JP2011114330A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2011114330A
JP2011114330A JP2009272519A JP2009272519A JP2011114330A JP 2011114330 A JP2011114330 A JP 2011114330A JP 2009272519 A JP2009272519 A JP 2009272519A JP 2009272519 A JP2009272519 A JP 2009272519A JP 2011114330 A JP2011114330 A JP 2011114330A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plug
csf
plugs
capacitor
lower electrode
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.)
Withdrawn
Application number
JP2009272519A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Kanetani
谷 宏 行 金
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 JP2009272519A priority Critical patent/JP2011114330A/en
Publication of JP2011114330A publication Critical patent/JP2011114330A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having higher flexibility, in the selection of a bottom electrode material of a ferroelectric capacitor and having less via-processing, and to provide a method of manufacturing the semiconductor device. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes switching transistors 301A and 301B formed on a substrate 101; a diffusion layer 121; an interlayer insulating film 131 formed on the transistor 301; ferroelectric capacitors 201A and 201B including a bottom electrode 211, a ferroelectric film 212 and a top electrode 213; a wiring layer 141, formed above the top electrode 213; a first plug TW that conducts electricity between the top electrode 213 and the wiring layer 141; second plugs V1A and V1B that conduct electricity between the diffusion layer 121 and the wiring layer 141; and a third plug CSF; disposed to the side of the bottom electrode 211 for making electrical continuity established between the bottom electrode 211 and the diffusion layer 121. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、例えば、強誘電体キャパシタを有する強誘電体記憶装置(FeRAM)に適用されるものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and is applied to, for example, a ferroelectric memory device (FeRAM) having a ferroelectric capacitor.

現在、FeRAMデバイスは、RFIDやマイコン等への応用が進んでおり、より一層の性能向上及びコスト削減が望まれている。   Currently, application of FeRAM devices to RFID, microcomputers, and the like is progressing, and further performance improvement and cost reduction are desired.

FeRAMの例としては、TC(Transistor Capacitor)並列ユニット直列接続型構造を有するChain型FeRAMが挙げられる。Chain型FeRAMでは、並列接続されたキャパシタ及びトランジスタを含むメモリセル同士が互いに直列接続されており、Chainユニットを構成している。   As an example of FeRAM, Chain type FeRAM which has a TC (Transistor Capacitor) parallel unit serial connection type structure is mentioned. In Chain-type FeRAM, memory cells including capacitors and transistors connected in parallel are connected in series with each other to form a Chain unit.

Chain型FeRAMでは、例えば、COP(Capacitor On Plug)構造が採用され、キャパシタがW(タングステン)プラグ上に配置される。この際、Wプラグの酸化を抑制するため、キャパシタの下部電極材料として、厚さ100nm以上のIr(イリジウム)層及びバリアメタル層(TiAlN、TiN、WN等)が必要となり、下部電極材料には多くの制限が出てくる。   In the Chain type FeRAM, for example, a COP (Capacitor On Plug) structure is adopted, and a capacitor is disposed on a W (tungsten) plug. At this time, in order to suppress oxidation of the W plug, an Ir (iridium) layer and a barrier metal layer (TiAlN, TiN, WN, etc.) having a thickness of 100 nm or more are required as the lower electrode material of the capacitor. There are many restrictions.

また、従来の方法でFeRAM構造を形成する場合、M1配線工程までに、ビア工程が4工程(CS、CSM、V1、TW)も必要となる。ここで、TWは、キャパシタの上部電極と配線層とを導通するプラグを構成し、CS及びCSMは、キャパシタの下部電極と拡散層とを導通するプラグを構成すると共に、配線層と拡散層とを導通するプラグの下部を構成し、V1は、配線層と拡散層とを導通するプラグの上部を構成する。従来の方法では、4工程にも及ぶビア工程に起因するコスト増加や歩留まり低下が問題となる。   Further, when the FeRAM structure is formed by a conventional method, four via processes (CS, CSM, V1, TW) are required before the M1 wiring process. Here, TW constitutes a plug that conducts the upper electrode of the capacitor and the wiring layer, and CS and CSM constitute a plug that conducts the lower electrode of the capacitor and the diffusion layer, and the wiring layer and the diffusion layer V1 constitutes the upper part of the plug that conducts the wiring layer and the diffusion layer. In the conventional method, an increase in cost and a decrease in yield due to as many as four via processes are problematic.

なお、特許文献1には、Chain型FeRAMに相当する半導体記憶装置の例が記載されている。   Patent Document 1 describes an example of a semiconductor memory device corresponding to a chain type FeRAM.

特開2001−319472号公報JP 2001-319472 A

本発明は、強誘電体キャパシタの下部電極材料の選択自由度が高く、ビア工程の少ない半導体装置及びその製造方法を提供することを課題とする。   It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a high degree of freedom in selecting a lower electrode material for a ferroelectric capacitor and having a small number of via processes, and a method for manufacturing the same.

本発明の一の態様は例えば、基板上に形成されたスイッチングトランジスタと、前記基板内に前記トランジスタを挟むよう形成された第1及び第2の拡散層と、前記トランジスタ上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に順に形成された下部電極、強誘電体膜、及び上部電極を含む強誘電体キャパシタと、前記上部電極の上方に形成された配線層と、前記上部電極上に形成され、前記上部電極と前記配線層とを電気的に導通させる第1のプラグと、前記第1の拡散層上に形成され、前記第1の拡散層と前記配線層とを電気的に導通させる第2のプラグと、前記第2の拡散層上に形成され、前記下部電極の側方に配置されており、前記下部電極と前記第2の拡散層とを電気的に導通させる第3のプラグとを備えることを特徴とする半導体装置である。   One aspect of the present invention is, for example, a switching transistor formed on a substrate, first and second diffusion layers formed so as to sandwich the transistor in the substrate, and interlayer insulation formed on the transistor. A ferroelectric capacitor including a film, a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode sequentially formed on the interlayer insulating film; a wiring layer formed above the upper electrode; and the upper electrode A first plug formed and electrically connected between the upper electrode and the wiring layer; and formed on the first diffusion layer and electrically connected between the first diffusion layer and the wiring layer. A second plug that is formed on the second diffusion layer and disposed on a side of the lower electrode, and electrically connects the lower electrode and the second diffusion layer. Semiconductor characterized by comprising a plug It is a device.

本発明の別の態様は例えば、基板上に形成されたスイッチングトランジスタと、前記基板内に前記トランジスタを挟むよう形成された第1及び第2の拡散層と、前記トランジスタ上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に順に形成された下部電極、強誘電体膜、及び上部電極を含む強誘電体キャパシタと、前記上部電極の上方に形成された第1の配線層と、前記下部電極と前記トランジスタとの間に形成された第2の配線層と、前記上部電極上に形成され、前記上部電極と前記第1の配線層とを電気的に導通させる第1のプラグと、前記第1の拡散層上に形成され、前記第1の拡散層と前記第2の配線層とを電気的に導通させる第2のプラグと、前記第2の拡散層上に形成され、前記下部電極の側方に配置されており、前記下部電極と前記第2の拡散層とを電気的に導通させる第3のプラグとを備えることを特徴とする半導体装置である。   Another aspect of the present invention is, for example, a switching transistor formed on a substrate, first and second diffusion layers formed so as to sandwich the transistor in the substrate, and interlayer insulation formed on the transistor. A ferroelectric capacitor including a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode sequentially formed on the interlayer insulating film; a first wiring layer formed above the upper electrode; and the lower part A second wiring layer formed between an electrode and the transistor; a first plug formed on the upper electrode and electrically conducting the upper electrode and the first wiring layer; A second plug formed on the first diffusion layer and electrically connecting the first diffusion layer and the second wiring layer; and formed on the second diffusion layer; and the lower electrode Arranged on the side of the lower electrode A semiconductor device characterized by comprising a third plug for electrically connecting and said second diffusion layer.

本発明の別の態様は例えば、基板上にスイッチングトランジスタを形成し、前記基板内に前記トランジスタを挟むよう第1及び第2の拡散層を形成し、前記トランジスタ上に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜上に下部電極、強誘電体膜、及び上部電極を順に形成して、前記下部電極、前記強誘電体膜、及び前記上部電極を含む強誘電体キャパシタを形成し、前記上部電極上に第1のプラグを形成し、前記第1の拡散層上に第2のプラグを形成し、前記第2の拡散層上における前記下部電極の側方に、前記下部電極と前記第2の拡散層とを電気的に導通させる第3のプラグを形成し、前記上部電極の上方に、前記第1及び第2のプラグと電気的に導通する配線層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法である。   In another aspect of the present invention, for example, a switching transistor is formed on a substrate, first and second diffusion layers are formed so as to sandwich the transistor in the substrate, an interlayer insulating film is formed on the transistor, A lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode are sequentially formed on the interlayer insulating film to form a ferroelectric capacitor including the lower electrode, the ferroelectric film, and the upper electrode, and the upper electrode A first plug is formed on the first diffusion layer, a second plug is formed on the first diffusion layer, and the lower electrode and the second plug are formed on a side of the lower electrode on the second diffusion layer. 3. A semiconductor device comprising: a third plug electrically connected to the diffusion layer; and a wiring layer electrically connected to the first and second plugs formed above the upper electrode. It is a manufacturing method.

本発明によれば、強誘電体キャパシタの下部電極材料の選択自由度が高く、ビア工程の少ない半導体装置及びその製造方法を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device having a high degree of freedom in selecting a lower electrode material of a ferroelectric capacitor and having a small number of via processes, and a manufacturing method thereof.

第1実施形態の半導体装置の構成を示す平面図及び側方断面図である。It is the top view and side sectional view showing the composition of the semiconductor device of a 1st embodiment. 比較例の半導体装置の構成を示す平面図及び側方断面図である。It is the top view and side sectional view which show the structure of the semiconductor device of a comparative example. 図1の半導体装置の動作について説明するための回路図及びグラフである。2 is a circuit diagram and a graph for explaining the operation of the semiconductor device of FIG. 図1の半導体装置内のChainユニットの構成を示す側方断面図である。FIG. 2 is a side sectional view showing a configuration of a Chain unit in the semiconductor device of FIG. 1. 第1実施形態の半導体装置の製造方法を示す側方断面図(1/2)である。FIG. 6 is a side cross-sectional view (1/2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造方法を示す側方断面図(2/2)である。FIG. 6 is a side cross-sectional view (2/2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. 図1の半導体装置の構成の変形例を示す平面図及び側方断面図である。FIG. 6 is a plan view and a side cross-sectional view showing a modification of the configuration of the semiconductor device of FIG. 1. 比較例の半導体装置の製造方法を示す側方断面図(1/2)である。It is a sectional side view (1/2) which shows the manufacturing method of the semiconductor device of a comparative example. 比較例の半導体装置の製造方法を示す側方断面図(2/2)である。FIG. 4 is a side cross-sectional view (2/2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the comparative example. 第2実施形態の半導体装置の構成を示す平面図及び側方断面図である。It is the top view and side sectional view showing the composition of the semiconductor device of a 2nd embodiment. 第2実施形態の半導体装置の製造方法を示す側方断面図(1/2)である。It is a sectional side view (1/2) which shows the manufacturing method of the semiconductor device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の半導体装置の製造方法を示す側方断面図(2/2)である。It is a side sectional view (2/2) showing a manufacturing method of a semiconductor device of a 2nd embodiment. 第3実施形態の半導体装置の構成を示す平面図及び側方断面図である。It is the top view and side sectional view showing the composition of the semiconductor device of a 3rd embodiment. 第4実施形態の半導体装置の構成を示す平面図及び側方断面図である。It is the top view and side sectional view which show the structure of the semiconductor device of 4th Embodiment. 第5実施形態の半導体装置の構成を示す平面図及び側方断面図である。It is the top view and side sectional view showing the composition of the semiconductor device of a 5th embodiment.

本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の半導体装置の構成を示す平面図及び側方断面図である。図1(A)は、半導体装置の平面図に相当し、図1(B)及び(C)はそれぞれ、図1(A)に示すX−X’線及びY−Y’線に沿った側方断面図に相当する。
(First embodiment)
1A and 1B are a plan view and a side sectional view showing the configuration of the semiconductor device of the first embodiment. 1A corresponds to a plan view of the semiconductor device, and FIGS. 1B and 1C are side views taken along lines XX ′ and YY ′ shown in FIG. 1A, respectively. It corresponds to a sectional view.

図1(A)には、基板101上に形成されたSTI(Shallow Trench Isolation)層111と拡散層121が示されている。図1(A)には更に、強誘電体キャパシタ201(201A〜D)と、後述するスイッチングトランジスタ301を構成するゲート導電膜GCが示されている。   FIG. 1A shows an STI (Shallow Trench Isolation) layer 111 and a diffusion layer 121 formed on the substrate 101. FIG. 1A further shows a ferroelectric capacitor 201 (201A to 201D) and a gate conductive film GC constituting a switching transistor 301 described later.

本実施形態の半導体装置は、これら強誘電体キャパシタ201及びスイッチングトランジスタ301で構成されたメモリセルを備える強誘電体記憶装置(FeRAM)となっている。図1(A)には更に、種々のプラグTW,V1,CSFが示されている。   The semiconductor device of this embodiment is a ferroelectric memory device (FeRAM) including a memory cell composed of the ferroelectric capacitor 201 and the switching transistor 301. FIG. 1A also shows various plugs TW, V1, and CSF.

図1(B)には、図1(A)に示すキャパシタ201A,Bと、これらキャパシタ201A,Bと共にメモリセルを構成するトランジスタ301A,Bが示されている。一方、図1(C)には、図1(A)に示すキャパシタ201A,Cと、これらキャパシタ201A,Cと共にメモリセルを構成するトランジスタ301A,Cが示されている。図1(B)及び(C)では、キャパシタ201A〜Cやトランジスタ301A〜Cに対応する構成要素の参照符号に、添字A〜Cが付してある。   FIG. 1B shows capacitors 201A and 201B shown in FIG. 1A and transistors 301A and B that constitute memory cells together with the capacitors 201A and 201B. On the other hand, FIG. 1C shows capacitors 201A and C shown in FIG. 1A and transistors 301A and C that constitute memory cells together with the capacitors 201A and C. 1B and 1C, subscripts A to C are added to reference numerals of components corresponding to the capacitors 201A to 201C and the transistors 301A to 301C.

以下、図1(B)を参照し、かつ、キャパシタ201A及びトランジスタ301Aを例として、各メモリセルの構成について説明する。ただし、以下の説明は、キャパシタ201B,Cやトランジスタ301B,Cなど、本実施形態の半導体装置内のその他の強誘電体キャパシタ201やスイッチングトランジスタ301にも当てはまる。以下の説明では、図1(B)に加え、図1(A)及び(C)についても適宜参照する。   Hereinafter, the structure of each memory cell will be described with reference to FIG. 1B and the capacitor 201A and the transistor 301A as examples. However, the following description also applies to other ferroelectric capacitors 201 and switching transistors 301 in the semiconductor device of this embodiment, such as capacitors 201B and C and transistors 301B and 301C. In the following description, FIGS. 1A and 1C are referred to as appropriate in addition to FIG.

図1(B)には、基板101上に形成されたトランジスタ301Aが示されている。トランジスタ301Aは、基板101上に順に形成されたゲート絶縁膜311Aとゲート電極312Aとを含んでいる。本実施形態では、基板101は、半導体基板、例えば、シリコン基板となっている。また、ゲート絶縁膜311Aは例えばシリコン酸化膜、ゲート電極312Aは例えばポリシリコン層である。   In FIG. 1B, a transistor 301A formed over the substrate 101 is illustrated. The transistor 301A includes a gate insulating film 311A and a gate electrode 312A which are sequentially formed over the substrate 101. In the present embodiment, the substrate 101 is a semiconductor substrate, for example, a silicon substrate. The gate insulating film 311A is, for example, a silicon oxide film, and the gate electrode 312A is, for example, a polysilicon layer.

図1(B)には更に、基板101内にトランジスタ301Aを挟むよう形成された拡散層1211及び1212が示されている。拡散層1211及び1212の一方は、ソース拡散層として機能し、他方はドレイン拡散層として機能する。拡散層1211及び1212はそれぞれ、本発明の第1及び第2の拡散層の例である。 FIG. 1B further shows diffusion layers 121 1 and 121 2 formed in the substrate 101 so as to sandwich the transistor 301A. One of the diffusion layers 121 1 and 121 2 functions as a source diffusion layer, and the other functions as a drain diffusion layer. The diffusion layers 121 1 and 121 2 are examples of the first and second diffusion layers of the present invention, respectively.

図1(B)には更に、基板101内に形成された拡散層1213が示されている。トランジスタ301Aは、拡散層1211及び1212の間に挟まれており、トランジスタ301Bは、拡散層1212及び1213の間に挟まれている。このように、拡散層1212は、トランジスタ301A及びBにより共用されている。 FIG. 1B further shows a diffusion layer 121 3 formed in the substrate 101. The transistor 301A is sandwiched between the diffusion layers 121 1 and 121 2 , and the transistor 301B is sandwiched between the diffusion layers 121 2 and 121 3 . Thus, the diffusion layer 121 2 is shared by the transistors 301A and B.

図1(B)には更に、基板101上にトランジスタ301Aを覆うよう形成された第1の層間絶縁膜131と、第1の層間絶縁膜131上に形成されたキャパシタ201Aが示されている。第1の層間絶縁膜131は、本発明の層間絶縁膜の例である。キャパシタ201Aは、第1の層間絶縁膜131上に順に形成された下部電極(BE:Bottom Electrode)211A、強誘電体膜(FE:Ferroelectric Film)212A、及び上部電極(TE:Top Electrode)213Aを含んでいる。   FIG. 1B further shows a first interlayer insulating film 131 formed on the substrate 101 so as to cover the transistor 301A, and a capacitor 201A formed on the first interlayer insulating film 131. The first interlayer insulating film 131 is an example of the interlayer insulating film of the present invention. The capacitor 201A includes a lower electrode (BE: Bottom Electrode) 211A, a ferroelectric film (FE: Ferroelectric Film) 212A, and an upper electrode (TE: Top Electrode) 213A that are sequentially formed on the first interlayer insulating film 131. Contains.

本実施形態では、下部電極211Aは、厚さ30nmのバリアメタルTiAlN膜と、厚さ120nmのIr膜が順に積層された積層膜となっている。また、強誘電体膜212Aは、厚さ100nmのPb(ZrXTi1-X)O3膜となっている。また、上部電極213Aは、厚さ10nmのSrRuO3膜と、厚さ70nmのIrO2膜が順に積層された積層膜となっている(なお、SrRuO3膜の図示は省略されている)。 In the present embodiment, the lower electrode 211A is a laminated film in which a barrier metal TiAlN film having a thickness of 30 nm and an Ir film having a thickness of 120 nm are sequentially laminated. The ferroelectric film 212A is a Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 film having a thickness of 100 nm. Further, the upper electrode 213A is a laminated film in which a 10 nm thick SrRuO 3 film and a 70 nm thick IrO 2 film are sequentially laminated (the SrRuO 3 film is not shown).

図1(B)には更に、第1の層間絶縁膜131上にキャパシタ201Aを覆うよう順に形成された水素保護膜151と第2の層間絶縁膜132が示されている。水素保護膜151としては例えば、SiO2膜等のSiOX膜(シリコン酸化膜)、Al23膜等のAlXY膜(アルミニウム酸化膜)、SiAlO膜等のSiAlXY膜(シリコンアルミニウム酸化膜)、ZrO2膜等のZrOX膜(ジルコニウム酸化膜)、Si34膜等のSiXY膜(シリコン窒化膜)、又はこれらの膜の2つ以上を組み合わせた積層膜が適している。 FIG. 1B further shows a hydrogen protective film 151 and a second interlayer insulating film 132 formed in this order on the first interlayer insulating film 131 so as to cover the capacitor 201A. Examples of the hydrogen protective film 151 include a SiO x film (silicon oxide film) such as a SiO 2 film, an Al x O y film (aluminum oxide film) such as an Al 2 O 3 film, and a SiAl x O y film such as a SiAlO film ( Silicon aluminum oxide film), ZrO x film (zirconium oxide film) such as ZrO 2 film, Si x N y film (silicon nitride film) such as Si 3 N 4 film, or a combination of two or more of these films A membrane is suitable.

図1(B)には更に、キャパシタ201Aの上部電極213Aの上方に水素保護膜151及び第2の層間絶縁膜132を介して形成された配線層141が示されている。図1(B)では、配線層141のうち、キャパシタ201Aの上部電極213Aと電気的に導通された部分が符号1411で示されており、キャパシタ201Bの上部電極201Bと電気的に導通された部分が符号1412で示されている。配線層141は、M1配線に相当し、本実施形態では、Al(アルミニウム)層となっている。図1(B)には更に、第2の層間絶縁膜132上に配線層141を覆うよう形成された第3の層間絶縁膜133が示されている。 FIG. 1B further shows a wiring layer 141 formed above the upper electrode 213A of the capacitor 201A with a hydrogen protective film 151 and a second interlayer insulating film 132 interposed therebetween. In FIG. 1B, a portion of the wiring layer 141 that is electrically connected to the upper electrode 213A of the capacitor 201A is denoted by reference numeral 141 1 and is electrically connected to the upper electrode 201B of the capacitor 201B. The part is indicated by reference numeral 141 2 . The wiring layer 141 corresponds to the M1 wiring, and is an Al (aluminum) layer in the present embodiment. FIG. 1B further shows a third interlayer insulating film 133 formed on the second interlayer insulating film 132 so as to cover the wiring layer 141.

図1(B)には更に、3種類のプラグTWA,V1A,CSFAが示されている。図1(A)から明らかなように、これらのプラグのうち、プラグV1A及びCSFAは、本来図1(B)の断面には現れないプラグである。しかしながら、本実施形態では、説明の便宜上、プラグV1A及びCSFAについても図1(B)に破線で示した。なお、後述の図面でも、本来断面に現れないプラグについては、破線で示すことにする。 FIG. 1B further shows three types of plugs TW A , V 1 A and CSF A. As is clear from FIG. 1A, among these plugs, the plugs V1 A and CSF A are plugs that do not originally appear in the cross section of FIG. However, in the present embodiment, for convenience of explanation, indicated by broken lines in FIG. 1 (B) also plug V1 A and CSF A. In the drawings described later, plugs that do not originally appear in the cross section are indicated by broken lines.

プラグTWAは、図1(B)に示すように、上部電極213A上に形成され、上部電極213Aと配線層1411とを電気的に導通させている(図1(A)も参照)。プラグTWAは、本発明の第1のプラグの例である。本実施形態では、プラグTWAは、W(タングステン)プラグとなっている。 Plug TW A, as shown in FIG. 1 (B), (see FIG. 1 (A) also) which are formed on the upper electrode 213A, and electrically conductive is not the upper electrode 213A and the wiring layer 141 1. Plug TW A is an example of the first plug of the present invention. In this embodiment, the plug TW A is, W (tungsten) and has a plug.

また、プラグV1Aは、図1(B)に示すように、拡散層1211上に形成され、拡散層1211と配線層1411とを電気的に導通させている(図1(A)も参照)。プラグV1Aは、本発明の第2のプラグの例である。本実施形態では、プラグV1Aもまた、W(タングステン)プラグとなっている。 Also, the plug V1 A, as shown in FIG. 1 (B), is formed on the diffusion layer 121 1 is electrically conductive is not the diffusion layer 121 1 and the wiring layer 141 1 (FIG. 1 (A) See also). Plug V1 A is an example of a second plug of the present invention. In this embodiment, the plug V1 A also has a W (tungsten) plug.

また、プラグCSFAは、図1(B)に示すように、拡散層1212上に形成され、拡散層1212と下部電極211Aとを電気的に導通させている。より詳細には、プラグCSFAは、図1(C)に示すように、下部電極211Aの側方に配置されており、下部電極211Aの側面と拡散層1212の上面とに接することで、下部電極211Aと拡散層1212とを電気的に導通させている(図1(A)も参照)。プラグCSFAは、本発明の第3のプラグの例である。本実施形態では、プラグCSFAもまた、W(タングステン)プラグとなっている。このように、本実施形態では、プラグTWA,V1A,CSFAは、同じ材料で形成されている。なお、プラグTWA,V1A,CSFAは、いずれもAl(アルミニウム)プラグとしても構わない。 Also, the plug CSF A, as shown in FIG. 1 (B), is formed on the diffusion layer 121 2, it is electrically conducted to thereby a diffusion layer 121 2 and the lower electrode 211A. More specifically, the plug CSF A, as shown in FIG. 1 (C), is arranged on the side of the lower electrode 211A, by contact with the side surface and the upper surface of the diffusion layer 121 and second lower electrode 211A, and electrically conductive is not the the lower electrode 211A and the diffusion layer 121 2 (see FIG. 1 (a) also). Plug CSF A is an example of a third plug of the present invention. In the present embodiment, the plug CSF A is also a W (tungsten) plug. Thus, in the present embodiment, the plugs TW A , V1 A , and CSF A are formed of the same material. The plugs TW A , V1 A , and CSF A may all be Al (aluminum) plugs.

以上のように、本実施形態の半導体装置は、キャパシタ201A及びトランジスタ301A用のプラグとして、プラグTWA,V1A,CSFAを備えている。一方、図2に示す半導体装置は、キャパシタ201A及びトランジスタ301A用のプラグとして、プラグTWA,V1A,CSA,CSMAを備えている。以下、図2に示す半導体装置の構成について説明する。 As described above, the semiconductor device of this embodiment includes the plugs TW A , V1 A , and CSF A as plugs for the capacitor 201A and the transistor 301A. On the other hand, the semiconductor device shown in FIG. 2 includes plugs TW A , V 1 A , CS A , and CSM A as plugs for the capacitor 201A and the transistor 301A. Hereinafter, the configuration of the semiconductor device illustrated in FIG. 2 will be described.

図2は、比較例の半導体装置の構成を示す平面図及び側方断面図である。図2(A)は、半導体装置の平面図に相当し、図2(B)及び(C)はそれぞれ、図2(A)に示すX−X’線及びY−Y’線に沿った側方断面図に相当する。   2A and 2B are a plan view and a side sectional view showing a configuration of a semiconductor device of a comparative example. 2A corresponds to a plan view of the semiconductor device, and FIGS. 2B and 2C are side views taken along lines XX ′ and YY ′ shown in FIG. 2A, respectively. It corresponds to a sectional view.

図2(B)には、4種類のプラグTWA,V1A,CSA,CSMAが示されている。 FIG. 2B shows four types of plugs TW A , V 1 A , CS A , and CSM A.

プラグTWAは、図2(B)に示すように、上部電極213A上に形成され、上部電極213Aと配線層1411とを電気的に導通させている(図2(A)も参照)。本比較例では、プラグTWAは、Al(アルミニウム)プラグとなっている。 As shown in FIG. 2B, the plug TW A is formed on the upper electrode 213A and electrically connects the upper electrode 213A and the wiring layer 141 1 (see also FIG. 2A). In this comparative example, the plug TW A is, Al (aluminum) has a plug.

また、図2(B)には、プラグCSAが2個示されており、一方のプラグCSAは、拡散層1211上に形成され、他方のプラグCSAは、拡散層1212上に形成されている。本比較例では、これらプラグCSAは、ポリシリコンプラグとなっている。 In FIG. 2B, two plugs CS A are shown. One plug CS A is formed on the diffusion layer 121 1 , and the other plug CS A is formed on the diffusion layer 121 2 . Is formed. In this comparative example, these plugs CS A has a polysilicon plug.

また、図2(B)には、プラグCSMAが2個示されており、一方のプラグCSMAは、拡散層1211上のプラグCSA上に形成され、他方のプラグCSMAは、拡散層1212上のプラグCSA上に形成されている。本比較例では、これらプラグCSMAは、W(タングステン)プラグとなっている。 Further, in FIG. 2 (B), it is shown two plugs CSM A is one of the plug CSM A is formed on the plug CS A on the diffusion layer 121 1 and the other plug CSM A, diffusion It is formed on the plug CS a on layer 121 2. In this comparative example, these plugs CSM A is, W (tungsten) and has a plug.

また、プラグV1Aは、図2(B)に示すように、拡散層1211上のプラグCSA及びCSMA上に形成されている。本比較例では、プラグV1Aは、W(タングステン)プラグとなっている。 Also, the plug V1 A, as shown in FIG. 2 (B), are formed on the plug CS A and CSM A on the diffusion layer 121 1. In this comparative example, the plug V1 A is, W (tungsten) and has a plug.

その結果、拡散層1211上のプラグCSA,CSMA,及びV1Aは、図2(B)に示すように、拡散層1211と配線層1411とを電気的に導通させている(図2(A)も参照)。 As a result, the plug CS A on the diffusion layer 121 1, CSM A, and V1 A, as shown in FIG. 2 (B), are electrically connected to not the diffusion layer 121 1 and the wiring layer 141 1 ( (See also FIG. 2 (A)).

また、拡散層1212上のプラグCSA及びCSMAは、図2(B)に示すように、拡散層1212と下部電極211Aとを電気的に導通させている。より詳細には、拡散層1212上のプラグCSA及びCSMAは、図2(B),(C)に示すように、下部電極211Aの下方に配置されており、下部電極211Aの下面と拡散層1212の上面とに接することで、下部電極211Aと拡散層1212とを電気的に導通させている。 Also, the plug CS A and CSM A on the diffusion layer 121 2, as shown in FIG. 2 (B), are electrically connected to thereby a diffusion layer 121 2 and the lower electrode 211A. More particularly, plug CS A and CSM A on the diffusion layer 121 2, FIG. 2 (B), the as shown in (C), is disposed below the lower electrode 211A, and the lower surface of the lower electrode 211A by contact with the upper surface of the diffusion layer 121 2, are electrically conducted to thereby the the lower electrode 211A and the diffusion layer 121 2.

なお、本比較例では、下部電極211Aは、バリアメタルTiAlN膜とIr膜が順に積層された積層膜となっている。また、強誘電体膜212Aは、Pb(ZrXTi1-X)O3膜となっている。また、上部電極213Aは、SrRuO3膜とIrO2膜が順に積層された積層膜となっている。 In this comparative example, the lower electrode 211A is a laminated film in which a barrier metal TiAlN film and an Ir film are laminated in order. The ferroelectric film 212A is a Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 film. The upper electrode 213A is a laminated film in which an SrRuO 3 film and an IrO 2 film are laminated in order.

以下、図1を参照し、本実施形態の半導体装置の利点について説明する。その際、図2に示す比較例の半導体装置についても適宜参照する。   Hereinafter, the advantages of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. At that time, the semiconductor device of the comparative example shown in FIG.

比較例の半導体装置は、図2のように、キャパシタ201A及びトランジスタ301A用のプラグとして、プラグTWA,V1A,CSA,CSMAを備え、プラグTWA,V1A,CSA,CSMAはそれぞれ、Alプラグ,Wプラグ,ポリシリコンプラグ,Wプラグとなっている。よって、比較例では、これらのプラグを形成する工程(ビア工程)が、TWAの形成工程、V1Aの形成工程、CSAの形成工程、CSMAの形成工程の4工程も必要となる。そのため、比較例では、4工程にも及ぶビア工程に起因するコスト増加や歩留まり低下が問題となる。 As shown in FIG. 2, the semiconductor device of the comparative example includes plugs TW A , V1 A , CS A , CSM A as plugs for the capacitor 201A and the transistor 301A, and the plugs TW A , V1 A , CS A , CSM A Are respectively an Al plug, a W plug, a polysilicon plug, and a W plug. Therefore, in the comparative example, the step of forming these plugs (vias steps), the formation process of TW A, the formation process of V1 A process of forming the CS A, 4 processings of formation of CSM A is also required. Therefore, in the comparative example, an increase in cost and a decrease in yield due to the via process as many as four processes become problems.

これに対し、本実施形態の半導体装置は、図1のように、キャパシタ201A及びトランジスタ301A用のプラグとして、プラグTWA,V1A,CSFAを備えている。これにより、本実施形態では、以下のように、キャパシタ201A及びトランジスタ301A用のプラグを形成するビア工程の工程数を減らすことが可能となる。 On the other hand, the semiconductor device of the present embodiment includes plugs TW A , V1 A , and CSF A as plugs for the capacitor 201A and the transistor 301A as shown in FIG. Thereby, in the present embodiment, it is possible to reduce the number of via processes for forming plugs for the capacitor 201A and the transistor 301A as described below.

第1に、比較例では、拡散層1212上のプラグCSA及びCSMAが、下部電極211Aの下方に配置される。そのため、プラグCSA及びCSMAは、キャパシタ201Aの作製前に形成する必要がある。一方、プラグV1Aは、第2の層間絶縁膜132に埋め込まれるため、キャパシタ201Aの作製後に形成する必要がある。そのため、比較例では、拡散層1211,1212上にプラグを形成するのに、CSAの形成工程、CSMAの形成工程、V1Aの形成工程の3工程が必要となる。 First, in the comparative example, the plug CS A and CSM A on the diffusion layer 121 2 is disposed below the lower electrode 211A. Therefore, the plugs CS A and CSM A need to be formed before the capacitor 201A is manufactured. On the other hand, the plug V1 A is for implantation in the second interlayer insulating film 132, it is necessary to form after making a capacitor 201A. Therefore, in the comparative example, in order to form the plugs on the diffusion layers 121 1 and 121 2 , three steps of a CS A forming step, a CSM A forming step, and a V1 A forming step are required.

これに対し、本実施形態では、拡散層1212上のプラグCSFAは、下部電極211Aの側方に配置される。よって、プラグCSFAは、プラグV1Aと同様、キャパシタ201Aの作製後に形成することが可能である。よって、本実施形態では、拡散層1211上のプラグV1Aの材料と、拡散層1212上のプラグCSFAの材料とを同じにすることで、これらのプラグの形成工程を同一工程とし、これらのプラグの形成工程の工程数を少なくすることが可能となる。実際、本実施形態では、プラグV1Aの材料とプラグCSFAの材料は、共にW(タングステン)となっており、これらのプラグは、後述するように、同一の埋め込み工程により形成される。 In contrast, in the present embodiment, the plug CSF A on the diffusion layer 121 2 is disposed on the side of the lower electrode 211A. Thus, the plug CSF A, similar to the plug V1 A, can be formed after production of a capacitor 201A. Therefore, in this embodiment, the material of the plug V1 A on the diffusion layer 121 1 and the material of the plug CSF A on the diffusion layer 121 2 are made the same, thereby forming these plugs in the same process, The number of steps for forming these plugs can be reduced. In fact, in the present embodiment, materials of the plug CSF A plug V1 A are both has a W (tungsten), those plugs, as will be described later, are formed by the same embedding process.

第2に、比較例では、プラグTWA,V1Aは、それぞれAlプラグ,Wプラグとなっており、互いに異なる材料で形成されている。そのため、比較例では、プラグTWA,V1Aを形成するのに、TWAの形成工程、V1Aの形成工程の2工程が必要となる。 Second, in the comparative example, the plugs TW A and V1 A are Al plugs and W plugs, respectively, and are formed of different materials. Therefore, in the comparative example, in order to form the plugs TW A and V1 A , two steps of forming the TW A and forming the V1 A are necessary.

これに対し、本実施形態では、プラグTWA,V1Aは、共にWプラグとなっており、同じ材料で形成されている。よって、本実施形態では、プラグTWAの形成工程と、プラグV1Aの形成工程とを同一工程とすることで、これらのプラグの形成工程の工程数を少なくすることが可能となる。 On the other hand, in this embodiment, the plugs TW A and V1 A are both W plugs and are formed of the same material. Therefore, in the present embodiment, the step of forming the plug TW A, by a process of forming the plugs V1 A and the same process, it is possible to reduce the number of steps of the plug formation process.

特に、本実施形態では、プラグTWA,V1A,CSFAは、いずれもWプラグとなっており、いずれも同じ材料で形成されている。よって、本実施形態では、プラグTWAの形成工程と、プラグV1Aの形成工程と、プラグCSFAの形成工程とを同一工程とすることで、プラグTWA,V1A,CSFAを1工程で形成することが可能となる。このように、本実施形態では、プラグTWA,V1A,CSFAの材料を同じ材料とすることで、これらのプラグを1工程で形成することが可能となる。 In particular, in this embodiment, the plugs TW A , V1 A , and CSF A are all W plugs, and all are formed of the same material. Therefore, in the present embodiment, the step of forming the plug TW A, the step of forming the plugs V1 A, by a process of forming the plugs CSF A and the same process, the plug TW A, V1 A, the CSF A 1 step Can be formed. As described above, in this embodiment, the plugs TW A , V1 A , and CSF A are made of the same material, so that these plugs can be formed in one step.

なお、本実施形態では、上部電極213Aの少なくとも最上位層は、Pt(白金)層等の貴金属層や、IrO2層等の貴金属含有層とすることが望ましい。このような上部電極213Aには、第1に、そのエッチングレートが遅くなり、プラグTWA用のビアホールと、プラグV1A,CSFA用のビアホールを同時に形成することが容易になるという利点がある。第2に、キャパシタ201AのRIE(Reactive Ion Etching)加工の際に、キャパシタ201Aがテーパー形状に加工されやすくなり、下部電極211Aの側面が露出するようプラグCSFA用のビアホールを形成するのが容易になるという利点がある。 In the present embodiment, at least the uppermost layer of the upper electrode 213A is preferably a noble metal layer such as a Pt (platinum) layer or a noble metal-containing layer such as an IrO 2 layer. First, the upper electrode 213A has an advantage that the etching rate is slow, and it becomes easy to simultaneously form the via hole for the plug TW A and the via holes for the plugs V1 A and CSF A. . Second, during RIE (Reactive Ion Etching) processing of the capacitor 201A, the capacitor 201A is easily processed into a tapered shape, and it is easy to form a via hole for the plug CSF A so that the side surface of the lower electrode 211A is exposed. There is an advantage of becoming.

以上のように、本実施形態には、キャパシタ201A及びトランジスタ301A用のプラグを形成するビア工程の工程数を減らすことが可能となるという利点がある。本実施形態には更に、次のように、キャパシタ201Aの下部電極材料の選択自由度が高くなるという利点がある。   As described above, this embodiment has an advantage that the number of via steps for forming the plug for the capacitor 201A and the transistor 301A can be reduced. The present embodiment further has the advantage that the degree of freedom in selecting the lower electrode material of the capacitor 201A is increased as follows.

比較例の半導体装置では、COP構造が採用されており、下部電極211Aが、WプラグであるプラグCSMA上に配置されている。この場合、WプラグであるプラグCSMAが酸化により膨張することが問題となる。そのため、比較例では、プラグCSMAの酸化を抑制するため、キャパシタ201Aの下部電極材料として、厚さ100nm以上のIr層及びバリアメタル層(TiAlN等)が必要となる。このように、比較例では、下部電極材料が特定の材料に制限されてしまう。 In the semiconductor device of the comparative example, the COP structure is adopted, and the lower electrode 211A is disposed on the plug CSM A that is a W plug. In this case, the problem is that the plug CSM A which is a W plug expands due to oxidation. Therefore, in the comparative example, in order to suppress the oxidation of the plug CSM A, as a lower electrode material of the capacitor 201A, the thickness 100nm or more Ir layer and the barrier metal layer (TiAlN, etc.) is required. Thus, in the comparative example, the lower electrode material is limited to a specific material.

これに対し、本実施形態の半導体装置では、COP構造は採用されておらず、下部電極211Aは、プラグCSFAの側方に配置されている。そのため、本実施形態では、下部電極材料は、比較例のように特定の材料に限定されず、様々な材料を採用可能である。本実施形態では、例えば、下部電極211AとしてPt層を採用したり、下部電極211Aを薄膜化することで、強誘電体膜212Aの特性を改善することが可能となる。例えば、下部電極211Aを、厚さ5nmのTi(チタン)膜と厚さ100nmのIr膜とが順に積層された積層膜、又は、厚さ5nmのTi膜と厚さ100nmのPt膜とが順に積層された積層膜とし、強誘電体膜212AをPZT膜とすることで、当該PZT膜の結晶性を良くし、その分極特性を良くすることが可能である。 On the other hand, the COP structure is not adopted in the semiconductor device of this embodiment, and the lower electrode 211A is disposed on the side of the plug CSF A. Therefore, in this embodiment, the lower electrode material is not limited to a specific material as in the comparative example, and various materials can be employed. In the present embodiment, for example, it is possible to improve the characteristics of the ferroelectric film 212A by adopting a Pt layer as the lower electrode 211A or by reducing the thickness of the lower electrode 211A. For example, the lower electrode 211A is a laminated film in which a Ti (titanium) film having a thickness of 5 nm and an Ir film having a thickness of 100 nm are sequentially laminated, or a Ti film having a thickness of 5 nm and a Pt film having a thickness of 100 nm are sequentially arranged. By forming a laminated film and using the ferroelectric film 212A as a PZT film, the crystallinity of the PZT film can be improved and the polarization characteristics thereof can be improved.

なお、本実施形態では、下部電極211Aは、バリアメタルTiAlN膜とIr膜が順に積層された積層膜となっており、下部電極211Aの本体部分(Ir膜)は、バリアメタル層(TiAlN膜)を介して第1の層間絶縁膜131上に形成されている。しかしながら、下部電極211Aは、バリアメタル層を含まず、第1の層間絶縁膜131上に直接形成されていてもよい。   In this embodiment, the lower electrode 211A is a laminated film in which a barrier metal TiAlN film and an Ir film are sequentially laminated, and the main body portion (Ir film) of the lower electrode 211A is a barrier metal layer (TiAlN film). Is formed on the first interlayer insulating film 131. However, the lower electrode 211A does not include the barrier metal layer, and may be formed directly on the first interlayer insulating film 131.

以上のように、本実施形態には、キャパシタ201Aの下部電極材料の選択自由度が高くなり、キャパシタ201Aの特性の改善が可能となるという利点がある。本実施形態は例えば、低容量FeRAM混載デバイスの低コスト化に有効である。   As described above, this embodiment has an advantage that the degree of freedom in selecting the lower electrode material of the capacitor 201A is increased, and the characteristics of the capacitor 201A can be improved. This embodiment is effective for reducing the cost of a low-capacity FeRAM mixed device, for example.

以下、第1実施形態の半導体装置の動作及び構成について、より詳細に説明する。   Hereinafter, the operation and configuration of the semiconductor device of the first embodiment will be described in more detail.

図3は、第1実施形態の半導体装置の動作について説明するための回路図及びグラフである。   FIG. 3 is a circuit diagram and a graph for explaining the operation of the semiconductor device of the first embodiment.

図3(A)に示すように、本実施形態の半導体装置は、TC並列ユニット直列接続型構造を有するChain型FeRAMとなっている。図3(A)には、4組のキャパシタ201及びトランジスタ301からなる4個のメモリセルが示されており、各セル内では、キャパシタ201とトランジスタ301が並列接続されている。   As shown in FIG. 3A, the semiconductor device of this embodiment is a Chain type FeRAM having a TC parallel unit series connection type structure. FIG. 3A shows four memory cells each including four sets of capacitors 201 and transistors 301. In each cell, the capacitors 201 and the transistors 301 are connected in parallel.

また、これら4個のセルは、Chainユニットを構成しており、互いに直列接続されている。Chainユニットは、2組以上(例えば8組)のキャパシタ201及びトランジスタ301で構成され、各セル内のキャパシタ201及びトランジスタ301は、同じChainユニットを構成する他のキャパシタ201及びトランジスタ301と直列接続されている。   These four cells constitute a Chain unit and are connected in series with each other. The Chain unit is composed of two or more sets (for example, eight sets) of capacitors 201 and transistors 301, and the capacitors 201 and transistors 301 in each cell are connected in series with other capacitors 201 and transistors 301 that constitute the same Chain unit. ing.

図3(A)では、Chainユニットの一端が、プレート線PLに接続されており、他端が、選択トランジスタXを介してビット線BLに接続されている。また、4個のトランジスタ301のゲートには、それぞれワード線WL0〜WL3が接続されており、選択トランジスタXのゲートには、選択線BSが接続されている。   In FIG. 3A, one end of the Chain unit is connected to the plate line PL, and the other end is connected to the bit line BL via the selection transistor X. Further, the word lines WL0 to WL3 are connected to the gates of the four transistors 301, respectively, and the selection line BS is connected to the gate of the selection transistor X.

図3(A)及び(B)は、待機状態(Standby State)の半導体装置の動作を説明するための回路図及びグラフである。図3(B)は、待機状態における強誘電体膜212のヒステリシスの様子を示したP−V図となっており、P,Vはそれぞれ分極,電圧を表している。   3A and 3B are a circuit diagram and a graph for explaining the operation of the semiconductor device in the standby state. FIG. 3B is a PV diagram showing the state of hysteresis of the ferroelectric film 212 in the standby state, where P and V represent polarization and voltage, respectively.

待機状態では、各トランジスタ301はON状態となっている。よって、各キャパシタ201の両電極(211,213)は、電気的にショートしており、これら電極間に電圧は掛かっていない。また、選択トランジスタXは、OFF状態となっている。   In the standby state, each transistor 301 is in an ON state. Therefore, both electrodes (211 and 213) of each capacitor 201 are electrically short-circuited, and no voltage is applied between these electrodes. Further, the selection transistor X is in an OFF state.

図3(C)及び(D)は、動作状態(Active State)の半導体装置の動作を説明するための回路図及びグラフである。図3(D)は、動作状態における強誘電体膜212のヒステリシスの様子を示したP−V図となっている。   FIGS. 3C and 3D are a circuit diagram and a graph for explaining the operation of the semiconductor device in the active state. FIG. 3D is a PV diagram showing the state of hysteresis of the ferroelectric film 212 in the operating state.

動作状態では、選択セルのトランジスタ301及びキャパシタ201(それぞれY,Zで示されている)がOFF状態となり、プレート線PLに電圧Vintが印加される。これにより、キャパシタZに電圧が掛かり、その信号がビット線BLに流れる。なお、選択トランジスタXは、ON状態となっている。   In the operating state, the transistor 301 and the capacitor 201 (indicated by Y and Z, respectively) of the selected cell are turned off, and the voltage Vint is applied to the plate line PL. As a result, a voltage is applied to the capacitor Z, and the signal flows to the bit line BL. Note that the selection transistor X is in an ON state.

図4は、第1実施形態の半導体装置内のChainユニットの構成を示す側方断面図である。   FIG. 4 is a side sectional view showing the configuration of the Chain unit in the semiconductor device of the first embodiment.

図4では、8組のキャパシタ201及びトランジスタ301からなる8個のメモリセルが、チェーン状に繋がっており、1個のChainユニットを構成している。   In FIG. 4, eight memory cells including eight sets of capacitors 201 and transistors 301 are connected in a chain form, and constitute one Chain unit.

図4には更に、配線層M1〜M3が示されている。配線層M3には、プレート線PL、ワード線WL0〜7、選択線BS等が設けられており、配線層M2には、ビット線BLが設けられている。   FIG. 4 further shows wiring layers M1 to M3. The wiring layer M3 is provided with plate lines PL, word lines WL0 to WL7, selection lines BS, and the like, and the wiring layer M2 is provided with bit lines BL.

プレート線PLは、プラグPPLを介して配線層M1に電気的に接続されており、ビット線BLは、プラグPBLやブロック選択部を介して配線層M1に電気的に接続されている。本実施形態では、上記動作状態における信号は、ブロック選択部及びプラグPBLを介してビット線BLに取り出される構造となっている。なお、図1に示す配線層141は、配線層M1に設けられている。 The plate line PL is electrically connected to the wiring layer M1 via the plug PPL , and the bit line BL is electrically connected to the wiring layer M1 via the plug PBL and the block selection unit. In the present embodiment, the signal in the above operation state is extracted to the bit line BL via the block selection unit and the plug PBL . Note that the wiring layer 141 shown in FIG. 1 is provided in the wiring layer M1.

以上のように、本実施形態では、TC並列ユニット直列接続型構造が採用されており、本実施形態の半導体装置は、Chain型FeRAMとなっている。しかしながら、本実施形態は、Chain型FeRAM以外の半導体装置に対しても有効であり、本実施形態の半導体装置は、Chain型FeRAM以外のデバイスであっても構わない。   As described above, in the present embodiment, the TC parallel unit series connection structure is adopted, and the semiconductor device of the present embodiment is a Chain-type FeRAM. However, the present embodiment is also effective for semiconductor devices other than Chain type FeRAM, and the semiconductor device of this embodiment may be a device other than Chain type FeRAM.

なお、図4は、図1(A)に示すX−X’線に沿った側方断面図となっている。よって、図1(A)では、キャパシタ201A,B及びトランジスタ301A,Bが、1つのChainユニットを構成し、キャパシタ201C,D及びトランジスタ301C,Dが、別のChainユニットを構成している。図1(B)では、キャパシタ201Aとトランジスタ301Aが、配線層1411、拡散層1211及び1222、及びプラグTWA,V1A,及びCSFAにより、互いに並列接続されている。 FIG. 4 is a side sectional view along the line XX ′ shown in FIG. Therefore, in FIG. 1A, the capacitors 201A and B and the transistors 301A and B constitute one Chain unit, and the capacitors 201C and D and the transistors 301C and D constitute another Chain unit. In FIG. 1B, a capacitor 201A and a transistor 301A are connected in parallel to each other by a wiring layer 141 1 , diffusion layers 121 1 and 122 2 , and plugs TW A , V1 A , and CSF A.

以下、第1実施形態及び比較例の半導体装置の製造方法について説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the semiconductor device of 1st Embodiment and a comparative example is demonstrated.

図5及び図6は、第1実施形態の半導体装置の製造方法を示す側方断面図である。図5及び図6に示す各図は、図1(A)に示すX−X’線に沿った側方断面図となっている。   5 and 6 are side sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. Each of the drawings shown in FIGS. 5 and 6 is a side sectional view taken along line X-X ′ shown in FIG.

まず、図5(A)に示すように、基板101上に、ゲート絶縁膜311、ゲート電極312等を含むスイッチングトランジスタ301を形成する。次に、図5(A)に示すように、基板101内に拡散層121を形成する。次に、図5(A)に示すように、基板101上に、トランジスタ301を覆うよう第1の層間絶縁膜131を堆積し、その後、CMP(化学機械研磨)により、第1の層間絶縁膜131を平坦化する。次に、図5(A)に示すように、第1の層間絶縁膜131上に、下部電極211を形成するための下部電極材料401と、強誘電体膜212を形成するための強誘電体材料402と、上部電極213を形成するための上部電極材料403を順に堆積する。   First, as shown in FIG. 5A, a switching transistor 301 including a gate insulating film 311, a gate electrode 312, and the like is formed over a substrate 101. Next, as illustrated in FIG. 5A, the diffusion layer 121 is formed in the substrate 101. Next, as shown in FIG. 5A, a first interlayer insulating film 131 is deposited over the substrate 101 so as to cover the transistor 301, and then the first interlayer insulating film is formed by CMP (chemical mechanical polishing). 131 is flattened. Next, as shown in FIG. 5A, a lower electrode material 401 for forming the lower electrode 211 and a ferroelectric for forming the ferroelectric film 212 on the first interlayer insulating film 131. A material 402 and an upper electrode material 403 for forming the upper electrode 213 are sequentially deposited.

なお、図1(A)及び(C)に示すSTI層111については、トランジスタ301の形成前に、基板101上に形成する。   Note that the STI layer 111 illustrated in FIGS. 1A and 1C is formed over the substrate 101 before the transistor 301 is formed.

次に、図5(B)に示すように、上部電極材料403上に、キャパシタ加工用のマスク層411を形成する。マスク層411は、上部電極材料403上にマスク材を堆積し、当該マスク材を、キャパシタ加工用の形状にパターニングすることで形成される。   Next, as shown in FIG. 5B, a capacitor processing mask layer 411 is formed over the upper electrode material 403. The mask layer 411 is formed by depositing a mask material on the upper electrode material 403 and patterning the mask material into a shape for capacitor processing.

マスク層411はここでは、ハードマスク層である。マスク層411の例としては、SiO2膜や、TiAlN膜とSiO2膜とが順に積層された積層膜が挙げられる。マスク層411のその他の例としては、SiO2膜等のSiOX膜(シリコン酸化膜)、Al23膜等のAlXY膜(アルミニウム酸化膜)、SiAlO膜等のSiAlXY膜(シリコンアルミニウム酸化膜)、ZrO2膜等のZrOX膜(ジルコニウム酸化膜)、Si34膜等のSiXY膜(シリコン窒化膜)、TiAl0.50.5膜等のTiAlXY膜(チタンアルミニウム酸化膜)、又はこれらの膜の2つ以上を組み合わせた積層膜等が挙げられる。 Here, the mask layer 411 is a hard mask layer. Examples of the mask layer 411 include an SiO 2 film and a laminated film in which a TiAlN film and an SiO 2 film are laminated in order. Other examples of the mask layer 411 include SiO x films (silicon oxide films) such as SiO 2 films, Al x O y films (aluminum oxide films) such as Al 2 O 3 films, and SiAl x O y films such as SiAlO films. Film (silicon aluminum oxide film), ZrO x film (zirconium oxide film) such as ZrO 2 film, Si x N y film (silicon nitride film) such as Si 3 N 4 film, TiAl x N such as TiAl 0.5 N 0.5 film Examples thereof include a Y film (titanium aluminum oxide film) or a laminated film in which two or more of these films are combined.

次に、図5(C)に示すように、高温RIEにより、下部電極材料401、強誘電体材料402、及び上部電極材料403のエッチング加工を行い、下部電極211、強誘電体膜212、及び上部電極213を含む強誘電体キャパシタ201を形成する。当該RIEにより、キャパシタ201がテーパー形状に加工される。   Next, as shown in FIG. 5C, the lower electrode material 401, the ferroelectric material 402, and the upper electrode material 403 are etched by high temperature RIE, so that the lower electrode 211, the ferroelectric film 212, and A ferroelectric capacitor 201 including the upper electrode 213 is formed. The capacitor 201 is processed into a tapered shape by the RIE.

なお、高温RIEを300℃以上で行う場合には、マスク層411はハードマスク層とすることが適している。マスク層411をハードマスク層とする場合には、マスク層411は、キャパシタ形成後に除去してもよいし残存させてもよい。本実施形態では、マスク層411は、キャパシタ形成後に除去するものとする(図6(A)参照)。   Note that when the high temperature RIE is performed at 300 ° C. or higher, the mask layer 411 is preferably a hard mask layer. When the mask layer 411 is a hard mask layer, the mask layer 411 may be removed after the capacitor is formed or may be left. In this embodiment, the mask layer 411 is removed after the capacitor is formed (see FIG. 6A).

次に、図6(A)に示すように、第1の層間絶縁膜131上に、キャパシタ201を覆うように、水素保護膜151及び第2の層間絶縁膜132を順に堆積し、その後、CMPにより、第2の層間絶縁膜132を平坦化する。   Next, as shown in FIG. 6A, a hydrogen protective film 151 and a second interlayer insulating film 132 are sequentially deposited on the first interlayer insulating film 131 so as to cover the capacitor 201, and then CMP is performed. Thus, the second interlayer insulating film 132 is planarized.

次に、図6(A)に示すように、PEP(Photo Engraving Process)及びRIEにより、プラグTW,V1,CSF用のビアホールを形成する。プラグTW用のビアホールは、第2の層間絶縁膜132及び水素保護膜151を貫通し、上部電極213が露出するよう形成される。また、プラグV1,CSF用のビアホールは、第2の層間絶縁膜132、水素保護膜151、及び第1の層間絶縁膜131を貫通し、拡散層121が露出するよう形成される。特に、プラグCSF用のビアホールは、下部電極211の側面が露出するように形成される。   Next, as shown in FIG. 6A, via holes for the plugs TW, V1, and CSF are formed by PEP (Photo Engraving Process) and RIE. The via hole for the plug TW is formed so as to penetrate the second interlayer insulating film 132 and the hydrogen protective film 151 and expose the upper electrode 213. The via holes for the plugs V1 and CSF are formed so as to penetrate the second interlayer insulating film 132, the hydrogen protective film 151, and the first interlayer insulating film 131 and to expose the diffusion layer 121. In particular, the via hole for the plug CSF is formed so that the side surface of the lower electrode 211 is exposed.

なお、工程短縮の観点から言うと、プラグTW,V1,CSF用のビアホールは、同一のPEP工程及び同一のRIE工程により形成することが望ましい。ただし、水素保護膜151のRIEエッチングレートが、第1及び第2の層間絶縁膜131,132のRIEエッチングレートよりも小さい場合(例えば1/4以下の場合)等には、これらプラグのPEP工程及びRIE工程は、別工程にする場合もある。   From the viewpoint of process shortening, the via holes for the plugs TW, V1, and CSF are preferably formed by the same PEP process and the same RIE process. However, when the RIE etching rate of the hydrogen protective film 151 is smaller than the RIE etching rate of the first and second interlayer insulating films 131 and 132 (for example, 1/4 or less), the PEP process of these plugs is performed. The RIE process may be a separate process.

次に、図6(A)に示すように、W−CVD(化学気相成長)により、第2の層間絶縁膜132上にW(タングステン)材料を堆積し、プラグTW,V1,CSF用のビアホールに同じプラグ材料を埋め込む。次に、CMPにより当該W材料を平坦化して、図6(A)に示すように、プラグTW,V1,CSFを形成する。   Next, as shown in FIG. 6A, a W (tungsten) material is deposited on the second interlayer insulating film 132 by W-CVD (chemical vapor deposition), and the plugs TW, V1, and CSF are used. The same plug material is embedded in the via hole. Next, the W material is flattened by CMP to form plugs TW, V1, and CSF as shown in FIG.

このように、本実施形態では、プラグTW,V1,CSFが、同一の埋め込み工程により形成される。これにより、本実施形態では、プラグTW,V1,CSF用のビアホールへのプラグ材の埋め込みを、1工程で行うことが可能となる。なお、図6(A)の工程では、プラグTW,V1,CSF用のプラグ材として、Al(アルミニウム)材料を採用しても構わない。   Thus, in this embodiment, the plugs TW, V1, and CSF are formed by the same embedding process. As a result, in this embodiment, the plug material can be embedded in the via holes for the plugs TW, V1, and CSF in one step. In the step of FIG. 6A, an Al (aluminum) material may be employed as the plug material for the plugs TW, V1, and CSF.

また、本実施形態では、プラグTW,V1,CSFの上面の高さは、上記の平坦化工程により、図6(A)に示すように、同じ高さとなり、いずれも第2の層間絶縁膜132の上面と同じ高さとなる。   In the present embodiment, the heights of the upper surfaces of the plugs TW, V1, and CSF are the same as shown in FIG. 6A by the above-described planarization process, and all of them are the second interlayer insulating film. It becomes the same height as the upper surface of 132.

また、本実施形態では、プラグCSF用のビアホールが、下部電極211の側面が露出するよう形成されることに起因して、プラグCSFの形状が、下部電極211の上方から下方にかけてすぼまっている(図1(C)参照)。即ち、プラグCSFの平面形状が、下部電極211の上方から下方にかけて小さくなっている。   Further, in the present embodiment, the via hole for the plug CSF is formed so that the side surface of the lower electrode 211 is exposed, so that the shape of the plug CSF narrows from the upper side to the lower side of the lower electrode 211. (See FIG. 1C). That is, the planar shape of the plug CSF decreases from the upper side to the lower side of the lower electrode 211.

次に、図6(B)に示すように、第2の層間絶縁膜132上に、M1配線に相当する配線層141を形成する。配線層141はここでは、Al(アルミニウム)層である。次に、図6(B)に示すように、第2の層間絶縁膜132上に、配線層141を覆うように第3の層間絶縁膜133を形成する。なお、配線層141をダマシン法で形成する場合には、配線層141は、第3の層間絶縁膜133の形成後に形成される。   Next, as illustrated in FIG. 6B, a wiring layer 141 corresponding to the M1 wiring is formed over the second interlayer insulating film 132. Here, the wiring layer 141 is an Al (aluminum) layer. Next, as shown in FIG. 6B, a third interlayer insulating film 133 is formed on the second interlayer insulating film 132 so as to cover the wiring layer 141. When the wiring layer 141 is formed by the damascene method, the wiring layer 141 is formed after the third interlayer insulating film 133 is formed.

このようにして、図6(B)に示すように、基板101上に、メモリセルを構成する強誘電体キャパシタ201及びスイッチングトランジスタ301が形成される。図6(B)には更に、同じ製造工程により基板101上に形成された周辺トランジスタ501が示されている。周辺トランジスタ501は、基板101上に順に形成されたゲート絶縁膜511とゲート電極512とを含んでいる。   In this way, as shown in FIG. 6B, the ferroelectric capacitor 201 and the switching transistor 301 that constitute the memory cell are formed over the substrate 101. FIG. 6B further shows a peripheral transistor 501 formed on the substrate 101 by the same manufacturing process. The peripheral transistor 501 includes a gate insulating film 511 and a gate electrode 512 that are sequentially formed on the substrate 101.

なお、本実施形態では、同じメモリセル用のプラグTWとプラグV1は、配線層141により電気的に導通される(図1(A)参照)。一方、プラグTWとプラグV1とを導通する配線層141は、同じメモリセル用のプラグCSFとは電気的に導通されず、第3の層間絶縁膜133により電気的に絶縁される(図1(A),(C)参照)。このように、本実施形態では、プラグCSFは、同じメモリセル用のプラグTW,V1とは電気的に絶縁される。   In the present embodiment, the plug TW and the plug V1 for the same memory cell are electrically connected by the wiring layer 141 (see FIG. 1A). On the other hand, the wiring layer 141 that conducts the plug TW and the plug V1 is not electrically connected to the plug CSF for the same memory cell, but is electrically insulated by the third interlayer insulating film 133 (FIG. (See A) and (C)). Thus, in this embodiment, the plug CSF is electrically insulated from the plugs TW and V1 for the same memory cell.

また、図6(B)では、プラグCSF上に第3の層間絶縁膜133が形成されているが、セルサイズが許す場合には、プラグCSF上に配線層141を配置してもよい。ただし、この場合には、配線層141をパターニングする際に、プラグCSF上に配置される配線部分と、同じメモリセル用のプラグTW,V1上に配置される配線部分とを分断し、これらの配線部分同士を電気的に絶縁する必要がある。   In FIG. 6B, the third interlayer insulating film 133 is formed on the plug CSF. However, if the cell size allows, the wiring layer 141 may be disposed on the plug CSF. However, in this case, when patterning the wiring layer 141, the wiring portion arranged on the plug CSF and the wiring portion arranged on the same memory cell plugs TW, V1 are separated, and these are separated. It is necessary to electrically insulate the wiring portions.

このような構造を有する配線層141の例を、図7に示す。図7は、図1の半導体装置の構成の変形例を示す平面図及び側方断面図である。   An example of the wiring layer 141 having such a structure is shown in FIG. 7A and 7B are a plan view and a side sectional view showing a modification of the configuration of the semiconductor device of FIG.

図7(B)及び(C)では、配線層141は、プラグTWA及びV1A上に配置され、プラグTWAとプラグV1Aとを電気的に導通させる部分1411と、プラグCSFA上に配置され、プラグCSFAと電気的に導通された部分1413とを含んでおり、部分1411と部分1413は、互いに分断されている(図7(A)も参照)。なお、部分1411は、本発明の第1の部分の例であり、部分1413は、本発明の第2の部分の例である。 In FIG. 7 (B) and (C), the wiring layer 141 is disposed on the plug TW A and V1 A, the portion 141 1 for electrically connecting the plug TW A and the plug V1 A, on the plug CSF A And includes a portion 141 3 electrically connected to the plug CSF A , and the portion 141 1 and the portion 141 3 are separated from each other (see also FIG. 7A). The portion 141 1 is an example of the first portion of the present invention, and the portion 141 3 is an example of the second portion of the present invention.

図1の場合には、配線層141のエッチング加工の際、プラグTW,V1,CSF上の配線層141のうち、プラグCSF上の配線層141のみが除去され、その結果、プラグCSFが露出することになる。この際、プラグCSFは、1〜20nm程度オーバーエッチングされる可能性がある。   In the case of FIG. 1, when the wiring layer 141 is etched, only the wiring layer 141 on the plug CSF is removed from the wiring layers 141 on the plugs TW, V1, and CSF. As a result, the plug CSF is exposed. It will be. At this time, the plug CSF may be over-etched by about 1 to 20 nm.

これに対し、図7の場合には、配線層141のエッチング加工の際、プラグTW,V1,CSF上の配線層141はいずれも除去されない。そのため、プラグTW,V1,CSFはいずれもオーバーエッチングされずにすむ。   On the other hand, in the case of FIG. 7, when the wiring layer 141 is etched, none of the wiring layers 141 on the plugs TW, V1, and CSF are removed. Therefore, all of the plugs TW, V1, and CSF need not be over-etched.

図1及び図7では、プラグ材料の平坦化工程(図6(A))に起因して、プラグCSFの上面の高さは、プラグTW,V1の上面の高さとほぼ同じ高さとなっている。ただし、図1では、上記のオーバーエッチングに起因して、プラグCSFの上面の高さは、一般に、プラグTW,V1の上面の高さとは厳密には等しくなく、プラグTW,V1の上面の高さよりもわずかに低くなっている。よって、図7の場合には、プラグCSFの上面の高さは、プラグTW,V1の上面の高さと比較的厳密に等しくなっているのに対し、図1の場合には、プラグCSFの上面の高さは、プラグTW,V1の上面の高さとほぼ等しくなるに留まる。   In FIGS. 1 and 7, due to the flattening process of the plug material (FIG. 6A), the height of the upper surface of the plug CSF is substantially the same as the height of the upper surfaces of the plugs TW and V1. . However, in FIG. 1, due to the above-described over-etching, the height of the upper surface of the plug CSF is generally not exactly equal to the height of the upper surface of the plugs TW and V1, and the height of the upper surface of the plugs TW and V1. It is slightly lower than this. Therefore, in the case of FIG. 7, the height of the upper surface of the plug CSF is relatively strictly equal to the height of the upper surfaces of the plugs TW and V1, whereas in the case of FIG. Remains substantially equal to the height of the upper surface of the plugs TW, V1.

続いて、比較例の半導体装置の製造方法について説明する。   Then, the manufacturing method of the semiconductor device of a comparative example is demonstrated.

図8及び図9は、比較例の半導体装置の製造方法を示す側方断面図である。図8及び図9に示す各図は、図2(A)に示すX−X’線に沿った側方断面図となっている。   8 and 9 are side sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device of a comparative example. Each of the drawings shown in FIGS. 8 and 9 is a side sectional view taken along line X-X ′ shown in FIG.

第1実施形態と比較例との違いは、第1に、図8(A)に示す段階において、第1の層間絶縁膜131内にプラグCS及びCSMが形成される点にある。プラグCSはここではポリシリコンプラグであり、プラグCSMはここではWプラグである。   First, the difference between the first embodiment and the comparative example is that plugs CS and CSM are formed in the first interlayer insulating film 131 at the stage shown in FIG. The plug CS is here a polysilicon plug, and the plug CSM is here a W plug.

なお、下部電極材料401、強誘電体材料402、及び上部電極材料403は、図8(A)に示す段階において、プラグCS及びCSMの形成後に堆積される。これにより、キャパシタ201を、図8(C)に示すように、プラグCS及びCSM上に形成することが可能となる。   Note that the lower electrode material 401, the ferroelectric material 402, and the upper electrode material 403 are deposited after the formation of the plugs CS and CSM in the stage shown in FIG. As a result, the capacitor 201 can be formed on the plugs CS and CSM as shown in FIG.

第1実施形態と比較例との違いは、第2に、図9(A)及び(B)に示すように、プラグV1とプラグTWとが、別々の埋め込み工程により形成される点にある。プラグV1はここではWプラグであり、プラグTWはここではAlプラグである。   Second, the difference between the first embodiment and the comparative example is that, as shown in FIGS. 9A and 9B, the plug V1 and the plug TW are formed by separate embedding processes. The plug V1 is a W plug here, and the plug TW is an Al plug here.

以上の結果、比較例では、プラグTW,V1,CS,CSMが、4工程の埋め込み工程により形成される。これに対し、第1実施形態では、プラグTW,V1,CSFが1工程の埋め込み工程により形成される。このことから、比較例と比較した第1実施形態の利点が理解される。   As a result, in the comparative example, the plugs TW, V1, CS, and CSM are formed by four embedding processes. On the other hand, in the first embodiment, the plugs TW, V1, and CSF are formed by one embedding process. From this, the advantage of 1st Embodiment compared with a comparative example is understood.

最後に、図1を参照し、本実施形態の半導体装置及びその製造方法の作用効果について説明する。   Finally, with reference to FIG. 1, the operation effect of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described.

以上のように、本実施形態では、強誘電体キャパシタ201及びスイッチングトランジスタ301用のプラグとして、プラグTW,V1,CSFが採用される。そして、プラグTWは、上部電極213上に形成され、上部電極213と配線層141とを電気的に導通させる。また、プラグV1は、第1の拡散層121上に形成され、第1の拡散層121と配線層141とを電気的に導通させる。また、プラグCSFは、第2の拡散層121上に形成され、かつ下部電極211の側方に配置され、下部電極211と第2の拡散層121とを電気的に導通させる。   As described above, in this embodiment, the plugs TW, V1, and CSF are employed as the plugs for the ferroelectric capacitor 201 and the switching transistor 301. The plug TW is formed on the upper electrode 213 and electrically connects the upper electrode 213 and the wiring layer 141. The plug V1 is formed on the first diffusion layer 121 and electrically connects the first diffusion layer 121 and the wiring layer 141. The plug CSF is formed on the second diffusion layer 121 and is disposed on the side of the lower electrode 211 to electrically connect the lower electrode 211 and the second diffusion layer 121.

これにより、本実施形態では、強誘電体キャパシタ201及びスイッチングトランジスタ301用のプラグを形成する工程の工程数を削減することが可能となる。更には、強電体キャパシタ201の下部電極材料の選択自由度が高くなり、強誘電体キャパシタ201の特性の改善が可能となる。   Thereby, in the present embodiment, it is possible to reduce the number of steps for forming the ferroelectric capacitor 201 and the plug for the switching transistor 301. Furthermore, the degree of freedom in selecting the lower electrode material of the ferroelectric capacitor 201 is increased, and the characteristics of the ferroelectric capacitor 201 can be improved.

なお、本実施形態のプラグCSFは、下部電極211と第2の拡散層121とを電気的に導通させる目的で設けられている。よって、プラグCSFのうち、下部電極211の上面よりも上方に位置する部分は、この目的を達成する上では不要である。しかしながら、本実施形態では、プラグCSFが、強誘電体キャパシタ201や第2の層間絶縁膜132の形成後に形成されることに起因して、プラグCSFの上面の高さは、下部電極211の上面より高くなっており、第2の層間絶縁膜132の上面とほぼ同じ高さとなっている。   Note that the plug CSF of the present embodiment is provided for the purpose of electrically connecting the lower electrode 211 and the second diffusion layer 121. Therefore, a portion of the plug CSF located above the upper surface of the lower electrode 211 is not necessary for achieving this purpose. However, in this embodiment, the height of the upper surface of the plug CSF is equal to the upper surface of the lower electrode 211 because the plug CSF is formed after the ferroelectric capacitor 201 and the second interlayer insulating film 132 are formed. It is higher and is almost the same height as the upper surface of the second interlayer insulating film 132.

以下、本発明の第2から第5実施形態について説明する。これらの実施形態は、第1実施形態の変形例であり、これらの実施形態については、第1実施形態との相違点を中心に説明する。   Hereinafter, second to fifth embodiments of the present invention will be described. These embodiments are modifications of the first embodiment, and these embodiments will be described with a focus on differences from the first embodiment.

(第2実施形態)
図10は、第2実施形態の半導体装置の構成を示す平面図及び側方断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a plan view and a side sectional view showing the configuration of the semiconductor device of the second embodiment.

第1実施形態(図1)では、プラグTW,V1,CSFは、いずれもWプラグとなっている。これに対し、第2実施形態(図10)では、プラグV1とプラグCSFはWプラグとなっているが、プラグTWはAlプラグとなっている。第2実施形態において、W(タングステン)及びAl(アルミニウム)のうちのいずれか一方は、本発明の第1の材料の例であり、他方は本発明の第2の材料の例である。   In the first embodiment (FIG. 1), the plugs TW, V1, and CSF are all W plugs. On the other hand, in the second embodiment (FIG. 10), the plug V1 and the plug CSF are W plugs, but the plug TW is an Al plug. In the second embodiment, one of W (tungsten) and Al (aluminum) is an example of the first material of the present invention, and the other is an example of the second material of the present invention.

なお、図1および図10では、図1に示すプラグTWがWプラグ、図10に示すプラグTWがAlプラグであることを区別する意味で、図1に示すプラグTWは、符号「TW」で示され、図10に示すプラグTWは、符号「TW’」で示されている。しかしながら、以下の説明では、説明を簡潔にするため、どちらのプラグについても「プラグTW」と表記する。   In FIG. 1 and FIG. 10, the plug TW shown in FIG. 1 is distinguished from the W plug, and the plug TW shown in FIG. The plug TW shown in FIG. 10 is indicated by the symbol “TW ′”. However, in the following description, for the sake of brevity, both plugs are referred to as “plug TW”.

以上のように、第2実施形態では、プラグV1,CSFをWプラグとし、プラグTWをAlプラグとする。そのため、第2実施形態では、プラグTW,V1,CSFを形成する工程の工程数が、第1実施形態に比べて増加する。しかしながら、第2実施形態では、プラグV1,CSFとプラグTWとを別々の埋め込み工程で形成するため、プラグTW用のプラグ材の埋め込みによるキャパシタ201へのダメージを抑制することが可能となる。   As described above, in the second embodiment, the plugs V1 and CSF are W plugs, and the plug TW is an Al plug. Therefore, in the second embodiment, the number of steps for forming the plugs TW, V1, and CSF is increased as compared with the first embodiment. However, in the second embodiment, the plugs V1 and CSF and the plug TW are formed by separate embedding processes, so that damage to the capacitor 201 due to embedding of the plug material for the plug TW can be suppressed.

なお、プラグTWを形成する際のAl材料の埋め込みは、キャパシタ201へのダメージの少ないAlリフロー法で行うことが望ましい。また、プラグ及び配線層の形成は、プラグV1及びCSF用のビアホールの開口、プラグV1及びCSF用のビアホールへのW材料の埋め込み、W材料のCMP、プラグTW用のビアホールの開口、プラグTW用のビアホールへのAl材料の埋め込み、Al材料のCMP、配線層141の形成の順で行うことが望ましい。   Note that the Al material is preferably embedded in forming the plug TW by an Al reflow method with little damage to the capacitor 201. In addition, the plug and the wiring layer are formed by opening the via hole for the plug V1 and CSF, embedding the W material in the via hole for the plug V1 and CSF, CMP for the W material, opening the via hole for the plug TW, and for the plug TW. It is desirable to bury the Al material in the via hole, perform CMP of the Al material, and form the wiring layer 141 in this order.

また、第2実施形態では、プラグV1のみをWプラグとし、プラグTW,CSFをAlプラグとしてもよい。理由は、プラグTW用のプラグ材の埋め込みが、キャパシタ201の上部電極213にダメージを与えるのと同様に、プラグCSF用のプラグ材の埋め込みが、キャパシタ201の下部電極211にダメージを与える可能性があるからである。第2実施形態では、プラグV1をWプラグとし、プラグTW,CSFをAlプラグとすることで、プラグTW及びCSF用のプラグ材の埋め込みによるキャパシタ201へのダメージを抑制することが可能となる。   In the second embodiment, only the plug V1 may be a W plug, and the plugs TW and CSF may be Al plugs. The reason is that the embedding of the plug material for the plug TW may damage the upper electrode 213 of the capacitor 201, and the embedding of the plug material for the plug CSF may damage the lower electrode 211 of the capacitor 201. Because there is. In the second embodiment, the plug V1 is a W plug, and the plugs TW and CSF are Al plugs, so that it is possible to suppress damage to the capacitor 201 due to embedding the plug material for the plug TW and CSF.

この場合、プラグCSF用のAl材料の埋め込みは、プラグTW用のAl材料の埋め込みと同様、Alリフロー法で行うことが望ましい。この際、これらの埋め込みは、同一の埋め込み工程により行うことが望ましい。また、プラグ及び配線層の形成は、プラグV1用のビアホールの開口、プラグV1用のビアホールへのW材料の埋め込み、W材料のCMP、プラグTW及びCSF用のビアホールの開口、プラグTW及びCSF用のビアホールへのAl材料の埋め込み、Al材料のCMP、配線層141の形成の順で行うことが望ましい。   In this case, it is desirable that the Al material for the plug CSF is embedded by the Al reflow method as in the case of the Al material for the plug TW. At this time, it is desirable to perform the embedding by the same embedding process. Also, the plug and wiring layer are formed by opening a via hole for the plug V1, embedding a W material in the via hole for the plug V1, CMP for the W material, opening a via hole for the plug TW and CSF, and for the plug TW and CSF. It is desirable to bury the Al material in the via hole, perform CMP of the Al material, and form the wiring layer 141 in this order.

図11及び図12は、第2実施形態の半導体装置の製造方法を示す側方断面図である。   11 and 12 are side sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment.

本実施形態では、図11(A)〜(C)に示す工程については、図6(A)〜(C)に示す工程と同様に行う。   In the present embodiment, the steps shown in FIGS. 11A to 11C are performed in the same manner as the steps shown in FIGS. 6A to 6C.

本実施形態では次に、図12(A)に示すように、第1の層間絶縁膜131上に、キャパシタ201を覆うように、水素保護膜151及び第2の層間絶縁膜132を順に堆積し、その後、CMPにより、第2の層間絶縁膜132を平坦化する。   In this embodiment, next, as shown in FIG. 12A, a hydrogen protective film 151 and a second interlayer insulating film 132 are sequentially deposited on the first interlayer insulating film 131 so as to cover the capacitor 201. Thereafter, the second interlayer insulating film 132 is planarized by CMP.

次に、図12(A)に示すように、PEP及びRIEにより、プラグV1,CSF用のビアホールを形成する。プラグV1,CSF用のビアホールは、同時に形成しても別々に形成してもよいが、工程短縮の観点から言うと、同一のPEP工程及び同一のRIE工程により同時に形成することが望ましい。   Next, as shown in FIG. 12A, via holes for the plugs V1 and CSF are formed by PEP and RIE. The via holes for the plugs V1 and CSF may be formed at the same time or separately, but from the viewpoint of shortening the process, it is desirable to form them simultaneously by the same PEP process and the same RIE process.

次に、図12(A)に示すように、W−CVDにより、第2の層間絶縁膜132上にW材料を堆積し、プラグV1,CSF用のビアホールに同じプラグ材料を埋め込む。次に、CMPにより当該W材料を平坦化して、図12(A)に示すように、プラグV1,CSFを形成する。このように、本実施形態では、プラグV1,CSFが、同一の埋め込み工程により形成される。   Next, as shown in FIG. 12A, a W material is deposited on the second interlayer insulating film 132 by W-CVD, and the same plug material is embedded in the via holes for the plugs V1 and CSF. Next, the W material is flattened by CMP to form plugs V1 and CSF as shown in FIG. Thus, in this embodiment, the plugs V1 and CSF are formed by the same embedding process.

次に、図12(B)に示すように、PEP及びRIEにより、プラグTW用のビアホールを形成する。   Next, as shown in FIG. 12B, a via hole for the plug TW is formed by PEP and RIE.

次に、図12(B)に示すように、Alリフロー法により、第2の層間絶縁膜132上にAl材料を堆積し、プラグTW用のビアホールにプラグ材料を埋め込む。次に、CMPにより当該Al材料を平坦化して、図12(B)に示すように、プラグTWを形成する。このように、本実施形態では、プラグTWが、プラグV1及びCSFとは別の埋め込み工程により形成される。   Next, as shown in FIG. 12B, an Al material is deposited on the second interlayer insulating film 132 by an Al reflow method, and the plug material is embedded in the via hole for the plug TW. Next, the Al material is planarized by CMP to form a plug TW as shown in FIG. Thus, in the present embodiment, the plug TW is formed by a filling process different from the plugs V1 and CSF.

本実施形態では次に、図12(C)に示す工程を、図6(B)に示す工程と同様に行う。このようにして、図12(C)に示すように、基板101上に、メモリセルを構成する強誘電体キャパシタ201及びスイッチングトランジスタ301が形成される。   Next, in the present embodiment, the process shown in FIG. 12C is performed in the same manner as the process shown in FIG. In this manner, as shown in FIG. 12C, the ferroelectric capacitor 201 and the switching transistor 301 that constitute the memory cell are formed on the substrate 101.

以上のように、本実施形態では、強誘電体キャパシタ201及びスイッチングトランジスタ301用のプラグとして、プラグTW,V1,CSFが採用される。そして、プラグTWは、上部電極213上に形成され、上部電極213と配線層141とを電気的に導通させる。また、プラグV1は、第1の拡散層121上に形成され、第1の拡散層121と配線層141とを電気的に導通させる。また、プラグCSFは、第2の拡散層121上に形成され、かつ下部電極211の側方に配置され、下部電極211と第2の拡散層121とを電気的に導通させる。   As described above, in this embodiment, the plugs TW, V1, and CSF are employed as the plugs for the ferroelectric capacitor 201 and the switching transistor 301. The plug TW is formed on the upper electrode 213 and electrically connects the upper electrode 213 and the wiring layer 141. The plug V1 is formed on the first diffusion layer 121 and electrically connects the first diffusion layer 121 and the wiring layer 141. The plug CSF is formed on the second diffusion layer 121 and is disposed on the side of the lower electrode 211 to electrically connect the lower electrode 211 and the second diffusion layer 121.

これにより、本実施形態では、第1実施形態と同様に、強誘電体キャパシタ201及びスイッチングトランジスタ301用のプラグを形成する工程の工程数を削減することが可能となる。更には、強電体キャパシタ201の下部電極材料の選択自由度が高くなり、強誘電体キャパシタ201の特性の改善が可能となる。   Thereby, in this embodiment, it is possible to reduce the number of steps of forming the ferroelectric capacitor 201 and the plug for the switching transistor 301 as in the first embodiment. Furthermore, the degree of freedom in selecting the lower electrode material of the ferroelectric capacitor 201 is increased, and the characteristics of the ferroelectric capacitor 201 can be improved.

また、第1実施形態では、プラグTW,V1,CSFは、いずれもWプラグであるのに対し、本実施形態では、プラグV1及びCSFはWプラグ、プラグTWはAlプラグとなっている。あるいは、本実施形態では、プラグV1はWプラグ、プラグTW及びCSFはAlプラグとなっている。これにより、本実施形態では、プラグTW用のプラグ材、あるいはプラグTW及びCSF用のプラグ材の埋め込みによる強誘電体キャパシタ201へのダメージを抑制することが可能となる。   In the first embodiment, the plugs TW, V1, and CSF are all W plugs. In the present embodiment, the plugs V1 and CSF are W plugs, and the plug TW is an Al plug. Alternatively, in the present embodiment, the plug V1 is a W plug, and the plugs TW and CSF are Al plugs. Thereby, in this embodiment, it is possible to suppress damage to the ferroelectric capacitor 201 due to the plug material for the plug TW or the plug material for the plug TW and CSF.

なお、本実施形態では、W(タングステン)及びAl(アルミニウム)の一方を、本発明の第1の材料の例とし、他方を本発明の第2の材料の例としたが、第1及び第2の材料は、W(タングステン)やAl(アルミニウム)以外の材料であっても構わない。また、第1実施形態におけるプラグTW,V1,CSFの材料も、W(タングステン)以外の材料であっても構わない。   In this embodiment, one of W (tungsten) and Al (aluminum) is an example of the first material of the present invention, and the other is an example of the second material of the present invention. The material of 2 may be a material other than W (tungsten) or Al (aluminum). The material of the plugs TW, V1, and CSF in the first embodiment may also be a material other than W (tungsten).

(第3実施形態)
図13は、第3実施形態の半導体装置の構成を示す平面図及び側方断面図である。
(Third embodiment)
FIG. 13 is a plan view and a side sectional view showing the configuration of the semiconductor device of the third embodiment.

図1(B)に示すように、第1実施形態では、キャパシタ201Aは、隣接する別のキャパシタ201Bとキャパシタ対を形成しており、キャパシタ201Aの下部電極211Aと、キャパシタ201Bの下部電極211Bとが短絡されている。より詳細には、当該キャパシタ対では、キャパシタ201Aの下部電極211Aと、キャパシタ201Bの下部電極211Bとが一体化されている。   As shown in FIG. 1B, in the first embodiment, the capacitor 201A forms a capacitor pair with another adjacent capacitor 201B. The lower electrode 211A of the capacitor 201A, the lower electrode 211B of the capacitor 201B, Is short-circuited. More specifically, in the capacitor pair, the lower electrode 211A of the capacitor 201A and the lower electrode 211B of the capacitor 201B are integrated.

また、図1(B)に示すように、第1実施形態では、プラグCSFが、キャパシタ201と1対1で対応している。例えば、プラグCSFAは、キャパシタ201Aと1対1で対応しており、下部電極211Aに電気接続されている。同様に、プラグCSFBは、キャパシタ201Bと1対1で対応しており、下部電極211Bに電気接続されている。第1実施形態では、図1(A)に示すように、4個のメモリセルに対し、4個のプラグCSFが設けられている。 Further, as shown in FIG. 1B, in the first embodiment, the plug CSF has a one-to-one correspondence with the capacitor 201. For example, the plug CSF A has a one-to-one correspondence with the capacitor 201A and is electrically connected to the lower electrode 211A. Similarly, the plug CSF B has a one-to-one correspondence with the capacitor 201B and is electrically connected to the lower electrode 211B. In the first embodiment, as shown in FIG. 1A, four plugs CSF are provided for four memory cells.

そして、第3実施形態では、第1実施形態と同様、図13(B)に示すように、キャパシタ201Aは、隣接する別のキャパシタ201Bとキャパシタ対を形成しており、キャパシタ201Aの下部電極211Aと、キャパシタ201Bの下部電極211Bとが短絡されている。   In the third embodiment, as in the first embodiment, as shown in FIG. 13B, the capacitor 201A forms a capacitor pair with another adjacent capacitor 201B, and the lower electrode 211A of the capacitor 201A is formed. And the lower electrode 211B of the capacitor 201B are short-circuited.

しかしながら、第3実施形態では、第1実施形態とは異なり、図13(B)に示すように、プラグCSFが、キャパシタ対を構成する2つのキャパシタ201により共有されている。例えば、プラグCSFABは、キャパシタ201A,Bに共有されており、下部電極211A,Bに電気接続されている。第3実施形態では、図13(A)に示すように、4個のメモリセルに対し、2個のプラグCSFが設けられている。 However, in the third embodiment, unlike the first embodiment, as shown in FIG. 13B, the plug CSF is shared by the two capacitors 201 constituting the capacitor pair. For example, the plug CSF AB is shared by the capacitors 201A and 201B, and is electrically connected to the lower electrodes 211A and 211B. In the third embodiment, as shown in FIG. 13A, two plugs CSF are provided for four memory cells.

図13(B)では、キャパシタ201Aとキャパシタ201Bとの境界が、Bで示されている。図13(B)に示すように、キャパシタ201A,B用の共通のCSFは、境界Bの近傍に配置されている。より詳細には、このCSFは、境界Bの端部の近傍に、キャパシタ201A,Bの下部電極211A,Bに接するよう配置されている。図14(B)では、同じメモリセル用のプラグTWとプラグCSFとの間の間隔が、矢印Aで示されている。   In FIG. 13B, the boundary between the capacitor 201A and the capacitor 201B is indicated by B. As shown in FIG. 13B, the common CSF for the capacitors 201A and 201B is disposed in the vicinity of the boundary B. More specifically, the CSF is disposed in the vicinity of the end of the boundary B so as to be in contact with the lower electrodes 211A, B of the capacitors 201A, B. In FIG. 14B, an interval between the plug TW and the plug CSF for the same memory cell is indicated by an arrow A.

ここで、第1実施形態と第3実施形態とを比較する。   Here, the first embodiment and the third embodiment are compared.

第1実施形態では、プラグTW,CSFを同時形成するため、プラグTWとプラグCSFとの間の間隔は、最小デザインルールの間隔までしか狭められない。これに対し、第3実施形態では、プラグCSFを、キャパシタ対を構成するキャパシタ201同士の境界近傍に配置するため、各メモリセルのY−Y’線方向のサイズを小さくすることができる。これにより、第3実施形態では、半導体装置のチップサイズを縮小し、半導体装置のコストを削減することが可能となる。   In the first embodiment, since the plugs TW and CSF are formed at the same time, the interval between the plug TW and the plug CSF can be narrowed only to the interval of the minimum design rule. On the other hand, in the third embodiment, since the plug CSF is disposed in the vicinity of the boundary between the capacitors 201 constituting the capacitor pair, the size of each memory cell in the Y-Y ′ line direction can be reduced. Thereby, in the third embodiment, the chip size of the semiconductor device can be reduced, and the cost of the semiconductor device can be reduced.

以上のように、本実施形態では、プラグCSFが、キャパシタ対を構成するキャパシタ201同士により共有され、これらのキャパシタ201の境界近傍に配置される。これにより、本実施形態では、第1実施形態よりも半導体面積のチップサイズを縮小し、半導体装置のコストを削減することが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the plug CSF is shared by the capacitors 201 constituting the capacitor pair, and is disposed in the vicinity of the boundary between these capacitors 201. Thereby, in the present embodiment, the chip size of the semiconductor area can be reduced as compared with the first embodiment, and the cost of the semiconductor device can be reduced.

(第4実施形態)
図14は、第4実施形態の半導体装置の構成を示す平面図及び側方断面図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 14 is a plan view and a side sectional view showing the configuration of the semiconductor device of the fourth embodiment.

第3実施形態では、図13(B)に示すように、キャパシタ201Aは、隣接する別のキャパシタ201Bとキャパシタ対を形成しており、キャパシタ201Aの下部電極211Aと、キャパシタ201Bの下部電極211Bとが短絡されている。より詳細には、当該キャパシタ対では、キャパシタ201Aの下部電極211Aと、キャパシタ201Bの下部電極211Bとが一体化されている。   In the third embodiment, as shown in FIG. 13B, the capacitor 201A forms a capacitor pair with another adjacent capacitor 201B. The lower electrode 211A of the capacitor 201A, the lower electrode 211B of the capacitor 201B, Is short-circuited. More specifically, in the capacitor pair, the lower electrode 211A of the capacitor 201A and the lower electrode 211B of the capacitor 201B are integrated.

同様に、第4実施形態では、図14(B)に示すように、キャパシタ201Aは、隣接する別のキャパシタ201Bとキャパシタ対を形成しており、キャパシタ201Aの下部電極211Aと、キャパシタ201Bの下部電極211Bとが短絡されている。   Similarly, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 14B, the capacitor 201A forms a capacitor pair with another adjacent capacitor 201B, and the lower electrode 211A of the capacitor 201A and the lower part of the capacitor 201B are formed. The electrode 211B is short-circuited.

しかしながら、第4実施形態では、第3実施形態とは異なり、図14(B)に示すように、当該キャパシタ対において、キャパシタ201Aの下部電極211Aと、キャパシタ201Bの下部電極211Bとが分断されている。   However, in the fourth embodiment, unlike the third embodiment, as shown in FIG. 14B, in the capacitor pair, the lower electrode 211A of the capacitor 201A and the lower electrode 211B of the capacitor 201B are separated. Yes.

しかしながら、第4実施形態では、図14(A),(B)に示すように、プラグCSFABが、キャパシタ201Aとキャパシタ201Bとの間に配置されており、キャパシタ201Aの下部電極211Aとキャパシタ201Bの下部電極211Bとを電気的に導通させている。これにより、第4実施形態では、キャパシタ201Aの下部電極211Aと、キャパシタ201Bの下部電極211Bとが短絡されている。 However, in the fourth embodiment, as shown in FIGS. 14A and 14B, the plug CSF AB is disposed between the capacitor 201A and the capacitor 201B, and the lower electrode 211A and the capacitor 201B of the capacitor 201A are disposed. The lower electrode 211B is electrically connected. Thereby, in the fourth embodiment, the lower electrode 211A of the capacitor 201A and the lower electrode 211B of the capacitor 201B are short-circuited.

第4実施形態では、プラグCSFは、キャパシタ対を構成するキャパシタ間に配置される。これにより、各メモリセルのX−X’線方向のサイズは大きくなる。しかしながら、第4実施形態では、図14(A)に示すように、プラグCSFに加えて、プラグV1もX−X’線方向に隣接するキャパシタ間に配置することで、各メモリセルのY−Y’線方向のサイズを小さくすることができる。これにより、第4実施形態では、半導体装置のチップサイズを縮小し、半導体装置のコストを削減することが可能となる。   In the fourth embodiment, the plug CSF is disposed between the capacitors constituting the capacitor pair. This increases the size of each memory cell in the X-X ′ line direction. However, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 14A, in addition to the plug CSF, the plug V1 is also arranged between capacitors adjacent in the XX ′ line direction, so that the Y− The size in the Y ′ line direction can be reduced. Thus, in the fourth embodiment, it is possible to reduce the chip size of the semiconductor device and reduce the cost of the semiconductor device.

以上のように、本実施形態では、プラグCSFが、キャパシタ対を構成するキャパシタ201同士により共有され、これらのキャパシタ201の間に配置される。これにより、本実施形態では、第1実施形態よりも半導体面積のチップサイズを縮小し、半導体装置のコストを削減することが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the plug CSF is shared by the capacitors 201 constituting the capacitor pair, and is disposed between these capacitors 201. Thereby, in the present embodiment, the chip size of the semiconductor area can be reduced as compared with the first embodiment, and the cost of the semiconductor device can be reduced.

(第5実施形態)
図15は、第5実施形態の半導体装置の構成を示す平面図及び側方断面図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 15 is a plan view and a side sectional view showing a configuration of the semiconductor device of the fifth embodiment.

第1〜第4実施形態の半導体装置が、Chain型FeRAMとなっているのに対し、第5実施形態の半導体装置は、非Chain型のFeRAMとなっている。このように、本発明は、Chain型FeRAMだけでなく、非Chain型のFeRAMに対してもも有効である。   The semiconductor device of the first to fourth embodiments is a Chain type FeRAM, whereas the semiconductor device of the fifth embodiment is a non-Chain type FeRAM. Thus, the present invention is effective not only for Chain type FeRAM but also for non-Chain type FeRAM.

図15(B)には、プレート線PLに相当する第1の配線層161と、ビット線BLに相当する第2の配線層162が示されている。図15(B)では、キャパシタ201Aに電気的に接続された第1の配線層161が、符号1611で示され、トランジスタ301Aに電気的に接続された第2の配線層162が、符号1621で示されている。 FIG. 15B shows a first wiring layer 161 corresponding to the plate line PL and a second wiring layer 162 corresponding to the bit line BL. In FIG. 15 (B), the first wiring layer 161 electrically connected to the capacitor 201A is shown by reference numeral 161 1, the second wiring layer 162 electrically connected to the transistor 301A is, reference numeral 162 Shown in 1 .

第1の配線層1611は、図15(B)に示すように、上部電極213Aの上方に形成されている。そして、プラグTWAは、上部電極213A上に形成されており、上部電極213Aと第1の配線層1611とを電気的に導通させている。本実施形態では、プラグTWAは、W(タングステン)プラグとなっている。 As shown in FIG. 15B, the first wiring layer 161 1 is formed above the upper electrode 213A. The plug TW A is formed on the upper electrode 213A, and electrically connects the upper electrode 213A and the first wiring layer 161 1 . In this embodiment, the plug TW A is, W (tungsten) and has a plug.

また、第2の配線層1621は、図15(B)に示すように、下部電極211Aの下方、詳細には、下部電極211Aとトランジスタ301Aとの間に形成されている。そして、プラグV1Aは、拡散層1211上に形成されており、拡散層1211と第2の配線層1621とを電気的に導通させている。本実施形態では、プラグV1Aもまた、W(タングステン)プラグとなっている。 Further, as shown in FIG. 15B, the second wiring layer 162 1 is formed below the lower electrode 211A, specifically, between the lower electrode 211A and the transistor 301A. Then, the plug V1 A is formed on the diffusion layer 121 1 is electrically conductive is not a diffusion layer 121 1 and 1 second wiring layer 162. In this embodiment, the plug V1 A also has a W (tungsten) plug.

また、プラグCSFAは、図15(B)に示すように、拡散層1212上に形成され、拡散層1212と下部電極211Aとを電気的に導通させている。より詳細には、プラグCSFAは、図15(C)に示すように、下部電極211Aの側方に配置されており、下部電極211Aの側面と拡散層1212の上面とに接することで、下部電極211Aと拡散層1212とを電気的に導通させている(図15(A)も参照)。本実施形態では、プラグCSFAもまた、W(タングステン)プラグとなっている。 Further, the plug CSF A is formed on the diffusion layer 121 2 as shown in FIG. 15B, and electrically connects the diffusion layer 121 2 and the lower electrode 211A. More specifically, the plug CSF A, as shown in FIG. 15 (C), is arranged on the side of the lower electrode 211A, by contact with the side surface and the upper surface of the diffusion layer 121 and second lower electrode 211A, and electrically conductive is not the the lower electrode 211A and the diffusion layer 121 2 (see FIG. 15 (a) also). In the present embodiment, the plug CSF A is also a W (tungsten) plug.

なお、本実施形態では、キャパシタ201Aとトランジスタ301Aは、拡散層1211及び1222、プラグTWA,V1A,及びCSFAにより、第1の配線層1611と第2の配線層1612との間に直列接続されている。 In the present embodiment, the capacitor 201A and the transistor 301A include the first wiring layer 161 1 , the second wiring layer 161 2, and the diffusion layers 121 1 and 122 2 , the plugs TW A , V1 A , and CSF A. Are connected in series.

また、本実施形態では、プラグCSFが、キャパシタ201と1対1で対応しており、図15(A)では、2個のメモリセルに対し、2個のプラグCSFが設けられている。   In this embodiment, the plugs CSF correspond to the capacitors 201 on a one-to-one basis. In FIG. 15A, two plugs CSF are provided for two memory cells.

以上のように、本実施形態では、強誘電体キャパシタ201及びスイッチングトランジスタ301用のプラグとして、プラグTW,V1,CSFが採用される。そして、プラグTWは、上部電極213上に形成され、上部電極213と第1の配線層161とを電気的に導通させる。また、プラグV1は、第1の拡散層121上に形成され、第1の拡散層121と第2の配線層162とを電気的に導通させる。また、プラグCSFは、第2の拡散層121上に形成され、かつ下部電極211の側方に配置され、下部電極211と第2の拡散層121とを電気的に導通させる。   As described above, in this embodiment, the plugs TW, V1, and CSF are employed as the plugs for the ferroelectric capacitor 201 and the switching transistor 301. The plug TW is formed on the upper electrode 213 and electrically connects the upper electrode 213 and the first wiring layer 161. The plug V1 is formed on the first diffusion layer 121 and electrically connects the first diffusion layer 121 and the second wiring layer 162. The plug CSF is formed on the second diffusion layer 121 and is disposed on the side of the lower electrode 211 to electrically connect the lower electrode 211 and the second diffusion layer 121.

これにより、本実施形態では、第1実施形態と同様に、強誘電体キャパシタ201及びスイッチングトランジスタ301用のプラグを形成する工程の工程数を削減することが可能となる。更には、強電体キャパシタ201の下部電極材料の選択自由度が高くなり、強誘電体キャパシタ201の特性の改善が可能となる。   Thereby, in this embodiment, it is possible to reduce the number of steps of forming the ferroelectric capacitor 201 and the plug for the switching transistor 301 as in the first embodiment. Furthermore, the degree of freedom in selecting the lower electrode material of the ferroelectric capacitor 201 is increased, and the characteristics of the ferroelectric capacitor 201 can be improved.

なお、第3から第5実施形態では、第2実施形態と同様、プラグTWやプラグCSFをAlプラグとしても構わない。   In the third to fifth embodiments, as in the second embodiment, the plug TW and the plug CSF may be Al plugs.

また、第2から第5実施形態では、第1実施形態の変形例(図7)と同様、プラグCSF上に配線層141を配置しても構わない。   In the second to fifth embodiments, the wiring layer 141 may be disposed on the plug CSF as in the modification of the first embodiment (FIG. 7).

以上、本発明の具体的な態様の例を、第1から第5実施形態により説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。   As mentioned above, although the example of the specific aspect of this invention was demonstrated by 1st-5th embodiment, this invention is not limited to these embodiment.

101 基板
111 STI層
121 拡散層
131 第1の層間絶縁膜
132 第2の層間絶縁膜
133 第3の層間絶縁膜
141 配線層
151 水素保護膜
161 第1の配線層
162 第2の配線層
201 強誘電体キャパシタ
211 下部電極
212 強誘電体膜
213 上部電極
301 スイッチングトランジスタ
311 ゲート絶縁膜
312 ゲート電極
401 下部電極材料
402 強誘電体材料
403 上部電極材料
411 マスク層
501 周辺トランジスタ
511 ゲート絶縁膜
512 ゲート電極
TW、V1、CSF、CS、CSM プラグ
GC ゲート導電膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Substrate 111 STI layer 121 Diffusion layer 131 1st interlayer insulation film 132 2nd interlayer insulation film 133 3rd interlayer insulation film 141 Wiring layer 151 Hydrogen protective film 161 1st wiring layer 162 2nd wiring layer 201 Strong Dielectric capacitor 211 Lower electrode 212 Ferroelectric film 213 Upper electrode 301 Switching transistor 311 Gate insulating film 312 Gate electrode 401 Lower electrode material 402 Ferroelectric material 403 Upper electrode material 411 Mask layer 501 Peripheral transistor 511 Gate insulating film 512 Gate electrode TW, V1, CSF, CS, CSM Plug GC Gate conductive film

Claims (5)

基板上に形成されたスイッチングトランジスタと、
前記基板内に前記トランジスタを挟むよう形成された第1及び第2の拡散層と、
前記トランジスタ上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に順に形成された下部電極、強誘電体膜、及び上部電極を含む強誘電体キャパシタと、
前記上部電極の上方に形成された配線層と、
前記上部電極上に形成され、前記上部電極と前記配線層とを電気的に導通させる第1のプラグと、
前記第1の拡散層上に形成され、前記第1の拡散層と前記配線層とを電気的に導通させる第2のプラグと、
前記第2の拡散層上に形成され、前記下部電極の側方に配置されており、前記下部電極と前記第2の拡散層とを電気的に導通させる第3のプラグと、
を備えることを特徴とする半導体装置。
A switching transistor formed on the substrate;
First and second diffusion layers formed to sandwich the transistor in the substrate;
An interlayer insulating film formed on the transistor;
A ferroelectric capacitor including a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode sequentially formed on the interlayer insulating film;
A wiring layer formed above the upper electrode;
A first plug formed on the upper electrode and electrically conducting the upper electrode and the wiring layer;
A second plug formed on the first diffusion layer and electrically conducting the first diffusion layer and the wiring layer;
A third plug formed on the second diffusion layer, disposed on a side of the lower electrode, and electrically conducting the lower electrode and the second diffusion layer;
A semiconductor device comprising:
前記キャパシタ及び前記トランジスタは、互いに並列接続されており、互いに並列接続された他の1組以上のキャパシタ及びトランジスタと直列接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the capacitor and the transistor are connected in parallel to each other, and are connected in series to one or more other sets of capacitors and transistors connected in parallel to each other. 基板上に形成されたスイッチングトランジスタと、
前記基板内に前記トランジスタを挟むよう形成された第1及び第2の拡散層と、
前記トランジスタ上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に順に形成された下部電極、強誘電体膜、及び上部電極を含む強誘電体キャパシタと、
前記上部電極の上方に形成された第1の配線層と、
前記下部電極と前記トランジスタとの間に形成された第2の配線層と、
前記上部電極上に形成され、前記上部電極と前記第1の配線層とを電気的に導通させる第1のプラグと、
前記第1の拡散層上に形成され、前記第1の拡散層と前記第2の配線層とを電気的に導通させる第2のプラグと、
前記第2の拡散層上に形成され、前記下部電極の側方に配置されており、前記下部電極と前記第2の拡散層とを電気的に導通させる第3のプラグと、
を備えることを特徴とする半導体装置。
A switching transistor formed on the substrate;
First and second diffusion layers formed to sandwich the transistor in the substrate;
An interlayer insulating film formed on the transistor;
A ferroelectric capacitor including a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode sequentially formed on the interlayer insulating film;
A first wiring layer formed above the upper electrode;
A second wiring layer formed between the lower electrode and the transistor;
A first plug formed on the upper electrode and electrically conducting the upper electrode and the first wiring layer;
A second plug formed on the first diffusion layer and electrically conducting the first diffusion layer and the second wiring layer;
A third plug formed on the second diffusion layer, disposed on a side of the lower electrode, and electrically conducting the lower electrode and the second diffusion layer;
A semiconductor device comprising:
前記キャパシタ及び前記トランジスタは、互いに直列接続されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 3, wherein the capacitor and the transistor are connected in series to each other. 基板上にスイッチングトランジスタを形成し、
前記基板内に前記トランジスタを挟むよう第1及び第2の拡散層を形成し、
前記トランジスタ上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜上に下部電極、強誘電体膜、及び上部電極を順に形成して、前記下部電極、前記強誘電体膜、及び前記上部電極を含む強誘電体キャパシタを形成し、
前記上部電極上に第1のプラグを形成し、
前記第1の拡散層上に第2のプラグを形成し、
前記第2の拡散層上における前記下部電極の側方に、前記下部電極と前記第2の拡散層とを電気的に導通させる第3のプラグを形成し、
前記上部電極の上方に、前記第1及び第2のプラグと電気的に導通する配線層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a switching transistor on the substrate,
Forming first and second diffusion layers to sandwich the transistor in the substrate;
Forming an interlayer insulating film on the transistor;
A lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode are sequentially formed on the interlayer insulating film to form a ferroelectric capacitor including the lower electrode, the ferroelectric film, and the upper electrode;
Forming a first plug on the upper electrode;
Forming a second plug on the first diffusion layer;
Forming a third plug electrically connecting the lower electrode and the second diffusion layer to a side of the lower electrode on the second diffusion layer;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a wiring layer electrically connected to the first and second plugs above the upper electrode.
JP2009272519A 2009-11-30 2009-11-30 Semiconductor device and method of manufacturing the same Withdrawn JP2011114330A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009272519A JP2011114330A (en) 2009-11-30 2009-11-30 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009272519A JP2011114330A (en) 2009-11-30 2009-11-30 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011114330A true JP2011114330A (en) 2011-06-09

Family

ID=44236397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009272519A Withdrawn JP2011114330A (en) 2009-11-30 2009-11-30 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011114330A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6737694B2 (en) Ferroelectric memory device and method of forming the same
US6713310B2 (en) Ferroelectric memory device using via etch-stop layer and method for manufacturing the same
KR100703970B1 (en) Semiconductor integrated circuit apparatus and method of fabricating the same
JP2002208679A (en) Ferroelectric memory device and manufacturing method thereof
US6927437B2 (en) Ferroelectric memory device
JP3657925B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4791191B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6299114B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP4422644B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR20020084934A (en) Method for fabricating ferroelectric memory device
JP2010056133A (en) Semiconductor memory device
JP4371005B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
US7829925B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing same
JP6402528B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US20080230818A1 (en) Non-volatile memory device
JP2004207681A (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2011114330A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2006253194A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4952700B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US7763920B2 (en) Semiconductor memory having ferroelectric capacitor
JP2010141143A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US20080296646A1 (en) Semiconductor memory device and method for fabricating the same
US8183610B2 (en) Nonvolatile memory and manufacturing method thereof
TW202308124A (en) Ferroelectric memory device and method for forming the same
TW202410037A (en) Ferroelectric memory device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20130205