JP2019009339A - Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

To suppress reduction of a ferroelectric film in a semiconductor device including the ferroelectric film.SOLUTION: A semiconductor device includes: a memory cell including a ferroelectric capacitor with a ferroelectric film; a first insulation film covering the ferroelectric capacitor; a second insulation film covering the first insulation film and having a smaller film stress than the first insulation film; and an annular structure embedded in the first and second insulation films and surrounding an outer periphery of the memory cell.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

開示の技術は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。   The disclosed technology relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.

半導体装置のメタル配線に対するストレスを軽減させる技術として、層間絶縁膜の表面にメタル配線を形成し、ストレス値の高いTEOS酸化膜、SOG膜及びストレス値の低いTEOS酸化膜を積層した後、コンタクトホールを形成する技術が知られている。   As a technique for reducing stress on metal wiring of a semiconductor device, a metal wiring is formed on the surface of an interlayer insulating film, a TEOS oxide film having a high stress value, an SOG film, and a TEOS oxide film having a low stress value are stacked, and then contact holes are formed. Techniques for forming are known.

また、層間絶縁膜と、耐水素性を有する絶縁性水素バリア膜と、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極を含む容量素子とを備えた強誘電体メモリが知られている。   In addition, a ferroelectric memory including an interlayer insulating film, an insulating hydrogen barrier film having hydrogen resistance, and a capacitor element including a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode is known.

特開平10−163317号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-163317 特開2010−93064号公報JP 2010-93064 A

強誘電体メモリを構成するPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の強誘電体は、酸化物であるため還元雰囲気に晒されると容易に還元し、強誘電性が劣化し、ひいてはメモリ性能が劣化する。強誘電体の還元によるメモリ性能の劣化は、強誘電体膜の膜厚が薄い程、深刻となる。従って、強誘電体膜の薄膜化を伴う強誘電体メモリの微細化においては、如何に強誘電体膜を還元雰囲気から保護するかが重要となる。強誘電体メモリの製造工程において、強誘電体膜を還元する要素として、水素及び水分の強誘電体キャパシタへの浸入が挙げられる。水素及び水分は、強誘電体キャパシタを覆う層間絶縁膜の成膜過程で生成され、層間絶縁膜の成膜中及び成膜後に強誘電体膜を還元する。強誘電体メモリの仕様に応じて、複数の層間絶縁膜が積層される場合もあり、複数の層間絶縁膜の各々の内部に残留する水素及び水分は、複数の層間絶縁膜の相互間で拡散し得る。   Ferroelectric materials such as PZT (lead zirconate titanate) that make up a ferroelectric memory are oxides, so they are easily reduced when exposed to a reducing atmosphere, resulting in deterioration of ferroelectricity, and memory performance. To do. Degradation of memory performance due to the reduction of the ferroelectric becomes more serious as the ferroelectric film is thinner. Accordingly, in miniaturization of a ferroelectric memory accompanied by thinning of the ferroelectric film, it is important how to protect the ferroelectric film from a reducing atmosphere. In the manufacturing process of the ferroelectric memory, as an element for reducing the ferroelectric film, penetration of hydrogen and moisture into the ferroelectric capacitor can be mentioned. Hydrogen and moisture are generated during the formation of the interlayer insulating film covering the ferroelectric capacitor, and reduce the ferroelectric film during and after the formation of the interlayer insulating film. Depending on the specifications of the ferroelectric memory, a plurality of interlayer insulating films may be stacked, and hydrogen and moisture remaining inside each of the plurality of interlayer insulating films diffuse between the plurality of interlayer insulating films. Can do.

強誘電体メモリにおいては、水素及び水分から強誘電体膜を保護するために、メモリセルの形成領域の外周を防湿リングと呼ばれる防護壁で囲む構造が採られる場合がある。本発明者は、この防湿リングの配置によっては、防湿リングに隣接する層間絶縁膜にクラックが発生することを発見した。強誘電体メモリの形成領域の直近に防湿リングを設けた場合、防湿リングに隣接する層間絶縁膜にクラックが発生すると、層間絶縁膜中の水素及び水分が、容易に強誘電体キャパシタに到達し、強誘電体膜が還元されやすくなる。   In the ferroelectric memory, in order to protect the ferroelectric film from hydrogen and moisture, a structure in which the outer periphery of the memory cell formation region is surrounded by a protective wall called a moisture-proof ring may be adopted. The present inventor has discovered that cracks occur in the interlayer insulating film adjacent to the moisture-proof ring depending on the arrangement of the moisture-proof ring. When a moisture-proof ring is provided in the immediate vicinity of the ferroelectric memory formation area, if a crack occurs in the interlayer insulating film adjacent to the moisture-proof ring, hydrogen and moisture in the interlayer insulating film easily reach the ferroelectric capacitor. The ferroelectric film is easily reduced.

層間絶縁膜中にクラックが発生していない場合には、水素及び水分は層間絶縁膜中の格子間を拡散するため水素及び水分の拡散速度は抑制されるが、クラックの発生部位では水素及び水分の拡散速度が高くなる。従って、層間絶縁膜中のクラックの発生範囲が拡大する程、強誘電体膜が還元されやすくなり、メモリ性能の劣化が顕著となる。   When cracks are not generated in the interlayer insulating film, hydrogen and moisture diffuse between the lattices in the interlayer insulating film, so the diffusion rate of hydrogen and moisture is suppressed. The diffusion rate becomes higher. Therefore, as the crack generation range in the interlayer insulating film is expanded, the ferroelectric film is easily reduced, and the memory performance is significantly deteriorated.

開示の技術は、強誘電体膜を含む半導体装置において、強誘電体膜の還元を抑制することを目的とする。   An object of the disclosed technology is to suppress reduction of a ferroelectric film in a semiconductor device including the ferroelectric film.

開示の技術に係る半導体装置は、強誘電体膜を備えた強誘電体キャパシタを含むメモリセルと、前記強誘電体キャパシタを覆う第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜を覆い且つ前記第1の絶縁膜よりも膜応力が小さい第2の絶縁膜と、を含む。半導体装置は、更に、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜の中に埋設され且つ前記メモリセルの外周を囲む環状構造体を含む。   A semiconductor device according to the disclosed technique includes a memory cell including a ferroelectric capacitor including a ferroelectric film, a first insulating film that covers the ferroelectric capacitor, the first insulating film, and the first insulating film. And a second insulating film having a film stress smaller than that of the first insulating film. The semiconductor device further includes an annular structure embedded in the first insulating film and the second insulating film and surrounding the outer periphery of the memory cell.

開示の技術は、強誘電体膜を含む半導体装置において、強誘電体膜の還元を抑制するという効果を奏する。   The disclosed technique has an effect of suppressing reduction of the ferroelectric film in a semiconductor device including the ferroelectric film.

開示の技術の実施形態に係る導体装置の平面図である。It is a top view of the conductor apparatus which concerns on embodiment of the technique of an indication. 開示の技術の実施形態に係るメモリセルの等価回路図である。3 is an equivalent circuit diagram of a memory cell according to an embodiment of the disclosed technology. FIG. 開示の技術の実施形態に係る半導体装置の断面構造を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the cross-section of the semiconductor device which concerns on embodiment of the technique of an indication. 開示の技術の実施形態に係る層間絶縁膜の膜応力を推定する方法を示す図である。It is a figure which shows the method of estimating the film | membrane stress of the interlayer insulation film which concerns on embodiment of the technique of an indication. 開示の技術の実施形態に係る層間絶縁膜の膜応力を推定する方法を示す図である。It is a figure which shows the method of estimating the film | membrane stress of the interlayer insulation film which concerns on embodiment of the technique of an indication. 開示の技術の実施形態に係る層間絶縁膜の膜応力を推定する方法を示す図である。It is a figure which shows the method of estimating the film | membrane stress of the interlayer insulation film which concerns on embodiment of the technique of an indication. 開示の技術の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of the technique of an indication. 開示の技術の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of the technique of an indication. 開示の技術の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of the technique of an indication. 開示の技術の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of the technique of an indication. 開示の技術の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of the technique of an indication. 開示の技術の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of the technique of an indication. 開示の技術の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of the technique of an indication. 開示の技術の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of the technique of an indication. 開示の技術の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of the technique of an indication. クラックの発生部位を示す半導体装置の部分的な平面図である。It is a partial top view of the semiconductor device which shows the generation | occurrence | production site | part of a crack. クラックの発生部位を示す半導体装置の部分的な断面図である。It is a fragmentary sectional view of the semiconductor device which shows the generation part of a crack. クラックの発生メカニズムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the generation | occurrence | production mechanism of a crack. クラックの発生メカニズムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the generation | occurrence | production mechanism of a crack. 強誘電体キャパシタにおける分極量と、そのばらつきとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the polarization amount in a ferroelectric capacitor, and its dispersion | variation. 強誘電体キャパシタにおけるリーク電流と、そのばらつきとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the leakage current in a ferroelectric capacitor, and its dispersion | variation.

以下、開示の技術の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。   Hereinafter, an example of an embodiment of the disclosed technology will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent components and parts are denoted by the same reference numerals.

図1は、開示の技術の実施形態に係る強誘電体メモリを含む半導体装置100の平面図である。半導体装置100は、半導体基板11上に形成された複数のメモリセルアレイ110と、メモリセルアレイ110の各々に対応して設けられ、対応するメモリセルアレイ110の外周を囲む環状の防湿リング120を含んでいる。メモリセルアレイ110は、各々が強誘電体キャパシタを含んで構成される複数のメモリセルの集合体である。防湿リング120は、メモリセルアレイ110内への水素及び水分の侵入を抑制することで、各メモリセルを構成するPZT等の酸化物からなる強誘電体膜の還元を抑制する環状の防護壁として機能する。図1に示すように、防湿リング120を二重リング構造とすることで、メモリセルアレイ110内への水素及び水分の侵入を抑制する効果を高めることができる。なお、防湿リング120は、単一リング構造であってもよい。   FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device 100 including a ferroelectric memory according to an embodiment of the disclosed technique. The semiconductor device 100 includes a plurality of memory cell arrays 110 formed on the semiconductor substrate 11 and an annular moisture-proof ring 120 provided corresponding to each of the memory cell arrays 110 and surrounding the outer periphery of the corresponding memory cell array 110. . The memory cell array 110 is an aggregate of a plurality of memory cells each including a ferroelectric capacitor. The moisture-proof ring 120 functions as an annular protective wall that suppresses the reduction of the ferroelectric film made of an oxide such as PZT constituting each memory cell by suppressing the entry of hydrogen and moisture into the memory cell array 110. To do. As shown in FIG. 1, the moisture-proof ring 120 having a double ring structure can enhance the effect of suppressing entry of hydrogen and moisture into the memory cell array 110. The moisture-proof ring 120 may have a single ring structure.

半導体装置100は、更に、複数のメモリセルアレイ110及び複数の防湿リング120を囲って設けられた環状の防湿リング130を備えている。すなわち、防湿リング130は、半導体チップ領域の外縁を囲っている。防湿リング130は、防湿リング120とともに、メモリセルアレイ110内への水素及び水分の侵入を抑制する環状の防護壁として機能する。   The semiconductor device 100 further includes an annular moisture-proof ring 130 provided so as to surround the plurality of memory cell arrays 110 and the plurality of moisture-proof rings 120. That is, the moisture-proof ring 130 surrounds the outer edge of the semiconductor chip region. The moisture-proof ring 130 functions together with the moisture-proof ring 120 as an annular protective wall that suppresses entry of hydrogen and moisture into the memory cell array 110.

図2は、メモリセルアレイ110を構成する複数のメモリセルのうち、隣接する2つのメモリセルMC1及びMC2を例示した等価回路図である。本実施形態において、メモリセルアレイ110を構成する複数のメモリセルの各々は、2つのトランジスタと2つの強誘電体キャパシタとで1ビットのデータを相補的に記憶する2T/2C型の形態を有する。すなわち、メモリセルMC1は、トランジスタTa1、Tb1及び強誘電体キャパシタCa1、Cb1を含んで構成され、メモリセルMC2は、トランジスタTa2、Tb2及び強誘電体キャパシタCa2、Cb2を含んで構成されている。メモリセルMC1のトランジスタTa1は、ドレインがビットラインBL1に接続され、ゲートがワード線WL1に接続され、ソースが強誘電体キャパシタCa1の一端に接続されている。メモリセルMC1のトランジスタTb1は、ドレインがビットラインBL2に接続され、ゲートがワード線WL1に接続され、ソースが強誘電体キャパシタCb1の一端に接続されている。メモリセルMC1の強誘電体キャパシタCa1及びCb1の他端は、プレート線PL1に接続されている。メモリセルMC2のトランジスタTa2は、ドレインがビットラインBL1に接続され、ゲートがワード線WL2に接続され、ソースが強誘電体キャパシタCa2の一端に接続されている。メモリセルMC2のトランジスタTb2は、ドレインがビットラインBL2に接続され、ゲートがワード線WL2に接続され、ソースが強誘電体キャパシタCb2の一端に接続されている。メモリセルMC2の強誘電体キャパシタCa2及びCb2の他端は、プレート線PL2に接続されている。   FIG. 2 is an equivalent circuit diagram illustrating two adjacent memory cells MC1 and MC2 among the plurality of memory cells constituting the memory cell array 110. In this embodiment, each of the plurality of memory cells constituting the memory cell array 110 has a 2T / 2C type configuration in which 1-bit data is complementarily stored by two transistors and two ferroelectric capacitors. That is, the memory cell MC1 includes transistors Ta1 and Tb1 and ferroelectric capacitors Ca1 and Cb1, and the memory cell MC2 includes transistors Ta2 and Tb2 and ferroelectric capacitors Ca2 and Cb2. The transistor Ta1 of the memory cell MC1 has a drain connected to the bit line BL1, a gate connected to the word line WL1, and a source connected to one end of the ferroelectric capacitor Ca1. The transistor Tb1 of the memory cell MC1 has a drain connected to the bit line BL2, a gate connected to the word line WL1, and a source connected to one end of the ferroelectric capacitor Cb1. The other ends of the ferroelectric capacitors Ca1 and Cb1 of the memory cell MC1 are connected to the plate line PL1. The transistor Ta2 of the memory cell MC2 has a drain connected to the bit line BL1, a gate connected to the word line WL2, and a source connected to one end of the ferroelectric capacitor Ca2. The transistor Tb2 of the memory cell MC2 has a drain connected to the bit line BL2, a gate connected to the word line WL2, and a source connected to one end of the ferroelectric capacitor Cb2. The other ends of the ferroelectric capacitors Ca2 and Cb2 of the memory cell MC2 are connected to the plate line PL2.

図3は、半導体装置100の断面構造を模式的に示した断面図である。図3には、図2に示された、メモリセルMC1を構成するトランジスタTa1及び強誘電体キャパシタCa1と、メモリセルMC2を構成するトランジスタTa2及び強誘電体キャパシタCa2と、これらのメモリセルを含むメモリセルアレイの外周を囲む防湿リング120の一部が示されている。図3において、防湿リング130(図1参照)の図示が省略されているが、防湿リング130の構造は、防湿リング120と同じであってもよい。はじめに、メモリセルMC1及びMC2を含むメモリセルアレイの形成領域の構造について説明する。   FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of the semiconductor device 100. 3 includes the transistor Ta1 and the ferroelectric capacitor Ca1 constituting the memory cell MC1, the transistor Ta2 and the ferroelectric capacitor Ca2 constituting the memory cell MC2, and the memory cells shown in FIG. A part of the moisture-proof ring 120 surrounding the outer periphery of the memory cell array is shown. In FIG. 3, the moisture-proof ring 130 (see FIG. 1) is not shown, but the structure of the moisture-proof ring 130 may be the same as the moisture-proof ring 120. First, the structure of the formation region of the memory cell array including the memory cells MC1 and MC2 will be described.

半導体装置100は、例えば、P型シリコン基板等の半導体基板11を有する。半導体基板11の表層部には、トランジスタTa1及びTa2の形成領域を画定するSiO等の絶縁体からなる素子分離領域12が設けられている。 The semiconductor device 100 includes a semiconductor substrate 11 such as a P-type silicon substrate, for example. In the surface layer portion of the semiconductor substrate 11, an element isolation region 12 made of an insulator such as SiO 2 that defines the formation regions of the transistors Ta 1 and Ta 2 is provided.

また、半導体基板11の表層部には、トランジスタTa1及びTa2のソースS1、S2及びドレインDが設けられている。ソースS1、S2及びドレインDは、N型半導体で構成されている。トランジスタTa1及びTa2は、ドレインDを共有している。なお、半導体基板11の表層部にPウェルを設け、Pウェル内にソースS1、S2及びドレインDを設けてもよい。半導体基板11上には、ゲート絶縁膜OX1及びOX2を介してゲートG1及びG2が設けられている。ゲート絶縁膜OX1及びOX2は、例えば、SiOで構成され、ゲートG1及びG2は、例えば、ポリシリコンで構成されている。ゲートG1及びG2は、それぞれ、ワード線WL1及びWL2(図2参照)として機能する。ゲートG1及びG2の側面には、SiO等の絶縁体からなるサイドウォール14が設けられている。ソースS1、S2、ドレインD及びゲートG1、G2の表面には、それぞれ、コンタクト抵抗を低下させるためのシリサイド層13が設けられている。 Further, in the surface layer portion of the semiconductor substrate 11, the sources S1 and S2 and the drain D of the transistors Ta1 and Ta2 are provided. The sources S1, S2 and the drain D are composed of an N-type semiconductor. The transistors Ta1 and Ta2 share the drain D. Note that a P well may be provided in the surface layer portion of the semiconductor substrate 11, and the sources S1, S2 and the drain D may be provided in the P well. On the semiconductor substrate 11, gates G1 and G2 are provided via gate insulating films OX1 and OX2. The gate insulating film OX1 and OX2, for example, consists of SiO 2, the gate G1 and G2, for example, is formed of polysilicon. The gates G1 and G2 function as word lines WL1 and WL2 (see FIG. 2), respectively. Sidewalls 14 made of an insulator such as SiO 2 are provided on the side surfaces of the gates G1 and G2. Silicide layers 13 are provided on the surfaces of the sources S1, S2, the drain D, and the gates G1, G2, respectively, for reducing the contact resistance.

トランジスタTa1及びTa2上には、カバー膜21、層間絶縁膜22、エッチストッパ膜23、層間絶縁膜24、酸化防止膜25及び緩衝膜26が積層されている。カバー膜21、エッチストッパ膜23及び酸化防止膜25は、例えばSiN等の絶縁体で構成され、層間絶縁膜22、24及び緩衝膜26は、例えばSiO等の絶縁体で構成されている。 A cover film 21, an interlayer insulating film 22, an etch stopper film 23, an interlayer insulating film 24, an antioxidant film 25, and a buffer film 26 are stacked on the transistors Ta1 and Ta2. The cover film 21, the etch stopper film 23, and the antioxidant film 25 are made of an insulator such as SiN, and the interlayer insulating films 22 and 24 and the buffer film 26 are made of an insulator such as SiO 2 .

タングステン等の導電体で構成されるプラグ31、32及び33が、それぞれ、層間絶縁膜22及びカバー膜21を貫通し、ソースS1、S2及びドレインDに接続されている。層間絶縁膜24内にはビット線BL(図2参照)として機能する配線34が設けられている。配線34は、プラグ33を介してトランジスタTa1及びTa2のドレインDに接続されている。また、タングステン等の導電体で構成されるプラグ35及び36が、それぞれ、緩衝膜26、酸化防止膜25、層間絶縁膜24及びエッチストッパ膜23を貫通し、プラグ31及び32に接続されている。   Plugs 31, 32, and 33 made of a conductor such as tungsten penetrate the interlayer insulating film 22 and the cover film 21, and are connected to the sources S1, S2, and the drain D, respectively. A wiring 34 functioning as a bit line BL (see FIG. 2) is provided in the interlayer insulating film 24. The wiring 34 is connected to the drains D of the transistors Ta1 and Ta2 through the plug 33. Further, plugs 35 and 36 made of a conductor such as tungsten penetrate the buffer film 26, the antioxidant film 25, the interlayer insulating film 24, and the etch stopper film 23, respectively, and are connected to the plugs 31 and 32. .

緩衝膜26上には、強誘電体キャパシタCa1及びCa2が設けられている。強誘電体キャパシタCa1及びCa2は、それぞれ、下部電極41、強誘電体膜42及び上部電極43を積層した積層構造を有する。下部電極41は、TiN膜44、TiAlN膜45及びIr膜46を含んで構成されている。上部電極43は、IrO膜47及びIr膜48を含んで構成されている。強誘電体膜42は、PZT膜を含んで構成されている。強誘電体キャパシタCa1の下部電極41は、プラグ35及び31を介してトランジスタTa1のソースS1に接続され、強誘電体キャパシタCa2の下部電極41は、プラグ36及び32を介してトランジスタTa2のソースS2に接続されている。 On the buffer film 26, ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2 are provided. The ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2 have a laminated structure in which a lower electrode 41, a ferroelectric film 42, and an upper electrode 43 are laminated. The lower electrode 41 includes a TiN film 44, a TiAlN film 45, and an Ir film 46. The upper electrode 43 includes an IrO 2 film 47 and an Ir film 48. The ferroelectric film 42 includes a PZT film. The lower electrode 41 of the ferroelectric capacitor Ca1 is connected to the source S1 of the transistor Ta1 via plugs 35 and 31, and the lower electrode 41 of the ferroelectric capacitor Ca2 is connected to the source S2 of the transistor Ta2 via plugs 36 and 32. It is connected to the.

強誘電体キャパシタCa1及びCa2の表面は、AlまたはTiO等の絶縁体からなる水素バリア膜49で覆われている。水素バリア膜49は、強誘電体キャパシタCa1及びCa2への水素及び水分の侵入を抑制する保護膜として機能する。水素バリア膜49上にはそれぞれ、SiO等の絶縁体で構成される層間絶縁膜51及び52が積層されている。層間絶縁膜51の厚さは、例えば、680nm程度であり、層間絶縁膜52の厚さは、例えば250nm程度である。タングステン等の導電体で構成されるプラグ53及び54が、それぞれ、層間絶縁膜51及び52を貫通し、強誘電体キャパシタC1及びC2の上部電極43に接続されている。 The surfaces of the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2 are covered with a hydrogen barrier film 49 made of an insulator such as Al 2 O 3 or TiO 2 . The hydrogen barrier film 49 functions as a protective film that suppresses intrusion of hydrogen and moisture into the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2. On the hydrogen barrier film 49, interlayer insulating films 51 and 52 made of an insulator such as SiO 2 are laminated. The thickness of the interlayer insulating film 51 is, for example, about 680 nm, and the thickness of the interlayer insulating film 52 is, for example, about 250 nm. Plugs 53 and 54 made of a conductor such as tungsten penetrate the interlayer insulating films 51 and 52, respectively, and are connected to the upper electrodes 43 of the ferroelectric capacitors C1 and C2.

層間絶縁膜52上には、それぞれ、プレート線PL1及びPL2(図2参照)として機能する配線61及び62が設けられている。配線61及び62は、それぞれ、バリア膜63、アルミニウム銅合金膜64及びバリア膜65を積層して構成されている。バリア膜63及び65は、それぞれ、Ti膜及びTiN膜を含んで構成されている。配線61及び62は、それぞれ、プラグ53及び54を介して強誘電体キャパシタCa1及びCa2の上部電極43に接続されている。   On the interlayer insulating film 52, wirings 61 and 62 functioning as plate lines PL1 and PL2 (see FIG. 2) are provided, respectively. The wirings 61 and 62 are configured by laminating a barrier film 63, an aluminum copper alloy film 64, and a barrier film 65, respectively. The barrier films 63 and 65 each include a Ti film and a TiN film. The wirings 61 and 62 are connected to the upper electrodes 43 of the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2 via plugs 53 and 54, respectively.

次に、防湿リング120の形成領域の構造について説明する。防湿リング120は、それぞれ、メモリセルMC1及びMC2を含むメモリセルアレイを囲む環状の壁を構成する導体リング71、72、74、75及びキャパシタ構造リング73を含んで構成されている。   Next, the structure of the formation region of the moisture-proof ring 120 will be described. The moisture-proof ring 120 includes conductor rings 71, 72, 74, and 75 and a capacitor structure ring 73 that form annular walls surrounding the memory cell array including the memory cells MC1 and MC2.

導体リング71は、プラグ31、32及び33と同じ層(同じ深さ位置)に設けられており、層間絶縁膜22を貫通し半導体基板11に達している。導体リング71は、プラグ31、32及び33と同様、タングステンを含む金属で構成されている。導体リング71は、メモリセルMC1及びMC2を含むメモリセルアレイの外周を囲む環状の壁を形成している。   The conductor ring 71 is provided in the same layer (same depth position) as the plugs 31, 32 and 33, and penetrates the interlayer insulating film 22 and reaches the semiconductor substrate 11. The conductor ring 71 is made of a metal containing tungsten, like the plugs 31, 32, and 33. The conductor ring 71 forms an annular wall surrounding the outer periphery of the memory cell array including the memory cells MC1 and MC2.

導体リング72は、プラグ35、36と同じ層(同じ深さ位置)に設けられており、緩衝膜26、酸化防止膜25、層間絶縁膜24及びエッチストッパ膜23を貫通し、導体リング71に接続されている。導体リング72は、プラグ35及び36と同様、タングステンを含む金属で構成されている。導体リング72は、メモリセルMC1及びMC2を含むメモリセルアレイの外周を囲む環状の壁を形成している。   The conductor ring 72 is provided in the same layer (same depth position) as the plugs 35 and 36, penetrates the buffer film 26, the antioxidant film 25, the interlayer insulating film 24, and the etch stopper film 23, and forms a conductor ring 71. It is connected. Similar to the plugs 35 and 36, the conductor ring 72 is made of a metal containing tungsten. The conductor ring 72 forms an annular wall surrounding the outer periphery of the memory cell array including the memory cells MC1 and MC2.

キャパシタ構造リング73は、強誘電体キャパシタCa1及びCa2と同じ層(同じ深さ位置)に設けられている。キャパシタ構造リング73は、強誘電体キャパシタCa1及びCa2と同じ積層構造を有する。すなわち、キャパシタ構造リング73は、TiN膜44、TiAlN膜45、Ir膜46、強誘電体膜42(PZT膜)、IrO膜47及びIr膜48を積層した積層構造を有する。キャパシタ構造リング73は、メモリセルMC1及びMC2を含むメモリセルアレイの外周を囲む環状の壁を形成している。キャパシタ構造リング73の底面は、導体リング72に接続され、キャパシタ構造リング73の上面は、導体リング74に接続されている。なお、キャパシタ構造リング73は、キャパシタ構造を有するものの、キャパシタとしては機能せず、専らメモリセルMC1及びMC2を含むメモリセルアレイ内への水素及び水分の侵入を抑制する防護壁として機能する。 The capacitor structure ring 73 is provided in the same layer (same depth position) as the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2. The capacitor structure ring 73 has the same multilayer structure as the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2. That is, the capacitor structure ring 73 has a laminated structure in which a TiN film 44, a TiAlN film 45, an Ir film 46, a ferroelectric film 42 (PZT film), an IrO 2 film 47, and an Ir film 48 are laminated. The capacitor structure ring 73 forms an annular wall surrounding the outer periphery of the memory cell array including the memory cells MC1 and MC2. The bottom surface of the capacitor structure ring 73 is connected to the conductor ring 72, and the top surface of the capacitor structure ring 73 is connected to the conductor ring 74. Although the capacitor structure ring 73 has a capacitor structure, it does not function as a capacitor, but functions exclusively as a protective wall that suppresses the entry of hydrogen and moisture into the memory cell array including the memory cells MC1 and MC2.

導体リング74は、プラグ53及び54と同じ層(同じ深さ位置)に設けられており、層間絶縁膜51及び52を貫通し、キャパシタ構造リング73に接続されている。導体リング74は、プラグ53及び54と同様、タングステンを含む金属で構成されている。導体リング74は、メモリセルMC1及びMC2を含むメモリセルアレイの外周を囲む環状の壁を形成している。   The conductor ring 74 is provided in the same layer (same depth position) as the plugs 53 and 54, passes through the interlayer insulating films 51 and 52, and is connected to the capacitor structure ring 73. Similar to the plugs 53 and 54, the conductor ring 74 is made of a metal containing tungsten. The conductor ring 74 forms an annular wall surrounding the outer periphery of the memory cell array including the memory cells MC1 and MC2.

導体リング75は、配線61及び62と同じ層(同じ深さ位置)に設けられている。すなわち、導体リング75は、層間絶縁膜52上に設けられており、導体リング74に接続されている。導体リング75は、配線61及び62と同じ積層構造を有し、バリア膜、アルミニウム合金膜及びバリア膜を積層して構成されている。導体リング75は、メモリセルMC1及びMC2を含むメモリセルアレイの外周を囲む環状の壁を形成している。   The conductor ring 75 is provided in the same layer (same depth position) as the wirings 61 and 62. That is, the conductor ring 75 is provided on the interlayer insulating film 52 and is connected to the conductor ring 74. The conductor ring 75 has the same laminated structure as the wirings 61 and 62, and is configured by laminating a barrier film, an aluminum alloy film, and a barrier film. The conductor ring 75 forms an annular wall surrounding the outer periphery of the memory cell array including the memory cells MC1 and MC2.

層間絶縁膜51及び52は、主として互いに同じ材料(SiO)で構成されているが、上層の層間絶縁膜52の膜応力は、下層の層間絶縁膜51の膜応力よりも小さいものとされている。すなわち、隣接する他の膜に与えるストレスの大きさは、上層の層間絶縁膜52の方が下層の層間絶縁膜51よりも小さい。層間絶縁膜52の膜応力を層間絶縁膜51の膜応力よりも小さくすることで、層間絶縁膜52の、防湿リング120(導体リング74)との界面近傍におけるクラックの発生を抑制することができる。一方、下層の層間絶縁膜51は、強誘電体キャパシタCa1及びCa2への水素及び水分の浸入を抑制するために、ある程度の膜密度を有していること、すなわち、ある程度の膜応力を有していることが好ましい。 The interlayer insulating films 51 and 52 are mainly composed of the same material (SiO 2 ), but the film stress of the upper interlayer insulating film 52 is smaller than the film stress of the lower interlayer insulating film 51. Yes. That is, the magnitude of stress applied to other adjacent films is smaller in the upper interlayer insulating film 52 than in the lower interlayer insulating film 51. By making the film stress of the interlayer insulating film 52 smaller than the film stress of the interlayer insulating film 51, the generation of cracks in the vicinity of the interface of the interlayer insulating film 52 with the moisture-proof ring 120 (conductor ring 74) can be suppressed. . On the other hand, the lower interlayer insulating film 51 has a certain film density, that is, a certain film stress in order to suppress the intrusion of hydrogen and moisture into the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2. It is preferable.

上層の層間絶縁膜52の膜応力は、下層の層間絶縁膜51の膜応力の7分の1以上2分の1以下であることが好ましい。上層の層間絶縁膜52の膜応力は、−100MPa以上−50MPa以下であることが好ましい。一方、下層の層間絶縁膜51の膜応力は、−350Mpa以上−250Mpa以下であることが好ましい。   The film stress of the upper interlayer insulating film 52 is preferably 1/7 or more and 1/2 or less of the film stress of the lower interlayer insulating film 51. The film stress of the upper interlayer insulating film 52 is preferably −100 MPa or more and −50 MPa or less. On the other hand, the film stress of the lower interlayer insulating film 51 is preferably −350 Mpa or more and −250 Mpa or less.

層間絶縁膜51及び52の膜応力は、これらの膜の成膜条件によって制御することが可能である。層間絶縁膜51及び52は、例えば公知のプラズマCVD(chemical vapor deposition)法によって形成される。層間絶縁膜51及び52をプラズマCVD法で形成する場合、成膜時のイオン照射量を少なくする程、膜応力を小さくすることができる。イオン照射量を少なくするには、例えばRFパワーを小さくする、またはプラズマCVD装置のチャンバー内の圧力を高くすればよい。   The film stress of the interlayer insulating films 51 and 52 can be controlled by the film forming conditions of these films. The interlayer insulating films 51 and 52 are formed by, for example, a known plasma CVD (chemical vapor deposition) method. When the interlayer insulating films 51 and 52 are formed by the plasma CVD method, the film stress can be reduced as the ion irradiation amount during the film formation is reduced. In order to reduce the ion irradiation amount, for example, the RF power may be reduced or the pressure in the chamber of the plasma CVD apparatus may be increased.

層間絶縁膜51及び52の膜応力は、以下のように推定することができる。図4A、4B及び4Cは、層間絶縁膜51及び52の膜応力の推定方法を示す図である。はじめに、半導体ウエハ等の平坦な基板200上に、層間絶縁膜51または52に相当する薄膜210を形成する。すなわち、層間絶縁膜51または52を成膜する場合の成膜条件と同じ条件且つ同じ膜厚で基板200上に薄膜210を形成する(図4A)。   The film stress of the interlayer insulating films 51 and 52 can be estimated as follows. 4A, 4B, and 4C are diagrams illustrating a method for estimating the film stress of the interlayer insulating films 51 and 52. FIG. First, a thin film 210 corresponding to the interlayer insulating film 51 or 52 is formed on a flat substrate 200 such as a semiconductor wafer. That is, the thin film 210 is formed on the substrate 200 under the same conditions and the same film thickness as when the interlayer insulating film 51 or 52 is formed (FIG. 4A).

薄膜210の膜応力は、基板面に垂直な断面の単位面積当たりに加わる力であり、この断面を押す方向に作用する力を圧縮応力と呼び、この断面を引っ張る方向に作用する力を引張応力と呼ぶ。引張応力が発生している場合には、基板200は、図4Bに示すように、薄膜210側に反りを生じ、圧縮応力が発生している場合には、基板200は、図4Cに示すように、基板200側に反りを生じる。   The film stress of the thin film 210 is a force applied per unit area of a cross section perpendicular to the substrate surface. A force acting in a direction pushing the cross section is called a compressive stress, and a force acting in the direction pulling the cross section is a tensile stress. Call it. When tensile stress is generated, the substrate 200 is warped on the thin film 210 side as shown in FIG. 4B, and when compressive stress is generated, the substrate 200 is as shown in FIG. 4C. In addition, the substrate 200 is warped.

薄膜210の膜応力σは下記の(1)式に示すストーニーの式から算出することができる。
σ=(ED)/6(1−ν)Rt ・・・(1)
(1)式においてEは基板200のヤング率であり、Dは基板200の厚さであり、νは基板200のポアソン比である。tは、薄膜210の厚さであり、Rは、薄膜210の形成に伴って反りが生じた基板200の反りの曲率半径である。E、D、νは、基板200の材料で決まり、tは、膜厚測定装置を用いて測定することができる。Rは、膜応力測定装置を用いて測定することが可能である。引張応力が発生している場合には、膜応力σは正の値をとり、圧縮応力が発生している場合には膜応力σは負の値をとる。
The film stress σ of the thin film 210 can be calculated from the Stony equation shown in the following equation (1).
σ = (ED 2 ) / 6 (1-ν) Rt (1)
In equation (1), E is the Young's modulus of the substrate 200, D is the thickness of the substrate 200, and ν is the Poisson's ratio of the substrate 200. t is the thickness of the thin film 210, and R is the radius of curvature of the warp of the substrate 200 that has warped as the thin film 210 is formed. E, D, and ν are determined by the material of the substrate 200, and t can be measured using a film thickness measuring device. R can be measured using a film stress measuring apparatus. When tensile stress is generated, the film stress σ takes a positive value, and when compressive stress is generated, the film stress σ takes a negative value.

以下に、半導体装置100の製造方法について説明する。図5A〜図5Iは、半導体装置100の製造工程を示す断面図である。   A method for manufacturing the semiconductor device 100 will be described below. 5A to 5I are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device 100.

はじめに、例えば、P型シリコン基板で構成される半導体基板11の表層部に、公知のSTI(shallow trench isolation)技術を用いて、素子分離領域12を形成する。その後、ウェル及びチャネルストップ拡散層(いずれも図示せず)等を形成するためのイオン注入を行う。次に、公知の熱酸化法を用いて、半導体基板11の表面にゲート絶縁膜OX1及びOX2を構成するSiO膜を形成する。次に、公知のCVD法を用いて、ゲート絶縁膜OX1及びOX2を構成するSiO膜上にゲートG1及びG2を構成するポリシリコン膜を形成する。次に、公知のフォトリソグラフィ技術を用いてSiO膜及びポリシリコン膜をパターニングすることで、ゲート絶縁膜OX1、OX2及びゲートG1、G2を形成する(図5A) First, for example, an element isolation region 12 is formed in a surface layer portion of a semiconductor substrate 11 formed of a P-type silicon substrate by using a known STI (shallow trench isolation) technique. Thereafter, ion implantation is performed to form a well, a channel stop diffusion layer (both not shown), and the like. Next, SiO 2 films constituting the gate insulating films OX1 and OX2 are formed on the surface of the semiconductor substrate 11 using a known thermal oxidation method. Next, a polysilicon film constituting the gates G1 and G2 is formed on the SiO 2 film constituting the gate insulating films OX1 and OX2 by using a known CVD method. Next, gate insulating films OX1 and OX2 and gates G1 and G2 are formed by patterning the SiO 2 film and the polysilicon film using a known photolithography technique (FIG. 5A).

次にLDD(lightly doped drain)構造を形成するためのイオン注入を行うことにより、N型の拡散層(図示せず)を形成する。続いて、公知のCVD法を用いて、ゲートG1及びG2を覆うようにSiO等の絶縁膜を半導体基板11上に形成した後、この絶縁膜をエッチバックすることでゲートG1及びG2の側面を覆うサイドウォール14を形成する。次に、ゲートG1、G2及びサイドウォール14をマスクとして用いて、ドレインD及びソースS1、S2を形成するためのイオン注入を行い、その後、熱処理を行うことでドレインS及びソースS1、S2を構成するN型の不純物拡散領域を活性化させる。次に、公知のサリサイドプロセスを用いて、ドレインD、ソースS1、S2及びゲートG1、G2の表面にコンタクト抵抗を低下させるためのシリサイド層13を形成する。以上の各工程を経ることにより、半導体基板11上にトランジスタTa1及びTa2が形成される(図5B)。 Next, ion implantation for forming an LDD (lightly doped drain) structure is performed to form an N-type diffusion layer (not shown). Subsequently, an insulating film such as SiO 2 is formed on the semiconductor substrate 11 so as to cover the gates G1 and G2 by using a well-known CVD method, and then the insulating film is etched back to thereby form side surfaces of the gates G1 and G2. A sidewall 14 is formed to cover the surface. Next, using the gates G1 and G2 and the sidewalls 14 as a mask, ion implantation for forming the drain D and the sources S1 and S2 is performed, and then heat treatment is performed to form the drain S and the sources S1 and S2. The N type impurity diffusion region to be activated is activated. Next, a silicide layer 13 for reducing the contact resistance is formed on the surfaces of the drain D, the sources S1, S2 and the gates G1, G2 by using a known salicide process. Through the above steps, transistors Ta1 and Ta2 are formed on the semiconductor substrate 11 (FIG. 5B).

次に、公知のCVD法を用いてSi等の絶縁体をトランジスタTa1及びTa2の表面に堆積して厚さ70nm程度のカバー膜21を形成する。次に、公知のCVD法を用いてカバー膜21上にSiO等の絶縁体からなる層間絶縁膜22を形成した後、公知のCMP(chemical mechanical polish)法を用いて層間絶縁膜22の表面を平坦化する。次に、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて、それぞれ、ドレインD及びソースS1、S2に達するコンタクトホールを層間絶縁膜22及びカバー膜21に形成する。防湿リング120の形成領域においては、上記のコンタクトホールの形成に並行して、メモリセルアレイの形成領域の外周を囲み且つ半導体基板11に達する環状の溝を形成する。次に、上記のコンタクトホール及び環状の溝の側面及び底面に密着層として機能するTi膜及びTiN膜を順次形成した後、上記のコンタクトホール及び環状の溝にタングステンを充填する。次に、公知のCMP法を用いて、層間絶縁膜22上に堆積した余剰のTi膜、TiN膜及びタングステンを除去することで、プラグ31、32、33及び導体リング71を形成する(図5C)。 Next, an insulator such as Si 3 N 4 is deposited on the surfaces of the transistors Ta1 and Ta2 by using a known CVD method to form the cover film 21 having a thickness of about 70 nm. Next, an interlayer insulating film 22 made of an insulator such as SiO 2 is formed on the cover film 21 using a known CVD method, and then the surface of the interlayer insulating film 22 is used using a known CMP (chemical mechanical polish) method. To flatten. Next, contact holes reaching the drain D and the sources S1 and S2 are formed in the interlayer insulating film 22 and the cover film 21, respectively, using a known photolithography technique. In the formation region of the moisture-proof ring 120, an annular groove that surrounds the outer periphery of the formation region of the memory cell array and reaches the semiconductor substrate 11 is formed in parallel with the formation of the contact hole. Next, a Ti film and a TiN film functioning as an adhesion layer are sequentially formed on the side and bottom surfaces of the contact hole and the annular groove, and then the contact hole and the annular groove are filled with tungsten. Next, the plugs 31, 32, and 33 and the conductor ring 71 are formed by removing the excess Ti film, TiN film, and tungsten deposited on the interlayer insulating film 22 using a known CMP method (FIG. 5C). ).

次に、公知のCVD法を用いてSi等の絶縁体を層間絶縁膜22上に堆積して厚さ40nm程度のエッチストッパ膜23を形成する。続いて、公知のCVD法を用いてエッチストッパ膜23上にSiO等の絶縁体からなる層間絶縁膜24を形成する。次に、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて、層間絶縁膜24における配線34の形成領域にライン状の溝を形成する。続いて、上記のライン状の溝の側面及び底面に密着層として機能するTi膜及びTiN膜を形成した後、ライン状の溝にタングステンを充填する。次に、公知のCMP法を用いて層間絶縁膜24上に堆積した余剰のTi膜、TiN膜及びタングステンを除去することで、ビット線BL(図2参照)として機能する配線34を形成する(図5D)。 Next, an insulator such as Si 3 N 4 is deposited on the interlayer insulating film 22 using a known CVD method to form an etch stopper film 23 having a thickness of about 40 nm. Subsequently, an interlayer insulating film 24 made of an insulator such as SiO 2 is formed on the etch stopper film 23 using a known CVD method. Next, a line-shaped groove is formed in the formation region of the wiring 34 in the interlayer insulating film 24 using a known photolithography technique. Subsequently, a Ti film and a TiN film functioning as an adhesion layer are formed on the side surface and the bottom surface of the line-shaped groove, and then the line-shaped groove is filled with tungsten. Next, the excess Ti film, TiN film, and tungsten deposited on the interlayer insulating film 24 are removed using a known CMP method, thereby forming a wiring 34 that functions as a bit line BL (see FIG. 2) (see FIG. 2). FIG. 5D).

次に、公知のCVD法を用いてSi等の絶縁体を層間絶縁膜24上に堆積して厚さ100nm程度の酸化防止膜25を形成する。続いて、公知のCVD法を用いてSiO等の絶縁体を酸化防止膜25上に堆積して厚さ230nm程度の緩衝膜26を形成する。続いて、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて緩衝膜26、酸化防止膜25、層間絶縁膜24及びエッチストッパ膜23を貫通して、プラグ31及び32に達するコンタクトホールを形成する。防湿リング120の形成領域においては、上記コンタクトホールの形成に並行して、メモリセルアレイの形成領域の外周を囲み且つ緩衝膜26、酸化防止膜25、層間絶縁膜24及びエッチストッパ膜23を貫通して導体リング71に達する環状の溝を形成する。次に、上記のコンタクトホール及び環状の溝の側面及び底面に密着層として機能するTi膜及びTiN膜を形成した後、上記のコンタクトホール及び環状の溝にタングステンを充填する。次に、公知のCMP法を用いて、緩衝膜26上に堆積した余剰のTi膜、TiN膜及びタングステンを除去することで、プラグ35、36及び導体リング72を形成する。プラグ35及び36は、それぞれ、プラグ31及び32に接続される。導体リング72は導体リング71に接続される(図5E)。 Next, an insulator such as Si 3 N 4 is deposited on the interlayer insulating film 24 using a known CVD method to form an antioxidant film 25 having a thickness of about 100 nm. Subsequently, an insulator such as SiO 2 is deposited on the antioxidant film 25 using a known CVD method to form the buffer film 26 having a thickness of about 230 nm. Subsequently, contact holes reaching the plugs 31 and 32 are formed through the buffer film 26, the antioxidant film 25, the interlayer insulating film 24, and the etch stopper film 23 using a known photolithography technique. In the formation region of the moisture-proof ring 120, in parallel with the formation of the contact hole, the outer periphery of the formation region of the memory cell array is surrounded and penetrated through the buffer film 26, the antioxidant film 25, the interlayer insulating film 24, and the etch stopper film 23. Thus, an annular groove reaching the conductor ring 71 is formed. Next, a Ti film and a TiN film functioning as an adhesion layer are formed on the side and bottom surfaces of the contact hole and the annular groove, and then the contact hole and the annular groove are filled with tungsten. Next, the plugs 35 and 36 and the conductor ring 72 are formed by removing excess Ti film, TiN film and tungsten deposited on the buffer film 26 by using a known CMP method. Plugs 35 and 36 are connected to plugs 31 and 32, respectively. The conductor ring 72 is connected to the conductor ring 71 (FIG. 5E).

次に、緩衝膜26上に強誘電体キャパシタCa1、Ca2及びキャパシタ構造リング73を形成する。初めに、緩衝膜26上に密着層として機能するTiN膜44を形成する。次に、TiN膜44上にTiAlN膜45を形成する。TiAlN膜45は、後の工程において実施される強誘電体膜42の結晶化処理によってプラグ35及び36の酸化を防止する酸化防止電極として機能する。次に、TiAlN膜45上にIr膜46を形成する。これにより、TiN膜44、TiAlN膜45及びIr膜46からなる下部電極41が形成される。次に、下部電極41上にPZTを堆積して強誘電体膜42を形成する。その後、強誘電体膜42に対して急速加熱処理を行う。これにより、強誘電体膜42において、余剰元素の脱離及び酸化が生じ、強誘電体膜42の結晶化が完了する。次に、強誘電体膜42上にIrO膜47及びIr膜48を順次形成して上部電極43を形成する。次に、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて、緩衝膜26上に積層した上記の膜の各々をパターニングする。これにより、緩衝膜26上に強誘電体キャパシタCa1、Ca2及びキャパシタ構造リング73が形成される。キャパシタ構造リング73は、メモリセルアレイの形成領域の外周を囲む環状形状にパターニングされる(図5F)。 Next, ferroelectric capacitors Ca 1 and Ca 2 and a capacitor structure ring 73 are formed on the buffer film 26. First, a TiN film 44 that functions as an adhesion layer is formed on the buffer film 26. Next, a TiAlN film 45 is formed on the TiN film 44. The TiAlN film 45 functions as an antioxidant electrode that prevents the plugs 35 and 36 from being oxidized by the crystallization process of the ferroelectric film 42 that is performed in a later step. Next, an Ir film 46 is formed on the TiAlN film 45. Thereby, the lower electrode 41 including the TiN film 44, the TiAlN film 45, and the Ir film 46 is formed. Next, a ferroelectric film 42 is formed by depositing PZT on the lower electrode 41. Thereafter, a rapid heating process is performed on the ferroelectric film 42. As a result, excess element is eliminated and oxidized in the ferroelectric film 42, and the crystallization of the ferroelectric film 42 is completed. Next, an IrO 2 film 47 and an Ir film 48 are sequentially formed on the ferroelectric film 42 to form the upper electrode 43. Next, each of the above films stacked on the buffer film 26 is patterned by using a known photolithography technique. As a result, the ferroelectric capacitors Ca 1 and Ca 2 and the capacitor structure ring 73 are formed on the buffer film 26. The capacitor structure ring 73 is patterned into an annular shape surrounding the outer periphery of the memory cell array formation region (FIG. 5F).

次に、公知のCVD法を用いて、強誘電体キャパシタCa1、Ca2及びキャパシタ構造リング73の上面及び側面を覆うようにAl等の絶縁体からなる厚さ50nm程度の水素バリア膜49を形成する。なお、水素バリア膜49の材料としてTiOを用いることも可能である。次に、TEOS(Tetraethyl orthosilicate)、酸素及びヘリウムを含む混合ガスを用いた公知のプラズマCVD法を用いて、水素バリア膜49上にSiOを主として含む厚さ1400nm程度の層間絶縁膜51を形成する。層間絶縁膜51の成膜は、強誘電体キャパシタCa1及びCa2の特性劣化を防ぐため、層間絶縁膜51中の水素及び水分を排除し得る条件で行うことが好ましい。具体的には、成膜温度を高くする、ガス圧を高くする、酸素流量を増やす等の施策によって実現可能である。層間絶縁膜51の成膜後、公知のCMP法を用いて層間絶縁膜51の表面を平坦化する。その後、NOガスまたはNガス等を用いて発生させたプラズマ雰囲気中で層間絶縁膜51に対して熱処理を行う。この熱処理により、層間絶縁膜51の内部に含まれる水分が除去されるとともに層間絶縁膜51の膜質が変化し、層間絶縁膜51の内部への水素及び水分の進入が抑制される(図5G)。 Next, using a known CVD method, a hydrogen barrier film 49 having a thickness of about 50 nm made of an insulator such as Al 2 O 3 so as to cover the upper and side surfaces of the ferroelectric capacitors Ca 1 and Ca 2 and the capacitor structure ring 73. Form. Note that TiO 2 may be used as the material of the hydrogen barrier film 49. Next, an interlayer insulating film 51 having a thickness of about 1400 nm mainly containing SiO 2 is formed on the hydrogen barrier film 49 by using a known plasma CVD method using a mixed gas containing TEOS (Tetraethyl orthosilicate), oxygen and helium. To do. The formation of the interlayer insulating film 51 is preferably performed under conditions that can eliminate hydrogen and moisture in the interlayer insulating film 51 in order to prevent deterioration of the characteristics of the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2. Specifically, it can be realized by measures such as increasing the film formation temperature, increasing the gas pressure, and increasing the oxygen flow rate. After the formation of the interlayer insulating film 51, the surface of the interlayer insulating film 51 is planarized using a known CMP method. Thereafter, heat treatment is performed with respect to the N 2 O gas or N 2 interlayer insulation film 51 in a plasma atmosphere generated by using a gas or the like. By this heat treatment, moisture contained in the interlayer insulating film 51 is removed and the film quality of the interlayer insulating film 51 is changed, and entry of hydrogen and moisture into the interlayer insulating film 51 is suppressed (FIG. 5G). .

次に、シラン、NO及びNを含む混合ガスを用いた公知のプラズマCVD法を用いて層間絶縁膜51上にSiOを主として含む厚さ250nm程度の層間絶縁膜52を形成する。層間絶縁膜52は、層間絶縁膜51よりも膜応力が小さくなる条件で成膜される。例えば、層間絶縁膜52の成膜時のイオン照射量を層間絶縁膜51の成膜時のイオン照射量よりも少なくすることで、層間絶縁膜52の膜応力を層間絶縁膜51の膜応力よりも小さくすることができる。イオン照射量を少なくするには、例えば、RFパワーを小さくする、またはプラズマCVD装置のチャンバー内の圧力を高くすればよい。なお、イオン照射量は、プラズマCVD装置の構成によっても変化し、装置構成によって所望の膜応力を持つ膜を得るための成膜条件は変化する。よって、装置毎に各種のパラメータを変化させながら最適な成膜条件を設定すればよい。層間絶縁膜52を層間絶縁膜51の表面に更に形成することで、層間絶縁膜51の表面の、強誘電体キャパシタC1及びC2の間の領域に、CMPの影響によって凹部が生じていたとしても、この凹部が層間絶縁膜52によって埋め込まれ平坦化される。層間絶縁膜52の成膜後、NOガスまたはNガス等を用いて発生させたプラズマ雰囲気中で層間絶縁膜52の熱処理を行うことが好ましい。この熱処理により、層間絶縁膜52の内部に含まれる水分が除去されるとともに層間絶縁膜52の膜質が変化し、層間絶縁膜52の内部への水素及び水分の侵入が抑制される(図5H)。 Next, an interlayer insulating film 52 having a thickness of about 250 nm mainly containing SiO 2 is formed on the interlayer insulating film 51 by using a known plasma CVD method using a mixed gas containing silane, N 2 O and N 2 . The interlayer insulating film 52 is formed under the condition that the film stress is smaller than that of the interlayer insulating film 51. For example, the film stress of the interlayer insulating film 52 is made higher than the film stress of the interlayer insulating film 51 by making the ion irradiation amount when forming the interlayer insulating film 52 smaller than the ion irradiation amount when forming the interlayer insulating film 51. Can also be reduced. In order to reduce the ion irradiation amount, for example, the RF power may be reduced or the pressure in the chamber of the plasma CVD apparatus may be increased. The ion irradiation amount also varies depending on the configuration of the plasma CVD apparatus, and the film formation conditions for obtaining a film having a desired film stress vary depending on the apparatus configuration. Therefore, an optimum film forming condition may be set while changing various parameters for each apparatus. Even if a recess is formed in the region between the ferroelectric capacitors C1 and C2 on the surface of the interlayer insulating film 51 by the influence of CMP by further forming the interlayer insulating film 52 on the surface of the interlayer insulating film 51. The recess is filled with the interlayer insulating film 52 and planarized. After forming the interlayer insulating film 52, N heat treatment is preferably performed in the interlayer insulating film 52 by a plasma atmosphere generated by using 2 O gas or N 2 gas or the like. By this heat treatment, moisture contained in the interlayer insulating film 52 is removed and the film quality of the interlayer insulating film 52 is changed, and entry of hydrogen and moisture into the interlayer insulating film 52 is suppressed (FIG. 5H). .

次に、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて、層間絶縁膜51、52及び水素バリア膜49を貫通して強誘電体キャパシタCa1、Ca2の上部電極43に達するコンタクトホールを形成する。防湿リング120の形成領域においては、上記コンタクトホールの形成に並行して、メモリセルアレイの形成領域の外周を囲み且つ層間絶縁膜51、52及び水素バリア膜49を貫通してキャパシタ構造リング73に達する環状の溝を形成する。次に、上記のコンタクトホール及び環状の溝の側面及び底面に密着層として機能するTi膜及びTiN膜を形成した後、上記のコンタクトホール及び環状の溝にタングステンを充填する。次に、公知のCMP法を用いて、層間絶縁膜52上に堆積した余剰のTi膜、TiN膜及びタングステンを除去することで、プラグ53、54及び導体リング74を形成する。プラグ53及び54は、それぞれ、強誘電体キャパシタCa1及びCa2の上部電極43に接続される。導体リング74は、キャパシタ構造リング73に接続される(図5H)。   Next, a contact hole reaching the upper electrode 43 of the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2 through the interlayer insulating films 51 and 52 and the hydrogen barrier film 49 is formed using a known photolithography technique. In the formation region of the moisture-proof ring 120, in parallel with the formation of the contact hole, the outer periphery of the formation region of the memory cell array is surrounded and penetrated through the interlayer insulating films 51 and 52 and the hydrogen barrier film 49 to reach the capacitor structure ring 73. An annular groove is formed. Next, a Ti film and a TiN film functioning as an adhesion layer are formed on the side and bottom surfaces of the contact hole and the annular groove, and then the contact hole and the annular groove are filled with tungsten. Next, the plugs 53 and 54 and the conductor ring 74 are formed by removing excess Ti film, TiN film and tungsten deposited on the interlayer insulating film 52 by using a known CMP method. Plugs 53 and 54 are connected to the upper electrodes 43 of the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2, respectively. The conductor ring 74 is connected to the capacitor structure ring 73 (FIG. 5H).

次に、層間絶縁膜52の表面にTi膜及びTiN膜を含むバリア膜63、アルミニウム銅合金膜64、及びTi膜及びTiN膜を含むバリア膜65を積層する。続いて、公知のフォトリソグラフィ技術を用いてこれらの膜をパターニングすることで、プレート線PL1及びPL2(図2参照)としてそれぞれ機能する配線61及び62を形成するとともに、導体リング75を形成する。配線61及び62は、それぞれ、プラグ53及び54を介して強誘電体キャパシタCa1及びCa2の上部電極43に接続される。導体リング75は、導体リング74に接続される(図5I)。以上の各工程を経ることにより、半導体装置100が完成する。   Next, a barrier film 63 including a Ti film and a TiN film, an aluminum copper alloy film 64, and a barrier film 65 including a Ti film and a TiN film are stacked on the surface of the interlayer insulating film 52. Subsequently, these films are patterned using a known photolithography technique to form wirings 61 and 62 that function as plate lines PL1 and PL2 (see FIG. 2), respectively, and a conductor ring 75. The wirings 61 and 62 are connected to the upper electrodes 43 of the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2 via plugs 53 and 54, respectively. The conductor ring 75 is connected to the conductor ring 74 (FIG. 5I). The semiconductor device 100 is completed through the above steps.

本発明者は、層間絶縁膜52の成膜条件を層間絶縁膜51の成膜条件と同じとした場合、すなわち、層間絶縁膜52の膜応力が層間絶縁膜51の膜応力と同等である場合に、層間絶縁膜52の防湿リング120の形成領域近傍にクラックが発生することを発見した。図6A及び図6Bは、それぞれ、上記クラックの発生部位を示す部分的な平面図及び断面図である。層間絶縁膜52の膜応力が、層間絶縁膜51の膜応力と同等である場合、導体リング74の伸長方向に沿って層間絶縁膜52にクラック300が発生する。クラック300は、層間絶縁膜51及び52に形成される、導体リング74を形成するための環状の溝にタングステン等の導体を充填し、その後CMPにおいて、層間絶縁膜52上に堆積した余剰の導体を除去する際に発生する。一方、プラグ53及び54の周辺にはクラックは発生しない。   The inventor makes the film formation condition of the interlayer insulation film 52 the same as the film formation condition of the interlayer insulation film 51, that is, the film stress of the interlayer insulation film 52 is equal to the film stress of the interlayer insulation film 51. In addition, it was discovered that cracks occur in the vicinity of the formation region of the moisture-proof ring 120 of the interlayer insulating film 52. 6A and 6B are a partial plan view and a cross-sectional view, respectively, showing the crack generation site. When the film stress of the interlayer insulating film 52 is equal to the film stress of the interlayer insulating film 51, a crack 300 is generated in the interlayer insulating film 52 along the extending direction of the conductor ring 74. The crack 300 is formed by filling the annular groove formed in the interlayer insulating films 51 and 52 with a conductor such as tungsten in the annular groove for forming the conductor ring 74, and then surplus conductor deposited on the interlayer insulating film 52 in CMP. Occurs when removing. On the other hand, no cracks are generated around the plugs 53 and 54.

図7A及び図7Bは、層間絶縁膜52におけるクラック300の発生メカニズムを示す断面図である。導体リング74の形成工程において、導体(Ti膜、TiN膜及びタングステン)310は、図7Aに示すように、層間絶縁膜51及び52に形成された環状の溝320に充填されるとともに、層間絶縁膜52上に堆積する。導体310と層間絶縁膜51及び52との熱膨張率の差に起因して、応力F1が生じるが、導体310が層間絶縁膜52上にも堆積することで、応力F1は緩和される。しかしながら、その後のCMPにおいて、図7Bに示すように、層間絶縁膜52上に堆積した導体310が除去されると、応力F1が顕著となり、層間絶縁膜52にクラック300が発生する。クラック300の発生部位では水素及び水分の拡散速度が高くなる。従って、クラック300の発生範囲が拡大する程、強誘電体キャパシタCa1及びCa2の強誘電体膜42が還元されやすくなり、メモリ性能が劣化する。また、応力F1の大きさは、層間絶縁膜52の膜応力の大きさに依存し、層間絶縁膜52に膜応力が大きくなる程、大きくなるものと考えられる。   FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views showing the generation mechanism of the crack 300 in the interlayer insulating film 52. In the process of forming the conductor ring 74, the conductors (Ti film, TiN film and tungsten) 310 are filled in the annular groove 320 formed in the interlayer insulating films 51 and 52 as shown in FIG. Deposit on film 52. The stress F1 is generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the conductor 310 and the interlayer insulating films 51 and 52. However, the stress F1 is relieved by the conductor 310 being deposited also on the interlayer insulating film 52. However, in the subsequent CMP, as shown in FIG. 7B, when the conductor 310 deposited on the interlayer insulating film 52 is removed, the stress F1 becomes significant, and a crack 300 is generated in the interlayer insulating film 52. At the site where the crack 300 occurs, the diffusion rate of hydrogen and moisture increases. Therefore, as the generation range of the crack 300 is expanded, the ferroelectric films 42 of the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2 are easily reduced, and the memory performance is deteriorated. The magnitude of the stress F1 depends on the magnitude of the film stress of the interlayer insulating film 52, and is considered to increase as the film stress increases in the interlayer insulating film 52.

開示の技術の実施形態に係る半導体装置100によれば、層間絶縁膜52の膜応力が層間絶縁膜51の膜応力よりも小さいので、導体リング74の形成時に層間絶縁膜52に作用する圧縮応力F1を緩和することができる。従って、層間絶縁膜52におけるクラックの発生を抑制することができ、メモリ性能の劣化を招く強誘電体膜42の還元を抑制することができる。   According to the semiconductor device 100 according to the embodiment of the disclosed technique, since the film stress of the interlayer insulating film 52 is smaller than the film stress of the interlayer insulating film 51, the compressive stress acting on the interlayer insulating film 52 when the conductor ring 74 is formed. F1 can be relaxed. Therefore, generation of cracks in the interlayer insulating film 52 can be suppressed, and reduction of the ferroelectric film 42 that causes deterioration of memory performance can be suppressed.

一方、層間絶縁膜52の膜応力を層間絶縁膜51の膜応力よりも小さくすることで、層間絶縁膜52が低密度となり、強誘電体キャパシタCa1及びCa2への水素及び水分の侵入を抑制する機能が低下してしまうおそれがある。しかしながら、強誘電体キャパシタCa1及びCa2への水素及び水分の侵入を抑制する機能は、膜応力が相対的に大きく、高密度な層間絶縁膜51によって担保される。   On the other hand, by making the film stress of the interlayer insulating film 52 smaller than the film stress of the interlayer insulating film 51, the interlayer insulating film 52 has a low density and suppresses the penetration of hydrogen and moisture into the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2. Function may be degraded. However, the function of suppressing the entry of hydrogen and moisture into the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2 is secured by the interlayer insulating film 51 having a relatively large film stress and high density.

また、開示の技術の実施形態に係る半導体装置100によれば、防湿リング120によって、強誘電体キャパシタCa1及びCa2への水素及び水分の侵入を抑制することができ、強誘電体膜42の還元を抑制することができる。防湿リング120は、強誘電体キャパシタCa1及びCa2と同様の積層構造を有するキャパシタ構造リング73を有する。キャパシタ構造リング73を、強誘電体キャパシタCa1及びCa2と同様の積層構造を有することで、強誘電体キャパシタCa1及びCa2の成膜と、キャパシタ構造リング73の成膜を同時に行うことができる。従って、強誘電体キャパシタCa1及びCa2の形成途中における、強誘電体キャパシタCa1及びCa2への水素及び水分の侵入を、キャパシタ構造リング73によって効果的に抑制することができる。   Further, according to the semiconductor device 100 according to the embodiment of the disclosed technology, the moisture-proof ring 120 can suppress the intrusion of hydrogen and moisture into the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2, and the reduction of the ferroelectric film 42. Can be suppressed. The moisture-proof ring 120 has a capacitor structure ring 73 having a stacked structure similar to that of the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2. Since the capacitor structure ring 73 has the same stacked structure as the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2, the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2 and the capacitor structure ring 73 can be formed simultaneously. Therefore, intrusion of hydrogen and moisture into the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2 during the formation of the ferroelectric capacitors Ca1 and Ca2 can be effectively suppressed by the capacitor structure ring 73.

開示の技術の実施形態に係る半導体装置100と、層間絶縁膜52の膜応力を層間絶縁膜51の膜応力と同等とした比較例に係る半導体装置とで、強誘電体キャパシタの分極特性及びリーク電流特性を比較した。その結果を図8A及び図8Bに示す。   In the semiconductor device 100 according to the embodiment of the disclosed technique and the semiconductor device according to the comparative example in which the film stress of the interlayer insulating film 52 is equal to the film stress of the interlayer insulating film 51, the polarization characteristics and leakage of the ferroelectric capacitor The current characteristics were compared. The results are shown in FIGS. 8A and 8B.

図8Aは、強誘電体キャパシタにおける分極量と、そのばらつき(標準偏差)σとの関係を示すグラフである。図8Aに示すように、開示の技術の実施形態に係る半導体装置100によれば、比較例に係る半導体装置と比較して、強誘電体キャパシタの分極量が大きくなり、強誘電体キャパシタとして好ましい特性が得られた。   FIG. 8A is a graph showing the relationship between the amount of polarization in a ferroelectric capacitor and its variation (standard deviation) σ. As shown in FIG. 8A, according to the semiconductor device 100 according to the embodiment of the disclosed technique, the polarization amount of the ferroelectric capacitor is larger than that of the semiconductor device according to the comparative example, which is preferable as the ferroelectric capacitor. Characteristics were obtained.

図8Bは、強誘電体キャパシタにおけるリーク電流と、そのばらつき(標準偏差)σとの関係を示すグラフである。図8Bに示すように、開示の技術の実施形態に係る半導体装置100によれば、比較例に係る半導体装置と比較して、強誘電体キャパシタのリーク電流が小さくなり、強誘電体キャパシタとして好ましい特性が得られた。   FIG. 8B is a graph showing the relationship between the leakage current in the ferroelectric capacitor and its variation (standard deviation) σ. As shown in FIG. 8B, according to the semiconductor device 100 according to the embodiment of the disclosed technique, the leakage current of the ferroelectric capacitor is smaller than that of the semiconductor device according to the comparative example, which is preferable as the ferroelectric capacitor. Characteristics were obtained.

また、開示の技術の実施形態に係る半導体装置100と、上記の比較例に係る半導体装置とで製造歩留まりを比較した。その結果を下記の表1に示す。表1には、強誘電体メモリにおけるリテンション性能、インプリント性能及び低温動作性能の検査を行った場合の歩留まり及び総合歩留まりが、比較例に係る半導体装置を基準として示されている。なお、リテンション性能の検査では、メモリセルに所定のデータの書き込みを行った後、メモリセルを高温放置し、その後、読み出されたデータが適正値であるか否かを判定する。インプリント性能の検査では、リテンション性能の検査を行った後、更に、最初に書き込んだデータとは異なるデータの書き込みを行い、読み出されたデータが適正値であるか否かを判定する。   In addition, the manufacturing yield was compared between the semiconductor device 100 according to an embodiment of the disclosed technology and the semiconductor device according to the comparative example. The results are shown in Table 1 below. Table 1 shows the yield and the overall yield when the retention performance, the imprint performance, and the low-temperature operation performance of the ferroelectric memory are inspected on the basis of the semiconductor device according to the comparative example. In the retention performance test, predetermined data is written into the memory cell, the memory cell is left at a high temperature, and then it is determined whether or not the read data is an appropriate value. In the imprint performance test, after the retention performance test, data different from the data written first is written to determine whether or not the read data is an appropriate value.

開示の技術の実施形態に係る半導体装置100によれば、強誘電体メモリにおけるリテンション性能、インプリント性能及び低温動作性能における歩留まり及び総合歩留まりが、比較例に係る半導体装置よりも高くなった。これは、層間絶縁膜52におけるクラックの発生を抑制したことにより、強誘電体膜42の還元を抑制した効果によるものと考えられる。   According to the semiconductor device 100 according to the embodiment of the disclosed technology, the yield and the overall yield in the retention performance, the imprint performance, and the low-temperature operation performance in the ferroelectric memory are higher than those in the semiconductor device according to the comparative example. This is considered to be due to the effect of suppressing the reduction of the ferroelectric film 42 by suppressing the generation of cracks in the interlayer insulating film 52.

以上の説明では、2T/2C型の強誘電体メモリに開示の技術を適用する場合を例示したが、1つのトランジスタと1つの強誘電体キャパシタで1ビットのデータを記憶する1T/1C型の強誘電体メモリに、開示の技術を適用することも可能である。   In the above description, the case where the disclosed technology is applied to a 2T / 2C type ferroelectric memory is illustrated, but a 1T / 1C type memory that stores 1-bit data with one transistor and one ferroelectric capacitor. The disclosed technology can also be applied to the ferroelectric memory.

なお、半導体装置100は、開示の技術における半導体装置の一例である。強誘電体膜42は、開示の技術における強誘電体膜の一例である。強誘電体キャパシタC1及びC2は、開示の技術における強誘電体キャパシタの一例である。層間絶縁膜51は、開示の技術における第1の絶縁膜の一例である。層間絶縁膜52は、開示の技術における第2の絶縁膜の一例である。防湿リング120は、開示の技術における環状構造体の一例である。   Note that the semiconductor device 100 is an example of a semiconductor device in the disclosed technology. The ferroelectric film 42 is an example of a ferroelectric film in the disclosed technology. The ferroelectric capacitors C1 and C2 are examples of ferroelectric capacitors in the disclosed technology. The interlayer insulating film 51 is an example of a first insulating film in the disclosed technology. The interlayer insulating film 52 is an example of a second insulating film in the disclosed technology. The moisture-proof ring 120 is an example of an annular structure in the disclosed technology.

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。   Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.

(付記1)
強誘電体膜を備えた強誘電体キャパシタを含むメモリセルと、
前記強誘電体キャパシタを覆う第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜を覆い且つ前記第1の絶縁膜よりも膜応力が小さい第2の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜の中に埋設され且つ前記メモリセルの外周を囲む環状構造体と、
を含む半導体装置。
(Appendix 1)
A memory cell including a ferroelectric capacitor having a ferroelectric film;
A first insulating film covering the ferroelectric capacitor;
A second insulating film covering the first insulating film and having a film stress smaller than that of the first insulating film;
An annular structure embedded in the first insulating film and the second insulating film and surrounding an outer periphery of the memory cell;
A semiconductor device including:

(付記2)
前記環状構造体は、前記メモリセルの外周を囲む金属を含んで構成されている
付記1に記載の半導体装置。
(Appendix 2)
The semiconductor device according to claim 1, wherein the annular structure includes a metal surrounding an outer periphery of the memory cell.

(付記3)
前記強誘電体キャパシタは、前記強誘電体膜を含む複数の膜を積層した積層構造を有し、
前記環状構造体は、前記強誘電体キャパシタと同じ深さ位置に、前記強誘電体キャパシタの積層構造と同じ積層構造を有する
付記1または付記2に記載の半導体装置。
(Appendix 3)
The ferroelectric capacitor has a laminated structure in which a plurality of films including the ferroelectric film are laminated,
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the annular structure has the same stacked structure as the stacked structure of the ferroelectric capacitors at the same depth position as the ferroelectric capacitor.

(付記4)
前記第2の絶縁膜の膜厚は、前記第1の絶縁膜の膜厚よりも小さい
付記1から付記3のいずれか1つに記載の半導体装置。
(Appendix 4)
The semiconductor device according to any one of appendix 1 to appendix 3, wherein the film thickness of the second insulating film is smaller than the film thickness of the first insulating film.

(付記5)
強誘電体膜を備えた強誘電体キャパシタを含むメモリセルを形成する工程と、
前記強誘電体キャパシタを覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜を覆い且つ前記第1の絶縁膜よりも膜応力が小さい第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜の中に埋設され且つ前記メモリセルの外周を囲む環状構造体を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
(Appendix 5)
Forming a memory cell including a ferroelectric capacitor having a ferroelectric film;
Forming a first insulating film covering the ferroelectric capacitor;
Forming a second insulating film that covers the first insulating film and has a smaller film stress than the first insulating film;
Forming an annular structure embedded in the first insulating film and the second insulating film and surrounding an outer periphery of the memory cell;
A method of manufacturing a semiconductor device including:

(付記6)
前記環状構造体を形成する工程は、
前記第2の絶縁膜の表面から前記第1の絶縁膜の内部に達し且つ前記メモリセルの外周を囲む環状の溝を、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜に形成する工程と、
前記環状の溝の内部に導電体を埋め込む工程と、
前記第2の絶縁膜の表面に堆積した余剰の前記導電体を除去する工程と、
を含む付記5に記載の製造方法。
(Appendix 6)
The step of forming the annular structure includes
Forming an annular groove in the first insulating film and the second insulating film from the surface of the second insulating film to the inside of the first insulating film and surrounding the outer periphery of the memory cell; ,
Embedding a conductor in the annular groove;
Removing excess conductor deposited on the surface of the second insulating film;
The manufacturing method of Additional remark 5 containing.

(付記7)
前記強誘電体キャパシタは、前記強誘電体膜を含む複数の膜を積層した積層構造を有し、
前記環状構造体を形成する工程は、
前記強誘電体キャパシタと同じ深さ位置に、前記メモリセルの外周を囲み且つ前記強誘電体キャパシタの積層構造と同じ積層構造を有するキャパシタ構造リングを形成する工程を含む
付記5または付記6に記載の製造方法。
(Appendix 7)
The ferroelectric capacitor has a laminated structure in which a plurality of films including the ferroelectric film are laminated,
The step of forming the annular structure includes
The method of appendix 5 or appendix 6, including the step of forming a capacitor structure ring that surrounds the outer periphery of the memory cell and has the same multilayer structure as the ferroelectric capacitor at the same depth as the ferroelectric capacitor. Manufacturing method.

(付記8)
前記第2の絶縁膜の膜厚は、前記第1の絶縁膜の膜厚よりも小さい
付記5から付記7のいずれか1つに記載の製造方法。
(Appendix 8)
The manufacturing method according to any one of appendix 5 to appendix 7, wherein the film thickness of the second insulating film is smaller than the film thickness of the first insulating film.

11 半導体基板
51、52 層間絶縁膜
71、72、74、75 導体リング
73 キャパシタ構造リング
100 半導体装置
110 メモリセルアレイ
120 防湿リング
MC1、MC2 メモリセル
Ta1、Ta2 トランジスタ
Ca1、Ca2 強誘電体キャパシタ
11 Semiconductor substrate 51, 52 Interlayer insulating film 71, 72, 74, 75 Conductor ring 73 Capacitor structure ring 100 Semiconductor device 110 Memory cell array 120 Moisture-proof ring MC1, MC2 Memory cell Ta1, Ta2 Transistors Ca1, Ca2 Ferroelectric capacitor

Claims (7)

強誘電体膜を備えた強誘電体キャパシタを含むメモリセルと、
前記強誘電体キャパシタを覆う第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜を覆い且つ前記第1の絶縁膜よりも膜応力が小さい第2の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜の中に埋設され且つ前記メモリセルの外周を囲む環状構造体と、
を含む半導体装置。
A memory cell including a ferroelectric capacitor having a ferroelectric film;
A first insulating film covering the ferroelectric capacitor;
A second insulating film covering the first insulating film and having a film stress smaller than that of the first insulating film;
An annular structure embedded in the first insulating film and the second insulating film and surrounding an outer periphery of the memory cell;
A semiconductor device including:
前記環状構造体は、前記メモリセルの外周を囲む金属を含んで構成されている
請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the annular structure includes a metal surrounding an outer periphery of the memory cell.
前記強誘電体キャパシタは、前記強誘電体膜を含む複数の膜を積層した積層構造を有し、
前記環状構造体は、前記強誘電体キャパシタと同じ深さ位置に、前記強誘電体キャパシタの積層構造と同じ積層構造を有する
請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
The ferroelectric capacitor has a laminated structure in which a plurality of films including the ferroelectric film are laminated,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the annular structure has the same stacked structure as the stacked structure of the ferroelectric capacitors at the same depth position as the ferroelectric capacitors.
前記第2の絶縁膜の膜厚は、前記第1の絶縁膜の膜厚よりも小さい
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein a film thickness of the second insulating film is smaller than a film thickness of the first insulating film.
強誘電体膜を備えた強誘電体キャパシタを含むメモリセルを形成する工程と、
前記強誘電体キャパシタを覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜を覆い且つ前記第1の絶縁膜よりも膜応力が小さい第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜の中に埋設され且つ前記メモリセルの外周を囲む環状構造体を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
Forming a memory cell including a ferroelectric capacitor having a ferroelectric film;
Forming a first insulating film covering the ferroelectric capacitor;
Forming a second insulating film that covers the first insulating film and has a smaller film stress than the first insulating film;
Forming an annular structure embedded in the first insulating film and the second insulating film and surrounding an outer periphery of the memory cell;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
前記環状構造体を形成する工程は、
前記第2の絶縁膜の表面から前記第1の絶縁膜の内部に達し且つ前記メモリセルの外周を囲む環状の溝を、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜に形成する工程と、
前記環状の溝の内部に導電体を埋め込む工程と、
前記第2の絶縁膜の表面に堆積した余剰の前記導電体を除去する工程と、
を含む請求項5に記載の製造方法。
The step of forming the annular structure includes
Forming an annular groove in the first insulating film and the second insulating film from the surface of the second insulating film to the inside of the first insulating film and surrounding the outer periphery of the memory cell; ,
Embedding a conductor in the annular groove;
Removing excess conductor deposited on the surface of the second insulating film;
The manufacturing method of Claim 5 containing this.
前記強誘電体キャパシタは、前記強誘電体膜を含む複数の膜を積層した積層構造を有し、
前記環状構造体を形成する工程は、
前記強誘電体キャパシタと同じ深さ位置に、前記メモリセルの外周を囲み且つ前記強誘電体キャパシタの積層構造と同じ積層構造を有するキャパシタ構造リングを形成する工程を含む
請求項5または請求項6に記載の製造方法。
The ferroelectric capacitor has a laminated structure in which a plurality of films including the ferroelectric film are laminated,
The step of forming the annular structure includes
7. The method of forming a capacitor structure ring surrounding the outer periphery of the memory cell and having the same stacked structure as the stacked structure of the ferroelectric capacitors at the same depth position as the ferroelectric capacitor. The manufacturing method as described in.
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