JP2011100950A - Semiconductor memory device - 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半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device having a ferroelectric capacitor.
DRAMに匹敵する容量、速度、コストの実現化を目指し開発されている次世代の不揮発性メモリとして、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)がある。 There is a FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) as a next-generation nonvolatile memory that has been developed with the aim of realizing capacity, speed, and cost comparable to DRAM.
半導体記憶装置の微細化に伴い、FeRAMのメモリセルを高集積化するには、強誘電
体キャパシタ及びトランジスタの平面方向の微細化が必要となる。従来では、例えば、セルトランジスタ(T)のソースドレイン間にキャパシタ(C)の両端をそれぞれ接続し、これをユニットセルとし,このユニットセルを複数直列に接続した「TC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリ」構造では、1マスクエッチングにより強誘電体キャパシタを形成することで、隣接する強誘電体キャパシタ同士の距離を短くし、FeRAMのメモリセルの高密度化をしている(例えば、特許文献1参照)。
Along with the miniaturization of semiconductor memory devices, the miniaturization of ferroelectric capacitors and transistors in the planar direction is necessary in order to highly integrate FeRAM memory cells. Conventionally, for example, both ends of a capacitor (C) are connected between the source and drain of a cell transistor (T), which is used as a unit cell, and a plurality of unit cells are connected in series. In the “body memory” structure, ferroelectric capacitors are formed by one-mask etching, thereby reducing the distance between adjacent ferroelectric capacitors and increasing the density of FeRAM memory cells (for example, Patent Documents). 1).
しかしながら、上記のTC並列ユニット直列接続型強磁性体メモリ構造では、強誘電体キャパシタの上部電極に接続されている上層コンタクトプラグと隣接する上層コンタクトプラグを接続する配線との合わせずれや、上記の上層コンタクトプラグと、半導体基板の拡散層と配線とを接続する共有コンタクトプラグとの合わせずれを考慮して、例えば第1の方向(複数の強誘電体キャパシタが並列されている方向に対して直交する方向)における配線の幅に、ゆとりを持たせる必要がある。これにより、半導体記憶装置の微細化には物理的限界が生じるという問題がある。 However, in the above TC parallel unit series connection type ferromagnetic memory structure, the misalignment between the upper layer contact plug connected to the upper electrode of the ferroelectric capacitor and the wiring connecting the adjacent upper layer contact plug, Considering misalignment between the upper contact plug and the shared contact plug connecting the diffusion layer and the wiring of the semiconductor substrate, for example, in the first direction (perpendicular to the direction in which the plurality of ferroelectric capacitors are arranged in parallel) It is necessary to provide a space for the wiring width in the direction of As a result, there is a problem that a physical limit occurs in miniaturization of a semiconductor memory device.
また、近年における半導体記憶装置の高集積化、高密度化に伴い、半導体記憶装置のより微細化が望まれている。 In addition, with the recent high integration and high density of semiconductor memory devices, further miniaturization of semiconductor memory devices is desired.
本発明は、より微細化可能な半導体記憶装置を提供する。 The present invention provides a semiconductor memory device that can be further miniaturized.
上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体記憶装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた複数のトランジスタと、前記トランジスタ上に設けられ、下部電極と上部電極との間に設けられた強誘電体膜を含む複数の強誘電体キャパシタと、前記半導体基板と前記下部電極を接続する下層コンタクトプラグと、前記上部電極上に設けられた上層コンタクトプラグと、隣接する前記上層コンタクトプラグ間に設けられ、前記上層コンタクトプラグと前記半導体基板とを接続する共有コンタクトプラグとを備え、前記共有コンタクトプラグが、前記上層コンタクトプラグと直接接触し、接続されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor memory device of one embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a plurality of transistors provided over the semiconductor substrate, a lower electrode and an upper electrode provided over the transistor. A plurality of ferroelectric capacitors including a ferroelectric film provided therebetween; a lower layer contact plug connecting the semiconductor substrate and the lower electrode; and an upper layer contact plug provided on the upper electrode; A shared contact plug provided between the upper contact plugs and connecting the upper contact plug and the semiconductor substrate, wherein the shared contact plug is in direct contact with and connected to the upper contact plug. .
本発明によれば、より微細化可能な半導体記憶装置を提供できる。 According to the present invention, a semiconductor memory device that can be further miniaturized can be provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。各図では、同一の構成要素には同一の符号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same components are denoted by the same reference numerals.
(第1の実施形態)
[第1の実施形態における構成]
第1の実施形態は本発明の一態様としてTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリに適用したものであり、図1乃至図3を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態における半導体記憶装置の構成を示す側方断面図である。図2は、本発明の第1の実施形態における半導体記憶装置の第3のコンタクトプラグを示す側方断面図である。図3は、本発明の第1の実施形態における半導体記憶装置の構成を示す平面図である。
(First embodiment)
[Configuration in the first embodiment]
The first embodiment is applied to a TC parallel unit serial connection type ferroelectric memory as one aspect of the present invention, and will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a side sectional view showing the configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side sectional view showing the third contact plug of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a plan view showing the configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、第1の実施形態の半導体記憶装置は、半導体基板10と、トランジスタ14a,14bと、下層コンタクトプラグ17a,17bと、強誘電体キャパシタ23a,23bと、上層コンタクトプラグ26a,26bと、共有コンタクトプラグ27と、半導体基板10の拡散層11と共有コンタクトプラグ27とを接続するコンタクトプラグ16とで構成される。
As shown in FIG. 1, the semiconductor memory device of the first embodiment includes a
半導体基板10はP型基板に相当し、半導体基板10内にN型の拡散層11が設けられている。
The
また、トランジスタ14a,14bは、ゲート絶縁膜12、ゲート電極13、ソース/ドレイン拡散層を備え、ソースあるいはドレインとしての拡散層11の一方と強誘電体キャパシタ23a,23bの一方の電極とが電気的に接続され、ソースあるいはドレインとしての拡散層11の他方と強誘電体キャパシタ23a,23bの他方の電極とが電気的に接続されている。
The
下層コンタクトプラグ17a,17bは、トランジスタ14a,14bのソースあるいはドレインとしての拡散層11の一方と後述する強誘電体キャパシタ23a,23bの下部電極20a,20bとを接続させるためのものである。
The
強誘電体キャパシタ23a,23bは、図1に示すように、半導体基板10上に設けられた下層コンタクトプラグ17a,17b及び、半導体基板10に積層された第1の層間絶縁膜15上に設けられ、下層より水素バリア膜18、第2の層間絶縁膜19で構成される積層膜の上に設けられている。
As shown in FIG. 1, the
強誘電体キャパシタ23a,23bは、下部電極20a,20bと、この下部電極20a,20b上に形成されたそれぞれの強誘電体膜21a,21bと、この強誘電体膜21a,21b上に形成された上部電極22a,22bとを備えている。この下部電極20a,20bには、例えばPt、Ir、IrO2等の材料を使用することができる。また、強誘電体膜21a,21bには、例えばPZT(Pb(Zr,Ti)O3)、SBT(SrBi2Ta2O9)等を用いることができる。さらに、上部電極22a,22bには、例えばPt、Ir、IrO2等を用いることができる。保護膜24は上記の強誘電体キャパシタ23a,23b上に設けられており、上記の積層膜が上に形成されていない第1の層間絶縁膜15の表面に、保護膜24が設けられている(図1参照)。
The
なお、水素バリア膜18は、強誘電体キャパシタ23a,23bと水素との反応を防止するための膜である。水素バリア膜18には、例えばSiN、Al2O3、TiO2、ZrO2、HfO2
等を用いることができる。また、保護膜24は水素バリア性を有しており、例えばSiN、Al2O3、TiO2、ZrO2、HfO2等を用いることができる。
The
Etc. can be used. The
上層コンタクトプラグ26a,26bは、強誘電体キャパシタ23a,23bの上部電極22a,22b上に形成され、共有コンタクトプラグ27と直接接触しており、トランジスタ14a,14bのソースあるいはドレインとしての拡散層11の他方に電気的に接続されている。
The
共有コンタクトプラグ27は、強誘電体キャパシタ23a,23bの上部電極22a,22bと電気的に接続されている上層コンタクトプラグ26a,26bと、半導体基板10と、を接続するためのものである。図1に示すように、隣接する上層コンタクトプラグ26a,26bとコンタクトプラグ16とを接続するコンタクトプラグを共有コンタクトプラグ27と定義する。
The shared
共有コンタクトプラグ27を、図2に示すように、第1の部分A(下部)と第2の部分B(上部)に分けて定義する。第1の部分Aは、コンタクトプラグ16と共有コンタクトプラグ27のうち第2の方向(複数の強誘電体キャパシタが並列されている方向)における共有コンタクトプラグ27の幅が、第2の方向におけるコンタクトプラグ16の幅と同程度である部分を意味し、第2の部分Bは、共有コンタクトプラグ27から第1の部分を差し引いた部分を意味する。
As shown in FIG. 2, the shared
第1の部分Aの外径d1が第2の部分Bの外径d2よりも細く形成されており、共有コンタクトプラグ27全体では、縦長の形状である。
The outer diameter d1 of the first portion A is formed to be smaller than the outer diameter d2 of the second portion B, and the entire shared
第1の部分Aは、柱状の形状を有している。以下、第1の実施形態における半導体記憶装置の側断面を眺めた場合について説明する。第2の方向(図1におけるX方向)に対して、第1の部分Aの幅は、略一定である。一方で、第2の部分Bは、図2におけるZ方向上方に向かって拡開した形状を有している。つまり、第2の部分Bの幅はZ方向上方に進むほど幅が増大する形状を有している。 The first portion A has a columnar shape. Hereinafter, the case where the side cross section of the semiconductor memory device in the first embodiment is viewed will be described. The width of the first portion A is substantially constant with respect to the second direction (X direction in FIG. 1). On the other hand, the 2nd part B has the shape expanded toward the Z direction upper direction in FIG. That is, the width of the second portion B has a shape in which the width increases as it goes upward in the Z direction.
図2と図3に示すように、第2の部分Bを上面から眺めたとき、第1の部分Aにおける外径d1の中心を通るZ方向の直線Lを基準として、この直線Lから第2の部分Bの外周までの距離が略等距離に設けられている。即ち、第2の部分Bの第2の方向(X方向)における断面はどれも上記直線Lを基準として、この直線Lから第2の部分Bの外周までの距離が略等距離に設けられている。ここで、「略等距離」とは、等方性エッチングにより形成される食刻によって、定まる距離をいう。 As shown in FIGS. 2 and 3, when the second portion B is viewed from the upper surface, the second portion B is determined from the straight line L with respect to the straight line L in the Z direction passing through the center of the outer diameter d1 in the first portion A. The distance to the outer periphery of the part B is provided at substantially equal distances. That is, the cross sections of the second portion B in the second direction (X direction) are all provided with the distance from the straight line L to the outer periphery of the second portion B being substantially equal with respect to the straight line L. Yes. Here, “substantially equidistant” refers to a distance determined by etching formed by isotropic etching.
[第1の実施形態における製造方法]
次に、本実施形態における半導体記憶装置の製造工程について図4で説明する。図4は、本発明の第1の実施形態における半導体記憶装置の製造工程を示す側方断面図である。
[Manufacturing Method in First Embodiment]
Next, the manufacturing process of the semiconductor memory device in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a side sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
まず、図4(a)に至る製造工程について説明する。半導体基板10内に素子分離領域(図示略)が形成され、半導体基板10の活性領域の表面上にゲート絶縁膜12が形成され、ゲート絶縁膜12上にゲート電極13が形成される。ゲート電極13を形成した後、ゲート電極13の両端部における半導体基板10の活性領域の表面部にソースあるいはドレインとしての拡散層11が形成される。この結果、半導体基板10上にメモリセルのトランジスタ14a,14bが形成される。
First, the manufacturing process leading to FIG. 4A will be described. An element isolation region (not shown) is formed in the
なお、ゲート絶縁膜12には、例えばSiO2、Si3N4、SiONのいずれかの単層膜、又は少なくともそれら2種類以上を積層した複合膜を実用的に使用することができる。ゲート電極13には、例えばシリコン多結晶、高融点金属、高融点金属シリサイドのいずれかの単層膜、又はシリコン多結晶膜上に高融点金属膜若しくは高融点金属シリサイド膜を積層した複合膜を実用的に使用することができる。
For the
半導体基板10上にトランジスタ14a,14bを被覆する第1の層間絶縁膜15を形成する。第1の層間絶縁膜15として、例えばTEOS膜を用いることができる。
A first
その後に、第1の層間絶縁膜15の全面にフォトレジストを塗布し、光リソグラフィ−技術により所望のレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして第1の層間絶縁膜15をドライエッチングにより加工し、第1の層間絶縁膜15に半導体基板10の上面のうち一部を露出する第1の開口を形成する。コンタクトプラグ16に用いる材料で第1の開口を充填し、コンタクトプラグ16を形成する。
Thereafter, a photoresist is applied to the entire surface of the first
その後に、第1の層間絶縁膜15とコンタクトプラグ16上に下層より順に水素バリア膜18、第2の層間絶縁膜19を積層することで、積層膜を形成し、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing;以下では「CMP」という)により表面を平坦化する。そして、上記同様の方法で、第1の層間絶縁膜15、水素バリア膜18、第2の層間絶縁膜19を貫通する第2の開口を形成し、下層コンタクトプラグ17a,17bに用いる材料で第2の開口を充填し、下層コンタクトプラグ17a,17bを形成する。
Thereafter, a
第2の層間絶縁膜19と下層コンタクトプラグ17a,17b上に強誘電体キャパシタ23a、23bの下部電極20a,20bが形成され、更にこの下部電極20a,20b上に強誘電体膜21a,21b、上部電極22a,22bが形成される。例えば、下部電極20a,20b、強誘電体膜21a,21b、上部電極22a,22bを形成するための層を積層後に、共通のマスク層を利用して一括的に加工する1マスクエッチングにより下部電極20a,20b、強誘電体膜21a,21b、上部電極22a,22bによる強誘電体キャパシタ23a,23bが形成される(図4(a)参照)。このとき、第1の層間絶縁膜15の上面を一部露出するように水素バリア膜18と第2の層間絶縁膜19までエッチングする。
なお、下部電極20a,20bには、例えばPt膜、Ir膜、IrO2膜、SRO膜等を単層若しくは積層で使用することができ、これらの薄膜はスパッタリングやCVD法により成膜される。また、強誘電体膜21a,21bには例えばPZT、SBT等を実用的に使用することができる。これらの薄膜はスパッタリング法やMOCVD法により成膜される。さらに上部電極22a,22bは、下部電極20a,20bと同様に、例えばPt膜、Ir膜、IrO2膜、SRO膜等を単層又は積層で使用することができる。
For the
上記の強誘電体キャパシタ23a、23bの上面及び側面及び露出した第1の層間絶縁膜15上に保護膜24を形成する(図4(a)参照)。
A
次に、図4(b)に至る製造工程について説明する。上記の保護膜24の上に第3の層間絶縁膜25を形成し、CMPにより表面を平坦化する。その後に、フォトリソグラフィ及びRIEにより、第3の開口及び第4の開口を形成する。第3の開口は、第3の層間絶縁膜25と保護膜24とを貫通し、強誘電体キャパシタ23aにおける上部電極22aが露出するように形成されている。同様に、第4の開口は、第3の層間絶縁膜25と保護膜24とを貫通し、第2の強誘電体キャパシタ23bにおける第2の上部電極22bが露出するように形成されている。上層コンタクトプラグ26a,26bに用いる材料で第3の開口及び第4の開口を充填し、CMPにより表面を平坦化して上層コンタクトプラグ26a,26bを形成する(図4(b)参照)。なお、上層コンタクトプラグ26a,26bとして、例えば下層よりバリアメタル層、タングステン層又はアルミニウム層の積層膜である。
Next, the manufacturing process leading to FIG. 4B will be described. A third
次に、図4(e)に至る製造工程について説明する。まず、第3の層間絶縁膜25、上層コンタクトプラグ26a,26b上全面にフォトレジストを塗布し、光リソグラフィ−技術によりコンタクトプラグ16の上方に第5の開口を形成できるようレジストパターンを形成する(図4(c)参照)。その後に、このレジストパターンを用いて、第3の層間絶縁膜25に対して等方性エッチングを行い、図4(d)に示すように、第3の層間絶縁膜25が等方に食刻された形状をなすことになる。少なくとも上層コンタクトプラグ26a,26bの一部を露出するまで、等方性エッチングを行う。上層コンタクトプラグ26a,26b上部の側面(側壁)の一部を等方性エッチングにより食刻する。これにより、上層コンタクトプラグ26a,26b上部の側壁の一部に凹部が形成される。なお、等方性エッチングの方法は問わず、例えばバッファHFを含むHNO3溶液を用いたウエットエッチングを用いてもよく、ドライエッチングで行ってもよい。
Next, the manufacturing process leading to FIG. First, a photoresist is applied to the entire surface of the third
その後に、上記のレジストパターンを用いて異方性エッチングを行い、コンタクトプラグ16の上面を露出するように第5の開口を形成する(図4(d)参照)。 Thereafter, anisotropic etching is performed using the resist pattern, and a fifth opening is formed so as to expose the upper surface of the contact plug 16 (see FIG. 4D).
さらに、共有コンタクトプラグ27に用いる材料で第5の開口を充填し、CMPにより表面を平坦化、共有コンタクトプラグ27を形成する(図4(e)参照)
なお、コンタクトプラグ16、上層コンタクトプラグ26a,26b及び共有コンタクトプラグ27として、例えば下層よりバリアメタル層、タングステン膜やアルミニウム膜又は銅膜を用いてもよい。
Further, the fifth opening is filled with the material used for the shared
As the
以上より、ある上層コンタクトプラグ26aとこの上層コンタクトプラグ26aの一方に隣接する上層コンタクトプラグ26bと共有コンタクトプラグ27との間を接続する配線層が不要であるため、より微細化可能な半導体記憶装置を提供できる。
As described above, since there is no need for a wiring layer for connecting a certain upper
従来では、一定間隔で第1の方向に複数形成された共有コンタクトプラグ27に対して、同じく一定間隔で第1の方向に複数形成された配線層があわせずれを起こした場合、例えば、ある配線層に対し隣接する共有コンタクトプラグ27が接触する可能性や、配線層に上層コンタクトプラグ26a,26bが接続されない可能性があったが、本発明の第1の実施形態では、配線層を用いないため、そのような心配がない。その結果、合わせずれによる影響が軽減される。 Conventionally, when a plurality of wiring layers formed in the first direction at a constant interval are misaligned with the shared contact plugs 27 formed in the first direction at a constant interval, for example, a certain wiring There is a possibility that the adjacent shared contact plug 27 contacts the layer, and the upper layer contact plugs 26a and 26b may not be connected to the wiring layer. However, in the first embodiment of the present invention, the wiring layer is not used. So there is no such worry. As a result, the influence due to misalignment is reduced.
また、上層コンタクトプラグ26a,26b同士を接続する配線層を不要としているため、この配線層が不要になった部分に別の配線層を設けることが可能になる。その結果、配線層の効率的な使用が可能となり、より微細化可能な半導体記憶装置及びその製造方法を提供できる。例えば、メモリセル上の金属配線は、ビット線や、抵抗減を目的としたワード線の平行配線や、各種信号線などに使われているが、この役割を別途設ける配線層に担わせることができる。その結果、半導体記憶装置の製造費用も削減することができる。 Further, since the wiring layer for connecting the upper contact plugs 26a and 26b is not required, it is possible to provide another wiring layer in a portion where the wiring layer is not required. As a result, the wiring layer can be efficiently used, and a semiconductor memory device that can be further miniaturized and a manufacturing method thereof can be provided. For example, metal wiring on memory cells is used for bit lines, parallel wiring of word lines for reducing resistance, and various signal lines, but this role can be assigned to a separate wiring layer. it can. As a result, the manufacturing cost of the semiconductor memory device can be reduced.
(第2の実施形態)
[第2の実施形態における構成]
本発明の第2の実施形態にかかる半導体記憶装置について図5と図6を参照して説明する。図5は、本発明の第2の実施形態における半導体記憶装置の構成を示す側方断面図である。図6は、本発明の第2の実施形態における半導体記憶装置の構成を示す平面図である。
(Second Embodiment)
[Configuration in Second Embodiment]
A semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a side sectional view showing the configuration of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
なお、第2の実施形態にかかる半導体記憶装置は、第1の実施形態にかかる半導体記憶装置とは、上層コンタクトプラグ26a、26bと共有コンタクトプラグ27の形状が異なり、その他の構成部分については、同一構成を有している。従って、以下の説明において、第1の実施形態と同様の構成部分については、詳細説明を省略し、異なる構成部分(上層コンタクトプラグ26a,26bと共有コンタクトプラグ27)について説明する。説明を簡単にするため、先に共有コンタクトプラグ27について説明する。
The semiconductor memory device according to the second embodiment is different from the semiconductor memory device according to the first embodiment in the shapes of the upper contact plugs 26a and 26b and the shared
<共有コンタクトプラグ>
共有コンタクトプラグ27は、後述する上層コンタクトプラグ26a,26bと半導体基板10とを接続するためのものあり、第2の実施形態では、かかる共有コンタクトプラグ27は、柱状の形状を有している。
<Shared contact plug>
The shared
<上層コンタクトプラグ>
複数の上層コンタクトプラグ26a、26bは同一形状であり、第1の実施形態と同様に、上層コンタクトプラグ26a、26bの第3の部分C(下部)と第4の部分D(上部)について以下、説明する。第3の部分Cは、等方性エッチング後に残存する異方性エッチングにより形成された部分を意味し、第4の部分Dは、上層コンタクトプラグ26a,26bから第3の部分Cを差し引いた部分を意味する。
<Upper contact plug>
The plurality of upper layer contact plugs 26a and 26b have the same shape, and the third part C (lower part) and the fourth part D (upper part) of the upper layer contact plugs 26a and 26b are the same as in the first embodiment. explain. The third portion C means a portion formed by anisotropic etching remaining after isotropic etching, and the fourth portion D is a portion obtained by subtracting the third portion C from the upper contact plugs 26a and 26b. Means.
第3の部分Cが、柱状の形状を有しており、第2の実施形態における半導体記憶装置の側断面を眺めたとき、第2の方向における第3の部分Cの幅は略一定である。そして、第3の部分Cにおける外径は第4の部分Dにおける外径よりも細く形成されており、上層コンタクトプラグ26a,26b全体では、縦長の形状である。第4の部分Dは、図4におけるZ方向上方に向かって拡開した形状を有している。第4の部分Dにおける幅はZ方向上方に進むほど幅が増大する形状を有している。 The third portion C has a columnar shape, and when the side cross section of the semiconductor memory device in the second embodiment is viewed, the width of the third portion C in the second direction is substantially constant. . The outer diameter of the third portion C is smaller than the outer diameter of the fourth portion D, and the upper contact plugs 26a and 26b as a whole are vertically long. The fourth portion D has a shape that expands upward in the Z direction in FIG. The width of the fourth portion D has a shape in which the width increases as it goes upward in the Z direction.
図6に示すように、第4の部分Dを上面から眺めたとき、第3の部分Cにおける外径の中心を通るZ方向の直線を基準として、この直線から第4の部分Dの外周までの距離が略等距離に設けられている。即ち、第4の部分Dの第2の方向における断面はどれも上記直線を基準として略等距離に第4の部分Dの外周が設けられている。これにより、共有コンタクトプラグ27と接触するように上層コンタクトプラグ26a,26bが設けられている。
As shown in FIG. 6, when the fourth portion D is viewed from the upper surface, a straight line in the Z direction passing through the center of the outer diameter of the third portion C is used as a reference from the straight line to the outer periphery of the fourth portion D. Are provided at substantially equal distances. In other words, every cross section in the second direction of the fourth portion D is provided with the outer periphery of the fourth portion D at substantially equal distances with respect to the straight line. Thus, upper contact plugs 26 a and 26 b are provided so as to be in contact with shared
[第2の実施形態における製造方法]
次に、第2の実施形態における半導体記憶装置の製造工程について図7で説明する。図7は、本発明の第2の実施形態における半導体記憶装置の製造工程を示す側方断面図である。
[Manufacturing Method in Second Embodiment]
Next, a manufacturing process of the semiconductor memory device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a side sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
なお、第2の実施形態にかかる半導体記憶装置の製造方法は、第1の実施形態にかかる半導体記憶装置の製造方法とは、上層コンタクトプラグ26a,26bと共有コンタクトプラグ27の形成方法が異なり、その他の工程については、同一工程を有している。従って、以下の説明において、第1の実施形態と同様の工程については、詳細説明を省略し、異なる工程部分について説明する。
The method for manufacturing the semiconductor memory device according to the second embodiment differs from the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the first embodiment in the formation method of the upper contact plugs 26a and 26b and the shared
まず、図7(a)に至る過程については、第1の実施形態における図4(a)に至る過程と同様であるため、説明を省略し、図7(b)について説明する。 First, since the process leading to FIG. 7A is the same as the process leading to FIG. 4A in the first embodiment, description thereof will be omitted and FIG. 7B will be described.
第3の層間絶縁膜25の形成後に(図7(a)参照)、第3の層間絶縁膜25の全面にフォトレジストを塗布し、光リソグラフィ−技術により所望のレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして第3の層間絶縁膜25をドライエッチングにより加工し、第3の層間絶縁膜25にコンタクトプラグ16の上面を露出する第6の開口を形成する。共有コンタクトプラグ27で用いる材料で、この第6の開口を充填し、CMPで表面を平坦化し、共有コンタクトプラグ27を形成する(図7(b)参照)。
After the formation of the third interlayer insulating film 25 (see FIG. 7A), a photoresist is applied to the entire surface of the third
その後、第3の層間絶縁膜25と共有コンタクトプラグ27上に再度フォトレジストを塗布し上層コンタクトプラグ26a,26bを形成するためのレジストパターンを形成する(図7(c)参照)。
Thereafter, a photoresist is applied again on the third
このレジストパターンを用いて、第3の層間絶縁膜25に対して等方性エッチングを行い、図7(d)に示すように、第3の層間絶縁膜25が等方に食刻された形状をなすことになる。少なくとも共有コンタクトプラグ27の一部を露出するまで、等方性エッチングを行う。共有コンタクトプラグ27上部の側面(側壁)の一部を等方性エッチングにより食刻する。これにより、共有コンタクトプラグ27上部の側壁の一部に凹部が形成される。
Using this resist pattern, isotropic etching is performed on the third
その後に、上記のレジストパターンを用いて異法性エッチングを行い、強誘電体キャパシタ23a,23bの上部電極22a,22b表面を一部露出するように第7の開口を形成する(図7(d)参照)。
Thereafter, the etching is performed using the resist pattern, and a seventh opening is formed so as to partially expose the surfaces of the
さらに、上層コンタクトプラグ26a,26bに用いる材料で、第7の開口を充填し、CMPにより表面を平坦化し、上層コンタクトプラグ26a,26bを形成する(図7(e)参照)。なお、上層コンタクトプラグ26a、26b及び共有コンタクトプラグ27として、例えば下層よりバリアメタル層、タングステン膜やアルミニウム膜又は銅膜を用いてもよい。
Further, the seventh opening is filled with the material used for the upper contact plugs 26a and 26b, and the surface is flattened by CMP to form the upper contact plugs 26a and 26b (see FIG. 7E). As the upper contact plugs 26a and 26b and the shared
以上より、ある上層コンタクトプラグ26aとこの上層コンタクトプラグ26aの一方に隣接する上層コンタクトプラグ26bと共有コンタクトプラグ27との間を接続する配線層が不要であるため、より微細化可能な半導体記憶装置を提供できる。
As described above, since there is no need for a wiring layer for connecting a certain upper
また、第1の実施形態同様に、本発明の第2の実施形態では、配線層を用いないため、例えば、ある配線層に対し隣接する上層コンタクトプラグが接触する可能性や、配線層に上層コンタクトプラグが接続されない可能性などの心配がない。その結果、合わせずれによる影響が軽減される。さらに、半導体記憶装置の製造費用も削減することができる。 Similarly to the first embodiment, since the wiring layer is not used in the second embodiment of the present invention, for example, the possibility that an upper contact plug adjacent to a certain wiring layer is in contact with the wiring layer or the upper layer is connected to the wiring layer. There is no worry about the possibility of the contact plug not being connected. As a result, the influence due to misalignment is reduced. Further, the manufacturing cost of the semiconductor memory device can be reduced.
本発明における各実施形態では、上層コンタクトプラグ26a、26bと共有コンタクトプラグ27における材料を銅にしている。銅は比較的低抵抗であるため、上層コンタクトプラグ26a、26bと共有コンタクトプラグ27の接触抵抗を低減することができる。
In each embodiment of the present invention, the material of the upper contact plugs 26a and 26b and the shared
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。例えば、図8に示すように、第1の実施形態と第2の実施形態とを組み合わせてもよい。ここで、図8は本発明の第2の実施形態における半導体記憶装置の変形例を示す断面図である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. For example, as shown in FIG. 8, the first embodiment and the second embodiment may be combined. FIG. 8 is a sectional view showing a modification of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
具体的には、上層コンタクトプラグ26a、26bの形状を第2の実施形態と同様に、共有コンタクトプラグ27の形状を第1の実施形態と同様にしてもよい。これにより、第1の実施形態と第2の実施形態同様に、より微細化可能な半導体記憶装置及びその製造方法を提供できる。さらに、この場合には、第1の実施形態における第2の部分Bの外径d1や第2の実施形態における第4の部分Dの外径よりも小さな径をそれぞれ用いても、上層コンタクトプラグ26a、26bと共有コンタクトプラグ27とを接触されることができる。その結果、第1の実施形態や第2の実施形態に比べて、上層コンタクトプラグ26a、26bと共有コンタクトプラグ27との合わせずれに対する影響をより軽減することができる。また、製造費用も削減できる。
Specifically, the shape of the upper contact plugs 26a and 26b may be the same as that of the second embodiment, and the shape of the shared
更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。 Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be extracted as an invention.
10…半導体基板
11…拡散領域
12…ゲート絶縁膜
13…ゲート電極
14…トランジスタ
15…第1の層間絶縁膜
16…第3の下層コンタクトプラグ
17…下層コンタクトプラグ
18…水素バリア膜
19…第2の層間絶縁膜
20a,20b…下部電極
21a,21b…強誘電体
22a,22b…上部電極
23a,23b…強誘電体キャパシタ
24…保護膜
25…第3の層間絶縁膜
26a、26b…上層コンタクトプラグ
27…共有コンタクトプラグ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記半導体基板上に設けられた複数のトランジスタと、
前記トランジスタ上に設けられ、下部電極と上部電極との間に設けられた強誘電体膜を含む複数の強誘電体キャパシタと、
前記半導体基板と前記下部電極を接続する下層コンタクトプラグと、
前記上部電極上に設けられた上層コンタクトプラグと、
隣接する前記上層コンタクトプラグ間に設けられ、前記上層コンタクトプラグと前記半導体基板とを接続する共有コンタクトプラグと
を備え、
前記共有コンタクトプラグが、前記上層コンタクトプラグと直接接触し、接続されることを特徴とする半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A plurality of transistors provided on the semiconductor substrate;
A plurality of ferroelectric capacitors provided on the transistor and including a ferroelectric film provided between the lower electrode and the upper electrode;
A lower contact plug connecting the semiconductor substrate and the lower electrode;
An upper contact plug provided on the upper electrode;
A common contact plug provided between adjacent upper layer contact plugs and connecting the upper layer contact plug and the semiconductor substrate;
The semiconductor memory device, wherein the shared contact plug is in direct contact with and connected to the upper contact plug.
Priority Applications (1)
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JP2009256479A JP2011100950A (en) | 2009-11-09 | 2009-11-09 | Semiconductor memory device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015162615A (en) * | 2014-02-28 | 2015-09-07 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Semiconductor device including hydrogen diffusion barrier wall and method of making the same |
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2009
- 2009-11-09 JP JP2009256479A patent/JP2011100950A/en active Pending
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