JP3303852B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3303852B2 JP19661799A JP19661799A JP3303852B2 JP 3303852 B2 JP3303852 B2 JP 3303852B2 JP 19661799 A JP19661799 A JP 19661799A JP 19661799 A JP19661799 A JP 19661799A JP 3303852 B2 JP3303852 B2 JP 3303852B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、主に、キャパシタを有
する半導体装置、特に半導体記憶装置の製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a capacitor, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のキャパシタが半導体基板上に集積
された半導体装置としては、ダイナミック・ランダム・
アクセス・メモリ(DRAM)等が実用化されており、
また、最近ではMOS型半導体装置に、強誘電体膜を積
層した構造の不揮発性メモリがインターナショナル・エ
レクトロン・デバイセズ・ミーティング(IEDM)’
87、850頁−851頁に提案されている。
2. Description of the Related Art As a conventional semiconductor device in which a capacitor is integrated on a semiconductor substrate, a dynamic random access memory is used.
Access memory (DRAM) has been put to practical use,
Recently, a non-volatile memory having a structure in which a ferroelectric film is laminated on a MOS type semiconductor device has been developed by the International Electron Devices Meeting (IEDM) '.
87, pages 850-851.

【0003】図5にMOS型半導体装置に強誘電体膜を
積層した構造の、不揮発性半導体メモリの一例を示す。
図5において、501はP型シリコン基板であり、50
2は素子分離用のLOCOS酸化膜、503はソースと
なるN型拡散層であり、504はドレインとなるN型拡
散層である。505はゲート電極であり、506は層間
絶縁膜である。507が強誘電体を用いた誘電体膜であ
り、下部電極508と上部電極509により挟まれ、キ
ャパシタを構成している。510は第2層間絶縁膜であ
り、511が配線電極である。
FIG. 5 shows an example of a nonvolatile semiconductor memory having a structure in which a ferroelectric film is laminated on a MOS semiconductor device.
In FIG. 5, reference numeral 501 denotes a P-type silicon substrate;
Reference numeral 2 denotes a LOCOS oxide film for element isolation, reference numeral 503 denotes an N-type diffusion layer serving as a source, and reference numeral 504 denotes an N-type diffusion layer serving as a drain. 505 is a gate electrode, and 506 is an interlayer insulating film. Reference numeral 507 denotes a dielectric film using a ferroelectric, and is sandwiched between a lower electrode 508 and an upper electrode 509 to constitute a capacitor. 510 is a second interlayer insulating film, and 511 is a wiring electrode.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このように能動素子の
形成された半導体基板上に、能動素子と隣接するように
平面的なキャパシタを形成した構造では、最低でもひと
つのキャパシタをひとつのメモリセル内におさめなけれ
ばならず、キャパシタの面積がメモリセルの面積で決定
される。また、キャパシタの下部電極508、誘電体膜
507、上部電極509をそれぞれ形成するための工程
が追加され、コスト増大を招く。
In a structure in which a planar capacitor is formed on a semiconductor substrate on which an active element is formed in such a manner as to be adjacent to the active element, at least one capacitor is connected to one memory cell. And the area of the capacitor is determined by the area of the memory cell. In addition, a step for forming the lower electrode 508, the dielectric film 507, and the upper electrode 509 of the capacitor is added, which leads to an increase in cost.

【0005】また、下部電極508と上部電極509は
別個に形成されるので、下部電極508と誘電体507
との界面状態と、上部電極509と誘電体507との界
面状態とが異なり、電極にかける電圧の方向による、分
極等のキャパシタ特性の差異、すなわちキャパシタ特性
の非対称性が生じる。
Also, since the lower electrode 508 and the upper electrode 509 are formed separately, the lower electrode 508 and the dielectric 507
And the interface state between the upper electrode 509 and the dielectric 507 are different from each other, resulting in a difference in capacitor characteristics such as polarization depending on the direction of the voltage applied to the electrodes, that is, asymmetry of the capacitor characteristics.

【0006】そこで本発明はこのような課題を解決する
もので、その目的とするところは、キャパシタの占有面
積を、同一容量を確保したまま縮小させ、あるいはメモ
リセル以外の領域をキャパシタとして使用してキャパシ
タの有効面積を稼ぐとともに、キャパシタ形成に伴う工
程増を削減し、また、キャパシタ特性の非対称性をなく
すことによって、高性能・高密度な半導体装置を低コス
トに提供することにある。
Accordingly, the present invention is to solve such a problem. It is an object of the present invention to reduce the area occupied by a capacitor while maintaining the same capacitance, or to use a region other than a memory cell as a capacitor. It is an object of the present invention to provide a high-performance and high-density semiconductor device at low cost by increasing the effective area of the capacitor, reducing the number of steps required for forming the capacitor, and eliminating the asymmetry of the capacitor characteristics.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、 (1)一対の電極及び該一対の電極によって挟まれた強
誘電体を有するキャパシタが能動素子の形成された半導
体基板上に集積された半導体装置の製造方法において、
半導体基板上に能動素子を形成する工程と、前記能動素
子の上方に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁
膜の所望の領域に第1のコンタクトホールおよび第2の
コンタクトホールを形成する工程と、前記第1のコンタ
クトホール内に第1の埋め込みプラグを形成し、前記第
2のコンタクトホール内に第2の埋め込みプラグを形成
する工程と、前記第1の埋め込みプラグに電気的接続を
有する第1の電極を形成し、前記第2の埋め込みプラグ
に電気的接続を有する第2の電極を形成する工程と、前
記第1の電極と前記第2の電極の間に強誘電体が挟まれ
るように該強誘電体を形成する工程とを有し、前記第1
および第2の埋め込みプラグを形成する工程及び前記第
1および第2の電極を形成する工程が、前記強誘電体を
形成する工程より前にのみ行われることを特徴とする。 (2)前記第1および第2の電極を形成する工程では、
前記電極となるべく薄膜を形成する工程、前記薄膜をエ
ッチングして前記第1および第2の電極を同時に形成す
る工程を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装
置の製造方法。また、本発明にかかる半導体装置は、 (3)請求項1または2記載の半導体装置の製造方法に
よって形成されたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the following steps. In a method of manufacturing a semiconductor device integrated on a semiconductor substrate on which an element is formed,
Forming an active element on the semiconductor substrate; forming an interlayer insulating film above the active element; forming a first contact hole and a second contact hole in a desired region of the interlayer insulating film ;
Forming a contact hole, the first contour
Forming a first embedded plug in the
Forming a second buried plug in the second contact hole
And electrically connecting the first buried plug.
Forming a first electrode having the second embedded plug
Forming a second electrode having an electrical connection to the
A ferroelectric substance is sandwiched between the first electrode and the second electrode.
Forming the ferroelectric so that the first
And forming the second buried plug and forming the first and second electrodes are performed only before the step of forming the ferroelectric. (2) In the step of forming the first and second electrodes ,
2. The method according to claim 1, further comprising the steps of: forming a thin film to be the electrode; and etching the thin film to form the first and second electrodes simultaneously. According to a third aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device manufacturing method according to the first or second aspect.
Therefore, it is characterized by being formed.

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【実施例】図1(a)〜(d)は本発明による半導体装
置の第1の実施例を示す主要工程断面図である。図1
(e)および(f)は本発明による半導体装置の第1の
実施例を示す主要平面図である。まず、図1にしたが
い、本発明の第1の実施例について説明する。ここでは
説明の都合上シリコン基板を用い、Nチャンネルトラン
ジスタを用いた例につき説明する。
1 (a) to 1 (d) are main process sectional views showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention. FIG.
(E) and (f) are main plan views showing a first embodiment of the semiconductor device according to the present invention. First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, for convenience of explanation, an example in which a silicon substrate is used and an N-channel transistor is used will be described.

【0011】(図1(a))101はP型シリコン基板
であり、例えば20Ω・cmの比抵抗のウェハを用い
る。102は素子分離用の絶縁膜であり、例えば、従来
技術であるLOCOS法により二酸化シリコン膜を60
00Å形成する。103はトランジスタのソースとなる
N型拡散層であり、例えばリンを80keV、5×10
15cmー2イオン注入することによって形成する。104
はドレインとなるN型拡散層であり、103と同時に形
成する。105はゲート電極であり、例えばリンでドー
プされたポリシリコンを用いる。106は第1層間絶縁
膜であり、例えば化学的気相成長(以下、CVDとす
る)法によりリンガラスを4000Å形成する。107
は配線電極であり、例えばタングステンを5000Åス
パッタする。108は第2層間絶縁膜であり、例えばC
VD法により二酸化シリコンを8000Å形成する。こ
の時、スピン・オン・グラス等を併用して十分に平坦化
することが望ましい。109はスルーホールの埋め込み
プラグであり、例えばタングステンをCVD法によって
形成する。
(FIG. 1A) 101 is a P-type silicon substrate, for example, a wafer having a specific resistance of 20 Ω · cm. Reference numeral 102 denotes an insulating film for element isolation. For example, a silicon dioxide film 60
00 ° is formed. Reference numeral 103 denotes an N-type diffusion layer serving as a source of the transistor.
It is formed by ion implantation of 15 cm -2 . 104
Is an N-type diffusion layer serving as a drain, which is formed simultaneously with 103. Reference numeral 105 denotes a gate electrode, for example, using polysilicon doped with phosphorus. Reference numeral 106 denotes a first interlayer insulating film, which is formed of, for example, a phosphor glass of 4000 .ANG. By a chemical vapor deposition (hereinafter, referred to as CVD) method. 107
Is a wiring electrode, for example, tungsten is sputtered at 5000 °. 108 is a second interlayer insulating film, for example, C
Silicon dioxide is formed at 8000 ° by the VD method. At this time, it is desirable to sufficiently planarize using a combination of spin-on-glass and the like. Reference numeral 109 denotes a through hole buried plug, for example, formed of tungsten by a CVD method.

【0012】110は本発明の趣旨による誘電体であ
り、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Ti0.6Zr0.4)O3
を2μmスパッタ法により形成し、フォト・リソグラフ
ィにより所定のパターンに形成する。この時、誘電体1
10の側壁がキャパシタの電極と接する面となるので、
誘電体110の高さ、すなわち膜形成時の膜厚が大きい
方がキャパシタの有効面積が大きくなる。また、誘電体
110の幅がキャパシタの電極間隔となるので、できる
だけ小さくすることが望ましい。また、キャパシタの電
極は誘電体110の側壁にのみ形成するので、誘電体1
10はキャパシタの電極と配線層、あるいは拡散層とを
接続する埋め込みプラグの近傍に形成されるのが望まし
い。
Reference numeral 110 denotes a dielectric according to the gist of the present invention, for example, lead zirconate titanate (Pb (Ti 0.6 Zr 0.4 ) O 3 )
Is formed by a 2 μm sputtering method, and is formed into a predetermined pattern by photolithography. At this time, dielectric 1
Since the side wall of 10 is the surface in contact with the electrode of the capacitor,
The effective area of the capacitor increases as the height of the dielectric 110, that is, the thickness at the time of film formation, increases. In addition, since the width of the dielectric 110 is the distance between the electrodes of the capacitor, it is desirable that the width be as small as possible. Since the electrodes of the capacitor are formed only on the side walls of the dielectric 110, the dielectric 1
10 is preferably formed near a buried plug connecting the electrode of the capacitor and the wiring layer or the diffusion layer.

【0013】(図1(b))次に、キャパシタの電極と
なる膜111として、例えば白金をスパッタ法により2
000Å形成する。
(FIG. 1B) Next, as a film 111 to be an electrode of a capacitor, for example, platinum is formed by sputtering.
000 mm.

【0014】(図1(c))次に、異方性エッチングに
よって、全面エッチングを行なう。本実施例において
は、例えば不活性ガスであるアルゴンをイオン・ソース
として用いたイオン・ビーム・エッチングを用いて、半
導体基板101と垂直方向にビームを入射させ全面エッ
チングする。すると、異方性エッチングであるので、誘
電体110の側壁はエッチングされずに電極112、及
び113が残り、誘電体110近傍の埋め込みプラグ1
09とは自己整合的に接続される。また、本実施例にお
いては不活性ガスを用いてエッチングしたので、キャパ
シタの電極となる膜111のうち第2層間絶縁膜108
上の部位はエッチングされた後誘電体110の側壁に再
付着する。したがって、キャパシタの電極となる膜11
1の付きまわりが悪く、誘電体110の側壁部に十分に
堆積されていなかったとしても、再付着によって補填さ
れるので、キャパシタの電極112、及び113は十分
な厚みをもって形成することができる。また、この時誘
電体110を、図1(e)や図1(f)に示すように、
閉曲線をもったパターンとしておけば、二つのキャパシ
タ電極112、及び113を分離する工程は必要ない。
図1(e)および図1(f)において115は一方の電
極と配線層とを接続する埋め込みプラグである。
(FIG. 1C) Next, the whole surface is etched by anisotropic etching. In this embodiment, the entire surface is etched by applying a beam in a direction perpendicular to the semiconductor substrate 101 by using ion beam etching using, for example, argon, which is an inert gas, as an ion source. Then, because of the anisotropic etching, the side walls of the dielectric 110 are not etched, and the electrodes 112 and 113 remain.
09 is connected in a self-aligned manner. In this embodiment, since the etching is performed using an inert gas, the second interlayer insulating film 108 of the film 111 serving as the electrode of the capacitor is formed.
The upper portions are redeposited on the sidewalls of the dielectric 110 after being etched. Therefore, the film 11 serving as the electrode of the capacitor
Even if the rotation of 1 is poor and not sufficiently deposited on the side wall of the dielectric 110, it is compensated by redeposition, so that the electrodes 112 and 113 of the capacitor can be formed with a sufficient thickness. At this time, as shown in FIG. 1E and FIG.
If a pattern having a closed curve is provided, a step of separating the two capacitor electrodes 112 and 113 is not required.
In FIG. 1E and FIG. 1F, reference numeral 115 denotes a buried plug for connecting one electrode to a wiring layer.

【0015】(図1(d))最後にパッシベーション1
14として例えば窒化シリコン(SiNx)をCVD法によ
り1μm形成する。
(FIG. 1D) Finally, passivation 1
As 14, for example, silicon nitride (SiN x ) is formed to a thickness of 1 μm by a CVD method.

【0016】以上をもって本発明の第1の実施例とす
る。
The above is a first embodiment of the present invention.

【0017】このように、キャパシタの誘電体111を
半導体基板101に垂直に形成し、その両側に二つの電
極を形成すれば、図5の従来の技術で示したような、半
導体基板に平行に配置した場合と比較して、同一の電極
面積、同一の電極間隔を取った場合、キャパシタの占有
面積を小さくすることができる。本実施例では、誘電体
107の高さを2μmとしたが、更に高くすることによ
って、キャパシタの占有面積を大きくすることなく、キ
ャパシタの容量を大きくすることができる。また、キャ
パシタの電極112と113を同時に、しかもフォトリ
ソグラフィ工程を必要とせずに形成するので、工程数を
削減することができ、また、電極と誘電体111との界
面状態は対称的であり、電極にかける電圧の方向によ
る、分極、誘電率、誘電正接等のキャパシタ特性に差異
はなかった。
As described above, if the dielectric 111 of the capacitor is formed perpendicular to the semiconductor substrate 101 and two electrodes are formed on both sides thereof, the dielectric 111 can be formed parallel to the semiconductor substrate as shown in the prior art of FIG. When the same electrode area and the same electrode interval are used, the occupied area of the capacitor can be reduced as compared with the case where the capacitors are arranged. In this embodiment, the height of the dielectric 107 is set to 2 μm. However, by further increasing the height, the capacitance of the capacitor can be increased without increasing the area occupied by the capacitor. Further, since the electrodes 112 and 113 of the capacitor are formed simultaneously and without the need for a photolithography step, the number of steps can be reduced, and the interface state between the electrode and the dielectric 111 is symmetrical. There was no difference in capacitor characteristics such as polarization, dielectric constant, and dielectric tangent depending on the direction of the voltage applied to the electrodes.

【0018】図2は本発明による半導体装置の第2の実
施例を示す主要断面図である。図2にしたがい、本発明
の第2の実施例について説明する。ここでも説明の都合
上シリコン基板を用い、Nチャンネルトランジスタを用
いた例につき説明する。
FIG. 2 is a main sectional view showing a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention. A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, for convenience of description, an example in which a silicon substrate is used and an N-channel transistor is used will be described.

【0019】201はP型シリコン基板であり、例えば
20Ω・cmの比抵抗のウェハを用いる。202は素子
分離用の絶縁膜であり、例えば、従来技術であるLOC
OS法により二酸化シリコン(SiO2)膜を6000Å形
成する。203はトランジスタのソースとなるN型拡散
層であり、例えばリンを80keV5×1015cmー2
オン注入することによって形成する。204はドレイン
となるN型拡散層であり、203と同時に形成する。2
05はゲート電極であり、例えばリンでドープされたポ
リシリコンを用いる。206は第1層間絶縁膜であり、
例えばCVD法によりリンガラスを4000Å形成す
る。
Reference numeral 201 denotes a P-type silicon substrate, for example, a wafer having a specific resistance of 20 Ω · cm. Reference numeral 202 denotes an insulating film for element isolation.
A silicon dioxide (SiO 2 ) film is formed at 6000 ° by the OS method. 203 is an N-type diffusion layer serving as the source of the transistor, for example, is formed by phosphorus 80keV5 × 10 15 cm -2 ion implantation. Reference numeral 204 denotes an N-type diffusion layer serving as a drain, which is formed simultaneously with 203. 2
A gate electrode 05 uses, for example, polysilicon doped with phosphorus. 206 is a first interlayer insulating film,
For example, phosphor glass is formed at a thickness of 4000 ° by a CVD method.

【0020】207は本発明の趣旨によるキャパシタの
誘電体であり、例えば高誘電率のチタン酸ストロンチウ
ム(SrTiO3)を幅0.5μm、高さ2μmに形成する。
208及び209は本発明の趣旨によるキャパシタの電
極であり、例えば白金を2000Åスパッタした後、従
来のフォト・リソグラフィ技術によって208と209
を所望のパターンに形成する。
Reference numeral 207 denotes a dielectric of the capacitor according to the gist of the present invention. For example, strontium titanate (SrTiO 3 ) having a high dielectric constant is formed in a width of 0.5 μm and a height of 2 μm.
Reference numerals 208 and 209 denote electrodes of the capacitor according to the present invention. For example, after sputtering platinum at 2000 °, 208 and 209 are formed by a conventional photolithography technique.
Is formed in a desired pattern.

【0021】210は第2の層間絶縁膜であり、例え
ば、CVD法によって、二酸化シリコンを2000Å形
成する。211は配線電極であり、例えばアルミニウム
を5000Åスパッタする。
Reference numeral 210 denotes a second interlayer insulating film, which is formed by, for example, 2000 nm of silicon dioxide by a CVD method. 211 is a wiring electrode, for example, aluminum is sputtered at 5000 °.

【0022】以上をもって、本発明の第2の実施例とす
る。
The above is a second embodiment of the present invention.

【0023】このように、キャパシタの誘電体207を
半導体基板201に垂直に形成し、その両側に二つの電
極を形成すれば、図5の従来の技術で示したような、半
導体基板に平行に配置した場合と比較して、同一の電極
面積、同一の電極間隔を取った場合、キャパシタの占有
面積を小さくすることができる。本実施例では、誘電体
207の高さを2μmとしたが、更に高くすることによ
って、キャパシタの占有面積を大きくすることなく、キ
ャパシタの容量を大きくすることができる。また、キャ
パシタの電極208と209を同時に形成するので、電
極と誘電体207との界面状態は対称的であり、電極に
かける電圧の方向による、分極、誘電率、誘電正接等の
キャパシタ特性に差異はなかった。
As described above, when the dielectric 207 of the capacitor is formed perpendicular to the semiconductor substrate 201 and two electrodes are formed on both sides thereof, the dielectric 207 is formed in parallel with the semiconductor substrate as shown in the prior art of FIG. When the same electrode area and the same electrode interval are used, the occupied area of the capacitor can be reduced as compared with the case where the capacitors are arranged. In this embodiment, the height of the dielectric 207 is set to 2 μm. However, by increasing the height, the capacitance of the capacitor can be increased without increasing the area occupied by the capacitor. Since the electrodes 208 and 209 of the capacitor are formed at the same time, the interface state between the electrode and the dielectric 207 is symmetrical, and there are differences in the capacitor characteristics such as polarization, dielectric constant, and dielectric tangent depending on the direction of the voltage applied to the electrodes. There was no.

【0024】図3(a)〜(d)は本発明による半導体
装置の製造方法の実施例(以下、第3の実施例とす
る。)を示す主要工程断面図である。図3にしたがい、
本発明の第3の実施例について説明する。ここでも説明
の都合上シリコン基板を用い、Nチャンネルトランジス
タを用いた例につき説明する。
FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views showing main steps of an embodiment (hereinafter, referred to as a third embodiment) of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention. According to FIG.
A third embodiment of the present invention will be described. Here, for convenience of description, an example in which a silicon substrate is used and an N-channel transistor is used will be described.

【0025】(図3(a))301はP型シリコン基板
であり、例えば20Ω・cmの比抵抗のウェハを用い
る。302は素子分離用の絶縁膜であり、例えば、従来
技術であるLOCOS法により二酸化シリコン膜を60
00Å形成する。303はトランジスタのソースとなる
N型拡散層であり、例えばリンを80keV、5×10
15cmー2イオン注入することによって形成する。304
はドレインとなるN型拡散層であり、303と同時に形
成する。305はゲート電極であり、例えばリンでドー
プされたポリシリコンを用いる。306は第1層間絶縁
膜であり、例えばCVD法によりリンガラスを4000
Å形成する。
(FIG. 3A) 301 is a P-type silicon substrate, for example, a wafer having a specific resistance of 20 Ω · cm. Reference numeral 302 denotes an insulating film for element isolation. For example, a silicon dioxide film is formed by a conventional LOCOS method.
00 ° is formed. Reference numeral 303 denotes an N-type diffusion layer serving as a source of the transistor.
It is formed by ion implantation of 15 cm -2 . 304
Is an N-type diffusion layer serving as a drain, which is formed simultaneously with 303. A gate electrode 305 is made of, for example, phosphorus-doped polysilicon. Reference numeral 306 denotes a first interlayer insulating film.
Å Form.

【0026】(図3(b))次に、キャパシタの電極と
して、例えば白金をスパッタ法により3μm形成し、フ
ォトリソグラフィ技術によって、所望のパターンに形成
する。
(FIG. 3B) Next, for example, platinum is formed to 3 μm as an electrode of the capacitor by a sputtering method, and is formed into a desired pattern by a photolithography technique.

【0027】この時、電極307と308との間の距離
がキャパシタの電極間隔となるので、キャパシタ容量を
大きくするにはなるべく小さくすることが望ましい。本
実施例においては、電極307と308との間隔を1μ
mとした。また、電極307および308の膜厚がキャ
パシタの容量に寄与する面の一辺となるので、なるべく
厚くすることが望ましい。
At this time, since the distance between the electrodes 307 and 308 is the distance between the electrodes of the capacitor, it is desirable to reduce the capacitance as much as possible. In this embodiment, the distance between the electrodes 307 and 308 is 1 μm.
m. Further, since the thickness of the electrodes 307 and 308 is one side of the surface that contributes to the capacitance of the capacitor, it is desirable that the thickness be as large as possible.

【0028】(図3(c))次に、誘電体309とし
て、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Ti0.6Zr0.4)O3
をゾル−ゲル法により形成する。この時、電極307と
308との狭い隙間に誘電体309を充填する必要があ
るので、誘電体309の形成方法としては、ゾル−ゲル
法やCVD法等によることが望ましい。その後、誘電体
309を600℃で焼結し、フォトリソグラフィ技術を
用いて、所望のパターンに形成する。フォトリソグラフ
ィを用いずに、全面エッチバックによって電極307及
び308との隙間にのみ、誘電体309を残すことも可
能である。
(FIG. 3C) Next, as the dielectric 309, for example, lead zirconate titanate (Pb (Ti 0.6 Zr 0.4 ) O 3 )
Is formed by a sol-gel method. At this time, it is necessary to fill the narrow gap between the electrodes 307 and 308 with the dielectric 309. Therefore, the dielectric 309 is preferably formed by a sol-gel method, a CVD method, or the like. Thereafter, the dielectric 309 is sintered at 600 ° C., and is formed into a desired pattern by using a photolithography technique. Without using photolithography, the dielectric 309 can be left only in the gap between the electrodes 307 and 308 by etch back on the entire surface.

【0029】(図3(d))次に、第2の層間絶縁膜3
10として、例えば二酸化シリコンをCVD法により2
000Å形成し、必要な箇所に開孔する。その後、配線
電極311として例えばアルミニウムを1μm形成し、
所望のパターンに形成する。
(FIG. 3D) Next, the second interlayer insulating film 3
For example, as silicon dioxide, 2
000mm, and holes are drilled where needed. Then, for example, aluminum is formed as the wiring electrode 311 by 1 μm,
Form into a desired pattern.

【0030】以上をもって、本発明の第3の実施例とす
る。
The above is the third embodiment of the present invention.

【0031】このように、電極307と308を同時に
形成することによって、キャパシタに必要な二つの電極
を、一度のフォトリソグラフィによって形成することが
できるので、製造工程を短縮することができる。また、
電極307と308を形成した後に誘電体309を形成
するので、誘電体309の配向性を、電極の配向性によ
って制御することが可能である。
As described above, by forming the electrodes 307 and 308 at the same time, the two electrodes required for the capacitor can be formed by one photolithography, so that the manufacturing process can be shortened. Also,
Since the dielectric 309 is formed after the electrodes 307 and 308 are formed, the orientation of the dielectric 309 can be controlled by the orientation of the electrodes.

【0032】図4は本発明による半導体装置の実施例
(以下、第4の実施例とする。)を示す主要断面図であ
る。図4にしたがい、本発明の第4の実施例について説
明する。ここでも説明の都合上シリコン基板を用い、N
チャンネルトランジスタを用いた例につき説明する。
FIG. 4 is a main sectional view showing an embodiment (hereinafter, referred to as a fourth embodiment) of a semiconductor device according to the present invention. Referring to FIG. 4, a fourth embodiment of the present invention will be described. Again, for convenience of explanation, a silicon substrate is used and N
An example using a channel transistor will be described.

【0033】401はP型シリコン基板であり、例えば
20Ω・cmの比抵抗のウェハを用いる。402は素子
分離用の絶縁膜であり、例えば、従来技術であるLOC
OS法により二酸化シリコン膜を6000Å形成する。
403はトランジスタのソースとなるN型拡散層であ
り、例えばリンを80keV5×1015cmー2イオン注
入することによって形成する。404はドレインとなる
N型拡散層であり、403と同時に形成する。405は
ゲート電極であり、例えばリンでドープされたポリシリ
コンを用いる。406は第1層間絶縁膜であり、例えば
CVD法によりリンガラスを4000Å形成する。40
7は配線電極であり、例えばタングステンを5000Å
スパッタする。408は第2層間絶縁膜であり、例えば
CVD法により二酸化シリコンを8000Å形成する。
この時、スピン・オン・グラス等を併用して十分に平坦
化することが望ましい。409はスルーホールの埋め込
みプラグであり、例えばタングステンをCVD法によっ
て形成する。
Reference numeral 401 denotes a P-type silicon substrate, for example, a wafer having a specific resistance of 20 Ω · cm. Reference numeral 402 denotes an insulating film for element isolation.
A silicon dioxide film is formed to a thickness of 6000.degree. By the OS method.
403 is an N-type diffusion layer serving as the source of the transistor, for example, is formed by phosphorus 80keV5 × 10 15 cm -2 ion implantation. Reference numeral 404 denotes an N-type diffusion layer serving as a drain, which is formed simultaneously with 403. A gate electrode 405 uses, for example, polysilicon doped with phosphorus. Reference numeral 406 denotes a first interlayer insulating film, which is formed, for example, of a phosphor glass of 4000 .ANG. By a CVD method. 40
Reference numeral 7 denotes a wiring electrode, for example, tungsten of 5000
Sputter. Reference numeral 408 denotes a second interlayer insulating film, which is formed of, for example, silicon dioxide at 8000 ° by a CVD method.
At this time, it is desirable to sufficiently planarize using a combination of spin-on-glass and the like. Reference numeral 409 denotes a plug for burying a through hole, for example, tungsten is formed by a CVD method.

【0034】410及び411は本発明の趣旨による、
キャパシタの二つの電極であり、例えば白金をスパッタ
法により4μm形成した後、410及び411を同時
に、所望のパターンに形成する。412は本発明の趣旨
によるキャパシタの誘電体であり、例えばチタン酸ジル
コン酸鉛(Pb(Ti0.6Zr0.4)O3)をゾル−ゲル法により形
成し、500℃で焼結する。
410 and 411 are according to the gist of the present invention.
These are two electrodes of a capacitor. For example, after forming platinum of 4 μm by sputtering, 410 and 411 are simultaneously formed in a desired pattern. 412 is a dielectric capacitor according to the spirit of the present invention, for example, lead zirconate titanate (Pb (Ti 0.6 Zr 0.4) O 3) sol - forming gel method, sintering at 500 ° C..

【0035】以上をもって本発明の第4の実施例とす
る。
The above is the fourth embodiment of the present invention.

【0036】このように、誘電体412のキャパシタン
スに寄与する部分を半導体基板401に垂直に形成した
ことによって、第1の実施例と同様に、キャパシタの占
有面積を小さくすることができる。またさらに、誘電体
412をキャパシタ部分だけでなく素子全体を覆うよう
に形成したことによって、パッシベーションとしての効
果が得られるので、パッシベーション形成にともなう工
程を削減することができる。
As described above, since the portion of the dielectric 412 that contributes to the capacitance is formed perpendicular to the semiconductor substrate 401, the area occupied by the capacitor can be reduced as in the first embodiment. Furthermore, since the dielectric 412 is formed so as to cover not only the capacitor portion but also the entire device, an effect as passivation can be obtained, so that the steps involved in passivation formation can be reduced.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明によれば、キャパシタの誘電体の
キャパシタンスに寄与する面を、半導体基板と垂直とし
たことにより、キャパシタの占有面積を小さくできると
いう効果を有する。
According to the present invention, the surface of the capacitor that contributes to the capacitance of the dielectric is perpendicular to the semiconductor substrate, so that the area occupied by the capacitor can be reduced.

【0038】また、本発明によれば、キャパシタの二つ
の電極を、誘電体形成の前に、しかも同時に形成したこ
とにより、キャパシタ形成に関する工程増を抑制でき、
また、誘電体の結晶配向性を電極の配向性によって制御
することができ、さらに、キャパシタの誘電率などの特
性の印加電圧の方向による差異、すなわち非対称性を無
くすことができるという効果を有する。
Further, according to the present invention, since the two electrodes of the capacitor are formed before and at the same time as the formation of the dielectric, an increase in the number of steps related to the formation of the capacitor can be suppressed.
In addition, the crystal orientation of the dielectric can be controlled by the orientation of the electrodes, and furthermore, there is an effect that differences in characteristics such as the dielectric constant of the capacitor depending on the direction of the applied voltage, that is, asymmetry can be eliminated.

【0039】また、本発明によれば、キャパシタの誘電
体の一部をパッシベーションとしたことにより、工程数
の削減を図ることができるという効果を有する。
Further, according to the present invention, the passivation of a part of the dielectric of the capacitor has an effect that the number of steps can be reduced.

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

【図1】 本発明の第1の実施例の半導体装置の、主要
工程断面図、及び平面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view of main steps of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2の実施例の半導体装置の、主要
断面図。
FIG. 2 is a main cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第3の実施例の半導体装置の製造方
法の、主要工程断面図。
FIG. 3 is a sectional view of a main step in a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第4の実施例の半導体装置の、主要
断面図。
FIG. 4 is a main cross-sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】 従来の技術による、半導体装置の主要断面
図。
FIG. 5 is a main cross-sectional view of a semiconductor device according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 半導体基板 102 素子分離膜 103 ソース領域 104 ドレイン領域 105 ゲート電極 106 第1層間絶縁膜 107 配線電極 108 第2層間絶縁膜 109 埋め込みプラグ 110 誘電体 111 キャパシタ電極となる膜 112 キャパシタ電極 113 キャパシタ電極 114 パッシベーション 115 埋め込みプラグ 201 半導体基板 202 素子分離膜 203 ソース領域 204 ドレイン領域 205 ゲート電極 206 第1層間絶縁膜 207 誘電体 208 キャパシタ電極 209 キャパシタ電極 210 第2層間絶縁膜 211 配線電極 301 半導体基板 302 素子分離膜 303 ソース領域 304 ドレイン領域 305 ゲート電極 306 第1層間絶縁膜 307 キャパシタ電極 308 キャパシタ電極 309 誘電体 310 第2層間絶縁膜 311 配線電極 401 半導体基板 402 素子分離膜 403 ソース領域 404 ドレイン領域 405 ゲート電極 406 第1層間絶縁膜 407 配線電極 408 第2層間絶縁膜 409 埋め込みプラグ 410 キャパシタ電極 411 キャパシタ電極 412 誘電体 501 半導体基板 502 素子分離膜 503 ソース領域 504 ドレイン領域 505 ゲート電極 506 第1層間絶縁膜 507 強誘電体膜 508 下部電極 509 上部電極 510 第2層間絶縁膜 511 配線電極 Reference Signs List 101 semiconductor substrate 102 element isolation film 103 source region 104 drain region 105 gate electrode 106 first interlayer insulating film 107 wiring electrode 108 second interlayer insulating film 109 buried plug 110 dielectric 111 film to be a capacitor electrode 112 capacitor electrode 113 capacitor electrode 114 Passivation 115 buried plug 201 semiconductor substrate 202 element isolation film 203 source region 204 drain region 205 gate electrode 206 first interlayer insulating film 207 dielectric 208 capacitor electrode 209 capacitor electrode 210 second interlayer insulating film 211 wiring electrode 301 semiconductor substrate 302 element isolation Film 303 source region 304 drain region 305 gate electrode 306 first interlayer insulating film 307 capacitor electrode 308 capacitor electrode 309 dielectric 310 second interlayer insulating film 311 wiring electrode 401 semiconductor substrate 402 element isolation film 403 source region 404 drain region 405 gate electrode 406 first interlayer insulating film 407 wiring electrode 408 second interlayer insulating film 409 buried plug 410 capacitor electrode 411 capacitor electrode 412 Dielectric 501 Semiconductor substrate 502 Element isolation film 503 Source region 504 Drain region 505 Gate electrode 506 First interlayer insulating film 507 Ferroelectric film 508 Lower electrode 509 Upper electrode 510 Second interlayer insulating film 511 Wiring electrode

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8242 H01L 21/822 H01L 27/04 H01L 27/108 Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8242 H01L 21/822 H01L 27/04 H01L 27/108

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一対の電極及び該一対の電極によって挟
まれた強誘電体を有するキャパシタが能動素子の形成さ
れた半導体基板上に集積された半導体装置の製造方法に
おいて、 半導体基板上に能動素子を形成する工程と、 前記能動素子の上方に層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜の所望の領域に第1のコンタクトホール
および第2のコンタクトホールを形成する工程と、 前記第1のコンタクトホール内に第1の埋め込みプラグ
を形成し、前記第2のコンタクトホール内に第2の埋め
込みプラグを形成する工程と、 前記第1の埋め込みプラグに電気的接続を有する第1の
電極を形成し、前記第2の埋め込みプラグに電気的接続
を有する第2の電極を形成する工程と、 前記第1の電極と前記第2の電極の間に強誘電体が挟ま
れるように該強誘電体を形成する工程とを有し、 前記第1および第2の埋め込みプラグを形成する工程及
び前記第1および第2の電極を形成する工程が、前記強
誘電体を形成する工程より前にのみ行われることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device in which a pair of electrodes and a capacitor having a ferroelectric material sandwiched between the pair of electrodes are integrated on a semiconductor substrate on which an active element is formed. Forming an interlayer insulating film above the active element; and forming a first contact hole in a desired region of the interlayer insulating film.
Forming a second contact hole and a first buried plug in the first contact hole
Is formed, and a second filling is performed in the second contact hole.
Forming a first plug having an electrical connection with the first embedded plug.
Forming an electrode and electrically connecting to the second embedded plug
Forming a second electrode having: a ferroelectric material between the first electrode and the second electrode;
Forming the ferroelectric so that the ferroelectric is formed, wherein the step of forming the first and second embedded plugs and the step of forming the first and second electrodes form the ferroelectric. A method of manufacturing a semiconductor device, the method being performed only before the step of performing.
【請求項2】 前記第1および第2の電極を形成する工
では、前記電極となるべく薄膜を形成する工程、前記
薄膜をエッチングして前記第1および第2の電極を同時
に形成する工程を含むことを特徴とする請求項1記載の
半導体装置の製造方法。
2. A process for forming said first and second electrodes.
In extent, forming a possible thin film and the electrode, method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, characterized in that it comprises a step of forming the first and second electrodes by etching the thin film at the same time.
【請求項3】 請求項1または2記載の半導体装置の製
造方法によって形成された半導体装置。
3. The manufacturing of the semiconductor device according to claim 1.
A semiconductor device formed by a fabrication method.
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