JP2008288292A - Semiconductor storage device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体記憶装置及びその製造方法に係り、特に、カルコゲナイドなどの相変化材料を用いて形成される相変化メモリセル(素子)を有する半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a technology effective when applied to a semiconductor integrated circuit device having phase change memory cells (elements) formed using a phase change material such as chalcogenide. It is.
図13〜図16は従来の相変化メモリの製造方法を示す断面図である。また、上記相変化メモリとして例えば特許文献1に開示された相変化メモリが挙げられる。以下、これらの図を参照して従来の相変化メモリの製造方法について説明する。 13 to 16 are cross-sectional views illustrating a conventional method of manufacturing a phase change memory. An example of the phase change memory is the phase change memory disclosed in Patent Document 1. Hereinafter, a conventional method of manufacturing a phase change memory will be described with reference to these drawings.
まず、図13に示すように、半導体基板11の主面に選択トランジスタQ1を形成する。なお、選択トランジスタQ1は従来のトランジスタ形成方法と同じ方法によって得ることができる。次に選択トランジスタQ1を含む全面にSiO2等からなる層間絶縁膜IF1を成膜した後、CMP処理等により層間絶縁膜IF1の表面を平坦にする。その後、層間絶縁膜IF1を貫通するコンタクトホール18を選択的に形成し、選択トランジスタQ1の一方のソース・ドレイン領域14のシリサイド領域17上を開口する。
First, as shown in FIG. 13, the selection transistor Q <b> 1 is formed on the main surface of the
次に、図14に示すように、コンタクトホール18内にW(タングステン)を埋め込むようにして成膜する。この際、Ta(タンタル)やTi(チタン)またはこれらの窒化膜などをW膜とソース・ドレイン領域14との間に形成されるように、Wの成膜前にバリヤメタルを成膜してもよい。
Next, as shown in FIG. 14, a film is formed so as to bury W (tungsten) in the
その後、図14に示すように、W膜をCMP等で研磨することにより、コンタクトホール18内のみにWを残してタングステンプラグWP1を得る。さらに、Ti酸化膜、Zr酸化膜、Hf酸化膜、Ta酸化膜、Nb酸化膜、Cr酸化膜、Mo酸化膜、W酸化膜、Al酸化膜から選ばれた少なくとも1種類以上からなることを特徴とする絶縁性界面膜を用いて、膜厚が0.5nm以上5nm以下の界面膜27を成膜する。なお、界面膜27として絶縁性界面膜の代わりに非晶質シリコンからなる半導体界面膜や導電性の金属界面膜を形成しても良い。上記組成の界面膜27は、層間絶縁膜IF1とGST膜23との密着性を向上する密着膜としても有効に働く。
After that, as shown in FIG. 14, the W film is polished by CMP or the like, so that tungsten is left only in the
さらに、図14に示すように、Ge2Sb2Te5などの組成のGST膜23を成膜する。次に、上部電極24をGST膜23上に成膜する。次に、タングステンプラグWP1直上に位置する上部電極24、GST膜23及び界面膜27のみを残すように、写真製版等によりパターニングされたレジスト26を上部電極24上に形成する。
Further, as shown in FIG. 14, a
その後、図15に示すように、レジスト26を用いた異方性エッチングを行うことにより、界面膜27、GST膜23及び上部電極24をパターニングして、パターニングされた界面膜27、GST膜23及び上部電極24からなる相変化メモリ素子M11を得る。
Thereafter, as shown in FIG. 15, the
さらに、図15に示すように、全面にSiO2等よりなる層間絶縁膜IF2を成膜した後、CMP処理等によって層間絶縁膜IF2の表面を平坦化する。次に、層間絶縁膜IF2の上層部を選択的に貫通するコンタクトホールを形成して上部電極24上の一部を開口させる。次に、上記コンタクトホール内にWを埋め込むようにして成膜する。この際、TaやTiまたはそれらの窒化膜をWと上部電極24との間にバリアメタル(図示せず)を成膜してもよい。次に、W膜をCMP等で研磨することにより、上記コンタクトホール内のみにWを残し、タングステンプラグWP2を得る。
Further, as shown in FIG. 15, after an interlayer insulating film IF2 made of SiO 2 or the like is formed on the entire surface, the surface of the interlayer insulating film IF2 is flattened by a CMP process or the like. Next, a contact hole that selectively penetrates the upper layer portion of the interlayer insulating film IF2 is formed, and a part of the
次に、図16に示すように、Al−Cu混合物などを用い、ビット線BL1を層間絶縁膜IF2上に形成し、タングステンプラグWP2に電気的に接続して配線する。この後、周辺回路などの配線などに第2の配線を用いてもよい。次に、パッシベーション膜PF1として、プラズマSiN膜やSiO2膜を成膜する。 Next, as shown in FIG. 16, using an Al—Cu mixture or the like, the bit line BL1 is formed on the interlayer insulating film IF2, and is electrically connected to the tungsten plug WP2. After that, the second wiring may be used for wiring such as a peripheral circuit. Next, a plasma SiN film or a SiO 2 film is formed as the passivation film PF1.
次に、図示しないが、ボンディングパッドやダイシングラインなど、パッシベーション膜を除去したい部分のみを写真製版とドライエッチングなどで開口する。この後、ポリイミド膜などを成膜してもよい。 Next, although not shown in the drawing, only the portions where the passivation film is to be removed, such as bonding pads and dicing lines, are opened by photolithography and dry etching. Thereafter, a polyimide film or the like may be formed.
図17は図16で示された構造の相変化メモリ素子M11を含むメモリセル1ビット形成領域及びその周辺の平面構造を示す平面図である。同図のA−A断面が図16の構造に相当する。 FIG. 17 is a plan view showing a planar structure of a memory cell 1-bit formation region including the phase change memory element M11 having the structure shown in FIG. The AA cross section of the figure corresponds to the structure of FIG.
図17に示すように、隣接するメモリセル1ビット形成領域31,32間を平面視横断してビット線BL1が形成され、ビット線BL1に平面視重なるようにメモリセル1ビット形成領域31,32内に選択トランジスタQ1,Q2のフィールド領域FR1,FR2がそれぞれ形成される。
As shown in FIG. 17, the bit line BL1 is formed across the adjacent memory cell 1
そして、ビット線BL1とフィールド領域FR1との平面重複領域内に相変化メモリ素子M11が設けられ、ビット線BL1とフィールド領域FR2との平面視重複領域内に相変化メモリ素子M12が設けられる。 Phase change memory element M11 is provided in a plane overlap region between bit line BL1 and field region FR1, and phase change memory element M12 is provided in a plan view overlap region between bit line BL1 and field region FR2.
相変化メモリ素子M11及びM12それぞれ内にタングステンプラグWP1(WP2)が設けられ、相変化メモリ素子M11及びM12の平面視エッジ近傍において、図中縦方向にゲート電極が形成される選択トランジスタQ1及びQ2が設けられる。 Selection transistors Q1 and Q2 are provided with tungsten plugs WP1 (WP2) in phase change memory elements M11 and M12, respectively, and gate electrodes are formed in the vertical direction in the drawing in the vicinity of the planar view edges of phase change memory elements M11 and M12. Is provided.
従来の相変化メモリは以上のように製造されているため、いくつかのプロセス上の問題が発生した。 Since the conventional phase change memory is manufactured as described above, several process problems occur.
相変化メモリ素子M11を得るべく、上部電極24・GST膜23・界面膜27のみを選択的に残すように、異方性エッチングとしてCl系・F系ガスが使用されるのが一般的であった。Cl系・F系ガスの使用により、層間絶縁膜IF1上および上部電極24・GST膜23・界面膜27の側壁部にCl,F等の残留物29が残留してしまう(図15参照)。その結果、後工程の熱処理により各膜(層間絶縁膜IF1、界面膜27、GST膜23及び上部電極24)内部に拡散し、層間絶縁膜IF1とGST膜23の密着性を低下させるとともに、GST膜23や界面膜27の膜質が劣化するという問題点があった。
In order to obtain the phase change memory element M11, a Cl-based gas and an F-based gas are generally used as anisotropic etching so that only the
また、上記エッチング以降の処理において、界面膜27側壁部が晒され続けることにより、界面膜27が後退することにより凹み28が生じ(図15,図16参照)、界面膜27の膜質が劣化するとともに、GST膜23―タングステンプラグWP1間のリークやショートが発生するという問題点があった。
Further, in the processing after the etching, the side wall of the
また、タングステンプラグWP2のパターン形成時、重ね合わせズレが発生すると(図15,図16参照)、タングステンプラグWP2とGST膜23あるいは界面膜27の側面とが直接ショートし、GST膜23及び界面膜27の膜質劣化が生じ、その結果、相変化メモリ素子M11の書き換え不良が発生するという問題点があった。
Further, if a misalignment occurs when forming the pattern of the tungsten plug WP2 (see FIGS. 15 and 16), the tungsten plug WP2 and the side surface of the
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、相変化膜及び界面膜を有する相変化メモリ等の性能劣化を最小限に抑えた構造の半導体記憶装置及びその製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides a semiconductor memory device having a structure in which performance deterioration such as a phase change memory having a phase change film and an interface film is minimized, and a method for manufacturing the same. Objective.
この発明の一実施の形態によれば、第1の層間絶縁膜上に界面膜、相変化膜及び上部電極によりなる相変化メモリ素子を形成する。この際、界面膜は、相変化膜の平面形状全体を含み、かつ相変化膜の平面形状より広い平面形状で形成される。 According to one embodiment of the present invention, a phase change memory element including an interface film, a phase change film, and an upper electrode is formed on the first interlayer insulating film. At this time, the interface film includes the entire planar shape of the phase change film and is formed in a planar shape wider than the planar shape of the phase change film.
この実施の形態によれば、界面膜7は、相変化メモリ素子を得るためのパターニングの際、相変化膜の平面形状全体を含み、かつ前記相変化膜の平面形状より広い平面形状で形成されるため、界面膜の側壁部が後工程のエッチングなどにより多少後退しても、相変化膜と第1の層間絶縁膜との間に界面膜の凹みを形成されることを確実に回避することができる。その結果、相変化膜−第1のプラグ間のリークやショートを確実に回避することができることができるため、性能劣化を最小限に抑えた構造の相変化メモリを得ることができる効果を奏する。
According to this embodiment, the
<実施の形態1>
実施の形態1は相変化メモリ素子構造を得るための異方性エッチング後の残留Cl,Fの影響を回避した半導体記憶装置及びその製造方法に相当する。
<Embodiment 1>
The first embodiment corresponds to a semiconductor memory device in which the influence of residual Cl and F after anisotropic etching for obtaining a phase change memory element structure is avoided and a manufacturing method thereof.
図1〜図6はこの発明の実施の形態1である相変化メモリの製造方法を示す断面図である。以下、これらの図を参照して製造方法を説明する。 1 to 6 are sectional views showing a method of manufacturing a phase change memory according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to these drawings.
まず、図1に示すように、半導体基板11の主面に選択トランジスタQ1を形成する。なお、選択トランジスタQ1は従来のトランジスタ形成方法と同じ方法によって得ることができる。次に選択トランジスタQ1を含む全面にSiO2等からなる層間絶縁膜IF1(第1の層間絶縁膜)を成膜した後、CMP処理等により層間絶縁膜IF1の表面を平坦にする。その後、層間絶縁膜IF1を貫通するコンタクトホール18を選択的に形成し、選択トランジスタQ1の一方のソース・ドレイン領域14のシリサイド領域17上を開口する。
First, as shown in FIG. 1, the selection transistor Q <b> 1 is formed on the main surface of the
次に、図2に示すように、コンタクトホール18内にWを埋め込むようにして成膜する。この際、TaやTiまたはこれらの窒化膜などをW膜とソース・ドレイン領域14との間に形成されるように、Wの成膜前にバリヤメタルを成膜してもよい。
Next, as shown in FIG. 2, a film is formed so as to bury W in the
その後、図2に示すように、W膜をCMP等で研磨することにより、コンタクトホール18内のみにWを残してタングステンプラグWP1(第1のプラグ)を得る。さらに、Ti酸化膜、Zr酸化膜、Hf酸化膜、Ta酸化膜、Nb酸化膜、Cr酸化膜、Mo酸化膜、W酸化膜、Al酸化膜から選ばれた少なくとも1種類以上からなることを特徴とする絶縁性界面膜を用いて、膜厚が0.5nm以上5nm以下の界面膜7を成膜する。なお、界面膜7として絶縁性界面膜の代わりに非晶質シリコンからなる半導体界面膜や導電性の金属界面膜を形成しても良い。上記組成の界面膜7は、層間絶縁膜IF1とGST膜23との密着性を向上する密着膜としても有効に働く。
Thereafter, as shown in FIG. 2, the tungsten film WP1 (first plug) is obtained by polishing the W film by CMP or the like, leaving W only in the
さらに、図2に示すように、Ge2Sb2Te5などの組成のGST膜23を成膜する。次に、上部電極24をGST膜23上に成膜する。次に、タングステンプラグWP1直上に位置する上部電極24、GST膜23及び界面膜7のみを選択的に残すように、写真製版等によりパターニングされたレジスト26を上部電極24上に形成する。
Further, as shown in FIG. 2, a
その後、図3に示すように、レジスト26を用い、異方性エッチングガス33による異方性エッチング処理を行うことにより、界面膜7、GST膜23及び上部電極24をパターニングして、パターニングされた界面膜7、GST膜23及び上部電極24からなる相変化メモリ素子M1(GSTパターン)を得る。例えば、一辺が0.35μmの略正方形状の平面形状にパターニングされた相変化メモリ素子M1を得る。
Thereafter, as shown in FIG. 3, the
異方性エッチングガス33はGST膜23及び上部電極24よりも界面膜7に対するエッチングレートが低い条件で行われる。その結果、相変化膜であるGST膜23の平面形状全体を含み、かつGST膜23の平面形状より広くなるように界面膜7をパターニングすることができる。例えば、界面膜7がGST膜23に対し30nm程度平面視突出するようにパターニングされる。
The
異方性エッチングガス33によるエッチングの際、層間絶縁膜IF1上および上部電極24・GST膜23・界面膜27の側壁部にCl,F等の残留物29が残留する。
During the etching with the
しかし、実施の形態1では、界面膜7の平面形状をGST膜23の平面形状より広く仕上げることにより、後工程で界面膜7の側壁がエッチングされて多少後退しても、GST膜23及び上部電極24の平面形状よりも寸法的に小さくなることはなく、従来の製造方法のように凹みが発生することはない。
However, in the first embodiment, by finishing the planar shape of the
次に、図4に示すように、レジスト26を除去した後、クリーニング材料34を用いて、残留Cl,F等の残留物29に対する洗浄処理を行い、層間絶縁膜IF1上のCl,Fの含有濃度が、10×11〜10×9 atom/ cm2程度の濃度まで低減する。すなわち、異方性エッチングガス33によるCl系・F系エッチング前の層間絶縁膜IF1上のCl,Fの含有濃度まで低減する。
Next, as shown in FIG. 4, after removing the resist 26, a cleaning process is performed on the
上記したCl,Fの含有濃度の低減を実現すべく、クリーニング材料34として純水等が考えられる。すなわち、純水による水洗処理による洗浄処理を行うことが望ましい。
In order to realize the above-described reduction in the Cl and F content concentration, pure water or the like can be considered as the cleaning
さらに、図5に示すように、全面にSiO2等よりなる層間絶縁膜IF2(第2の層間絶縁膜)を成膜した後、CMP処理等によって層間絶縁膜IF2の表面を平坦化する。次に、層間絶縁膜IF2の上層部を選択的に貫通するコンタクトホールを形成して上部電極24上の一部を開口させる。次に、上記コンタクトホール内にWを埋め込むようにして成膜する。この際、TaやTiまたはそれらの窒化膜をWと上部電極24との間にバリアメタル(図示せず)を成膜してもよい。次に、W膜をCMP等で研磨することにより、上記コンタクトホール内のみにWを残し、タングステンプラグWP2を得る。
Further, as shown in FIG. 5, after an interlayer insulating film IF2 (second interlayer insulating film) made of SiO 2 or the like is formed on the entire surface, the surface of the interlayer insulating film IF2 is flattened by a CMP process or the like. Next, a contact hole that selectively penetrates the upper layer portion of the interlayer insulating film IF2 is formed, and a part of the
次に、図6に示すように、Al−Cu混合物などを用い、ビット線BL1を層間絶縁膜IF2上に形成し、タングステンプラグWP2に電気的に接続して配線する。この後、周辺回路などの配線などに第2の配線を用いてもよい。次に、パッシベーション膜PF1として、プラズマSiN膜やSiO2膜を成膜する。 Next, as shown in FIG. 6, using an Al—Cu mixture or the like, the bit line BL1 is formed on the interlayer insulating film IF2, and is electrically connected to the tungsten plug WP2. After that, the second wiring may be used for wiring such as a peripheral circuit. Next, a plasma SiN film or a SiO 2 film is formed as the passivation film PF1.
次に、図示しないが、ボンディングパッドやダイシングラインなど、パッシベーション膜を除去したい部分のみを写真製版とドライエッチングなどで開口する。この後、ポリイミド膜などを成膜してもよい。 Next, although not shown in the drawing, only the portions where the passivation film is to be removed, such as bonding pads and dicing lines, are opened by photolithography and dry etching. Thereafter, a polyimide film or the like may be formed.
このように、実施の形態1の相変化メモリの界面膜7は、相変化メモリ素子M1を得るためのパターニングの際、GST膜23の平面形状全体を含み、かつ前記相変化膜の平面形状より広い平面形状で形成されるため、界面膜7の側壁部が後工程のエッチングなどにより多少後退しても、GST膜23と層間絶縁膜IF1との間に界面膜7の凹みを形成されることを確実に回避することができる。その結果、GST膜23−第1Wプラグ間のリークやショートを回避することができるため、性能劣化を最小限に抑えた構造の相変化メモリを得ることができる効果を奏する。
As described above, the
さらに、実施の形態1の相変化メモリの製造方法によって、クリーニング材料34を用いたクリーニング処理により、GST膜23直下の層間絶縁膜IF1表面やGST膜23・界面膜7中の残留F,Cl等の残留物29を効果的に除去することにより、界面膜7やGST膜23の下地との密着性を向上させるとともに、デバイス特性を安定にすることができる効果を奏する。
Further, by the cleaning process using the cleaning
加えて、残留F,Clなどの残留物29のクリーニング材料として、水洗処理などを選択することにより、異方性エッチングガス33によるCl系・F系エッチング前の層間絶縁膜IF1上のCl,Fの含有濃度まで低減することができるため、デバイス特性の安定化をより一層図ることができる。
In addition, by selecting a water washing process or the like as a cleaning material for the
より具体的には、層間絶縁膜IF1上のCl,Fの含有濃度が、10×11〜10×9 atom/ cm2程度の濃度まで低減することにより、デバイス特性の安定化を高精度に保つことができる。 More specifically, the concentration of Cl and F on the interlayer insulating film IF1 is reduced to a concentration of about 10 × 11 to 10 × 9 atoms / cm 2, so that the device characteristics can be stabilized with high accuracy. be able to.
<実施の形態2>
実施の形態2の相変化メモリの製造方法は、相変化メモリ素子の上部電極接続用のタングステンプラグのパターン形成時、重ね合わせズレが発生しても、当該タングステンプラグとGST膜・界面膜が直接ショートしない構造の半導体記憶装置及びその製造方法である。
<
In the method of manufacturing the phase change memory according to the second embodiment, the tungsten plug, the GST film, and the interface film are directly connected to each other even when an overlay shift occurs during the formation of the tungsten plug pattern for connecting the upper electrode of the phase change memory element. A semiconductor memory device having a structure that is not short-circuited and a method for manufacturing the same.
図7〜図12はこの発明の実施の形態2である相変化メモリの製造方法を示す断面図である。以下、これらの図を参照して実施の形態2の製造方法を説明する。 7 to 12 are sectional views showing a method of manufacturing a phase change memory according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, the manufacturing method of the second embodiment will be described with reference to these drawings.
まず、図7に示すように、実施の形態1の図1と同様、半導体基板11の主面に選択トランジスタQ1、層間絶縁膜IF1及びコンタクトホール18を形成する。
First, as shown in FIG. 7, as in FIG. 1 of the first embodiment, the select transistor Q1, the interlayer insulating film IF1, and the
次に、図8に示すように、実施の形態1の図2と同様、コンタクトホール18内にWを埋め込むようにして成膜する。その後、W膜をCMP等で研磨することにより、コンタクトホール18内のみにWを残してタングステンプラグWP1を得る。
Next, as shown in FIG. 8, a film is formed so as to bury W in the
さらに、Ti酸化膜、Zr酸化膜、Hf酸化膜、Ta酸化膜、Nb酸化膜、Cr酸化膜、Mo酸化膜、W酸化膜、Al酸化膜から選ばれた少なくとも1種類以上からなることを特徴とする絶縁性界面膜を用いて、膜厚が0.5nm以上5nm以下の界面膜27を成膜する。なお、界面膜7として絶縁性界面膜の代わりに非晶質シリコンからなる半導体界面膜や導電性の金属界面膜を形成しても良い。その後、Ge2Sb2Te5などの組成のGST膜23を成膜する。次に、上部電極24をGST膜23上に成膜する。次に、タングステンプラグWP1直上に位置する上部電極24、GST膜23及び界面膜27のみを選択的に残すように、写真製版等によりパターニングされたレジスト26を上部電極24上に形成する。
Furthermore, it is characterized by comprising at least one selected from Ti oxide film, Zr oxide film, Hf oxide film, Ta oxide film, Nb oxide film, Cr oxide film, Mo oxide film, W oxide film, and Al oxide film. An
その後、図9に示すように、レジスト26を用い、異方性エッチングを行うことにより、界面膜27、GST膜23及び上部電極24をパターニングして、パターニングされた界面膜27、GST膜23及び上部電極24からなる相変化メモリ素子M2(GSTパターン)を得る。なお、この際、実施の形態1の工程と同様、残留物29が生じるが(図3参照)、図示は省略する。
Thereafter, as shown in FIG. 9, by performing anisotropic etching using a resist 26, the
さらに、図9に示すように、プラズマSiN膜などのシリコン窒化膜3を全面に成膜する。なお、図9では図示しないが、シリコン窒化膜3の形成前に実施の形態1の図4で示した工程のようにクリーニング材料34による水洗洗浄を行って残留物29を除去する方が望ましい。
Further, as shown in FIG. 9, a silicon nitride film 3 such as a plasma SiN film is formed on the entire surface. Although not shown in FIG. 9, it is desirable to remove the
次に、図10に示すように、異方性エッチングガス35を用いてシリコン窒化膜3の全面エッチバックすることで、相変化メモリ素子M2(上部電極24・GST膜23・界面膜27)の側壁部にサイドウォール4を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, the entire surface of the silicon nitride film 3 is etched back using an
次に、図11に示すように、全面にSiO2等よりなる層間絶縁膜IF2を成膜した後、CMP処理等によって層間絶縁膜IF2の表面を平坦化する。次に、エッチング処理により、層間絶縁膜IF2の上層部を選択的に貫通するコンタクトホールを形成して上部電極24上の一部を開口させる。
Next, as shown in FIG. 11, after an interlayer insulating film IF2 made of SiO 2 or the like is formed on the entire surface, the surface of the interlayer insulating film IF2 is flattened by CMP processing or the like. Next, a contact hole that selectively penetrates the upper layer portion of the interlayer insulating film IF2 is formed by etching, and a part on the
この際、サイドウォール4はSiNより形成されており、層間絶縁膜IF2の形成材料であるSiO2で形成されている点を考慮し、SiNに対するSiO2の選択比が10〜104程度を満足するエッチング処理を行うことにより、層間絶縁膜IF2の貫通時にサイドウォール4がエッチング除去されることを確実に回避することができる。 At this time, considering that the sidewall 4 is made of SiN and is made of SiO 2 which is a material for forming the interlayer insulating film IF2, the selection ratio of SiO 2 to SiN satisfies about 10 to 10 4. By performing the etching process to be performed, it is possible to reliably avoid the side wall 4 from being removed by etching when the interlayer insulating film IF2 is penetrated.
次に、図11に示すように、上記コンタクトホール内にWを埋め込むようにして成膜する。この際、TaやTiまたはそれらの窒化膜をWと上部電極24との間にバリアメタル(図示せず)を成膜してもよい。次に、W膜をCMP等で研磨することにより、上記コンタクトホール内のみにWを残し、タングステンプラグWP2を得る。
Next, as shown in FIG. 11, a film is formed so as to bury W in the contact hole. At this time, a barrier metal (not shown) may be formed between Ta and Ti or a nitride film thereof between W and the
次に、図12に示すように、Al−Cu混合物などを用い、ビット線BL1を層間絶縁膜IF2上に形成し、タングステンプラグWP2に電気的に接続して配線する。この後、周辺回路などの配線などに第2の配線を用いてもよい。次に、パッシベーション膜PF1として、プラズマSiN膜やSiO2膜を成膜する。 Next, as shown in FIG. 12, using an Al—Cu mixture or the like, the bit line BL1 is formed on the interlayer insulating film IF2, and is electrically connected to the tungsten plug WP2. After that, the second wiring may be used for wiring such as a peripheral circuit. Next, a plasma SiN film or a SiO 2 film is formed as the passivation film PF1.
次に、図示しないが、ボンディングパッドやダイシングラインなど、パッシベーション膜を除去したい部分のみを写真製版とドライエッチングなどで開口する。この後、ポリイミド膜などを成膜してもよい。 Next, although not shown in the drawing, only the portions where the passivation film is to be removed, such as bonding pads and dicing lines, are opened by photolithography and dry etching. Thereafter, a polyimide film or the like may be formed.
このように、実施の形態2の相変化メモリの製造方法では、相変化メモリ素子M2(上部電極24・GST膜23・界面膜27)の側壁部にサイドウォール4を形成している。
As described above, in the method of manufacturing the phase change memory according to the second embodiment, the sidewall 4 is formed on the sidewall of the phase change memory element M2 (
このため、上部電極24との電気的接続用に形成されるタングステンプラグWP2のパターン形成時、重ね合わせズレが発生した場合でも、サイドウォール4によってタングステンプラグWP2のGST膜23・界面膜27側面に形成されることはない。その結果、タングステンプラグWP2がGST膜23,界面膜27に電気的に接続することにより、GST膜23・界面膜27の膜質劣化や相変化メモリ素子M2に書き換え不良が発生することを確実に回避することができる効果を奏する。その結果、性能劣化を最小限に抑えた構造の相変化メモリを得ることができる。
For this reason, even when a misalignment occurs at the time of pattern formation of the tungsten plug WP2 formed for electrical connection with the
さらに、タングステンプラグWP2用に層間絶縁膜IF2を貫通する処理は、上述ししたようにサイドウォール4に対する層間絶縁膜IF2の選択比が10〜104程度を満足するエッチング処理を行っている。このため、層間絶縁膜IF2の貫通時にサイドウォール4がエッチング除去されることを確実に回避することができるため、上述したタングステンプラグWP2のGST膜23,界面膜27に電気的接続に伴う不具合を確実に回避することができる。
Further, the process of penetrating the interlayer insulating film IF2 for the tungsten plug WP2 is an etching process in which the selection ratio of the interlayer insulating film IF2 to the sidewall 4 satisfies about 10 to 10 4 as described above. For this reason, it is possible to reliably avoid etching away the sidewalls 4 when penetrating through the interlayer insulating film IF2, so that the problems associated with electrical connection to the
4 サイドウォール、7,27 界面膜、23 GST膜、24 上部電極、34 クリーニング材料、IF1,IF2 層間絶縁膜、M1,M2 相変化メモリ素子、WP1,WP2 タングステンプラグ。 4 sidewalls, 7, 27 interface film, 23 GST film, 24 upper electrode, 34 cleaning material, IF1, IF2 interlayer insulating film, M1, M2 phase change memory element, WP1, WP2 tungsten plug.
Claims (9)
一端及び他端を有し、前記第1の層間絶縁膜を貫通して選択的に設けられる第1のプラグと、
前記プラグの前記一端上に直接形成される界面膜と、
前記プラグに接触することなく、前記界面膜上に形成される相変化膜と、
前記相変化膜上に形成された上部電極とを備え、前記界面膜、前記相変化膜及び前記上部電極により相変化メモリ素子が構成され、
前記界面膜は、前記相変化膜の平面形状全体を含み、かつ前記相変化膜の平面形状より広い平面形状で形成されることを特徴とする、
半導体記憶装置。 A first interlayer insulating film formed on an upper layer of the semiconductor substrate;
A first plug having one end and the other end and selectively provided through the first interlayer insulating film;
An interface film directly formed on the one end of the plug;
A phase change film formed on the interface film without contacting the plug;
An upper electrode formed on the phase change film, and the phase change memory element is configured by the interface film, the phase change film, and the upper electrode,
The interface film includes the entire planar shape of the phase change film, and is formed in a planar shape wider than the planar shape of the phase change film,
Semiconductor memory device.
一端及び他端を有し、前記第1の層間絶縁膜を貫通して選択的に設けられる第1のプラグと、
前記プラグの前記一端上に直接形成される界面膜と、
前記プラグに接触することなく、前記界面膜上に形成される相変化膜と、
前記相変化膜上に形成された上部電極とを備え、前記界面膜、前記相変化膜及び前記上部電極により相変化メモリ素子が構成され、
前記相変化メモリ素子の側面に形成されるサイドウォールと、
前記相変化メモリ素子及びサイドウォールを含む第1の層間絶縁膜上に形成される第2の層間絶縁膜と、
前記第2の層間絶縁膜を貫通して選択的に設けられ、前記上部電極と電気的に接続される第2のプラグとをさらに備える、
半導体記憶装置。 A first interlayer insulating film formed on an upper layer of the semiconductor substrate;
A first plug having one end and the other end and selectively provided through the first interlayer insulating film;
An interface film directly formed on the one end of the plug;
A phase change film formed on the interface film without contacting the plug;
An upper electrode formed on the phase change film, and the interface film, the phase change film and the upper electrode constitute a phase change memory element,
A sidewall formed on a side surface of the phase change memory element;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film including the phase change memory element and the sidewall;
A second plug selectively passing through the second interlayer insulating film and electrically connected to the upper electrode;
Semiconductor memory device.
前記第2の層間絶縁膜はシリコン酸化膜より形成され、前記サイドウォールはシリコン窒化膜により形成される、
半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 2,
The second interlayer insulating film is formed of a silicon oxide film, and the sidewalls are formed of a silicon nitride film;
Semiconductor memory device.
(b) 前記第1の層間絶縁膜を貫通して、一端及び他端を有する第1のプラグを選択的に形成するステップと、
(c) 前記第1の層間絶縁膜上に、界面膜、相変化膜及び上部電極からなる積層構造を形成した後、異方性エッチング処理を行いパターニングして相変化メモリ素子を形成するステップとを備え、前記相変化メモリにおける前記界面膜は前記第1のプラグの一端に電気的に接続され、前記相変化膜の平面形状全体を含み、かつ前記相変化膜の平面形状より広い平面形状で形成され、
(d) 前記ステップ(c) 直後に実行され、前記第1の層間絶縁膜の表面、前記相変化メモリ素子の表面及び側面を水洗により洗浄処理を実行し、前記異方性エッチング処理により生じた残留物を除去するステップをさらに備える、
半導体記憶装置の製造方法。 (a) forming a first interlayer insulating film on an upper layer of the semiconductor substrate;
(b) selectively forming a first plug having one end and the other end through the first interlayer insulating film;
(c) forming a layered structure including an interface film, a phase change film and an upper electrode on the first interlayer insulating film, and then performing anisotropic etching to perform patterning to form a phase change memory element; The interface film in the phase change memory is electrically connected to one end of the first plug, includes the entire planar shape of the phase change film, and has a planar shape wider than the planar shape of the phase change film. Formed,
(d) Immediately after the step (c), the surface of the first interlayer insulating film, the surface and the side surface of the phase change memory element are washed with water, and are generated by the anisotropic etching process. Further comprising removing the residue,
Manufacturing method of semiconductor memory device.
前記ステップ(d) における前記洗浄処理は、前記第1の層間絶縁膜上の前記残留物の濃度が前記ステップ(c) 実行前と同程度になるように実行される、
半導体記憶装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 4,
The cleaning process in the step (d) is performed so that the concentration of the residue on the first interlayer insulating film is approximately the same as that before the step (c) is performed.
Manufacturing method of semiconductor memory device.
前記ステップ(c) における前記異方性エッチング処理は塩素及びフッ素のうち少なくとも一方をエッチングガスとしたエッチング処理を含み、前記残留物は前記エッチングガスの残留物を含み、
前記ステップ(d) における前記洗浄処理は、前記第1の層間絶縁膜上の前記残留物の濃度が10×11〜10×9 atom/ cm2程度の濃度になるように実行される、
半導体記憶装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 4 or 5,
The anisotropic etching process in the step (c) includes an etching process using at least one of chlorine and fluorine as an etching gas, and the residue includes a residue of the etching gas,
The cleaning process in the step (d) is performed such that the concentration of the residue on the first interlayer insulating film is about 10 × 11 to 10 × 9 atom / cm 2 .
Manufacturing method of semiconductor memory device.
(b) 前記第1の層間絶縁膜を貫通して、一端及び他端を有する第1のプラグを選択的に形成するステップと、
(c) 前記第1の層間絶縁膜上に、界面膜、相変化膜及び上部電極からなる積層構造を形成した後、異方性エッチング処理を行いパターニングして相変化メモリ素子を形成するステップと、
(d) 前記相変化メモリ素子の側面にサイドウォールを形成するステップと、
(e) 前記相変化メモリ素子及びサイドウォールを含む第1の層間絶縁膜上に第2の層間絶縁膜を形成するステップと、
(f) 前記第2の層間絶縁膜を貫通して選択的に設けられ、前記上部電極と電気的に接続される第2のプラグを形成するステップとを備える
半導体記憶装置の製造方法。 (a) forming a first interlayer insulating film on an upper layer of the semiconductor substrate;
(b) selectively forming a first plug having one end and the other end through the first interlayer insulating film;
(c) forming a layered structure including an interface film, a phase change film and an upper electrode on the first interlayer insulating film, and then performing anisotropic etching to perform patterning to form a phase change memory element; ,
(d) forming a sidewall on a side surface of the phase change memory element;
(e) forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film including the phase change memory element and the sidewall;
(f) forming a second plug that is selectively provided through the second interlayer insulating film and is electrically connected to the upper electrode;
前記ステップ(f) の前記第2の層間絶縁膜を貫通する処理は、前記サイドウォールとの選択比が10〜104程度のエッチング処理を含む、
半導体記憶装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 7,
The process of penetrating the second interlayer insulating film in the step (f) includes an etching process with a selectivity with respect to the sidewall of about 10 to 10 4 .
Manufacturing method of semiconductor memory device.
前記サイドウォールはシリコン窒化膜により形成され、前記第2の層間絶縁膜はシリコン酸化膜により形成される、
半導体記憶装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 8, comprising:
The sidewall is formed of a silicon nitride film, and the second interlayer insulating film is formed of a silicon oxide film;
Manufacturing method of semiconductor memory device.
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