JP3039425B2 - Capacitive element and method of manufacturing the same - Google Patents

Capacitive element and method of manufacturing the same

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JP3039425B2 JP9047872A JP4787297A JP3039425B2 JP 3039425 B2 JP3039425 B2 JP 3039425B2 JP 9047872 A JP9047872 A JP 9047872A JP 4787297 A JP4787297 A JP 4787297A JP 3039425 B2 JP3039425 B2 JP 3039425B2
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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、微細化に適した強
誘電体或いは高誘電体等の誘電体を用いる容量素子の構
造、及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a capacitive element using a dielectric such as a ferroelectric or a high dielectric suitable for miniaturization and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、強誘電体を記憶容量用絶縁膜とし
た不揮発性メモリやDRAMの微細化に伴う記憶容量の
絶対値低減を補うために高誘電率膜を容量用絶縁膜とし
たメモリの開発がさかんである。これらの場合、強誘電
体や高誘電体をシリコンのLSIプロセスに適用する事
が大きな課題である。強誘電体を用いた不揮発性メモリ
と高誘電体を用いたDRAMはその基本的構造は似通っ
ているため、以下では前者について、その従来技術を紹
介する。
2. Description of the Related Art In recent years, non-volatile memories using a ferroelectric as an insulating film for a storage capacitor and memories using a high dielectric constant film as an insulating film for a capacitor in order to compensate for the reduction in the absolute value of the storage capacity accompanying the miniaturization of DRAM. The development of is very active. In these cases, applying a ferroelectric or high dielectric to a silicon LSI process is a major issue. Since the basic structures of a nonvolatile memory using a ferroelectric and a DRAM using a high dielectric are similar, the prior art of the former will be introduced below.

【0003】半導体と強誘電体、例えば、チタン酸ジル
コン鉛(Pb(Zrx Ti1-x )O3 、以下、PZTと
略称)を用いた容量を組み合わせたいわゆる強誘電体メ
モリは強誘電体の残留分極を利用して“1”、“0”を
記憶する。この情報が電源を切断しても保持されるため
に、不揮発性メモリとして動作する事が知られている。
この基本的な構成として図5にその単位セルの回路図を
示す。この場合は、単位セルは一つのセルトランジスタ
(通常nチャネルのMOSFET)Trと強誘電体容量
Cfを組み合わせた構成となっている。ビット線(BL
と略)、ワード線(WLと略)、プレート線(PLと
略)に印加する電圧を制御する事によってTrのオンオ
フ、及びCfに印可する電圧の極性を変化させる事によ
りCfの残留分極の正負を決める。
A so-called ferroelectric memory combining a semiconductor and a ferroelectric, for example, a capacitor using lead zirconium titanate (Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 , hereinafter abbreviated as PZT) is a ferroelectric memory. "1" and "0" are stored using the remanent polarization of. Since this information is retained even when the power is turned off, it is known to operate as a nonvolatile memory.
FIG. 5 shows a circuit diagram of the unit cell as this basic configuration. In this case, the unit cell has a configuration in which one cell transistor (usually an n-channel MOSFET) Tr and a ferroelectric capacitor Cf are combined. Bit line (BL
), The word line (abbreviated as WL), and the plate line (abbreviated as PL) are controlled to turn on / off the Tr, and the polarity of the voltage applied to Cf is changed to change the residual polarization of Cf. Decide the positive or negative.

【0004】この様に強誘電体メモリの単位セルはセル
トランジスタTrと強誘電体容量Cfからなっており、
特にその強誘電体容量Cfの構造はその集積度を決める
大きな要因となっている。その例としては例えば、19
94インターナショナルエレクトロンデバイスミーティ
ング(International Electron
Device Meeting)におけるテクニカル
ダイジェスト(Technical Digest)8
43頁に紹介されている。この場合の容量の構造断面図
を図6に示す。図において、1はシリコンp型層、2は
同n+ 層、3は下地層間絶縁膜(SiO2 )、4はポリ
シリコンプラグ、5はバリア層a(TiN)、6はバリ
ア層b(Ti)、7は強誘電体下部電極(Pt)、8は
強誘電体(PZT)、9は強誘電体上部電極、10は容
量上層間絶縁膜(SiO2 )である。この例において
は、ポリシリコンプラグ4上に下部電極、強誘電体、上
部電極から構成される強誘電体容量が形成され、下地の
シリコン基板に形成されたセルトランジスタのソース・
ドレインとなるn+ 層2と強誘電体容量の下部電極7が
ポリシリコンプラグ4で電気的に接続される。この構造
ではセルトランジスタと強誘電体容量が積層して形成さ
れるため、メモリの集積化には非常に有利である。この
構造は高誘電体を用いたDRAMについても同様であ
り、この場合には上記強誘電体(PZT)の代わりに、
高誘電体として例えば、SrTiO3 、(Ba1-x Sr
x )TiO3 が用いられ、他の構成要素は全く同様であ
る。
As described above, a unit cell of a ferroelectric memory is composed of a cell transistor Tr and a ferroelectric capacitor Cf.
In particular, the structure of the ferroelectric capacitor Cf is a major factor that determines the degree of integration. For example, 19
94 International Electron Device Meeting (International Electron)
Technical Digest in Device Meeting (Technical Digest) 8
It is introduced on page 43. FIG. 6 shows a sectional view of the structure of the capacitor in this case. In the figure, 1 is a silicon p-type layer, 2 is the same n + layer, 3 is a base interlayer insulating film (SiO 2 ), 4 is a polysilicon plug, 5 is a barrier layer a (TiN), and 6 is a barrier layer b (TiN). ) And 7 are ferroelectric lower electrodes (Pt), 8 is a ferroelectric (PZT), 9 is a ferroelectric upper electrode, and 10 is a capacitor interlayer insulating film (SiO 2 ). In this example, a ferroelectric capacitor composed of a lower electrode, a ferroelectric, and an upper electrode is formed on a polysilicon plug 4, and the source and the source of a cell transistor formed on an underlying silicon substrate are formed.
The n + layer 2 serving as a drain and the lower electrode 7 of the ferroelectric capacitor are electrically connected by a polysilicon plug 4. In this structure, since the cell transistor and the ferroelectric capacitor are formed by lamination, it is very advantageous for memory integration. This structure is the same for a DRAM using a high dielectric substance. In this case, instead of the ferroelectric substance (PZT),
As a high dielectric substance, for example, SrTiO 3 , (Ba 1-x Sr
x ) TiO 3 is used, the other components are exactly the same.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図6に示す容量の構造
の問題点を以下に述べる。
Problems with the structure of the capacitor shown in FIG. 6 will be described below.

【0006】この構造を製造する場合、まずポリシリコ
ンプラグ4上にバリア層b(Ti)6、バリア層a(T
iN)5、下部電極7を成膜した後にPZT8を成膜す
る。PZTは一般に600℃程度の温度の酸素雰囲気中
で成膜する。上記バリア層a、bの役割はこの際に酸素
が下部電極(Pt)中を拡散してその下のポリシリコン
プラグ4を酸化する事を防止する事である。すなわち、
ポリシリコンプラグが酸化した場合には、シリコンの酸
化物は絶縁物であるため下部電極とポリシリコンプラグ
との導通がとれない。そのため、バリア層a、bを介在
させてこれを防いでいるわけである。バリア層a(Ti
N)/b(Ti)の積層構造は600℃以下の温度では
ポリシリコンプラグへの酸素の拡散を防止するのに有効
であると共に、この積層構造自身も酸化される事はな
い。従って、TiN/Ti積層構造は600℃以下で強
誘電体膜や高誘電体膜をポリシリコン上に成膜するなら
ばそのバリア膜として有効であり、下部電極7とn+
2との導通がとれる。
In manufacturing this structure, first, a barrier layer b (Ti) 6 and a barrier layer a (T
iN) After forming the lower electrode 7 and PZT 8, a PZT 8 is formed. PZT is generally formed in an oxygen atmosphere at a temperature of about 600 ° C. The role of the barrier layers a and b is to prevent oxygen from diffusing in the lower electrode (Pt) and oxidizing the polysilicon plug 4 thereunder. That is,
When the polysilicon plug is oxidized, conduction between the lower electrode and the polysilicon plug cannot be established because the silicon oxide is an insulator. Therefore, this is prevented by interposing the barrier layers a and b. Barrier layer a (Ti
The laminated structure of N) / b (Ti) is effective at preventing the diffusion of oxygen into the polysilicon plug at a temperature of 600 ° C. or lower, and the laminated structure itself is not oxidized. Therefore, the TiN / Ti laminated structure is effective as a barrier film if a ferroelectric film or a high dielectric film is formed on polysilicon at a temperature of 600 ° C. or less, and the conduction between the lower electrode 7 and the n + layer 2 is improved. Can be taken.

【0007】PZTの場合には600℃以下での成膜が
可能であるが、PZT以外の強誘電体、例えばSrBi
2 Ta2 9 を用いた場合、その成膜は800℃の酸素
雰囲気中で行うのが通常である。この場合、バリア層a
(TiN)5、バリア層b(Ti)6は完全に酸化さ
れ、これらの酸化物は絶縁物であると同時に、ポリシリ
コンプラグまで酸化は進行し、下部電極とn+ 層の導通
は全く得る事ができない。
In the case of PZT, it is possible to form a film at a temperature of 600 ° C. or less, but a ferroelectric material other than PZT, for example, SrBi
When 2 Ta 2 O 9 is used, the film is usually formed in an oxygen atmosphere at 800 ° C. In this case, the barrier layer a
The (TiN) 5 and the barrier layer b (Ti) 6 are completely oxidized, and these oxides are insulators, and at the same time, the oxidation proceeds to the polysilicon plug, so that the conduction between the lower electrode and the n + layer is completely obtained. I can't do things.

【0008】また、一般に成膜温度が低いPZTの様に
600℃以下で成膜した場合でも、TiN層の酸化は少
ないながらも生じる。例えば容量サイズが2μm 程度に
微細になり、集積規模が増大した場合、特にこうした酸
化はウェハ面内で一様に生じるわけではなく部分的に生
じる場合が多く、このためのコンタクト不良はビット歩
留まり不良として生じてくる。従って、バリア層、ポリ
シリコンプラグの酸化は強誘電体、高誘電体を用いたL
SI、特に半導体メモリの製造プロセスでは深刻な問題
となる。
In general, even when a film is formed at a temperature of 600 ° C. or less, such as PZT having a low film formation temperature, oxidation of the TiN layer occurs although it is small. For example, when the capacitance size is reduced to about 2 μm and the scale of integration is increased, in particular, such oxidation often occurs partially instead of uniformly on the wafer surface, and the contact failure due to this is a bit yield failure. Comes out as. Therefore, the oxidation of the barrier layer and the polysilicon plug is performed by using a ferroelectric or a high dielectric
This becomes a serious problem in the manufacturing process of SI, especially semiconductor memory.

【0009】これを解決するにはここで用いたバリア層
をより耐熱性の高い他の材料に変える事が必要となる
が、少なくとも600℃よりも高い温度でも酸化され
ず、酸素を透過させない材料は現在までに見つかってい
ないのが現状である。
In order to solve this problem, it is necessary to change the barrier layer used here to another material having higher heat resistance, but at least a material which is not oxidized even at a temperature higher than 600 ° C. and does not allow oxygen to permeate. Has not been found to date.

【0010】本発明の目的は、ポリシリコンプラグ等か
らなるコンタクトプラグ上に強誘電体或いは高誘電体等
からなる容量を、コンタクトプラグとの導通不良を生ず
ることなしに形成できる構造と、その製造方法を提供す
る事にある。
An object of the present invention is to provide a structure capable of forming a capacitor made of a ferroelectric substance or a high dielectric substance on a contact plug made of a polysilicon plug or the like without causing a conduction failure with the contact plug, and a method of manufacturing the same. The idea is to provide a way.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】その問題を解決するた
め、本発明の容量素子においては、コンタクトプラグ上
に容量下層間膜を介して上部電極、誘電体層、下部電極
からなる容量を有し、かつ前記コンタクトプラグと一電
極とが電気的に接続されている容量素子において、前記
容量下層間膜が絶縁性材料よりなることを特徴とする。
具体的には、下部電極の側面の少なくとも一部において
前記コンタクトプラグと電気的に接続することにより従
来下部電極下に設けられたバリア層が不要となる。ここ
で、コンタクト部は半導体下地基板からのポリシリコン
プラグを介して行っても良いし、プラグの上にコンタク
トパッドを更に介して行っても良い。従って、ポリシリ
コンプラグ上の酸素拡散防止のためのバリア膜は必要な
く、n+ 層と下部電極のコンタクトがとれる。ここで、
下部電極等の側面とコンタクトを取る場合にはコンタク
トプラグもしくはコンタクトパッドが、少なくとも長さ
もしくは幅のいずれかにおいて下部電極より大きくする
ことにより接続を容易にすることができる。これらの構
造において用いられる誘電体層としては、Pb(Zr
1-x Tix )O3 、SrBi2 Ta2 9 、SrTiO
3 、(Ba1-x Srx )TiO3 等の従来より用いられ
る強誘電体材料があげられる。
In order to solve the problem, a capacitor according to the present invention has a capacitor comprising an upper electrode, a dielectric layer, and a lower electrode on a contact plug via a capacitor lower interlayer film. In the capacitive element in which the contact plug and one electrode are electrically connected, the capacitive lower interlayer film is made of an insulating material.
Specifically, at least a part of the side surface of the lower electrode is electrically connected to the contact plug, so that the barrier layer conventionally provided under the lower electrode becomes unnecessary. Here, the contact portion may be formed via a polysilicon plug from the semiconductor base substrate, or may be formed on the plug via a contact pad. Therefore, a barrier film for preventing oxygen diffusion on the polysilicon plug is not required, and the n + layer can be in contact with the lower electrode. here,
Contact when making contact with the side of lower electrode etc.
The plug or contact pad is at least
Or larger than the lower electrode in either width
This facilitates connection. As a dielectric layer used in these structures, Pb (Zr
1-x Ti x) O 3 , SrBi 2 Ta 2 O 9, SrTiO
3. Conventionally used ferroelectric materials such as (Ba 1-x Sr x ) TiO 3 .

【0012】またこれらの製造方法としては、コンタク
トプラグもしくはコンタクトパッド中に形成されたコン
タクト部上に、容量下層間膜、下部電極および誘電体層
を積層した後所望の形状に加工して前記コンタクト部を
部分的に露出させる第一の工程と、第一の工程の後に金
属材料を全面に形成し、前記金属材料を異方性エッチン
グすることにより少なくとも前記下部電極の側壁部に金
属材料を残存させる第二の工程よりなる。特に前記金属
材料を有機Al材料を用いたCVDで形成することが側
壁部への金属部の形成及び強誘電体の特性に悪影響を与
えない低温成膜が可能であることから好ましい方法であ
るといえる。具体的には、半導体下地基板上に容量下層
間膜を形成する。次に下部電極、強誘電体を成膜した後
に、強誘電体、下部電極、容量下層間膜を一括して加工
し、半導体下地基板中のコンタクト部が露出した状態に
する。この後に金属配線をMOCVDにより成膜した後
にこれを異方性エッチングにより全面エッチバックす
る。この時、加工された強誘電体、下部電極、容量下層
間膜の側壁部の少なくとも一部に金属配線が残り、下部
電極とコンタクト部との間の導通をとることが可能とな
る。
[0012] Further, as a method of manufacturing these, a capacitor lower interlayer film, a lower electrode, and a dielectric layer are laminated on a contact portion formed in a contact plug or a contact pad, and then processed into a desired shape. A first step of partially exposing the portion, a metal material is formed on the entire surface after the first step, and the metal material remains at least on the side wall of the lower electrode by anisotropically etching the metal material. And a second step. In particular, it is preferable that the metal material is formed by CVD using an organic Al material because the formation of the metal portion on the side wall portion and the low-temperature film formation that does not adversely affect the characteristics of the ferroelectric material are possible. I can say. Specifically, a capacitive lower interlayer film is formed on a semiconductor base substrate. Next, after a lower electrode and a ferroelectric are formed, the ferroelectric, the lower electrode, and the lower interlayer film are collectively processed to expose the contact portion in the semiconductor base substrate. Thereafter, a metal wiring is formed by MOCVD, and then the whole surface is etched back by anisotropic etching. At this time, the metal wiring remains on at least a part of the side wall of the processed ferroelectric, lower electrode, and capacitor lower interlayer film, and conduction between the lower electrode and the contact portion can be established.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0014】本発明の強誘電体容量の構造断面図を図1
に示す。図において、1はシリコンp型層、2は同n+
層、3は下地層間絶縁膜、4はポリシリコンプラグ、8
は強誘電体、9は強誘電体上部電極、10は容量上層間
絶縁膜、11はコンタクトパッド、12は容量下層間絶
縁膜、13は金属配線、14は強誘電体下部電極a、1
5は下部電極bである。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a ferroelectric capacitor according to the present invention.
Shown in In the figure, 1 is a silicon p-type layer, 2 is n +
Layer, 3 is a base interlayer insulating film, 4 is a polysilicon plug, 8
Is a ferroelectric, 9 is a ferroelectric upper electrode, 10 is a capacitor interlayer insulating film, 11 is a contact pad, 12 is a capacitor lower interlayer insulating film, 13 is a metal wiring, 14 is a ferroelectric lower electrode a, 1
5 is a lower electrode b.

【0015】また、本発明の強誘電体容量の製造方法の
工程断面図を図2(a)〜(f)に示す。n+ 層2上に
ポリシリコンプラグ4、コンタクトパッド11を形成し
た構造上に容量下層間絶縁膜12、下部電極b15、下
部電極a14、強誘電体8を順次成膜する(図2
(a))。次に、強誘電体8、下部電極a14、下部電
極b15、容量下層間膜12を一括して加工し、コンタ
クトパッド11が露出した状態にする(図2(b))。
全面に金属配線(Al等)を成膜した(図2(c))
後、反応性イオンエッチング等の方法で金属配線を全面
エッチバックし、図の様に容量の側壁部にのみ金属配線
が残った状態にする(図2(d))。次に、上部電極9
を形成し(図2(e))、さらにこの上に容量上層間膜
10を成膜する(図2(f))。
FIGS. 2A to 2F are sectional views showing the steps of the method for manufacturing a ferroelectric capacitor according to the present invention. On the structure in which the polysilicon plug 4 and the contact pad 11 are formed on the n + layer 2, a lower interlayer insulating film 12, a lower electrode b15, a lower electrode a14, and a ferroelectric material 8 are sequentially formed on the structure (FIG. 2).
(A)). Next, the ferroelectric 8, the lower electrode a14, the lower electrode b15, and the capacitive lower interlayer film 12 are collectively processed so that the contact pads 11 are exposed (FIG. 2B).
Metal wiring (such as Al) was formed on the entire surface (FIG. 2C)
Thereafter, the metal wiring is entirely etched back by a method such as reactive ion etching or the like so that the metal wiring remains only on the side wall of the capacitor as shown in the figure (FIG. 2D). Next, the upper electrode 9
Is formed (FIG. 2E), and an upper interlayer film 10 is formed thereon (FIG. 2F).

【0016】[0016]

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0017】(実施例1)図1において、1はシリコン
p型層、2は同n+ 層、3は下地層間絶縁膜(Si
2 )、4はポリシリコンプラグ、8は強誘電体(PZ
T)、9は強誘電体上部電極、10は容量上層間絶縁膜
(SiO2 )、11はコンタクトパッド(WSi2 )、
12は容量下層間絶縁膜(SiO2 )、13は金属配線
(Al)、14は強誘電体下部電極a(Pt)、15は
下部電極b(Ti)であるが、n+ 層2と下部電極1
4、15との電気的接続は容量側壁の金属配線(Al)
13とコンタクトパッド(WSi2 )11、ポリシリコ
ンプラグ4を介してなされている。これらの配線は後で
その製造方法について述べるが、製造工程においての酸
化等の問題が無いため、コンタクト不良を生ずる事が少
ない。また、セルトランジスタ上にポリシリコンプラグ
を介して強誘電体容量を形成しているため、強誘電体容
量を用いた半導体メモリの高集積化にも有利である。
(Embodiment 1) In FIG. 1, 1 is a silicon p-type layer, 2 is an n + layer, 3 is a base interlayer insulating film (Si
O 2 ), 4 is a polysilicon plug, 8 is a ferroelectric (PZ)
T), 9 is a ferroelectric upper electrode, 10 is a capacitor interlayer insulating film (SiO 2 ), 11 is a contact pad (WSi 2 ),
12 capacity lower insulating film (SiO 2), 13 is a metal wiring (Al), 14 is a ferroelectric lower electrode a (Pt), 15 but is lower electrode b (Ti), n + layer 2 and the lower Electrode 1
Electrical connection with 4 and 15 is metal wiring (Al) on the side wall of the capacitor
13, a contact pad (WSi 2 ) 11, and a polysilicon plug 4. The method of manufacturing these wirings will be described later. However, since there is no problem such as oxidation in the manufacturing process, contact failure is less likely to occur. Further, since the ferroelectric capacitor is formed on the cell transistor via the polysilicon plug, it is advantageous for high integration of a semiconductor memory using the ferroelectric capacitor.

【0018】次に、本発明の強誘電体容量の製造方法に
ついて述べる。図2(a)〜(f)は本発明の強誘電体
容量の一実施例の製造工程断面図である。n+ 層2上に
ポリシリコンプラグ4、コンタクトパッド11を形成し
た構造上に容量下層間絶縁膜12、下部電極15、1
4、強誘電体8を順次成膜する(図2(a))。この
際、下部電極15を成膜する前の容量下層間膜(SiO
2 )12は化学的機械研磨等の方法で平坦化され、コン
タクトパッドは200nm、コンタクトパッド上の容量下
層間膜12の厚さは500nm程度となっている。下部電
極a14はPt(200nm)であり、下部電極b15は
Ti(50nm)、PZTの膜厚は200nmである。Pt
の下にTiを入れるのは、Ptと容量下層間膜との密着
性を良くするためである。また、平坦化するのは、強誘
電体8の膜質が凹凸のある基板上では悪くなるからであ
る。
Next, a method of manufacturing a ferroelectric capacitor according to the present invention will be described. 2 (a) to 2 (f) are cross-sectional views showing a manufacturing process of one embodiment of the ferroelectric capacitor of the present invention. On the structure in which the polysilicon plug 4 and the contact pad 11 are formed on the n + layer 2, the lower interlayer insulating film 12, the lower electrode 15,
4. A ferroelectric material 8 is sequentially formed (FIG. 2A). At this time, the capacitive lower interlayer film (SiO 2) before forming the lower electrode 15 is formed.
2 ) 12 is flattened by a method such as chemical mechanical polishing, the contact pad is 200 nm, and the thickness of the capacitive lower interlayer film 12 on the contact pad is about 500 nm. The lower electrode a14 is Pt (200 nm), the lower electrode b15 is Ti (50 nm), and the thickness of PZT is 200 nm. Pt
The reason for putting Ti underneath is to improve the adhesion between Pt and the lower interlayer film. The flattening is performed because the film quality of the ferroelectric material 8 deteriorates on a substrate having irregularities.

【0019】次に、強誘電体8、下部電極14、15、
容量下層間膜12を一括して加工し、コンタクトパッド
11が露出した状態にする(図2(b))。これは、フ
ォトレジストをマスクとしてCF4 等のガスを用いた反
応性イオンエッチング、或いはArを用いたイオンミリ
ング等の方法により可能である。また、特に反応性イオ
ンエッチングの場合にはコンタクトパッド(WSi2
12が露出した際の発光分析によりエッチングの終点検
出が容易である。
Next, the ferroelectric 8, the lower electrodes 14, 15,
The capacitor lower interlayer film 12 is processed at a time so that the contact pads 11 are exposed (FIG. 2B). This can be performed by a method such as reactive ion etching using a photoresist as a mask and using a gas such as CF 4 or ion milling using Ar. In particular, in the case of reactive ion etching, a contact pad (WSi 2 )
It is easy to detect the end point of the etching by emission analysis when 12 is exposed.

【0020】次に、全面に金属配線(Al)を成膜する
(図2(c))。この際のAlは、例えばジメチルアル
ミニウムハイドライド(DMAH)を用いたMOCVD
で200℃程度の温度で成膜される。MOCVD等の気
相化学反応を用いた成膜方法では良好な段差被覆性を有
するため、容量段差の側壁部にも充分にAlが成膜され
る。
Next, a metal wiring (Al) is formed on the entire surface (FIG. 2C). Al at this time is, for example, MOCVD using dimethyl aluminum hydride (DMAH).
At a temperature of about 200 ° C. Since a film forming method using a gas phase chemical reaction such as MOCVD has good step coverage, Al is sufficiently formed also on the side wall of the capacitance step.

【0021】次にCl2 を用いた反応性イオンエッチン
グ等の方法で金属配線(Al)を全面エッチバックする
(図2(d))。この時、反応性イオンエッチングは異
方性エッチングであるため図の様に容量の側壁部にのみ
Alが残った状態にする事が可能である。この側壁部の
金属配線により下部電極14、15とコンタクトパッド
11が電気的に接続される。
Next, the metal wiring (Al) is entirely etched back by a method such as reactive ion etching using Cl 2 (FIG. 2D). At this time, since reactive ion etching is anisotropic etching, it is possible to leave Al only on the side wall of the capacitor as shown in the figure. The lower electrodes 14 and 15 and the contact pads 11 are electrically connected by the metal wiring on the side wall.

【0022】次に、上部電極(Pt:200nm程度)9
を形成する(図2(e))。これは、Ptを全面に成膜
した後に、フォトレジストをマスクとしたイオンミリン
グにより成される(図は省略)。先に金属配線(Al)
を全面に成膜した際にPZTとAlが反応してPZTの
強誘電体特性に悪影響を与える事もあるが、この際のイ
オンミリングによりこの反応層も大部分は除去される。
Next, an upper electrode (Pt: about 200 nm) 9
Is formed (FIG. 2E). This is performed by ion milling using a photoresist as a mask after forming Pt on the entire surface (not shown). First metal wiring (Al)
When PZT is formed on the entire surface, PZT and Al react with each other to adversely affect the ferroelectric characteristics of PZT. In this case, the reaction layer is also mostly removed by ion milling.

【0023】最後にさらにこの上に容量上層間膜(Si
2 )10を成膜する(図2(f))。これには例え
ば、強誘電体特性に悪影響を与えない、例えばO3 (オ
ゾン)とTEOS(テトラエトキシシラン)を用いたC
VDによるSiO2 が用いられる。
Finally, an upper interlayer film (Si)
O 2 ) 10 is formed (FIG. 2F). This includes, for example, C using O 3 (ozone) and TEOS (tetraethoxysilane) without adversely affecting the ferroelectric properties.
SiO 2 by VD is used.

【0024】以上の製造方法によれば本発明の構造の強
誘電体容量が製造できるが、強誘電体容量を成膜する際
にはまだ下部電極とn+ 層(或いはポリシリコンプラ
グ)との電気的接続はできておらず、強誘電体容量を加
工した後に側壁の金属配線で接続をとるため、従来の様
に、電極材料の酸化によるコンタクト不良は生じない。
According to the above manufacturing method, a ferroelectric capacitor having the structure of the present invention can be manufactured. However, when a ferroelectric capacitor is formed, the lower electrode and the n + layer (or polysilicon plug) are still connected. Electrical connection has not been made, and connection is made with the metal wiring on the side wall after processing the ferroelectric capacitor, so that contact failure due to oxidation of the electrode material does not occur as in the related art.

【0025】例えば、この構造においても容量下部電極
bのTi層はPZT成膜時に酸化される事は従来例と全
く同様であるが、ポリシリコンプラグ4との電気的接続
は側壁のAlによるため、これが問題になる事は全く無
い。金属材料の側壁配線が形成された後には強誘電体容
量上部電極の形成と容量上層間膜の形成があるが、これ
らはいずれも400℃以下の温度で行われるため、これ
によるコンタクトへの悪影響は生じない。
For example, in this structure, the Ti layer of the capacitor lower electrode b is oxidized at the time of PZT film formation, as in the conventional example, but the electrical connection with the polysilicon plug 4 is made by Al on the side wall. This is never a problem. After the side wall wiring of the metal material is formed, there is formation of the upper electrode of the ferroelectric capacitor and formation of the interlayer film on the capacitor. However, since these are all performed at a temperature of 400 ° C. or less, the adverse effect on the contact due to this is performed. Does not occur.

【0026】この例では金属配線にAlを用いたが、他
の材料、例えばW、Cu、ポリシリコン等で、強誘電体
特性を劣化させる事のない成膜方法があればこれも用い
る事ができるのは勿論である。また、ポリシリコンプラ
グを用いているが、これも他の材料、例えばW等が同様
に使用可能である。下地シリコン層に形成されたLSI
回路の配線が少ないために強誘電体容量と下地シリコン
層との距離を小さくできる場合には、特にこのプラグ或
いはコンタクトパッドは必要無く、基板と直接Al配線
でコンタクトを得る事も可能である。
In this example, Al is used for the metal wiring. However, if there is a film forming method using other materials, for example, W, Cu, polysilicon, etc., which does not deteriorate the ferroelectric characteristics, it is also possible to use this. Of course you can. Although a polysilicon plug is used, another material such as W can be used in the same manner. LSI formed on the underlying silicon layer
In the case where the distance between the ferroelectric capacitor and the underlying silicon layer can be reduced because the number of circuit wirings is small, the plug or contact pad is not particularly required, and it is possible to obtain a contact directly with the substrate by Al wiring.

【0027】また、本実施例では強誘電体の下部電極と
コンタクトパッドとの間に容量下酸化膜が介してある
が、下部電極下が平坦化されてさえいれば、この間の酸
化膜は特に必要無い。
In this embodiment, an oxide film under the capacitance is interposed between the lower electrode of the ferroelectric and the contact pad. However, as long as the lower portion of the lower electrode is flattened, the oxide film between the electrodes is particularly reduced. No need.

【0028】また、側壁の配線は必ずしも容量の全周に
わたっている必要は無く、一部が残り導通していれば良
い事はいうまでもない。
Further, it is needless to say that the wiring on the side wall need not necessarily extend over the entire circumference of the capacitor, and it is sufficient that a part of the wiring remains conductive.

【0029】(実施例2)図3は本発明の他の実施例の
構造断面図であるが、この場合には容量部を左側のみテ
ーパー角を大きくしてあり、そのために金属配線のエッ
チバック工程で右側のみで金属配線が残り易くなる。従
って、図中右側のみに金属配線が形成された構造とな
る。この構造によれば部分的に金属配線を側壁の一部分
にのみ残る様な形状であるので、上部電極と金属配線の
ショートが起こりにくく、歩留まりが向上する。
(Embodiment 2) FIG. 3 is a sectional view showing the structure of another embodiment of the present invention. In this case, the taper angle of the capacitance portion is increased only on the left side. In the process, the metal wiring tends to remain only on the right side. Therefore, the structure is such that the metal wiring is formed only on the right side in the drawing. According to this structure, since the metal wiring is partially left on only a part of the side wall, a short circuit between the upper electrode and the metal wiring hardly occurs and the yield is improved.

【0030】(実施例3)図4は他の実施例の構造断面
図である。この場合には強誘電体8、下部電極a14、
下部電極b15が左側に伸び、上部電極9よりも大きく
なっており、上部電極から離れたところで金属配線13
が残った構造になっている。この構造によれば部分的に
金属配線を側壁の一部分にのみ残る様な形状であるの
で、上部電極と金属配線のショートが起こりにくく、歩
留まりが向上する。
(Embodiment 3) FIG. 4 is a structural sectional view of another embodiment. In this case, the ferroelectric 8, the lower electrode a14,
The lower electrode b15 extends to the left and is larger than the upper electrode 9;
The structure has remained. According to this structure, since the metal wiring is partially left on only a part of the side wall, a short circuit between the upper electrode and the metal wiring hardly occurs and the yield is improved.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上の実施例で述べた様に、本発明の容
量及びその製造方法によれば、高集積化に適した強誘電
体及び高誘電体容量を、その誘電体膜を600℃以上の
高温で成膜しても、コンタクト不良を生ずる事無しに得
る事ができる。
As described in the above embodiments, according to the capacitor of the present invention and the method of manufacturing the same, a ferroelectric and a high dielectric capacitor suitable for high integration can be obtained by forming the dielectric film at 600 ° C. Even if the film is formed at such a high temperature, it can be obtained without causing a contact failure.

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

【図1】本発明の容量の構造の一実施例の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of one embodiment of a capacitor structure according to the present invention.

【図2】半発明の容量の製造方法の一実施例の工程断面
図(a〜f)である。
FIGS. 2A to 2F are process cross-sectional views (a to f) of one embodiment of a method for manufacturing a capacitor according to the present invention;

【図3】本発明の容量の構造の他の一実施例の断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view of another embodiment of the capacitor structure of the present invention.

【図4】本発明の容量の構造の他の一実施例の断面図で
ある。
FIG. 4 is a sectional view of another embodiment of the capacitor structure of the present invention.

【図5】強誘電体を用いた半導体メモリの単位セルの一
例の回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram of an example of a unit cell of a semiconductor memory using a ferroelectric.

【図6】従来の強誘電体容量の構造の一例の断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view of an example of the structure of a conventional ferroelectric capacitor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコンp型層 2 シリコンn+ 層 3 下地層間絶縁膜(SiO2 ) 4 ポリシリコンプラグ 5 バリア層a(TiN) 6 バリア層b(Ti) 7 強誘電体下部電極(Pt) 8 強誘電体(Pb(Zr0.53Ti0.47)O3 ) 9 強誘電体上部電極(Pt) 10 容量上層間絶縁膜(SiO2 ) 11 コンタクトパッド(WSi2 ) 12 容量下層間絶縁膜(SiO2 ) 13 金属配線(Al) 14 強誘電体下部電極a(Pt) 15 強誘電体下部電極b(Ti)REFERENCE SIGNS LIST 1 silicon p-type layer 2 silicon n + layer 3 base interlayer insulating film (SiO 2 ) 4 polysilicon plug 5 barrier layer a (TiN) 6 barrier layer b (Ti) 7 ferroelectric lower electrode (Pt) 8 ferroelectric (Pb (Zr 0.53 Ti 0.47 ) O 3 ) 9 Upper ferroelectric electrode (Pt) 10 Upper interlayer insulating film (SiO 2 ) 11 Contact pad (WSi 2 ) 12 Lower interlayer insulating film (SiO 2 ) 13 Metal wiring (Al) 14 Ferroelectric lower electrode a (Pt) 15 Ferroelectric lower electrode b (Ti)

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 27/04 H01L 27/10 651 27/108 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 27/04 H01L 27/10 651 27/108

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】コンタクトプラグ上に容量下層間膜を介し
て上部電極、誘電体層、下部電極からなる容量を有し、
かつ前記コンタクトプラグと一電極とが電気的に接続さ
れている容量素子において、前記容量下層間膜が絶縁性
材料よりなり、前記コンタクトプラグが、少なくとも長
さもしくは幅のいずれかにおいて下部電極より大きい
とを特徴とする容量素子。
A capacitor comprising an upper electrode, a dielectric layer, and a lower electrode on a contact plug via a capacitor lower interlayer film;
In the capacitive element in which the contact plug and one electrode are electrically connected, the capacitive lower interlayer film is made of an insulating material, and the contact plug is at least long.
Samoshiku the capacitor element, wherein a larger lower electrode This <br/> in any width.
【請求項2】コンタクトプラグ上にコンタクトパッドお2. A contact pad and a contact pad on a contact plug.
よび容量下層間膜を介して上部電極、誘電体層、下部電Upper electrode, dielectric layer, lower electrode
極からなる容量を有し、かつ前記コンタクトパッドと一Having a capacity consisting of poles and
電極とが電気的に接続されている容量素子において、前In the capacitive element electrically connected to the electrode,
記容量下層間膜が絶縁性材料よりなり、前記コンタクトThe capacitor lower interlayer film is made of an insulating material;
パッドが、少なくとも長さもしくは幅のいずれかにおいPads smell at least either in length or width
て下部電極より大きいことを特徴とする容量素子。A capacitance element larger than the lower electrode.
【請求項3】前記下部電極の側面が少なくとも一部にお
いて前記コンタクトプラグもしくは前記コンタクトパッ
と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1
または請求項2に記載の容量素子。
3. The contact plug or the contact plug at least partially on a side surface of the lower electrode.
2. The electrical connection of claim 1, wherein
Alternatively , the capacitive element according to claim 2 .
【請求項4】前記誘電体層がPb(Zr1-x Tix )O
3 、SrBi2 Ta29 、SrTiO3 、(Ba1-x
Srx )TiO3 より選ばれたいずれかの材料よりなる
ことを特徴とする請求項1ないし3記載の容量。
Wherein said dielectric layer is Pb (Zr 1-x Ti x ) O
3 , SrBi 2 Ta 2 O 9 , SrTiO 3 , (Ba 1-x
4. The capacitor according to claim 1 , wherein the capacitor is made of any material selected from Sr x ) TiO 3 .
【請求項5】前記コンタクトプラグによって導通がとら
れている下地半導体基板には集積回路が形成されている
事を特徴とする請求項1ないし4記載の容量素子。
5. The capacitive element according to claim 1, wherein an integrated circuit is formed on the underlying semiconductor substrate which is made conductive by said contact plug.
【請求項6】コンタクトプラグもしくはコンタクトパッ
ド中に形成されたコンタクト部上に、容量下層間膜、下
部電極および誘電体層を積層した後所望の形状に加工し
て前記コンタクト部を部分的に露出させる第一の工程
と、第一の工程の後に金属材料を全面に形成し、前記金
属材料を異方性エッチングすることにより少なくとも前
記下部電極の側壁部に金属材料を残存させる第二の工程
を含むことを特徴とする容量素子の製造方法。
6. A capacitor lower interlayer film, a lower electrode, and a dielectric layer are laminated on a contact portion formed in a contact plug or a contact pad and then processed into a desired shape to partially expose the contact portion. A first step of forming a metal material over the entire surface after the first step, and a second step of leaving the metal material on at least the side wall of the lower electrode by anisotropically etching the metal material. A method for manufacturing a capacitive element, comprising:
【請求項7】前記金属材料を有機Al材料を用いたCV
Dで形成することを特徴とする請求項6記載の容量の製
造方法。
7. A CV using an organic Al material as the metal material.
7. The method according to claim 6 , wherein the capacitor is formed of D.
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