、熱処理によってアモルファスのSrRuO3 膜を結晶化したが、その逆に熱処理によってアモルファスのSrRuO3 膜を結晶化した後に、余剰な単結晶のSrRuO3 膜をCMP法で除去しても良い。 In this embodiment, when the lower capacitor electrode 14 is formed, the amorphous SrRuO 3 film is crystallized by the heat treatment after removing the excess amorphous SrRuO 3 film by the CMP method. After the amorphous SrRuO 3 film is crystallized, the excess single crystal SrRuO 3 film may be removed by CMP.

以下、プラグ電極10としてRu膜を用いたことの利点について説明する。   Hereinafter, advantages of using the Ru film as the plug electrode 10 will be described.

コンタクトホール内にRu膜を埋め込み形成するには、まず、Ru(C6 5 2 、Ru(CH3 5 4 2 、またはRu(C2 5 5 4 2 とO2 との混合ガスを用いて、300℃以下の成膜温度でCVD法により全面に堆積した後、コンタクトホール外部のRu膜をCMP法で除去する。なお、O2 の代わりに、O3 、Oラジカル、N2 O等の酸化性雰囲気となる物質を用いても良い。 To bury and form a Ru film in the contact hole, first, Ru (C 6 H 5 ) 2 , Ru (CH 3 C 5 H 4 ) 2 , or Ru (C 2 H 5 C 5 H 4 ) 2 and O After depositing on the entire surface by a CVD method at a film forming temperature of 300 ° C. or less using a mixed gas with 2 , the Ru film outside the contact hole is removed by the CMP method. Instead of O 2, a substance that becomes an oxidizing atmosphere such as O 3 , O radical, N 2 O may be used.

Ru膜を上記条件で成膜すると非常に良いカバレッジでRu膜を成膜することができ、またRu膜の表面モフォロジーも良好となる。したがって、上記Ru膜の埋め込み方法を用いることによって、開孔径の小さいコンタクトホール内に巣(ボイド)を生じることなく、Ruからなるプラグ電極10を容易に実現できるようになる。   If the Ru film is formed under the above conditions, the Ru film can be formed with very good coverage, and the surface morphology of the Ru film is also good. Therefore, by using the Ru film embedding method, the plug electrode 10 made of Ru can be easily realized without generating a nest in the contact hole having a small opening diameter.

なお、RuはIr等と同様に酸化されても金属導電性を示すため、下部キャパシタ電極14の材料にSrRuO3 等の金属酸化物を用いても、プラグ電極10と下部キャパシタ電極14との間のコンタクト抵抗が増大するという問題は生じない。 Since Ru is showing a metallic conductivity be oxidized similarly to the Ir, etc., even if a metal oxide of 3 such SrRuO the material of the lower capacitor electrode 14, between the plug electrodes 10 and the lower capacitor electrode 14 There is no problem of increasing the contact resistance.

Si基板1とプラグ電極10との接触面は、成膜雰囲気中にO2 を用いているために、Ru、Si、Oを含む非常に薄い層が形成される。この層は、RuのSi基板1中への拡散を防止するとともに、Si基板1とプラグ電極10との間のコンタクト抵抗を下げるという利点を持っている。また、Si基板1とプラグ電極10との接触面にTiN膜等のバリアメタル膜を形成しても何ら問題はない。 Since the contact surface between the Si substrate 1 and the plug electrode 10 uses O 2 in the film forming atmosphere, a very thin layer containing Ru, Si, and O is formed. This layer has the advantage of preventing the diffusion of Ru into the Si substrate 1 and lowering the contact resistance between the Si substrate 1 and the plug electrode 10. Moreover, there is no problem even if a barrier metal film such as a TiN film is formed on the contact surface between the Si substrate 1 and the plug electrode 10.

また、本実施形態のように、下部キャパシタ電極14の材料にSrRuO3 を用いる場合は、Ru元素はプラグ電極10および下部キャパシタ電極14の両方に含まれるので、プラグ電極10と下部キャパシタ電極14との電気的接合性は非常に良くなる。 Further, when SrRuO 3 is used as the material of the lower capacitor electrode 14 as in the present embodiment, since the Ru element is included in both the plug electrode 10 and the lower capacitor electrode 14, the plug electrode 10, the lower capacitor electrode 14, The electrical bondability of the is very good.

また、本実施形態では、プラグ電極10の表面の窪みを単結晶のSrRuO3 膜14で埋め込んだが、図4に示すように、最表面のSrRuO3 膜11が単結晶であれば、窪みの中に複数個の結晶粒があっても差し支えない。図には、結晶粒が2個のSrRuO3 膜11が示されている。 In this embodiment, the depression on the surface of the plug electrode 10 is filled with the single crystal SrRuO 3 film 14. However, as shown in FIG. 4, if the outermost SrRuO 3 film 11 is a single crystal, There may be a plurality of crystal grains. In the figure, the SrRuO 3 film 11 having two crystal grains is shown.

また、プラグ電極10の表面の窪みの開孔径が大きい方が、窪み中の結晶核となるSrRuO3 膜11の結晶の情報を、下部キャパシタ電極14に伝達しやすいが、あまり大きいと窪み中の最表面のSrRuO3 膜11が多結晶または双晶となってしまうため、確実に単結晶のSrRuO3 膜11を得るためには、プラグ電極10の表面の窪みの開孔径を50nm以下にする必要がある。 In addition, the larger the hole diameter of the depression on the surface of the plug electrode 10 is, the easier it is to transmit the crystal information of the SrRuO 3 film 11 serving as the crystal nucleus in the depression to the lower capacitor electrode 14. Since the SrRuO 3 film 11 on the outermost surface becomes polycrystalline or twinned, in order to obtain the single crystal SrRuO 3 film 11 with certainty, it is necessary to make the hole diameter of the recess on the surface of the plug electrode 10 50 nm or less. There is.

また、本実施形態では、プラグ電極10として表面に窪みを有するRu膜を使用したが、上述したRu膜の利点は表面に窪みが無くても得られるので、表面に窪みのないRu膜をプラグ電極に用いても従来よりも優れたDRAMセルを実現することができる(他の実施形態についても同様)。   In the present embodiment, the Ru film having a depression on the surface is used as the plug electrode 10. However, the above-described advantage of the Ru film can be obtained even if there is no depression on the surface. Therefore, the Ru film having no depression on the surface is plugged. Even when used as an electrode, a DRAM cell superior to the conventional one can be realized (the same applies to other embodiments).

(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係るDRAMメモリセルの製造方法を示す工程断面図である。なお、図1〜図3と対応する部分には図1〜図3と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する(他の実施形態についても同様)。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a process sectional view showing a method of manufacturing a DRAM memory cell according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol as FIGS. 1-3 is attached | subjected to the part corresponding to FIGS. 1-3, and detailed description is abbreviate | omitted (it is the same also about other embodiment).

本実施形態の製造方法が第1の実施形態のそれと異なるのは、図2(c)の工程よりも後の工程である。   The manufacturing method of the present embodiment is different from that of the first embodiment in a step after the step of FIG.

すなわち、図2(c)の工程に続いて、図5(a)に示すように、下部キャパシタ電極となるアモルファスのSrRuO3 膜14をスパッタ法で全面に堆積する。その後、400〜500℃、2〜10時間の熱処理によって、SrRuO3 膜14を結晶化する。 That is, following the step of FIG. 2C, as shown in FIG. 5A, an amorphous SrRuO 3 film 14 to be the lower capacitor electrode is deposited on the entire surface by sputtering. Thereafter, the SrRuO 3 film 14 is crystallized by heat treatment at 400 to 500 ° C. for 2 to 10 hours.

次に図5(b)に示すように、単結晶のSrRuO3 膜14をパターニングして、下部キャパシタ電極14を形成する。なお、パターニングの後に結晶化を行っても良い。 Next, as shown in FIG. 5B, the single-crystal SrRuO 3 film 14 is patterned to form the lower capacitor electrode 14. Note that crystallization may be performed after patterning.

次に図5(c)に示すように、キャパシタ絶縁膜15となるアモルファスの(Ba,Sr)TiO3 膜をCVD法で全面に堆積した後、これを熱処理することによって単結晶の(Ba,Sr)TiO3 からなるキャパシタ絶縁膜15を形成する。 Next, as shown in FIG. 5C, an amorphous (Ba, Sr) TiO 3 film to be the capacitor insulating film 15 is deposited on the entire surface by the CVD method, and then heat-treated to form a single crystal (Ba, A capacitor insulating film 15 made of Sr) TiO 3 is formed.

最後に、同図(c)に示すように、上部キャパシタ電極16となるアモルファスのSrRuO3 膜をCVD法で全面に堆積し、続いてこのアモルファスのSrRuO3 膜を熱処理して結晶化した後、これをパターニングすることによって単結晶のSrRuO3 からなる上部キャパシタ電極16を形成して、DRAMメモリが完成する。 Finally, as shown in FIG. 6C, an amorphous SrRuO 3 film to be the upper capacitor electrode 16 is deposited on the entire surface by the CVD method, and then this amorphous SrRuO 3 film is crystallized by heat treatment. By patterning this, the upper capacitor electrode 16 made of single crystal SrRuO 3 is formed, and the DRAM memory is completed.

本実施形態でも第1の実施形態と同様な効果が得られ、さらに本実施形態によれば、SiN膜12、第3層間絶縁膜13を形成しないので、第1の実施形態に比べて、プロセスの簡略化を図れるようになる。   In the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, according to the present embodiment, the SiN film 12 and the third interlayer insulating film 13 are not formed, so that the process is compared with the first embodiment. Can be simplified.

(第3の実施形態)
図6は、本発明の第3の実施形態に係るDRAMメモリセルの製造方法を示す工程断面図である。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a process sectional view showing a method of manufacturing a DRAM memory cell according to the third embodiment of the present invention.

本実施形態の製造方法が第1の実施形態のそれと異なるのは、図2(c)の工程よりも後工程である。本実施形態でも、SiN膜12、第3層間絶縁膜13は形成しない
すなわち、図2(c)の工程に続いて、図6(a)に示すように、下部キャパシタ電極となるアモルファスのSrRuO3 膜14を、基板温度400〜500℃、成膜圧力1Pa以下、Ru(THD)3 とSr(THD)2 とO2 を用いたCVD法により形成する。
The manufacturing method of this embodiment is different from that of the first embodiment in a post-process than the process of FIG. Also in this embodiment, the SiN film 12 and the third interlayer insulating film 13 are not formed. That is, following the step of FIG. 2C, as shown in FIG. 6A, amorphous SrRuO 3 serving as a lower capacitor electrode is formed. The film 14 is formed by a CVD method using Ru (THD) 3 , Sr (THD) 2 and O 2 at a substrate temperature of 400 to 500 ° C., a film forming pressure of 1 Pa or less.

このとき、成膜圧力が1Pa以下という十分に低い圧力であることから、SrRuO3 膜14はSrRuO3 膜11から成長するので、同図(a)に示すように、SrRuO3 膜14はプラグ電極10およびその周囲上のみに選択的に形成される。この後、400〜500℃、2〜10時間の熱処理によって、アモルファスのSrRuO3 14を結晶化する。 At this time, since the deposition pressure is a sufficiently low pressure of 1 Pa or less, the SrRuO 3 film 14 grows from the SrRuO 3 film 11, so that the SrRuO 3 film 14 is plug electrode as shown in FIG. 10 and only on its periphery. Thereafter, amorphous SrRuO 3 14 is crystallized by heat treatment at 400 to 500 ° C. for 2 to 10 hours.

次に図6(b)に示すように、キャパシタ絶縁膜15となるアモルファスの(Ba,Sr)TiO3 膜をCVD法で全面に堆積した後、これを熱処理することによって単結晶の(Ba,Sr)TiO3 からなるキャパシタ絶縁膜15を形成する。 Next, as shown in FIG. 6B, after an amorphous (Ba, Sr) TiO 3 film to be the capacitor insulating film 15 is deposited on the entire surface by the CVD method, this is heat-treated to thereby form a single crystal (Ba, A capacitor insulating film 15 made of Sr) TiO 3 is formed.

最後に、同図(b)に示すように、上部キャパシタ電極16となるアモルファスのSrRuO3 膜をCVD法で全面に堆積し、続いてアモルファスのSrRuO3 膜を熱処理して結晶化した後、これをパターニングすることによって単結晶のSrRuO3 からなる上部キャパシタ電極16を形成して、DRAMメモリが完成する。 Finally, as shown in FIG. 4B, an amorphous SrRuO 3 film to be the upper capacitor electrode 16 is deposited on the entire surface by the CVD method, and then the amorphous SrRuO 3 film is crystallized by heat treatment. Then, the upper capacitor electrode 16 made of single-crystal SrRuO 3 is formed, thereby completing the DRAM memory.

本実施形態でも第1の実施形態と同様な効果が得られ、さらに本実施形態によれば、SiN膜12、第3層間絶縁膜13を形成しないので、第1の実施形態に比べて、プロセスの簡略化を図れるようになる。   In the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, according to the present embodiment, the SiN film 12 and the third interlayer insulating film 13 are not formed, so that the process is compared with the first embodiment. Can be simplified.

また、本実施形態のように、SrRuO3 膜を選択的に成長させることによって下部キャパシタ電極14を形成する場合には、キャパシタの配置を図7に示すような1/4ピッチにすることで、キャパシタの配列を細密にすることができるようになる。 Further, in the case where the lower capacitor electrode 14 is formed by selectively growing the SrRuO 3 film as in the present embodiment, the capacitor is arranged at a ¼ pitch as shown in FIG. The capacitor arrangement can be made fine.

(第4の実施形態)
本実施形態のDRAMセルが第1の実施形態のそれと構造上異なる点は、プラグ電極10の表面中央部の窪み内部をSrRuO3 膜11で埋め込む代わりに、SrRuO3 と格子定数の近い単結晶のPt膜で埋め込んだことにある。
(Fourth embodiment)
The DRAM cell of the present embodiment is structurally different from that of the first embodiment in that a single crystal having a lattice constant close to that of SrRuO 3 is used instead of embedding the inside of the recess at the center of the surface of the plug electrode 10 with the SrRuO 3 film 11. This is because it is embedded with a Pt film.

また、プロセス的に異なる点は、図2(c)の工程で窪み内部に単結晶のSrRuO3 膜11を形成する代わりに、スパッタ法またはCVD法でアモルファスPt膜を全面に堆積し、続いて窪み外部の余剰なアモルファスPt膜をCMP法で除去した後、700℃以上の熱処理によって窪み内部のPt膜のPt粒成長を促進させ、単結晶Pt膜を形成することである。 Further, the process is different in that an amorphous Pt film is deposited on the entire surface by sputtering or CVD instead of forming the single crystal SrRuO 3 film 11 inside the recess in the step of FIG. After removing the excess amorphous Pt film outside the depression by the CMP method, the Pt grain growth of the Pt film inside the depression is promoted by a heat treatment at 700 ° C. or more to form a single crystal Pt film.

本実施形態でも第1の実施形態と同様な効果が得られ、またCMP工程と熱処理工程の順序や、窪み中の結晶粒の数、その他の種々の変形が第1の実施形態と同様に可能である。   In this embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained, and the order of the CMP process and the heat treatment process, the number of crystal grains in the recess, and other various modifications are possible as in the first embodiment. It is.

また、第2および第3の実施形態のDRAMセルにおいて、SrRuO3 膜11を単結晶Pt膜に置き換えても同様な効果が得られる。 In the DRAM cells of the second and third embodiments, the same effect can be obtained even if the SrRuO 3 film 11 is replaced with a single crystal Pt film.

(第5の実施形態)
本実施形態のDRAMセルが第1の実施形態のそれと構造上異なる点は、プラグ電極10の表面中央部の窪み内部をSrRuO3 膜11で埋め込む代わりに、SrRuO3 と同じペロブスカイト構造を有する単結晶SrTiO3 膜で埋め込んだことにある。
(Fifth embodiment)
The DRAM cell of this embodiment is structurally different from that of the first embodiment in that a single crystal having the same perovskite structure as that of SrRuO 3 is used instead of embedding a recess at the center of the surface of the plug electrode 10 with the SrRuO 3 film 11. This is because it is embedded with a SrTiO 3 film.

また、プロセス的に異なる点は、図2(c)の工程で窪み内部に単結晶のSrRuO3 膜11を形成する代わりに、基板温度300〜400℃、Ti(t−OBu)2 (THD)2 とSr(THD)2 とO2 との混合ガスを用いたCVD法でアモルファスSrTiO3 膜を全面に堆積し、続いて窪み外部の余剰なアモルファスSrTiO3 膜をCMP法で除去した後、600℃以上の熱処理によって窪み内部のアモルファスSrTiO3 膜を結晶化することである。 Moreover, the different points in the process, instead of forming a SrRuO 3 film 11 of single crystal inside recess in the step of FIG. 2 (c), the substrate temperature 300~400 ℃, Ti (t-OBu ) 2 (THD) An amorphous SrTiO 3 film is deposited on the entire surface by a CVD method using a mixed gas of 2 , Sr (THD) 2 and O 2, and then the excess amorphous SrTiO 3 film outside the depression is removed by the CMP method, and then 600 It is to crystallize the amorphous SrTiO 3 film inside the depression by a heat treatment at a temperature of 0 ° C. or higher.

本実施形態では、単結晶化の核として絶縁膜である単結晶SrTiO3 膜を用いているが、単結晶SrTiO3 膜はプラグ電極10の中央部にのみしか存在しないので、下部キャパシタ電極14とプラグ電極10とを電気的に接続することができる。 In the present embodiment, a single crystal SrTiO 3 film, which is an insulating film, is used as the nucleus for single crystallization. However, since the single crystal SrTiO 3 film exists only in the central portion of the plug electrode 10, The plug electrode 10 can be electrically connected.

また、単結晶化の核はSrTiO3 膜に限定されず、BaTiO3 膜や(Ba,Sr)TiO3 膜等の他のペロブスカイト構造を有する絶縁膜も結晶化の核として用いることができる。 Further, the single crystallization nucleus is not limited to the SrTiO 3 film, and an insulating film having another perovskite structure such as a BaTiO 3 film or a (Ba, Sr) TiO 3 film can also be used as the crystallization nucleus.

また、単結晶化されたSrTiO3 膜の最表面はエネルギー的に最も安定な表面であることから、その上の単結晶SrRuO3 からなる下部キャパシタ電極14の基板方位に対する配向性が揃い、その結果としてキャパシタ特性のセル依存性をなくすことができる。 Further, since the outermost surface of the single crystallized SrTiO 3 film is the most stable surface energy, orientation is aligned to the substrate orientation of the lower capacitor electrode 14 made of single-crystal SrRuO 3 thereon, as a result As a result, the cell dependence of the capacitor characteristics can be eliminated.

本実施形態でも第1の実施形態と同様な効果が得られ、またCMP工程と熱処理工程の順序や、窪み中の結晶粒の数、その他の種々の変形が第1の実施形態と同様に可能である。   In this embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained, and the order of the CMP process and the heat treatment process, the number of crystal grains in the recess, and other various modifications are possible as in the first embodiment. It is.

また、第2および第3の実施形態のDRAMセルにおいて、SrRuO3 膜11を単結晶SrTiO3 膜等のペロブスカイト構造を有する絶縁膜に置き換えても同様な効果が得られる。 In the DRAM cells of the second and third embodiments, the same effect can be obtained even if the SrRuO 3 film 11 is replaced with an insulating film having a perovskite structure such as a single crystal SrTiO 3 film.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、キャパシタ絶縁膜の材料として(Ba,Sr)TiO3 を用いた場合について説明したが、SrTiO3 、BaTiO3 、PbTiO3 、Bi4 Ti312、SrBi2 Ta29 、Pb(Zr,Ti)O3 、(Pb,La)(Zr,Ti)O3 等の他の絶縁材料を用いても同様な効果が得られる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the above embodiment, materials as (Ba, Sr) of the capacitor insulating film has been described using a TiO 3, SrTiO 3, BaTiO 3 , PbTiO 3, Bi 4 Ti 3 O 12, SrBi 2 Ta 2 O 9 , the same effect can be obtained by using other insulating materials such as Pb (Zr, Ti) O 3 and (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 .

また、上記実施形態では、DRAMメモリセルのキャパシタの場合について説明したが、本発明はFRAMメモリセルのキャパシタ等の他のキャパシタにも適用できる。   In the above embodiments, the case of a capacitor of a DRAM memory cell has been described. However, the present invention can also be applied to other capacitors such as a capacitor of an FRAM memory cell.

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。   In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の第1の実施形態に係るDRAMセルを示す断面図Sectional drawing which shows the DRAM cell which concerns on the 1st Embodiment of this invention 図1のDRAMメモリセルの製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the DRAM memory cell of FIG. 図2に続く同DRAMメモリセルの製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the DRAM memory cell following FIG. 図1のDRAMメモリセルの変形例を示す断面図Sectional drawing which shows the modification of the DRAM memory cell of FIG. 本発明の第2の実施形態に係るDRAMメモリセルの製造方法を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacturing method of the DRAM memory cell based on the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第3の実施形態に係るDRAMメモリセルの製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the DRAM memory cell based on the 3rd Embodiment of this invention 同DRAMメモリセルのキャパシタの配置を示す平面図Plan view showing the arrangement of capacitors of the DRAM memory cell 従来のキャパシタの電極材料としてSrRuO3 を用いたDRAMメモリセルの製造方法を示す工程断面図Sectional views illustrating a method of manufacturing the DRAM memory cell using a SrRuO 3 as an electrode material of a conventional capacitor 従来のSrRuO3 膜を単結晶化の方法を示す工程断面図Sectional views illustrating a conventional SrRuO 3 film methods monocrystallization 従来の上部キャパシタ電極としてのSrRuO3 膜の単結晶化の方法の問題点を説明するための断面図Sectional view for explaining a problem of the method of the single crystal of the SrRuO 3 film as a conventional upper capacitor electrode 余剰なRu膜をCMP法またはRIE法により除去する工程を示す断面図Sectional drawing which shows the process of removing excess Ru film | membrane by CMP method or RIE method

符号の説明Explanation of symbols

1,71…pタイプSi基板、2,72…素子分離領域、3,73…ゲート絶縁膜、4,74…ゲート電極(ワード線)、5,75…n+ 型ドレイン拡散層、6,76…n+ 型ソース拡散層、7,77…第1層間絶縁膜、8,78…ビット線、9,79…第2層間絶縁膜、10,82…プラグ電極、11…SrRuO3 膜、12,83…SiN膜、13…第3層間絶縁膜、14,85…SrRuO3 膜(下部キャパシタ電極)、15,86…(Ba,Sr)TiO3 膜(キャパシタ絶縁膜)、16,87…SrRuO3 膜(上部キャパシタ電極)、80…Ti膜、81…TiN膜、84…第3層間絶縁膜。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,71 ... p-type Si substrate, 2,72 ... Element isolation region, 3,73 ... Gate insulating film, 4,74 ... Gate electrode (word line), 5,75 ... N <+> type | mold drain diffusion layer, 6,76 ... n + -type source diffusion layer, 7,77 ... first interlayer insulating film, 8,78 ... bit lines, 9,79 ... second interlayer insulating film, 10,82 ... plug electrode, 11 ... SrRuO 3 film, 12, 83 ... SiN film, 13 ... third interlayer insulating film, 14,85 ... SrRuO 3 film (lower capacitor electrode), 15,86 ... (Ba, Sr ) TiO 3 film (capacitor insulating film), 16,87 ... SrRuO 3 Film (upper capacitor electrode), 80 ... Ti film, 81 ... TiN film, 84 ... third interlayer insulating film.

Claims (2)

半導体基板上に形成され、ペロブスカイト構造を有する導電膜からなる下部キャパシタ電極と、
この下部キャパシタ電極上に形成され、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物誘電体膜からなるキャパシタ絶縁膜と、
このキャパシタ絶縁膜上に形成された上部キャパシタ電極と、
前記下部キャパシタ電極と前記半導体基板とを接続し、ルテニウムからなるプラグ電極と
を具備してなることを特徴とする半導体装置。
A lower capacitor electrode formed on a semiconductor substrate and made of a conductive film having a perovskite structure;
A capacitor insulating film formed on the lower capacitor electrode and made of a metal oxide dielectric film having a perovskite structure;
An upper capacitor electrode formed on the capacitor insulating film;
A semiconductor device comprising: the lower capacitor electrode and the semiconductor substrate; and a plug electrode made of ruthenium.
前記導電膜はSrRuO3 膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive film is a SrRuO 3 film.
JP2006294672A 2006-10-30 2006-10-30 Semiconductor device Pending JP2007067433A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006294672A JP2007067433A (en) 2006-10-30 2006-10-30 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006294672A JP2007067433A (en) 2006-10-30 2006-10-30 Semiconductor device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04798199A Division JP4080624B2 (en) 1999-02-25 1999-02-25 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007067433A true JP2007067433A (en) 2007-03-15

Family

ID=37929196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006294672A Pending JP2007067433A (en) 2006-10-30 2006-10-30 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007067433A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7244982B2 (en) Semiconductor device using a conductive film and method of manufacturing the same
JP4088052B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JPH10144884A (en) Semiconductor device and fabrication thereof
JPH11502376A (en) Barrier layer for ferroelectric capacitors integrated on silicon
JP2008227216A (en) Ferroelectric capacitor and manufacturing method thereof
JP2009212448A (en) Semiconductor memory, and method of manufacturing the same
JPH11274433A (en) Semiconductor storage device and its manufacture
JPH08227980A (en) Semiconductor device and fabrication of the same
US6297085B1 (en) Method for manufacturing ferroelectric capacitor and method for manufacturing ferroelectric memory
JP4105656B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2006310637A (en) Semiconductor device
JP2000349257A (en) Thin-film capacitor and manufacture thereof
JP3684059B2 (en) Semiconductor device
JP4080624B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6723612B2 (en) Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same
JP3212194B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2004128406A (en) Semiconductor device, and manufacturing method thereof
JP2001085642A (en) Semiconductor device and fabrication method thereof
JP2007067433A (en) Semiconductor device
JP2009105223A (en) Semiconductor device, and its manufacturing method
JP2006147935A (en) Semiconductor device
JP2000022109A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JP2005197579A (en) Semiconductor memory device
JP2002289809A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
KR100846366B1 (en) Ferroelectric Ramdom Access Memory and Method for fabricating the same

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090806

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090811

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091208