JP2914489B2 - Method of forming ferroelectric capacitor - Google Patents

Method of forming ferroelectric capacitor

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JP2914489B2 JP8073550A JP7355096A JP2914489B2 JP 2914489 B2 JP2914489 B2 JP 2914489B2 JP 8073550 A JP8073550 A JP 8073550A JP 7355096 A JP7355096 A JP 7355096A JP 2914489 B2 JP2914489 B2 JP 2914489B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に強誘電体
容量素子を形成する形成方法に関し、特に半導体集積回
路に集積化される強誘電体メモリなどに用いられる強誘
電体容量素子の形成方法に関するものである。
The present invention relates to a method of forming a ferroelectric capacitor on a substrate, and more particularly to a method of forming a ferroelectric capacitor used in a ferroelectric memory integrated in a semiconductor integrated circuit. It is about the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電体薄膜成膜方法には、金属アルコ
キシドを混合して形成した材料を回転塗布するゾル・ゲ
ル法、有機金属溶液堆積(MOCVD)法、レーザーア
ブレーション法、スパッタ法等があるがいずれも表面モ
フォロジー(morphology)が悪く、特にゾル・ゲル法を
用いる場合においては溶液中で固相核が成長するため表
面に凹凸が生じやすい。従来、これらの手法を用いて膜
を堆積する際、基板温度や堆積速度等の堆積条件をパラ
メータとして表面の平坦化を試みてきたが、堆積された
膜において良好な電気特性を得るためにはいずれの方法
においても成膜時もしくは成膜後に高温の熱処理を必要
とするため作成した膜の表面モフォロジーの劣化は避け
られず、堆積条件を変えることでの平坦化は極めて困難
である。
2. Description of the Related Art Ferroelectric thin film forming methods include a sol-gel method of spin-coating a material formed by mixing a metal alkoxide, an organic metal solution deposition (MOCVD) method, a laser ablation method, and a sputtering method. However, all of them have poor surface morphology, and particularly in the case of using a sol-gel method, irregularities are easily generated on the surface because solid phase nuclei grow in a solution. Conventionally, when depositing a film using these methods, the surface flattening has been attempted using deposition conditions such as substrate temperature and deposition rate as parameters, but in order to obtain good electrical characteristics in the deposited film, In any of these methods, high-temperature heat treatment is required during or after film formation, so that deterioration of the surface morphology of the formed film is unavoidable, and planarization by changing deposition conditions is extremely difficult.

【0003】一般的な膜の平坦化法として化学機械研磨
(Chemical Mechanical Polishing;CMP)法があ
り、半導体装置の製造工程等において広く採用されてい
る。現在、CMPに関しては多くの研究がなされている
が、その目的は埋め込み配線形成、平坦化による露光む
らの除去、SOI基板の作成等であり、平坦化による電
気特性改善効果を目的とした研究は行われていない。ま
た、強誘電体、特に近年発見されたBi系強誘電体(S
rBi2 Ta29 等)は化学的性質すら明かでない場
合も多く、強誘電体に関するCMPの研究例えばCMP
研磨材についての研究は報告されていない。
As a general method of planarizing a film, there is a chemical mechanical polishing (CMP) method, which is widely used in a semiconductor device manufacturing process and the like. At present, much research has been conducted on CMP, but its purpose is to form embedded wiring, remove exposure unevenness by flattening, and make SOI substrates. Not done. Further, ferroelectrics, particularly Bi-based ferroelectrics (S
rBi 2 Ta 2 O 9 ) is often not even known for its chemical properties, and is often used for CMP studies on ferroelectrics, such as CMP.
No studies on abrasives have been reported.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】強誘電体膜を形成する
場合、成膜時もしくは成膜後に高温の熱処理を必要とす
るため、作成した膜の表面モフォロジーは劣化する。表
面モフォロジーの劣化による強誘電体の面内膜厚のむら
は膜厚方向に加わる電界強度の面内むらを生じさせる。
強誘電体素子の動作は強誘電体に抗電界以上の電界を印
加することにより強誘電体を反転させることで行うの
で、強誘電体中の印加電界の面内むらは強誘電体容量動
作に不均一をもたらし素子動作の信頼性を劣化させるた
め強誘電体素子作成に際し問題となる。
When a ferroelectric film is formed, a high-temperature heat treatment is required during or after the film formation, so that the surface morphology of the formed film deteriorates. The unevenness of the in-plane film thickness of the ferroelectric due to the deterioration of the surface morphology causes the in-plane unevenness of the electric field strength applied in the film thickness direction.
The operation of the ferroelectric element is performed by inverting the ferroelectric by applying an electric field higher than the coercive electric field to the ferroelectric. Since this causes non-uniformity and degrades the reliability of element operation, this is a problem when producing a ferroelectric element.

【0005】例えばSrBi2 Ta29 をゾル・ゲル
法で200nm堆積した場合、50nm程度の凹凸が生
じ、この差は膜中に加わる電界強度に25%程度の強度
差を生じさせ素子動作を不安定とする。安定な素子動作
のためには膜厚の均一性は10%以下にとどめる必要が
ある。また、表面モフォロジーの悪い強誘電体膜に電圧
を印加すると曲率半径の小さい箇所には電界集中が生じ
る。電界集中によって絶縁破壊、リーク、欠陥生成等が
生じ絶縁膜の特性を劣化させることはMOSトランジス
タのゲート酸化膜等においてもよく知られており、強誘
電体を用いた素子で同様の現象による強誘電体容量特性
の劣化現象が将来大きな問題となる。例えば強誘電体中
に生じるショートは局所的な電界集中が原因と考えられ
るがSrBi2 Ta29 をゾル・ゲル法で形成した場
合ショートが5%程度生じる。
For example, when SrBi 2 Ta 2 O 9 is deposited to a thickness of 200 nm by the sol-gel method, irregularities of about 50 nm are generated, and this difference causes an intensity difference of about 25% in the electric field applied to the film, thereby deteriorating the device operation. Make it unstable. For stable device operation, the uniformity of the film thickness must be kept at 10% or less. Further, when a voltage is applied to a ferroelectric film having poor surface morphology, an electric field is concentrated at a portion having a small radius of curvature. It is well known that the electric field concentration causes dielectric breakdown, leakage, defect generation, and the like, thereby deteriorating the characteristics of an insulating film, even in a gate oxide film of a MOS transistor. Degradation of the dielectric capacitance characteristics will be a major problem in the future. For example, a short circuit occurring in a ferroelectric substance is considered to be caused by local electric field concentration. However, when SrBi 2 Ta 2 O 9 is formed by a sol-gel method, a short circuit occurs by about 5%.

【0006】したがって、本発明の解決すべき課題は、
成膜された強誘電体薄膜の表面を平坦化し、ショートの
発生がなく特性が安定した強誘電体容量素子を提供でき
るようにすることである。
Therefore, the problems to be solved by the present invention are:
An object of the present invention is to provide a ferroelectric capacitor element having a stable ferroelectric capacitor element without flattening the surface of a formed ferroelectric thin film.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の課題は、基板上に
強誘電体薄膜を形成した後、CMP法を用いて該強誘電
体薄膜表面の平坦化を行うことによって解決することが
できる。
The above object can be attained by forming a ferroelectric thin film on a substrate and then flattening the surface of the ferroelectric thin film by using a CMP method.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明による強誘電体容量素子の
形成方法は、 (1)基板上に下部電極膜を形成する工程と、 (2)強誘電体薄膜を形成する工程と、 (3)上記強誘電体薄膜および上記下部電極膜を同時に
パターンニングする工程と、)上記強誘電体薄膜の表面を化学機械研磨(CM
P)法により研磨し表面を平坦化する工程と、 ()平坦化された強誘電体薄膜上に所定のパターンの
上部電極を形成する工程と、を有し、前記第(4)の工
程においては、ストッパー膜を利用して該誘電体薄膜の
膜厚の制御が行われることを特徴としている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A method for forming a ferroelectric capacitor according to the present invention comprises the following steps: (1) forming a lower electrode film on a substrate; (2) forming a ferroelectric thin film; ) The ferroelectric thin film and the lower electrode film are simultaneously
Patterning; ( 4 ) chemical mechanical polishing (CM) of the surface of the ferroelectric thin film;
Possess planarizing the polishing surface by P) method, and forming an upper electrode of a predetermined pattern on the ferroelectric thin film which is (5) flattening, Engineering of the first (4)
In the process, a stopper film is used to form the dielectric thin film.
Control of the film thickness is made is characterized in Rukoto.

【0009】そして、好ましくは、前記第()の工程
の後前記第()の工程に先立って、前記第(3)の工
程におけるパターンニングにより除去された強誘電体薄
膜および下部電極膜部分に化学機械研磨レートが強誘電
体薄膜より低い材料からなるストッパー膜を形成する工
程が付加される。あるいは、前記第(1)の工程の後前
記第(2)の工程に先立って、前記強誘電体薄膜よりも
化学機械研磨における研磨レートが低い材料からなるス
トッパー膜を被着する工程と、被着されたストッパー膜
をパターンニングする工程と、が付加される。
Preferably, after the step ( 3 ), prior to the step ( 4 ), the step (3) is performed.
Forming a stopper film chemical mechanical polishing rate ferroelectric thin film and a lower electrode film portions removed by patterning comprises a material lower than the ferroelectric thin film in extent is added. Alternatively, after the step (1) and prior to the step (2), a step of depositing a stopper film made of a material having a lower polishing rate in chemical mechanical polishing than the ferroelectric thin film; Patterning the deposited stopper film.

【0010】また、好ましくは、前記第()の工程に
おける化学機械研磨が、フッ化水素酸、フッ化水素酸お
よび硝酸、フッ化水素酸およびフッ化アンモニウム若し
くは酢酸、または、フッ化水素酸、硝酸およびフッ化ア
ンモニウム若しくは酢酸を含む研磨材を用いて行われ
る。
Preferably, the chemical mechanical polishing in the step ( 4 ) is performed by using hydrofluoric acid, hydrofluoric acid and nitric acid, hydrofluoric acid and ammonium fluoride or acetic acid, or hydrofluoric acid. , Nitric acid and an abrasive containing ammonium fluoride or acetic acid.

【0011】上記のように、本発明においては、基板上
に下部電極、強誘電体薄膜を順次形成した後にCMPに
より表面の平坦化を行う。そして、CMP研磨後の強誘
電体の残留厚さの制御のためにストッパーとなる膜を形
成した後にCMPを行う。例えば、強誘電体膜、或は強
誘電体膜および下部電極の一部を選択的に除去して基板
を一部露出させる。その後粘性の低いSOG溶液を用い
て基板露出箇所に回転塗布法により所望の厚さのシリコ
ン酸化膜(SOG膜)を選択的に形成する。この時強誘
電体膜上にもSOGは堆積するが非常に薄いため後の研
磨においては殆ど問題とならない。
As described above, in the present invention, the lower electrode and the ferroelectric thin film are sequentially formed on the substrate, and then the surface is planarized by CMP. Then, CMP is performed after a film serving as a stopper is formed for controlling the residual thickness of the ferroelectric after the CMP. For example, the ferroelectric film, or a part of the ferroelectric film and the lower electrode is selectively removed to partially expose the substrate. Thereafter, a silicon oxide film (SOG film) of a desired thickness is selectively formed on the exposed portion of the substrate by spin coating using a low viscosity SOG solution. At this time, SOG is deposited on the ferroelectric film, but it is very thin, so that there is almost no problem in subsequent polishing.

【0012】強誘電体薄膜はシリコン酸化膜に比べフッ
化水素酸に村する溶解速度が著しく速いことから、フッ
化水素酸を含む研磨材(スラリ)を用いてCMPを行う
ときシリコン酸化膜が研磨ストッパーとして作用するた
め、強誘電体がシリコン酸化膜と同じ高さまで研磨され
て研磨レートが低下した時点で研磨を終了することによ
り、強誘電体を任意の厚さに残して表面平坦化できる。
Since the ferroelectric thin film has a significantly higher dissolution rate in hydrofluoric acid than the silicon oxide film, when the CMP is performed using an abrasive (slurry) containing hydrofluoric acid, the silicon oxide film becomes Since the ferroelectric is polished to the same height as the silicon oxide film, and the polishing is terminated when the polishing rate is reduced, the ferroelectric can be planarized while leaving the ferroelectric at an arbitrary thickness. .

【0013】上記CMP研磨材に硝酸を加えることによ
りフッ化水素酸には溶けきれず表面に析出する金属を溶
かすことができる。また、フッ化水素酸を含むCMP研
磨材またはフッ化水素酸および硝酸を含むCMP研磨材
に緩衝材としてNH4 Fまたは酢酸を加え研磨材中のペ
ーハーを一定に保つことにより研磨速度を一定化するよ
うにしてもよい。硝酸、酢酸に村するシリコン酸化膜の
エッチング速度は極めて遅いため、CMP研磨材にこれ
らを加えてもシリコン酸化膜のストッパーとしての機能
が低下することはない。
By adding nitric acid to the above-mentioned CMP abrasive, it is possible to dissolve metals which cannot be dissolved in hydrofluoric acid but precipitate on the surface. Also, NH 4 F or acetic acid is added as a buffer to a CMP abrasive containing hydrofluoric acid or a CMP abrasive containing hydrofluoric acid and nitric acid to maintain a constant polishing rate to keep the polishing rate constant. You may make it. Since the etching rate of the silicon oxide film exposed to nitric acid and acetic acid is extremely low, the function of the silicon oxide film as a stopper does not decrease even if these are added to the CMP abrasive.

【0014】強誘電体膜の除去箇所に所望の厚さに形成
するシリコン酸化膜は基板がシリコンの場合にはSOG
膜に代えて熱酸化により形成することができる。また、
強誘電体膜の堆積の前に予め研磨ストッパー膜を形成し
ておくようにしてもよい。すなわち、基板上にCVD法
により所望の厚さのシリコン酸化膜を堆積し所定の領域
のシリコン酸化膜を除去して凹部を形成し、この凹部内
を埋め込んで強誘電体膜を形成した後、CMPを行う。
The silicon oxide film formed to a desired thickness at the portion where the ferroelectric film is removed is SOG when the substrate is silicon.
It can be formed by thermal oxidation instead of a film. Also,
Before the deposition of the ferroelectric film, a polishing stopper film may be formed in advance. That is, a silicon oxide film having a desired thickness is deposited on a substrate by a CVD method, a silicon oxide film in a predetermined region is removed to form a concave portion, and the inside of the concave portion is buried to form a ferroelectric film. Perform CMP.

【0015】従来の強誘電体容量素子の形成方法では、
形成された強誘電体膜をその膜厚のまま用いていたの
で、所望の特性の素子を得るためには一定以上に厚い膜
を形成することはできず、そして高温の熱処理工程を経
て形成された強誘電体膜では表面モフォロジイが劣化す
るため、部分的に膜厚が薄くなる部分が発生することを
防止することができなかった。これに対し、本発明方法
によれば、膜形成後にCMPを行うため、強誘電体膜を
必要となる膜厚以上の厚さに予め形成しておくことがで
きる。したがって、本発明の膜形成方法によれば、部分
的に膜厚が薄くなる個所が発生するのを防止することが
できる。そのため、膜内での電界強度を一定化すること
ができ、局所的な電界集中によるリークや疲労による特
性劣化を抑えて、信頼性の向上を図ることができる。
In a conventional method of forming a ferroelectric capacitor,
Since the formed ferroelectric film was used as it was, it was not possible to form a film having a certain thickness or more in order to obtain an element having desired characteristics, and it was formed through a high-temperature heat treatment step. Since the surface morphology of the ferroelectric film deteriorates, it is not possible to prevent the occurrence of a portion where the film thickness is partially reduced. On the other hand, according to the method of the present invention, since the CMP is performed after the film is formed, the ferroelectric film can be formed in advance to a required thickness or more. Therefore, according to the film forming method of the present invention, it is possible to prevent the occurrence of a portion where the film thickness is partially reduced. For this reason, the electric field intensity in the film can be made constant, and characteristic deterioration due to leakage or fatigue due to local electric field concentration can be suppressed, and reliability can be improved.

【0016】[0016]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 [第1の実施例]図1は、本発明による強誘電体容量素
子の形成方法の第1の実施例を示す工程順の断面図であ
る。まず、図1(a)に示すように、基板10上にスパ
ッタ法によりPtからなる下部電極20を形成し、その
上にゾル・ゲル法によりSrBi 2 Ta29 からなる
強誘電体膜30を形成する。次に、図1(b)に示すよ
うに、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法
を用いて強誘電体膜30、下部電極20を選択的に除去
して基板10の表面を一部露出させる。次に、図1
(c)に示すように、粘度の低いSOG溶液を用いて回
転塗布法によりSOG膜40を形成する。この時SOG
溶液の粘度が低いためSOG膜40ははぼ基板が露出し
た部分にのみ形成され、強誘電体膜上には殆ど形成され
ない。その後、フッ化水素酸、硝酸、NH4 Fを含んだ
研磨材を用いて通常の半導体プロセスで用いられている
方法でCMPを行う。強誘電体に対するフッ化水素酸の
研磨速度を抑えるためフッ化水素酸の濃度は5%以下に
押さえることが望ましい。また、硝酸、NH4 Fの濃度
はフッ化水素酸の0.25から4倍程度にすることが望
ましい。CMP研磨に用いる研磨パッドがSOG膜40
に当たり研磨速度が減少した時点で研磨を終了すること
により強誘電体膜30の膜厚をストッパー膜としてのS
OG膜の厚さに揃えることができる。そして、上記方法
により、図1(d)に示すように、強誘電体膜30の表
面平坦化を行うことができる。その後、強誘電体膜30
上にPt等からなる上部電極(図示なし)を形成するこ
とにより、強誘電体容量素子の製作が完了する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
Will be explained. FIG. 1 shows a ferroelectric capacitor according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view in the order of steps showing a first embodiment of a method for forming a child.
You. First, as shown in FIG.
The lower electrode 20 made of Pt is formed by the
SrBi on the sol-gel method Two TaTwo O9 Consists of
A ferroelectric film 30 is formed. Next, as shown in FIG.
Photolithography and dry etching
The ferroelectric film 30 and the lower electrode 20 are selectively removed by using
Then, the surface of the substrate 10 is partially exposed. Next, FIG.
As shown in FIG. 3 (c), using a low viscosity SOG solution
The SOG film 40 is formed by a spin coating method. At this time SOG
Since the viscosity of the solution is low, the substrate of the SOG film 40 is exposed.
Formed only on the ferroelectric film.
Absent. Then, hydrofluoric acid, nitric acid, NHFour Including F
Used in normal semiconductor processes using abrasives
Perform CMP by the method. Hydrofluoric acid for ferroelectrics
Hydrofluoric acid concentration should be 5% or less to suppress polishing rate
It is desirable to hold down. Also, nitric acid, NHFour F concentration
Should be about 0.25 to 4 times that of hydrofluoric acid.
Good. Polishing pad used for CMP polishing is SOG film 40
Finish polishing when the polishing rate decreases during
The thickness of the ferroelectric film 30 as S as a stopper film
It can be adjusted to the thickness of the OG film. And the above method
As a result, as shown in FIG.
Surface flattening can be performed. After that, the ferroelectric film 30
An upper electrode (not shown) made of Pt or the like is formed thereon.
Thus, the fabrication of the ferroelectric capacitor is completed.

【0017】上記実施例では、下部電極(上部電極も同
様)をPtを用いて形成していたが、これに代え、Pt
/Ti、Au、RuOX 、IrOX 等通常強誘電体を用
いられる電極材料を用いて電極を形成することができ
る。また、上記実施例では、強誘電体膜30をSrBi
2 Ta29 を用いて形成していたが、これに代え、他
のビスマス系強誘電体、バリウム系強誘電体(BaTi
3 、Ba1-X SrX TiO3 等)、鉛系強誘電体(P
bTiO3 、PbZr1-X TiX3 、Pb(La1-y
Zry1-X TiX3 等)を用いることができる。ま
た、強誘電体膜の成膜法としては、ゾル・ゲル法に代
え、スパッタ法、MOCVD法やレーザーアブレーショ
ン法等を用いることができる。CMPを用いて平坦化を
行うことにより研磨前は25%程度あった膜厚の面内ば
らつきを5%程度に減少させることができた。また、表
面の平坦化を行うことにより従来5%程度発生していた
ショートを1%以下とすることができた。
In the above embodiment, the lower electrode (same for the upper electrode) is formed by using Pt.
/ Ti, Au, RuO X, it is possible to form the electrode by using the electrode material used the IrO X Usual ferroelectric. In the above embodiment, the ferroelectric film 30 is made of SrBi.
Instead of using 2 Ta 2 O 9 , other bismuth-based ferroelectrics and barium-based ferroelectrics (BaTi
O 3 , Ba 1-x Sr x TiO 3 , lead-based ferroelectric (P
bTiO 3 , PbZr 1 -x Ti x O 3 , Pb (La 1 -y
Zr y) like 1-X Ti X O 3) can be used. As a method for forming the ferroelectric film, a sputtering method, an MOCVD method, a laser ablation method, or the like can be used instead of the sol-gel method. By performing planarization using CMP, the in-plane variation of the film thickness, which was about 25% before polishing, could be reduced to about 5%. In addition, by flattening the surface, a short circuit, which had conventionally occurred about 5%, could be reduced to 1% or less.

【0018】[第2の実施例]図2は、本発明の強誘電
体容量素子の形成方法の第2の実施例を示す工程順の断
面図である。まず、図2(a)に示すように、シリコン
基板50上に、熱酸化によりシリコン酸化膜60を、ス
パッタ法により下部電極70を、ゾル・ゲル法により強
誘電体膜80を順次形成する。次に、図2(b)に示す
ように、通常の半導体プロセスで用いられている加工法
により強誘電体膜80、下部電極70を加工してシリコ
ン酸化膜60の表面を一部露出させる。次に、図2
(c)に示すように、熱酸化法を用いてシリコン基板の
表面を酸化して所望の厚さにシリコン酸化膜90を成長
させる。
[Second Embodiment] FIG. 2 is a sectional view of a method of forming a ferroelectric capacitor according to a second embodiment of the present invention in the order of steps. First, as shown in FIG. 2A, a silicon oxide film 60 is formed on a silicon substrate 50 by thermal oxidation, a lower electrode 70 is formed by a sputtering method, and a ferroelectric film 80 is formed by a sol-gel method. Next, as shown in FIG. 2B, the ferroelectric film 80 and the lower electrode 70 are processed by a processing method used in a normal semiconductor process to partially expose the surface of the silicon oxide film 60. Next, FIG.
As shown in FIG. 1C, the surface of the silicon substrate is oxidized by using a thermal oxidation method to grow the silicon oxide film 90 to a desired thickness.

【0019】その後、フッ化水素酸、硝酸、NH4 Fを
含んだ研磨材を用いてCMPを行う。CMP研磨に用い
る研磨パッドがシリコン酸化膜90に当たり研磨速度が
減少した時点で研磨を終了することにより強誘電体膜を
所望の厚さに加工することができる。すなわち、上記方
法により、図2(d)に示すように、強誘電体膜の表面
平坦化を行うことができる。その後、強誘電体膜80上
に上部電極(図示なし)を形成することにより、本実施
例の強誘電体容量素子の製作が完了する。SOGによる
シリコン酸化膜より熱酸化膜の方が研磨レートが小さい
ため、熱酸化膜をストッパーとして用いる本実施例の方
が先の実施例より強誘電体の膜厚を正確のコントロール
することができる。
Thereafter, CMP is performed using an abrasive containing hydrofluoric acid, nitric acid, and NH 4 F. By terminating the polishing when the polishing pad used for the CMP polishing hits the silicon oxide film 90 and the polishing rate decreases, the ferroelectric film can be processed to a desired thickness. That is, as shown in FIG. 2D, the surface of the ferroelectric film can be planarized by the above method. Thereafter, by forming an upper electrode (not shown) on the ferroelectric film 80, the fabrication of the ferroelectric capacitor of this embodiment is completed. Since the polishing rate of the thermal oxide film is smaller than that of the silicon oxide film formed by SOG, the present embodiment using the thermal oxide film as a stopper can more accurately control the thickness of the ferroelectric material than the previous embodiment. .

【0020】以上好ましい実施例について説明したが本
発明はこれら実施例に限定されるものではなく、特許請
求の範囲に記載された範囲内において適宜の変更が可能
である。例えば、実施例では、下部電極を強誘電体膜と
同時にパターンニングしていたが、強誘電体膜の成膜に
先立って下部電極をパターンニングしておくことができ
る。
Although the preferred embodiments have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and appropriate changes can be made within the scope described in the claims. For example, in the embodiment, the lower electrode is patterned at the same time as the ferroelectric film. However, the lower electrode can be patterned before forming the ferroelectric film.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の強誘電体
容量素子の形成方法は、強誘電体膜の成膜後CMPによ
り平坦化を行うものであるので、予め必要な膜厚以上の
厚さに強誘電体膜を形成しておきCMPにより所望の膜
厚とするとともに表面の平坦化を実現することができ
る。したがって、本発明によれば、局所的な電界集中を
防止することができ、電界集中に起因するショートや特
性の劣化を防止して信頼性の高い強誘電体容量素子を提
供することが可能になる。
As described above, the method of forming a ferroelectric capacitor according to the present invention is to planarize by CMP after forming a ferroelectric film. A ferroelectric film is formed to a desired thickness, and a desired thickness can be achieved by CMP, and the surface can be flattened. Therefore, according to the present invention, local electric field concentration can be prevented, and short circuit and deterioration of characteristics due to electric field concentration can be prevented to provide a highly reliable ferroelectric capacitor. Become.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施例を示す工程順の断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】 本発明の第2の実施例を示す工程順の断面図
である。
FIG. 2 is a sectional view illustrating a second embodiment of the present invention in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 基板 20、70 下部電極 30、80 強誘電体膜 40 SOG膜 50 シリコン基板 60、90 シリコン酸化膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 20, 70 Lower electrode 30, 80 Ferroelectric film 40 SOG film 50 Silicon substrate 60, 90 Silicon oxide film

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 27/10 451 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/108 H01L 21/304 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 27/04 H01L 27/10 451 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 identification code FI H01L 27/10 451 (58) Investigated field (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 27/108 H01L 21/304 H01L 21/822 H01L 21 / 8242 H01L 27/04 H01L 27/10 451

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 (1)基板上に下部電極膜を形成する工
程と、 (2)強誘電体薄膜を形成する工程と、 (3)上記強誘電体薄膜および上記下部電極膜を同時に
パターンニングする工程と、)上記強誘電体薄膜の表面を化学機械研磨(CM
P)法により研磨し表面を平坦化する工程と、 ()平坦化された強誘電体薄膜上に所定のパターンの
上部電極を形成する工程と、 を有し、前記第(4)の工程においては、ストッパー膜
を利用して該誘電体薄膜の膜厚の制御が行われることを
特徴とする強誘電体容量素子の形成方法。
(1) forming a lower electrode film on a substrate; (2) forming a ferroelectric thin film; and (3) simultaneously forming the ferroelectric thin film and the lower electrode film.
Patterning; ( 4 ) chemical mechanical polishing (CM) of the surface of the ferroelectric thin film;
Planarizing the polishing surface by P) method, (5) possess a step, the forming an upper electrode of a predetermined pattern on the planarized ferroelectric thin film, the step of the first (4) In, the stopper film
Method of forming a ferroelectric capacitive element controlling the thickness of the dielectric thin film is characterized Rukoto performed utilizing the.
【請求項2】 前記第()の工程の後前記第()の
工程に先立って、前記第(3)の工程におけるパターン
ニングにより除去された強誘電体薄膜および下部電極膜
部分に化学機械研磨レートが強誘電体薄膜より低い材料
からなるストッパー膜を形成する工程が付加されること
を特徴とする請求項1記載の強誘電体容量素子の形成方
法。
2. After the step ( 3 ), prior to the step ( 4 ), the ferroelectric thin film and the lower electrode film portion removed by the patterning in the step (3) are chemically coated. 2. The method for forming a ferroelectric capacitor according to claim 1, further comprising a step of forming a stopper film made of a material having a mechanical polishing rate lower than that of the ferroelectric thin film.
【請求項3】 前記ストッパー膜が、スピン・オン・グ
ラス法または熱酸化法により形成されたシリコン酸化膜
であることを特徴とする請求項2記載の強誘電体容量素
子の形成方法。
3. The method for forming a ferroelectric capacitor according to claim 2, wherein the stopper film is a silicon oxide film formed by a spin-on-glass method or a thermal oxidation method.
【請求項4】 前記第(1)の工程に先立って、若しく
は、前記第(1)の工程の後前記第(2)の工程に先立
って、前記強誘電体薄膜よりも化学機械研磨における研
磨レートが低い材料からなるストッパー膜を被着する工
程と、被着されたストッパー膜をパターンニングする工
程と、が付加されることを特徴とする請求項1記載の強
誘電体容量素子の形成方法。
4. The polishing in the chemical mechanical polishing of the ferroelectric thin film prior to the step (1) or after the step (1) and prior to the step (2). 2. The method for forming a ferroelectric capacitor according to claim 1, further comprising: a step of applying a stopper film made of a material having a low rate; and a step of patterning the applied stopper film. .
【請求項5】 前記第(2)の工程における強誘電体薄
膜の形成が、ゾル・ゲル法を用いて行われることを特徴
とする請求項1記載の強誘電体容量素子の形成方法。
5. The method according to claim 1, wherein the forming of the ferroelectric thin film in the step (2) is performed using a sol-gel method.
【請求項6】 前記第()の工程における化学機械研
磨が、フッ化水素酸、フッ化水素酸および硝酸、フッ化
水素酸およびフッ化アンモニウム若しくは酢酸、また
は、フッ化水素酸、硝酸およびフッ化アンモニウム若し
くは酢酸を含む研磨材を用いて行われることを特徴とす
る請求項1記載の強誘電体容量素子の形成方法。
6. The chemical mechanical polishing in the step ( 4 ), wherein the hydrofluoric acid, hydrofluoric acid and nitric acid, hydrofluoric acid and ammonium fluoride or acetic acid, or hydrofluoric acid, nitric acid and 2. The method according to claim 1, wherein the method is performed using an abrasive containing ammonium fluoride or acetic acid.
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