JP2011258992A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Takashi Nakamura
孝 中村
Hiroshi Tochimura
浩 檪村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferroelectric capacitor with little deterioration which is caused by aging and repeated polarization and inversion, or a dielectric capacitor with high dielectric constant, thereby providing a semiconductor device having a highly reliable wiring without increase in specific resistance.SOLUTION: The semiconductor device includes an electrode formed on the surface of a semiconductor substrate. The electrode is consisted of a conductor layer having orientation. In addition to the electrode, the semiconductor device includes a barrier layer consisted of a fine crystal or an amorphous represented by the expression M1M2, where M1 is an element selected from Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V and Cr, and M2 is an element selected from Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo and Nb.

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に係り、特に酸化され易い材料からなる電極上に高温工程で誘電体膜を形成する工程を含む半導体装置に関する。さらには、誘電体キャパシタに関するものであり、特にその強誘電性の向上に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device including a step of forming a dielectric film on an electrode made of a material that is easily oxidized by a high temperature step. Further, the present invention relates to a dielectric capacitor, and particularly relates to improvement of its ferroelectricity.

強誘電体メモリ(FERAM)は、不揮発性、定電力動作、高速書き込み、高書き換え耐性など、優れた特徴を有し、近年注目されているデバイスである。   Ferroelectric memory (FERAM) has excellent features such as non-volatility, constant power operation, high-speed writing, and high rewrite resistance, and is a device that has attracted attention in recent years.

この強誘電体メモリに用いられる強誘電体キャパシタは、例えば、図17に示すように、シリコン基板1上に、形成された酸化シリコン層2にタングステンプラグ3を形成し、白金からなる下部電極5、PZT(PbZrXTi1-X3)膜からなる強誘電体層6、白金からなる上部電極7を積層してなるものである。 For example, as shown in FIG. 17, a ferroelectric capacitor used in this ferroelectric memory has a tungsten plug 3 formed on a silicon oxide layer 2 formed on a silicon substrate 1, and a lower electrode 5 made of platinum. , A ferroelectric layer 6 made of a PZT (PbZr X Ti 1-X O 3 ) film and an upper electrode 7 made of platinum are laminated.

なお、ここで、下部電極5として白金を用いているのは、次のような理由によるものである。強誘電体膜6は、配向膜の上に形成しなければならない。アモルファス膜の上に形成すると、配向性が悪いため強誘電性が損なわれてしまうからである。一方、下部電極5は、シリコン基板1から絶縁した状態で形成しなければならない。このため、シリコン基板1上に酸化シリコン層2を形成している。この酸化シリコン層2はアモルファスである。一般に、アモルファスの上に形成した膜は無配向膜となるが、白金はアモルファス膜上に形成しても、配向膜となる性質を有している。このような理由から、下部電極として白金が用いられることが多い。   Here, the reason why platinum is used as the lower electrode 5 is as follows. The ferroelectric film 6 must be formed on the alignment film. This is because if formed on an amorphous film, the ferroelectricity is impaired due to poor orientation. On the other hand, the lower electrode 5 must be formed in a state insulated from the silicon substrate 1. For this reason, the silicon oxide layer 2 is formed on the silicon substrate 1. This silicon oxide layer 2 is amorphous. In general, a film formed on an amorphous film becomes a non-oriented film, but platinum has a property of forming an oriented film even if formed on an amorphous film. For this reason, platinum is often used as the lower electrode.

しかしながら、上記のような従来の強誘電体キャパシタには、次のような問題点があった。   However, the conventional ferroelectric capacitor as described above has the following problems.

白金は酸素を透過しやすいため、強誘電体(PZT)内の酸素の抜け出し、経年変化および分極反転の繰り返しによって強誘電性が低下するという問題があった。つまり、図18に示すように、下部電極5を構成する白金の柱状結晶の間から、強誘電体膜6中の酸素が抜け出すおそれがあった。   Since platinum easily permeates oxygen, there is a problem that the ferroelectricity decreases due to the escape of oxygen in the ferroelectric (PZT), aging, and repeated polarization inversion. That is, as shown in FIG. 18, oxygen in the ferroelectric film 6 may escape from between the platinum columnar crystals constituting the lower electrode 5.

また、このような問題は強誘電体メモリのみならず高誘電率を有する誘電体を用いたキャパシタにおいても同様に生じていた。
さらにまた、従来タンタルシリコンナイトライド(TaSiN)が配線バリア層として提案されているが、酸化されるとチッ素が発生する上、このような配線においても後の熱処理により酸化膜が形成されて導電性が低下するという問題があった。
In addition, such a problem occurs not only in a ferroelectric memory but also in a capacitor using a dielectric having a high dielectric constant.
Furthermore, tantalum silicon nitride (TaSiN) has been proposed as a wiring barrier layer. However, when oxidized, nitrogen is generated, and an oxide film is also formed in such wiring by a subsequent heat treatment. There was a problem that the performance decreased.

本発明は、上記の問題点を解決して、下地材料の酸化を防止し、製造時のみならず、経年劣化および分極反転の繰り返しによる劣化の少ない強誘電体キャパシタまたは高誘電率を有する誘電体キャパシタを提供することを目的とする。
また本発明は、比抵抗の増大なしに信頼性の高い配線を有する半導体装置を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems, prevents oxidation of the underlying material, and is a ferroelectric capacitor or a dielectric having a high dielectric constant that is less deteriorated not only during manufacture but also due to repeated aging and polarization reversal. An object is to provide a capacitor.
It is another object of the present invention to provide a semiconductor device having a highly reliable wiring without an increase in specific resistance.

なお、この発明において、「キャパシタ」とは絶縁体の両側に電極が設けられた構造を指すものであり、電荷の蓄積に用いられると否とにかかわらず、この構造を有するものを含むものとする。   In the present invention, a “capacitor” refers to a structure in which electrodes are provided on both sides of an insulator, and includes a structure having this structure regardless of whether or not it is used for charge accumulation.

本発明の第1は、半導体基板表面上に形成された電極を含み、
前記電極が、配向性を有する導電体層からなり、
前記電極に加え、
下式
M1xM21-x (0<x<1)
M1:Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、
Co、Fe、Ni、V、Cr
M2:Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nb
で表されるアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を含むことを特徴とする。
The first of the present invention includes an electrode formed on the surface of the semiconductor substrate,
The electrode is composed of a conductor layer having orientation,
In addition to the electrodes,
The following formula M1 x M2 1-x (0 <x <1)
M1: Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu,
Co, Fe, Ni, V, Cr
M2: Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, Nb
It is characterized by including the barrier layer which consists of an amorphous or microcrystal represented by these.

また上記半導体装置において、前記バリア層の組成比は、酸素の拡散あるいはスパイクを防止し得る程度に粒界が不定形となるように決定されていることを特徴とする。   In the above semiconductor device, the composition ratio of the barrier layer is determined so that the grain boundary becomes indefinite so as to prevent diffusion or spike of oxygen.

上記半導体装置において、前記半導体基板表面は、半導体基板上に形成された、タングステンプラグ、銅プラグ、ポリシリコンプラグのいずれかであることを特徴とする。   In the semiconductor device, the surface of the semiconductor substrate is any one of a tungsten plug, a copper plug, and a polysilicon plug formed on the semiconductor substrate.

上記半導体装置において、前記半導体基板表面は、上層に形成する誘電体層の結晶化温度で酸化が進行しうる材料で構成されていることを特徴とする。   In the semiconductor device, the surface of the semiconductor substrate is made of a material that can be oxidized at a crystallization temperature of a dielectric layer formed in an upper layer.

上記半導体装置において、前記配向性を有する導電体層は、白金、イリジウム層、イリジウム層あるいは白金とイリジウムの合金のうちのいずれかで構成され、さらにチタン、タングステン、コバルト、モリブデン、銅、これらのシリサイドまたは合金、あるいはポリシリコンの少なくとも一種を含むことを特徴とする。   In the semiconductor device, the conductive layer having the orientation is made of any one of platinum, an iridium layer, an iridium layer, or an alloy of platinum and iridium, and further includes titanium, tungsten, cobalt, molybdenum, copper, and the like. It contains at least one of silicide, alloy, or polysilicon.

上記半導体装置において、さらに前記電極表面に誘電体層を形成してなることを特徴とする。   In the semiconductor device, a dielectric layer is further formed on the electrode surface.

上記半導体装置において、前記誘電体層は、PZTであることを特徴とする。   In the semiconductor device, the dielectric layer is PZT.

上記半導体装置において、半導体基板表面に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成され、強誘電体または高誘電率を有する誘電体からなる誘電体層と、前記誘電体層上に形成された上部電極とを備え、前記下部電極は、配向性を有する導電体層からなり、
前記下部電極に加え、
下式
M1xM21-x (0<x<1)
M1:Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、Co、Fe、Ni、V、Cr
M2:Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nb
で表されるアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を含む誘電体キャパシタを具備したことを特徴とする。
In the semiconductor device, a lower electrode formed on a surface of a semiconductor substrate, a dielectric layer formed on the lower electrode and made of a ferroelectric or a dielectric having a high dielectric constant, and formed on the dielectric layer. An upper electrode, and the lower electrode is composed of a conductive layer having orientation,
In addition to the lower electrode,
The following formula M1 x M2 1-x (0 <x <1)
M1: Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V, Cr
M2: Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, Nb
And a dielectric capacitor including a barrier layer made of amorphous or microcrystalline.

上記半導体装置において、前記バリア層は、イリジウムタンタル層IrxTa1-x(0<x<1)からなることを特徴とする。 In the semiconductor device, the barrier layer is formed of an iridium tantalum layer Ir x Ta 1-x (0 <x <1).

上記半導体装置において、前記バリア層は、組成比が変化するグレーディング層を含むことを特徴とする。   In the semiconductor device, the barrier layer includes a grading layer whose composition ratio changes.

上記半導体装置において、前記バリア層は、タングステンプラグ上に形成されたイリジウムタンタル層IrxTa1-x(0<x<1)からなり、前記電極はIr層であることを特徴とする。 In the semiconductor device, the barrier layer is formed of an iridium tantalum layer Ir x Ta 1-x (0 <x <1) formed on a tungsten plug, and the electrode is an Ir layer.

上記半導体装置において、前記バリア層は、タングステンプラグ上に形成されたイリジウムタンタル層IrxTa1-x(0<x<1)からなり、前記電極はプラチナ層であることを特徴とする。 In the semiconductor device, the barrier layer is formed of an iridium tantalum layer Ir x Ta 1-x (0 <x <1) formed on a tungsten plug, and the electrode is a platinum layer.

また本発明は、半導体基板表面に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成され、強誘電体または高誘電率を有する誘電体からなる誘電体層と、前記誘電体層上に形成された上部電極とを備え、
前記誘電体層と前記上部電極との間に下式
M1xM21-x (0<x<1)
M1:Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、Co、Fe、Ni、V、Cr
M2:Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nb
で表されるアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を含む誘電体キャパシタを具備したことを特徴とする。
The present invention also includes a lower electrode formed on the surface of a semiconductor substrate, a dielectric layer formed on the lower electrode and made of a ferroelectric or a dielectric having a high dielectric constant, and formed on the dielectric layer. And an upper electrode
The following formula M1 x M2 1-x (0 <x <1) between the dielectric layer and the upper electrode
M1: Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V, Cr
M2: Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, Nb
And a dielectric capacitor including a barrier layer made of amorphous or microcrystalline.

上記半導体装置において、前記バリア層は、イリジウムタンタル層IrxTa1-x(0<x<1)からなることを特徴とする。 In the semiconductor device, the barrier layer is formed of an iridium tantalum layer Ir x Ta 1-x (0 <x <1).

上記半導体装置において、バリア層は、下地材料の構成元素を微量含むことを特徴とする。
たとえば、シリコン、タングステン、または銅を微量含むことにより、さらにバリア性が向上する。
In the above semiconductor device, the barrier layer includes a trace amount of a constituent element of the base material.
For example, the barrier property is further improved by containing a small amount of silicon, tungsten, or copper.

本発明は、半導体基板表面に、電極を形成する工程と、この上層に誘電体膜を形成する工程とを含み、前記電極を形成する工程が、
配向性を有する導電体層からなる電極を形成する工程と、
下式
M1xM21-x (0<x<1)
M1:Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、Co、Fe、Ni、V、Cr
M2:Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nb
で表されるアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を形成する工程を含むことを特徴とする。
The present invention includes a step of forming an electrode on the surface of a semiconductor substrate and a step of forming a dielectric film on the upper layer, and the step of forming the electrode comprises the steps of:
Forming an electrode composed of a conductive layer having orientation;
The following formula M1 x M2 1-x (0 <x <1)
M1: Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V, Cr
M2: Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, Nb
And a step of forming a barrier layer made of amorphous or microcrystal represented by

上記半導体装置の製造方法において、前記バリア層の組成比は、酸素の拡散あるいはスパイクを防止し得る程度に粒界が不定形となるように決定され、前記誘電体層の形成工程は、前記バリア層の結晶化温度よりも低い温度で成膜する工程であることを特徴とする。   In the method for manufacturing a semiconductor device, the composition ratio of the barrier layer is determined so that the grain boundary is indefinite so as to prevent diffusion or spike of oxygen, and the dielectric layer forming step includes: It is a step of forming a film at a temperature lower than the crystallization temperature of the layer.

上記半導体装置の製造方法において、前記電極は、半導体基板表面に形成された、タングステンプラグ、銅プラグまたはポリシリコンプラグ上に形成されていることを特徴とする。   In the semiconductor device manufacturing method, the electrode is formed on a tungsten plug, a copper plug, or a polysilicon plug formed on a surface of a semiconductor substrate.

上記半導体装置の製造方法において、前記電極は、少なくとも表面層が、前記誘電体層の結晶化温度で酸化が進行する材料上に形成されていることを特徴とする。   In the semiconductor device manufacturing method, at least a surface layer of the electrode is formed on a material that oxidizes at a crystallization temperature of the dielectric layer.

本発明は、半導体基板表面上に形成された電極を含み、前記電極が、配向性を有する導電体層からなり、さらに前記電極に加え、
Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、Co、Fe、Ni、V、Crからなる第1のグループと、
Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nbからなる第2のグループからそれぞれ少なくとも1種づつ選択された元素を含むアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を含むことを特徴とする。
The present invention includes an electrode formed on the surface of a semiconductor substrate, and the electrode is composed of a conductive layer having orientation, and in addition to the electrode,
A first group of Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V, Cr;
It includes a barrier layer made of amorphous or microcrystal containing at least one element selected from the second group consisting of Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo and Nb.

上記半導体装置において、前記バリア層はIrTaPtであることを特徴とする。   In the semiconductor device, the barrier layer is IrTaPt.

3元あるいは4元以上の化合物を用いた場合にもバリア効果は極めて良好であり、格子定数を揃えるのも容易となり、界面特性の良好な電極を形成することが可能となる。   When a ternary or quaternary or higher compound is used, the barrier effect is very good, the lattice constants can be easily aligned, and an electrode having good interface characteristics can be formed.

なお、本発明は、誘電体キャパシタのみならず、配線層の形成後、酸化性雰囲気での加熱工程を伴うような場合には、有効である。
なお、本発明で用いられるバリア層(M1xM21-x:(0<x<1))としては、Au0.4Fe0.6、Au0.35Ti0.65、 Au0.35Zr0.65、Co0.40Hf0.60、Co0.5Mo0.5、Co0.5Ta0.5、…CoTi、CoW、CoY、CoZr、CrTi、CuHf、CuTa、CuZr、FeMo、FeTi、FeW、FeY、FeZr、HfNi、HfV、 IrNb、IrTa、MoNi、MoRe、MoRu、MoZr、NbNi、NbPd、NbRh、NiTa、NiTi、NiW、NiY、NiZr、OsTa、OsW、PdTi、PtW、PtZr、ReTa、ReW、RhZr、RuW、RuZr、VZr、WZrなどが適用可能である。
The present invention is effective not only in the case of a dielectric capacitor but also in the case where a heating step in an oxidizing atmosphere is involved after the formation of the wiring layer.
In addition, as a barrier layer (M1 x M2 1-x : (0 <x <1)) used in the present invention, Au 0.4 Fe 0.6 , Au 0.35 Ti 0.65 , Au 0.35 Zr 0.65 , Co 0.40 Hf 0.60 , Co 0.5 Mo 0.5 , Co 0.5 Ta 0.5 ,... CoTi, CoW, CoY, CoZr, CrTi, CuHf, CuTa, CuZr, FeMo, FeTi, FeW, FeY, FeZr, HfNi, HfV, IrNb, IrTa, MoNi, MoRe, MoRu, MoZr NbNi, NbPd, NbRh, NiTa, NiTi, NiW, NiY, NiZr, OsTa, OsW, PdTi, PtW, PtZr, ReTa, ReW, RhZr, RuW, RuZr, VZr, WZr, and the like are applicable.

また、上記2元化合物の他、Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、Co、Fe、Ni、V、Crからなる第1のグループと、Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nbからなる第2のグループからそれぞれ選択された少なくとも1種の元素を含むアモルファスまたは微結晶からなるバリア層、例えばIrTiPtなどの3元化合物あるいは4元素以上からなる化合物等も適用可能である。   In addition to the above binary compounds, a first group consisting of Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V, Cr, Ta, Ti, Zr, A barrier layer made of amorphous or microcrystal containing at least one element each selected from the second group consisting of Hf, W, Y, Mo, Nb, for example, a ternary compound such as IrTiPt or a compound made of four or more elements Etc. are also applicable.

なおこの組成比は適宜変更可能であり、また、組成比を連続的に変化させることにより、下地および上層の膜との格子整合性を高めることが可能であるが、組成比を連続的に変化させることにより、格子整合性を高めつつ機能的に目的値に近い材料を得ることが可能である。   Note that this composition ratio can be changed as appropriate, and by changing the composition ratio continuously, it is possible to improve the lattice matching with the underlying and upper layer films, but the composition ratio is continuously changed. By doing so, it is possible to obtain a material functionally close to the target value while improving lattice matching.

なお、この組成比のわずかな変化によっても結晶化温度は大幅に変化するため適宜注意する必要がある。言い換えると必要な特性を得つつ、格子整合性を高め、信頼性の高い結晶薄膜を提供することも可能である。   Note that even a slight change in the composition ratio can cause a significant change in the crystallization temperature. In other words, it is possible to improve the lattice matching and obtain a highly reliable crystal thin film while obtaining necessary characteristics.

ここで微結晶とは、結晶粒径が10nm前後またはそれより小さいものをいい、粒界が膜厚全体にわたって貫通していないものをいうものとする。   Here, the microcrystal means a crystal grain size of around 10 nm or smaller and a grain boundary that does not penetrate the entire film thickness.

以上説明してきたように、本発明によれば、電極として下式
M1xM21-x (0<x<1)
M1:Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、Co、Fe、Ni、V、Cr
M2:Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nb
で表されるアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を含むことをようにしている。このアモルファス又は微結晶からなるバリア層は、はっきりした粒界がないため、バリア効果が大きく、酸素などの相互拡散や、スパイクが防止される上、このバリア層は誘電体層の成膜温度で結晶化することなくアモルファス又は微結晶の状態を維持することができる。したがって、誘電体層からの酸素の抜け出しを防止することができ、誘電特性の経年変化を抑えることができる。また、これらのアモルファス又は微結晶膜上に形成される誘電体薄膜は、配向性も良好であり、信頼性の高い誘電体構造を提供することが可能となる。
As described above, according to the present invention, the following formulas M1 x M2 1-x (0 <x <1) are used as electrodes.
M1: Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V, Cr
M2: Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, Nb
It is made to include the barrier layer which consists of an amorphous or microcrystal represented by these. Since this amorphous or microcrystalline barrier layer has no clear grain boundary, it has a large barrier effect and prevents interdiffusion of oxygen and spikes, and this barrier layer is formed at the deposition temperature of the dielectric layer. Amorphous or microcrystalline state can be maintained without crystallization. Therefore, the escape of oxygen from the dielectric layer can be prevented, and the secular change of dielectric characteristics can be suppressed. In addition, the dielectric thin film formed on these amorphous or microcrystalline films has good orientation and can provide a highly reliable dielectric structure.

本発明の第1の実施形態による強誘電体キャパシタの構造を示す図である。1 is a diagram showing a structure of a ferroelectric capacitor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の強誘電体キャパシタの製造工程を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the ferroelectric capacitor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の強誘電体キャパシタの説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of the ferroelectric capacitor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態におけるTaの組成比と成膜状況を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the composition ratio and film-forming condition of Ta in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるIrTaの組成比と成膜状況を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the composition ratio and film-forming condition of IrTa in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるIrTaの組成比と成膜状況を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the composition ratio and film-forming condition of IrTa in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるIrTaの組成比と成膜状況を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the composition ratio and film-forming condition of IrTa in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるIrTaの組成比と成膜状況を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the composition ratio and film-forming condition of IrTa in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるIrTaの組成比と成膜状況を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the composition ratio and film-forming condition of IrTa in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるIrの組成比と成膜状況を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the composition ratio of Ir and the film-forming condition in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態による半導体装置の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor device by the 3rd Embodiment of this invention. 同半導体装置のアニール温度とそのシート抵抗との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the annealing temperature of the semiconductor device, and its sheet resistance. 本発明の第4の実施形態による半導体装置の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor device by the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態による強誘電体メモリの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ferroelectric memory by the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態による強誘電体メモリのヒステリシス特性を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the hysteresis characteristic of the ferroelectric memory by the 5th Embodiment of this invention. IrTaの組成とピーク値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a composition and peak value of IrTa. 従来例の強誘電体メモリを示す図である。It is a figure which shows the ferroelectric memory of a prior art example. 同強誘電体メモリの説明図である。It is explanatory drawing of the same ferroelectric memory.

図1に、本発明の第1の実施形態として強誘電体キャパシタの構造を示す。
本発明の第1の実施形態の強誘電体キャパシタは、図1に示すように、従来の強誘電体キャパシタのタングステンプラグ3上に形成された膜厚100nmのIr層からなる下部電極5と、膜厚210nmのPZTからなる強誘電体層6とからなり、前記下部電極5はさらにタングステンプラグ3側に膜厚100nmのIr0.4Ta0.6からなるバリア層4を介在させたことを特徴とする。
FIG. 1 shows a structure of a ferroelectric capacitor as a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the ferroelectric capacitor according to the first embodiment of the present invention includes a lower electrode 5 made of an Ir layer having a thickness of 100 nm formed on a tungsten plug 3 of a conventional ferroelectric capacitor, The lower electrode 5 further includes a barrier layer 4 made of Ir 0.4 Ta 0.6 having a thickness of 100 nm on the tungsten plug 3 side. The barrier layer 4 is made of a ferroelectric layer 6 made of PZT having a thickness of 210 nm.

すなわち、本発明では、図2(a)に示すように、所望の素子領域の形成されたシリコン基板1に、酸化シリコン層2を形成した後、コンタクトホールを形成する。   That is, in the present invention, as shown in FIG. 2A, after forming a silicon oxide layer 2 on a silicon substrate 1 on which a desired element region is formed, a contact hole is formed.

そして図示しないTi層および、TiN層を形成したのち、図2(b)に示すように、このコンタクトホール内にWF6を用いたCVD法によりタングステンを埋め込み、タングステンプラグ3を形成する。 Then, after forming a Ti layer and a TiN layer (not shown), as shown in FIG. 2B, tungsten is buried in this contact hole by a CVD method using WF 6 to form a tungsten plug 3.

そして、図2(c)に示すように、スパッタリング法により膜厚100nmのIr0.4Ta0.6からなるバリア層4を形成する Then, as shown in FIG. 2 (c), to form the barrier layer 4 made of Ir 0.4 Ta 0.6 with a thickness of 100nm by sputtering

こののち、図2(d)に示すように、スパッタリング法により膜厚100nmのIr層からなる下部電極5を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 2D, a lower electrode 5 made of an Ir layer having a thickness of 100 nm is formed by sputtering.

そして、上記バリア層および下部電極5をパターニングした後、この上層に図2(e)に示すように、ゾルゲル法によりPZT薄膜を形成する。そしてRTA法により、625℃1分の結晶化アニール工程を経て、強誘電体層6が形成される。   Then, after patterning the barrier layer and the lower electrode 5, a PZT thin film is formed on the upper layer by a sol-gel method as shown in FIG. 2 (e). Then, the ferroelectric layer 6 is formed through a crystallization annealing process at 625 ° C. for 1 minute by the RTA method.

そして最後に上部電極7を形成し、強誘電体メモリが完成する。   Finally, the upper electrode 7 is formed to complete the ferroelectric memory.

かかる構成によれば、下部電極のシート抵抗の増大もなく、安定で信頼性の高い強誘電体メモリが完成する。   According to such a configuration, a stable and highly reliable ferroelectric memory is completed without increasing the sheet resistance of the lower electrode.

アニール後のW、IrTaの酸化、膜はがれも無く、信頼性の高い膜質を維持し、信頼性の高い強誘電体メモリを得ることが可能となる。   Oxidation of W and IrTa after annealing and film peeling do not occur, and it is possible to maintain a highly reliable film quality and obtain a highly reliable ferroelectric memory.

このようにして形成された強誘電体メモリは図3に説明図を示すように、バリア層4がアモルファスIr0.4Ta0.6層で構成されているため、強誘電体層6の酸素はバリア層で透過を阻止される。 In the ferroelectric memory formed in this way, as shown in FIG. 3, since the barrier layer 4 is composed of an amorphous Ir 0.4 Ta 0.6 layer, oxygen in the ferroelectric layer 6 is the barrier layer. Transmission is blocked.

したがってリーク電流もなく、長寿命で信頼性の高い強誘電体メモリの形成が可能となる。   Accordingly, it is possible to form a ferroelectric memory having a long life and high reliability with no leakage current.

膜厚100nmのアモルファスIr0.4Ta0.6層と、膜厚100nmのIr層との積層体のシート抵抗は、1×10-1Ωであって、電極材料として問題はない。 The sheet resistance of the laminate of the amorphous Ir 0.4 Ta 0.6 layer having a thickness of 100 nm and the Ir layer having a thickness of 100 nm is 1 × 10 −1 Ω, and there is no problem as an electrode material.

Irは、柱状の結晶であるため、この上層に形成される強誘電体膜6は極めて配向性の良好なものとなる。わずかに強誘電体膜6中の酸素を透過するが、透過した酸素はIrO2として柱状結晶のまわりに析出し、バリア性が高められる。一方アモルファスIr0.4Ta0.6層はさらにバリア性が高いため、強誘電体膜中の酸素はこれら2層の膜(Ir層5とアモルファスIr0.4Ta0.6層4)の存在により基板側に透過することはない。
これにより、強誘電体膜6の強誘電性は大幅に向上する。
Since Ir is a columnar crystal, the ferroelectric film 6 formed in the upper layer has extremely good orientation. Slightly permeates oxygen in the ferroelectric film 6, but the permeated oxygen is deposited around the columnar crystal as IrO 2 and the barrier property is enhanced. On the other hand, since the amorphous Ir 0.4 Ta 0.6 layer has a higher barrier property, oxygen in the ferroelectric film is present on the substrate side due to the presence of these two layers (Ir layer 5 and amorphous Ir 0.4 Ta 0.6 layer 4). Does not penetrate.
Thereby, the ferroelectricity of the ferroelectric film 6 is greatly improved.

なお、前記実施例では、下部電極5のみにアモルファスIr0.4Ta0.6層4を、形成したが、さらに上部電極7にもアモルファスIr0.4Ta0.6層を介在させることにより、強誘電体膜中の酸素の透過を確実に防止することができる。しかし、何れか一方だけでも、ある程度の効果を得ることができる。さらにまた、IrTa層にPtを加えたIrTaPt層も有効である。 In the above embodiment, the amorphous Ir 0.4 Ta 0.6 layer 4 is formed only on the lower electrode 5, but the oxygen in the ferroelectric film can be obtained by interposing the amorphous Ir 0.4 Ta 0.6 layer also on the upper electrode 7. Can be reliably prevented. However, a certain degree of effect can be obtained with only one of them. Furthermore, an IrTaPt layer obtained by adding Pt to an IrTa layer is also effective.

上記のような強誘電体キャパシタは、たとえば、トランジスタのソースドレインの一方と上部電極または下部電極とを接続し、不揮発性メモリとして用いることができる。さらには電極間に強誘電体膜を挟んだものをゲート電極として用いるFET構造の不揮発性メモリにも適用可能であることはいうまでもない。   The ferroelectric capacitor as described above can be used as a nonvolatile memory by connecting one of the source and drain of a transistor and an upper electrode or a lower electrode, for example. Further, it goes without saying that the present invention can also be applied to an FET structure nonvolatile memory using a gate electrode sandwiched between ferroelectric electrodes.

次に、本発明の第2の実施形態として、バリア層としてこのIrxTa1-xの組成を変化させたものについて説明する。他の構造については前記第1の実施形態と同様とする。 Next, a second embodiment of the present invention will be described in which the composition of this Ir x Ta 1-x is changed as a barrier layer. Other structures are the same as those in the first embodiment.

Irの組成比xを変化させ、反応性スパッタリング法によりシリコン基板上にIrxTa1-x層を形成した。その成膜条件は下表に示す通りであった。 An Ir x Ta 1-x layer was formed on the silicon substrate by a reactive sputtering method while changing the Ir composition ratio x. The film forming conditions were as shown in the table below.

Figure 2011258992
Figure 2011258992

また、その結果得られた膜の結晶性および膜質を下表に示す。   The crystallinity and film quality of the film obtained as a result are shown in the following table.

Figure 2011258992
Figure 2011258992

さらにまた、このときのSEM写真を図4乃至図10に示す。ここで図4乃至図9は、酸化シリコン膜表面にシリコン膜を介してTa、IrxTa1-x(X=0.2、0.4、0、 5、0.6、0.8、:Ir0.2Ta0.8、Ir0.4Ta0.6、Ir0.5Ta0.5、Ir0.6Ta0.4、Ir0.8Ta0.2)を形成したもの、図10は酸化シリコン膜表面にイリジウムを形成しているが、である。図中界面に白くみえているのは、シリサイドである。 Furthermore, SEM photographs at this time are shown in FIGS. Here, FIGS. 4 to 9 show that Ta, Ir x Ta 1-x (X = 0.2 , 0.4 , 0, 5, 0.6, 0.8 ,: Ir 0.2 Ta 0.8 , Ir 0.4) through a silicon film on the silicon oxide film surface. (Ta 0.6 , Ir 0.5 Ta 0.5 , Ir 0.6 Ta 0.4 , Ir 0.8 Ta 0.2 ) are formed. FIG. 10 shows iridium formed on the surface of the silicon oxide film. In the figure, silicide appears to be white at the interface.

XRD、上記SEM結果からイリジウムの含有量が20−50%であるとき、アモルファス状態をとることがわかった。また、イリジウムの含有量が60−80%であるとき、微結晶状態をとっている。
またSEM結果によれば、イリジウムの含有量が40%であるとき、結晶粒もなく最も良好なアモルファス状態をとることがわかった。
なおバリア性についてはアモルファス状態の方が良好である。これは、酸素の透過(拡散)は主に結晶粒界を通っていくものであるため、アモルファス状態の方が拡散防止効果をより高くすることができるためである。
一方、特に、バリア層を構成する微結晶に配向性を持たせることができる場合、バリア層は微結晶を用いた方が、この上層に形成される強誘電体膜に対して、配向性の向上を図ることが可能となる。
From the XRD and SEM results, it was found that when the iridium content was 20-50%, an amorphous state was obtained. Further, when the iridium content is 60-80%, the microcrystalline state is taken.
According to the SEM results, it was found that when the iridium content was 40%, the best amorphous state was obtained without crystal grains.
Regarding the barrier property, the amorphous state is better. This is because the permeation (diffusion) of oxygen mainly passes through the crystal grain boundaries, so that the diffusion preventing effect can be further enhanced in the amorphous state.
On the other hand, in particular, when the microcrystals constituting the barrier layer can be provided with an orientation, the orientation of the barrier layer with respect to the ferroelectric film formed on the upper layer is better when the microcrystal is used. It is possible to improve.

次に、本発明の第3の実施形態として、電極としてイリジウムを用いた場合とプラチナを用いた場合について、バリア層の組成を変化させ、アニール後の抵抗率を測定した。   Next, as a third embodiment of the present invention, for the case where iridium was used as the electrode and the case where platinum was used, the composition of the barrier layer was changed and the resistivity after annealing was measured.

まず、図11に示すように、シリコン基板1の表面に酸化シリコン膜2を介して接着層として膜厚40nmのチタン層31、膜厚80nmのチタンナイトライド層32を形成し、この上層に膜厚800nmのタングステン膜3を形成したものに対し、バリア層40として膜厚100nmのアモルファスIr0.4Ta0.6層を形成し、膜厚100nmのイリジウム層からなる電極15を形成した。 First, as shown in FIG. 11, a titanium layer 31 having a thickness of 40 nm and a titanium nitride layer 32 having a thickness of 80 nm are formed as an adhesive layer on the surface of the silicon substrate 1 with the silicon oxide film 2 interposed therebetween. An amorphous Ir 0.4 Ta 0.6 layer having a thickness of 100 nm was formed as the barrier layer 40 on the tungsten film 3 having a thickness of 800 nm, and an electrode 15 made of an iridium layer having a thickness of 100 nm was formed.

この構造で成膜した後、熱処理後のバリア材の酸化による抵抗率変化をみるため、横型炉で400℃30分の酸素アニールを行った後RTAで625℃から50℃刻みでアニールしアニール温度を変化させ、各温度でのシート抵抗を測定した。この測定結果を図12に曲線aで示す。また、アニール後のW、IrTaの酸化、膜剥がれの状態を観察するためSEMによる断面観察を行った。   After film formation with this structure, in order to observe the change in resistivity due to oxidation of the barrier material after heat treatment, oxygen annealing is performed at 400 ° C. for 30 minutes in a horizontal furnace, and then annealing is performed at 625 ° C. to 50 ° C. in RTA. The sheet resistance at each temperature was measured. The measurement result is shown by a curve a in FIG. Further, cross-sectional observation by SEM was performed in order to observe the state of oxidation of W and IrTa and film peeling after annealing.

その結果、700℃程度までシート抵抗の増大はなくタングステンの酸化なしに良好に維持されていることがわかる。775℃では膜剥がれが生じた。RTA675℃で若干IrTaの酸化がはじまっているようにみえたが、700℃程度までWの酸化は抑えられている。そして775℃では膜剥がれが生じた。   As a result, it can be seen that the sheet resistance does not increase up to about 700 ° C. and is maintained well without oxidation of tungsten. At 775 ° C., film peeling occurred. Although it seemed that the oxidation of IrTa started slightly at RTA of 675 ° C., the oxidation of W was suppressed to about 700 ° C. At 775 ° C., film peeling occurred.

次に、このバリア層40としての膜厚100nmのアモルファスIr0.4Ta0.6層の組成を変化させアモルファスIr0.5Ta0.5層とし、後はまったく同様に形成したものについても同様の測定を行った。その結果を曲線bとして示す。 Next, the amorphous Ir 0.4 Ta 0.6 layer having a film thickness of 100 nm as the barrier layer 40 was changed to form an amorphous Ir 0.5 Ta 0.5 layer, and the same measurement was performed for the same formed thereafter. The result is shown as curve b.

その結果上記構造では、RTA625℃で若干IrTaの酸化がはじまり、775℃程度でWの酸化が起こっている。
さらに、このバリア層40としては膜厚100nmのアモルファスIr0.4Ta0.6層を使用し、電極層15を膜厚100nmのプラチナ層とし後はまったく同様に形成したものについても同様の測定を行った。その結果を曲線cとして示す。
As a result, in the above structure, the oxidation of IrTa starts slightly at RTA 625 ° C., and the oxidation of W occurs at about 775 ° C.
Further, the same measurement was performed on an amorphous Ir 0.4 Ta 0.6 layer having a film thickness of 100 nm as the barrier layer 40 and the electrode layer 15 being a platinum layer having a film thickness of 100 nm and then formed in exactly the same manner. The result is shown as curve c.

その結果上記構造では、RTA625℃で若干IrTaの酸化がはじまり、775℃程度でWの酸化が起こっている。RTA625℃で若干IrTaの酸化がはじまっているのは、上記曲線aに示した構造では、イリジウム自体のバリア性が、プラチナに比べて高いためである。   As a result, in the above structure, the oxidation of IrTa starts slightly at RTA 625 ° C., and the oxidation of W occurs at about 775 ° C. The reason why the oxidation of IrTa starts slightly at RTA 625 ° C. is because the barrier property of iridium itself is higher than that of platinum in the structure shown in the curve a.

さらに比較例として、バリア層40としての膜厚100nmの酸化イリジウムIr0層を形成するとともに、電極15をそれぞれ膜厚100nmのイリジウム
、プラチナとし、後はまったく同様に形成したものについても同様の測定を行った。その結果を曲線d、eとして示す。
As a further comparative example, to form the iridium oxide Ir0 2 layer having a thickness of 100nm as a barrier layer 40, the iridium electrodes 15 each thickness 100nm, and platinum, the same measurement for those just as formed after Went. The results are shown as curves d and e.

その結果上記比較例の構造では、RTA725℃で若干IrTaが酸化して膨張し、Wの界面で膜剥がれが起こっている。   As a result, in the structure of the above comparative example, IrTa is slightly oxidized and expanded at RTA 725 ° C., and film peeling occurs at the W interface.

以上の比較からバリア層として酸化イリジウムを用いた場合にはRTA625℃の段階でタングステンの酸化を止めることができなかった。IrTaでは、シート抵抗の変化はないがRTA625℃からIrTa自体の酸化が起こっていることがSEM観察によりわかった。   From the above comparison, when iridium oxide was used as the barrier layer, the oxidation of tungsten could not be stopped at the stage of RTA 625 ° C. In IrTa, the sheet resistance did not change, but it was found by SEM observation that the oxidation of IrTa itself occurred from RTA 625 ° C.

またイリジウムの方が酸素バリア性が高く、電極としてはプラチナよりもイリジウムを用いる方が良好な酸素バリア効果を得ることができることがわかる。   It can also be seen that iridium has a higher oxygen barrier property, and that iridium can be used as an electrode better than platinum than in platinum.

さらにまた表面に酸化イリジウムが形成されているが、酸化イリジウムの比抵抗は低く、また酸素バリア性が極めて高いため、優れたバリア効果を得ることができる。   Furthermore, iridium oxide is formed on the surface, but since the specific resistance of iridium oxide is low and the oxygen barrier property is extremely high, an excellent barrier effect can be obtained.

次に、本発明の第4の実施形態について説明する。前記第3の実施形態ではバリア層自体の酸化を防ぐことができなかったため、第4の実施形態では、バリア層自体の酸化を防ぐことのできる構造について説明する。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. Since the oxidation of the barrier layer itself could not be prevented in the third embodiment, a structure capable of preventing the oxidation of the barrier layer itself will be described in the fourth embodiment.

図13に示すように、バリア層の膜厚を半分にして膜厚50nmのアモルファスIr0.4Ta0.6層40aとし、この上層に膜厚50nmのアモルファスIr0.2Ta0.8層40bを積層した二重構造のバリア層としたものである。そして電極としては膜厚100nmのプラチナ層25を用いた。他の構造は前記第3の実施形態とまったく同様に形成した。 As shown in FIG. 13, the barrier layer thickness is halved to form an amorphous Ir 0.4 Ta 0.6 layer 40a having a thickness of 50 nm, and an amorphous Ir 0.2 Ta 0.8 layer 40b having a thickness of 50 nm is laminated thereon. It is a barrier layer. A platinum layer 25 having a thickness of 100 nm was used as the electrode. Other structures were formed in the same manner as in the third embodiment.

そして、アニール後の抵抗率を測定した。
その結果、RTA675℃程度で、若干のバリア層の酸化が起こり、725℃ではタングステンの酸化が進んでいることがわかった。
次に、この二重バリア構造の上層側の組成を変化させて同様の測定を行った。すなわちバリア層の膜厚を半分にして膜厚50nmのアモルファスIr0.4Ta0.6層40aとし、この上層に膜厚50nmのアモルファスIr0.8Ta0.2層40bを積層した二重構造のバリア層と、上層側を膜厚50nmのアモルファスIrO2層40bとした二重構造のバリア層とを形成した。
And the resistivity after annealing was measured.
As a result, it was found that a slight oxidation of the barrier layer occurred at about RTA 675 ° C., and the oxidation of tungsten progressed at 725 ° C.
Next, the same measurement was performed by changing the composition of the upper layer side of the double barrier structure. That is, the barrier layer is halved to form an amorphous Ir 0.4 Ta 0.6 layer 40a having a thickness of 50 nm, and an amorphous Ir 0.8 Ta 0.2 layer 40b having a thickness of 50 nm is laminated on the upper layer, and the upper layer side And a double-layered barrier layer having an amorphous IrO 2 layer 40b with a thickness of 50 nm.

その結果、Pt/IrO2/ Ir0.4Ta0.6/ W構造では、RTA625℃でWの酸化が起こっていることがわかった。
また、Pt/ Ir0.8Ta0.2/ Ir0.4Ta0.6/ W構造では、RTA625℃でIr0.4Ta0. 6の酸化が進みRTA675℃でWの酸化が起こっている。
As a result, it was found that oxidation of W occurred at RTA 625 ° C. in the Pt / IrO 2 / Ir 0.4 Ta 0.6 / W structure.
Further, the Pt / Ir 0.8 Ta 0.2 / Ir 0.4 Ta 0.6 / W structure, has occurred W oxide in Ir 0.4 oxidation of Ta 0. 6 proceeds RTA675 ° C. at RTA625 ℃.

さらに、Pt/ Ir0.2Ta0.8/ Ir0.4Ta0.6/ W構造では、RTA675℃でIr0.2Ta0.8およびIr0.4Ta0.6の酸化が進み、RTA725℃でWの酸化が起こっている。 Further, in the Pt / Ir 0.2 Ta 0.8 / Ir 0.4 Ta 0.6 / W structure, oxidation of Ir 0.2 Ta 0.8 and Ir 0.4 Ta 0.6 proceeds at RTA 675 ° C., and oxidation of W occurs at RTA 725 ° C.

従ってこの構造ではIr0.2Ta0.8を積層した場合に、バリア効果が高いことがわかる。また、625℃以下の低温プロセスではタングステンの酸化なしに良好な特性を維持することが可能となる。 Therefore, it can be seen that this structure has a high barrier effect when Ir 0.2 Ta 0.8 is laminated. Also, good characteristics can be maintained without oxidation of tungsten in a low temperature process of 625 ° C. or lower.

なお、前記第2乃至第4の実施形態では、バリア層を備えた電極について説明したが、この電極の上層に強誘電体層あるいは高誘電率の誘電体層などを形成し、キャパシタを形成する場合、あるいはEL素子など他のデバイスを形成する際、後工程で高温プロセス工程を含むような場合にも本発明の電極は、有効であり、低抵抗でかつ高信頼性をもつ電極を提供することが可能である。   In the second to fourth embodiments, the electrode including the barrier layer has been described. However, a ferroelectric layer or a high dielectric constant dielectric layer is formed on the electrode to form a capacitor. In the case of forming another device such as an EL element, the electrode of the present invention is effective, and provides an electrode having low resistance and high reliability even when a high-temperature process step is included in a later step. It is possible.

次に、本発明の第5の実施形態について説明する。この例では図14に示すように、バリア層を3層構造とし、電極15として膜厚100nmのプラチナ層を用い、PZT層からなる強誘電体層6を形成した。ここでは740℃のRTAに耐えることができるように、Ptからなる電極15を抜けた酸素のバリアとして、IrO2からなる第1のバリア層41と、このIrO2自体からの酸素やIrO2を抜けた酸素をバリアするために第2のバリア層42としてIr層を加えさらにIrとW(タングステンプラグ層3)の接着層をかねた第3のバリア層43としてIrTaを用いた3層のバリア構造を形成した。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In this example, as shown in FIG. 14, the barrier layer has a three-layer structure, a platinum layer having a thickness of 100 nm is used as the electrode 15, and the ferroelectric layer 6 made of a PZT layer is formed. Here to be able to withstand the 740 ° C. RTA, as an oxygen barrier which exits the electrode 15 made of Pt, a first barrier layer 41 made of IrO 2, the oxygen and IrO 2 from the IrO 2 itself A three-layer barrier using IrTa as a third barrier layer 43, in which an Ir layer is added as a second barrier layer 42 in order to barrier oxygen that has escaped, and an adhesion layer of Ir and W (tungsten plug layer 3) is also used. A structure was formed.

すなわち図14に示すように、プラチナ層からなる電極15側から、膜厚65nmのIrO2層からなる第1のバリア層41と、この下層に膜厚50nmのイリジウム層からなる第2のバリア層42、さらに膜厚50nmのアモルファスIr0.4Ta0.6層43を積層した三層構造のバリア層としたものである。下地の構造は前記第3の実施形態とまったく同様に形成した。 That is, as shown in FIG. 14, from the electrode 15 side made of a platinum layer, a first barrier layer 41 made of an IrO 2 layer having a thickness of 65 nm and a second barrier layer made of an iridium layer having a thickness of 50 nm below this layer. 42, and a three-layer barrier layer in which an amorphous Ir 0.4 Ta 0.6 layer 43 having a thickness of 50 nm is further laminated. The underlying structure was formed in exactly the same way as in the third embodiment.

次に、この本発明の第5の実施形態による電極構造を用いた強誘電体キャパシタの製造方法について説明する。
まずシリコン基板1の表面を熱酸化し、酸化シリコン層2を形成する。ここでは、酸化シリコン層2の厚さを600nmとした。
Next explained is a method for manufacturing a ferroelectric capacitor using the electrode structure according to the fifth embodiment of the invention.
First, the surface of the silicon substrate 1 is thermally oxidized to form a silicon oxide layer 2. Here, the thickness of the silicon oxide layer 2 was 600 nm.

次に、チタンをターゲットとして用いて、反応性スパッタリングにより膜厚40nmのチタン層31、膜厚80nmのチタンナイトライド層32を形成する。
そして、WF6を用いたCVD法によりW膜3を形成する。
Next, using titanium as a target, a titanium layer 31 with a thickness of 40 nm and a titanium nitride layer 32 with a thickness of 80 nm are formed by reactive sputtering.
Then, a W film 3 is formed by a CVD method using WF 6 .

この後、イリジウムおよびタンタルをターゲットとして用いて、反応性スパッタリングにより膜厚50nmのアモルファスIr0.4Ta0.6層からなる第3のバリア層43、この上層に膜厚50nmのイリジウム層からなる第2のバリア層42、さらにこの上層に膜厚65nmのIrO2層からなる第1のバリア層41を形成し、さらにこの上層に膜厚100nmのプラチナ層からなる電極6を形成する。 Thereafter, using iridium and tantalum as targets, a third barrier layer 43 made of an amorphous Ir 0.4 Ta 0.6 layer having a thickness of 50 nm is formed by reactive sputtering, and a second barrier made of an iridium layer having a thickness of 50 nm is formed thereon. A first barrier layer 41 made of an IrO 2 layer having a thickness of 65 nm is formed on the layer 42 and further thereon, and an electrode 6 made of a platinum layer having a thickness of 100 nm is further formed on the upper layer.

次に、この(下部)電極15の上に、ゾルゲル法によって、強誘電体層6としてPZT層を形成する。出発原料として、Pb(CH3COO)2・3H2O、Zr(t―OC49)4、Ti(i−OC37)4の混合溶液を用いた。この混合溶液をスピンコートした後、150℃(摂氏、以下同じ)で乾燥させ、ドライエアー雰囲気において400℃で30秒の仮焼成を行った。これを5回繰り返した後、O2雰囲気中で、400度30分の熱処理を施した。そしてRTA740℃の結晶化アニールを行い膜厚210nmのPZT層からなる強誘電体層6を形成した。なお、ここでは、PbZrxTi1-x3において、xを0.52として(以下PZT(52・48)と表わす)、PZT層を形成している。 Next, a PZT layer is formed as the ferroelectric layer 6 on the (lower) electrode 15 by a sol-gel method. As a starting material, a mixed solution of Pb (CH 3 COO) 2 .3H 2 O, Zr (t-OC 4 H 9 ) 4 , Ti (i-OC 3 H 7 ) 4 was used. After spin-coating this mixed solution, it was dried at 150 ° C. (Celsius, the same applies hereinafter), and pre-baked at 400 ° C. for 30 seconds in a dry air atmosphere. After repeating this five times, heat treatment was performed at 400 ° C. for 30 minutes in an O 2 atmosphere. Then, RTA 740 ° C. crystallization annealing was performed to form a ferroelectric layer 6 composed of a PZT layer having a thickness of 210 nm. Here, in PbZr x Ti 1-x O 3 , x is set to 0.52 (hereinafter referred to as PZT (52 · 48)) to form a PZT layer.

さらに、強誘電体層6の上に、反応性スパッタリングによりIr層およびIrO2層を形成し、2層構造の上部電極(図示せず)とする。ここでは、200nmの厚さに形成した。このようにして、強誘電体キャパシタを得る。 Further, an Ir layer and an IrO 2 layer are formed on the ferroelectric layer 6 by reactive sputtering to form a two-layer upper electrode (not shown). Here, it was formed to a thickness of 200 nm. In this way, a ferroelectric capacitor is obtained.

このようにして形成された強誘電体キャパシタは、結晶化後もタングステンプラグ3の酸化はみられず、各層の酸化も起こっていない。
図15(c)にこの強誘電体キャパシタ(PZT(210nm)/ Pt(100nm)/ IrO2(65nm)/ Ir(50nm)/ Ta(50nm)/W(100nm))構造のヒステリシス特性を測定した結果を示す。また、比較のために電極と強誘電体層および下地層は変化させることなく、バリア層の組成のみを変化させたものとして、4つの構造を作成した。
In the ferroelectric capacitor thus formed, the tungsten plug 3 is not oxidized even after crystallization, and the oxidation of each layer does not occur.
FIG. 15C shows the hysteresis characteristics of this ferroelectric capacitor (PZT (210 nm) / Pt (100 nm) / IrO 2 (65 nm) / Ir (50 nm) / Ta (50 nm) / W (100 nm)) structure. Results are shown. For comparison, four structures were prepared assuming that only the composition of the barrier layer was changed without changing the electrode, the ferroelectric layer, and the underlayer.

すなわち、第2の構造:PZT(210nm)/Pt(100nm)/IrO2(65nm)/ Ir(50nm)/ Ir0.4Ta0.6層(50nm)/W(100nm)、第3の構造:PZT(210nm)/Pt(50nm)/IrO2(65nm)/Ir(50nm)/Ir0.4Ta0.6層(50nm)/ W(100nm)、第4の構造:PZT(210nm)/ Pt(100nm)/ Ir O2(65nm)/ Ir(50nm)/ Ir0.4Ta0.6層(50nm)/W(100nm)、第5の構造:PZT(210nm)/ Pt(100nm)/ Ir O2(65nm)/ Ir(25nm)/ Ir0.4Ta0.6層(50nm)/ W(100nm)、について図15(b)乃至(e)に、ヒステリシス特性を測定した結果を示す。図15(f)は比較のためにタングステンプラグではなく酸化シリコン層上に形成した強誘電体メモリのヒステリシス特性を示す。
いずれも若干のW、IrTaの酸化は生じているが、いずれも良好なヒステリシス特性を得ることができた。
That is, the second structure: PZT (210 nm) / Pt (100 nm) / IrO 2 (65 nm) / Ir (50 nm) / Ir 0.4 Ta 0.6 layer (50 nm) / W (100 nm), the third structure: PZT (210 nm) ) / Pt (50 nm) / IrO 2 (65 nm) / Ir (50 nm) / Ir 0.4 Ta 0.6 layer (50 nm) / W (100 nm), fourth structure: PZT (210 nm) / Pt (100 nm) / Ir O 2 (65 nm) / Ir (50 nm) / Ir 0.4 Ta 0.6 layer (50 nm) / W (100 nm), fifth structure: PZT (210 nm) / Pt (100 nm) / IrO 2 (65 nm) / Ir (25 nm) / FIGS. 15B to 15E show the results of measuring the hysteresis characteristics of Ir 0.4 Ta 0.6 layer (50 nm) / W (100 nm). FIG. 15F shows the hysteresis characteristics of a ferroelectric memory formed on a silicon oxide layer instead of a tungsten plug for comparison.
In both cases, slight oxidation of W and IrTa occurred, but good hysteresis characteristics could be obtained in both cases.

第1のバリア層の膜厚が薄くなっている部分で膜剥がれが生じた。
結晶化アニール温度が745℃と高温であるため、若干の酸化はみられたが、いずれも実用に供し得る程度であることがわかった。
Film peeling occurred at the portion where the film thickness of the first barrier layer was thin.
Since the crystallization annealing temperature was as high as 745 ° C., some oxidation was observed, but it was found that both were practically usable.

また、残留分極についてもPrの劣化がかなり改善されることが明らかである。特に、上部電極および下部電極の双方にIrTaバリア層を形成すると、100サイクルまで劣化がほとんど生じないことが明らかである。   It is also clear that the degradation of Pr is considerably improved with respect to remanent polarization. In particular, it is clear that when an IrTa barrier layer is formed on both the upper electrode and the lower electrode, the deterioration hardly occurs until 100 cycles.

ところで、IrTaはアモルファスであるが、上層にプラチナ層を形成することにより、この上層に形成される強誘電体膜も、良好に配向する。   By the way, IrTa is amorphous, but by forming a platinum layer on the upper layer, the ferroelectric film formed on the upper layer is also well oriented.

なお、白金層に代えて、イリジウム層や白金とイリジウムの合金等の、配向性の良い導電体層を設けてもよい。特に、白金とイリジウムの合金は、配合比を変えることで格子定数を選択することができ、強誘電体層との格子定数のマッチングをとりやすい。   Instead of the platinum layer, a conductor layer with good orientation such as an iridium layer or an alloy of platinum and iridium may be provided. In particular, an alloy of platinum and iridium can select the lattice constant by changing the compounding ratio, and can easily match the lattice constant with the ferroelectric layer.

また、上記実施例では、接合層としてチタン層とチタンナイトライド層との2層構造膜を用いたが、接合性を改善する材料であれば、どのようなものでもよい。例えば、白金層を用いてもよい。
次に、IrTaの組成比についてはわずかに組成比を変化させることにより図16に示すようにピーク特性は大きく変化する。従ってわずかな組成比の調整により、最適な特性を得ることが可能であることがわかる。
Moreover, in the said Example, although the two-layer structure film of the titanium layer and the titanium nitride layer was used as a joining layer, what kind of thing may be used as long as it is a material which improves joining property. For example, a platinum layer may be used.
Next, with regard to the composition ratio of IrTa, the peak characteristics change greatly as shown in FIG. 16 by slightly changing the composition ratio. Therefore, it can be seen that optimum characteristics can be obtained by slightly adjusting the composition ratio.

上記各実施例では、強誘電体膜としてPZTを用いているが、酸化物強誘電体であれば、どのようなものを用いてもよい。たとえば、Ba4Ti312や SrBi2Ta29を用いてもよい。 In each of the above embodiments, PZT is used as the ferroelectric film, but any oxide ferroelectric may be used. For example, Ba 4 Ti 3 O 12 or SrBi 2 Ta 2 O 9 may be used.

この発明の他の実施例によるキャパシタとしては、強誘電体層6に代えて、高誘電率を有する誘電体層を用いたものも有効である。酸化シリコン層2の上に形成されたタングステンプラグに、本発明のバリア層を含むプラチナの下部電極を設け、その上にSrTiO3、(Sr、Ba)TiO3のペロブスカイト構造を有する高誘電率薄膜を誘電体層として形成した。この場合も、強誘電体の場合と同様、誘電性の改善をはかることができた。つまり、強誘電体層について述べたことは、高誘電率を有する誘電体層にも適用可能であることが明らかとなった。 A capacitor using a dielectric layer having a high dielectric constant instead of the ferroelectric layer 6 is also effective as a capacitor according to another embodiment of the present invention. A high dielectric constant thin film having a perovskite structure of SrTiO 3 and (Sr, Ba) TiO 3 on which a platinum lower electrode including the barrier layer of the present invention is provided on a tungsten plug formed on the silicon oxide layer 2 Was formed as a dielectric layer. In this case, the dielectric property could be improved as in the case of the ferroelectric material. That is, it has been clarified that what has been described about the ferroelectric layer is applicable to a dielectric layer having a high dielectric constant.

なお、前記実施例では強誘電体キャパシタについて説明したが、キャパシタに限定されることなく、高温工程を経る配線など他の工程にも適用可能であることはいうまでもない。   Although the ferroelectric capacitor has been described in the above embodiment, it is needless to say that the present invention is not limited to the capacitor and can be applied to other processes such as wiring through a high temperature process.

また本発明の半導体装置としては以下のような構成もある。
電極と誘電体層との間に下式
M1xM21-x (0<x<1)
M1:Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、Co、Fe、Ni、V、Cr
M2:Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nb
で表されるアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を含むようにしている。
The semiconductor device of the present invention also has the following configuration.
The following formula between the electrode and the dielectric layer: M1 x M2 1-x (0 <x <1)
M1: Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V, Cr
M2: Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, Nb
It is made to include the barrier layer which consists of an amorphous or microcrystal represented by these.

かかる構成によれば、このアモルファス又は微結晶からなるバリア層は、はっきりした粒界がないため、バリア効果が大きく、酸素などの相互拡散や、スパイクが防止される。また、このような化合物は、誘電体層の成膜温度で結晶化することなくアモルファス又は微結晶の状態を維持することができる。したがって、誘電体層からの酸素の抜け出しを防止することができ、誘電特性の経年変化を抑えることができる。また、これらのアモルファス又は微結晶膜上に形成される誘電体薄膜は、配向性も良好であり、信頼性の高い誘電体構造を提供することが可能となる。   According to such a configuration, since the barrier layer made of amorphous or microcrystal has no clear grain boundary, the barrier effect is large, and interdiffusion of oxygen or the like and spikes are prevented. Further, such a compound can maintain an amorphous or microcrystalline state without being crystallized at the deposition temperature of the dielectric layer. Therefore, the escape of oxygen from the dielectric layer can be prevented, and the secular change of dielectric characteristics can be suppressed. In addition, the dielectric thin film formed on these amorphous or microcrystalline films has good orientation and can provide a highly reliable dielectric structure.

特に電極表面が誘電体層の結晶化温度で酸化するような材料である場合は、本発明のバリア層が介在しない場合は、電極表面が酸化され、比抵抗が増大するという問題があるが、本発明によれば、バリア層の存在により、誘電体層からの酸素の抜け出しを確実に防止することができ、誘電特性の経年変化を抑えることができる。   In particular, when the electrode surface is a material that oxidizes at the crystallization temperature of the dielectric layer, there is a problem in that the electrode surface is oxidized and the specific resistance increases when the barrier layer of the present invention is not interposed. According to the present invention, due to the presence of the barrier layer, escape of oxygen from the dielectric layer can be reliably prevented, and secular change in dielectric characteristics can be suppressed.

また、強誘電体層がPZTで構成されている。PZTの場合、ゾルゲル法による成膜では、塗布後700℃1−60分の熱処理が必要である。またスパッタリング法によれば、基板温度あるいは熱処理温度は700℃程度となる。またMOCVD法によれば、基板温度は600−650℃程度となる。しかしながら、かかる方法によれば、基板温度が700℃程度となっても本発明のバリア層はアモルファス又は微結晶状態を維持し、気体を発生したりすることもなく、安定でかつ比抵抗の増大を抑制することが可能となる。   The ferroelectric layer is made of PZT. In the case of PZT, the film formation by the sol-gel method requires a heat treatment at 700 ° C. for 1 to 60 minutes after coating. Further, according to the sputtering method, the substrate temperature or the heat treatment temperature is about 700 ° C. Further, according to the MOCVD method, the substrate temperature is about 600 to 650 ° C. However, according to such a method, even when the substrate temperature reaches about 700 ° C., the barrier layer of the present invention maintains an amorphous or microcrystalline state, does not generate gas, and is stable and increases in specific resistance. Can be suppressed.

また、本発明のバリア層はアモルファス又は微結晶ではあるが、この上層に誘電体層を形成する場合、結晶配向性の良い誘電体層を形成することができる。
従って、強誘電性、高誘電性の良好な誘電体キャパシタを提供することができる。
Moreover, although the barrier layer of the present invention is amorphous or microcrystalline, when a dielectric layer is formed as an upper layer, a dielectric layer having good crystal orientation can be formed.
Therefore, it is possible to provide a dielectric capacitor with good ferroelectricity and high dielectric property.

望ましくは、上記半導体装置の製造方法において、前記電極は、チタン、タングステン、コバルト、モリブデン、銅、あるいはこれらのシリサイド、合金の少なくとも一種を含むことを特徴とする。   Preferably, in the semiconductor device manufacturing method, the electrode includes at least one of titanium, tungsten, cobalt, molybdenum, copper, or a silicide or alloy thereof.

望ましくは、上記半導体装置の製造方法において、前記誘電体層は、強誘電体層であることを特徴とする。   Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor device, the dielectric layer is a ferroelectric layer.

望ましくは、上記半導体装置の製造方法において、前記強誘電体層の形成工程は、ゾルゲル法によりPZTを形成する工程であることを特徴とする。   Preferably, in the semiconductor device manufacturing method, the ferroelectric layer forming step is a step of forming PZT by a sol-gel method.

望ましくは、半導体基板表面に、下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に、強誘電体または高誘電率を有する誘電体からなる誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層上に上部電極を形成する工程とを含み、
前記下部電極を形成する工程は、さらに、下式
M1xM21-x (0<x<1)
M1:Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、Co、Fe、Ni、V、Cr
M2:Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nb
で表されるアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を形成する工程を含み、
誘電体キャパシタを形成するようにしたことを特徴とする。
Desirably, forming a lower electrode on the surface of the semiconductor substrate;
Forming a dielectric layer made of a ferroelectric material or a dielectric material having a high dielectric constant on the lower electrode;
Forming an upper electrode on the dielectric layer,
The step of forming the lower electrode further includes the following formula M1 x M2 1-x (0 <x <1)
M1: Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V, Cr
M2: Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, Nb
Including a step of forming a barrier layer made of amorphous or microcrystal represented by:
A dielectric capacitor is formed.

望ましくは、上記半導体装置の製造方法において、前記バリア層は、イリジウムタンタル層IrxTa1-xからなることを特徴とする。 Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor device, the barrier layer is formed of an iridium tantalum layer Ir x Ta 1-x .

望ましくは、半導体基板表面に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に、強誘電体または高誘電率を有する誘電体からなる誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に、下式
M1xM21-x (0<x<1)
M1:Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、Co、Fe、Ni、V、Cr
M2:Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nb
で表されるアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を形成する工程と、前記バリア層上に上部電極を形成する工程とを含み、誘電体キャパシタを形成するようにしたことを特徴とする。
Desirably, forming a lower electrode on the semiconductor substrate surface;
Forming a dielectric layer made of a ferroelectric or a dielectric having a high dielectric constant on the lower electrode; and the following formula M1 x M2 1-x (0 <x <1)
M1: Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V, Cr
M2: Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, Nb
A dielectric capacitor is formed, including a step of forming a barrier layer made of amorphous or microcrystal represented by: and a step of forming an upper electrode on the barrier layer.

望ましくは、上記方法において、前記バリア層は、イリジウムタンタル層IrxTa1-xからなることを特徴とする。 Preferably, in the above method, the barrier layer is formed of an iridium tantalum layer Ir x Ta 1-x .

望ましくは、前記半導体装置の製造方法において、前記バリア層の形成工程は、ターゲット温度を変化させ、組成比を徐々に変化させ、グレーディング層を形成するスパッタリング工程を含むことを特徴とする。   Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor device, the barrier layer forming step includes a sputtering step of changing a target temperature, gradually changing a composition ratio, and forming a grading layer.

望ましくは、半導体基板表面上に形成された電極を含み、
前記電極が配向性を有する導電体層からなり、
さらに下式
M1xM21-x (0<x<1)
M1:Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、Co、Fe、Ni、V、Cr
M2:Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nb
で表されるアモルファスまたは微結晶単層で構成されていることを特徴とする。
Preferably, including an electrode formed on the surface of the semiconductor substrate,
The electrode comprises a conductive layer having orientation,
Furthermore, the following formula M1 x M2 1-x (0 <x <1)
M1: Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V, Cr
M2: Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, Nb
It is comprised by the amorphous or microcrystal single layer represented by these.

望ましくは、前記半導体装置の製造方法において、前記バリア層は、下地材料の構成元素を微量含むことを特徴とする。   Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor device, the barrier layer includes a trace amount of a constituent element of a base material.

本発明の方法によっても同様にバリア層の存在により、誘電体層からの酸素の抜け出しを確実に防止することができ、成膜時のみならず、誘電特性の経年変化を抑えることができる。   Similarly, according to the method of the present invention, the escape of oxygen from the dielectric layer can be surely prevented by the presence of the barrier layer, and not only the film formation but also the secular change of the dielectric characteristics can be suppressed.

特に、IrTaは結晶化温度が900℃以上であり、酸化しても気体の発生もなくまた、導電性が低下することもなく、しかもこの上層に誘電体膜を形成する場合、アモルファスまたは微結晶状態を維持し、この上層への配向性の良好な薄膜形成が可能となる。   In particular, IrTa has a crystallization temperature of 900 ° C. or higher, does not generate gas even when oxidized, does not lower the conductivity, and forms a dielectric film as an upper layer. The state can be maintained, and a thin film with good orientation on the upper layer can be formed.

1 シリコン基板
2 酸化シリコン膜
3 タングステンプラグ
4 バリア層
5 電極
6 強誘電体層
7 電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Silicon oxide film 3 Tungsten plug 4 Barrier layer 5 Electrode 6 Ferroelectric layer 7 Electrode

Claims (20)

半導体基板表面上に形成された電極を含み、
前記電極が、配向性を有する導電体層からなり、
前記電極に加え、
下式
M1xM21-x (0<x<1)
M1:Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、Co、Fe、Ni、V、Cr
M2:Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nb
で表されるアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を含む半導体装置。
Including an electrode formed on a semiconductor substrate surface;
The electrode is composed of a conductor layer having orientation,
In addition to the electrodes,
The following formula M1 x M2 1-x (0 <x <1)
M1: Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V, Cr
M2: Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, Nb
A semiconductor device including a barrier layer made of amorphous or microcrystalline represented by:
前記バリア層の組成比は、酸素の拡散あるいはスパイクを防止し得る程度に粒界が不定形となるように決定される請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the composition ratio of the barrier layer is determined such that the grain boundary is indefinite so as to prevent diffusion or spike of oxygen. 前記半導体基板表面は、半導体基板上に形成された、タングステンプラグ、銅プラグ、ポリシリコンプラグのいずれかである請求項1または2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the surface of the semiconductor substrate is any one of a tungsten plug, a copper plug, and a polysilicon plug formed on the semiconductor substrate. 前記半導体基板表面は、誘電体層の結晶化温度で酸化が進行する可能性をもつ材料で構成されている請求項1または2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the surface of the semiconductor substrate is made of a material that is likely to be oxidized at a crystallization temperature of the dielectric layer. 前記配向性を有する導電体層は、白金、イリジウム層、イリジウム層あるいは白金とイリジウムの合金のうちのいずれかで構成され、さらにチタン、タングステン、コバルト、モリブデン、銅、これらのシリサイドまたは合金、あるいはポリシリコンの少なくとも一種を含む請求項1または2に記載の半導体装置。   The conductive layer having the orientation is composed of any one of platinum, an iridium layer, an iridium layer, or an alloy of platinum and iridium, and further, titanium, tungsten, cobalt, molybdenum, copper, a silicide or alloy thereof, or The semiconductor device according to claim 1, comprising at least one kind of polysilicon. さらに前記電極表面に誘電体層を形成してなる請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a dielectric layer formed on the electrode surface. 前記誘電体層は、PZTであることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the dielectric layer is PZT. 半導体基板表面に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成され、強誘電体または高誘電率を有する誘電体からなる誘電体層と、
前記誘電体層上に形成された上部電極とを備え、
前記下部電極は、配向性を有する導電体層からなり、
前記下部電極に加え、
下式
M1xM21-x (0<x<1)
M1:Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、
Co、Fe、Ni、V、Cr
M2:Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nb
で表されるアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を含む誘電体キャパシタを具備した半導体装置。
A lower electrode formed on the surface of the semiconductor substrate;
A dielectric layer formed on the lower electrode and made of a ferroelectric or a dielectric having a high dielectric constant;
An upper electrode formed on the dielectric layer,
The lower electrode is composed of a conductive layer having orientation,
In addition to the lower electrode,
The following formula M1 x M2 1-x (0 <x <1)
M1: Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu,
Co, Fe, Ni, V, Cr
M2: Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, Nb
A semiconductor device comprising a dielectric capacitor including a barrier layer made of amorphous or microcrystalline.
前記バリア層は、イリジウムタンタル層IrxTa1-x(0<x<1)からなる請求項8に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 8, wherein the barrier layer is formed of an iridium tantalum layer Ir x Ta 1-x (0 <x <1). 前記バリア層は、組成比が変化するグレーディング層を含む請求項8に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 8, wherein the barrier layer includes a grading layer whose composition ratio changes. 前記バリア層は、タングステンプラグ上に形成されたイリジウムタンタル層IrxTa1-x(0<x<1)からなり、前記下部電極はIr層である請求項8に記載の半導体装置。 The barrier layer is made of iridium tantalum layer formed on the tungsten plug Ir x Ta 1-x (0 <x <1), the lower electrode semiconductor device of claim 8, wherein the Ir layer. 前記バリア層は、タングステンプラグ上に形成されたイリジウムタンタル層IrxTa1-x(0<x<1)からなり、前記下部電極はプラチナ層である請求項8に記載の半導体装置。 The barrier layer is made of iridium tantalum layer formed on the tungsten plug Ir x Ta 1-x (0 <x <1), the lower electrode semiconductor device according to claim 8 which is a platinum layer. 半導体基板表面に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成され、強誘電体または高誘電率を有する誘電体からなる誘電体層と、
前記誘電体層上に形成された上部電極とを備え、
前記誘電体層と前記上部電極との間に、
下式
M1xM21-x (0<x<1)
M1:Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、
Co、Fe、Ni、V、Cr
M2:Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nb
で表されるアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を含む誘電体キャパシタを具備した半導体装置。
A lower electrode formed on the surface of the semiconductor substrate;
A dielectric layer formed on the lower electrode and made of a ferroelectric or a dielectric having a high dielectric constant;
An upper electrode formed on the dielectric layer,
Between the dielectric layer and the upper electrode,
The following formula M1 x M2 1-x (0 <x <1)
M1: Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu,
Co, Fe, Ni, V, Cr
M2: Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, Nb
A semiconductor device comprising a dielectric capacitor including a barrier layer made of amorphous or microcrystalline.
前記バリア層は、イリジウムタンタル層IrxTa1-x(0<x<1)からなる請求項13に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 13, wherein the barrier layer is formed of an iridium tantalum layer Ir x Ta 1-x (0 <x <1). 前記バリア層は、下地材料の構成元素を微量含む請求項13に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 13, wherein the barrier layer contains a trace amount of a constituent element of a base material. 半導体基板表面に、電極を形成する工程と、この上層に誘電体膜を形成する工程とを含み、前記電極を形成する工程が、
配向性を有する導電体層からなる電極を形成する工程と、さらに、
下式
M1xM21-x (0<x<1)
M1:Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、Co、Fe、Ni、V、Cr
M2:Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nb
で表されるアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を形成する工程を含む半導体装置の製造方法。
A step of forming an electrode on the surface of the semiconductor substrate, and a step of forming a dielectric film on the upper layer;
Forming an electrode comprising a conductive layer having orientation; and
The following formula M1 x M2 1-x (0 <x <1)
M1: Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V, Cr
M2: Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, Nb
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a barrier layer made of amorphous or microcrystal represented by:
前記バリア層の組成比は、酸素の拡散あるいはスパイクを防止し得る程度に粒界が不定形となるように決定され、
前記誘電体層の形成工程は、前記バリア層の結晶化温度よりも低い温度で成膜する工程である請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
The composition ratio of the barrier layer is determined so that the grain boundary is indefinite to the extent that oxygen diffusion or spikes can be prevented,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the forming of the dielectric layer is a step of forming a film at a temperature lower than a crystallization temperature of the barrier layer.
前記電極は、少なくとも表面層が、前記誘電体層の結晶化温度で酸化が進行する可能性のある材料上に形成されている請求項16または17に記載の半導体装置の製造方法。   18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein at least a surface layer of the electrode is formed on a material that may be oxidized at a crystallization temperature of the dielectric layer. 半導体基板表面上に形成された電極を含み、
前記電極が、配向性を有する導電体層からなり、
前記電極に加え、
Au、Pt、Ir、Pd、Os、Re、Rh、Tu、Cu、Co、Fe、Ni、V、Crからなる第1のグループと、
Ta、Ti、Zr、Hf、W、Y、Mo、Nbからなる第2のグループからそれぞれ少なくとも1種づつ選択された元素を含むアモルファスまたは微結晶からなるバリア層を含む半導体装置。
Including an electrode formed on a semiconductor substrate surface;
The electrode is composed of a conductor layer having orientation,
In addition to the electrodes,
A first group of Au, Pt, Ir, Pd, Os, Re, Rh, Tu, Cu, Co, Fe, Ni, V, Cr;
A semiconductor device including a barrier layer made of amorphous or microcrystal containing at least one element selected from the second group consisting of Ta, Ti, Zr, Hf, W, Y, Mo, and Nb.
前記バリア層はIrTaPtである請求項19に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 19, wherein the barrier layer is IrTaPt.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09260603A (en) * 1996-03-19 1997-10-03 Toshiba Corp Thin film capacitor and semiconductor memory
JPH10189904A (en) * 1996-12-27 1998-07-21 Hitachi Ltd Semiconductor device
JPH10223848A (en) * 1996-12-06 1998-08-21 Sharp Corp Semiconductor storage device and manufacture of semiconductor storage device
JPH10242399A (en) * 1997-02-27 1998-09-11 Samsung Electron Co Ltd High-dielectric capacitor and its manufacturing method
JP2002538617A (en) * 1999-03-05 2002-11-12 テルコーディア テクノロジーズ インコーポレイテッド Amorphous barrier layer in ferroelectric memory cell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09260603A (en) * 1996-03-19 1997-10-03 Toshiba Corp Thin film capacitor and semiconductor memory
JPH10223848A (en) * 1996-12-06 1998-08-21 Sharp Corp Semiconductor storage device and manufacture of semiconductor storage device
JPH10189904A (en) * 1996-12-27 1998-07-21 Hitachi Ltd Semiconductor device
JPH10242399A (en) * 1997-02-27 1998-09-11 Samsung Electron Co Ltd High-dielectric capacitor and its manufacturing method
JP2002538617A (en) * 1999-03-05 2002-11-12 テルコーディア テクノロジーズ インコーポレイテッド Amorphous barrier layer in ferroelectric memory cell

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