JP3343055B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device

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JP3343055B2 JP18248197A JP18248197A JP3343055B2 JP 3343055 B2 JP3343055 B2 JP 3343055B2 JP 18248197 A JP18248197 A JP 18248197A JP 18248197 A JP18248197 A JP 18248197A JP 3343055 B2 JP3343055 B2 JP 3343055B2
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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、情報記憶用キャパ
シタの絶縁膜に複合酸化物膜を用いたメモリセルのアレ
イを有する半導体装置の製造方法およびそれにより製造
された半導体装置に係り、特にキャパシタ絶縁膜に強誘
電体を用いた強誘電体メモリセルのアレイを有する強誘
電体メモリ(FRAM)におけるセルトランジスタ・セ
ルキャパシタ間接続配線部、ビット線コンタクト部およ
びメモリセルの形成方法とその構造、ならびにキャパシ
タ絶縁膜に高誘電率誘電体を用いたダイナミック型メモ
リセルのアレイを有するダイナミック型ランダムアクセ
スメモリ(DRAM)におけるメモリセルの形成方法と
その構造に関するもので、FRAMあるいはDRAMを
含む半導体集積回路に適用されるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having an array of memory cells using a composite oxide film as an insulating film of an information storage capacitor, and a semiconductor device manufactured by the method. A method of forming a cell transistor / cell capacitor connection wiring portion, a bit line contact portion, and a memory cell in a ferroelectric memory (FRAM) having an array of ferroelectric memory cells using a ferroelectric material as an insulating film, and a structure thereof; Also, the present invention relates to a method and structure for forming a memory cell in a dynamic random access memory (DRAM) having an array of dynamic memory cells using a high dielectric constant dielectric for a capacitor insulating film, and a semiconductor integrated circuit including an FRAM or a DRAM. It is applied to.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、情報記憶用キャパシタの電極間絶
縁膜としてペロブスカイト構造あるいは層状ペロブスカ
イト構造の物質からなる強誘電体薄膜を用いた不揮発性
強誘電体メモリセル(FRAMセル)およびそのアレイ
を有するFRAMが注目を集めている。
2. Description of the Related Art In recent years, a nonvolatile ferroelectric memory cell (FRAM cell) using a ferroelectric thin film made of a material having a perovskite structure or a layered perovskite structure as an inter-electrode insulating film of an information storage capacitor and an array thereof have been provided. FRAM is attracting attention.

【0003】強誘電体膜は、電界が印加された時に一旦
発生した電気分極が上記電界が印加されなくなっても残
留し、上記電界とは反対方向の向きにある程度以上の強
さの電界が印加された時に分極の向きが反転する特性を
有している。
[0003] In the ferroelectric film, the electric polarization once generated when an electric field is applied remains even when the electric field is not applied, and an electric field of a certain strength or more is applied in a direction opposite to the electric field. It has the characteristic that the direction of polarization is reversed when it is performed.

【0004】この誘電体の分極の向きが反転する分極特
性に着目し、メモリセルの情報記憶用のキャパシタの絶
縁膜に強誘電体を用いてFRAMセルを実現する技術が
開発されている。
Focusing on the polarization characteristic of the dielectric material in which the direction of polarization is reversed, a technology for realizing an FRAM cell using a ferroelectric material as an insulating film of a capacitor for storing information of a memory cell has been developed.

【0005】このFRAMセルは、DRAMセルのキャ
パシタを強誘電体キャパシタに置き換えた構成になって
おり、スイッチ用のMOSトランジスタを介して強誘電
体キャパシタから分極反転あるいは非反転の際の電荷を
取りだす方式(データ破壊読み出し)を用いており、動
作電源をオフ状態にしてもメモリセルに書かれている記
憶データは失われない特徴がある。
This FRAM cell has a structure in which a capacitor of a DRAM cell is replaced with a ferroelectric capacitor, and takes charge from a ferroelectric capacitor via a switching MOS transistor at the time of polarization inversion or non-inversion. Method (data destructive reading) is used, and there is a feature that stored data written in a memory cell is not lost even when an operation power supply is turned off.

【0006】FRAMは、大容量メモリの代表であるD
RAMと比較すると、不揮発性であるためにデータ保持
にリフレッシュ動作が不要であって待機時の消費電力が
不要であるという特徴を持つ。また、他の不揮発性メモ
リであるフラッシュメモリと比較すると、データ書換え
回数が多く、かつデータ書き換え速度が著しく速いとい
う特徴を持つ。また、メモリーカード等に使用される電
池バックアップが必要なSRAMと比較しても、消費電
力が小さく、セル面積を大幅に小さくできるという特徴
を持つ。
[0006] FRAM is a type of large-capacity memory.
Compared with the RAM, the nonvolatile memory has a feature that a refresh operation is not required for data retention because of its non-volatility, and that power consumption during standby is unnecessary. In addition, as compared with a flash memory which is another nonvolatile memory, it has a feature that the number of times of data rewriting is large and the data rewriting speed is extremely high. In addition, as compared with an SRAM which requires a battery backup and is used for a memory card or the like, it has features that the power consumption is small and the cell area can be significantly reduced.

【0007】上記のような特徴を持つFRAMは、既存
のDRAM、フラッシュメモリ、SRAMとの置き換
え、ロジック混載デバイスへの適用等、その期待は大変
大きい。また、FRAMは、バッテリーレスで高速動作
が可能であるので、非接触カード(RF−ID:Radio
Frequency-Identification Data )への展開が始まりつ
つある。なお、FRAMのメモリセルの構造は、DRA
Mと同じように情報としての電荷容量を蓄積する蓄積容
量において常誘電体膜でなく強誘電体膜を用いる構造
と、MOSFETのゲート絶縁膜においてシリコン酸化
膜を強誘電体膜に置き換える構造との2種類に大別され
る。後者はSi界面に直接形成できる適当な強誘電体膜
が存在しないために実現性に乏しく、現在までは提案が
行なわれているのみであることから、通常はFRAMと
いうと前者の構造を指す。
[0007] The FRAM having the above characteristics is expected to be very large, for example, replacing existing DRAMs, flash memories, and SRAMs, and applying it to logic embedded devices. In addition, since FRAM can operate at high speed without a battery, a non-contact card (RF-ID: Radio-
Development to Frequency-Identification Data) is beginning. The structure of the memory cell of the FRAM is DRA
A structure using a ferroelectric film instead of a paraelectric film in a storage capacitor for storing a charge capacity as information in the same manner as M, and a structure in which a silicon oxide film is replaced with a ferroelectric film in a gate insulating film of a MOSFET. It is roughly divided into two types. The latter is poor in feasibility because there is no suitable ferroelectric film that can be directly formed on the Si interface, and since only proposals have been made so far, FRAM usually refers to the former structure.

【0008】また、FRAMセルには、図22に示すよ
うに、1つのトランジスタと1つの強誘電体キャパシタ
により構成される1トランジスタ・1キャパシタ(1T
/1Cと略す)型のものと、図24に示すように、2つ
のトランジスタと2つの強誘電体キャパシタにより構成
される2トランジスタ・2キャパシタ(2T/2Cと略
す)型のものがある。
As shown in FIG. 22, the FRAM cell has one transistor and one capacitor (1T) composed of one transistor and one ferroelectric capacitor.
24, and a two-transistor, two-capacitor (abbreviated as 2T / 2C) type composed of two transistors and two ferroelectric capacitors, as shown in FIG.

【0009】1T/1C構造は、DRAMと同等の高集
積化が可能という長所を持つが、各メモリセルの強誘電
体特性のばらつきおよび劣化のばらつきを抑えなければ
ならず、歩留りおよび素子信頼性を上げることが難しい
という短所を持つ。
The 1T / 1C structure has the advantage of being able to achieve high integration equivalent to that of a DRAM, but it is necessary to suppress variations in the ferroelectric characteristics of each memory cell and variations in deterioration, thereby increasing the yield and device reliability. Has the disadvantage that it is difficult to raise

【0010】2T/2C構造は、1T/1C構造の2倍
の面積を必要とする欠点があるが、特性マージンを大き
くとれるので、歩留りおよび素子信頼性を向上させるこ
とが容易である。
The 2T / 2C structure has a disadvantage that it requires twice the area of the 1T / 1C structure. However, since a large characteristic margin can be obtained, it is easy to improve the yield and the element reliability.

【0011】いずれの構造においても、下地絶縁膜上に
電極/強誘電体/電極のスタック構造を形成し、その上
層の酸化膜に開けたコンタクトホールを介してAlまた
はCu配線を施し、パッシベーション膜で保護する。
In either structure, an electrode / ferroelectric / electrode stack structure is formed on a base insulating film, and Al or Cu wiring is provided through a contact hole formed in an oxide film on the stack to form a passivation film. Protect with.

【0012】ところで、前記したようにFRAMセルは
高速・低消費電力動作が可能であり、高集積化の実現が
期待されており、メモリセル面積の縮小や強誘電体の劣
化の少ない製造プロセスの検討が必要となっている。ま
た、既存のFRAMデバイスを他のデバイスと混載する
場合や高集積化に不可欠となる多層配線技術は未だ確立
していない状況である。
By the way, as described above, the FRAM cell is capable of high-speed operation with low power consumption and is expected to achieve high integration. Therefore, the manufacturing process of the memory cell area is reduced and the ferroelectric material is hardly deteriorated. Consideration is needed. In addition, there is a situation where an existing FRAM device is mixed with other devices or a multilayer wiring technology indispensable for high integration has not been established yet.

【0013】FRAMデバイスを搭載した半導体集積回
路の多層配線化が難しい原因は、強誘電体材料が還元雰
囲気(特に水素雰囲気)に大変弱いことにある。既存の
LSI工程では、水素が混入するプロセスが殆んどであ
り、FRAMの製造上大きな問題となる。
The reason why it is difficult to form a multilayer wiring of a semiconductor integrated circuit on which an FRAM device is mounted is that the ferroelectric material is very weak to a reducing atmosphere (particularly a hydrogen atmosphere). Most of the existing LSI processes involve a process in which hydrogen is mixed, which is a major problem in the manufacture of FRAM.

【0014】水素が混入する工程の一例として、多層配
線構造におけるビアホールを埋める工程が挙げられる。
特に、アスペクト比が大きなビアホールを埋める方法と
しては、CVD法によるW埋め込みが主に用いられる
が、このWを埋め込む工程では水素基が多く発生するの
で、強誘電体に大きなダメージを与える。
An example of the step of mixing hydrogen is a step of filling a via hole in a multilayer wiring structure.
In particular, as a method of filling a via hole having a large aspect ratio, W filling by a CVD method is mainly used, but in the step of filling W, a large amount of hydrogen groups are generated, so that the ferroelectric is seriously damaged.

【0015】以下、上記の問題について具体的に詳細に
説明する。
Hereinafter, the above problem will be described in detail.

【0016】従来、強誘電体メモリセルの構造として、
(1)ビット線の下層に強誘電体キャパシタを配置した
ビット線後作り構造、(2)強誘電体キャパシタの下層
にビット線を配置したビット線先作り構造がある。
Conventionally, as a structure of a ferroelectric memory cell,
There are (1) a post-bit line fabrication structure in which a ferroelectric capacitor is arranged below a bit line, and (2) a bit line pre-fabrication structure in which a bit line is arranged below a ferroelectric capacitor.

【0017】前記ビット線後作り構造の強誘電体メモリ
セルを製造する場合には、パストランジスタ(スイッチ
用のMOSトランジスタ)の上層に強誘電体キャパシタ
を配置し、その下部電極とパストランジスタとをポリシ
リコンプラグで接続した後、強誘電体キャパシタ上にビ
ット線を形成する。
In the case of manufacturing a ferroelectric memory cell having a bit line post-fabrication structure, a ferroelectric capacitor is arranged above a pass transistor (a MOS transistor for a switch), and the lower electrode and the pass transistor are connected to each other. After connection with a polysilicon plug, a bit line is formed on the ferroelectric capacitor.

【0018】前記強誘電体キャパシタを形成する際、ポ
リシリコンプラグ上に通常はPt(プラチナ)を用いて
強誘電体キャパシタの下部電極を形成した後に強誘電体
薄膜を成膜するが、上記強誘電体薄膜を成膜して結晶化
を行う際、高温の酸素アニールが必要となる。
When the ferroelectric capacitor is formed, a lower electrode of the ferroelectric capacitor is usually formed on a polysilicon plug using Pt (platinum), and then a ferroelectric thin film is formed. When crystallization is performed by forming a dielectric thin film, high-temperature oxygen annealing is required.

【0019】ここで、強誘電体材料としてPZT(チタ
ン酸ジルコン酸鉛)を使用する場合、酸化が不十分な場
合にPZT中のPbが拡散することに起因する欠陥の発
生によってキャパシタ特性の劣化が起きる。これを避け
るために十分な酸化を行うために必要な酸素アニール温
度は通常は600℃〜700℃である。
Here, when PZT (lead zirconate titanate) is used as the ferroelectric material, when the oxidation is insufficient, the deterioration of the capacitor characteristics is caused by the generation of defects caused by the diffusion of Pb in the PZT. Happens. In order to avoid this, the oxygen annealing temperature required for performing sufficient oxidation is usually 600 ° C. to 700 ° C.

【0020】また、強誘電体材料としてSBT(ストロ
ンチウム・ビスマス・タンタレイト)等のビスマス層状
化合物を使用する場合には、必要な酸素アニール温度は
通常は〜800℃の高温である。
When a bismuth layered compound such as SBT (strontium bismuth tantalate) is used as the ferroelectric material, the necessary oxygen annealing temperature is usually as high as 800 ° C.

【0021】しかし、上記したような高温の酸素アニー
ル時に、前記Ptを用いた下部電極がポリシリコンプラ
グと反応してシリサイド化する、あるいは、ポリシリコ
ンプラグが酸化するといった問題が生じる。
However, at the time of the above-described high-temperature oxygen annealing, there arises a problem that the lower electrode using Pt reacts with the polysilicon plug to form silicide, or the polysilicon plug is oxidized.

【0022】一方、前記ビット線先作り構造の強誘電体
メモリセルを製造する場合には、パストランジスタの上
層にビット線を形成し、ビット線の上層に強誘電体キャ
パシタを形成する。
On the other hand, when manufacturing a ferroelectric memory cell having the bit line pre-formed structure, a bit line is formed above the pass transistor, and a ferroelectric capacitor is formed above the bit line.

【0023】この際、強誘電体キャパシタの下部電極
(例えばPt)とパストランジスタとをポリシリコンプ
ラグで接続する場合には前記したビット線後作り構造と
同様の問題が生じる。
At this time, when the lower electrode (for example, Pt) of the ferroelectric capacitor and the pass transistor are connected by a polysilicon plug, the same problem as in the above-described post-bit line structure occurs.

【0024】これに対して、強誘電体キャパシタの上部
電極とパストランジスタを埋め込み配線からなる局所電
極配線で直接に接続する上部電極接続構造が提案されて
いる。この構造は、強誘電体キャパシタのパターンレイ
アウトの自由度が比較的高いという特長があり、強誘電
体キャパシタをパストランジスタ領域上および素子分離
領域上の両方に配置することにより細密構造を実現する
ことが可能である。
On the other hand, there has been proposed an upper electrode connection structure in which an upper electrode of a ferroelectric capacitor and a pass transistor are directly connected by a local electrode wiring composed of a buried wiring. This structure has the feature that the pattern layout of the ferroelectric capacitor has a relatively high degree of freedom. By arranging the ferroelectric capacitor on both the pass transistor region and the element isolation region, a fine structure can be realized. Is possible.

【0025】上記ビット線先作り・上部電極接続構造を
実現する際、強誘電体キャパシタの下部電極(プレート
電極)から上部電極までを形成した後、キャパシタ保護
膜を堆積する。この後、上部電極とパストランジスタと
を直接に接続するための局所電極配線を形成するため
に、キャパシタ保護膜に上部電極とのコンタクト部およ
びパストランジスタの活性層とのコンタクト部を開口
し、配線膜を堆積した後にパターニングする。
To realize the above-mentioned bit line tip forming / upper electrode connection structure, a capacitor protective film is deposited after forming from the lower electrode (plate electrode) to the upper electrode of the ferroelectric capacitor. Thereafter, in order to form a local electrode wiring for directly connecting the upper electrode and the pass transistor, a contact portion with the upper electrode and a contact portion with the active layer of the pass transistor are opened in the capacitor protective film, and the wiring is formed. After depositing the film, patterning is performed.

【0026】上記ビット線先作り・上部電極接続構造を
実現する場合には、前記したように強誘電体キャパシタ
の下部電極(例えばPt)とパストランジスタとをポリ
シリコンプラグで接続する場合に下部電極がポリシリコ
ンプラグと反応してシリサイド化するといった問題は生
じない。
In order to realize the above-mentioned bit line tip forming / upper electrode connection structure, as described above, when the lower electrode (for example, Pt) of the ferroelectric capacitor and the pass transistor are connected by a polysilicon plug, the lower electrode is connected. Does not react with the polysilicon plug to form a silicide.

【0027】しかし、微細化に伴うアスペクト比やステ
ップカバレージの点で、前記したように上部電極とパス
トランジスタとを直接に接続するための局所電極配線を
形成することは困難になる。
However, it is difficult to form the local electrode wiring for directly connecting the upper electrode and the pass transistor as described above in view of aspect ratio and step coverage accompanying miniaturization.

【0028】また、強誘電体材料としてPZTやBST
を用いた場合、強誘電体薄膜成膜後における電極配線形
成の際に行う諸々のCVD(化学気相成長)工程での還
元性雰囲気が問題となり、強誘電体材料が還元反応によ
って特性劣化を生じるという問題がある。
Further, PZT or BST is used as a ferroelectric material.
When using, a reducing atmosphere in various CVD (Chemical Vapor Deposition) processes performed when forming an electrode wiring after forming a ferroelectric thin film becomes a problem, and the ferroelectric material deteriorates its characteristics due to a reduction reaction. There is a problem that arises.

【0029】つまり、上部電極とパストランジスタとを
接続するための局所電極配線を形成する際に、DRAM
で用いられているようなメタルCVD装置を用いた強い
還元性雰囲気(水素系のガス)中でのW(タングステ
ン)成膜によるWプラグの埋め込みを行おうとすると、
強誘電体キャパシタの特性(残留分極量等の電気的特
性)の劣化を引き起こすので、使用できない。
That is, when forming a local electrode wiring for connecting an upper electrode and a pass transistor, a DRAM is used.
Attempts to embed a W plug by W (tungsten) film formation in a strong reducing atmosphere (hydrogen-based gas) using a metal CVD apparatus as used in
Since the characteristics (electrical characteristics such as residual polarization) of the ferroelectric capacitor are deteriorated, the capacitor cannot be used.

【0030】これに対して、上部電極とパストランジス
タとを接続するための局所電極配線を形成する際に、M
O(Metal Organic )CVDを用いてアルミ配線膜の成
膜を行うとしても、還元性雰囲気が皆無とはいえない
(ソース物質を含め水素基成分を完全には除去できな
い)ので、やはり強誘電体キャパシタの特性劣化を引き
起こす。
On the other hand, when forming a local electrode wiring for connecting the upper electrode and the pass transistor, M
Even if an aluminum wiring film is formed using O (Metal Organic) CVD, it cannot be said that there is no reducing atmosphere (the hydrogen-based component including the source material cannot be completely removed). This causes deterioration of the characteristics of the capacitor.

【0031】さらに、前記強誘電体材料としてPZTや
BSTを用いた場合、強誘電体キャパシタの電極材料と
してPt、Ir、Ir酸化物(IrO2 )、Ru、Ru
酸化物(RuO2 )、LSCO、SROなどの貴金属あ
るいは導電性酸化物が用いられる。
Further, when PZT or BST is used as the ferroelectric material, Pt, Ir, Ir oxide (IrO 2 ), Ru, Ru are used as the electrode material of the ferroelectric capacitor.
A noble metal such as an oxide (RuO 2 ), LSCO, or SRO or a conductive oxide is used.

【0032】しかし、これらの材料を、RIE(反応性
イオンエッチング)、イオンミリング、ECR等によっ
て0.5μm程度のサブミクロンレベルで微細加工する
ことはかなり難しく、特にPtは非常に難しく、強誘電
体キャパシタの微細化が容易ではない。然るに、高集積
の強誘電体メモリの設計に際して、強誘電体メモリセル
の微細化は不可欠であり、メモリセルの微細化のために
は強誘電体キャパシタの上部電極の微細化が重要課題で
ある。
However, it is very difficult to finely process these materials at a submicron level of about 0.5 μm by RIE (reactive ion etching), ion milling, ECR, etc. It is not easy to miniaturize the body capacitor. However, when designing a highly integrated ferroelectric memory, miniaturization of the ferroelectric memory cell is indispensable, and miniaturization of the upper electrode of the ferroelectric capacitor is an important issue for miniaturization of the memory cell. .

【0033】一方、メモリの集積度は年々向上している
が、寸法は小さくなっても電荷を蓄積する誘電体キャパ
シタの電気容量は約30fF以上に保たなければならな
い。そのためには、キャパシタの有効面積を大きくする
か、誘電体膜の厚さを薄くするか、誘電体材料の誘電率
を大きくするかしなければならない。これまでのDRA
M技術では、主に前二者の改良により、キャパシタの立
体化と薄膜化が検討されてきた。しかし、従来からのS
iO2 系の誘電体膜では、その立体化と薄膜化が限界に
達しつつあり、比誘電率の大きな誘電体の薄膜を堆積さ
せる技術が必要になってきた。
On the other hand, although the degree of integration of memories is improving year by year, the electric capacitance of a dielectric capacitor for storing electric charges must be maintained at about 30 fF or more even when the size is reduced. To this end, the effective area of the capacitor must be increased, the thickness of the dielectric film must be reduced, or the dielectric constant of the dielectric material must be increased. Previous DRA
In the M technology, three-dimensional and thinner capacitors have been studied mainly by the former two improvements. However, the conventional S
In the case of iO 2 -based dielectric films, their three-dimensionality and thinning are reaching their limits, and a technique for depositing a dielectric thin film having a large relative dielectric constant has become necessary.

【0034】ところで、前記したようなFRAMに使わ
れようとしている電極/強誘電体/電極のスタック構造
あるいはDRAMに使われようとしている電極/高誘電
率誘電体/電極のスタック構造のキャパシタを製造する
際、電極材料としては、前記したようにPt、Ir、R
u、IrO2 、RuO2 、LSCO、SROなどの貴金
属あるいは導電性酸化物が用いられる。
By the way, a capacitor having the electrode / ferroelectric / electrode stack structure to be used in the FRAM or the electrode / high dielectric constant dielectric / electrode stack structure to be used in the DRAM is manufactured. In this case, as described above, Pt, Ir, R
Noble metals or conductive oxides such as u, IrO 2 , RuO 2 , LSCO and SRO are used.

【0035】FRAMセルキャパシタの強誘電体として
は、前記したようにPZT(Pb(Zr,Ti)
3 )、SBT(SrBi2 Ta2 9 )、BIT(B
4 Ti3 12)等のペロブスカイト構造を含む酸化物
あるいはそれらの一部を置換元素に置換した酸化物が用
いられる。DRAMセルキャパシタの高誘電率誘電体と
してはBST((Ba,Sr)TiO3 )等が用いられ
る。
As described above, the ferroelectric material of the FRAM cell capacitor is PZT (Pb (Zr, Ti)
O 3 ), SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ), BIT (B
An oxide having a perovskite structure such as i 4 Ti 3 O 12 ) or an oxide in which a part thereof is substituted with a substitution element is used. BST ((Ba, Sr) TiO 3 ) or the like is used as a high dielectric constant dielectric of the DRAM cell capacitor.

【0036】これらの強誘電体あるいは高誘電率誘電体
の成膜方法としては、スパッタ、レーザアブレーショ
ン、CVD(Chemical Vapor Deposition )、MOD
(Metallo-Organic Decomposition )またはゾルゲル
(Sol-gel )法などのスピンコート、さらには、霧状の
MOD原料をキャリアガスによってウエハ上へ導き堆積
させるLSMCD(Liquid Source Misted Chemical De
position)法などが知られている。
As a method for forming these ferroelectric or high dielectric constant dielectrics, there are sputtering, laser ablation, CVD (Chemical Vapor Deposition), MOD
(Metallo-Organic Decomposition) or spin coating by sol-gel (sol-gel) method, and further, LSMCD (Liquid Source Misted Chemical Deposition) in which mist MOD raw material is guided and deposited on a wafer by a carrier gas.
position) method is known.

【0037】スパッタ法は、膜形成技術として量産性に
優れ、また、誘電体を挟む2つの電極(金属あるいは導
電性酸化物)が同じスパッタ技術で形成されることから
スループットの点で有利な技術である。
The sputtering method is excellent in mass productivity as a film forming technique, and is advantageous in terms of throughput since two electrodes (metal or conductive oxide) sandwiching a dielectric are formed by the same sputtering technique. It is.

【0038】しかし、スパッタやレーザアブレーション
は、N2 、Ar、Ar/O2 等の雰囲気ガス中で成膜を
行なう技術であるので、ガス成分が膜中に取り込まれて
形成されることは避けられず、複合酸化物膜(少なくと
も2種以上の金属元素を含有する酸化物膜)中に残存ガ
スのもたらす空隙が生じ、高密度の酸化物膜が形成でき
ないという問題がある。
However, since sputtering or laser ablation is a technique for forming a film in an atmosphere gas such as N 2 , Ar, or Ar / O 2, it is necessary to avoid formation of a gas component by being taken into the film. However, there is a problem that voids caused by residual gas are generated in the composite oxide film (oxide film containing at least two kinds of metal elements), and a high-density oxide film cannot be formed.

【0039】実際に、デポジション直後の膜からはAr
等のスパッタガスが検出される。これは、ターゲット近
傍にあるガス分子が、プラズマの高エネルギーによって
導かれて膜中に入射するものであって、拡散のような機
構ではないので、低圧スパッタほど高いエネルギーが保
存されて膜中に打ち込まれやすい。堆積直後の膜はアモ
ルファスや低密度の結晶膜であるので、この残存ガスは
分散していて目立たないが、膜に結晶化の熱処理が施さ
れると、残存ガスは結晶の粒界や界面に取り残されては
っきりとした空隙になる。
Actually, Ar from the film immediately after the deposition
Are detected. This is because gas molecules near the target are guided by the high energy of the plasma and enter the film, and do not have a mechanism such as diffusion. Easy to be driven. Since the film immediately after deposition is an amorphous or low-density crystalline film, this residual gas is dispersed and inconspicuous. However, when the film is subjected to a heat treatment for crystallization, the residual gas is deposited on the crystal grain boundaries and interfaces. It is left behind and becomes a clear gap.

【0040】また、この熱処理が短時間であると、粒界
や界面のみならず、粒内でも大きな空隙が生じる。CV
DあるいはLSMCDによる成膜においても、原料をチ
ャンバーへ導入するためのキャリアガスを用いるため、
膜中にキャリアガスの取り込みが起こり、スパッタの場
合と同様、結果的に複合酸化物膜中に残存ガスのもたら
す空隙が生じる。
If the heat treatment is performed for a short time, large voids are generated not only at the grain boundaries and interfaces, but also within the grains. CV
Even in film formation by D or LSMCD, a carrier gas for introducing a raw material into a chamber is used.
Carrier gas is taken into the film, and as in the case of sputtering, as a result, voids resulting from the residual gas are generated in the composite oxide film.

【0041】このような空隙は、成膜に引き続いてアニ
ール処理により膜の結晶化や高密度化を行なう際にその
大きさが決まるが、アニールが昇温速度の速い急熱処理
である場合に特に顕著である。即ち、複合酸化物膜の結
晶化アニールでは、拡散や蒸発を最低限に抑えるために
急熱処理が必須であるが、上記の問題点のために高密度
の膜が形成できないという問題がある。
The size of such a void is determined when the film is crystallized or densified by an annealing process subsequent to the film formation. Particularly, when the annealing is a rapid heat treatment at a high temperature rising rate, Notable. That is, in the crystallization annealing of the composite oxide film, rapid heat treatment is essential to minimize diffusion and evaporation, but there is a problem that a high-density film cannot be formed due to the above problems.

【0042】然るに、膜密度が低い強誘電体膜では、分
極量が低下して動作マージンがとれないばかりか、低電
圧側で駆動できず、また、薄膜化する場合に短絡し易く
なる。さらに、後工程での雰囲気で特性変化が大きくな
る問題点も生じる。同様の理由で、電極膜にも空隙が生
じて低密度化すると、膜抵抗が高くなり、動作速度が遅
くなるという問題点も生じる。
However, in a ferroelectric film having a low film density, not only an operation margin cannot be secured due to a decrease in the amount of polarization, but also it is not possible to drive on a low voltage side, and a short circuit is liable to occur when thinning. Further, there is also a problem that the characteristic changes greatly in an atmosphere in a later process. For the same reason, if a gap is also formed in the electrode film and the density is reduced, the film resistance increases and the operation speed decreases.

【0043】[0043]

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
強誘電体メモリは、強誘電体キャパシタの特性劣化を防
止し、かつ、プロセスをインテグレーションすることが
困難であった。
As described above, in the conventional ferroelectric memory, it was difficult to prevent the characteristic deterioration of the ferroelectric capacitor and to integrate the process.

【0044】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、強誘電体メモリセルを製造する際に、強誘電
体キャパシタの特性劣化を防止し、かつ、プロセスイン
テグレーションを可能とする半導体装置の製造方法およ
びそれにより製造された半導体装置を提供することを目
的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is intended to prevent a characteristic deterioration of a ferroelectric capacitor when manufacturing a ferroelectric memory cell and to enable a process integration. An object of the present invention is to provide a device manufacturing method and a semiconductor device manufactured by the method.

【0045】また、本発明の他の目的は、少なくとも2
層以上の多層配線構造を有する強誘電体メモリを製造す
る際に、セルに接続されるビット線を多層配線で形成す
ることが可能になり、高集積化および他のデバイスとの
混載が容易になる半導体装置の製造方法およびそれによ
り製造された半導体装置を提供する。
Another object of the present invention is to provide at least
When manufacturing a ferroelectric memory having a multi-layer wiring structure with more than one layer, it is possible to form a bit line connected to a cell with a multi-layer wiring, which facilitates high integration and mixed mounting with other devices. And a semiconductor device manufactured by the method.

【0046】さらに、本発明の他の目的は、少なくとも
2層以上の多層配線構造を有する強誘電体メモリを製造
する際に、多層配線形成に必要なビアの埋め込みを強誘
電体キャパシタにダメージを与えないで行うことを可能
とする半導体装置の製造方法およびそれにより製造され
た半導体装置を提供する。
Further, another object of the present invention is to provide a ferroelectric memory having a multilayer wiring structure of at least two or more layers so that the filling of vias necessary for forming the multilayer wiring damages the ferroelectric capacitor. Provided are a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device manufactured by the method, which can be performed without giving.

【0047】また、本発明の別の目的は、情報記憶用キ
ャパシタの絶縁膜に強誘電体を用いたFRAMセルある
いは高誘電率誘電体を用いたDRAMセルを製造する際
に、緻密で信頼性が高い強誘電体膜や高誘電率誘電体膜
を形成し得る半導体装置の製造方法を提供する。
Another object of the present invention is to provide a high-density and high-reliability FRAM cell using a ferroelectric material or a DRAM cell using a high-k dielectric material for an insulating film of an information storage capacitor. Provided is a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming a ferroelectric film or a high dielectric constant dielectric film having a high dielectric constant.

【0048】[0048]

【課題を解決するための手段】第1の発明に係る半導体
装置の製造方法は、半導体基板の表層部に不純物拡散領
域からなるドレイン領域・ソース領域を有するMISト
ランジスタを形成する工程と、この後、前記半導体基板
上に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜
に選択的にコンタクトホールを開口し、前記MISトラ
ンジスタの一端側領域に下端部がコンタクトし、上端部
が前記第1の絶縁膜の上面と面一になるようにキャパシ
タコンタクトプラグを埋め込み形成する工程と、前記キ
ャパシタコンタクトプラグを埋め込み形成した後に、少
なくとも前記キャパシタコンタクトプラグを覆うよう
に、前記半導体基板上に第3の絶縁膜を堆積する工程
と、前記第3の絶縁膜上に下部電極、強誘電体物質を用
いた電極間絶縁膜および上部電極を有する強誘電体キャ
パシタを形成する工程と、前記強誘電体キャパシタを形
成した後に、前記第3の絶縁膜に電極配線コンタクト用
のコンタクトホールを開口する工程と、前記強誘電体キ
ャパシタの上部電極とキャパシタコンタクトプラグの上
端面との間を接続する電極配線を前記電極配線コンタク
ト用のコンタクトホールを通じて形成する工程とを具備
することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region in a surface layer of a semiconductor substrate; the forming a first insulating film on a semiconductor substrate, selectively forming a contact hole in the first insulating film, and contact the lower end portion on one end side region of the MIS transistor, the upper end
Burying and forming a capacitor contact plug so as to be flush with the upper surface of the first insulating film ; and burying the capacitor contact plug so as to cover at least the capacitor contact plug. Depositing a third insulating film on the semiconductor substrate, and forming a ferroelectric capacitor having a lower electrode, an interelectrode insulating film using a ferroelectric substance, and an upper electrode on the third insulating film. Forming a ferroelectric capacitor, forming a contact hole for electrode wiring contact in the third insulating film after forming the ferroelectric capacitor, and forming an upper electrode of the ferroelectric capacitor and an upper end surface of a capacitor contact plug. Forming an electrode wiring connecting between the electrodes through a contact hole for the electrode wiring contact. That.

【0049】第2の発明に係る半導体装置の製造方法
は、半導体基板の表層部に不純物拡散領域からなるドレ
イン領域・ソース領域を有するMISトランジスタを形
成する工程と、この後、前記半導体基板上に第1の絶縁
膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜に選択的にコン
タクトホールを開口し、前記MISトランジスタの一端
側領域に下端部がコンタクトするビット線を前記第1の
絶縁膜上に形成する工程と、この後、前記半導体基板上
に第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜お
よび第1の絶縁膜に選択的にコンタクトホールを開口
し、前記MISトランジスタの他端側領域に下端部がコ
ンタクトし、上端部が前記第2の絶縁膜の上面と面一に
なるようにキャパシタコンタクトプラグを埋め込み形成
する工程と、前記キャパシタコンタクトプラグを埋め込
み形成した後に、少なくとも前記キャパシタコンタクト
プラグを覆うように、前記半導体基板上に第3の絶縁膜
を堆積する工程と、前記第3の絶縁膜上に下部電極、強
誘電体物質を用いた電極間絶縁膜および上部電極を有す
る強誘電体キャパシタを形成する工程と、前記強誘電体
キャパシタを形成した後に、前記第3の絶縁膜に電極配
線コンタクト用のコンタクトホールを開口する工程と、
前記強誘電体キャパシタの上部電極とキャパシタコンタ
クトプラグの上端面との間を接続する電極配線を前記電
極配線コンタクト用のコンタクトホールを通じて形成す
る工程とを具備することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region in a surface layer of a semiconductor substrate; Forming a first insulating film, selectively opening a contact hole in the first insulating film, and forming a bit line on the first insulating film with a lower end contacting one end region of the MIS transistor; Forming a second insulating film on the semiconductor substrate; and selectively opening contact holes in the second insulating film and the first insulating film; The lower end portion is in contact with the other end side region of the second insulating film, and the upper end portion is flush with the upper surface of the second insulating film.
Burying and forming a capacitor contact plug so as to form; burying and forming the capacitor contact plug; and depositing a third insulating film on the semiconductor substrate so as to cover at least the capacitor contact plug. Forming a ferroelectric capacitor having a lower electrode, an interelectrode insulating film using a ferroelectric substance, and an upper electrode on a third insulating film; and forming the ferroelectric capacitor after forming the ferroelectric capacitor. Opening contact holes for electrode wiring contacts in the insulating film;
Forming an electrode wiring connecting between an upper electrode of the ferroelectric capacitor and an upper end surface of the capacitor contact plug through a contact hole for the electrode wiring contact.

【0050】第3の発明に係る半導体装置の製造方法
は、半導体基板の表層部に不純物拡散領域からなるドレ
イン領域・ソース領域を有するMISトランジスタを形
成する工程と、この後、前記半導体基板上に第1の絶縁
膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜に選択的にコン
タクトホールを開口し、前記MISトランジスタの一端
側領域に下端部がコンタクトし、上端部が前記第1の絶
縁膜の上面と面一になるようにビット線コンタクトプラ
グおよび前記MISトランジスタの他端側領域に下端部
がコンタクトするキャパシタコンタクトプラグを埋め込
み形成する工程と、前記キャパシタコンタクトプラグを
埋め込み形成した後に、少なくとも前記キャパシタコン
タクトプラグを覆うように、前記半導体基板上に第3の
絶縁膜を堆積する工程と、前記第3の絶縁膜上に下部電
極、強誘電体物質を用いた電極間絶縁膜および上部電極
を有する強誘電体キャパシタを形成する工程と、前記強
誘電体キャパシタを形成した後に、前記第の絶縁膜に
電極配線コンタクト用のコンタクトホールを開口する工
程と、前記強誘電体キャパシタを含む半導体基板上に第
の絶縁膜を形成する工程と、前記第の絶縁膜に選択
的にコンタクトホールを開口し、前記強誘電体キャパシ
タの上部電極とキャパシタコンタクトプラグの上端面と
の間を接続するキャパシタ電極配線および前記ビット線
コンタクトプラグの上端面に接続されるビット線コンタ
クトプラグ接続配線を前記第の絶縁膜上に形成する工
程と、前記キャパシタ電極配線およびビット線コンタク
トプラグ接続配線を含む半導体基板上に第の絶縁膜を
形成する工程と、前記第の絶縁膜の前記ビット線コン
タクトプラグ接続配線上に対応する部分にビアホールを
開口した後、前記第の絶縁膜上およびビアホール内部
にビット線形成用の導電材料を堆積してパターニング
し、前記第の絶縁膜上にビット線を形成する工程とを
具備することを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to a third aspect of the present invention includes a step of forming a MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region in a surface layer of a semiconductor substrate, and thereafter, forming a MIS transistor on the semiconductor substrate. forming a first insulating film, the first insulating film selectively forming a contact hole in said contacts is lower at one end side region of the MIS transistor, absolute upper end of the first
A step of burying a bit line contact plug and a capacitor contact plug having a lower end contacting the other end side region of the MIS transistor so as to be flush with the upper surface of the edge film ; and after burying the capacitor contact plug, Depositing a third insulating film on the semiconductor substrate so as to cover at least the capacitor contact plug; and forming a lower electrode, an interelectrode insulating film using a ferroelectric substance, and an upper portion on the third insulating film. A step of forming a ferroelectric capacitor having an electrode, a step of forming a contact hole for an electrode wiring contact in the third insulating film after forming the ferroelectric capacitor, and a step of forming the ferroelectric capacitor. On a semiconductor substrate
Forming a fourth insulating film, the fourth insulating film selectively contact holes, the capacitor electrode wiring for connecting the upper end surface of the upper electrode and the capacitor contact plug of the ferroelectric capacitor Forming a bit line contact plug connection line connected to the upper end surface of the bit line contact plug on the fourth insulating film; and forming a capacitor electrode line and a bit line contact plug connection line on a semiconductor substrate. forming a fifth insulating film, the fifth after a via hole in the portion corresponding to the bit line contact plug connection wiring insulating film, bit lines and on the via holes the fifth insulating film depositing a conductive material for forming and patterning, characterized by comprising a step of forming a bit line on said fifth insulating film To.

【0051】第4の発明に係る半導体装置は、半導体基
板の表層部に形成された不純物拡散領域からなるドレイ
ン領域・ソース領域を有するMISトランジスタと、前
記MISトランジスタを含む半導体基板上に形成された
第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜内に埋め込み形成さ
れ、前記ドレイン領域・ソース領域のうちの一方の領域
に下端部がコンタクトし、上端部が前記第1の絶縁膜の
上面と面一になるように形成されたキャパシタコンタク
トプラグと、前記第1の絶縁膜上に形成され、前記キャ
パシタコンタクトプラグ上にコンタクトホールを有する
第3の絶縁膜と、前記第3の絶縁膜の上層側に形成さ
れ、下部電極、強誘電体物質を用いた電極間絶縁膜およ
び上部電極を有する強誘電体キャパシタと、前記キャパ
シタコンタクトプラグの上端と前記強誘電体キャパシタ
の上部電極との間を接続する電極配線とを具備すること
を特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region formed in a surface portion of a semiconductor substrate, and a semiconductor device including the MIS transistor. A first insulating film, formed buried in the first insulating film, a lower end contacting one of the drain region and the source region, and an upper end of the first insulating film;
A capacitor contact plug formed flush with the upper surface , a third insulating film formed on the first insulating film and having a contact hole on the capacitor contact plug, and the third insulating film A ferroelectric capacitor formed on the upper layer side and having a lower electrode, an interelectrode insulating film using a ferroelectric substance, and an upper electrode; and between an upper end of the capacitor contact plug and an upper electrode of the ferroelectric capacitor. And an electrode wiring for connecting the electrodes.

【0052】第5の発明に係る半導体装置は、半導体基
板の表層部に形成された不純物拡散領域からなるドレイ
ン領域・ソース領域を有するMISトランジスタと、前
記MISトランジスタを含む半導体基板上に形成された
第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜内に埋め込み形成さ
れたビット線コンタクトプラグを介して前記ドレイン領
域・ソース領域のうちの一方の領域に接続され、前記第
1の絶縁膜上に形成されたビット線と、前記ビット線を
含む半導体基板上に形成された第2の絶縁膜と、前記第
2の絶縁膜内および第1の絶縁膜内に埋め込み形成さ
れ、前記ドレイン領域・ソース領域のうちの他方の領域
に下端部がコンタクトし、上端部が前記第1の絶縁膜の
上面と面一になるように形成されたキャパシタコンタク
トプラグと、前記第1の絶縁膜上に形成され、前記キャ
パシタコンタクトプラグ上にコンタクトホールを有する
第3の絶縁膜と、前記第の絶縁膜の上層側に形成さ
れ、下部電極、強誘電体物質を用いた電極間絶縁膜およ
び上部電極を有する強誘電体キャパシタと、前記キャパ
シタコンタクトプラグの上端と前記強誘電体キャパシタ
の上部電極との間を接続する電極配線とを具備すること
を特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region formed in a surface layer of a semiconductor substrate, and a semiconductor device including the MIS transistor. A first insulating film connected to one of the drain region and the source region via a bit line contact plug buried in the first insulating film; The formed bit line, a second insulating film formed on a semiconductor substrate including the bit line, and a buried formed in the second insulating film and the first insulating film; The lower end contacts the other of the regions, and the upper end of the first insulating film is
A capacitor contact plug formed flush with the upper surface , a third insulating film formed on the first insulating film and having a contact hole on the capacitor contact plug, and the third insulating film A ferroelectric capacitor formed on the upper layer side and having a lower electrode, an interelectrode insulating film using a ferroelectric substance, and an upper electrode; and between an upper end of the capacitor contact plug and an upper electrode of the ferroelectric capacitor. And an electrode wiring for connecting the electrodes.

【0053】第6の発明に係る半導体装置は、半導体基
板の表層部に形成された不純物拡散領域からなるドレイ
ン領域・ソース領域を有するMISトランジスタと、前
記MISトランジスタを含む半導体基板上に形成された
第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜内に埋め込み形成さ
れ、前記ドレイン領域・ソース領域のうちの一方の領域
に下端部がコンタクトしたビット線コンタクトプラグ
と、前記第1の絶縁膜内に埋め込み形成され、前記ドレ
イン領域・ソース領域のうちの他方の領域に下端部がコ
ンタクトし、上端部が前記第1の絶縁膜の上面と面一に
なるように形成されたキャパシタコンタクトプラグと、
前記第1の絶縁膜上に形成され、前記ビット線コンタク
トプラグおよび前記キャパシタコンタクトプラグ上にコ
ンタクトホールを有する第2の絶縁膜と、前記第の絶
縁膜の上層側に形成され、下部電極、強誘電体物質を用
いた電極間絶縁膜および上部電極を有する強誘電体キャ
パシタと、前記強誘電体キャパシタを含む半導体基板上
に形成された第の絶縁膜と、前記第の絶縁膜上に形
成され、前記第の絶縁膜に選択的に開口されたコンタ
クトホールを介して前記強誘電体キャパシタの上部電極
とキャパシタコンタクトプラグの上端面との間を接続す
るキャパシタ電極配線と、前記第の絶縁膜上に形成さ
れ、前記第の絶縁膜に選択的に開口されたコンタクト
ホールを介して前記ビット線コンタクトプラグの上端面
に接続されたビット線コンタクトプラグ接続配線と、前
記キャパシタ電極配線およびビット線コンタクトプラグ
接続配線を含む半導体基板上に形成された第の絶縁膜
と、前記第の絶縁膜に選択的に開口されたビアホール
に埋め込まれて前記ビット線コンタクトプラグ接続配線
に接続されるとともに前記第の絶縁膜上に形成された
ビット線とを具備することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region formed in a surface layer portion of a semiconductor substrate, and a semiconductor device including the MIS transistor. A first insulating film, a bit line contact plug buried in the first insulating film and having a lower end in contact with one of the drain region and the source region, and a bit line contact plug in the first insulating film. And a lower end portion is in contact with the other of the drain region and the source region, and an upper end portion is flush with an upper surface of the first insulating film.
A capacitor contact plug formed so that
A second insulating film formed on the first insulating film and having a contact hole on the bit line contact plug and the capacitor contact plug; and a lower electrode formed on an upper layer side of the third insulating film, a ferroelectric capacitor having an inter-electrode insulating film and the upper electrode using a ferroelectric material, a fourth insulating film formed on the semiconductor substrate including the ferroelectric capacitor, the fourth insulating film A capacitor electrode wiring connecting between an upper electrode of the ferroelectric capacitor and an upper end surface of a capacitor contact plug through a contact hole selectively opened in the third insulating film; It formed on the fourth insulating film, the fourth insulating film to selectively bits connected through the apertured contact hole on the upper end surface of the bit line contact plug Buried a line contact plug connecting wire, a fifth insulating film formed on the capacitor electrode wiring and the bit line contact plug connection wiring on a semiconductor substrate comprising, in the fifth via holes which are selectively opened in an insulating film And a bit line connected to the bit line contact plug connection wiring and formed on the fifth insulating film.

【0054】[0054]

【0055】[0055]

【0056】[0056]

【0057】[0057]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0058】まず、ここで、本発明を適用しようとする
半導体装置の一例に係るFRAMについて簡単に説明し
ておく。
First, an FRAM according to an example of a semiconductor device to which the present invention is applied will be briefly described.

【0059】図22は、1トランジスタ・1キャパシタ
型の強誘電体メモリセルの等価回路を示している。図2
2において、Cは強誘電体キャパシタ、Qは電荷転送用
のMOSトランジスタ、WLは上記MOSトランジスタ
のゲートに接続されているワード線、BLは上記MOS
トランジスタの一端に接続されているビット線、PLは
上記キャパシタの一端(プレート)に接続されているプ
レート線、VPLはプレート線電圧である。
FIG. 22 shows an equivalent circuit of a one-transistor / one-capacitor type ferroelectric memory cell. FIG.
2, C is a ferroelectric capacitor, Q is a MOS transistor for charge transfer, WL is a word line connected to the gate of the MOS transistor, and BL is the MOS transistor.
A bit line connected to one end of the transistor, PL is a plate line connected to one end (plate) of the capacitor, and VPL is a plate line voltage.

【0060】図23は、例えばビット線折り返し構成の
強誘電体メモリセルアレイを有する強誘電体メモリの一
部の等価回路を示している。
FIG. 23 shows an equivalent circuit of a part of a ferroelectric memory having a ferroelectric memory cell array having a bit line folded configuration, for example.

【0061】図23において、MCはそれぞれ電極間絶
縁膜に強誘電体を用いた情報記憶用の強誘電体キャパシ
タCと電荷転送用のMOSトランジスタ(パストランジ
スタ)Qとが直列に接続されてなる単位セルであり、こ
の単位セルMCは行列状に配列されてメモリセルアレイ
90を構成している。
In FIG. 23, each MC includes a series connection of a ferroelectric capacitor C for information storage using a ferroelectric material for an interelectrode insulating film and a MOS transistor (pass transistor) Q for charge transfer. The unit cells MC are arranged in a matrix to form a memory cell array 90.

【0062】WLi(i=1、2、3…)は、セルアレ
イ90における同一行の単位セルのトランジスタQのゲ
ートに共通に接続された複数本のワード線である。
.. WLi (i = 1, 2, 3,...) Are a plurality of word lines commonly connected to the gates of the transistors Q of the unit cells in the same row in the cell array 90.

【0063】PLi(i=1、2、3…)は、セルアレ
イ90における同一行の単位セルのキャパシタCのプレ
ートに共通に接続された複数本のプレート線である。
.., PLi (i = 1, 2, 3,...) Are a plurality of plate lines commonly connected to the plates of the capacitors C of the unit cells in the same row in the cell array 90.

【0064】BLi(i=1、2、3、4…)は、セル
アレイ90における同一列の単位セルのトランジスタの
一端に共通に接続されたビット線である。
.., BLi (i = 1, 2, 3, 4,...) Are bit lines commonly connected to one ends of the transistors of the unit cells in the same column in the cell array 90.

【0065】ワード線選択回路81は、アドレス信号に
基づいて前記複数本のワード線WLiのうちの一部を選
択してワード線電圧を供給するものである。
The word line selection circuit 81 selects a part of the plurality of word lines WLi based on an address signal and supplies a word line voltage.

【0066】キャパシタプレート線選択回路82は、前
記アドレス信号に基づいて前記複数本のプレート線PL
iのうちの一部を選択し、このプレート線PLiの電圧
を制御するものである。
The capacitor plate line selection circuit 82 receives the plurality of plate lines PL based on the address signal.
A part of i is selected to control the voltage of the plate line PLi.

【0067】一方、図22のメモリセルを2個用いた2
トランジスタ・2キャパシタ型の強誘電体メモリセル
は、図24あるいは図25に示すように、第1のトラン
ジスタQ1および第2のトランジスタQ2と、前記第1
のトランジスタQ1および第2のトランジスタQ2にそ
れぞれ対応して直列に接続された第1のキャパシタC1
および第2のキャパシタC2とからなる。
On the other hand, 2 using two memory cells of FIG.
As shown in FIG. 24 or FIG. 25, the transistor / two-capacitor type ferroelectric memory cell includes a first transistor Q1 and a second transistor Q2, and the first transistor Q2 and the first transistor Q2.
Capacitors Q1 connected in series corresponding to the transistors Q1 and Q2, respectively.
And the second capacitor C2.

【0068】そして、前記第1のトランジスタQ1およ
び第2のトランジスタQ2の各一端(ドレイン)に対応
して第1のビット線BL1および第2のビット線/BL
1が接続されており、各ゲートに共通にワード線WLが
接続されており、前記第1のキャパシタC1および第2
のキャパシタC2の各プレートに共通にプレート線PL
が接続されている。
The first bit line BL1 and the second bit line / BL correspond to one end (drain) of each of the first transistor Q1 and the second transistor Q2.
1 is connected, a word line WL is commonly connected to each gate, and the first capacitor C1 and the second capacitor
Plate line PL common to each plate of the capacitor C2 of FIG.
Is connected.

【0069】前記ワード線WLおよびプレート線PLは
平行に設けられており、ワード線用のロウデコーダ(図
示せず)により選択されたワード線WLにワード線信号
が供給され、プレート線用のロウデコーダ(図示せず)
により選択されたプレート線PLにプレート線電圧VPL
が供給される。
The word line WL and the plate line PL are provided in parallel. A word line signal is supplied to a word line WL selected by a word line row decoder (not shown), and the plate line row is supplied. Decoder (not shown)
The plate line voltage VPL to the plate line PL selected by
Is supplied.

【0070】また、上記2本のビット線BL1、/BL
1には、ビット線電位センス増幅用のセンスアンプ(図
示せず)、書き込み回路(図示せず)およびプリチャー
ジ回路(図示せず)が接続されている。
The two bit lines BL1 and / BL
1 is connected to a sense amplifier (not shown) for bit line potential sense amplification, a write circuit (not shown), and a precharge circuit (not shown).

【0071】次に、前記2トランジスタ・2キャパシタ
構成の強誘電体メモリセルのデータ書き込み動作の原理
およびデータ読み出し動作の原理について、図24乃至
図26を参照しながら説明する。
Next, the principle of the data write operation and the principle of the data read operation of the ferroelectric memory cell having the two-transistor / two-capacitor configuration will be described with reference to FIGS.

【0072】図24(a)乃至(c)は書き込み動作時
における強誘電体キャパシタの印加電界、電気分極の状
態を示しており、図25(a)乃至(c)は読み出し動
作時における強誘電体キャパシタの印加電界、電気分極
の状態を示している。
FIGS. 24A to 24C show the applied electric field and the electric polarization state of the ferroelectric capacitor during the write operation, and FIGS. 25A to 25C show the ferroelectric during the read operation. The state of the applied electric field and electric polarization of the body capacitor is shown.

【0073】また、図26はデータの書き込み動作時お
よび読み出し動作時におけるプレート線の印加電位を示
している。上記強誘電体メモリセルに対するデータの書
き込み、読み出しに際して、選択されたメモリセルのプ
レート線PLの電位を例えば0V→5V→0Vと変化さ
せることにより、誘電分極の向きを制御する。
FIG. 26 shows the potential applied to the plate line during the data write operation and the data read operation. When writing and reading data to and from the ferroelectric memory cell, the direction of the dielectric polarization is controlled by changing the potential of the plate line PL of the selected memory cell from, for example, 0V → 5V → 0V.

【0074】(A)データの書き込み動作に際しては、
初期状態では、プレート線PLを接地電位Vss(0V)
に設定し、2本のビット線BL1、/BL1をそれぞれ
0Vにプリチャージしておく。
(A) In the data write operation,
In the initial state, the plate line PL is connected to the ground potential Vss (0 V).
, And the two bit lines BL1 and / BL1 are precharged to 0V, respectively.

【0075】まず、図24(a)に示すように2本のビ
ット線BL1、/BL1のうちの一方(例えば第2のビ
ット線/BL1)を例えば5Vに設定し、ワード線WL
に5Vを印加して2個のトランジスタQ1、Q2をオン
状態にすると、第2のキャパシタC2の両端間に電位差
が生じて例えば図中下向きの分極が発生するが、第1の
キャパシタC1の分極は発生しない。
First, as shown in FIG. 24A, one of the two bit lines BL1, / BL1 (for example, the second bit line / BL1) is set to, for example, 5V, and the word line WL is set.
When 5V is applied to the two transistors Q1 and Q2 to turn on, a potential difference occurs between both ends of the second capacitor C2, for example, a downward polarization in the figure occurs. Does not occur.

【0076】次に、図24(b)に示すように、プレー
ト線PLを5Vに設定にすると、第1のキャパシタC1
の両端間に電位差が生じ、図中上向きの分極が発生する
が、第2のキャパシタC2の分極は反転しない。これに
より、2個のキャパシタC1、C2に図示したように互
いに逆向きの分極が発生した状態になり、この状態はデ
ータ“1”または“0”の書き込み状態に対応する。
Next, as shown in FIG. 24B, when the plate line PL is set to 5 V, the first capacitor C1
, A potential difference is generated between both ends of the second capacitor C2 and an upward polarization occurs in the figure, but the polarization of the second capacitor C2 is not inverted. As a result, as shown in the drawing, the two capacitors C1 and C2 are in a state where polarizations in opposite directions are generated, and this state corresponds to a state of writing data “1” or “0”.

【0077】次に、図24(c)に示すように、プレー
ト線PLを0Vに設定し、ワード線WLを0Vにして2
個のトランジスタQ1、Q2をオフ状態にする。
Next, as shown in FIG. 24C, the plate line PL is set to 0 V, the word line WL is set to 0 V, and
The transistors Q1 and Q2 are turned off.

【0078】(B)データの読み出し動作に際しては、
初期状態では、プレート線PLを0Vに設定し、2本の
ビット線BL1、/BL1をそれぞれ0Vにプリチャー
ジしておく。ここで、2個のキャパシタC1、C2には
例えば図25(a)に示すように互いに逆向きの分極が
発生した状態のデータが書き込まれている場合を想定す
る。
(B) In the data read operation,
In the initial state, the plate line PL is set to 0V, and the two bit lines BL1 and / BL1 are precharged to 0V, respectively. Here, it is assumed that, for example, as shown in FIG. 25A, data in a state in which polarizations in opposite directions occur are written in the two capacitors C1 and C2.

【0079】まず、図25(b)に示すように、プレー
ト線PLを5Vに設定し、ワード線WLに例えば5Vを
印加して2個のトランジスタQ1、Q2をオン状態にす
ると、第2のキャパシタC2の両端間に電位差が生じて
その分極の向きが反転するが、第1のキャパシタC1の
分極の向きは反転しない。この2個のキャパシタC1、
C2からの読み出し電位はセンスアンプによりセンス増
幅され、このセンスアンプの出力により2本のビット線
BL1、/BL1は対応して0V、5Vに設定され、上
記センスアンプの出力に基づいて読み出しデータの
“1”、“0”を判別する。
First, as shown in FIG. 25B, when the plate line PL is set to 5 V and, for example, 5 V is applied to the word line WL to turn on the two transistors Q1 and Q2, the second Although a potential difference occurs between both ends of the capacitor C2, the direction of the polarization is reversed, but the direction of the polarization of the first capacitor C1 is not reversed. These two capacitors C1,
The read potential from C2 is sense-amplified by a sense amplifier, and the two bit lines BL1 and / BL1 are set to 0V and 5V correspondingly by the output of the sense amplifier, and the read data is read out based on the output of the sense amplifier. "1" and "0" are determined.

【0080】続いて、図25(c)に示すように、プレ
ート線PLを0Vに設定すると、第2のキャパシタC2
の両端間に電位差が生じてその分極の向きが反転し、第
1のキャパシタC1の分極の向きは、反転せず初期状態
に戻る。
Subsequently, as shown in FIG. 25C, when the plate line PL is set to 0 V, the second capacitor C2
, A potential difference is generated between both ends of the first capacitor C1, and the direction of the polarization is reversed, and the direction of the polarization of the first capacitor C1 returns to the initial state without being reversed.

【0081】次に、本発明を前記したようなFRAMに
適用した実施例を詳細に説明する。図1乃至図3は、本
発明の第1の実施の形態に係る強誘電体メモリセルを採
用した大容量の強誘電体メモリについてセルアレイの製
造工程順におけるセルアレイの一部の平面パターンの一
例を概略的に示している。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to the above-described FRAM will be described in detail. FIGS. 1 to 3 show an example of a planar pattern of a part of a cell array in a cell array manufacturing process order for a large-capacity ferroelectric memory employing a ferroelectric memory cell according to the first embodiment of the present invention. It is shown schematically.

【0082】図4乃至図7は、前記セルアレイの製造工
程順における断面構造の一部を概略的に示しており、具
体的には、図3中のA−A線に沿うSDG領域およびセ
ルキャパシタを含む断面構造を示している。
FIGS. 4 to 7 schematically show a part of the cross-sectional structure in the order of the manufacturing process of the cell array. Specifically, FIG. 4 shows the SDG region and the cell capacitor along the line AA in FIG. 2 shows a cross-sectional structure including:

【0083】まず、セルアレイの構造について説明す
る。図7に示す構造においては、前述した従来例のビッ
ト線先作り・上部電極接続構造と比べて、パストランジ
スタと強誘電体キャパシタの上部電極19との接続構造
および上部電極19の構造が異なる。
First, the structure of the cell array will be described. In the structure shown in FIG. 7, the connection structure between the pass transistor and the upper electrode 19 of the ferroelectric capacitor and the structure of the upper electrode 19 are different from those of the above-described conventional bit line forming / upper electrode connection structure.

【0084】なお、ここでは、電荷転送用の1個のMO
Sトランジスタ(パストランジスタ)と情報記憶用の1
個の強誘電体キャパシタとが直列接続された構成を単位
セルとし、単位セルが行列状に配列されてメモリセルア
レイを構成してなる1トランジスタ・1キャパシタ型の
強誘電体メモリセルを備えたFRAMを例にとり説明す
る。また、説明の簡単化のため、各ワード線をWL、各
ビット線をBL、各プレート線をPLで表示する。
Here, one MO for charge transfer is used.
S transistor (pass transistor) and 1 for information storage
An FRAM having a one-transistor, one-capacitor type ferroelectric memory cell in which a unit cell has a configuration in which a plurality of ferroelectric capacitors are connected in series, and the unit cells are arranged in a matrix to form a memory cell array Will be described as an example. For simplicity of description, each word line is represented by WL, each bit line is represented by BL, and each plate line is represented by PL.

【0085】図7において、1は第1導電型(例えばp
型)の半導体基板(例えばシリコン基板)であり、その
表層部には、図1に示すように複数個の素子領域(活性
化領域)SDGがそれぞれワード線WL形成方向に直交
する方向(ビット線BL形成方向に平行な方向)にほぼ
直線状に形成されるとともに平面的にみて行列状の配置
で形成されており、各素子領域SDG間には素子間分離
領域用の酸化膜2が形成されている。
In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a first conductivity type (for example, p
A semiconductor substrate (e.g., a silicon substrate) having a plurality of element regions (activation regions) SDG in a surface layer thereof, as shown in FIG. (In a direction parallel to the BL formation direction) and are arranged in a matrix when viewed in plan. An oxide film 2 for an isolation region is formed between each of the element regions SDG. ing.

【0086】ここで、各列の素子領域SDGは、1列毎
に素子領域SDGの1つ分の長さ(1ピッチ)ずつ位置
が偏移しており、各素子領域SDGは全体として市松状
の配置(正格子に対してジグザグ状の配置)で形成され
ている。
Here, the positions of the element regions SDG in each column are shifted by a length (one pitch) of one element region SDG for each column, and each element region SDG is in a checkered pattern as a whole. (A zigzag arrangement with respect to the regular lattice).

【0087】上記各素子領域SDGは、中央部から一端
側の領域に第1のMOSトランジスタを構成する第1の
ドレイン・チャネル・ソース領域が直線状に形成されて
おり、上記中央部から他端側の領域に第2のMOSトラ
ンジスタを構成する第2のドレイン・チャネル・ソース
領域が直線状に形成されており、上記中央部は上記第
1、第2のMOSトランジスタに共通のドレイン領域D
となっている。
In each of the element regions SDG, a first drain, channel, and source region constituting a first MOS transistor is formed in a straight line in a region on one end side from the center portion, and the first MOS transistor is formed from the center portion to the other end. A second drain, channel, and source region forming a second MOS transistor is formed in a linear region in a side region, and the central portion has a drain region D common to the first and second MOS transistors.
It has become.

【0088】上記MOSトランジスタのチャネル領域上
にゲート酸化膜3を介してゲート電極部Gが形成され、
同一行の複数個のMOSトランジスタのゲート電極部G
は連続的に連なってワード線WLとして形成され、ワー
ド線WL群は互いに平行に形成されている。
A gate electrode portion G is formed on the channel region of the MOS transistor with a gate oxide film 3 interposed therebetween.
Gate electrodes G of a plurality of MOS transistors on the same row
Are continuously formed as word lines WL, and word line WL groups are formed in parallel with each other.

【0089】この場合、各ワード線WL(ゲート電極部
G)は、例えばPドープ・ポリシリコン4およびWSi
(タングステンシリサイド)5の2層構造になってお
り、表面絶縁膜6および側壁絶縁膜7により保護されて
いる。
In this case, each word line WL (gate electrode portion G) is, for example, P-doped polysilicon 4 and WSi
It has a two-layer structure of (tungsten silicide) 5 and is protected by a surface insulating film 6 and a side wall insulating film 7.

【0090】さらに、上記表面絶縁膜6、側壁絶縁膜7
上に層間絶縁膜9および表面平坦化用の層間絶縁膜10
が形成されており、この層間絶縁膜10上にワード線W
L群の形成方向とそれぞれ直交する方向にビット線BL
群が形成されている。
Further, the surface insulating film 6 and the side wall insulating film 7
An interlayer insulating film 9 and an interlayer insulating film 10 for planarizing the surface
Are formed, and word lines W are formed on interlayer insulating film 10.
The bit lines BL extend in a direction orthogonal to the formation direction of the L group.
Groups are formed.

【0091】この場合、層間絶縁膜10には、素子領域
SDGの各中央部の第2導電型(本例ではn型)の不純
物拡散領域(ドレイン領域)D上に対応してコンタクト
ホールが開口されており、前記層間絶縁膜10上で上記
コンタクトホールから少しずれた位置にバリアメタル膜
11および導電膜12からなるビット線BLが形成され
ており、各ビット線BLは上記コンタクトホール内でそ
れぞれ同一列の複数個の素子領域SDGの各ドレイン領
域Dにコンタクトしている。
In this case, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 10 so as to correspond to the impurity diffusion region (drain region) D of the second conductivity type (n type in this example) at each central portion of the element region SDG. A bit line BL composed of a barrier metal film 11 and a conductive film 12 is formed on the interlayer insulating film 10 at a position slightly deviated from the contact hole, and each bit line BL is formed in the contact hole. The drain regions D of the plurality of element regions SDG in the same column are in contact with each other.

【0092】なお、図4〜図7では、ビット線BLは上
記コンタクトホール内のみ実線で示され、図示される断
面の後方に位置している層間絶縁膜10上については点
線にて示されている。
In FIGS. 4 to 7, the bit line BL is shown by a solid line only in the above-mentioned contact hole, and is indicated by a dotted line on the interlayer insulating film 10 located behind the illustrated cross section. I have.

【0093】さらに、前記ビット線BL群上には表面平
坦化用の層間絶縁膜13およびキャップ用絶縁膜16が
形成されており、キャップ用絶縁膜16上には単位セル
毎にスタック構造の強誘電体キャパシタ(下部電極1
7、強誘電体絶縁膜18、上部電極19)が形成され、
さらに、キャパシタ保護用の絶縁膜20およびパッシベ
ーション膜23が形成されている。
Further, an interlayer insulating film 13 for flattening the surface and a cap insulating film 16 are formed on the bit lines BL group. On the cap insulating film 16, a stacked structure is formed for each unit cell. Dielectric capacitor (lower electrode 1
7, a ferroelectric insulating film 18 and an upper electrode 19) are formed,
Further, an insulating film 20 for protecting the capacitor and a passivation film 23 are formed.

【0094】この場合、同一行の複数個の強誘電体キャ
パシタの各下部電極17は、対応するMOSトランジス
タを含むSDG領域の中央部あるいは隣接する素子間分
離酸化膜2の上方を覆うように、かつ、前記ワード線W
L群の形成方向と平行な方向に(つまり、ビット線BL
に直交する方向に)連続的に形成され、キャパシタプレ
ート線PLとなっている。
In this case, each lower electrode 17 of the plurality of ferroelectric capacitors in the same row covers the central part of the SDG region including the corresponding MOS transistor or the upper part of the adjacent isolation oxide film 2. And the word line W
In the direction parallel to the formation direction of the L group (that is, the bit line BL
(In a direction perpendicular to the direction of the vertical axis) and the capacitor plate line PL.

【0095】また、単位セル毎の強誘電体キャパシタの
上部電極19は、対応する下部電極17領域上に強誘電
体絶縁膜18を介して例えば方形状に形成されている。
The upper electrode 19 of the ferroelectric capacitor for each unit cell is formed, for example, in a rectangular shape on the corresponding lower electrode 17 region via the ferroelectric insulating film 18.

【0096】そして、強誘電体キャパシタの上部電極1
9は、対応するMOSトランジスタの一端部の第2導電
型(本例ではn型)の不純物拡散領域(ソース領域)S
に局所接続用の電極配線22を介して接続されている。
Then, the upper electrode 1 of the ferroelectric capacitor
Reference numeral 9 denotes an impurity diffusion region (source region) S of the second conductivity type (n-type in this example) at one end of the corresponding MOS transistor.
Are connected to each other via an electrode wiring 22 for local connection.

【0097】この場合、前記表面平坦化用の層間絶縁膜
13、表面平坦化用の層間絶縁膜10および層間絶縁膜
9等には、素子領域SDGの両端部のソース領域S上に
対応してコンタクトホールが開口されており、このコン
タクトホール内に導電性のプラグ(キャパシタコンタク
トプラグ)15が埋め込まれている。そして、前記キャ
ップ用絶縁膜16には、前記キャパシタコンタクトプラ
グ15上に対応してコンタクトホールが開口されてお
り、このコンタクトホール内部および前記キャパシタ保
護膜用の絶縁膜20上および前記上部電極19上に局所
接続用の電極配線22として例えばアルミ系配線が形成
されている。
In this case, the surface flattening interlayer insulating film 13, the surface flattening interlayer insulating film 10, the interlayer insulating film 9 and the like correspond to the source regions S at both ends of the element region SDG. A contact hole is opened, and a conductive plug (capacitor contact plug) 15 is embedded in the contact hole. A contact hole is formed in the cap insulating film 16 so as to correspond to the capacitor contact plug 15. The contact hole is formed inside the contact hole, on the insulating film 20 for the capacitor protection film, and on the upper electrode 19. For example, an aluminum-based wiring is formed as the electrode wiring 22 for local connection.

【0098】なお、本例においては、キャパシタコンタ
クトプラグ15および電極配線22についても、前記ビ
ット線BLと同様にそれぞれその下地側にバリアメタル
膜14、21を有する構造となっている。
In this embodiment, the capacitor contact plugs 15 and the electrode wirings 22 also have the barrier metal films 14 and 21 on the base side, respectively, similarly to the bit lines BL.

【0099】このとき、本例では、前記キャパシタコン
タクトプラグ15および前記電極配線22はそれぞれの
材料が異なる。具体的には、前記キャパシタコンタクト
プラグ15の材料は、高融点金属が望ましく、前記電極
配線22の材料はアルミニウム系配線材料あるいは銅系
配線材料あるいは導電性ポリシリコン系配線材料が望ま
しい。
At this time, in this example, the material of the capacitor contact plug 15 and the material of the electrode wiring 22 are different. Specifically, the material of the capacitor contact plug 15 is preferably a high melting point metal, and the material of the electrode wiring 22 is preferably an aluminum-based wiring material, a copper-based wiring material, or a conductive polysilicon-based wiring material.

【0100】そして、前記電極配線22の下端面は、前
記キャパシタコンタクトプラグ15の上端面よりも面積
が大きく、前記キャパシタコンタクトプラグ15の上端
面およびその周辺の層間絶縁膜(本例では層間絶縁膜1
3)にコンタクトしている。これにより、電極配線22
とキャパシタコンタクトプラグ15とのコンタクト抵抗
の低下と、前記キャパシタコンタクトプラグ15上に対
応してコンタクトホールを開口する時のマスク位置合わ
せのマージンの確保を図ることが可能になる。次に、前
記セルアレイの製造方法について、図1乃至図3に示し
た平面パターンおよび図4乃至図7に示した断面図を参
照しながら工程順に説明する。
The lower end surface of the electrode wiring 22 has a larger area than the upper end surface of the capacitor contact plug 15, and the upper end surface of the capacitor contact plug 15 and an interlayer insulating film therearound (in this example, an interlayer insulating film). 1
Contact 3). Thereby, the electrode wiring 22
And the contact resistance between the capacitor contact plug 15 and the capacitor contact plug 15 and a margin for mask alignment when a contact hole is opened corresponding to the capacitor contact plug 15 can be secured. Next, a method of manufacturing the cell array will be described in the order of steps with reference to the planar patterns shown in FIGS. 1 to 3 and the cross-sectional views shown in FIGS.

【0101】まず、図1および図4に示すように、通常
のCMOS型DRAMセルの形成工程と同様な工程によ
り、シリコン基板1上にセルのMOSトランジスタのア
レイを形成する。
First, as shown in FIGS. 1 and 4, an array of cell MOS transistors is formed on a silicon substrate 1 by a process similar to that of a normal CMOS type DRAM cell.

【0102】ここで、2は基板表層部に選択的に形成さ
れた素子分離領域をなす酸化膜、D、Sは基板表層部の
素子形成領域に選択的に形成された基板とは逆導電型の
不純物拡散層からなるドレイン・ソース領域、3は基板
表面に形成されたMOSトランジスタ用のゲート酸化
膜、Gはゲート酸化膜3上に形成されたMOSトランジ
スタ用のゲート電極部(ワード線WLの一部)である。
Here, 2 is an oxide film forming an element isolation region selectively formed in the surface layer portion of the substrate, and D and S are of a conductivity type opposite to that of the substrate selectively formed in the element formation region in the surface layer portion of the substrate. 3 is a gate oxide film for a MOS transistor formed on the substrate surface, G is a gate electrode portion for the MOS transistor formed on the gate oxide film 3 (the word line WL Part).

【0103】次に、ゲート電極部G上を含む基板上に層
間絶縁膜10を形成し、層間絶縁膜10のドレイン領域
D上に対応する部分にコンタクトホールを形成する。さ
らに、上記コンタクトホールの内部および層間絶縁膜1
0上にバリアメタル膜11および導電膜12を順次形成
し、層間絶縁膜10上の導電膜12およびバリアメタル
膜11をパターニングしてビット線BLを形成する。
Next, an interlayer insulating film 10 is formed on the substrate including on the gate electrode portion G, and a contact hole is formed in a portion of the interlayer insulating film 10 corresponding to the drain region D. Further, the inside of the contact hole and the interlayer insulating film 1 are formed.
The barrier metal film 11 and the conductive film 12 are sequentially formed on the substrate 0, and the conductive film 12 and the barrier metal film 11 on the interlayer insulating film 10 are patterned to form the bit lines BL.

【0104】次に、ビット線上を含む基板上に平坦化用
の層間絶縁膜(例えばBPSG膜)13を800nm程
度堆積した後、化学機械的研磨(Chemical Mechanical
Pol-ishing;CMP)により200nm程度研磨して平
坦化する。
Next, after an interlayer insulating film (for example, BPSG film) 13 for planarization is deposited to a thickness of about 800 nm on the substrate including on the bit lines, chemical mechanical polishing (Chemical Mechanical Polishing) is performed.
Polishing is performed by about 200 nm by Pol-ishing (CMP) to planarize.

【0105】次に、図5に示すように、リソグラフィ工
程とエッチング工程により、層間絶縁膜13および層間
絶縁膜10の前記ソース領域S上に対応する部分に例え
ば0.8×0.8μm□の開口面積のキャパシタプラグ
用のコンタクトホールを選択的に形成する。この場合、
層間絶縁膜13および層間絶縁膜10のトータル絶縁膜
厚は1500nm、開口部のアスペクト比は1.9であ
る。
Next, as shown in FIG. 5, a portion of the interlayer insulating film 13 and the interlayer insulating film 10 corresponding to, for example, 0.8 × 0.8 μm A contact hole for a capacitor plug having an opening area is selectively formed. in this case,
The total thickness of the interlayer insulating films 13 and 10 is 1500 nm, and the aspect ratio of the opening is 1.9.

【0106】さらに、前記コンタクトホールの内面にバ
リアメタル膜(例えばTiN膜)14を20nm堆積さ
せた後、例えばメタルCVD装置によりタングステンを
前記トータル絶縁膜厚以上の1700nm程度堆積して
前記コンタクトホールの内部に全面的に埋め込む。
Further, after depositing a barrier metal film (for example, a TiN film) 14 to a thickness of 20 nm on the inner surface of the contact hole, tungsten is deposited by, for example, a metal CVD apparatus to a thickness of about 1700 nm which is equal to or greater than the total insulating film thickness. Embedded completely inside.

【0107】この後、平坦化用の層間絶縁膜13上のタ
ングステン膜およびバリアメタル膜をエッチバックによ
り除去することにより、図1中に示すようにキャパシタ
コンタクトプラグ15が得られる。
Thereafter, the tungsten film and the barrier metal film on the interlayer insulating film 13 for planarization are removed by etch-back, so that the capacitor contact plug 15 is obtained as shown in FIG.

【0108】なお、前記キャパシタコンタクトプラグ1
5を埋め込む際、コンタクトホール内壁にバリアメタル
膜14を形成しているので、コンタクトプラグ15から
ソース領域S用の不純物拡散層への拡散を防止すること
が可能である。
The capacitor contact plug 1
Since the barrier metal film 14 is formed on the inner wall of the contact hole when embedding 5, diffusion from the contact plug 15 to the impurity diffusion layer for the source region S can be prevented.

【0109】さらに、図5に示すように、CMPにより
層間絶縁膜13の表面を十分に平坦化した後、キャップ
用絶縁膜16を150nm堆積する。
Further, as shown in FIG. 5, after the surface of the interlayer insulating film 13 is sufficiently planarized by CMP, a cap insulating film 16 is deposited to a thickness of 150 nm.

【0110】次に、図2および図6に示すように、前記
キャップ用絶縁膜16上に、キャパシタ下部電極17
(キャパシタプレート線PL)用の導電膜、キャパシタ
絶縁膜用の強誘電体膜18を順次形成し、さらに、キャ
パシタ上部電極19を形成し、強誘電体膜18および下
部電極17用の導電膜のパターニングを行って強誘電体
キャパシタを形成した後、キャパシタ保護用絶縁膜20
を形成する。
Next, as shown in FIGS. 2 and 6, a capacitor lower electrode 17 is formed on the cap insulating film 16.
A conductive film for the (capacitor plate line PL) and a ferroelectric film 18 for the capacitor insulating film are sequentially formed. Further, a capacitor upper electrode 19 is formed, and a conductive film for the ferroelectric film 18 and the lower electrode 17 is formed. After patterning to form a ferroelectric capacitor, the capacitor protecting insulating film 20 is formed.
To form

【0111】この際、前記強誘電体膜18としてPZT
(PbZrx Ti1-x 3 )、PLZT((Pb,La)(Zr,T
i)O3 )の他、SBT(SrBi2 Ta2 9 )等を用
いることができる。また、キャパシタ下部電極17やキ
ャパシタ上部電極19としてPt等(PtあるいはIr
あるいはIrOx 、IrO2 、RuO2 、あるいはそれ
らを組み合わせたもの)を用いることができる。
At this time, PZT is used as the ferroelectric film 18.
(PbZr x Ti1- x O 3 ), PLZT ((Pb, La) (Zr, T
i) In addition to O 3 ), SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) or the like can be used. Pt or the like (Pt or Ir) is used as the capacitor lower electrode 17 and the capacitor upper electrode 19.
Alternatively, IrO x , IrO 2 , RuO 2 , or a combination thereof can be used.

【0112】次に、前記キャパシタ保護用絶縁膜20お
よびキャップ用絶縁膜16のキャパシタコンタクトプラ
グ15上に対応する部分を開口するとともに、キャパシ
タ保護用絶縁膜20のキャパシタ上部電極19上に対応
する部分を開口する。この場合、キャパシタコンタクト
プラグ15の上端面積より大きい開口部(図2中、16
a)と、キャパシタ上部電極19の面積より小さい開口
部(図2中、19a)を形成する。
Next, a portion of the capacitor protecting insulating film 20 and the cap insulating film 16 corresponding to the portion above the capacitor contact plug 15 is opened, and a portion of the capacitor protecting insulating film 20 corresponding to the portion above the capacitor upper electrode 19. Open. In this case, an opening larger than the upper end area of the capacitor contact plug 15 (16 in FIG. 2)
a) and an opening (19a in FIG. 2) smaller than the area of the capacitor upper electrode 19 is formed.

【0113】そして、図3および図7に示すように、キ
ャパシタコンタクトプラグ15とキャパシタ上部電極1
9とを接続するための電極配線材料として、例えばバリ
アメタル膜用のTiN膜21およびSi・Cu(シリコ
ン・銅)成分を含むAl(アルミ)配線のような導電膜
を、キャパシタ保護用絶縁膜20を覆うように例えば高
周波スパッタ法、メタルCVD法あるいはMOCVD法
により順に堆積し、それをパターニングして電極配線2
2を形成し、その上にパッシベーション膜23を堆積す
る。
Then, as shown in FIGS. 3 and 7, the capacitor contact plug 15 and the capacitor upper electrode 1 are formed.
For example, a conductive film such as a TiN film 21 for a barrier metal film and an Al (aluminum) wiring containing a Si.Cu (silicon.copper) component may be used as an electrode wiring material for connecting to the capacitor insulating film 9. 20 are sequentially deposited by, for example, a high frequency sputtering method, a metal CVD method or an MOCVD method, and are patterned to form an electrode wiring 2.
2 and a passivation film 23 is deposited thereon.

【0114】なお、前記強誘電体膜18の形成に際し
て、強誘電体材料の堆積後、強誘電体材料を結晶化し、
強誘電体特性を高めるために、通常は750℃程度の高
温酸素雰囲気で10秒間程度、高速熱処理する。
In the formation of the ferroelectric film 18, after the ferroelectric material is deposited, the ferroelectric material is crystallized.
In order to enhance the ferroelectric characteristics, high-speed heat treatment is usually performed for about 10 seconds in a high-temperature oxygen atmosphere at about 750 ° C.

【0115】また、強誘電体材料の堆積後の工程でキャ
パシタパターニングを行う時に生じる強誘電体特性の低
下を回復させるために、600℃の高温酸素雰囲気で3
0分程度のアニールを行う。
Further, in order to recover the deterioration of the ferroelectric characteristics which occurs when patterning the capacitor in the step after the deposition of the ferroelectric material, the ferroelectric material is heated in a high-temperature oxygen atmosphere at 600 ° C.
Anneal for about 0 minutes.

【0116】なお、これらの高温酸素雰囲気での処理に
際して、前記キャップ用絶縁膜16は、強誘電体膜18
を形成する際の強誘電体物質の熱的処理工程が終了する
までは電極配線形成用のコンタクトホールが開口されて
いないので、前記キャパシタコンタクトプラグ材の酸化
を防止する働きを有する。
During the treatment in the high-temperature oxygen atmosphere, the cap insulating film 16 is replaced with the ferroelectric film 18.
Since the contact hole for forming the electrode wiring is not opened until the thermal treatment step of the ferroelectric substance at the time of forming the capacitor is completed, it has a function of preventing the capacitor contact plug material from being oxidized.

【0117】ただし、キャップ用絶縁膜16でキャパシ
タコンタクトプラグ15を覆っていても、高温酸素雰囲
気でのアニールなどによりキャパシタコンタクトプラグ
材の表面の軽度の部分的酸化は避けられない。
However, even if the capacitor contact plug 15 is covered with the cap insulating film 16, slight partial oxidation of the surface of the capacitor contact plug material cannot be avoided by annealing in a high-temperature oxygen atmosphere.

【0118】そこで、好ましくは、前記キャパシタコン
タクトプラグ15上に電極配線材料を堆積する際、その
前にキャパシタコンタクトプラグ15の表面酸化膜をエ
ッチングする工程を付加することにより、キャパシタコ
ンタクトプラグ15と電極配線材料との安定な接続が可
能になる。この際のエッチングは、通常のメタルスパッ
ターの電極を入れ替えて逆スパッターにすることで可能
である。
Therefore, preferably, a step of etching the surface oxide film of the capacitor contact plug 15 is added before depositing the electrode wiring material on the capacitor contact plug 15 so that the capacitor contact plug 15 and the electrode Stable connection with the wiring material becomes possible. The etching at this time can be performed by replacing the electrode of the normal metal sputtering and performing reverse sputtering.

【0119】また、一般にMOSFET活性層とコンタ
クトプラグとのコンタクト抵抗を下げるために行う水
素、窒素の混合ガスを用いた450℃のシンター工程
は、従来の工程例では強誘電体キャパシタの特性を劣化
させる理由から使用することは不可能であった。これに
対して、上記実施例の製造方法によれば、強誘電体キャ
パシタの形成よりも前にキャパシタコンタクトプラグ1
5を作り込むことにより、強誘電体キャパシタの形成前
に通常のMOS型LSIと同一のシンター工程を採用す
ることができ、具体的には、水素もしくは窒素またはこ
れらの混合ガスを用いた400〜500℃程度のシンタ
リングを行うことが可能となる。これにより、MOSF
ETのゲート閾値Vth、基板電位等諸々のデバイスパ
ラメーターを共通に制御できる利点が生ずる。
In general, a 450 ° C. sintering process using a mixed gas of hydrogen and nitrogen to reduce the contact resistance between the MOSFET active layer and the contact plug degrades the characteristics of the ferroelectric capacitor in the conventional process example. It was not possible to use it for the reason. On the other hand, according to the manufacturing method of the above embodiment, the capacitor contact plug 1 is formed before the formation of the ferroelectric capacitor.
5, the same sintering process as that of a normal MOS type LSI can be employed before the formation of a ferroelectric capacitor. Specifically, 400 to 400 nm using hydrogen or nitrogen or a mixed gas thereof is used. Sintering at about 500 ° C. can be performed. Thereby, MOSF
There is an advantage that various device parameters such as the gate threshold value Vth of ET and the substrate potential can be commonly controlled.

【0120】また、上記実施例の製造方法において、キ
ャパシタコンタクトプラグ15の材料として、電極配線
と同じ材料は用いず、耐酸化性、耐熱性、低コンタクト
抵抗性を有し、高アスペクト比のコンタクトホールへの
埋め込みが可能な材料の使用が望ましく、例えばタング
ステン、モリブデン、チタン、パラジウム等の高融点金
属の使用が望ましい。
Further, in the manufacturing method of the above embodiment, the same material as the electrode wiring is not used as the material of the capacitor contact plug 15 and the contact plug 15 has oxidation resistance, heat resistance, low contact resistance and a high aspect ratio. It is desirable to use a material that can be buried in the hole, and it is desirable to use a high melting point metal such as tungsten, molybdenum, titanium, and palladium.

【0121】これは、前記キャパシタコンタクトプラグ
15としてポリシリコン材やアルミ系材などの酸化され
やすい材料を使用した場合には、キャパシタコンタクト
プラグ15を埋め込み形成した後で強誘電体キャパシタ
を作り込む際に、酸素雰囲気での高温熱処理がキャパシ
タコンタクトプラグ15にも施され、キャパシタコンタ
クトプラグ15が酸化されてその寄生抵抗が増加すると
いう問題が生じるからである。
This is because when a material that is easily oxidized such as a polysilicon material or an aluminum material is used as the capacitor contact plug 15, the ferroelectric capacitor is formed after the capacitor contact plug 15 is buried. This is because a high-temperature heat treatment in an oxygen atmosphere is also applied to the capacitor contact plug 15, which causes a problem that the capacitor contact plug 15 is oxidized and its parasitic resistance increases.

【0122】なお、本例ではAlSiCu電極配線材料
とタングステンコンタクトプラグ材とのインターレーヤ
ーとしてTiNを用いたが、Ti/TiNの積層膜を用
いてもよい。また、電極配線材料としては、AlSiC
u配線に限らず、アルミ系、銅系の配線材料や導電性ポ
リシリコン系配線材料を用いることが可能である。
In this example, TiN was used as an interlayer between the AlSiCu electrode wiring material and the tungsten contact plug material, but a laminated film of Ti / TiN may be used. Also, as the electrode wiring material, AlSiC
Not only the u wiring, but also an aluminum-based or copper-based wiring material or a conductive polysilicon-based wiring material can be used.

【0123】また、上記実施例の製造方法においては、
キャパシタ用のコンタクトプラグと電極配線材料との接
触抵抗を少なくするために、それらのコンタクト面で電
極配線がキャパシタ用のコンタクトプラグの上端面の面
積より大きい配線面積を持つ接続構造を採用している。
In the manufacturing method of the above embodiment,
In order to reduce the contact resistance between the contact plug for the capacitor and the electrode wiring material, a connection structure is adopted in which the electrode wiring has a wiring area larger than the area of the upper end surface of the contact plug for the capacitor on those contact surfaces. .

【0124】即ち、本例では、キャパシタ用のコンタク
トプラグ上の電極配線(AlSiCu/TiN)は、コ
ンタクトプラグ(W)の上端面と周辺絶縁膜(本例では
層間絶縁膜13)の両方に接触する構造を採用してい
る。
That is, in this example, the electrode wiring (AlSiCu / TiN) on the contact plug for the capacitor contacts both the upper end surface of the contact plug (W) and the peripheral insulating film (in this example, the interlayer insulating film 13). The structure is adopted.

【0125】なお、電荷転送用のパストランジスタとし
ては、ゲート絶縁膜が酸化物からなるMOSトランジス
タに限定されず、ゲート絶縁膜が窒化物や、窒酸化物、
あるいは酸化物と窒化物との積層構造等からなるMIS
トランジスタを形成することもできる。
Note that the path transistor for charge transfer is not limited to a MOS transistor whose gate insulating film is made of an oxide, and the gate insulating film is made of a nitride, a nitride oxide, or the like.
Alternatively, a MIS having a laminated structure of an oxide and a nitride or the like
A transistor can also be formed.

【0126】次に、前記したようなPZT材料またはS
BT材料を用いた強誘電体キャパシタの上部電極材料と
してPtまたはその他の電極材料(Ir、Ir酸化物、
Ru酸化物等)を使用し、強誘電体キャパシタの上部電
極を0.1ミクロンレベルまで微細に形成する方法につ
いて、図8(a)乃至(f)を参照しながら説明する。
なお、この工程は、強誘電体キャパシタ用電極以外の形
成に際しても適用可能である。
Next, the PZT material or S
As an upper electrode material of a ferroelectric capacitor using a BT material, Pt or another electrode material (Ir, Ir oxide,
A method of forming an upper electrode of a ferroelectric capacitor as fine as 0.1 micron using Ru oxide or the like will be described with reference to FIGS.
This step can be applied to the formation of other than the ferroelectric capacitor electrode.

【0127】まず、図8(a)に示すように、前記キャ
ップ用絶縁膜16上に強誘電体キャパシタの下部電極膜
17a、強誘電体薄膜18aを順次堆積する。この場
合、下部電極膜17aとしてPtを175nm、強誘電
体薄膜18aとしてPZT膜を300nm形成する。
First, as shown in FIG. 8A, a lower electrode film 17a of a ferroelectric capacitor and a ferroelectric thin film 18a are sequentially deposited on the cap insulating film 16. In this case, 175 nm of Pt is formed as the lower electrode film 17a, and a 300 nm PZT film is formed as the ferroelectric thin film 18a.

【0128】次に、図8(b)に示すように、強誘電体
薄膜18a上に300nmのTEOS(テトラエトキシ
シラン)酸化膜20aを堆積する。
Next, as shown in FIG. 8B, a 300 nm TEOS (tetraethoxysilane) oxide film 20a is deposited on the ferroelectric thin film 18a.

【0129】次に、図8(c)に示すように、PEP
(写真蝕刻工程)を用いてTEOS酸化膜20aに所望
の上部電極面積に対応する開口部を選択的に形成する。
Next, as shown in FIG.
An opening corresponding to a desired upper electrode area is selectively formed in the TEOS oxide film 20a by using (photo etching process).

【0130】次に、図8(d)に示すように、上部電極
形成用のPt膜19aをTEOS酸化膜20aの膜厚以
上に堆積する。
Next, as shown in FIG. 8D, a Pt film 19a for forming an upper electrode is deposited to a thickness not less than the thickness of the TEOS oxide film 20a.

【0131】次に、図8(e)に示すように、エッチバ
ックあるいはCMPによりTEOS酸化膜20a上のP
t膜19aを除去する。そして、通常のフォト・リソグ
ラフィ技術を使用し、帯状のレジストパターンを形成
し、このレジストパターンをマスクとする異方性エッチ
ングにより、前記TEOS酸化膜20a/強誘電体薄膜
18a/下部電極膜17aを順次パターニングする。
Next, as shown in FIG. 8E, the P on the TEOS oxide film 20a is etched back or CMP.
The t film 19a is removed. Then, a strip-shaped resist pattern is formed using a normal photolithography technique, and the TEOS oxide film 20a / ferroelectric thin film 18a / lower electrode film 17a are formed by anisotropic etching using this resist pattern as a mask. Pattern sequentially.

【0132】これにより、所望の帯状の強誘電体薄膜1
8および下部電極17を得る。この際、同一マスクパタ
ーンを用いてTEOS酸化膜20a、強誘電体薄膜18
aおよび下部電極膜17aを順次エッチング加工するこ
とにより、セルフアラインによりTEOS酸化膜20a
と強誘電体薄膜18と下部電極膜17とはほぼ同じ平面
形状に形成される。
Thus, the desired band-shaped ferroelectric thin film 1
8 and the lower electrode 17 are obtained. At this time, the TEOS oxide film 20a and the ferroelectric thin film 18 are formed using the same mask pattern.
a and the lower electrode film 17a are sequentially etched so that the TEOS oxide film 20a is self-aligned.
The ferroelectric thin film 18 and the lower electrode film 17 are formed in substantially the same planar shape.

【0133】次に、図8(f)に示すように、上記強誘
電体薄膜18、下部電極17のパターンエッジにおける
異方性エッチングによる加工ダメージを緩和するととも
に、強誘電体薄膜18の電気的絶縁耐圧の低下などを抑
制するために、TEOS酸化膜20a、上部電極19、
強誘電体薄膜18、下部電極17の表面を覆うようにキ
ャパシタ保護用絶縁膜20を形成する。上記キャパシタ
保護用絶縁膜20としては、例えばプラズマCVD法に
よるTEOSの分解により得られるSiO2 膜、あるい
は、熱酸化法によるSiO2 膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 8 (f), processing damage due to anisotropic etching at the pattern edges of the ferroelectric thin film 18 and the lower electrode 17 is reduced, and the electrical characteristics of the ferroelectric thin film 18 are reduced. The TEOS oxide film 20a, the upper electrode 19,
An insulating film 20 for protecting the capacitor is formed so as to cover the surfaces of the ferroelectric thin film 18 and the lower electrode 17. As the capacitor protection insulating film 20, for example, an SiO 2 film obtained by decomposition of TEOS by a plasma CVD method or an SiO 2 film by a thermal oxidation method is formed.

【0134】そして、キャパシタ保護用絶縁膜20の上
部電極19上に対応する部分に上部電極19の面積より
小さい開口部を設けた後、前記したような電極配線22
および最終保護用のパッシベーション膜23を形成す
る。
After an opening smaller than the area of the upper electrode 19 is provided in a portion of the capacitor protection insulating film 20 corresponding to the upper electrode 19, the electrode wiring 22 as described above is formed.
Then, a passivation film 23 for final protection is formed.

【0135】上述したように上記実施例の製造方法にお
いては、強誘電体メモリセルを形成する際、パストラン
ジスタの一端側領域上にコンタクトプラグ層を埋め込ん
だ後に強誘電体キャパシタを形成し、キャパシタ上部電
極とコンタクトプラグの上端部とを接続するための電極
配線を例えばスパッタ法により形成することが可能にな
る。
As described above, in the manufacturing method of the above embodiment, when forming a ferroelectric memory cell, a ferroelectric capacitor is formed after a contact plug layer is buried on one end region of a pass transistor. Electrode wiring for connecting the upper electrode and the upper end of the contact plug can be formed by, for example, a sputtering method.

【0136】これにより、強誘電体メモリセルの形成後
におけるメタルCVD装置やMOCVD装置を用いた還
元性雰囲気中での配線膜堆積工程を避けることができ、
キャパシタの残留分極量等の電気的特性の劣化を防止す
ることができる。
As a result, the step of depositing the wiring film in a reducing atmosphere using a metal CVD apparatus or a MOCVD apparatus after the formation of the ferroelectric memory cell can be avoided.
Deterioration of electrical characteristics such as the amount of remanent polarization of the capacitor can be prevented.

【0137】また、キャパシタ上部電極19を絶縁膜2
0aの開口部に埋め込む構造としたので、キャパシタ上
部電極19の面積を縮小し、単位セルの面積の縮小化が
可能になり、FRAMの高集積化が可能になる。
The capacitor upper electrode 19 is formed on the insulating film 2.
Since the structure is buried in the opening of Oa, the area of the capacitor upper electrode 19 can be reduced, the area of the unit cell can be reduced, and the FRAM can be highly integrated.

【0138】なお、上記第1の実施の形態では、キャパ
シタコンタクトプラグを1回の工程で形成したが、キャ
パシタコンタクトプラグを2段階に分けて形成してもよ
く、このような変形例の製造方法の断面図を図9および
図10に示す。
In the first embodiment, the capacitor contact plug is formed in one step. However, the capacitor contact plug may be formed in two steps. 9 and 10 are sectional views of FIG.

【0139】即ち、図9および図10に示すように、ビ
ット線BL(11、12)の形成と同時に第1のキャパ
シタコンタクトプラグ11a、12aを形成しておき、
その上に形成される絶縁層13に前記第1のキャパシタ
コンタクトプラグ11a、12aの上端面に接続するよ
うに第2のキャパシタコンタクトプラグ14、15を形
成する。
That is, as shown in FIGS. 9 and 10, the first capacitor contact plugs 11a and 12a are formed simultaneously with the formation of the bit lines BL (11 and 12).
Second capacitor contact plugs 14 and 15 are formed on the insulating layer 13 formed thereon so as to be connected to the upper end surfaces of the first capacitor contact plugs 11a and 12a.

【0140】このような構造を採用することにより、コ
ンタクトプラグ層を埋め込む際における各コンタクトホ
ールのアスペクト比を低下させることができるので、コ
ンタクトホール内への埋め込みを容易に行うことが可能
になる。
By adopting such a structure, the aspect ratio of each contact hole at the time of embedding the contact plug layer can be reduced, so that the embedding into the contact hole can be easily performed.

【0141】このように形成された半導体装置は、半導
体基板の表層部に形成された不純物拡散領域からなるド
レイン領域・ソース領域を有するMISトランジスタ
と、前記MISトランジスタを含む半導体基板上に形成
された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜内に埋め込み
形成されたビット線コンタクトプラグを介して前記ドレ
イン領域・ソース領域のうちの一方の領域に接続され、
前記第1の絶縁膜上に形成されたビット線と、前記第1
の絶縁膜内に埋め込み形成され、前記ドレイン領域・ソ
ース領域のうちの他方の領域に下端部がコンタクトした
第1のキャパシタコンタクトプラグと、前記ビット線を
含む半導体基板上に形成された第2の絶縁膜と、前記第
2の絶縁膜内に埋め込み形成され、前記第1のキャパシ
タコンタクトプラグの上端に下端部がコンタクトした第
2のキャパシタコンタクトプラグと、前記第2の絶縁膜
上に形成され、下部電極、強誘電体物質を用いた電極間
絶縁膜および上部電極を有する強誘電体キャパシタと、
前記第2のキャパシタコンタクトプラグの上端と前記強
誘電体キャパシタとの間を接続する電極配線とを具備す
ることを特徴とする。
The semiconductor device thus formed is formed on a MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region formed on a surface layer of a semiconductor substrate, and on a semiconductor substrate including the MIS transistor. A first insulating film, connected to one of the drain region and the source region via a bit line contact plug buried in the first insulating film;
A bit line formed on the first insulating film;
A first capacitor contact plug having a lower end in contact with the other of the drain region and the source region, and a second capacitor formed on a semiconductor substrate including the bit line. An insulating film, a second capacitor contact plug buried in the second insulating film, and a lower end contacting an upper end of the first capacitor contact plug; and a second capacitor contact plug formed on the second insulating film; A lower electrode, a ferroelectric capacitor having an inter-electrode insulating film using a ferroelectric substance and an upper electrode,
An electrode wiring for connecting between an upper end of the second capacitor contact plug and the ferroelectric capacitor is provided.

【0142】また、上記第1の実施の形態において、前
記ビット線BL(11、12)のコンタクトプラグ部お
よびキャパシタコンタクトプラグ14、15(第1のキ
ャパシタコンタクトプラグ11a、12a、第2のキャ
パシタコンタクトプラグ14、15からなる場合も含
む)を、図9および図10に示すように、それぞれ上部
の開口幅が底面の開口幅よりも広い逆テーパ状の側面を
有するように形成してもよい。
In the first embodiment, the contact plug portions of the bit lines BL (11, 12) and the capacitor contact plugs 14, 15 (the first capacitor contact plugs 11a, 12a, the second capacitor contact 9 and 10) may be formed so as to have an inversely tapered side surface in which the upper opening width is wider than the bottom opening width, as shown in FIGS.

【0143】これにより、セルサイズの縮小化に伴って
ワード線間隔が狭くなっても、ワード線とコンタクトプ
ラグ下部との間隔を所望通り確保するとともにコンタク
トホールの開口面積(電極配線とのコンタクト面積)を
所望通り確保することが容易になり、プロセスマージン
が増大するという利点が得られる。
As a result, even if the interval between word lines becomes narrower as the cell size is reduced, the interval between the word line and the lower part of the contact plug is maintained as desired, and the opening area of the contact hole (the contact area with the electrode wiring) is maintained. ) Can be easily secured as desired, and the advantage that the process margin increases.

【0144】次に、図11および図12は、本発明の第
2の実施の形態に係るFRAMセルのアレイを有する大
容量のFRAMにおけるFRAMセルおよび他の素子の
製造工程順における断面構造の一部を概略的に示してい
る。
Next, FIGS. 11 and 12 are cross-sectional views of a large-capacity FRAM having an array of FRAM cells according to a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps of the FRAM cell and other elements. The parts are schematically shown.

【0145】図13は、第2の実施の形態に係るFRA
Mセルのアレイの一部の平面パターンの一例を概略的に
示している。
FIG. 13 shows an FRA according to the second embodiment.
An example of a planar pattern of a part of an array of M cells is schematically shown.

【0146】図11および図12に示す製造工程は、二
層配線構造における第2層配線(ビット線あるいは他の
配線)の接続を行うためのビアホールを埋めるために、
Al、AlCu、AlCuSi、Cuの少なくとも一つ
の材料(本例ではアルミニウム)がリフローされている
点が特徴的である。なお、ここで、図4乃至図7に示し
た製造工程と同一部分には同一符号を付している。
The manufacturing steps shown in FIGS. 11 and 12 are performed to fill a via hole for connecting a second layer wiring (bit line or other wiring) in a two-layer wiring structure.
It is characteristic that at least one material (in this example, aluminum) of Al, AlCu, AlCuSi, and Cu is reflowed. Here, the same parts as those in the manufacturing process shown in FIGS. 4 to 7 are denoted by the same reference numerals.

【0147】図11および図12において、半導体基板
1上にはメモリセルのスイッチ用MOSトランジスタ3
1およびメモリセル以外の混載デバイス用の他のMOS
トランジスタ32が形成されている。
Referring to FIGS. 11 and 12, on a semiconductor substrate 1, a switching MOS transistor 3 for a memory cell is provided.
1 and other MOS for embedded devices other than memory cells
A transistor 32 is formed.

【0148】前記各トランジスタ上を覆い、表面が平坦
化された(つまり、下地段差を平坦化した)第1の絶縁
層10内には、前記スイッチ用トランジスタ31のドレ
イン領域D、ソース領域Sに接続されたビット線コンタ
クトプラグ33およびキャパシタコンタクトプラグ3
4、混載デバイス用の他のMOSトランジスタ32のゲ
ートに接続されたコンタクトプラグ35が埋め込み形成
されている。
In the first insulating layer 10 which covers each of the transistors and whose surface is flattened (that is, the underlying steps are flattened), the drain region D and the source region S of the switching transistor 31 are formed in the first insulating layer 10. Connected bit line contact plug 33 and capacitor contact plug 3
4. A contact plug 35 connected to the gate of another MOS transistor 32 for the embedded device is buried.

【0149】前記第1の絶縁層10の表面上に順に形成
されている下部電極17、強誘電体膜18および上部電
極19を含む基板を覆う第2の絶縁層13には、ビット
線コンタクトプラグ33、キャパシタコンタクトプラグ
34、混載デバイス用のコンタクトプラグ35および上
部電極19の上方に対応して選択的にホールが形成され
ている。そして、上記ホール部を介して前記ビット線コ
ンタクトプラグ33に接続されたビット線埋め込みプラ
グ接続配線(ビット線接続用コンタクトパターン)3
6、キャパシタコンタクトプラグ34および上部電極1
9に接続された上部電極取り出し配線(キャパシタ電極
配線)22、混載デバイス用のコンタクトプラグ35に
接続された第1層配線37が形成されている。
The second insulating layer 13 covering the substrate including the lower electrode 17, the ferroelectric film 18 and the upper electrode 19 formed on the surface of the first insulating layer 10 in order is provided with a bit line contact plug. Holes are selectively formed above the capacitor electrode 33, the capacitor contact plug 34, the embedded device contact plug 35, and the upper electrode 19. A bit line embedded plug connection wiring (bit line connection contact pattern) 3 connected to the bit line contact plug 33 through the hole.
6. Capacitor contact plug 34 and upper electrode 1
An upper electrode lead-out wiring (capacitor electrode wiring) 22 connected to the first wiring 9 and a first layer wiring 37 connected to the contact plug 35 for the embedded device are formed.

【0150】なお、前記上部電極取り出し配線22およ
びビット線埋め込みプラグ接続配線36は、Al、Al
CuSi、AlCu、Wメタル、TiNメタル、Tiメ
タルの少なくとも一つの材料を有するものであり、前記
第1層配線37と同一配線層で形成されている。また、
上部電極取り出し配線22、ビット線埋め込みプラグ接
続配線36および第1層配線37の上面側には、選択的
にWメタル、TiNメタル、Tiメタルのいずれかから
なるメタル層11´が形成されており、これらは前記強
誘電体膜18にダメージを与えないスパッタ法あるいは
CVD法によって形成され得る。
The upper electrode lead-out wiring 22 and the bit line embedded plug connection wiring 36 are made of Al, Al
It has at least one material of CuSi, AlCu, W metal, TiN metal, and Ti metal, and is formed in the same wiring layer as the first layer wiring 37. Also,
A metal layer 11 ′ made of any of W metal, TiN metal and Ti metal is selectively formed on the upper surface side of the upper electrode lead-out wiring 22, the bit line embedded plug connection wiring 36, and the first layer wiring 37. These can be formed by a sputtering method or a CVD method that does not damage the ferroelectric film 18.

【0151】前記各配線を含む基板上面を覆い、表面が
平坦化された第3の絶縁層30には、前記ビット線埋め
込みプラグ接続配線36および第1層配線37の上方に
対応して選択的にビアホールが形成されている。そし
て、上記ビアホール内を埋めるようにAl、AlCu、
AlCuSi、Cuの少なくとも一つの材料 (本例で
はアルミニウム)がリフローされてなり、前記ビアホー
ル部を介して前記ビット線埋め込みプラグ接続配線36
に接続されたビット線BLおよび前記ビアホール部を介
して前記第1層配線37に接続された第2層配線38が
形成されている。さらに、パッシベーション膜39が形
成され、パッド部にホールが開口されている。
The third insulating layer 30 which covers the upper surface of the substrate including the wirings and has a planarized surface is selectively provided above the bit line buried plug connection wiring 36 and the first layer wiring 37. A via hole is formed in the substrate. Then, Al, AlCu,
At least one material (Al in this example) of AlCuSi and Cu is reflowed, and the bit line embedded plug connection wiring 36 is formed through the via hole.
And a second layer wiring 38 connected to the first layer wiring 37 via the via hole portion. Further, a passivation film 39 is formed, and a hole is opened in the pad portion.

【0152】上記したようなペロブスカイトないしは層
状ペロブスカイト構造の物質からなる強誘電体膜を用い
た情報記憶用のキャパシタとスイッチ用トランジスタと
を有するメモリセルおよび少なくとも二層以上の多層配
線構造を有する強誘電体メモリの製造に際しては、ビッ
ト線形成工程で前記多層配線構造におけるビアホールを
埋めるためにAl、AlCu、AlCuSi、Cuの少
なくとも一つの材料(本例ではアルミニウム)をリフロ
ーする工程を用いる。
A memory cell having a capacitor for information storage and a switching transistor using a ferroelectric film made of a substance having a perovskite or a layered perovskite structure as described above, and a ferroelectric having a multilayer wiring structure of at least two layers. In manufacturing the body memory, a step of reflowing at least one material of aluminum (Al in this example) of Al, AlCu, AlCuSi, and Cu to fill a via hole in the multilayer wiring structure in a bit line forming step is used.

【0153】この際、Alリフローに際して、下地配線
がAl系の場合には、スパッタ堆積時の温度によりAl
系配線の溶融、ボイドの発生が生ずるおそれがある。こ
のため、ビアメタルと直接接触する下地としては、Wメ
タル、TiNメタル、Tiメタル層のいずれかをスパッ
タあるいはCVD法により堆積した後、多層配線のビア
部となる領域の直下に選択的に上記メタル層11´を形
成し、溶融ボイド防止膜として用いる。
At this time, in the case of Al reflow, if the underlying wiring is made of an Al-based material, depending on the temperature during sputter deposition,
There is a possibility that melting of the system wiring and generation of voids may occur. For this reason, as a base which directly contacts the via metal, any one of a W metal, a TiN metal, and a Ti metal layer is deposited by sputtering or a CVD method, and then the metal is selectively formed directly below a region to be a via portion of a multilayer wiring. A layer 11 'is formed and used as a molten void prevention film.

【0154】次に、図11乃至図13に示す断面図およ
び平面パターンを参照しながら工程順に詳細に説明す
る。
Next, the steps will be described in detail with reference to the cross-sectional views and plan patterns shown in FIGS.

【0155】まず、図11に示すように、通常のCMO
S型DRAMセルの形成工程と同様な工程により、シリ
コン基板1上にメモリセルトランジスタ31および他の
デバイス用のトランジスタ32を形成する。
First, as shown in FIG.
A memory cell transistor 31 and a transistor 32 for another device are formed on the silicon substrate 1 by a process similar to the process of forming the S-type DRAM cell.

【0156】ここで、2は基板表層部に選択的に形成さ
れた素子分離領域、D、Sは基板表層部の素子形成領域
に選択的に形成された基板とは逆導電型の不純物拡散層
からなるドレイン・ソース領域、3は基板表面に形成さ
れたMOSトランジスタ用のゲート酸化膜、Gはゲート
酸化膜3上に形成されたMOSトランジスタ用のゲート
電極部(ワード線WLの一部)である。
Here, 2 is an element isolation region selectively formed in the substrate surface layer portion, and D and S are impurity diffusion layers of the opposite conductivity type to the substrate selectively formed in the element formation region of the substrate surface layer portion. And 3, a gate oxide film for the MOS transistor formed on the substrate surface, and G a gate electrode portion (part of the word line WL) for the MOS transistor formed on the gate oxide film 3. is there.

【0157】なお、素子分離領域2は、LOCOS膜
(選択酸化膜)、STI(Shallow Trench Isolation)
など、任意の構造を採用してよい。
The element isolation region 2 includes a LOCOS film (selective oxide film), an STI (Shallow Trench Isolation)
Any structure may be adopted.

【0158】次に、ゲート電極部G上を含む基板上に平
坦化用の第1の層間絶縁膜(例えばBPSG膜)10を
堆積した後、CMPにより表面を平坦化する。
Next, after a first interlayer insulating film (for example, a BPSG film) 10 for flattening is deposited on the substrate including on the gate electrode portion G, the surface is flattened by CMP.

【0159】次に、第1の層間絶縁膜10に選択的にコ
ンタクトホールを形成する。具体的には、ドレイン領域
D上に対応する部分にビット線コンタクトホール、ソー
ス領域S上に対応する部分にキャパシタプラグ用のコン
タクトホールおよびその他の配線用のコンタクトホール
を形成する。
Next, a contact hole is selectively formed in the first interlayer insulating film 10. Specifically, a bit line contact hole is formed in a portion corresponding to the drain region D, and a contact hole for a capacitor plug and a contact hole for other wiring are formed in a portion corresponding to the source region S.

【0160】さらに、スパッタ法を用いてバリアメタル
膜(Ti、TiN)11を前記コンタクトホールの内部
および第1の層間絶縁膜10上に蒸着した後、CVD法
を用いてW膜を堆積し、前記コンタクトホールの内部に
コンタクトプラグ33、34および35を形成する。
Further, after a barrier metal film (Ti, TiN) 11 is deposited inside the contact hole and on the first interlayer insulating film 10 by using a sputtering method, a W film is deposited by using a CVD method. Contact plugs 33, 34 and 35 are formed inside the contact holes.

【0161】次に、エッチバックあるいはCMPを行
い、第1の層間絶縁膜10の表面を露出させる。なおこ
こで、第1の実施例と同様に、コンタクトプラグを逆テ
ーパ状に形成すれば、プロセスマージンを増大させるこ
とができる。
Next, etch back or CMP is performed to expose the surface of the first interlayer insulating film 10. Here, similarly to the first embodiment, if the contact plug is formed in a reverse tapered shape, the process margin can be increased.

【0162】次に、図12に示すように、前記各コンタ
クトプラグを含む第1の層間絶縁膜10上に、キャパシ
タ下部電極17(キャパシタプレート線PL)用の導電
膜として、Pt/Ti/TiNをスパッタ蒸着する。さ
らに、キャパシタ絶縁膜用の強誘電体膜18としてPZ
T膜を形成する。さらに、キャパシタ上部電極19とし
てPtを形成する。そして、RIEを用いて、前記キャ
パシタ上部電極19、強誘電体膜18および下部電極1
7の順にパターニング加工を行って強誘電体キャパシタ
を形成する。この際、強誘電体膜18にダメージが入っ
た場合は、500〜600℃の酸素雰囲気での熱処理に
より回復させることができる。
Next, as shown in FIG. 12, a Pt / Ti / TiN film is formed on the first interlayer insulating film 10 including the contact plugs as a conductive film for the capacitor lower electrode 17 (capacitor plate line PL). Is sputter deposited. Furthermore, PZ is used as the ferroelectric film 18 for the capacitor insulating film.
A T film is formed. Further, Pt is formed as the capacitor upper electrode 19. Then, the upper electrode 19, the ferroelectric film 18, and the lower electrode 1 are formed by RIE.
Patterning is performed in the order of 7 to form a ferroelectric capacitor. At this time, if the ferroelectric film 18 is damaged, it can be recovered by heat treatment in an oxygen atmosphere at 500 to 600 ° C.

【0163】次に、プラズマCVDにより第2の層間絶
縁膜13を形成し、化学ドライエッチング(CDE)お
よびRIEを用いて前記各コンタクトプラグ33、3
4、35および上部電極19との接続用のコンタクトホ
ールを形成する。
Next, a second interlayer insulating film 13 is formed by plasma CVD, and the contact plugs 33, 3 are formed by chemical dry etching (CDE) and RIE.
Then, contact holes for connection with 4, 35 and the upper electrode 19 are formed.

【0164】そして、スパッタ法を用いてAl、Wを順
に堆積し、キャパシタコンタクトプラグ34とキャパシ
タ上部電極19との接続を行うためのキャパシタ電極配
線22を形成すると同時に、ビット線接続用コンタクト
パターン36およびメモリセル以外の混載デバイス用の
第1層配線37を形成する。
Then, Al and W are sequentially deposited by sputtering to form the capacitor electrode wiring 22 for connecting the capacitor contact plug 34 and the capacitor upper electrode 19, and at the same time, the bit line connection contact pattern 36 is formed. Then, the first layer wiring 37 for the embedded device other than the memory cell is formed.

【0165】さらに、第3の層間絶縁膜30を形成し、
その表面をCMPにより平坦化した後、前記ビット線接
続用コンタクトパターン36との接続を行うためのビア
ホールおよびメモリセル以外の混載デバイスの第1層配
線37との接続を行うためのビアホールを形成し、Ar
雰囲気で基板温度400〜470℃とした高周波マグネ
トロンスパッタ法(Alを高温で溶解し泳動的にビアホ
ールを埋め込むAlリフロー法)により前記ビアホール
内を埋め込むように第2配線層を堆積した後、第2配線
層をパターニングしてビット線BLおよび混載デバイス
用の第2層配線38を形成する。
Further, a third interlayer insulating film 30 is formed.
After the surface is flattened by CMP, a via hole for connection with the bit line connection contact pattern 36 and a via hole for connection with the first layer wiring 37 of the embedded device other than the memory cell are formed. , Ar
After depositing a second wiring layer so as to fill the via hole by a high-frequency magnetron sputtering method (Al reflow method of dissolving Al at a high temperature and embedding a via hole by electrophoresis) at a substrate temperature of 400 to 470 ° C. in an atmosphere, The wiring layer is patterned to form the bit line BL and the second layer wiring 38 for the embedded device.

【0166】これにより、ビット線BLは、ビアホール
部・ビット線接続用コンタクトパターン36およびビッ
ト線コンタクトプラグ33を介してメモリセルのスイッ
チ用MOSトランジスタ31のドレイン領域Dに接続さ
れることになり、混載デバイス用の第2層配線38は第
1層配線37を介してメモリセル以外の混載デバイス用
MOSトランジスタ32に接続される。
As a result, the bit line BL is connected to the drain region D of the switching MOS transistor 31 of the memory cell via the via hole / bit line connection contact pattern 36 and the bit line contact plug 33. The second layer wiring 38 for the embedded device is connected to the MOS transistor 32 for the embedded device other than the memory cell via the first layer wiring 37.

【0167】なお、第2層配線38は、Alリフロ−で
堆積された膜をそのまま用いてパターニングしてもよい
が、ビア部以外のAl系メタルをメタルCMPにて研
磨、除去、平坦化し、再び第2層配線38となるメタル
を堆積し、パターニングしてもよい。
The second layer wiring 38 may be patterned by using a film deposited by Al reflow as it is. However, the Al-based metal other than the via portion is polished, removed, and planarized by metal CMP. A metal to be the second layer wiring 38 may be deposited again and patterned.

【0168】この後、二層配線構造の半導体集積回路の
場合は、トップパッシベーション絶縁膜39を堆積し、
パッド部を開口する。三層、四層配線以上の配線構造の
半導体集積回路の場合は、前記したような層間絶縁膜3
0を形成した後にAlリフロー法による配線層を堆積
し、パターニングを行う工程を必要回数繰り返し、この
後にトップパッシベーション絶縁膜39を堆積し、パッ
ド部を開口する。
Thereafter, in the case of a semiconductor integrated circuit having a two-layer wiring structure, a top passivation insulating film 39 is deposited,
Open the pad section. In the case of a semiconductor integrated circuit having a wiring structure of three or four layers or more, the interlayer insulating film 3 as described above is used.
After forming 0, a wiring layer is deposited by an Al reflow method and the step of patterning is repeated a required number of times. Thereafter, a top passivation insulating film 39 is deposited, and a pad portion is opened.

【0169】なお、本実施の形態においては、前記第1
層配線37を形成した際の第1配線層の一部をパッド部
として用いてもよい。
In the present embodiment, the first
A part of the first wiring layer when the layer wiring 37 is formed may be used as a pad part.

【0170】さらに、図12には、第3の層間絶縁膜3
0におけるビット線コンタクトプラグ33の上方に対応
して選択的にホールを開口し、ビット線をビット線接続
用コンタクトパターン36とコンタクトさせた場合を示
したが、ビット線接続用コンタクトパターン36を第1
の絶縁層10上で適宜引き回すことにより、これとは異
なる位置でビット線をコンタクトさせることも可能であ
る。従って、プロセスマージンを増大させることがで
き、特にセルアレイの設計の自由度を向上させる上で有
利である。全く同様に、メモリセル以外の混載デバイス
の第1層配線37についても、第1の絶縁層10上で引
き回すことが可能である。
FIG. 12 shows the third interlayer insulating film 3.
In the case where a hole is selectively opened corresponding to above the bit line contact plug 33 at 0 and the bit line is brought into contact with the bit line connection contact pattern 36, the bit line connection contact pattern 36 is 1
It is also possible to contact the bit line at a different position by appropriately arranging it on the insulating layer 10. Therefore, the process margin can be increased, which is particularly advantageous in improving the degree of freedom in designing a cell array. Similarly, the first layer wiring 37 of the embedded device other than the memory cell can be routed on the first insulating layer 10.

【0171】また、図7に示したような強誘電体キャパ
シタより下方にビット線BLを配置した構造(FCO
B;Ferro Capacitor On Bit-line )を有するセルアレ
イは、メモリセル部の設計の自由度が向上するが、ビッ
ト線上に形成される層間絶縁膜13の分だけ絶縁膜厚が
増大することになり、メモリ以外の混載デバイスにとっ
ては不利な構造を強いられることになる。
A structure in which a bit line BL is arranged below a ferroelectric capacitor as shown in FIG.
B: Ferro Capacitor On Bit-line), the degree of freedom in designing the memory cell portion is improved, but the insulating film thickness is increased by the amount of the interlayer insulating film 13 formed on the bit line. This imposes a disadvantageous structure on the embedded device other than the memory.

【0172】これに対して、図11および図12に示し
たように強誘電体キャパシタの上層側にビット線BLを
配置した構造とし、ビット線BLを第2配線層で形成し
た場合には、メモリセル部の設計の自由度が大幅に増大
し、これによりセル面積の縮小化が可能になる。
On the other hand, when the bit line BL is arranged on the upper layer side of the ferroelectric capacitor as shown in FIGS. 11 and 12, and the bit line BL is formed by the second wiring layer, The degree of freedom in the design of the memory cell section is greatly increased, thereby making it possible to reduce the cell area.

【0173】ここで、図13に示した平面パターンを参
照して説明する。図13に示した構造は、前述した図1
乃至図3の構造と比べて、ビット線BLがワード線WL
の上方でワード線WLに直交する方向に一定幅で形成さ
れており、ビット線BLの配置、幅、コンタクト部など
が異なり、その他は同じであるので図1乃至図3中と同
一符号を付してその詳細な説明を省略する。
Here, description will be made with reference to the plane pattern shown in FIG. The structure shown in FIG.
3 is different from the structure of FIG.
Are formed at a constant width in a direction orthogonal to the word line WL above the word line WL. The arrangement, width, contact portion, and the like of the bit line BL are different. The detailed description is omitted.

【0174】即ち、図13において、41はビット線B
Lがその下層部のビット線接続用コンタクトパターン
(図12中の36)に接続されているコンタクト部、4
2は単位セル毎に形成されたスタック構造のキャパシタ
の上部電極(図12中の19)およびキャパシタコンタ
クトプラグ(図12中の34)に対して、ワード線WL
とビット線BLとの間の中間層に形成された局所接続用
の電極配線(図12中の22)が接続されているコンタ
クト部である。PLはキャパシタの下部電極(図12中
の17)が連続するように形成されたキャパシタプレー
ト線である。
That is, in FIG. 13, reference numeral 41 denotes a bit line B
L is a contact portion connected to a bit line connection contact pattern (36 in FIG. 12) in the lower layer portion;
Reference numeral 2 denotes a word line WL for an upper electrode (19 in FIG. 12) and a capacitor contact plug (34 in FIG. 12) of a capacitor having a stack structure formed for each unit cell.
This is a contact portion to which an electrode wiring (22 in FIG. 12) for local connection formed in an intermediate layer between the gate electrode and the bit line BL is connected. PL is a capacitor plate line formed so that the lower electrodes (17 in FIG. 12) of the capacitor are continuous.

【0175】つまり、図11および図12に示したよう
な強誘電体キャパシタの上層側にビット線を配置した構
造を採用すれば、図13に示すようにセルアレイを形成
することが可能になり、前記FCOB構造に比べてビッ
ト線BLの幅を広くとることができ、ビット線抵抗を低
くできるので、メモリ動作上、極めて有利となる。
That is, if the structure in which the bit lines are arranged on the upper layer side of the ferroelectric capacitor as shown in FIGS. 11 and 12, it is possible to form a cell array as shown in FIG. Since the width of the bit line BL can be made wider and the bit line resistance can be reduced as compared with the FCOB structure, it is extremely advantageous in memory operation.

【0176】従って、FRAMメモリと他のLSIを混
載する場合には、ビット線BLを強誘電体キャパシタよ
り下方または第1層に配線するFCOB構造よりも第2
配線層以降に形成する方が有利である。
Therefore, when the FRAM memory and another LSI are mixedly mounted, the bit line BL is formed in a second layer lower than the FCOB structure in which the bit line BL is provided below the ferroelectric capacitor or in the first layer.
It is more advantageous to form it after the wiring layer.

【0177】さらに、本発明との比較のため、本発明の
第2の実施の形態におけるAlリフローによるビア埋め
込みの代わりに、Ti(スパッタ)/TiN(スパッ
タ)/W(CVD)によるビア埋め込みを用いた場合
(比較例)について、プロセスの違いによる強誘電体キ
ャパシタの強誘電体膜の分極量に及ぼす影響を調べた。
Further, for comparison with the present invention, via filling by Ti (sputter) / TiN (sputter) / W (CVD) is performed instead of filling the via by Al reflow in the second embodiment of the present invention. In the case of using (Comparative Example), the effect of the difference in the process on the amount of polarization of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor was examined.

【0178】結果として、第2の実施の形態により得ら
れた強誘電体キャパシタの強誘電体膜の分極量が30μ
C/cm2 であるのに対して、比較例では、分極量が〜
3μC/cm2 と激しく劣化した。
As a result, the polarization amount of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor obtained according to the second embodiment is 30 μm.
C / cm 2 , whereas the comparative example has a polarization of ~
It was severely deteriorated to 3 μC / cm 2 .

【0179】FRAMデバイスにおいては、強誘電体の
分極量はセンスマージンに直接有効であり、その値が大
きい方が信頼性の向上につながるので、第2の実施の形
態の優位性は明らかである。
In the FRAM device, the polarization amount of the ferroelectric material is directly effective for the sense margin, and a larger value leads to an improvement in reliability. Therefore, the superiority of the second embodiment is apparent. .

【0180】さらに、図14は、本発明の第3の実施の
形態に係るFRAMセルのアレイを有する大容量のFR
AMにおける断面構造の一部(SDG領域およびセルキ
ャパシタを含む)を概略的に示している。
FIG. 14 shows a large capacity FR having an array of FRAM cells according to the third embodiment of the present invention.
1 schematically illustrates a part of a cross-sectional structure (including an SDG region and a cell capacitor) in an AM.

【0181】図14に示すFRAMセルの構造は、図1
2を参照して前述したFRAMセルの構造と比べて、基
本的にはほぼ同様であるが、第1の層間絶縁膜10上に
第1のSiO2 膜51を介して強誘電体キャパシタが形
成されている点、強誘電体キャパシタ上に第2のSiO
2 膜52が形成されている点が異なる。
The structure of the FRAM cell shown in FIG.
2 is basically similar to the structure of the FRAM cell described above with reference to FIG. 2, except that a ferroelectric capacitor is formed on the first interlayer insulating film 10 with a first SiO 2 film 51 interposed therebetween. That the second SiO 2 layer is formed on the ferroelectric capacitor.
The difference is that two films 52 are formed.

【0182】図14に示したFRAMセルの製造工程
は、図11および図12を参照して前述した製造工程と
比べて、(1)エッチバックにより第1の層間絶縁膜1
0の表面を露出させた後に、スパッタ法により全面に第
1のSiO2 膜51を堆積させる工程、(2)前記した
ように強誘電体キャパシタを形成した後に、スパッタ法
により全面に第2のSiO2 膜52を100nm程度堆
積させる工程が追加されている点、(3)第2のSiO
2 膜52上に第2の層間絶縁膜13を堆積し、それに選
択的にホールを開口する際に、下層の第2のSiO2
52または第2のSiO2 膜52/第1のSiO2 膜5
1にもホールを開口する点が異なる。
The manufacturing process of the FRAM cell shown in FIG. 14 is different from the manufacturing process described above with reference to FIGS. 11 and 12 in that (1) the first interlayer insulating film 1 is etched back.
A step of depositing the first SiO 2 film 51 on the entire surface by sputtering after exposing the surface of No. 0, and (2) forming the ferroelectric capacitor as described above, and then forming a second surface on the entire surface by sputtering. (3) Second SiO 2 film 52 is added in a step of depositing about 100 nm
When the second interlayer insulating film 13 is deposited on the second film 52 and holes are selectively formed in the second interlayer insulating film 13, the lower second SiO 2 film 52 or the second SiO 2 film 52 / first SiO 2 Membrane 5
1 is different in that a hole is opened.

【0183】上記したようにスパッタ法により形成され
たSiO2 膜51、52は、水素基を含まず、また、水
素基を通し難い。即ち、この後の工程で、仮に水素基が
強誘電体キャパシタ付近まで到達したとしても直接には
強誘電体キャパシタには到達しないので、強誘電体特性
(分極量)の劣化を最小限に抑制することができる。図
15は、本発明の第4の実施形態に関わる半導体装置の
断面図である。本実施形態は、FRAMセルアレイとロ
ジック回路等が混載された半導体装置に好適な製造方法
を提供する。
The SiO 2 films 51 and 52 formed by the sputtering method as described above do not contain a hydrogen group and do not easily pass a hydrogen group. That is, in the subsequent steps, even if the hydrogen groups reach the vicinity of the ferroelectric capacitor, they do not directly reach the ferroelectric capacitor, so that the deterioration of the ferroelectric characteristics (polarization amount) is minimized. can do. FIG. 15 is a sectional view of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. The present embodiment provides a manufacturing method suitable for a semiconductor device in which an FRAM cell array, a logic circuit and the like are mixed.

【0184】本実施形態の製造方法は、2層配線構造に
おける第1層配線から半導体基板あるいはトランジスタ
のゲート電極へのコンタクトプラグが2度に分けて形成
されている点に特徴を有する。すなわち本実施形態のコ
ンタクトプラグは、まずFRAMセルの強誘電体キャパ
シタが形成される前に下層部分が形成され、次に強誘電
体キャパシタが形成された後に、残りの上層部分が形成
される。
The manufacturing method of this embodiment is characterized in that the contact plug from the first layer wiring to the semiconductor substrate or the gate electrode of the transistor in the two-layer wiring structure is formed twice. That is, in the contact plug of this embodiment, first, a lower layer portion is formed before the ferroelectric capacitor of the FRAM cell is formed, and then, after the ferroelectric capacitor is formed, the remaining upper layer portion is formed.

【0185】このようなコンタクトプラグの形成方法を
採ることにより、コンタクトホールの開口径に対する深
さの比(アスペクト比)を小さくすることができ、コン
タクトホールの加工と埋め込みが容易になる。この利点
は、加工上非常に厳しいルールを用いてパターン配置を
行っているロジック製品との混載を行う場合に有利とな
る。
By employing such a contact plug forming method, the ratio of the depth to the opening diameter of the contact hole (aspect ratio) can be reduced, and the processing and filling of the contact hole becomes easy. This advantage is advantageous when mixed with a logic product in which patterns are arranged using a very strict rule in processing.

【0186】本実施例の前半のプロセスは、第2の実施
形態で説明した図11と同じである。すなわち、半導体
基板1上にはメモリセルのスイッチ用MOSトランジス
タ31およびメモリセル以外の、混載デバイス用の他の
MOSトランジスタ32が形成されている。
The process in the first half of this embodiment is the same as that in FIG. 11 described in the second embodiment. That is, a MOS transistor 31 for switching a memory cell and another MOS transistor 32 for an embedded device other than the memory cell are formed on the semiconductor substrate 1.

【0187】これらのトランジスタを覆い、平坦化され
た第1の層間絶縁膜10内には、スイッチ用トランジス
タ31のドレイン・ソース領域に接続された第1のビッ
ト線コンタクトプラグ33および第1のキャパシタコン
タクトプラグ34、混載デバイス用の他のトランジスタ
32のソースあるいはドレイン領域あるいはゲート電極
に接続される第1のコンタクトプラグ35が埋め込み形
成されている。
A first bit line contact plug 33 connected to the drain / source region of the switching transistor 31 and a first capacitor are provided in the planarized first interlayer insulating film 10 covering these transistors. A contact plug 34 and a first contact plug 35 connected to a source or drain region or a gate electrode of another transistor 32 for an embedded device are buried.

【0188】また、第1の層間絶縁膜10の表面には、
図15に示すように、薄いシリコン窒化膜層121と薄
いシリコン酸化膜層122が形成され、さらにその上に
下部電極17、強誘電体膜18および上部電極19が順
に形成されて強誘電体キャパシタを形成している。この
キャパシタは表面が平坦化された第2の層間絶縁膜13
で覆われており、さらに第2の層間絶縁膜13の内部に
は、第2のビット線コンタクトプラグ133、第2のキ
ャパシタコンタクトプラグ134および混載デバイス用
の他のトランジスタ32に接続された第2のコンタクト
プラグ135が埋め込み形成されている。
In addition, the surface of the first interlayer insulating film 10
As shown in FIG. 15, a thin silicon nitride film layer 121 and a thin silicon oxide film layer 122 are formed, on which a lower electrode 17, a ferroelectric film 18 and an upper electrode 19 are formed in this order. Is formed. This capacitor has a second interlayer insulating film 13 having a planarized surface.
Further, inside the second interlayer insulating film 13, the second bit line contact plug 133, the second capacitor contact plug 134, and the second transistor 32 connected to the other transistor 32 for the embedded device are connected. Contact plug 135 is buried.

【0189】また、第2の層間絶縁膜13の表面には、
上部電極取り出し配線、ビット線埋め込みプラグ接続配
線、および混載デバイス用の第1層配線22、36、3
7の第1配線層が形成されている。
Also, the surface of the second interlayer insulating film 13
Upper electrode lead-out wiring, bit line embedded plug connection wiring, and first layer wirings 22, 36, 3 for embedded devices
Seven first wiring layers are formed.

【0190】この第1配線層を覆うように第2の層間絶
縁膜13上に形成され、表面が平坦化された第3の層間
絶縁膜30には、ビット線埋め込みプラグ接続配線36
および第1層配線37の直上にヴィアホールが形成され
ている。このヴィアホールは、Al,AlCu,AlS
iCu,Cuの内の少なくとも1つの材料により埋め込
まれている。さらに、第3の層間絶縁膜30の表面に
は、第2配線層38、BLが形成され、その上にはパッ
シベーション膜39が形成されている。
The third interlayer insulating film 30, which is formed on the second interlayer insulating film 13 so as to cover the first wiring layer and has a planarized surface, has a bit line embedded plug connection wiring 36.
A via hole is formed immediately above the first layer wiring 37. This via hole is made of Al, AlCu, AlS
It is embedded with at least one of iCu and Cu. Further, the second wiring layers 38 and BL are formed on the surface of the third interlayer insulating film 30, and a passivation film 39 is formed thereon.

【0191】次に本実施形態の製造方法を、工程順に説
明する。前述のようにプロセスの前半は第2の実施形態
(図11)と同じである。まず、通常のCMOS型DR
AMと同様に、シリコン基板1上にメモリセルトランジ
スタ31および他のデバイス用のトランジスタ32が形
成される。すなわち、トランジスタのゲートおよび拡散
層領域が形成され、第1の層間絶縁膜10およびコンタ
クトホールが形成される。
Next, the manufacturing method of this embodiment will be described in the order of steps. As described above, the first half of the process is the same as in the second embodiment (FIG. 11). First, the normal CMOS type DR
Similarly to AM, a memory cell transistor 31 and a transistor 32 for another device are formed on a silicon substrate 1. That is, the gate and the diffusion layer region of the transistor are formed, and the first interlayer insulating film 10 and the contact hole are formed.

【0192】続いて、このコンタクトホールにコンタク
トプラグが埋め込まれる。前述のように、本実施形態で
は第1配線層から基板面へのコンタクトプラグが2度に
分けて形成されるが、図11に示す段階までで、第1段
階(下層部分)のコンタクトプラグが完成する。
Subsequently, a contact plug is buried in this contact hole. As described above, in the present embodiment, the contact plug from the first wiring layer to the substrate surface is formed twice, but the contact plug of the first stage (lower layer portion) is formed up to the stage shown in FIG. Complete.

【0193】次に、図15に示すように、LPCVD法
により第1の層間絶縁膜10の上に薄いシリコン窒化膜
層121が形成される。このシリコン窒化膜層121
は、後に強誘電体キャパシタの形成工程で行われる酸素
雰囲気中でのアニールによるコンタクトプラグ材料(例
えばW)の酸化を防ぐとともに、アニールによるトラン
ジスタの特性変動を防ぐ役割がある。続いて、シリコン
窒化膜層121上に、LPCVD法、プラズマCVD
法、あるいは常圧CVD法により薄いシリコン酸化膜層
122が形成される。
Next, as shown in FIG. 15, a thin silicon nitride film layer 121 is formed on first interlayer insulating film 10 by LPCVD. This silicon nitride film layer 121
Has a role of preventing oxidation of a contact plug material (for example, W) due to annealing in an oxygen atmosphere which is performed later in a ferroelectric capacitor formation step, and a function of preventing a change in transistor characteristics due to annealing. Subsequently, an LPCVD method and a plasma CVD
A thin silicon oxide film layer 122 is formed by a CVD method or a normal pressure CVD method.

【0194】次に、シリコン酸化膜層122上にキャパ
シタ下部電極17用の導電膜としてTiN、Ti、Pt
が順にスパッタされる。その上に、キャパシタ絶縁膜用
の強誘電体膜18として、PZT膜が形成される。さら
にその上に、キャパシタ上部電極19としてPtがスパ
ッタされる。
Next, as a conductive film for the capacitor lower electrode 17, TiN, Ti, Pt is formed on the silicon oxide film layer 122.
Are sequentially sputtered. A PZT film is formed thereon as a ferroelectric film 18 for a capacitor insulating film. Furthermore, Pt is sputtered thereon as the capacitor upper electrode 19.

【0195】続いて、RIEにより上部電極19、キャ
パシタ絶縁膜18、下部電極17の順でパターニングさ
れ、強誘電体キャパシタが形成される。このとき、強誘
電体膜18にダメージが入り本来の特性と変わってしま
った場合には、500℃程度の酸素雰囲気中でのアニー
ルで回復させることが可能である。
Subsequently, the upper electrode 19, the capacitor insulating film 18, and the lower electrode 17 are patterned in this order by RIE to form a ferroelectric capacitor. At this time, if the ferroelectric film 18 is damaged and changes its original characteristics, it can be recovered by annealing in an oxygen atmosphere at about 500 ° C.

【0196】次にプラズマCVDにより第2の層間絶縁
膜13が形成され、CMP等によりその表面が平坦化さ
れる。続いてコンタクトプラグ33、34、35と後に
形成される第1配線層との接続を行うためのコンタクト
ホールが形成される。このとき、キャパシタ下部電極1
7と第1配線層との接続を行うためのコンタクトホール
(不図示)も同時に形成される。
Next, a second interlayer insulating film 13 is formed by plasma CVD, and its surface is planarized by CMP or the like. Subsequently, contact holes for connecting the contact plugs 33, 34, 35 to a first wiring layer to be formed later are formed. At this time, the capacitor lower electrode 1
A contact hole (not shown) for connecting the first wiring layer 7 to the first wiring layer is also formed at the same time.

【0197】次に、スパッタ法によりバリア層としてT
iN膜111を全面に形成した後、前記コンタクトホー
ルを埋め込むように、スパッタ法によりAlを堆積し、
400℃程度の温度でリフローする。続いて、CMPあ
るいはエッチバック法により、コンタクトホール内部以
外のTiN膜、Alが除去される。ここまでで、コンタ
クトプラグの下層部分と上層部分の両方が形成され、本
実施形態の特徴的な構造が出来上がる。
Next, T was used as a barrier layer by sputtering.
After the iN film 111 is formed on the entire surface, Al is deposited by a sputtering method so as to fill the contact hole.
Reflow at a temperature of about 400 ° C. Subsequently, the TiN film and Al other than the inside of the contact hole are removed by the CMP or the etch back method. Up to this point, both the lower layer portion and the upper layer portion of the contact plug are formed, and the characteristic structure of this embodiment is completed.

【0198】次に、キャパシタ上部電極19上に、RI
Eによりコンタクトホールが形成される。このコンタク
トホールも前述のコンタクトホールと同時に形成し、A
l等により埋め込むことも可能であるが、本実施形態で
は同時形成を行わず、先のコンタクトホール形成後に別
に形成している。この理由は、上部電極19へのコンタ
クトホールのアスペクト比は、他のコンタクトホールの
それに比べて小さいので、埋め込む必要性が少ないこ
と、アスペクト比の大きく異なるコンタクトホールで
は、埋め込みの条件が大きく異なるため同時埋め込みが
困難であると予想されること、さらに埋め込み時のダメ
ージが強誘電体キャパシタに及ぶのを極力さけたいこ
と、等である。
Next, on the capacitor upper electrode 19, the RI
E forms a contact hole. This contact hole is also formed at the same time as the contact hole described above.
Although it is possible to bury them by l or the like, in this embodiment, they are not formed at the same time but formed separately after the formation of the contact holes. The reason for this is that the aspect ratio of the contact hole to the upper electrode 19 is smaller than that of the other contact holes, so that it is not necessary to embed the contact hole. It is expected that simultaneous embedding is difficult, and it is desirable to minimize damage to the ferroelectric capacitor during embedding.

【0199】次に、Ti,TiN,AlCu,TiNを
順にスパッタ法により全面に堆積させ、第1配線層を形
成する。これをRIEにより加工することにより、キャ
パシタコンタクトプラグ134と上部電極19とを接続
するキャパシタ配線22と、ビット線埋め込みプラグ接
続配線36、混載デバイス用の第1層接続配線37が形
成される。ここで、第1配線層の最上層のTiNは、リ
ソグラフィのためのレジストパターン形成時に、Alか
らの光の反射を防止する反射防止膜として働く。
Next, Ti, TiN, AlCu, and TiN are sequentially deposited on the entire surface by sputtering to form a first wiring layer. By processing this by RIE, the capacitor wiring 22 connecting the capacitor contact plug 134 and the upper electrode 19, the bit line embedded plug connection wiring 36, and the first layer connection wiring 37 for the embedded device are formed. Here, TiN on the uppermost layer of the first wiring layer functions as an anti-reflection film for preventing reflection of light from Al when forming a resist pattern for lithography.

【0200】続いて第3の層間絶縁膜30を形成し、そ
の表面をCMPにより平坦化した後、前述の第1配線層
と後述の第2配線層を接続するためのヴィアホールを開
口する。さらに、第2の層間絶縁膜13に形成したコン
タクトホールの場合と同様なAlリフロー技術等を用い
て、このヴィアホールをAlで埋め込んだ後、Ti,T
iN,Alを順にスパッタし、第2配線層を形成する。
この第2配線層がRIEにより加工されて、第2層配線
38、ビット線BL等が形成される。
Subsequently, a third interlayer insulating film 30 is formed, and the surface thereof is flattened by CMP. Then, a via hole for connecting the above-mentioned first wiring layer and the below-mentioned second wiring layer is opened. Further, the via hole is buried with Al using the same Al reflow technique as in the case of the contact hole formed in the second interlayer insulating film 13, and then Ti, T
iN and Al are sequentially sputtered to form a second wiring layer.
This second wiring layer is processed by RIE to form a second layer wiring 38, a bit line BL and the like.

【0201】この後2層配線構造のデバイスの場合に
は、トップパッシベーション膜39が堆積され、選択的
にパッド部が開口される。より多層の配線構造のデバイ
スの場合には、前述の方法の繰り返しで配線層と絶縁層
を形成し、最後にトップパッシベーション膜39を堆積
し、選択的にパッド部を開口すればよい。
Thereafter, in the case of a device having a two-layer wiring structure, a top passivation film 39 is deposited, and a pad portion is selectively opened. In the case of a device having a multi-layer wiring structure, a wiring layer and an insulating layer are formed by repeating the above-described method, a top passivation film 39 is finally deposited, and a pad portion may be selectively opened.

【0202】図16は、本発明の第5の実施形態に係わ
る半導体装置の断面図である。本実施形態は、FRAM
セルアレイとロジック回路等が混載された半導体装置に
好適な他の構造およびその製造方法を提供する。基本的
には第3の実施形態と類似しており、図14と同一箇所
には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
FIG. 16 is a sectional view of a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the FRAM
Another structure suitable for a semiconductor device in which a cell array, a logic circuit, and the like are mounted and a method for manufacturing the same are provided. Basically, it is similar to the third embodiment, and the same parts as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【0203】本実施例の前半のプロセスは、第2の実施
形態で説明した図11とほぼ同じである。すなわち、半
導体基板1上にはメモリセルのスイッチ用トランジスタ
31とメモリセル以外の混載デバイス用他のトランジス
タ32、およびSTI(shallow trench isolation)に
よる素子分離酸化膜2が形成される。
The process in the first half of this embodiment is almost the same as that in FIG. 11 described in the second embodiment. That is, a transistor 31 for switching a memory cell, another transistor 32 for an embedded device other than the memory cell, and an element isolation oxide film 2 formed by STI (shallow trench isolation) are formed on the semiconductor substrate 1.

【0204】これらのトランジスタを覆うように、シリ
コン酸化膜層10を堆積し、CMP法を用いて表面を平
坦化する。その上に、Six y 膜121をLPCVD
法で、例えば150nm堆積する(図16)。このSi
x y 膜121は、強誘電体キャパシタ形成の際の酸素
アニールによるトランジスタへのダメージ(閾値変動)
を軽減する。
A silicon oxide film layer 10 is deposited so as to cover these transistors, and the surface is flattened by using the CMP method. Thereon, LPCVD an Si x N y film 121
By a method, for example, 150 nm is deposited (FIG. 16). This Si
The xNy film 121 damages the transistor due to oxygen annealing during the formation of a ferroelectric capacitor (threshold variation).
To reduce

【0205】次に、上記トランジスタのソース領域S、
ドレイン領域DへのコンタクトホールをRIEにより形
成する。バリア層11として、Ti,TiNを順にスパ
ッタにより堆積し、続いてCVD法によりコンタクトプ
ラグ33、34、35としてWを埋め込む。さらに、絶
縁膜10上のTi,TiN,Wを、例えばCMP法を用
いて除去する。
Next, the source region S,
A contact hole to the drain region D is formed by RIE. As the barrier layer 11, Ti and TiN are sequentially deposited by sputtering, and then W is buried as the contact plugs 33, 34, and 35 by the CVD method. Further, Ti, TiN, and W on the insulating film 10 are removed by using, for example, a CMP method.

【0206】次に、全面にシリコン酸化膜層(Si
2 )122を100nm堆積する。その上に強誘電体
キャパシタを構成するPt層17、PZT層18、Pt
層19を順次スパッタにより堆積する。これらの層は酸
素中で熱処理され、PZT層が結晶化され、ペロブスカ
イト構造となる。その後これらの層は、キャパシタの形
状にRIEにより加工される。
Next, a silicon oxide film layer (Si
O 2 ) 122 is deposited to a thickness of 100 nm. A Pt layer 17, a PZT layer 18, and a Pt layer constituting a ferroelectric capacitor are formed thereon.
Layer 19 is sequentially deposited by sputtering. These layers are heat-treated in oxygen, and the PZT layer is crystallized to have a perovskite structure. These layers are then processed by RIE into the shape of the capacitor.

【0207】次に、全面にシリコン酸化膜13をプラズ
マCVD法により堆積し、コンタクトプラグ33、3
4、35の上部およびキャパシタの上部電極19の上部
に開口部を形成する。その後全面にバリア層111とな
るTi,TiN、配線層22、36、37となるAl、
メタル層11’となるWを順次スパッタにより堆積し、
RIEにより加工してキャパシタとコンタクトプラグ3
4との配線およびその他コンタクトプラグの取り出し電
極等を含む第1配線層を形成する。
Next, a silicon oxide film 13 is deposited on the entire surface by a plasma CVD method.
Openings are formed on the upper portions 4 and 35 and the upper electrode 19 of the capacitor. Thereafter, Ti and TiN to be barrier layers 111, Al to be wiring layers 22, 36 and 37,
W to be the metal layer 11 'is sequentially deposited by sputtering,
Capacitor and contact plug 3 processed by RIE
Then, a first wiring layer including a wiring with No. 4 and other electrodes for extracting contact plugs is formed.

【0208】次に、全面にシリコン酸化膜層30をプラ
ズマCVD法で堆積する。コンタクトプラグ33、35
の直上のシリコン酸化膜層30に開口部を形成し、第1
配線層のうち36に対応する部分を露出する。続いてバ
リア層112となるTi,TiN、配線38となるAl
を順次スパッタにより堆積する。この後、約400℃の
熱処理によりAlをリフローし、シリコン酸化膜30に
形成されたアスペクト比の高い開口部を埋め込む。この
ときCVD法によりWを埋め込まないのは、強誘電キャ
パシタへの水素によるダメージを無くすためである。A
lリフローを用いれば水素が発生せず、強誘電体キャパ
シタへのダメージを避けることができる。
Next, a silicon oxide film layer 30 is deposited on the entire surface by a plasma CVD method. Contact plugs 33, 35
An opening is formed in the silicon oxide film layer 30 immediately above the
A portion corresponding to 36 of the wiring layer is exposed. Subsequently, Ti and TiN to be the barrier layers 112 and Al to be the wirings 38
Are sequentially deposited by sputtering. Thereafter, Al is reflowed by a heat treatment at about 400 ° C. to bury the opening having a high aspect ratio formed in the silicon oxide film 30. At this time, W is not buried by the CVD method in order to eliminate damage to the ferroelectric capacitor due to hydrogen. A
If 1 reflow is used, no hydrogen is generated, and damage to the ferroelectric capacitor can be avoided.

【0209】続いて、上記のTi,TiN,Al層をR
IEにより加工し、第2配線層を形成する。その後、シ
リコン酸化膜39をCVD法により堆積し、図16に示
す半導体構造が完成する。
Subsequently, the Ti, TiN, and Al layers were replaced with R
Process by IE to form a second wiring layer. Thereafter, a silicon oxide film 39 is deposited by the CVD method, and the semiconductor structure shown in FIG. 16 is completed.

【0210】図17は、本発明の第6の実施形態に係わ
る半導体装置の断面図である。本実施形態は、FRAM
セルアレイとロジック回路等が混載された半導体装置に
好適なさらに他の構造およびその製造方法を提供する。
基本的には第4の実施形態と類似しており、図15と同
一箇所には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
FIG. 17 is a sectional view of a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the FRAM
Still another structure suitable for a semiconductor device in which a cell array, a logic circuit, and the like are mounted, and a method of manufacturing the same are provided.
Basically, the fourth embodiment is similar to the fourth embodiment, and the same parts as those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【0211】シリコン酸化膜122を形成する工程まで
は、第5の実施形態と同様に行われる。続いて全面に強
誘電体キャパシタを構成するPt層17、PZT層1
8、Pt層19を順次スパッタにより堆積する。これら
の層は酸素中で熱処理され、PZT層が結晶化され、ペ
ロブスカイト構造となる。その後これらの層は、キャパ
シタの形状にRIEにより加工される。
The steps up to the step of forming the silicon oxide film 122 are performed in the same manner as in the fifth embodiment. Subsequently, the Pt layer 17 and the PZT layer 1 constituting the ferroelectric capacitor are formed on the entire surface.
8. Pt layer 19 is sequentially deposited by sputtering. These layers are heat-treated in oxygen, and the PZT layer is crystallized to have a perovskite structure. These layers are then processed by RIE into the shape of the capacitor.

【0212】次に、全面にシリコン酸化膜13をプラズ
マCVD法により堆積し、コンタクトプラグ33、3
4、35の上部に開口部を形成する。その後全面にバリ
ア層111となるTi,TiN、配線層22、36、3
7となるAlを順次スパッタで堆積し、約400℃の熱
処理でAlをリフローし、上記の開口部を埋め込む。そ
の後バリアとなるWメタル層11´をCVD法を用いて
堆積する。これらのTi,TiN,Al、W層をRIE
により加工し、コンタクトプラグ33、34、35等と
のヴィアコンタクトを含む第1配線層を形成する。本実
施形態の特徴は、シリコン酸化膜層13に形成された開
口部(ヴィアホール)が、リフローされたAlで埋め込
まれるところにある。なおここでは、第2の実施の形態
と同様に、TiNメタルやTiメタルをメタル層11´
に用いることもできる。
Next, a silicon oxide film 13 is deposited on the entire surface by a plasma CVD method, and contact plugs 33 and 3 are formed.
An opening is formed in the upper part of 4,35. Thereafter, Ti and TiN to be barrier layers 111 and wiring layers 22, 36, 3
The Al to be 7 is sequentially deposited by sputtering, and the Al is reflowed by a heat treatment at about 400 ° C. to fill the opening. Thereafter, a W metal layer 11 'serving as a barrier is deposited by using the CVD method. These Ti, TiN, Al and W layers are subjected to RIE.
To form a first wiring layer including via contacts with the contact plugs 33, 34, 35 and the like. The feature of this embodiment is that an opening (via hole) formed in the silicon oxide film layer 13 is filled with reflowed Al. Here, similarly to the second embodiment, a TiN metal or a Ti metal is formed of a metal layer 11 ′.
Can also be used.

【0213】次に、全面にシリコン酸化膜層30をプラ
ズマCVD法で堆積する。トランジスタのドレイン領域
Dの直上のシリコン酸化膜層30に開口部を形成し、対
応する第1配線層36、37上のWメタル層11’を露
出する。続いて第5の実施形態と同様に、バリア層11
1となるTi,TiN、配線38となるAlを順次スパ
ッタにより堆積する。この後、約400℃の熱処理によ
りAlをリフローし、シリコン酸化膜30に形成された
アスペクト比の高い開口部(ヴィアホール)を埋め込
む。なお、第1配線層の上部に形成されたWメタル層1
1’は、第2配線層のAlをリフローする際に、第1配
線層のAlの溶解を防ぐ働きをする。
Next, a silicon oxide film layer 30 is deposited on the entire surface by a plasma CVD method. An opening is formed in the silicon oxide film layer 30 immediately above the drain region D of the transistor, and the corresponding W metal layer 11 'on the first wiring layers 36 and 37 is exposed. Subsequently, similarly to the fifth embodiment, the barrier layer 11
Ti and TiN to be 1 and Al to be the wiring 38 are sequentially deposited by sputtering. Thereafter, Al is reflowed by a heat treatment at about 400 ° C. to fill an opening (via hole) having a high aspect ratio formed in the silicon oxide film 30. The W metal layer 1 formed on the first wiring layer
1 'functions to prevent the Al of the first wiring layer from being dissolved when the Al of the second wiring layer is reflowed.

【0214】続いて、上記のTi,TiN,Al層をR
IEにより加工し、第2配線層を形成する。その後、シ
リコン酸化膜39をCVD法により堆積し、図17に示
す半導体構造が完成する。
Subsequently, the Ti, TiN, and Al layers were replaced with R
Process by IE to form a second wiring layer. Thereafter, a silicon oxide film 39 is deposited by the CVD method, and the semiconductor structure shown in FIG. 17 is completed.

【0215】図18は、本発明の第7の実施形態に係わ
る半導体装置の断面図である。本実施形態は、FRAM
セルアレイとロジック回路等が混載された半導体装置に
好適なさらに他の構造およびその製造方法を提供する。
本実施形態の構造は、基本的には第3の実施形態と類似
しており、図14と同一箇所には同一番号を付し、重複
する説明は省略する。
FIG. 18 is a sectional view of a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, the FRAM
Still another structure suitable for a semiconductor device in which a cell array, a logic circuit, and the like are mounted, and a method of manufacturing the same are provided.
The structure of the present embodiment is basically similar to that of the third embodiment, and the same parts as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【0216】本実施例の前半のプロセスは、第2の実施
形態で説明した図11とほぼ同じである。すなわち、半
導体基板1上にはメモリセルのスイッチ用トランジスタ
31とメモリセル以外の混載デバイス用他のトランジス
タ32、およびSTIによる素子分離酸化膜2が形成さ
れている。
The process in the first half of this embodiment is almost the same as that in FIG. 11 described in the second embodiment. That is, a transistor 31 for switching a memory cell, another transistor 32 for an embedded device other than the memory cell, and an element isolation oxide film 2 formed by STI are formed on the semiconductor substrate 1.

【0217】これらのトランジスタを覆うように、シリ
コン酸化膜層10を堆積し、CMP法を用いて表面を平
坦化する。その上に、Six y 膜121をLPCVD
法で、例えば150nm堆積する(図18)。このSi
x y 膜121は、強誘電体キャパシタ形成の際の酸素
アニールによるトランジスタへのダメージ(閾値変動)
を軽減する。
A silicon oxide film layer 10 is deposited so as to cover these transistors, and the surface is flattened by using a CMP method. Thereon, LPCVD an Si x N y film 121
By a method, for example, 150 nm is deposited (FIG. 18). This Si
The xNy film 121 damages the transistor due to oxygen annealing during the formation of a ferroelectric capacitor (threshold variation).
To reduce

【0218】次に、全面にシリコン酸化膜層(Si
2 )122を100nm堆積する。その上に強誘電体
キャパシタを構成するPt層17、PZT層18、Pt
層19を順次スパッタにより堆積する。これらの層は酸
素中で熱処理され、PZT層が結晶化され、ペロブスカ
イト構造となる。その後これらの層は、キャパシタの形
状にRIEにより加工される。
Next, a silicon oxide film layer (Si
O 2 ) 122 is deposited to a thickness of 100 nm. A Pt layer 17, a PZT layer 18, and a Pt layer constituting a ferroelectric capacitor are formed thereon.
Layer 19 is sequentially deposited by sputtering. These layers are heat-treated in oxygen, and the PZT layer is crystallized to have a perovskite structure. These layers are then processed by RIE into the shape of the capacitor.

【0219】次に、全面にシリコン酸化膜13をプラズ
マCVD法により堆積し、上記トランジスタのソース領
域S、ドレイン領域DへのコンタクトホールをRIEに
より形成する。バリア層11としてのTi,TiN、配
線22、36、37としてのAlを順にスパッタにより
堆積し、約400℃の加熱処理によりAlをリフロー
し、上記のコンタクトホールを埋め込む。続いてCVD
法によりバリアとしてのWメタル層11´を堆積する。
これらのTi,TiN,Al、W層をRIEにより加工
し、トランジスタのソース領域S、ドレイン領域Dとの
コンタクトを含む第1配線層を形成する。本実施形態の
特徴は、絶縁層10、121、122、13を通じて形
成された開口部(コンタクトホール)が、リフローされ
たAlで埋め込まれるところにある。
Next, a silicon oxide film 13 is deposited on the entire surface by a plasma CVD method, and contact holes to the source region S and the drain region D of the transistor are formed by RIE. Ti and TiN as the barrier layer 11 and Al as the wirings 22, 36 and 37 are sequentially deposited by sputtering, and Al is reflowed by a heat treatment at about 400 ° C. to fill the contact holes. Then CVD
A W metal layer 11 'as a barrier is deposited by the method.
The Ti, TiN, Al, and W layers are processed by RIE to form a first wiring layer including contacts with the source region S and the drain region D of the transistor. The feature of this embodiment is that the openings (contact holes) formed through the insulating layers 10, 121, 122, and 13 are filled with reflowed Al.

【0220】次に、全面にシリコン酸化膜層30をプラ
ズマCVD法で堆積し、CMPで平坦化する。トランジ
スタのドレイン領域Dの直上のシリコン酸化膜層30に
開口部を形成し、対応する第1配線層36、37上のW
メタル層11’を露出する。続いて第5の実施形態と同
様に、バリア層112となるTi,TiN、配線38と
なるAlを順次スパッタにより堆積する。この後、約4
00℃の熱処理によりAlをリフローし、シリコン酸化
膜30に形成されたアスペクト比の高い開口部を埋め込
む。なお、第1配線層の上部に形成されたWメタル層1
1’は、第2配線層のAlをリフローする際に、第1配
線層のAlの溶解を防ぐ働きをするもので、W以外にも
第6の実施の形態と同様TiNやTiを用いることがで
きる。
Next, a silicon oxide film layer 30 is deposited on the entire surface by a plasma CVD method and planarized by CMP. An opening is formed in the silicon oxide film layer 30 immediately above the drain region D of the transistor, and the W on the corresponding first wiring layers 36 and 37 is formed.
The metal layer 11 'is exposed. Subsequently, similarly to the fifth embodiment, Ti and TiN serving as the barrier layer 112 and Al serving as the wiring 38 are sequentially deposited by sputtering. After this, about 4
Al is reflowed by a heat treatment at 00 ° C. to fill an opening having a high aspect ratio formed in the silicon oxide film 30. The W metal layer 1 formed on the first wiring layer
1 'functions to prevent the dissolution of Al in the first wiring layer when Al in the second wiring layer is reflowed. In addition to W, TiN or Ti is used in the same manner as in the sixth embodiment. Can be.

【0221】続いて、上記のTi,TiN,Al層をR
IEにより加工し、第2配線層を形成する。その後、シ
リコン酸化膜39をCVD法により堆積し、図18に示
す半導体構造が完成する。
Subsequently, the Ti, TiN, and Al layers were replaced with R
Process by IE to form a second wiring layer. Thereafter, a silicon oxide film 39 is deposited by the CVD method, and the semiconductor structure shown in FIG. 18 is completed.

【0222】次に、本発明の半導体装置の製造方法の第
8の実施の形態として、例えば図19に示すようなFR
AMセルの電荷蓄積用キャパシタの強誘電体膜および電
極膜あるいは例えば図21に示すようなDRAMセルの
電荷蓄積用キャパシタの高誘電率誘電体膜および電極膜
の高密度化、高信頼性化を実現するための工程について
複数の実施例を説明する。
Next, as an eighth embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, for example, as shown in FIG.
The ferroelectric film and the electrode film of the charge storage capacitor of the AM cell or the high dielectric constant film and the electrode film of the charge storage capacitor of the DRAM cell as shown in FIG. A description will be given of a plurality of embodiments of the process for realizing the embodiment.

【0223】即ち、一対の電極間に少なくとも2種以上
の金属元素を含有する複合酸化物膜からなる誘電体膜を
用いたキャパシタを形成し、前記キャパシタ上にさらに
絶縁性酸化膜と配線層を積層してなる半導体装置を製造
する際、 (a)前記キャパシタの形成工程は、第1の電極を形成
する工程と、誘電体膜を形成する工程と、0.5Torr
(=0.5×133.322Pa)以上500Torr 以
下の減圧下でRTA処理(Rapid Thermal Anneal; 急熱
処理)を行なう工程と、この後、第2の電極を形成する
工程とを具備する。
That is, a capacitor using a dielectric film made of a composite oxide film containing at least two kinds of metal elements is formed between a pair of electrodes, and an insulating oxide film and a wiring layer are further formed on the capacitor. When manufacturing a laminated semiconductor device, (a) the step of forming the capacitor includes a step of forming a first electrode, a step of forming a dielectric film, and 0.5 Torr
The method includes a step of performing an RTA process (rapid thermal annealing) under a reduced pressure of not less than (0.5 × 133.322 Pa) and not more than 500 Torr, and thereafter, a step of forming a second electrode.

【0224】(b)前記キャパシタの形成工程は、第1
の電極を形成する工程と、誘電体膜を形成する工程と、
第2の電極を形成する工程と、この後、0.5Torr 以
上500Torr 以下の減圧下でRTA処理を行なう工程
とを具備する。
(B) The step of forming the capacitor comprises the following steps:
Forming an electrode, and forming a dielectric film,
The method includes a step of forming a second electrode and a step of thereafter performing an RTA process under a reduced pressure of 0.5 Torr or more and 500 Torr or less.

【0225】(c)前記キャパシタの形成工程は、第1
の電極を形成する工程と、0.5Torr 以上500Tor
r 以下の減圧下でRTA処理を行なう工程と、誘電体膜
を形成する工程と、この後に、第2の電極を形成する工
程とを具備する。
(C) The step of forming the capacitor comprises the following steps:
Forming an electrode of 0.5 Torr or more and 500 Torr
The method includes a step of performing an RTA process under a reduced pressure of r or less, a step of forming a dielectric film, and a step of thereafter forming a second electrode.

【0226】(d)前記(a)乃至(c)のいずれかの
工程において、第1の電極上に、少なくとも2種以上の
金属元素を含有する複合酸化物膜を、スパッタ法、CV
D(Chemical Vapor Deposition ;化学気相成長)法、
あるいはLSMCD(LiquidSource Misted Chemical D
eposition)法により形成する。
(D) In any of the above steps (a) to (c), a composite oxide film containing at least two or more metal elements is formed on the first electrode by sputtering, CV
D (Chemical Vapor Deposition) method,
Or LSMCD (LiquidSource Misted Chemical D
eposition) method.

【0227】(e)前記(a)乃至(c)のいずれかの
工程において、減圧下のRTA処理を、0.5Torr 以
上500Torr 以下の酸素分圧下で行う。
(E) In any of the above steps (a) to (c), the RTA treatment under reduced pressure is performed under an oxygen partial pressure of 0.5 Torr to 500 Torr.

【0228】(f)前記(a)乃至(c)のいずれかの
工程において、減圧下のRTA処理を、0.5Torr 以
上500Torr 以下のオゾン分圧下で行う。
(F) In any of the above steps (a) to (c), the RTA treatment under reduced pressure is performed under an ozone partial pressure of 0.5 Torr to 500 Torr.

【0229】(g)前記(a)乃至(c)のいずれかの
工程において、オゾン分圧比1%以上の雰囲気中でRT
A処理を行なう。
(G) In any of the above steps (a) to (c), RT is performed in an atmosphere having an ozone partial pressure ratio of 1% or more.
A processing is performed.

【0230】ここで、前記RTA処理とは、昇温速度1
0℃/秒以上の熱処理をいう。この熱処理速度は膜の結
晶性を著しく高める。特に、PZT等の鉛系誘電体膜で
は、低誘電率のパイロクロア相生成を避けることがで
き、結晶化に有利な方法である。但し、RTAによる熱
処理は、その昇温速度が早いので、取り込みガスの揮発
が不十分なまま結晶化が進んでしまうという難点をも
つ。
[0230] Here, the RTA treatment is performed at a heating rate of 1
Heat treatment at 0 ° C./sec or more. This heat treatment rate significantly increases the crystallinity of the film. In particular, in the case of a lead-based dielectric film such as PZT, the generation of a pyrochlore phase having a low dielectric constant can be avoided, which is an advantageous method for crystallization. However, the heat treatment by RTA has a disadvantage that the crystallization proceeds with insufficient volatilization of the taken-in gas because the rate of temperature rise is high.

【0231】上記第8の実施の形態に係る誘電体膜の形
成方法では、RTA処理を0.5Torr 以上500Tor
r 以下の減圧下で行なうので、短時間の結晶化過程で
も、デポジション膜中に取り込まれた残留ガスを排除し
ながら結晶化を進めることができ、結晶性の良い誘電体
膜をしかも高密度に形成することができる。誘電体膜の
結晶化時には、同時に電極膜の結晶化も進むが、電極膜
中の取り込みガスもこの熱処理によって排除することが
でき、電極膜の抵抗値を下げることができる。
In the method for forming a dielectric film according to the eighth embodiment, the RTA process is performed in the range of 0.5 Torr to 500 Torr.
r Since the process is performed under reduced pressure below, even in the crystallization process for a short time, crystallization can be advanced while eliminating the residual gas taken in the deposition film, and a dielectric film with good crystallinity and high density can be obtained. Can be formed. When the dielectric film is crystallized, the crystallization of the electrode film also proceeds at the same time, but the gas taken in the electrode film can also be eliminated by this heat treatment, and the resistance value of the electrode film can be reduced.

【0232】RTA処理は結晶化を進めるが、その際、
酸素の供給が不足すると誘電体膜が半導体化するおそれ
がある。特に、PZT等のPb系誘電体膜やチタン酸バ
リウム膜等は容易に半導体化し、膜抵抗が著しく低下す
る。
In the RTA process, crystallization proceeds.
If the supply of oxygen is insufficient, the dielectric film may become a semiconductor. In particular, a Pb-based dielectric film such as PZT, a barium titanate film, or the like is easily converted into a semiconductor, and the film resistance is significantly reduced.

【0233】このような場合の熱処理としては、減圧下
のアニールを0.5Torr 以上500Torr 以下の酸素
分圧下で行うことが望ましい。また、IrO2 やRuO
2 、ITO、SnO2 等の導電性酸化物膜は、酸素の供
給が不十分であると、その後のプロセスでの膜抵抗変化
が激しく、特性が不安定になってしまうので、上記した
ような範囲の酸素分圧化でのアニールが有効である。
As the heat treatment in such a case, it is desirable to perform annealing under reduced pressure under an oxygen partial pressure of 0.5 Torr or more and 500 Torr or less. In addition, IrO 2 or RuO
2 , conductive oxide films of ITO, SnO 2 and the like, if the supply of oxygen is insufficient, the film resistance changes greatly in the subsequent process and the characteristics become unstable. Annealing with an oxygen partial pressure in the range is effective.

【0234】さらに、減圧下のアニールを0.5Torr
以上500Torr 以下のオゾン分圧下で行うと、膜のリ
ーク電流を低減することができ、これは特にDRAM等
リフレッシュ動作の必要なメモリにおけるキャパシタ形
成には重要であり、消費電力を節約することができる。
Further, annealing under reduced pressure is performed for 0.5 Torr.
When the operation is performed under an ozone partial pressure of 500 Torr or less, the leakage current of the film can be reduced. This is particularly important for forming a capacitor in a memory such as a DRAM that requires a refresh operation, and power consumption can be reduced. .

【0235】これらの減圧下でのRTA処理は、特に、
第1の電極上に少なくとも2種以上の金属元素を含有す
る複合酸化物膜からなる誘電体膜を形成する工程に、ス
パッタ法、CVD法、あるいはLSMCD法を採用した
場合に特に有効である。これらの成膜方法で成膜した場
合には取り込みガスの影響が避けられないからである。
The RTA treatment under these reduced pressures is, in particular,
This is particularly effective when a sputtering method, a CVD method, or an LSMCD method is used in the step of forming a dielectric film made of a composite oxide film containing at least two or more metal elements on the first electrode. This is because when the film is formed by these film forming methods, the influence of the taken-in gas cannot be avoided.

【0236】一方、本発明の第8の実施の形態に係る誘
電体膜の形成方法にゾル・ゲル法やMOD法を適用する
ことも可能であるが、これらの成膜方法およびLSMC
D法では、有機基の揮発量が多いため、最初から減圧下
で熱処理すると、膜の表面が粗になってしまうおそれが
ある。従って、これらの場合には、予め、大気圧下で3
50℃以上の温度の熱処理を施してから後に前記したよ
うな減圧下でのRTA処理を実施することが望ましい。
On the other hand, the sol-gel method or the MOD method can be applied to the method of forming the dielectric film according to the eighth embodiment of the present invention.
In the method D, since the organic group has a large amount of volatilization, if the heat treatment is performed under reduced pressure from the beginning, the film surface may be roughened. Therefore, in these cases, 3
It is desirable to perform a heat treatment at a temperature of 50 ° C. or higher and then perform the RTA treatment under reduced pressure as described above.

【0237】次に、オゾンアニールの方法と効果につい
て説明する。オゾン発生器を用いて生成したオゾン・酸
素混合ガスを100〜400℃に加熱した熱処理部に導
入する。例えば、ウエハ背面を300℃に加熱しながら
オゾン・酸素混合ガスを導入し、この熱処理部に100
mW/cm2 の低圧水銀光を30〜200分照射する。
水銀光は波長が320nm以下が有効である。
Next, the method and effect of ozone annealing will be described. An ozone / oxygen mixed gas generated using an ozone generator is introduced into a heat treatment section heated to 100 to 400 ° C. For example, an ozone / oxygen mixed gas is introduced while heating the back surface of the wafer to 300 ° C.
Irradiate with low pressure mercury light of mW / cm 2 for 30 to 200 minutes.
Mercury light having a wavelength of 320 nm or less is effective.

【0238】この場合、オゾン分圧比1%以上の混合ガ
ス雰囲気中で熱処理を行なうと、成膜時に内在する酸素
空孔が減少し、リーク電流の低減化を図ることができ
る。さらに、この後に600℃以上の酸素中の熱処理を
加えると、ウエハ面内のばらつきも低減することがで
き、さらに有効である。
In this case, if the heat treatment is performed in a mixed gas atmosphere having an ozone partial pressure ratio of 1% or more, oxygen vacancies existing at the time of film formation are reduced, and the leak current can be reduced. Further, if a heat treatment in oxygen at 600 ° C. or higher is performed thereafter, the variation in the wafer surface can be reduced, which is more effective.

【0239】(実施例1)図19は、本発明の第8の実
施の形態に係る製造方法により形成されたキャパシタを
有したFRAMセルの断面構造を示している。
(Example 1) FIG. 19 shows a sectional structure of an FRAM cell having a capacitor formed by a manufacturing method according to an eighth embodiment of the present invention.

【0240】図19のFRAMセルの製造に際しては、
半導体基板1にLOCOSにより素子間分離絶縁膜2を
形成し、その後にソースS・ドレインD領域用の拡散
層、ゲート絶縁膜3、ゲート電極部Gを形成することに
より、MOSトランジスタ70を形成する。この後、C
VD法を用いて、SiO2 から成る層間絶縁膜71を堆
積する。
When manufacturing the FRAM cell of FIG.
The MOS transistor 70 is formed by forming the element isolation insulating film 2 on the semiconductor substrate 1 by LOCOS, and thereafter forming the diffusion layer for the source S / drain D region, the gate insulating film 3 and the gate electrode part G. . After this, C
An interlayer insulating film 71 made of SiO 2 is deposited by using the VD method.

【0241】次に、メモリセルの情報記憶用キャパシタ
72を形成する。まず、前記層間絶縁膜71の上に、
2.5mTorr のAr中で連続DCスパッタによりTi
/Ptから成る下部電極膜を成膜する。
Next, the information storage capacitor 72 of the memory cell is formed. First, on the interlayer insulating film 71,
Ti by continuous DC sputtering in Ar of 2.5 mTorr
/ Pt is formed as a lower electrode film.

【0242】次いで、厚さ180nmあるいは210n
mあるいは240nmのPZT膜を、2.5mTorr の
Ar中のRF(高周波)スパッタにより形成する。この
後、最初のRTA処理を昇温速度100℃/秒、10T
orr の酸素中で800℃で10秒間行ない、その後、P
ZT膜上に上部電極膜としてのPt膜をDCスパッタで
形成した後、拡散炉を用いて600℃で二度目のアニー
ルをゆっくり行なう。次に、積層された下部電極膜、P
ZT膜および上部電極膜をRIEによりエッチングし、
所望の形状にパターニングすることにより、下部電極1
7、誘電体膜18および上部電極19で構成されるキャ
パシタ72を形成する。ここで、エッチングダメージを
除去するために、拡散炉を用いて600℃で三度目のア
ニールをゆっくり行なった。
Next, a thickness of 180 nm or 210 n
An m or 240 nm PZT film is formed by RF (high frequency) sputtering in Ar of 2.5 mTorr. After that, the first RTA treatment is performed at a heating rate of 100 ° C./sec.
orr oxygen at 800 ° C for 10 seconds.
After forming a Pt film as an upper electrode film on the ZT film by DC sputtering, a second annealing is slowly performed at 600 ° C. using a diffusion furnace. Next, the laminated lower electrode film, P
The ZT film and the upper electrode film are etched by RIE,
By patterning into a desired shape, the lower electrode 1
7. A capacitor 72 composed of the dielectric film 18 and the upper electrode 19 is formed. Here, in order to remove etching damage, third annealing was slowly performed at 600 ° C. using a diffusion furnace.

【0243】次に、前記キャパシタ72を被覆するよう
に絶縁膜73をCVD法により堆積させ、RIEによ
り、MOSトランジスタ70のソースS・ドレインD用
拡散層の一方およびキャパシタ72の上部電極19およ
び下部電極17を露出させるコンタクトホールをエッチ
ング形成した後、拡散炉を用いて600℃で四度目のア
ニールをゆっくり行なった。
Next, an insulating film 73 is deposited by a CVD method so as to cover the capacitor 72, and one of the source S / drain D diffusion layers of the MOS transistor 70 and the upper electrode 19 and the lower electrode After a contact hole exposing the electrode 17 was formed by etching, a fourth annealing was slowly performed at 600 ° C. using a diffusion furnace.

【0244】次に、MOSトランジスタ70のソースS
・ドレインD用拡散層の一方と上部電極19とを接続す
るための内部配線74aと、下部電極17からの引き出
し電極となる内部配線74bを形成し、素子全体にパッ
シベーション膜75を堆積する。その後、RIEによ
り、パッシベーション膜75にコンタクトホールを形成
し、バリア層76を介してアルミニウム配線77を形成
する。MOSトランジスタ70のゲート電極部Gはワー
ド線として、内部配線74b、バリア層76、アルミニ
ウム配線77はプレート線として使用される。
Next, the source S of the MOS transistor 70 is
An internal wiring 74a for connecting one of the diffusion layers for the drain D and the upper electrode 19 and an internal wiring 74b serving as an extraction electrode from the lower electrode 17 are formed, and a passivation film 75 is deposited on the entire device. Thereafter, a contact hole is formed in the passivation film 75 by RIE, and an aluminum wiring 77 is formed via the barrier layer 76. The gate electrode portion G of the MOS transistor 70 is used as a word line, and the internal wiring 74b, the barrier layer 76, and the aluminum wiring 77 are used as plate lines.

【0245】ここで、前記した4回のアニールのうち、
1回目は誘電体膜結晶化のための熱処理であり、2回目
は強誘電体膜18と上部電極19との界面状態を下部電
極17と強誘電体膜18のそれと同様にするための熱処
理であり、3回目と4回目はプロセスダメージ回復のた
めのものである。
Here, of the four annealings described above,
The first is a heat treatment for crystallizing the dielectric film, and the second is a heat treatment for making the state of the interface between the ferroelectric film 18 and the upper electrode 19 similar to that of the lower electrode 17 and the ferroelectric film 18. Yes, the third and fourth times are for process damage recovery.

【0246】以上の実施例を実施例1とし、厚さ18
0、210、240nmの3種類のPZT膜に対応する
実施例をそれぞれ実施例1-1、1-2、1-3とする。
The above embodiment is referred to as the first embodiment, and the thickness 18
Examples corresponding to three types of PZT films of 0, 210, and 240 nm are referred to as Examples 1-1, 1-2, and 1-3, respectively.

【0247】次の各工程を変えた実施例を実施例2〜6
とし、誘電体膜厚を変えたものを薄いものからそれぞれ
実施例n-1、n-2、n-3とする。また、比較例も同様に
して形成した。
Examples in which the following steps are changed are described in Examples 2 to 6.
Examples n−1, n−2 and n−3, respectively, from the thinner one with the changed dielectric film thickness. The comparative example was formed in the same manner.

【0248】(実施例2)実施例1の情報記憶用キャパ
シタ72の形成を次のように行なって実施例2の半導体
装置を形成した。まず、前記層間絶縁膜71の上に、
2.5mTorr のAr中で連続DCスパッタによりTi
/Ptから成る下部電極膜を成膜する。次いで、PZT
膜を基板温度500℃、Ar/O2 雰囲気中のRFスパ
ッタで形成する。PZT膜上にPt膜をDCスパッタで
形成した後、最初のRTAアニールを昇温速度100℃
/秒、10Torr の酸素中で800℃で10秒間行なっ
た。
(Example 2) A semiconductor device of Example 2 was formed by forming the information storage capacitor 72 of Example 1 as follows. First, on the interlayer insulating film 71,
Ti by continuous DC sputtering in Ar of 2.5 mTorr
/ Pt is formed as a lower electrode film. Then, PZT
A film is formed by RF sputtering in an Ar / O 2 atmosphere at a substrate temperature of 500 ° C. After forming a Pt film on the PZT film by DC sputtering, the first RTA annealing is performed at a temperature rising rate of 100 ° C.
Per second at 800 ° C. for 10 seconds in 10 Torr of oxygen.

【0249】(実施例3)実施例1の情報記憶用キャパ
シタ72の形成を次のように行なって実施例3の半導体
装置を形成した。まず、前記層間絶縁膜71の上に、
2.5mTorr のAr中で連続DCスパッタによりTi
/Ptから成る下部電極膜を成膜する。最初のRTAア
ニールを昇温速度100℃/秒、10Torr の酸素中で
800℃で10秒間行ない、次いで、PZT膜を基板温
度500℃、2.5mTorr のAr中のRFスパッタで
形成する。その後、PZT膜上にPt膜をDCスパッタ
で形成した後、二度目のアニールを今度は拡散炉を用い
て600℃でゆっくり行なう。 (実施例4)実施例1の情報記憶用キャパシタ72の形
成を次のように行なって実施例4の半導体装置を形成し
た。まず、前記層間絶縁膜71の上に、Irレジネート
を回転塗布し、760Torr の大気中で800℃で熱処
理し、IrO2 の下部電極膜を形成する。次いで、SB
T膜を有機金属化合物混合原料を霧状にして回転基板上
に堆積するLSMCD法を用いて成膜する。続いて、予
め760Torr の大気中で450℃の熱処理を施した
後、RTAアニールを昇温速度50℃/秒、500Tor
r の酸素中で800℃で10秒間行なった。その後、再
び、SBT膜上にIrレジネートを回転塗布し、760
Torr の大気中で800℃で熱処理し、IrO2 の上部
電極膜を形成する。
(Example 3) A semiconductor device of Example 3 was formed by forming the information storage capacitor 72 of Example 1 as follows. First, on the interlayer insulating film 71,
Ti by continuous DC sputtering in Ar of 2.5 mTorr
/ Pt is formed as a lower electrode film. The first RTA anneal is performed at a rate of temperature increase of 100 ° C./sec. In 10 Torr oxygen at 800 ° C. for 10 seconds, and then a PZT film is formed by RF sputtering in Ar at a substrate temperature of 500 ° C. and 2.5 mTorr. Then, after forming a Pt film on the PZT film by DC sputtering, a second annealing is performed slowly at 600 ° C. using a diffusion furnace. (Example 4) A semiconductor device of Example 4 was formed by forming the information storage capacitor 72 of Example 1 as follows. First, Ir resinate is spin-coated on the interlayer insulating film 71 and heat-treated at 800 ° C. in an atmosphere of 760 Torr to form a lower electrode film of IrO 2 . Then, SB
The T film is formed by using the LSMCD method in which the organometallic compound mixed raw material is atomized and deposited on a rotating substrate. Subsequently, after a heat treatment at 450 ° C. in an atmosphere of 760 Torr in advance, RTA annealing is performed at a temperature increase rate of 50 ° C./sec and 500 Torr.
Performed at 800 ° C. for 10 seconds in r 2 oxygen. Thereafter, Ir resinate was spin-coated on the SBT film again, and 760
A heat treatment is performed at 800 ° C. in the atmosphere of Torr to form an IrO 2 upper electrode film.

【0250】(実施例5)実施例4の情報記憶用キャパ
シタ72の形成を次のように行なって実施例5の半導体
装置を形成した。まず初めに、前記層間絶縁膜71の上
に、Irレジネートを回転塗布し、760Torr の大気
中で800℃で熱処理し、IrO2 の下部電極膜を形成
する。次いで、SBT膜を有機金属化合物混合原料を霧
状にして回転基板上に堆積するLSMCD法を用いて成
膜する。続いて、予め760Torrの大気中で450℃
の熱処理を施した後、RTAアニールを昇温速度80℃
/秒、5Torr のオゾン10%・酸素90%の混合雰囲
気中で800℃で10秒間行なった。その後、再び、S
BT膜上にIrレジネートを回転塗布し、760Torr
の大気中で800℃で熱処理し、IrO2 の上部電極膜
を形成する。
(Example 5) A semiconductor device of Example 5 was formed by forming the information storage capacitor 72 of Example 4 as follows. First, Ir resinate is spin-coated on the interlayer insulating film 71 and heat-treated at 800 ° C. in an atmosphere of 760 Torr to form a lower electrode film of IrO 2 . Next, an SBT film is formed by using the LSMCD method in which an organometallic compound mixed raw material is atomized and deposited on a rotating substrate. Subsequently, 450 ° C. in an atmosphere of 760 Torr
RTA annealing is performed at a temperature rising rate of 80 ° C.
/ Sec at 800 ° C. for 10 seconds in a mixed atmosphere of 10% ozone and 90% oxygen at 5 Torr. Then again, S
Spin spin coat Ir resinate on BT film, 760 Torr
At 800 ° C. in the air to form an IrO 2 upper electrode film.

【0251】(実施例6)実施例1の情報記憶用キャパ
シタ72の形成を次のように行なって実施例6の半導体
装置を形成した。まず、前記層間絶縁膜71の上に、
2.5mTorr のAr中で連続DCスパッタによりTi
/Ptから成る下部電極膜を成膜する。次いで、PZT
膜を2.5mTorr のAr中のRFスパッタで形成す
る。最初のRTAアニールを昇温速度100℃/秒、1
0Torr の酸素中で800℃で10秒間行ない、その
後、PZT膜上にPt膜をDCスパッタで形成した後、
二度目のアニールを今度は拡散炉を用いてオゾン10%
・酸素90%の混合雰囲気下、550℃でゆっくり行な
う。
Example 6 A semiconductor device of Example 6 was formed by forming the information storage capacitor 72 of Example 1 as follows. First, on the interlayer insulating film 71,
Ti by continuous DC sputtering in Ar of 2.5 mTorr
/ Pt is formed as a lower electrode film. Then, PZT
The film is formed by RF sputtering in Ar of 2.5 mTorr. The first RTA annealing was performed at a rate of 100 ° C./sec.
Performed at 800 ° C. for 10 seconds in oxygen of 0 Torr, and then, after forming a Pt film on the PZT film by DC sputtering,
Second annealing, 10% ozone using diffusion furnace
Slowly at 550 ° C. in a mixed atmosphere of 90% oxygen.

【0252】(比較例1)実施例1の情報記憶用キャパ
シタの形成を次のように行なって比較例1の半導体装置
を形成した。まず、前記層間絶縁膜の上に、2.5mT
orr のAr中で連続DCスパッタによりTi/Ptから
成る下部電極膜を成膜する。次いで、PZT膜を2.5
mTorr のAr中のRFスパッタで形成する。最初のR
TAアニールを昇温速度100℃/秒、760Torr の
酸素中で800℃で10秒間行ない、その後、PZT膜
上にPt膜をDCスパッタで形成した後、二度目のアニ
ールを今度は拡散炉を用いて600℃でゆっくり行な
う。
Comparative Example 1 A semiconductor device of Comparative Example 1 was formed by forming the information storage capacitor of Example 1 as follows. First, a 2.5 mT
A lower electrode film made of Ti / Pt is formed by continuous DC sputtering in Ar of orr. Next, the PZT film is
It is formed by RF sputtering in Ar of mTorr. First R
TA annealing is performed at 800 ° C. for 10 seconds in oxygen of 760 Torr at a heating rate of 100 ° C./second, and then a Pt film is formed on the PZT film by DC sputtering, and then a second annealing is performed using a diffusion furnace. Slowly at 600 ° C.

【0253】(比較例2)実施例4の情報記憶用キャパ
シタの形成を次のように行なって比較例2の半導体装置
を形成した。まず、前記層間絶縁膜の上に、Irレジネ
ートを回転塗布し、760Torr の大気中で800℃で
熱処理し、IrO2 の下部電極膜を形成する。次いで、
厚さ180nmのPZT膜を、有機金属化合物混合原料
を霧状にして回転基板上に堆積するLSMCD法を用い
て成膜する。続いて、予め760Torr の大気中で45
0℃の熱処理を施した後、RTAアニールを昇温速度5
0℃/秒、760Torr の酸素中で800℃で10秒間
行なった。その後、再び、PZT膜上にIrレジネート
を回転塗布し、760Torr の大気中で800℃で熱処
理し、IrO2 の上部電極膜を形成する。
(Comparative Example 2) A semiconductor device of Comparative Example 2 was formed by forming the information storage capacitor of Example 4 as follows. First, Ir resinate is spin-coated on the interlayer insulating film and heat-treated at 800 ° C. in an atmosphere of 760 Torr to form a lower electrode film of IrO 2 . Then
A PZT film having a thickness of 180 nm is formed by using an LSMCD method in which an organometallic compound mixed raw material is atomized and deposited on a rotating substrate. Subsequently, 45 minutes in the atmosphere of 760 Torr
After the heat treatment at 0 ° C., RTA annealing is performed at a heating rate of 5 ° C.
This was performed at 800 ° C. for 10 seconds in oxygen of 760 Torr at 0 ° C./sec. Thereafter, Ir resinate is spin-coated on the PZT film again, and heat-treated at 800 ° C. in an atmosphere of 760 Torr to form an IrO 2 upper electrode film.

【0254】(実施例および比較例の評価)図20は、
前記各実施例1〜6および比較例1、2におけるキャパ
シタの容量を測定し、膜厚(誘電体厚み)tとキャパシ
タンスCの逆数(1/C)の関係をグラフ化して示して
いる。
(Evaluation of Examples and Comparative Examples) FIG.
The capacitances of the capacitors in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 are measured, and the relationship between the film thickness (dielectric thickness) t and the reciprocal (1 / C) of the capacitance C is shown in a graph.

【0255】キャパシタンスC、誘電体の誘電率ε、誘
電体厚みtの間には、以下の関係が成り立つ。
The following relationship holds between the capacitance C, the dielectric constant ε of the dielectric, and the dielectric thickness t.

【0256】C = εo×ε×S/t 但し、εoは真空の誘電率、Sは電極面積である。これ
を書き換えると、 1/C = k×(1/ε)×t 但し、k= 1/(εo×S)の定数である。実際のグ
ラフでは、 1/C = k×(1/ε)×t + n の直線になっており、n=1/C' とすると、C' 分の
キャパシタが直列に接続されている回路が予想される。
C = εo × ε × S / t where εo is the dielectric constant of vacuum and S is the electrode area. In other words, 1 / C = k × (1 / ε) × t where k = 1 / (εo × S). In an actual graph, a straight line of 1 / C = k × (1 / ε) × t + n is obtained. If n = 1 / C ′, a circuit in which capacitors of C ′ are connected in series is obtained. is expected.

【0257】本発明の第8の実施の形態に係る実施例で
は、前記C' に相当するキャパシタ成分が小さく、この
ことから、電極との界面に余分な低誘電率層が存在せ
ず、薄膜化に対応できる誘電体膜が形成されていること
が分かる。
In the example according to the eighth embodiment of the present invention, the capacitor component corresponding to the C ′ is small, so that there is no extra low dielectric constant layer at the interface with the electrode, It can be seen that a dielectric film capable of coping with the formation is formed.

【0258】一方、比較例では、C' に相当するキャパ
シタ成分が大きく、これでは充分なキャパシタンスが得
られず、薄膜化にも対応できない。素子を低電圧で駆動
するためには、誘電体を充分飽和させた領域で用いるこ
と、即ち、薄膜化して充分大きな電界をかけることが必
要であるが、界面低誘電率層のC' が存在すると、薄膜
化に対応することができない。
On the other hand, in the comparative example, a capacitor component corresponding to C ′ is large, and thus, a sufficient capacitance cannot be obtained, and it is impossible to cope with thinning. In order to drive the device at a low voltage, it is necessary to use the device in a region where the dielectric is sufficiently saturated, that is, to apply a sufficiently large electric field by thinning the film. Then, it cannot respond to thinning.

【0259】実施例1〜6と比較例1、2の誘電体部分
の断面を透過電子顕微鏡で調べたところ、比較例の誘電
体と電極界面に膜厚1/10から1/5に相当する大き
な空隙が数多くみられたが、実施例では僅かであり、こ
の空隙が膜の一部を低密度化し、低誘電率層の原因にな
っていることが分かった。
When the cross sections of the dielectric portions of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were examined with a transmission electron microscope, the thickness of the interface between the dielectric and the electrode of Comparative Example was 1/10 to 1/5. Although many large voids were observed, the voids were small in the examples, and it was found that these voids reduced the density of a part of the film and caused the low dielectric constant layer.

【0260】その他、各素子の動作速度特性、疲労特性
等を調べた。最も動作速度を早くできたのは実施例3で
あり、特に書き込み時間に関して140nsまで短縮し
ても不良ビットが生じなかった。他の実施例では150
ns以上としないと信頼性試験で不良ビットが生じた。
また、実施例4と5では書き換え回数が1012回以上を
達成することができたが、他の実施例では1010回から
不良ビットが現れた。107 回疲労試験後に長時間放置
してインプリント特性を調べた際に不良ビットを生じな
かったのは、実施例5と6であった。
In addition, the operating speed characteristics, fatigue characteristics and the like of each element were examined. The operation speed was the fastest in Example 3, and no defective bit was generated even when the writing time was reduced to 140 ns. In another embodiment, 150
If it is not longer than ns, a defective bit occurs in the reliability test.
In addition, in Examples 4 and 5, the number of rewrites could be at least 10 12 , but in other examples, defective bits appeared from 10 10 . 10 7 times fatigue of long after the test allowed produced no defective bit when examining the imprint characteristics were Examples 5 and 6.

【0261】(その他の実施例)図21に示すトレンチ
型のDRAMセルの形成工程において、半導体基板80
に素子分離領域81、メモリセルのトランスファゲート
用のMOSトランジスタのソースS・ドレインD領域、
メモリセルのトレンチ構造のキャパシタ82を形成す
る。上記キャパシタ82の形成に際して、下部電極83
のRuをDCスパッタで形成後、BST膜84を有機金
属化合物を原料ソースとし、Arのキャリアガスを用い
るCVD法により、基板温度450℃にて100nmの
堆積膜として得た。この後、N2 分圧が450Torr
中、600℃でRTAアニールを行ない、さらに上部電
極85のRuをDCスパッタで形成し、3次元の積層構
造を得た。さらにその後、SiO2 絶縁膜86の形成と
ワード線WL、ビット線BLの形成を行ない、DRAM
構造を形成した。この場合、誘電率250の緻密なBS
T誘電体膜を得た。
(Other Embodiments) In the process of forming the trench type DRAM cell shown in FIG.
A source S / drain D region of a MOS transistor for a transfer gate of a memory cell;
A capacitor having a trench structure of the memory cell is formed. When forming the capacitor 82, the lower electrode 83
Was formed by DC sputtering, and a BST film 84 was obtained as a 100 nm deposited film at a substrate temperature of 450 ° C. by a CVD method using an organometallic compound as a raw material source and a carrier gas of Ar. Thereafter, the N 2 partial pressure is increased to 450 Torr.
RTA annealing was performed at 600 ° C. in the middle, and Ru of the upper electrode 85 was further formed by DC sputtering to obtain a three-dimensional laminated structure. After that, the formation of the SiO 2 insulating film 86 and the formation of the word lines WL and the bit lines BL are performed to form the DRAM.
Structure formed. In this case, a dense BS having a dielectric constant of 250
A T dielectric film was obtained.

【0262】次に、前記したようなFRAMをRF−I
Dシステムに応用した例を示す。
Next, the FRAM as described above is replaced with RF-I
An example applied to the D system is shown.

【0263】RF−IDシステムとは、電波を用いた非
接触型タグ・システム(識別器)のことで、一般的には
非接触データ・キャリア・システム等とも呼ばれてお
り、RF−IDシステムの全体のシステム構成を図27
に示す。
An RF-ID system is a contactless tag system (identifier) using radio waves, and is generally called a contactless data carrier system or the like. Figure 27 shows the overall system configuration of
Shown in

【0264】RF−IDシステムは、パソコン、コント
ローラ、アンテナ等で構成されるホスト側と、トランス
ポンダと呼ばれるデータ・キャリアで構成される。トラ
ンスポンダは、FRAMとASICが1チップ化された
モノリシックRF−IDチップおよび電力受信、データ
受信/送信を兼ねるアンテナを内蔵するシンプルな構成
である。
[0264] The RF-ID system is composed of a host composed of a personal computer, a controller, an antenna and the like, and a data carrier called a transponder. The transponder has a simple configuration in which a monolithic RF-ID chip in which an FRAM and an ASIC are integrated into one chip and an antenna that performs power reception and data reception / transmission are built.

【0265】ホスト側からは必要に応じてコマンドおよ
びデータを搬送波に乗せて送信するが、トランスポンダ
側ではその搬送波により必要な電力を発生させ、データ
の書き込みおよび読み出しと送信に利用してホスト側に
情報を返す。
The host transmits commands and data on a carrier as necessary, and the transponder generates necessary power by the carrier and uses it for writing, reading and transmitting data to the host. Returns information.

【0266】非接触型タグは、電池が不要であり、FR
AMの記憶内容を電波を使って非接触で読み取り、その
内容を書き換えることにより、人の入退出などの管理に
活用することが可能である。例えば服のポケットに定期
券用の非接触型タグを入れたまま改札したり、非接触型
タグを自動車につけて走り、高速道路の料金所でいちい
ち精算するために止まらなくて済むようにするとか、人
との介在なしに駐車場の出入りを監視・管理するなどの
用途を狙っている。また、家畜や回遊魚の行動を管理す
るために使用することが可能である。
The non-contact type tag does not require a battery,
By reading the stored contents of the AM in a non-contact manner using radio waves and rewriting the contents, it is possible to utilize it for management such as entering and leaving a person. For example, a ticket gate with the contactless tag for commuter pass in the pocket of the clothes, or running with the contactless tag attached to the car, so that you do not have to stop to pay each time at the tollgate on the highway. It is intended for applications such as monitoring and managing the entrance and exit of parking lots without human intervention. It can also be used to manage the behavior of livestock and migratory fish.

【0267】図28は、トランスポンダの内部回路の詳
細を示す。
FIG. 28 shows details of the internal circuit of the transponder.

【0268】即ち、外部から入力される電磁波を検知す
るLC回路と、LC回路が検出した電磁波から信号を生
成する回路58と、LC回路が検出した電磁波から電源
電圧を発生させる回路59と、電源電圧の立ち上がりを
検出してパワーオン信号を出力するパワーオン回路60
と、強誘電体物質を電極間に有する強誘電体キャパシタ
と電荷転送用のMOSトランジスタとからなるメモリセ
ルを複数個行列状に配置し、例えば同一行に属するメモ
リセルのMOSトランジスタを同一のワード線でそれぞ
れ共通接続し、同一行に属するメモリセルの強誘電体キ
ャパシタの一方の電極を同一のキャパシタプレート線で
それぞれ共通接続し、同一列に属するメモリセルのMO
Sトランジスタの一方の端子を同一のビット線でそれぞ
れ共通接続して構成したFRAMセルアレイ61等から
構成される。
That is, an LC circuit for detecting an electromagnetic wave input from the outside, a circuit 58 for generating a signal from the electromagnetic wave detected by the LC circuit, a circuit 59 for generating a power supply voltage from the electromagnetic wave detected by the LC circuit, a power supply A power-on circuit 60 for detecting a rise in voltage and outputting a power-on signal
And a plurality of memory cells each comprising a ferroelectric capacitor having a ferroelectric substance between electrodes and a MOS transistor for charge transfer are arranged in a matrix, and for example, the MOS transistors of the memory cells belonging to the same row are replaced with the same word. Lines, and one electrode of the ferroelectric capacitors of the memory cells belonging to the same row are commonly connected to the same capacitor plate line.
It is composed of an FRAM cell array 61 and the like in which one terminal of the S transistor is commonly connected to the same bit line.

【0269】なお、本発明は上記したようなFRAMに
限らず、FPGA(Field Program-able Gate Array )
やスタティック型RAMを搭載した論理LSIなどにお
いて、ロジックのプログラム記憶部に少量ではあるが使
用される強誘電体メモリセルの形成方法に適用すること
も可能である。
Note that the present invention is not limited to the FRAM as described above, but an FPGA (Field Programmable Gate Array).
It is also applicable to a method of forming a ferroelectric memory cell which is used in a small amount in a logic program storage portion in a logic LSI having a static RAM or the like.

【0270】また、本発明は上記したような半導体基板
上に強誘電体メモリセルを形成する場合に限らず、SO
Iなどのように絶縁基板上の半導体層上に強誘電体メモ
リセルを形成する場合にも適用することが可能である。
The present invention is not limited to the case where a ferroelectric memory cell is formed on a semiconductor substrate as described above.
It is also applicable to the case where a ferroelectric memory cell is formed on a semiconductor layer on an insulating substrate, such as I.

【0271】さらに、電荷転送用のスイッチングトラン
ジスタとしては、ゲート絶縁膜が酸化物からなるMOS
トランジスタに限定されず、ゲート絶縁膜が窒化物や窒
酸化物、あるいは酸化物と窒化物との積層構造などから
なるMISトランジスタを形成することもできる。
Further, as a switching transistor for charge transfer, a MOS in which a gate insulating film is made of an oxide is used.
The transistor is not limited to a transistor, and an MIS transistor in which a gate insulating film includes a nitride, a nitride oxide, a stacked structure of an oxide and a nitride, or the like can be formed.

【0272】[0272]

【発明の効果】上述したように本発明の半導体装置の製
造方法によれば、強誘電体メモリセルを形成する際、パ
ストランジスタの一端側領域上にコンタクトプラグ層を
埋め込んだ後に強誘電体キャパシタを形成し、キャパシ
タ上部電極とコンタクトプラグの上端部とを電極配線で
接続するので、強誘電体キャパシタ形成後における還元
性雰囲気中での処理の影響を回避し、かつ、強誘電体キ
ャパシタを容易に形成することができる。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, when forming a ferroelectric memory cell, a ferroelectric capacitor is formed after a contact plug layer is buried on one end region of a pass transistor. Is formed, and the upper electrode of the capacitor and the upper end of the contact plug are connected by electrode wiring, so that the effects of processing in a reducing atmosphere after the formation of the ferroelectric capacitor can be avoided and the ferroelectric capacitor can be easily manufactured. Can be formed.

【0273】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、キャパシタ上部電極(Pt等)の微細加工ひいて
は強誘電体メモリセルのパターンの微細化を実現でき
る。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to realize fine processing of a capacitor upper electrode (Pt or the like), and further, miniaturization of a pattern of a ferroelectric memory cell.

【0274】従って、本発明の半導体装置の製造方法に
より製造された半導体装置によれば、キャパシタ上部電
極とコンタクトプラグの上端部とを接続するための電極
配線の信頼性が高く、強誘電体キャパシタの微細化が可
能な構造を有する。
Therefore, according to the semiconductor device manufactured by the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the reliability of the electrode wiring for connecting the upper electrode of the capacitor and the upper end of the contact plug is high, and the ferroelectric capacitor It has a structure that can be miniaturized.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る強誘電体メモ
リセルを採用した大容量のFRAMについてセルアレイ
の製造工程におけるセルアレイの一部の平面パターンの
一例を概略的に示す図
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a plane pattern of a part of a cell array in a cell array manufacturing process for a large-capacity FRAM employing a ferroelectric memory cell according to a first embodiment of the present invention;

【図2】図1の工程につづく工程における平面パターン
の一部を示す図
FIG. 2 is a view showing a part of a plane pattern in a step following the step of FIG. 1;

【図3】図2の工程につづく工程における平面パターン
の一部を示す図
FIG. 3 is a view showing a part of a plane pattern in a step following the step of FIG. 2;

【図4】図1乃至図3に示したセルの製造工程の一例に
おける断面の一部を示す図
FIG. 4 is a view showing a part of a cross section in an example of a manufacturing process of the cell shown in FIGS. 1 to 3;

【図5】図5の工程につづく工程における断面の一部を
示す図
FIG. 5 is a view showing a part of a cross section in a step that follows the step of FIG. 5;

【図6】図5の工程につづく工程における断面の一部を
示す図
FIG. 6 is a view showing a part of a cross section in a step that follows the step of FIG. 5;

【図7】図6の工程につづく工程における断面の一部を
示す図
FIG. 7 is a view showing a part of a cross section in a step that follows the step of FIG. 6;

【図8】図7の工程中の一部を取り出して断面の一部を
詳細に示す断面図
FIG. 8 is a sectional view showing a part of the section in detail by taking out a part in the process of FIG. 7;

【図9】図4乃至図8に示したセルの変形例の製造方法
について断面の一部を示す図
FIG. 9 is a view showing a part of a cross section in a method of manufacturing a modification of the cell shown in FIGS. 4 to 8;

【図10】図4乃至図8に示したセルの変形例の製造方
法について断面の一部を示す図
FIG. 10 is a view showing a part of a cross section in a method of manufacturing a modification of the cell shown in FIGS. 4 to 8;

【図11】本発明の第2の実施の形態に係るFRAMセ
ルを採用した大容量のFRAMについてセルアレイの製
造工程の一例における断面の一部を示す図
FIG. 11 is a view showing a part of a cross section in an example of a cell array manufacturing process for a large-capacity FRAM employing the FRAM cell according to the second embodiment of the present invention;

【図12】図11の工程につづく工程における断面の一
部を示す図
FIG. 12 is a view showing a part of a cross section in a step that follows the step of FIG. 11;

【図13】図11および図12に示したFRAMセルを
含むFRAMの平面パターンの一部を示す図
FIG. 13 is a diagram showing a part of a plane pattern of an FRAM including the FRAM cells shown in FIGS. 11 and 12;

【図14】本発明の半導体装置の製造方法の第3の実施
の形態に係るFRAMセルの構造を示す断面図
FIG. 14 is a sectional view showing the structure of an FRAM cell according to a third embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention;

【図15】本発明の半導体装置の製造方法の第4の実施
の形態に係るFRAMセルの構造を示す断面図
FIG. 15 is a sectional view showing the structure of an FRAM cell according to a fourth embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention;

【図16】本発明の半導体装置の製造方法の第5の実施
の形態に係るFRAMセルの構造を示す断面図
FIG. 16 is a sectional view showing the structure of an FRAM cell according to a fifth embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention;

【図17】本発明の半導体装置の製造方法の第6の実施
の形態に係るFRAMセルの構造を示す断面図
FIG. 17 is a sectional view showing the structure of an FRAM cell according to a sixth embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention;

【図18】本発明の半導体装置の製造方法の第7の実施
の形態に係るFRAMセルの構造を示す断面図
FIG. 18 is a sectional view showing the structure of an FRAM cell according to a seventh embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図19】本発明の半導体装置の製造方法の第8の実施
の形態に係るFRAMセルの構造を示す断面図
FIG. 19 is a sectional view showing the structure of an FRAM cell according to an eighth embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図20】第8の実施の形態に係る実施例および比較例
のキャパシタ特性を表すグラフ
FIG. 20 is a graph showing capacitor characteristics of an example according to the eighth embodiment and a comparative example.

【図21】本発明の半導体装置の製造方法の第8の実施
の形態に係るDRAMセルの構造を示す断面図
FIG. 21 is a sectional view showing the structure of a DRAM cell according to an eighth embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;

【図22】1トランジスタ・1キャパシタ構成の強誘電
体メモリセルの等価回路を示す回路図
FIG. 22 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a ferroelectric memory cell having a one-transistor / one-capacitor configuration;

【図23】図22の強誘電体メモリセルのアレイおよび
その周辺回路の一部の等価回路を示す回路図
23 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a part of the array of the ferroelectric memory cells of FIG. 22 and peripheral circuits thereof;

【図24】図22のメモリセルを2個用いた2トランジ
スタ・2キャパシタ型の強誘電体メモリセルの書き込み
動作の原理を説明するために強誘電体キャパシタの印加
電界および電気分極の状態を示す図
24 shows states of an applied electric field and electric polarization of a ferroelectric capacitor in order to explain a principle of a write operation of a two-transistor / two-capacitor type ferroelectric memory cell using two memory cells of FIG. 22; Figure

【図25】図22のメモリセルを2個用いた2トランジ
スタ・2キャパシタ型の強誘電体メモリセルの読み出し
動作の原理を説明するために強誘電体キャパシタの印加
電界および電気分極の状態を示す図
25 shows states of an applied electric field and electric polarization of a ferroelectric capacitor in order to explain the principle of a read operation of a two-transistor, two-capacitor type ferroelectric memory cell using two memory cells of FIG. 22; Figure

【図26】図24に示した書き込み動作および図25に
示した読み出し動作に際してプレート線PLに印加され
る電圧波形の一例を示す波形図
26 is a waveform chart showing an example of a voltage waveform applied to a plate line PL during the write operation shown in FIG. 24 and the read operation shown in FIG.

【図27】RF−IDシステムの全体のシステム構成を
示す図
FIG. 27 is a diagram showing the overall system configuration of an RF-ID system.

【図28】トランスポンダの内部回路の詳細を示す図FIG. 28 is a diagram showing details of an internal circuit of the transponder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、 2…素子間分離酸化膜、 3…ゲート酸化膜、 4…Pドープ・ポリシリコン、 5…WSi、 6、7…ゲート電極保護用の絶縁膜、 9、10…絶縁膜、 11…バリアメタル膜、 13…平坦化用の絶縁膜、 14…バリアメタル膜、 15…キャパシタコンタクトプラグ、 16…キャップ用の絶縁膜、 17…下部電極、 18…強誘電体薄膜、 19…上部電極、 16a、19a…電極配線接続用の開口部、 20a…上部電極埋め込み用の絶縁膜、 20…キャパシタ保護用の絶縁膜、 21…バリアメタル膜、 22…電極配線、 23…パッシベーション膜、 SDG…活性領域、 D…不純物拡散層(ドレイン領域)、 G…ゲート電極部、 S…不純物拡散層(ソース領域)、 BL…ビット線、 WL…ワード線、 PL…プレート線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Element isolation oxide film, 3 ... Gate oxide film, 4 ... P-doped polysilicon, 5 ... WSi, 6, 7 ... Insulating film for gate electrode protection, 9, 10 ... Insulating film, 11: barrier metal film, 13: insulating film for planarization, 14: barrier metal film, 15: capacitor contact plug, 16: insulating film for cap, 17: lower electrode, 18: ferroelectric thin film, 19: upper part Electrodes, 16a, 19a: opening for connecting electrode wiring, 20a: insulating film for embedding upper electrode, 20: insulating film for protecting capacitor, 21: barrier metal film, 22: electrode wiring, 23: passivation film, SDG ... Active region, D: impurity diffusion layer (drain region), G: gate electrode portion, S: impurity diffusion layer (source region), BL: bit line, WL: word line, PL: plate .

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 首藤 晋 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 奥和田 久美 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 日高 修 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平8−139292(JP,A) 特開 平8−171793(JP,A) 特開 平9−199679(JP,A) 特開 平3−283658(JP,A) 特開 平6−85086(JP,A) 特開 平8−162619(JP,A) 特開 平4−158570(JP,A) 特開 平4−158571(JP,A) 特開 平5−13708(JP,A) 特開 平5−13726(JP,A) 特開 平6−204191(JP,A) 特開 平7−254642(JP,A) 特開 平6−13565(JP,A) 特開 平8−8407(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/105 H01L 21/8242 H01L 27/108 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Susumu Suto 1 Toshiba R & D Center, Komukai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Kumi Owada Toshiba Komukai-shi, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1, Toshiba R & D Center Co., Ltd. (72) Osamu Hidaka Inventor Osamu Komukai, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture No. 1, Toshiba R & D Center Co., Ltd. (56) References JP 8-139292 (JP) JP-A-8-171793 (JP, A) JP-A-9-199679 (JP, A) JP-A-3-283658 (JP, A) JP-A-6-85086 (JP, A) 8-166219 (JP, A) JP-A-4-158570 (JP, A) JP-A-4-158571 (JP, A) JP-A-5-13708 (JP, A) JP-A-5-13726 (JP, A) A) JP-A-6-204191 (J , A) JP flat 7-254642 (JP, A) JP flat 6-13565 (JP, A) JP flat 8-8407 (JP, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB Name) H01L 27/105 H01L 21/8242 H01L 27/108

Claims (28)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板の表層部に不純物拡散領域か
らなるドレイン領域・ソース領域を有するMISトラン
ジスタを形成する工程と、 この後、前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工
程と、 前記第1の絶縁膜に選択的にコンタクトホールを開口
し、前記MISトランジスタの一端側領域に下端部がコ
ンタクトし、上端部が前記第1の絶縁膜の上面と面一に
なるようにキャパシタコンタクトプラグを埋め込み形成
する工程と、 前記キャパシタコンタクトプラグを埋め込み形成した後
に、前記キャパシタコンタクトプラグを覆うように、前
記半導体基板上に第3の絶縁膜を堆積する工程と、 前記第3の絶縁膜上に下部電極、強誘電体物質を用いた
電極間絶縁膜および上部電極を有する強誘電体キャパシ
タを形成する工程と、 前記強誘電体キャパシタを形成した後に、前記第3の絶
縁膜に電極配線コンタクト用のコンタクトホールを開口
する工程と、 前記強誘電体キャパシタの上部電極とキャパシタコンタ
クトプラグの上端面との間を接続する電極配線を前記電
極配線コンタクト用のコンタクトホールを通じて形成す
る工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造
方法。
A step of forming a MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region in a surface layer portion of a semiconductor substrate; and thereafter, forming a first insulating film on the semiconductor substrate. A contact hole is selectively opened in the first insulating film, and a capacitor contact is formed so that a lower end portion contacts one end side region of the MIS transistor and an upper end portion is flush with an upper surface of the first insulating film. A step of burying a plug, a step of burying the capacitor contact plug, and a step of depositing a third insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the capacitor contact plug; Forming a ferroelectric capacitor having a lower electrode, an inter-electrode insulating film using a ferroelectric substance, and an upper electrode; Opening a contact hole for electrode wiring contact in the third insulating film after forming the capacitor, and electrode wiring for connecting between an upper electrode of the ferroelectric capacitor and an upper end surface of the capacitor contact plug. Forming a hole through the contact hole for the electrode wiring contact.
【請求項2】 半導体基板の表層部に不純物拡散領域か
らなるドレイン領域・ソース領域を有するMISトラン
ジスタを形成する工程と、 この後、前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工
程と、 前記第1の絶縁膜に選択的にコンタクトホールを開口
し、前記MISトランジスタの一端側領域に下端部がコ
ンタクトするビット線を前記第1の絶縁膜上に形成する
工程と、 この後、前記半導体基板上に第2の絶縁膜を形成する工
程と、 前記第2の絶縁膜および第1の絶縁膜に選択的にコンタ
クトホールを開口し、前記MISトランジスタの他端側
領域に下端部がコンタクトし、上端部が前記第2の絶縁
膜の上面と面一になるようにキャパシタコンタクトプラ
グを埋め込み形成する工程と、 前記キャパシタコンタクトプラグを埋め込み形成した後
に、前記キャパシタコンタクトプラグを覆うように、前
記半導体基板上に第3の絶縁膜を堆積する工程と、 前記第3の絶縁膜上に下部電極、強誘電体物質を用いた
電極間絶縁膜および上部電極を有する強誘電体キャパシ
タを形成する工程と、 前記強誘電体キャパシタを形成した後に、前記第3の絶
縁膜に電極配線コンタクト用のコンタクトホールを開口
する工程と、 前記強誘電体キャパシタの上部電極とキャパシタコンタ
クトプラグの上端面との間を接続する電極配線を前記電
極配線コンタクト用のコンタクトホールを通じて形成す
る工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造
方法。
2. A step of forming a MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region in a surface layer of a semiconductor substrate; and thereafter, forming a first insulating film on the semiconductor substrate. Selectively opening a contact hole in the first insulating film, forming a bit line on the first insulating film, the lower end of which is in contact with one end side region of the MIS transistor; Forming a second insulating film on the substrate; selectively opening a contact hole in the second insulating film and the first insulating film; and contacting a lower end portion with the other end side region of the MIS transistor. Burying and forming a capacitor contact plug such that an upper end thereof is flush with an upper surface of the second insulating film; and burying and forming the capacitor contact plug. Depositing a third insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the capacitor contact plug; and a lower electrode and an inter-electrode insulating film using a ferroelectric substance on the third insulating film. Forming a ferroelectric capacitor having an upper electrode and an upper electrode; opening a contact hole for an electrode wiring contact in the third insulating film after forming the ferroelectric capacitor; Forming an electrode wiring connecting between the upper electrode and the upper end surface of the capacitor contact plug through the contact hole for the electrode wiring contact.
【請求項3】 半導体基板の表層部に不純物拡散領域か
らなるドレイン領域・ソース領域を有するMISトラン
ジスタを形成する工程と、 この後、前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工
程と、 前記第1の絶縁膜に選択的にコンタクトホールを開口
し、前記MISトランジスタの一端側領域に下端部がコ
ンタクトするビット線を前記第1の絶縁膜上に形成する
とともに前記MISトランジスタの他端側領域に下端部
がコンタクトする第1のキャパシタコンタクトプラグを
埋め込み形成する工程と、 この後、前記半導体基板上に第2の絶縁膜を形成する工
程と、 前記第2の絶縁膜に選択的にコンタクトホールを開口
し、前記第1のキャパシタコンタクトプラグの上端部に
下端部がコンタクトし、上端部が前記第2の絶縁膜の上
面と面一になるように第2のキャパシタコンタクトプラ
グを埋め込み形成する工程と、 前記キャパシタコンタクトプラグを埋め込み形成した後
に、前記キャパシタコンタクトプラグを覆うように、前
記半導体基板上に第3の絶縁膜を堆積する工程と、 前記第3の絶縁膜上に下部電極、強誘電体物質を用いた
電極間絶縁膜および上部電極を有する強誘電体キャパシ
タを形成する工程と、 前記強誘電体キャパシタを形成した後に、前記第3の絶
縁膜に電極配線コンタクト用のコンタクトホールを開口
する工程と、 前記強誘電体キャパシタの上部電極とキャパシタコンタ
クトプラグの上端面との間を接続する電極配線を前記電
極配線コンタクト用のコンタクトホールを通じて形成す
る工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造
方法。
A step of forming a MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region in a surface layer portion of the semiconductor substrate; and thereafter, forming a first insulating film on the semiconductor substrate. A contact hole is selectively opened in the first insulating film, and a bit line having a lower end contacting one end side region of the MIS transistor is formed on the first insulating film and the other end side of the MIS transistor is formed. A step of burying a first capacitor contact plug whose lower end contacts the region, a step of forming a second insulating film on the semiconductor substrate, and a step of selectively contacting the second insulating film A hole is opened, a lower end is in contact with an upper end of the first capacitor contact plug, and an upper end is flush with an upper surface of the second insulating film. Burying and forming a second capacitor contact plug so as to form; burying and forming the capacitor contact plug; and depositing a third insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the capacitor contact plug. Forming a ferroelectric capacitor having a lower electrode, an interelectrode insulating film using a ferroelectric substance and an upper electrode on the third insulating film; and forming the ferroelectric capacitor after forming the ferroelectric capacitor. Forming a contact hole for an electrode wiring contact in the insulating film, and forming an electrode wiring for connecting an upper electrode of the ferroelectric capacitor and an upper end surface of the capacitor contact plug to the contact hole for the electrode wiring contact. Forming a semiconductor device through the process.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
半導体装置の製造方法において、 前記電極配線を形成する工程は、前記キャパシタコンタ
クトプラグの上端面をエッチングした後に電極配線材料
を堆積してパターニングすることを特徴とする半導体装
置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the electrode wiring comprises depositing an electrode wiring material after etching an upper end surface of the capacitor contact plug. And manufacturing the semiconductor device.
【請求項5】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
半導体装置の製造方法において、 前記キャパシタコンタクトプラグを埋め込み形成した後
で前記強誘電体キャパシタを形成する前に、水素系ガス
および窒素系ガスの少なくとも一方を用いてシンタリン
グする工程を具備することを特徴とする半導体装置の製
造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a hydrogen-based gas and a hydrogen-based gas are formed after the capacitor contact plug is buried and before the ferroelectric capacitor is formed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of sintering using at least one of a nitrogen-based gas.
【請求項6】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
半導体装置の製造方法において、 前記強誘電体キャパシタを形成する際、下部電極膜およ
び電極間絶縁膜を堆積した後、前記電極間絶縁膜上に第
4の絶縁膜を堆積し、前記第4の絶縁膜を選択的に開口
し、その開口部および前記第4の絶縁膜上に前記上部電
極形成用の電極材料を堆積した後に、前記第4の絶縁膜
上の電極材料を除去することによって前記上部電極を形
成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said ferroelectric capacitor is formed by depositing a lower electrode film and an inter-electrode insulating film, and then forming said ferroelectric capacitor. A fourth insulating film is deposited on the inter-insulating film, the fourth insulating film is selectively opened, and the electrode material for forming the upper electrode is deposited on the opening and on the fourth insulating film. Forming a top electrode by removing an electrode material on the fourth insulating film;
【請求項7】 請求項6記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記第4の絶縁膜上の電極材料を除去した後、前記第4
の絶縁膜、電極間絶縁膜および下部電極膜を同一のマス
クパターンを用いて順次パターニング加工することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein after removing an electrode material on said fourth insulating film, said fourth material is removed.
Characterized by sequentially patterning the insulating film, the inter-electrode insulating film, and the lower electrode film using the same mask pattern.
【請求項8】 請求項2または3記載の半導体装置の製
造方法において、 前記キャパシタコンタクトプラグを形成する工程は、前
記コンタクトホールを開口した後の第2の絶縁膜上およ
び前記コンタクトホールの内部に高融点金属材料を堆積
した後に第2の絶縁膜上の高融点金属材料を除去するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the step of forming the capacitor contact plug is performed on the second insulating film after the opening of the contact hole and inside the contact hole. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: removing a refractory metal material on a second insulating film after depositing the refractory metal material.
【請求項9】 それぞれ電極間絶縁膜に強誘電体物質を
用いた情報記憶用の強誘電体キャパシタおよび電荷転送
用のMISトランジスタを備えた複数のメモリセルと、
それぞれ同一行の前記メモリセルのMISトランジスタ
のゲートに共通に接続された複数本のワード線と、それ
ぞれ同一行の前記メモリセルの強誘電体キャパシタに共
通に接続された複数本のキャパシタプレート線と、それ
ぞれ同一列の前記メモリセルのMISトランジスタの一
端側に共通に接続された複数本のビット線とを有する強
誘電体メモリを製造する方法であって、 半導体基板の表層部の所定位置でビット線方向に対して
略平行な方向にそれぞれMISトランジスタを構成する
2個のドレイン・チャネル・ソース領域を中央部でドレ
イン領域を共有しながら直線状に形成し、この際、複数
個のドレイン・チャネル・ソース領域を全体として市松
状に規則的に配置させることでセルアレイ領域を画定す
る工程と、 前記セルアレイ領域のそれぞれ同一行の複数個のドレイ
ン・チャネル・ソース領域における各MISトランジス
タのチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して積層された
ゲート電極部を有する複数本のワード線を互いに略平行
な方向に形成する工程と、 前記ワード線上に第1の絶縁膜を形成する工程と、 前記セルアレイ領域のそれぞれ同一列の複数個のドレイ
ン・チャネル・ソース領域における共通のドレイン領域
にコンタクトする複数本のビット線を前記第1の絶縁膜
上で互いに略平行な方向、かつ、前記複数本のワード線
に略直交する方向に形成する工程と、 前記ビット線上および前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁
膜を形成する工程と、 前記ドレイン・チャネル・ソース領域におけるソース領
域に下端部がコンタクトし、上端部が前記第2の絶縁膜
の上面と面一になるようにキャパシタコンタクトプラグ
を前記第2の絶縁膜および第1の絶縁膜に埋め込み形成
する工程と、 前記キャパシタコンタクトプラグ上および前記第2の絶
縁膜上にキャップ用の第3の絶縁膜を形成する工程と、 前記第3の絶縁膜上にそれぞれ同一行の複数個のメモリ
セルにおける強誘電体キャパシタで共有される下部電極
となる複数本のキャパシタプレート線を前記ワード線に
略平行な方向に形成するとともに、前記セルアレイ領域
の単位セル毎に対応して前記下部電極、強誘電体物質を
用いた電極間絶縁膜および上部電極を有する複数個の強
誘電体キャパシタを形成する工程と、 前記強誘電体キャパシタの表面を覆う第4の絶縁膜を形
成する工程と、 前記第4の絶縁膜の前記強誘電体キャパシタの上部電極
上に対応する部分に電極配線接続用の第1のコンタクト
ホールを開口するとともに、前記第4の絶縁膜および第
3の絶縁膜の前記キャパシタコンタクトプラグ上に対応
する部分に電極配線接続用の第2のコンタクトホールを
開口する工程と、 前記第4の絶縁膜上に電極配線材料を堆積し、前記単位
セル毎に強誘電体キャパシタの上部電極とキャパシタコ
ンタクトプラグの上端面との間を接続する電極配線をパ
ターニング形成する工程とを具備することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
9. A plurality of memory cells each including a ferroelectric capacitor for information storage and a MIS transistor for charge transfer using a ferroelectric substance for an inter-electrode insulating film;
A plurality of word lines commonly connected to the gates of the MIS transistors of the memory cells in the same row, and a plurality of capacitor plate lines commonly connected to the ferroelectric capacitors of the memory cells in the same row. And a plurality of bit lines commonly connected to one end of the MIS transistor of the memory cell in the same column. Two drain / channel / source regions forming the MIS transistor are formed in a straight line in a direction substantially parallel to the line direction while sharing the drain region at the center. Defining a cell array region by regularly arranging the source regions as a whole in a checkered pattern; and A plurality of word lines each having a gate electrode portion laminated via a gate insulating film on a channel region of each MIS transistor in a plurality of drain / channel / source regions in the same row are formed in directions substantially parallel to each other. Forming a first insulating film on the word line; and forming a plurality of bit lines in contact with a common drain region in a plurality of drain / channel / source regions in the same column of the cell array region. Forming a second insulating film on the first insulating film in a direction substantially parallel to each other and in a direction substantially orthogonal to the plurality of word lines; and forming a second insulating film on the bit line and on the first insulating film. Forming, a lower end portion is in contact with a source region in the drain / channel / source region, and an upper end portion is in contact with an upper surface of the second insulating film. Embedding and forming a capacitor contact plug in the second insulating film and the first insulating film so as to be one; and a third insulating film for a cap on the capacitor contact plug and the second insulating film. Forming a plurality of capacitor plate lines on the third insulating film, each serving as a lower electrode shared by ferroelectric capacitors in a plurality of memory cells in the same row, each of the plurality of capacitor plate lines being substantially parallel to the word line. Forming a plurality of ferroelectric capacitors having a lower electrode, an inter-electrode insulating film using a ferroelectric material, and an upper electrode corresponding to each unit cell of the cell array region, Forming a fourth insulating film covering the surface of the ferroelectric capacitor; and forming a fourth insulating film on the upper electrode of the ferroelectric capacitor. A first contact hole for connecting the electrode wiring is formed, and a second contact hole for connecting the electrode wiring is formed in a portion of the fourth insulating film and the third insulating film corresponding to the capacitor contact plug. Forming an electrode wiring material on the fourth insulating film and patterning the electrode wiring connecting between the upper electrode of the ferroelectric capacitor and the upper end surface of the capacitor contact plug for each unit cell Forming a semiconductor device.
【請求項10】 請求項9記載の半導体装置の製造方法
において、 前記キャパシタコンタクトプラグを埋め込み形成する工
程は、前記第2の絶縁膜および第1の絶縁膜に選択的に
コンタクトホールを開口する工程と、前記第2絶縁膜上
および前記コンタクトホール内部に高融点金属材料を堆
積する工程と、前記第2絶縁膜上の高融点金属材料を化
学機械的研磨により除去する工程とを具備することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein said step of burying said capacitor contact plug is a step of selectively opening a contact hole in said second insulating film and said first insulating film. Depositing a refractory metal material on the second insulating film and inside the contact hole; and removing the refractory metal material on the second insulating film by chemical mechanical polishing. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項11】 それぞれ電極間絶縁膜に強誘電体物質
を用いた情報記憶用の強誘電体キャパシタおよび電荷転
送用のMISトランジスタを備えた複数のメモリセル
と、それぞれ同一行の前記メモリセルのMISトランジ
スタのゲートに共通に接続された複数本のワード線と、
それぞれ同一行の前記メモリセルの強誘電体キャパシタ
に共通に接続された複数本のキャパシタプレート線と、
それぞれ同一列の前記メモリセルのMISトランジスタ
の一端側に共通に接続された複数本のビット線とを有す
る強誘電体メモリを製造する方法であって、 半導体基板の表層部の所定位置でビット線方向に対して
略平行な方向にそれぞれMISトランジスタを構成する
2個のドレイン・チャネル・ソース領域を中央部でドレ
イン領域を共有しながら直線状に形成し、この際、複数
個のドレイン・チャネル・ソース領域を全体として市松
状に規則的に配置させることでセルアレイ領域を画定す
る工程と、 前記セルアレイ領域のそれぞれ同一行の複数個のドレイ
ン・チャネル・ソース領域における各MISトランジス
タのチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して積層された
ゲート電極部を有する複数本のワード線を互いに略平行
な方向に形成する工程と、 前記ワード線上に第1の絶縁膜を形成する工程と、 前記セルアレイ領域のそれぞれ同一列の複数個のドレイ
ン・チャネル・ソース領域における共通のドレイン領域
にコンタクトする複数本のビット線を前記第1の絶縁膜
上で互いに略平行な方向、かつ、前記複数本のワード線
に略直交する方向に形成すると同時に前記ドレイン・チ
ャネル・ソース領域におけるソース領域に下端部がコン
タクトする第1のキャパシタコンタクトプラグを前記第
1の絶縁膜に埋め込み形成する工程と、 前記ビット線を含む半導体基板上に第2の絶縁膜を形成
する工程と、 前記第1のキャパシタコンタクトプラグの上端部に下端
部がコンタクトし、上端部が前記第2の絶縁膜の上面と
面一になるように第2のキャパシタコンタクトプラグを
前記第2の絶縁膜に埋め込み形成する工程と、 前記第2のキャパシタコンタクトプラグ上および前記第
2の絶縁膜上にキャップ用の第3の絶縁膜を形成する工
程と、 前記第3の絶縁膜上にそれぞれ同一行の複数個のメモリ
セルにおける強誘電体キャパシタで共有される下部電極
となる複数本のキャパシタプレート線を前記ワード線に
略平行な方向に形成するとともに、前記セルアレイ領域
の単位セル毎に対応して前記下部電極、強誘電体物質を
用いた電極間絶縁膜および上部電極を有する複数個の強
誘電体キャパシタを形成する工程と、 前記強誘電体キャパシタの表面を覆う第4の絶縁膜を形
成する工程と、 前記第4の絶縁膜の前記強誘電体キャパシタの上部電極
上に対応する部分に電極配線接続用の第1のコンタクト
ホールを開口するとともに、前記第4の絶縁膜および第
3の絶縁膜の前記第2のキャパシタコンタクトプラグ上
に対応する部分に電極配線接続用の第2のコンタクトホ
ールを開口する工程と、 前記第4の絶縁膜上に電極配線材料を堆積し、前記単位
セル毎に強誘電体キャパシタの上部電極と第2のキャパ
シタコンタクトプラグの上端面との間を接続する電極配
線をパターニング形成する工程とを具備することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
11. A plurality of memory cells each including a ferroelectric capacitor for information storage and a MIS transistor for charge transfer using a ferroelectric substance for an inter-electrode insulating film, and a plurality of memory cells each having the same row. A plurality of word lines commonly connected to the gate of the MIS transistor;
A plurality of capacitor plate lines commonly connected to the ferroelectric capacitors of the memory cells in the same row, respectively;
A method of manufacturing a ferroelectric memory having a plurality of bit lines connected in common to one end of a MIS transistor of the memory cell in the same column, wherein a bit line is formed at a predetermined position on a surface portion of a semiconductor substrate. The two drain / channel / source regions constituting the MIS transistor are formed in a straight line while sharing the drain region at the center, in a direction substantially parallel to the direction. Defining a cell array region by regularly arranging the source regions as a whole in a checkered pattern; and forming a gate on a channel region of each MIS transistor in a plurality of drain / channel / source regions in the same row of the cell array region. A plurality of word lines having gate electrode portions stacked via an insulating film are formed in directions substantially parallel to each other. Forming a first insulating film on the word line; and forming a plurality of bit lines in contact with a common drain region in a plurality of drain / channel / source regions in the same column of the cell array region. A first capacitor formed in a direction substantially parallel to each other on the first insulating film and in a direction substantially perpendicular to the plurality of word lines, and having a lower end contacting a source region in the drain, channel, and source region; A step of forming a contact plug embedded in the first insulating film; a step of forming a second insulating film on the semiconductor substrate including the bit line; and a lower end portion at an upper end portion of the first capacitor contact plug. The second capacitor contact plug is contacted so that an upper end thereof is flush with an upper surface of the second insulating film. Embedding in the edge film, forming a third insulating film for a cap on the second capacitor contact plug and on the second insulating film, and forming the same on the third insulating film, respectively. A plurality of capacitor plate lines serving as lower electrodes shared by ferroelectric capacitors in a plurality of memory cells in a row are formed in a direction substantially parallel to the word lines, and correspond to each unit cell in the cell array region. Forming a plurality of ferroelectric capacitors having the lower electrode, an inter-electrode insulating film using a ferroelectric substance, and an upper electrode, and forming a fourth insulating film covering a surface of the ferroelectric capacitor. And opening a first contact hole for electrode wiring connection in a portion of the fourth insulating film corresponding to the upper electrode of the ferroelectric capacitor. Forming a second contact hole for connecting an electrode wiring at a portion of the fourth insulating film and the third insulating film corresponding to the portion above the second capacitor contact plug; and forming an electrode on the fourth insulating film. Depositing a wiring material, and patterning and forming an electrode wiring connecting between an upper electrode of the ferroelectric capacitor and an upper end surface of the second capacitor contact plug for each unit cell. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項12】 半導体基板の表層部に形成された不純
物拡散領域からなるドレイン領域・ソース領域を有する
MISトランジスタと、 前記MISトランジスタを含む半導体基板上に形成され
た第1の絶縁膜と、 前記第1の絶縁膜内に埋め込み形成され、前記ドレイン
領域・ソース領域のうちの一方の領域に下端部がコンタ
クトし、上端部が前記第1の絶縁膜の上面と面一になる
ように形成されたキャパシタコンタクトプラグと、 前記第1の絶縁膜上に形成され、前記キャパシタコンタ
クトプラグ上にコンタクトホールを有する第3の絶縁膜
と、 前記第3の絶縁膜の上層側に形成され、下部電極、強誘
電体物質を用いた電極間絶縁膜および上部電極を有する
強誘電体キャパシタと、 前記キャパシタコンタクトプラグの上端と前記強誘電体
キャパシタの上部電極との間を接続する電極配線とを具
備することを特徴とする半導体装置。
12. A MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region formed in a surface layer of a semiconductor substrate, a first insulating film formed on a semiconductor substrate including the MIS transistor, The first insulating film is formed so as to be buried in the first insulating film, and a lower end portion is in contact with one of the drain region and the source region, and an upper end portion is flush with an upper surface of the first insulating film. A capacitor contact plug, a third insulating film formed on the first insulating film and having a contact hole on the capacitor contact plug, a lower electrode formed on an upper layer side of the third insulating film, A ferroelectric capacitor having an inter-electrode insulating film using a ferroelectric substance and an upper electrode; an upper end of the capacitor contact plug and the ferroelectric key; The semiconductor device characterized by comprising an electrode wiring for connecting the upper electrode of Pashita.
【請求項13】 半導体基板の表層部に形成された不純
物拡散領域からなるドレイン領域・ソース領域を有する
MISトランジスタと、 前記MISトランジスタを含む半導体基板上に形成され
た第1の絶縁膜と、 前記第1の絶縁膜内に埋め込み形成されたビット線コン
タクトプラグを介して前記ドレイン領域・ソース領域の
うちの一方の領域に接続され、前記第1の絶縁膜上に形
成されたビット線と、 前記ビット線を含む半導体基板上に形成された第2の絶
縁膜と、 前記第2の絶縁膜内および第1の絶縁膜内に埋め込み形
成され、前記ドレイン領域・ソース領域のうちの他方の
領域に下端部がコンタクトし、上端部が前記第2の絶縁
膜の上面と面一になるように形成されたキャパシタコン
タクトプラグと、 前記第1の絶縁膜上に形成され、前記キャパシタコンタ
クトプラグ上にコンタクトホールを有する第3の絶縁膜
と、 前記第3の絶縁膜の上層側に形成され、下部電極、強誘
電体物質を用いた電極間絶縁膜および上部電極を有する
強誘電体キャパシタと、 前記キャパシタコンタクトプラグの上端と前記強誘電体
キャパシタの上部電極との間を接続する電極配線とを具
備することを特徴とする半導体装置。
13. A MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region formed in a surface layer portion of a semiconductor substrate, a first insulating film formed on a semiconductor substrate including the MIS transistor, A bit line formed on the first insulating film, connected to one of the drain region and the source region via a bit line contact plug buried in the first insulating film; A second insulating film formed on the semiconductor substrate including the bit line; and a second insulating film embedded in the second insulating film and the first insulating film, and formed in the other of the drain region and the source region. A capacitor contact plug formed such that a lower end is in contact and an upper end is flush with an upper surface of the second insulating film; and A third insulating film having a contact hole on the capacitor contact plug, a ferroelectric layer formed on the third insulating film and having a lower electrode, an interelectrode insulating film using a ferroelectric substance, and an upper electrode; A semiconductor device, comprising: a dielectric capacitor; and an electrode wiring connecting between an upper end of the capacitor contact plug and an upper electrode of the ferroelectric capacitor.
【請求項14】 半導体基板の表層部に形成された不純
物拡散領域からなるドレイン領域・ソース領域を有する
MISトランジスタと、 前記MISトランジスタを含む半導体基板上に形成され
た第1の絶縁膜と、 前記第1の絶縁膜内に埋め込み形成されたビット線コン
タクトプラグを介して前記ドレイン領域・ソース領域の
うちの一方の領域に接続され、前記第1の絶縁膜上に形
成されたビット線と、 前記第1の絶縁膜内に埋め込み形成され、前記ドレイン
領域・ソース領域のうちの他方の領域に下端部がコンタ
クトする第1のキャパシタコンタクトプラグと、 前記ビット線を含む半導体基板上に形成された第2の絶
縁膜と、 前記第2の絶縁膜内に埋め込み形成され、前記第1のキ
ャパシタコンタクトプラグの上端に下端部がコンタクト
し、上端部が前記第2の絶縁膜の上面と面一になるよう
に形成された第2のキャパシタコンタクトプラグと、 前記第の絶縁膜上に形成され、前記第2のキャパシタ
コンタクトプラグ上にコンタクトホールを有する第3の
絶縁膜と、 前記第3の絶縁膜上に形成され、下部電極、強誘電体物
質を用いた電極間絶縁膜および上部電極を有する強誘電
体キャパシタと、 前記第2のキャパシタコンタクトプラグの上端と前記強
誘電体キャパシタの上部電極との間を接続する電極配線
とを具備することを特徴とする半導体装置。
14. An MIS transistor having a drain region and a source region comprising an impurity diffusion region formed in a surface layer of a semiconductor substrate, a first insulating film formed on a semiconductor substrate including the MIS transistor, A bit line formed on the first insulating film, connected to one of the drain region and the source region via a bit line contact plug buried in the first insulating film; A first capacitor contact plug buried in a first insulating film and having a lower end contacting the other of the drain region and the source region; and a first capacitor contact plug formed on a semiconductor substrate including the bit line. And a second insulating film embedded in the second insulating film, and a lower end contacting an upper end of the first capacitor contact plug. A second capacitor contact plug upper part is formed so as to flush with the upper surface of the second insulating film is formed on the second insulating film, a contact on the second capacitor contact plug A third insulating film having a hole, a ferroelectric capacitor formed on the third insulating film, having a lower electrode, an inter-electrode insulating film using a ferroelectric substance, and an upper electrode; A semiconductor device comprising: an electrode wiring connecting between an upper end of a capacitor contact plug and an upper electrode of the ferroelectric capacitor.
【請求項15】 請求項12乃至14のいずれか1項に
記載の半導体装置において、前記キャパシタコンタクト
プラグおよび前記電極配線はそれぞれの材料が異なるこ
とを特徴とする半導体装置。
15. The semiconductor device according to claim 12, wherein said capacitor contact plug and said electrode wiring are made of different materials.
【請求項16】 請求項12乃至15のいずれか1項に
記載の半導体装置において、前記キャパシタコンタクト
プラグの材料は高融点金属であり、前記電極配線の材料
はアルミニウム系材料、銅系材料およびポリシリコン系
材料から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とす
る半導体装置。
16. The semiconductor device according to claim 12, wherein a material of the capacitor contact plug is a refractory metal, and a material of the electrode wiring is an aluminum-based material, a copper-based material, and a poly-metal. A semiconductor device comprising at least one selected from silicon-based materials.
【請求項17】 請求項12乃至16のいずれか1項に
記載の半導体装置において、前記電極配線の下端面の面
積が前記キャパシタコンタクトプラグの上端面の面積よ
りも大きく、前記電極配線の下端面は前記キャパシタコ
ンタクトプラグの上端面上および前記第1の絶縁膜ある
いは前記第2の絶縁膜上にコンタクトしていることを特
徴とする半導体装置。
17. The semiconductor device according to claim 12, wherein an area of a lower end face of said electrode wiring is larger than an area of an upper end face of said capacitor contact plug, and said lower end face of said electrode wiring is provided. Wherein the semiconductor device is in contact with an upper end surface of the capacitor contact plug and on the first insulating film or the second insulating film.
【請求項18】 請求項12乃至17のいずれか1項に
記載の半導体装置において、前記強誘電体キャパシタの
上部電極は、前記強誘電体キャパシタの電極間絶縁膜上
に堆積された上部電極埋め込み用絶縁膜に埋め込み形成
されてなることを特徴とする半導体装置。
18. The semiconductor device according to claim 12, wherein the upper electrode of the ferroelectric capacitor has an upper electrode embedded on an inter-electrode insulating film of the ferroelectric capacitor. A semiconductor device characterized by being embedded in an insulating film for use.
【請求項19】 請求項12乃至18のいずれか1項に
記載の半導体装置において、中央部でドレイン領域を共
有する2個のドレイン・チャネル・ソース領域がそれぞ
れ前記MISトランジスタを構成しながら前記半導体基
板の表層部で複数個市松状に規則的に配置され、これら
のドレイン・チャネル・ソース領域の上方および最近接
する2個のドレイン・チャネル・ソース領域間の上方に
それぞれ前記強誘電体キャパシタが配置されてセルアレ
イ領域が形成されていることを特徴とする半導体装置。
19. The semiconductor device according to claim 12, wherein two drain, channel, and source regions sharing a drain region at a central portion constitute the MIS transistor, respectively. A plurality of ferroelectric capacitors are regularly arranged in a checkered pattern on the surface layer portion of the substrate, and above the drain / channel / source regions and above between the two closest drain / channel / source regions. A semiconductor device, wherein a cell array region is formed in the semiconductor device.
【請求項20】 請求項12乃至18のいずれか1項に
記載の半導体装置は、それぞれ電極間絶縁膜に強誘電体
物質を用いた情報記憶用の強誘電体キャパシタおよび電
荷転送用のMISトランジスタを備えた複数のメモリセ
ルと、それぞれ同一行の前記メモリセルのMISトラン
ジスタのゲートに共通に接続された複数本のワード線
と、それぞれ同一行の前記メモリセルの強誘電体キャパ
シタに共通に接続された複数本のキャパシタプレート線
と、それぞれ同一列の前記メモリセルのMISトランジ
スタの一端側に共通に接続された複数本のビット線とを
有する強誘電体メモリであることを特徴とする半導体装
置。
20. The semiconductor device according to claim 12, wherein the ferroelectric capacitor for information storage and the MIS transistor for charge transfer use a ferroelectric substance for an inter-electrode insulating film. , A plurality of word lines commonly connected to the gates of the MIS transistors of the memory cells in the same row, and a plurality of word lines commonly connected to the ferroelectric capacitors of the memory cells in the same row. A ferroelectric memory having a plurality of capacitor plate lines and a plurality of bit lines commonly connected to one ends of MIS transistors of the memory cells in the same column. .
【請求項21】 請求項12乃至20のいずれか1項に
記載の半導体装置において、前記キャパシタコンタクト
プラグは、上部の開口径が底面の開口径よりも広い逆テ
ーパ状の側面を有することを特徴とする半導体装置。
21. The semiconductor device according to claim 12, wherein the capacitor contact plug has an inversely tapered side surface whose upper opening diameter is larger than its bottom opening diameter. Semiconductor device.
【請求項22】 請求項12乃至21のいずれか1項に
記載の半導体装置において、前記ビット線コンタクトプ
ラグは、上部の開口径が底面の開口径よりも広い逆テー
パ状の側面を有することを特徴とする半導体装置。
22. The semiconductor device according to claim 12, wherein the bit line contact plug has an inversely tapered side surface whose upper opening diameter is larger than its bottom opening diameter. Characteristic semiconductor device.
【請求項23】 半導体基板の表層部に不純物拡散領域
からなるドレイン領域・ソース領域を有するMISトラ
ンジスタを形成する工程と、 この後、前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工
程と、 前記第1の絶縁膜に選択的にコンタクトホールを開口
し、前記MISトランジスタの一端側領域に下端部がコ
ンタクトするビット線コンタクトプラグおよび前記MI
Sトランジスタの他端側領域に下端部がコンタクトし、
上端部が前記第1の絶縁膜の上面と面一になるようにキ
ャパシタコンタクトプラグを埋め込み形成する工程と、 前記キャパシタコンタクトプラグを埋め込み形成した後
に、前記キャパシタコンタクトプラグを覆うように、前
記半導体基板上に第3の絶縁膜を堆積する工程と、 前記第3の絶縁膜上に下部電極、強誘電体物質を用いた
電極間絶縁膜および上部電極を有する強誘電体キャパシ
タを形成する工程と、 前記強誘電体キャパシタを形成した後に、前記第3の絶
縁膜に電極配線コンタクト用のコンタクトホールを開口
する工程と、 前記強誘電体キャパシタを含む半導体基板上に第4の絶
縁膜を形成する工程と、 前記第4の絶縁膜に選択的にコンタクトホールを開口
し、前記強誘電体キャパシタの上部電極とキャパシタコ
ンタクトプラグの上端面との間を接続するキャパシタ電
極配線および前記ビット線コンタクトプラグの上端面に
接続されるビット線コンタクトプラグ接続配線を前記第
の絶縁膜上に形成する工程と、 前記キャパシタ電極配線およびビット線コンタクトプラ
グ接続配線を含む半導体基板上に第5の絶縁膜を形成す
る工程と、 前記第5の絶縁膜の前記ビット線コンタクトプラグ接続
配線上に対応する部分にビアホールを開口した後、前記
第5の絶縁膜上およびビアホール内部にビット線形成用
の導電材料を堆積してパターニングし、前記第5の絶縁
膜上にビット線を形成する工程とを具備することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
23. A step of forming a MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region in a surface portion of a semiconductor substrate; and thereafter, forming a first insulating film on the semiconductor substrate. A contact hole is selectively opened in the first insulating film, and a bit line contact plug having a lower end contacting one end side region of the MIS transistor;
The lower end contacts the other end of the S transistor,
Burying and forming a capacitor contact plug such that an upper end portion is flush with the upper surface of the first insulating film; and burying and forming the capacitor contact plug, and then covering the capacitor contact plug with the semiconductor substrate. Depositing a third insulating film thereon; forming a ferroelectric capacitor having a lower electrode, an inter-electrode insulating film using a ferroelectric substance, and an upper electrode on the third insulating film; After forming the ferroelectric capacitor, a step of opening a contact hole for electrode wiring contact in the third insulating film, and a step of forming a fourth insulating film on a semiconductor substrate including the ferroelectric capacitor A contact hole is selectively opened in the fourth insulating film, and an upper electrode of the ferroelectric capacitor and a capacitor contact plug are formed. Wherein the bit line contact plug connection wiring connected to the upper end surface of the capacitor electrode wiring and the bit line contact plug connecting the upper surface and the
Forming on a fourth insulating film, forming a fifth insulating film on the semiconductor substrate including the capacitor electrode wiring and the bit line contact plug connection wiring, the bit line contacts of the fifth insulating film After opening a via hole at a portion corresponding to the plug connection wiring, a conductive material for forming a bit line is deposited and patterned on the fifth insulating film and inside the via hole, and a bit line is formed on the fifth insulating film. Forming a semiconductor device.
【請求項24】 それぞれ電極間絶縁膜に強誘電体物質
を用いた情報記憶用の強誘電体キャパシタおよび電荷転
送用のMISトランジスタを備えた複数のメモリセル
と、それぞれ同一行の前記メモリセルのMISトランジ
スタのゲートに共通に接続された複数本のワード線と、
それぞれ同一行の前記メモリセルの強誘電体キャパシタ
に共通に接続された複数本のキャパシタプレート線と、
それぞれ同一列の前記メモリセルのMISトランジスタ
の一端側に共通に接続された複数本のビット線とを有す
る強誘電体メモリを製造する方法であって、 半導体基板の表層部の所定位置でビット線方向に対して
略平行な方向にそれぞれMISトランジスタを構成する
2個のドレイン・チャネル・ソース領域を中央部でドレ
イン領域を共有しながら直線状に形成し、この際、複数
個のドレイン・チャネル・ソース領域を全体として市松
状に規則的に配置させることでセルアレイ領域を画定す
る工程と、 前記セルアレイ領域のそれぞれ同一行の複数個のドレイ
ン・チャネル・ソース領域における各MISトランジス
タのチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して積層された
ゲート電極部を有する複数本のワード線を互いに略平行
な方向に形成する工程と、 前記ワード線上に第1の絶縁膜を形成する工程と、 前記セルアレイ領域のドレイン・チャネル・ソース領域
における共通のドレイン領域に下端部がコンタクトする
ビット線コンタクトプラグおよび前記ドレイン・チャネ
ル・ソース領域におけるソース領域に下端部がコンタク
トするキャパシタコンタクトプラグを、夫々のコンタク
トプラグの上端部が前記第1の絶縁膜の上面と面一にな
るように前記第1の絶縁膜に埋め込み形成する工程と、 前記夫々のコンタクトプラグを埋め込み形成した後に、
前記夫々のコンタクトプラグを覆うように、前記半導体
基板上に第3の絶縁膜を堆積する工程と、 前記第3の絶縁膜上にそれぞれ同一行の複数個のメモリ
セルにおける強誘電体キャパシタで共有される下部電極
となる複数本のキャパシタプレート線を前記ワード線に
略平行な方向に形成するとともに、前記セルアレイ領域
の単位セル毎に対応して前記下部電極、強誘電体物質を
用いた電極間絶縁膜および上部電極を有する複数個の強
誘電体キャパシタを形成する工程と、 前記強誘電体キャパシタ上に第4の絶縁膜を形成する工
程と、 前記第4の絶縁膜の前記強誘電体キャパシタの上部電極
上に対応する部分に電極配線接続用の第1のコンタクト
ホール、前記第4の絶縁膜の前記キャパシタコンタクト
プラグ上に対応する部分に電極配線接続用の第2のコン
タクトホールおよび前記ビット線コンタクトプラグ上に
対応する部分にビット線接続用のコンタクトホールを開
口する工程と、 前記第4の絶縁膜上に電極配線材料を堆積し、前記単位
セル毎に強誘電体キャパシタの上部電極とキャパシタコ
ンタクトプラグの上端面との間を接続する電極配線をパ
ターニング形成するとともに、前記ビット線コンタクト
プラグに接続されるビット線接続用のコンタクトパター
ンを形成する工程と、 この後、前記半導体基板上に第5の絶縁膜を形成する工
程と、 前記ビット線接続用のコンタクトパターンにコンタクト
し、それぞれ同一列の複数個のメモリセルにおけるMI
Sトランジスタに共通接続される複数本のビット線を前
記第5の絶縁膜上で互いに略平行な方向、且つ、前記複
数本のワード線に略直交する方向に形成する工程とを具
備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
24. A plurality of memory cells each including a ferroelectric capacitor for information storage and a MIS transistor for charge transfer using a ferroelectric substance for an inter-electrode insulating film, and a plurality of memory cells in the same row. A plurality of word lines commonly connected to the gate of the MIS transistor;
A plurality of capacitor plate lines commonly connected to the ferroelectric capacitors of the memory cells in the same row, respectively;
A method of manufacturing a ferroelectric memory having a plurality of bit lines connected in common to one end of a MIS transistor of the memory cell in the same column, wherein a bit line is formed at a predetermined position on a surface portion of a semiconductor substrate. The two drain / channel / source regions constituting the MIS transistor are formed in a straight line while sharing the drain region at the center, in a direction substantially parallel to the direction. Defining a cell array region by regularly arranging the source regions as a whole in a checkered pattern; and forming a gate on a channel region of each MIS transistor in a plurality of drain / channel / source regions in the same row of the cell array region. A plurality of word lines having gate electrode portions stacked via an insulating film are formed in directions substantially parallel to each other. Forming a first insulating film on the word line; a bit line contact plug having a lower end contacting a common drain region in a drain / channel / source region of the cell array region; and the drain / channel / source. Forming a capacitor contact plug having a lower end contacting a source region in the region in the first insulating film such that an upper end of each contact plug is flush with an upper surface of the first insulating film; After burying the respective contact plugs,
Depositing a third insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the respective contact plugs; and sharing the ferroelectric capacitors in a plurality of memory cells in the same row on the third insulating film, respectively. A plurality of capacitor plate lines serving as a lower electrode to be formed are formed in a direction substantially parallel to the word line, and the lower electrode and the electrode using a ferroelectric substance are provided corresponding to each unit cell of the cell array region. Forming a plurality of ferroelectric capacitors having an insulating film and an upper electrode; forming a fourth insulating film on the ferroelectric capacitor; and forming the fourth insulating film on the ferroelectric capacitor. A first contact hole for electrode wiring connection on a portion corresponding to the upper electrode of the first electrode, and an electrode wiring connection on a portion of the fourth insulating film corresponding to the capacitor contact plug. Opening a contact hole for connecting a bit line in a portion corresponding to the second contact hole and the bit line contact plug; depositing an electrode wiring material on the fourth insulating film, Patterning an electrode wiring connecting between the upper electrode of the ferroelectric capacitor and the upper end surface of the capacitor contact plug, and forming a contact pattern for bit line connection to be connected to the bit line contact plug. Forming a fifth insulating film on the semiconductor substrate; and contacting the bit line connection contact pattern with a plurality of memory cells in a plurality of memory cells in the same column.
Forming a plurality of bit lines commonly connected to the S transistor on the fifth insulating film in directions substantially parallel to each other and in a direction substantially orthogonal to the plurality of word lines. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項25】 半導体基板の表層部に形成された不純
物拡散領域からなるドレイン領域・ソース領域を有する
MISトランジスタと、 前記MISトランジスタを含む半導体基板上に形成され
た第1の絶縁膜と、 前記第1の絶縁膜内に埋め込み形成され、前記ドレイン
領域・ソース領域のうちの一方の領域に下端部がコンタ
クトしたビット線コンタクトプラグと、 前記第1の絶縁膜内に埋め込み形成され、前記ドレイン
領域・ソース領域のうちの他方の領域に下端部がコンタ
クトし、上端部が前記第1の絶縁膜の上面と面一になる
ように形成されたキャパシタコンタクトプラグと、 前記第1の絶縁膜上に形成され、前記ビット線コンタク
トプラグおよび前記キャパシタコンタクトプラグ上にコ
ンタクトホールを有する第3の絶縁膜と、 前記第3の絶縁膜の上層側に形成され、下部電極、強誘
電体物質を用いた電極間絶縁膜および上部電極を有する
強誘電体キャパシタと、 前記強誘電体キャパシタを含む半導体基板上に形成され
た第4の絶縁膜と、 前記第4の絶縁膜上に形成され、前記第の絶縁膜に選
択的に開口されたコンタクトホールを介して前記強誘電
体キャパシタの上部電極とキャパシタコンタクトプラグ
の上端面との間を接続するキャパシタ電極配線と、 前記第4の絶縁膜上に形成され、前記第4の絶縁膜に選
択的に開口されたコンタクトホールを介して前記ビット
線コンタクトプラグの上端面に接続されたビット線コン
タクトプラグ接続配線と、 前記キャパシタ電極配線およびビット線コンタクトプラ
グ接続配線を含む半導体基板上に形成された第5の絶縁
膜と、 前記第5の絶縁膜に選択的に開口されたビアホールに埋
め込まれて前記ビット線コンタクトプラグ接続配線に接
続されるとともに前記第5の絶縁膜上に形成されたビッ
ト線とを具備することを特徴とする半導体装置。
25. An MIS transistor having a drain region and a source region formed of an impurity diffusion region formed in a surface portion of a semiconductor substrate, a first insulating film formed on a semiconductor substrate including the MIS transistor, A bit line contact plug buried in a first insulating film and having a lower end contacting one of the drain region and the source region; and a drain region buried in the first insulating film. A capacitor contact plug having a lower end contacting the other of the source regions and an upper end flush with the upper surface of the first insulating film; and A third insulating film formed and having a contact hole on the bit line contact plug and the capacitor contact plug; 3, a ferroelectric capacitor having a lower electrode, an inter-electrode insulating film using a ferroelectric substance, and an upper electrode; and a semiconductor substrate including the ferroelectric capacitor. A fourth insulating film, and a contact hole formed on the fourth insulating film and selectively opened in the fourth insulating film, above the upper electrode of the ferroelectric capacitor and the capacitor contact plug. A capacitor electrode wiring connecting between the end face and an upper end face of the bit line contact plug via a contact hole formed on the fourth insulating film and selectively opened in the fourth insulating film; A fifth insulating film formed on a semiconductor substrate including the connected bit line contact plug connection wiring, the capacitor electrode wiring and the bit line contact plug connection wiring, And a bit line formed on the fifth insulating film while being buried in a via hole selectively opened in the fifth insulating film and connected to the bit line contact plug connection wiring. Semiconductor device.
【請求項26】 請求項25記載の半導体装置におい
て、 前記ビット線コンタクトプラグおよびキャパシタコンタ
クトプラグは、それぞれ上部の開口径が底面の開口径よ
りも広い逆テーパ状の側面を有することを特徴とする半
導体装置。
26. The semiconductor device according to claim 25, wherein each of the bit line contact plug and the capacitor contact plug has an inversely tapered side surface whose upper opening diameter is larger than its bottom opening diameter. Semiconductor device.
【請求項27】 請求項1乃至3のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法において、前記第3の絶縁膜の主成
分が、窒化珪素、酸素を含んだ窒化珪素、酸化珪素、酸
化チタン、酸化アルミニウム、酸化銅を少なくとも一種
類以上含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
27. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a main component of the third insulating film is silicon nitride, silicon nitride containing oxygen, silicon oxide, titanium oxide, A method for manufacturing a semiconductor device, comprising at least one kind of aluminum oxide and copper oxide.
【請求項28】 請求項12乃至14のいずれかに記載
の半導体装置において、前記第3の絶縁膜の主成分が、
窒化珪素、酸素を含んだ窒化珪素、酸化珪素、酸化チタ
ン、酸化アルミニウム、酸化銅を少なくとも一種類以上
含むことを特徴とする半導体装置。
28. The semiconductor device according to claim 12, wherein a main component of the third insulating film is:
A semiconductor device including at least one kind of silicon nitride, silicon nitride containing oxygen, silicon oxide, titanium oxide, aluminum oxide, and copper oxide.
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