JP2007165439A - Ferroelectric memory, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強誘電体キャパシタを有する強誘電体メモリの製造方法とこれによって得られる強誘電体メモリに関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor and a ferroelectric memory obtained thereby.
強誘電体メモリは、一対の電極間に、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の強誘電体材料からなる強誘電体層が挟持されてなる強誘電体メモリ素子を複数有した構造となっている。
強誘電体メモリの製造方法としては、シリコン基板上にトランジスタ等を形成し、該トランジスタを第1層間絶縁膜で覆って、前記トランジスタに電気的に接続するプラグを前記第1層間絶縁膜に形成したコンタクトホール内に埋め込む。そして、このプラグを介して強誘電体キャパシタを形成した後、強誘電体キャパシタを覆って第2層間絶縁膜を形成し、該第2層間絶縁膜に前記強誘電体キャパシタを露出させるコンタクトホールを形成し、該コンタクトホール内にタングステン等からなるプラグを埋め込んでいる。
A ferroelectric memory has a structure in which a plurality of ferroelectric memory elements are formed by sandwiching a ferroelectric layer made of a ferroelectric material such as PZT (lead zirconate titanate) between a pair of electrodes. ing.
As a method for manufacturing a ferroelectric memory, a transistor or the like is formed on a silicon substrate, the transistor is covered with a first interlayer insulating film, and a plug electrically connected to the transistor is formed in the first interlayer insulating film. Embedded in the contact hole. Then, after forming a ferroelectric capacitor through the plug, a second interlayer insulating film is formed to cover the ferroelectric capacitor, and a contact hole for exposing the ferroelectric capacitor to the second interlayer insulating film is formed. A plug made of tungsten or the like is buried in the contact hole.
しかしながら、上記の製造工程では、強誘電体キャパシタを覆う第2層間絶縁膜の形成工程あるいはドライエッチングによる工程で水素が発生し、前記強誘電体層が水素雰囲気(還元性雰囲気)に曝されてしまう。一般に前記強誘電体層は金属酸化物からなるものであるため、水素雰囲気に曝されると前記強誘電体層を構成している酸化物が水素によって還元されてしまい、強誘電体層がダメージを受けて強誘電体メモリの特性が劣化してしまう。 However, in the above manufacturing process, hydrogen is generated in the process of forming the second interlayer insulating film covering the ferroelectric capacitor or the process by dry etching, and the ferroelectric layer is exposed to a hydrogen atmosphere (reducing atmosphere). End up. In general, since the ferroelectric layer is made of a metal oxide, the oxide constituting the ferroelectric layer is reduced by hydrogen when exposed to a hydrogen atmosphere, and the ferroelectric layer is damaged. As a result, the characteristics of the ferroelectric memory deteriorate.
このような水素によるダメージを防止する策として、前記強誘電体キャパシタを層間絶縁膜で覆って、該層間絶縁膜上に水素バリア膜、さらに該水素バリア膜を覆って再度層間絶縁膜を設ける方法が知られている。しかしながら、強誘電体キャパシタ形成後の工程中で生じる熱により前記層間絶縁膜中から脱離した水素、水分等の残留ガス成分によって強誘電体メモリが劣化されるといった問題がある。
そこで、強誘電体キャパシタの上下に水素バリア膜を設けることにより、上述した残留ガスが強誘電体層に入り込むのを防止し、製造工程時の強誘電体メモリの特性劣化を抑える技術がある(例えば、特許文献1参照)。
Therefore, there is a technique for preventing the residual gas described above from entering the ferroelectric layer by providing hydrogen barrier films on the upper and lower sides of the ferroelectric capacitor and suppressing deterioration of the characteristics of the ferroelectric memory during the manufacturing process ( For example, see Patent Document 1).
ところで、上記強誘電体キャパシタは、エッチングによるパターニングによって形成されている。
しかしながら、一般的に強誘電体キャパシタを形成する際に行われるエッチングは、オーバーエッチとなるため、前記強誘電体キャパシタの下側に設けられている水素バリア膜もエッチングされてしまう。そのため、前記水素バリア膜を残した状態で前記エッチングを行うのが非常に難しくなり、製造工程に起因する強誘電体メモリの特性劣化を十分に防止することができないといった問題がある。
By the way, the ferroelectric capacitor is formed by patterning by etching.
However, etching generally performed when forming a ferroelectric capacitor is overetching, so that the hydrogen barrier film provided on the lower side of the ferroelectric capacitor is also etched. Therefore, it is very difficult to perform the etching with the hydrogen barrier film left, and there is a problem that the characteristic deterioration of the ferroelectric memory due to the manufacturing process cannot be sufficiently prevented.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、簡便な工程により、上述した製造工程中に発生した水素等の残留ガスに起因する特性劣化を確実に防止する、強誘電体メモリの製造方法、及び強誘電体メモリを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a ferroelectric memory that reliably prevents characteristic deterioration due to residual gas such as hydrogen generated during the above-described manufacturing process by a simple process. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a ferroelectric memory.
本発明の強誘電体メモリの製造方法は、基体に形成された駆動素子部と、該駆動素子部上に層間絶縁膜を介して配設された、下部電極及び上部電極とこれら一対の電極間に挟持された強誘電体層とからなる強誘電体キャパシタと、を備えた強誘電体メモリの製造方法において、前記基体に形成された駆動素子部を覆って第1絶縁膜を設ける工程と、該第1絶縁膜に第1コンタクトホールを形成するとともに、該第1コンタクトホール内に第1導電部を設ける工程と、前記第1絶縁膜上に、前記第1導電部を露出させる第1水素バリア膜を設ける工程と、前記第1導電部に接続するようにして、前記第1水素バリア膜上に前記強誘電体キャパシタの前駆体層を設ける工程と、少なくとも前記第1絶縁膜に到達するまで前記前駆体層をエッチングし、前記第1導電部上を除く底面が前記第1水素バリア膜によって覆われてなる強誘電体キャパシタを形成する工程と、該強誘電体キャパシタの上面及び側面を覆うようにして、前記第1絶縁膜上に第2水素バリア膜を設ける工程と、該第2水素バリア膜を設けた後、前記強誘電体キャパシタを覆って第2絶縁膜を設ける工程と、前記第2絶縁膜及び前記第2水素バリア膜に前記上部電極を露出させる第2コンタクトホールを形成し、該第2コンタクトホール内に第2導電部を設ける工程と、を備えたことを特徴とする。 A method for manufacturing a ferroelectric memory according to the present invention includes a drive element unit formed on a base, a lower electrode and an upper electrode disposed on the drive element unit via an interlayer insulating film, and a pair of these electrodes. In a method for manufacturing a ferroelectric memory comprising a ferroelectric capacitor comprising a ferroelectric layer sandwiched between the first and second layers, a step of providing a first insulating film so as to cover the drive element portion formed on the substrate; Forming a first contact hole in the first insulating film and providing a first conductive portion in the first contact hole; and a first hydrogen for exposing the first conductive portion on the first insulating film. A step of providing a barrier film; a step of providing a precursor layer of the ferroelectric capacitor on the first hydrogen barrier film so as to be connected to the first conductive portion; and at least reaching the first insulating film Etching the precursor layer until Forming a ferroelectric capacitor in which a bottom surface excluding the top of the first conductive portion is covered with the first hydrogen barrier film; and covering the top surface and the side surface of the ferroelectric capacitor. A step of providing a second hydrogen barrier film on the insulating film; a step of providing a second insulating film so as to cover the ferroelectric capacitor after providing the second hydrogen barrier film; and Forming a second contact hole that exposes the upper electrode in the hydrogen barrier film, and providing a second conductive portion in the second contact hole.
本発明の強誘電体メモリの製造方法によれば、駆動素子部に導通する第1導電部を露出させた状態に第1水素バリア膜を形成し、該第1水素バリア膜上に設けた強誘電体キャパシタの前駆体層をエッチングしているので、強誘電体キャパシタの底面側は前記第1導電部との接続部分以外が前記第1水素バリア膜によって覆われた状態に形成される。
そして、前記強誘電体キャパシタの上面及び側面を覆って第2水素バリア膜を設け、上面、側面、及び底面が水素バリア膜で覆われた前記強誘電体キャパシタとすることで、第2絶縁膜の形成時、又は前記第2絶縁膜に第2コンタクトホールを形成する際などに発生する水素(還元性雰囲気)によるダメージを防止できる。
また、前駆体層のエッチング工程においては、少なくとも第1絶縁膜まで達すればよく、したがってオーバーエッチングが許容されていることから、エッチング条件の厳密な制御が不要となってエッチング工程を簡略化でき、マージンの高い安定性の高い製造方法となる。
よって、製造工程中の強誘電体キャパシタへのダメージによる特性劣化が防止された、高い信頼性及び生産性を有した強誘電体メモリを提供することができる。
According to the method for manufacturing a ferroelectric memory of the present invention, the first hydrogen barrier film is formed in a state where the first conductive portion that is conductive to the drive element portion is exposed, and the strong resistance provided on the first hydrogen barrier film is provided. Since the precursor layer of the dielectric capacitor is etched, the bottom surface side of the ferroelectric capacitor is formed in a state where the portion other than the connection portion with the first conductive portion is covered with the first hydrogen barrier film.
Then, a second hydrogen barrier film is provided so as to cover the upper surface and the side surface of the ferroelectric capacitor, and the second insulating film is formed by forming the ferroelectric capacitor in which the upper surface, the side surface, and the bottom surface are covered with the hydrogen barrier film. Damage due to hydrogen (reducing atmosphere) generated when forming the second contact hole in the second insulating film or the like can be prevented.
Further, in the etching process of the precursor layer, it is sufficient to reach at least the first insulating film, and therefore over-etching is allowed, so that it is not necessary to strictly control the etching conditions, and the etching process can be simplified. It becomes a highly stable manufacturing method with a high margin.
Therefore, it is possible to provide a ferroelectric memory having high reliability and productivity in which characteristic deterioration due to damage to the ferroelectric capacitor during the manufacturing process is prevented.
また、前記強誘電体メモリの製造方法においては、前記第1水素バリア膜を、水素バリア性を有した酸化物によって形成するるのが好ましい。
このようにすれば、水素バリア膜の導電性の有無に関わらず、強誘電体キャパシタの下面側からの水素によるダメージを確実に防止できる。また、前記第1導電部と前記下部電極との接続部における第1水素バリア膜が除去されているので、例えば前記第1水素バリア膜として導電性を有するIr酸化物からなるものを用いた場合でも、前記第1導電部が酸化されて導通性が低下するといった不具合が防止される。
In the method for manufacturing a ferroelectric memory, it is preferable that the first hydrogen barrier film is formed of an oxide having a hydrogen barrier property.
In this way, damage due to hydrogen from the lower surface side of the ferroelectric capacitor can be reliably prevented regardless of the conductivity of the hydrogen barrier film. In addition, since the first hydrogen barrier film at the connection portion between the first conductive portion and the lower electrode is removed, for example, when the first hydrogen barrier film is made of a conductive Ir oxide However, it is possible to prevent such a problem that the first conductive portion is oxidized and the conductivity is lowered.
本発明の強誘電体メモリは、基体に形成された駆動素子部と、該駆動素子部上に層間絶縁膜を介して配設された、下部電極及び上部電極とこれら一対の電極間に挟持された強誘電体層とからなる強誘電体キャパシタと、を備えた強誘電体メモリにおいて、前記層間絶縁膜には、前記駆動素子部と前記強誘電体キャパシタの下部電極とを電気的に接続する第1導電部が形成され、前記層間絶縁膜と前記強誘電体キャパシタの下部電極との間には、前記第1導電部上を除く部位に第1水素バリア膜が設けられ、前記強誘電体キャパシタの上部電極には前記第2導電部が接続され、前記強誘電体キャパシタの上面及び側面は、前記上部電極と第2導電部との接続部分を除いて、第2水素バリア膜で覆われていることを特徴とする。 The ferroelectric memory of the present invention is sandwiched between a pair of electrodes and a driving element section formed on a base, and a lower electrode and an upper electrode disposed on the driving element section via an interlayer insulating film. In the ferroelectric memory comprising the ferroelectric capacitor comprising the ferroelectric layer, the drive element portion and the lower electrode of the ferroelectric capacitor are electrically connected to the interlayer insulating film. A first conductive portion is formed, and a first hydrogen barrier film is provided between the interlayer insulating film and the lower electrode of the ferroelectric capacitor except for the portion on the first conductive portion. The second conductive portion is connected to the upper electrode of the capacitor, and the upper surface and side surfaces of the ferroelectric capacitor are covered with a second hydrogen barrier film except for the connection portion between the upper electrode and the second conductive portion. It is characterized by.
本発明の強誘電体メモリによれば、第1導電部上を除く部位に第1水素バリア膜が設けられた下部電極を備えているので、例えば駆動素子部に導通する第1導電部を露出させた状態に第1水素バリア膜を形成し、前駆体層に対して少なくとも層間絶縁膜まで到達するオーバーエッチングを行うことで、前記強誘電体キャパシタを形成している。このように、オーバーエッチングを許容することで、エッチング条件を厳密に設定することがなくなってエッチング工程が簡略化され、エッチング時のマージンを大きく取ることができ、安定性の高いエッチング工程となる。
また、例えば前記強誘電体キャパシタを覆って第2層間絶縁膜を設ける場合にも、上面、側面、及び底面が第1及び第2水素バリア膜によって覆われているので、第2層間絶縁膜の形成時、又は前記第2層間絶縁膜に第2導電部を形成する際のコンタクトホール形成時に発生する水素(還元性雰囲気)によるダメージを防止できる。
このようにして形成された本発明の強誘電体メモリは、製造工程中等の水素によるダメージが無く特性の劣化が防止されたものとなっているので、信頼性の高いものとなる。
According to the ferroelectric memory of the present invention, since the lower electrode provided with the first hydrogen barrier film is provided at a portion other than the first conductive portion, for example, the first conductive portion conducting to the drive element portion is exposed. In this state, the first hydrogen barrier film is formed, and the ferroelectric capacitor is formed by performing over-etching that reaches at least the interlayer insulating film with respect to the precursor layer. In this way, by allowing over-etching, the etching conditions are not strictly set, the etching process is simplified, a large margin can be obtained during etching, and the etching process is highly stable.
Further, for example, when the second interlayer insulating film is provided to cover the ferroelectric capacitor, the top surface, the side surface, and the bottom surface are covered with the first and second hydrogen barrier films. It is possible to prevent damage due to hydrogen (reducing atmosphere) generated during formation or contact hole formation when forming the second conductive portion in the second interlayer insulating film.
The ferroelectric memory of the present invention formed in this way is highly reliable because it is not damaged by hydrogen during the manufacturing process and the like, and the deterioration of characteristics is prevented.
また、前記強誘電体メモリにおいては、前記層間絶縁膜の、前記強誘電体キャパシタに覆われることなく露出した表面には、前記第2水素バリア膜が設けられているのが好ましい。
このようにすれば、前記露出した層間絶縁膜を覆って第2水素バリア膜を設けたことで、例えば層間絶縁膜中に含まれる水素を第2水素バリア膜によって2重にバリアした状態となっているので、前記強誘電体キャパシタが水素雰囲気に曝されるのをより良好に防止したものとなる。
In the ferroelectric memory, it is preferable that the second hydrogen barrier film is provided on a surface of the interlayer insulating film exposed without being covered with the ferroelectric capacitor.
In this case, by providing the second hydrogen barrier film so as to cover the exposed interlayer insulating film, for example, the hydrogen contained in the interlayer insulating film is double-barrier by the second hydrogen barrier film. Therefore, the ferroelectric capacitor is better prevented from being exposed to a hydrogen atmosphere.
以下に、本発明の強誘電体メモリの製造方法、及び強誘電体メモリの一実施形態について説明する。
はじめに、本発明の強誘電体メモリの一実施形態について説明する。
A ferroelectric memory manufacturing method and a ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention will be described below.
First, an embodiment of a ferroelectric memory according to the present invention will be described.
図1は、本実施形態に係る強誘電体メモリの概略構成を示す側断面図であり、図中符号1は強誘電体メモリである。この強誘電体メモリ1は、DRAMセルと同様に、蓄積容量に情報としての電荷をため込む構造を有したもので、強誘電体キャパシタ2と、この強誘電体キャパシタ2を動作させるための駆動トランジスタ(駆動素子部)3とを備えて構成されたもので、前記駆動トランジスタ3を基体4に形成したものである。
図1に示すように、前記強誘電体キャパシタ2は、上部電極10及び下部電極8からなる一対の電極間に強誘電体層9が挟持されてなるものである。
FIG. 1 is a side sectional view showing a schematic configuration of a ferroelectric memory according to the present embodiment. Reference numeral 1 in the drawing denotes a ferroelectric memory. Similar to the DRAM cell, this ferroelectric memory 1 has a structure in which a charge as information is stored in a storage capacitor. A
As shown in FIG. 1, the
基体4は、シリコン基板5を備えて構成されたもので、シリコン基板5の表層部には、駆動トランジスタ3が形成されている。この駆動トランジスタ3としては、公知の構成が適用でき、例えば薄膜トランジスタ(TFT)、あるいはMOSFETを用いることができる。図示の例ではMOSFETを用いており、ソース領域SR、ドレイン領域DRとチャネル領域(図示せず)とが形成され、さらにチャネル領域上にはゲート絶縁膜を介してゲート電極3aが形成されている。
The
このような構成により、前記の駆動トランジスタ3は基体4に形成されたものとなっている。ここで、本実施形態に係る強誘電体メモリ1は、メモリセルが1つのトランジスタと1つの強誘電体キャパシタとを有する、いわゆる1T1C方式と呼ばれるものである。そして、各メモリセルは、各強誘電体キャパシタ2に対応する駆動トランジスタ3は、シリコン基板5に形成された、図示されないLOCOSあるいはトレンチアイソレーションなどの素子分離領域によって分離されている。
With this configuration, the
また、この基体4には、駆動トランジスタ3を覆ってシリコン基板5上に第1層間絶縁膜6が形成されている。第1層間絶縁膜6は、酸化珪素(SiO2)からなるもので、必要に応じてCMP(化学的機械的研磨処理)等によって平坦化されたものである。
Further, a first interlayer
そして、前記第1層間絶縁膜6が形成されてなる基体4の上には、前記したように強誘電体キャパシタ2が形成されている。
強誘電体キャパシタ2は、上述したように第1層間絶縁膜6上に形成された前記下部電極8と、この下部電極8上に形成された前記強誘電体層9と、強誘電体層9上に形成された前記上部電極10と、からなるスタック型ものである。下部電極8及び上部電極10は、白金(Pt)やイリジウム(Ir)、酸化イリジウム(IrO2)等によって形成されており、強誘電体層9は、Pb(Zr、Ti)O3(PZT)や(Pb、La)(Zr、Ti)O3(PLZT)、さらに、これら材料にニオブ(Nb)等の金属が加えられたものなどによって形成されている。
The
As described above, the
ここで、前記下部電極8の底部には、前記第1層間絶縁膜6を貫通した状態に形成されたコンタクトホールが通じている。
具体的には、前記第1層間絶縁膜6には、複数の第1コンタクトホール11が形成されており、これら第1コンタクトホール11内には、タングステン(W)等からなる第1プラグ(第1導電部)12が埋設されている。ここで、第1コンタクトホール11は、前記駆動トランジスタ3のドレイン領域DRに連通するキャパシタ用コンタクトホール11aと、前記駆動トランジスタ3のソース領域SRに通じる下地用コンタクトホール11bとからなっている。
Here, a contact hole formed so as to penetrate through the first
Specifically, a plurality of first contact holes 11 are formed in the first
そして、このような構成によって下部電極8は、キャパシタ用コンタクトホール11a内に形成されたプラグ12に接続されている。そして、前記第1プラグ12は前記駆動トランジスタ3におけるドレイン領域DRに接続しており、これによって強誘電体キャパシタ2を駆動トランジスタ3によって動作させるようになっている。
With such a configuration, the
また、前記強誘電体キャパシタ2を覆うようにして、前記第1層間絶縁膜6上に前記第2層間絶縁膜14が設けられている。この第2層間絶縁膜14を構成する材料としては、前記第1層間絶縁膜6と同様に酸化珪素(SiO2)を用いることができる。
そして、前記第2層間絶縁膜14には、複数の第2コンタクトホール17が形成されており、これら第2コンタクトホール17内には、タングステン(W)等からなる第2プラグ(第2導電部)20が埋設されている。ここで、第2コンタクトホール17は、前記強誘電体キャパシタ2における上部電極10に連通する第2キャパシタ用コンタクトホール17aと、前記駆動トランジスタ3のソース領域SRに通じる下地用コンタクトホール11bに連通する第2下地用コンタクトホール17bとからなっている。
Further, the second
A plurality of second contact holes 17 are formed in the second
第2プラグ20は、前記第2下地用コンタクトホール17bが下地用コンタクトホール11bに連通して形成されていることにより、この下地用コンタクトホール11b内に設けられた第1プラグ12に接続し導通したものとなっている。
なお、第2プラグ20は、第2層間絶縁膜14上において、図示しない配線等に接続されており、これによって強誘電体キャパシタ2の上部電極10への通電や、前記駆動トランジスタ3のソース領域SR、ドレイン領域DRへの通電がなされるようになっている。
The
The
ところで、前記第1層間絶縁膜6と前記下部電極8との間には、第1水素バリア膜7が設けられている。ここで、上述したように、前記下部電極8にはプラグ12が接続されていることから、前記第1水素バリア膜7は前記第1プラグ12上を除く部位に設けられたものとなっている。
Meanwhile, a first
このような第1水素バリア膜7としては、水素バリア性を有した酸化物からなる水素バリア材料を用いることができる。具体的には、この水素バリア材料としては、アルミニウム(Al)の酸化物、チタン(Ti)の酸化物、イリジウム(Ir)の酸化物、Sr(ストロンチウム)の複合酸化物であるSrRuOx(ストロンチウムルテニウムオキサイド)等を採用することができ、本実施形態では、酸化アルミニウム(AlOx)を用いている。
As such a first
ここで、上記のIr酸化物、SrRuOxは導電性の水素バリア膜であって、上記のAl酸化物、Ti酸化物は絶縁性の水素バリア膜となる。前記第1水素バリア膜7としては、上述したように水素バリア性を有した酸化物からなるものであれば、絶縁性又は導電性のいずれであってもよい。
なお、前記第1水素バリア膜7がIr酸化物から構成された導電性を有したものである場合、前記第1水素バリア膜7と前記プラグ12を構成しているタングステン(W)が酸化されてしまい導電性が低下するといった不具合が発生するおそれがあるが、本発明では前記第1プラグ12と前記下部電極8との接続部分の前記第1水素バリア膜7を除去することで、上述したタングステンからなる第1プラグ12が酸化されるのを防止している。
Here, the Ir oxide and SrRuOx are conductive hydrogen barrier films, and the Al oxide and Ti oxide are insulating hydrogen barrier films. The first
When the first
また、第1水素バリア膜7はその厚さが5nm以上30nm以下程度に形成されている。5nm未満では第1水素バリア膜7の水素バリア効果が十分に得られなくなるおそれがあり、30nmを越えると、後述するコンタクトホール形成のためのエッチングの負荷が大きくなってしまうからである。
The first
一方、前記強誘電体キャパシタ2には、その上面(すなわち上部電極10)及び側面を覆って、第2水素バリア膜13が形成されている。なお、本実施形態では、前記強誘電体キャパシタ2に覆われることなく露出した前記第1層間絶縁膜6の表面が前記第2水素バリア膜13によって覆われたものとなっている。すなわち、前記第2層間絶縁膜14と前記強誘電体キャパシタ2及び前記第1層間絶縁膜との間には、第2水素バリア膜13が介在した状態となっている。
On the other hand, a second
なお、上述したように、前記上部電極10には、第2プラグ20が接続されていることから、前記第2水素バリア膜13は、前記上部電極10との接続部分を除いた、前記強誘電体キャパシタの上面、及び側面を覆ったものとなっている。
Note that, as described above, since the
このような第2水素バリア膜13としては、絶縁性の水素バリア膜を用いている。具体的には、上述した絶縁性を有するアルミニウム(Al)の酸化物、チタン(Ti)の酸化物を採用することができ、本実施形態では前記第1水素バリア膜7と同様に酸化アルミニウム(AlOx)を用いている。これにより上部電極10と下部電極8との間を導通させることなく、強誘電体キャパシタ2に水素バリア性を付与することができる。
As the second
第2水素バリア膜13はその厚さが20nm以上100nm以下程度に形成されている。20nm未満では第2水素バリア膜13の水素バリア効果が十分に得られなくなるおそれがあり、100nmを越えると、後述するコンタクトホール形成のためのエッチングの負荷が大きくなってしまうからである。
The second
このような構成により、強誘電体キャパシタ2は、前記第2プラグ20との接続部分を除いた上部、及び側部が前記第2水素バリア膜13によって覆われるとともに、前記第1プラグ12との接続部分を除いた下部電極8の底面が第1水素バリア膜7によって覆われたものとなっている。
With such a configuration, the
本実施形態に係る強誘電体メモリ1によれば、第1プラグ12上を除く底面に第1水素バリア膜7が設けられ、上面及び側面が第2水素バリア膜13によって覆われた強誘電体キャパシタ2を有しているので、後述するように、例えば前記強誘電体キャパシタ2を覆って第2層間絶縁膜14を設ける場合、第2層間絶縁膜14に存在する水素によって前記強誘電体キャパシタ2が劣化してしまうのを防止することができる。
したがって、本実施形態の強誘電体メモリ1は、製造工程中等の水素によるダメージが無く特性の劣化が防止されたものとなっているので、信頼性の高いものとなる。
According to the ferroelectric memory 1 according to the present embodiment, the first
Therefore, the ferroelectric memory 1 of the present embodiment is highly reliable because it is not damaged by hydrogen during the manufacturing process or the like and the deterioration of characteristics is prevented.
(強誘電体メモリの製造方法)
次に、このような構成の強誘電体メモリ1の製造方法を基に、本発明の強誘電体メモリ1の製造方法の一実施形態を説明する。
まず、図2(a)に示すように、予め公知の手法によってシリコン基板5に駆動トランジスタ3を形成し、続いて該駆動トランジスタ3を覆って第1層間絶縁膜6としてSiO2をCVD法等によって堆積する。この第1層間絶縁膜6の厚さについては、次工程で平坦化を行った際、強誘電体キャパシタ2が露出しないようにするため、1500nm程度とする。
(Manufacturing method of ferroelectric memory)
Next, an embodiment of a method for manufacturing the ferroelectric memory 1 according to the present invention will be described based on the method for manufacturing the ferroelectric memory 1 having such a configuration.
First, as shown in FIG. 2A, a
ここで、前記第1層間絶縁膜6を化学機械研磨法などによって平坦化する。このように第1層間絶縁膜6を平坦化処理することにより、特に強誘電体キャパシタ2の直上の第1層間絶縁膜6を薄厚化することができ、したがって後述する強誘電体キャパシタ2に通じる第1コンタクトホール11の形成を容易にすることができる。また、平坦化処理を化学機械研磨法で行うので、工程が比較的容易になり、処理を安定化させることができる。
Here, the first
なお、強誘電体キャパシタ2の形成に先立ち、前記第1層間絶縁膜6を形成した後、これらをエッチングして第1コンタクトホール11を形成する。
具体的には、図2(b)に示すように、公知の手法によって第1層間絶縁膜6上にレジストパターン(図示せず)を形成し、さらにこのレジストパターンをマスクにしてRIE(反応性イオンエッチング)法や、ICP(誘導結合プラズマ)によるエッチング法、ECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマによるエッチング法などでエッチングすることにより、前記駆動トランジスタ3のドレイン領域DRに連通するキャパシタ用コンタクトホール11aと、前記駆動トランジスタ3のソース領域SRに通じる下地用コンタクトホール11bとを形成する。
Prior to the formation of the
Specifically, as shown in FIG. 2B, a resist pattern (not shown) is formed on the first
そして、これら第1コンタクトホール11内に導電材料を埋め込む。この導電材料の成膜・埋め込みについては、まず、密着層としてチタン(Ti)及び窒化チタン(TiN)をスパッタ法等によって成膜し、続いてタングステン(W)を成膜することで行う。このようにして、前記第1コンタクトホール11内に導電材料を埋め込んで前記第1プラグ12を形成する。
Then, a conductive material is embedded in these first contact holes 11. The conductive material is formed / embedded by first forming titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) as an adhesion layer by a sputtering method or the like, and then forming tungsten (W). In this way, the
続いて、前記第1層間絶縁膜6上に、前記第1プラグ12を露出させる第1水素バリア膜7を設ける。
具体的には、図2(c)に示すように、AlOx等からなる第1水素バリア膜7を例えばスパッタ、CVD法により形成する。このAlOxからなる第1水素バリア膜7の厚さについては、前述したように5nm以上30nm以下程度に形成する。
その後、前記第1水素バリア膜7を公知の方法を用いてエッチングにより、前記駆動トランジスタ3のドレイン領域DRに接続する第1プラグ12の直上の部位を除去する。
Subsequently, a first
Specifically, as shown in FIG. 2C, the first
Thereafter, the first
次に、前記第1プラグ12に接続し導通するようにして、前記第1水素バリア膜7上に前記強誘電体キャパシタ2の前駆体層を設ける。
具体的には、図2(d)に示すように、前記下部電極8、前記強誘電体層9、及び前記上部電極10を構成する材料を順に成膜して積層して、前駆体層2Aを形成する。このような成膜方法としては、例えば、スピンコート法やディッピング法、スパッタ法、MOCVD法、レーザアブレーション法を挙げることができる。このとき、前記下部電極8に対応する前駆体層2Aの最下層は、上述した第1水素バリア膜7が除去されている部分において、前記第1プラグ12に導通した状態となる。
Next, a precursor layer of the
Specifically, as shown in FIG. 2 (d), the materials constituting the
次いで、前記前駆体層2Aをエッチングによってパターニングすることにより、前記強誘電体キャパシタ2を形成する。
具体的には、図2(e)に示すように、前駆体層2A上にレジストパターン(図示せず)を形成し、さらにこのレジストパターンをマスクにしてRIE(反応性イオンエッチング)法や、ICP(誘導結合プラズマ)によるエッチング法を用いることで前記強誘電体キャパシタ2を形成している。
Next, the
Specifically, as shown in FIG. 2 (e), a resist pattern (not shown) is formed on the
ところで、前記強誘電体キャパシタ2を形成する際には、前記前駆体層2Aと前記第1層間絶縁膜6との間に設けられた第1水素バリア膜7に到達した際にエッチングを中止することが望ましいが、このようなエッチング処理(いわゆるジャストエッチ)は、エッチング条件を厳密に制御する必要があり、エッチング工程が非常に煩雑となってしまう。
By the way, when the
そこで、本発明では、少なくとも第1層間絶縁膜6に到達するまで前駆体層2Aをエッチングして前記強誘電体キャパシタ2を形成している。すなわち、前記第1層間絶縁膜6までオーバーエッチングすることで前記強誘電体キャパシタ2を形成している。このように、オーバーエッチを許容することで、ジャストエッチを目的とする場合に比べ工程が簡便となり、上記エッチング時のマージンを大きく取ることが可能となり、歩留まりの高い、安定性の高いエッチング工程となる。
Therefore, in the present invention, the
以上の工程により、上部電極10及び下部電極8間に強誘電体層9が挟持された強誘電体キャパシタ2が製造される。本実施形態では、図2(e)に示したように、前記強誘電体キャパシタ2が設けられていない第1層間絶縁膜6の表面は、上述したオーバーエッチングによって段差が生じている。
そして、前記強誘電体キャパシタ2は、前記下部電極8の前記プラグ12上を除く部位が前記第1水素バリア膜7により覆われたものとなる。
Through the above process, the
In the
続いて、図3(a)に示すように、前記強誘電体キャパシタ2の上面及び側面を覆うようにして、前記第1層間絶縁膜6上に第2水素バリア膜13を設ける。
具体的には、AlOx等からなる第2水素バリア膜13を例えばスパッタ、CVD法により形成する。このAlOxからなる第2水素バリア膜13の厚さについては、前述したように20nm以上100nm以下程度に形成する。
この工程により、前記強誘電体キャパシタ2に覆われることなく露出した前記第1層間絶縁膜6の表面、すなわち、オーバーエッチングにより前記第1水素バリア膜7が除去されて露出した第1層間絶縁膜6の表面は、前記第2水素バリア膜13によって覆われたものとなる。なお、上述したようにオーバーエッチングによって段差をなす第1層間絶縁膜6の面をそれぞれ連続させる側面部6aも前記第2水素バリア膜13によって覆われる。
Subsequently, as shown in FIG. 3A, a second
Specifically, the second
By this step, the surface of the first
このようにして第2水素バリア膜13を設けた後、図3(b)に示すように、前記強誘電体キャパシタ2を覆って第2層間絶縁膜14を形成する。具体的には、SiO2をCVD法等によって堆積した後、該第2層間絶縁膜14をCMP(化学的機械的検査)処理によって平坦化している。これにより、前記第1層間絶縁膜6と前記第2層間絶縁膜14との間には、前記第2水素バリア膜13が設けられたものとなっている。
After the second
次いで、公知の手法によって前記第2層間絶縁膜14上にレジストパターン(図示せず)を形成し、さらにこのレジストパターンをマスクにしてRIE(反応性イオンエッチング)法や、ICP(誘導結合プラズマ)によるエッチング法、ECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマによるエッチング法などで第2層間絶縁膜14と前記第2水素バリア膜13とを一括してエッチングして、所望の位置に第2コンタクトホール17を形成する。
なお、例えば、前記第2層間絶縁膜14の形成工程、及び前記第2コンタクトホール17の形成工程時に水素(水素雰囲気)が発生した場合でも、上述したように強誘電体キャパシタ2は、水素バリア膜7,13によって覆われているので、前記水素により特性が劣化されることはない。
Next, a resist pattern (not shown) is formed on the second
Note that, for example, even when hydrogen (hydrogen atmosphere) is generated during the formation process of the second
具体的には、図3(c)に示すように、第2コンタクトホール形成工程は、前記強誘電体キャパシタ2における上部電極10に連通する第2キャパシタ用コンタクトホール17aと、前記駆動トランジスタ3のソース領域SRに導通する第1プラグ12に連通する下地用コンタクトホール17bとを形成する。
Specifically, as shown in FIG. 3C, the second contact hole forming step includes a second
そして、これら第2コンタクトホール17内に密着層としてチタン(Ti)及び窒化チタン(TiN)をスパッタ法等によって成膜し、続いてタングステン(W)を成膜して、前記第2プラグ20を形成する。
よって、図1に示したように、前記駆動トランジスタ3のソース領域SRには、第1プラグ12とこれに導通する第2プラグ20とからなる二段プラグが形成される。
Then, titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) are formed as an adhesion layer in these second contact holes 17 by sputtering or the like, and then tungsten (W) is formed, and the
Therefore, as shown in FIG. 1, in the source region SR of the driving
また、このようにして第2プラグ20を形成したら、図4に示すように、例えば前記強誘電体キャパシタ2の上部電極10に導通している第2プラグ20上に接続する配線30を第2層間絶縁膜14上に形成し、さらにこの配線30を覆って第3層間絶縁膜31を形成する。そして、前記第3層間絶縁膜31に第2プラグに連通するコンタクトホール31aを形成し、該コンタクトホール31a内に第3プラグ32を形成して、該第3プラグ32に導通するAl配線34を形成する。このようにして、本発明の強誘電体メモリ1を備えた装置が完成される。
When the
このような強誘電体メモリ1の製造方法によれば、駆動トランジスタ3に導通する第1プラグ12を露出させた状態に第1水素バリア膜7を形成し、該第1水素バリア膜7上に設けた強誘電体キャパシタ2の前駆体層2Aをエッチングしているので、強誘電体キャパシタ2の底面側(下部電極8)は前記第1プラグ12との接続部分以外が前記第1水素バリア膜7によって覆われた状態に形成される。
そして、前記強誘電体キャパシタ2の上面及び側面を覆って第2水素バリア膜13を設け、上面、側面、及び底面が第1、2の水素バリア膜7,13で覆われた強誘電体キャパシタ2を形成しているので、第2層間絶縁膜14の形成時、又は前記第2層間絶縁膜14に第2コンタクトホール17を形成する際に発生する水素(還元性雰囲気)によるダメージを良好に防止できる。
According to such a method for manufacturing the ferroelectric memory 1, the first
Then, a second
また、前駆体層2Aのエッチング工程においては、少なくとも第1層間絶縁膜6まで達するオーバーエッチングを許容していることから、エッチング条件の厳密な制御を行うことなくエッチング工程を簡略化でき、許容エッチング幅(マージン)が大きく安定性の高いものとなる。
よって、製造工程中の強誘電体キャパシタ2へのダメージによる特性劣化が防止された、高い信頼性及び生産性を有した強誘電体メモリ1を提供することができる。
Further, in the etching process of the
Therefore, it is possible to provide the ferroelectric memory 1 having high reliability and productivity, in which characteristic deterioration due to damage to the
このような強誘電体メモリ1は、携帯電話、パーソナルコンピュータ、液晶装置、電子手帳、ページャ、POS端末、ICカード、ミニディスクプレーヤ、液晶プロジェクタ、およびエンジニアリング・ワークステーション(EWS)、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファイダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、タッチパネルを備えた装置、時計、ゲーム機器、電気泳動装置など、様々な電子機器に適用することができる。 Such a ferroelectric memory 1 includes a mobile phone, a personal computer, a liquid crystal device, an electronic notebook, a pager, a POS terminal, an IC card, a mini-disc player, a liquid crystal projector, and an engineering work station (EWS), a word processor, a television, The present invention can be applied to various electronic devices such as a viewfinder type or a monitor direct-view type video tape recorder, an electronic desk calculator, a car navigation device, a device equipped with a touch panel, a clock, a game device, and an electrophoresis device.
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更が可能である。例えば、駆動トランジスタ3のソース領域SRに連通する下地用コンタクトホール11bと第2下地用コンタクトホール17b、及び該コンタクトホール11b,17b内に埋め込まれる第1、第2プラグ12,20の形成に際しては、前記第1層間絶縁膜6上に前記第2水素バリア膜13を介して第2層間絶縁膜14を設けた後、該第2層間絶縁膜14から一括して前記ソース領域SRに連通するコンタクトホールを形成し、該コンタクトホール内にタングステン(W)を埋め込むことで形成するようにしてもよい。また、本実施形態においては、1T1C方式の強誘電体メモリについて説明したが、本発明は2T2C方式の強誘電体メモリについても適用可能である。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, when forming the
1…強誘電体メモリ、2…強誘電体キャパシタ、2A…前駆体層、3…駆動トランジスタ(駆動素子部)、4…基体、6…第1絶縁膜、7…第1水素バリア膜、8…下部電極、9…強誘電体層、10…上部電極、11…第1コンタクトホール、12…第1プラグ(第1導電部)、13…第2水素バリア膜、14…第2層間絶縁膜、17…第2コンタクトホール、20…第2プラグ(第2導電部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ferroelectric memory, 2 ... Ferroelectric capacitor, 2A ... Precursor layer, 3 ... Drive transistor (drive element part), 4 ... Base | substrate, 6 ... 1st insulating film, 7 ... 1st hydrogen barrier film, 8 ... Lower electrode, 9 ... Ferroelectric layer, 10 ... Upper electrode, 11 ... First contact hole, 12 ... First plug (first conductive part), 13 ... Second hydrogen barrier film, 14 ... Second interlayer insulating film , 17 ... second contact hole, 20 ... second plug (second conductive part)
Claims (4)
前記基体に形成された駆動素子部を覆って第1絶縁膜を設ける工程と、
該第1絶縁膜に第1コンタクトホールを形成するとともに、該第1コンタクトホール内に第1導電部を設ける工程と、
前記第1絶縁膜上に、前記第1導電部を露出させる第1水素バリア膜を設ける工程と、
前記第1導電部に接続するようにして、前記第1水素バリア膜上に前記強誘電体キャパシタの前駆体層を設ける工程と、
少なくとも前記第1絶縁膜に到達するまで前記前駆体層をエッチングし、前記第1導電部上を除く底面が前記第1水素バリア膜によって覆われてなる強誘電体キャパシタを形成する工程と、
該強誘電体キャパシタの上面及び側面を覆うようにして、前記第1絶縁膜上に第2水素バリア膜を設ける工程と、
該第2水素バリア膜を設けた後、前記強誘電体キャパシタを覆って第2絶縁膜を設ける工程と、
前記第2絶縁膜及び前記第2水素バリア膜に前記上部電極を露出させる第2コンタクトホールを形成し、該第2コンタクトホール内に第2導電部を設ける工程と、を備えたことを特徴とする強誘電体メモリの製造方法。 A driving element portion formed on a base, and a ferroelectric layer composed of a lower electrode, an upper electrode, and a ferroelectric layer sandwiched between the pair of electrodes, disposed on the driving element portion via an interlayer insulating film. In a method for manufacturing a ferroelectric memory comprising a dielectric capacitor,
Providing a first insulating film so as to cover the drive element portion formed on the substrate;
Forming a first contact hole in the first insulating film and providing a first conductive portion in the first contact hole;
Providing a first hydrogen barrier film exposing the first conductive portion on the first insulating film;
Providing a precursor layer of the ferroelectric capacitor on the first hydrogen barrier film so as to be connected to the first conductive portion;
Etching the precursor layer until it reaches at least the first insulating film, and forming a ferroelectric capacitor in which a bottom surface excluding the top of the first conductive portion is covered with the first hydrogen barrier film;
Providing a second hydrogen barrier film on the first insulating film so as to cover an upper surface and a side surface of the ferroelectric capacitor;
Providing the second hydrogen barrier film and then providing a second insulating film covering the ferroelectric capacitor;
Forming a second contact hole that exposes the upper electrode in the second insulating film and the second hydrogen barrier film, and providing a second conductive portion in the second contact hole. A method for manufacturing a ferroelectric memory.
前記層間絶縁膜には、前記駆動素子部と前記強誘電体キャパシタの下部電極とを電気的に接続する第1導電部が形成され、
前記層間絶縁膜と前記強誘電体キャパシタの下部電極との間には、前記第1導電部上を除く部位に第1水素バリア膜が設けられ、
前記強誘電体キャパシタの上部電極には前記第2導電部が接続され、
前記強誘電体キャパシタの上面及び側面は、前記上部電極と第2導電部との接続部分を除いて、第2水素バリア膜で覆われていることを特徴とする強誘電体メモリ。 A driving element portion formed on a base, and a ferroelectric layer composed of a lower electrode, an upper electrode, and a ferroelectric layer sandwiched between the pair of electrodes, disposed on the driving element portion via an interlayer insulating film. In a ferroelectric memory comprising a dielectric capacitor,
The interlayer insulating film is formed with a first conductive portion that electrically connects the driving element portion and the lower electrode of the ferroelectric capacitor,
Between the interlayer insulating film and the lower electrode of the ferroelectric capacitor, a first hydrogen barrier film is provided at a portion other than on the first conductive portion,
The second conductive part is connected to the upper electrode of the ferroelectric capacitor,
The ferroelectric memory according to claim 1, wherein an upper surface and a side surface of the ferroelectric capacitor are covered with a second hydrogen barrier film except for a connection portion between the upper electrode and the second conductive portion.
4. The ferroelectric memory according to claim 3, wherein the second hydrogen barrier film is provided on a surface of the interlayer insulating film exposed without being covered with the ferroelectric capacitor.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20090303 |