JP3505497B2 - Dielectric element - Google Patents

Dielectric element

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JP3505497B2 JP2000285667A JP2000285667A JP3505497B2 JP 3505497 B2 JP3505497 B2 JP 3505497B2 JP 2000285667 A JP2000285667 A JP 2000285667A JP 2000285667 A JP2000285667 A JP 2000285667A JP 3505497 B2 JP3505497 B2 JP 3505497B2
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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】この発明は、誘電体素子に関
し、より特定的には、酸化物系誘電体膜を用いたキャパ
シタ素子などの誘電体素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dielectric element, and more particularly to a dielectric element such as a capacitor element using an oxide-based dielectric film.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電体メモリは、高速で低消費電力な
不揮発性メモリとして、近年、精力的に研究がなされて
いる。図7は、従来の1トランジスタ1キャパシタ型の
強誘電体メモリのキャパシタ素子の一例を示した断面図
である。
2. Description of the Related Art Ferroelectric memories have been vigorously studied in recent years as high speed and low power consumption non-volatile memories. FIG. 7 is a sectional view showing an example of a capacitor element of a conventional 1-transistor 1-capacitor type ferroelectric memory.

【0003】図7に示すキャパシタ素子は、一般に、ス
タック型キャパシタ素子と呼ばれる。図7に示す従来の
キャパシタ素子では、Si基板110の表面上に、フィ
ールド絶縁膜111が形成されている。フィールド絶縁
膜111に囲まれた素子形成領域には、チャネル領域を
挟むように所定の間隔を隔ててソース領域112とドレ
イン領域113とが形成されている。チャネル領域上に
は、ゲート電極114が形成されている。ソース領域1
12とドレイン領域113とゲート電極114とによっ
て、MOSトランジスタ130が形成されている。
The capacitor element shown in FIG. 7 is generally called a stack type capacitor element. In the conventional capacitor element shown in FIG. 7, field insulating film 111 is formed on the surface of Si substrate 110. In the element formation region surrounded by the field insulating film 111, a source region 112 and a drain region 113 are formed with a predetermined interval so as to sandwich the channel region. A gate electrode 114 is formed on the channel region. Source area 1
12, the drain region 113, and the gate electrode 114 form a MOS transistor 130.

【0004】また、全面を覆うように、SiO2膜から
なる層間絶縁膜115が形成されている。ソース領域1
12には、ソース電極116を介してビット線117が
接続されている。ビット線117上には、層間絶縁膜1
18が形成されている。また、ドレイン領域113に
は、ポリシリコンまたはタングステンからなるプラグ1
19を介して、強誘電体キャパシタ124が接続されて
いる。
An interlayer insulating film 115 made of a SiO 2 film is formed so as to cover the entire surface. Source area 1
A bit line 117 is connected to 12 via a source electrode 116. An interlayer insulating film 1 is formed on the bit line 117.
18 is formed. The drain region 113 has a plug 1 made of polysilicon or tungsten.
A ferroelectric capacitor 124 is connected via 19.

【0005】強誘電体キャパシタ124は、IrO2
120とIr膜121との積層膜からなる下部電極と、
強誘電体材料であるPZT(PbZrxTi1-x3)ま
たはSBT(SrBi2Ta29)などからなる強誘電
体膜122と、Ir膜123からなる上部電極とによっ
て構成される。また、層間絶縁膜118および強誘電体
キャパシタ124を覆うように、層間絶縁膜125が形
成されている。層間絶縁膜125に設けられたコンタク
トホール125aを介して、プレート線126が、上部
電極を構成するIr膜123に接続されている。なお、
図7に示した従来のキャパシタ素子では、SBT膜など
からなる強誘電体膜122の焼結のため、酸素雰囲気中
でのアニールを行うが、このアニール後も良好な導電性
を示すPtやIrなどが、電極材料として用いられる。
The ferroelectric capacitor 124 has a lower electrode composed of a laminated film of an IrO 2 film 120 and an Ir film 121,
The ferroelectric film 122 is made of PZT (PbZr x Ti 1-x O 3 ) or SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) which is a ferroelectric material, and the upper electrode made of the Ir film 123. Further, an interlayer insulating film 125 is formed so as to cover the interlayer insulating film 118 and the ferroelectric capacitor 124. The plate line 126 is connected to the Ir film 123 forming the upper electrode through the contact hole 125a provided in the interlayer insulating film 125. In addition,
In the conventional capacitor element shown in FIG. 7, annealing is performed in an oxygen atmosphere for sintering the ferroelectric film 122 made of an SBT film or the like, but Pt and Ir exhibiting good conductivity even after this annealing. Etc. are used as the electrode material.

【0006】図7に示した従来の強誘電体メモリの書き
込み動作としては、MOSトランジスタ130をオン状
態にして、ビット線117の電圧とプレート線126の
電圧との大小関係を制御することによって、強誘電体膜
122の分極反転の方向をデータが“0”の場合と
“1”の場合とで異ならせる。その後、MOSトランジ
スタ130をオフ状態にする。これにより、キャパシタ
124に、データ“0”または“1”を書き込むととも
に、キャパシタ124にデータ“0”または“1”を蓄
積した状態を維持することができる。また、読み出す際
には、MOSトランジスタ130をオン状態にして、プ
レート線126に電圧を印加してビット線117に加わ
る電圧を検知することによって、キャパシタ124に蓄
積されているデータが“0”であるか“1”であるかを
判別する。
In the write operation of the conventional ferroelectric memory shown in FIG. 7, the MOS transistor 130 is turned on and the magnitude relationship between the voltage of the bit line 117 and the voltage of the plate line 126 is controlled. The direction of polarization inversion of the ferroelectric film 122 is made different depending on whether the data is "0" or "1". After that, the MOS transistor 130 is turned off. As a result, it is possible to write the data “0” or “1” in the capacitor 124 and maintain the state in which the data “0” or “1” is stored in the capacitor 124. Further, at the time of reading, by turning on the MOS transistor 130 and applying a voltage to the plate line 126 to detect the voltage applied to the bit line 117, the data stored in the capacitor 124 becomes “0”. It is determined whether there is or is "1".

【0007】一方、ダイナミック・ランダム・アクセス
・メモリ(DRAM)においても、近年、セルの微細化
にともないキャパシタサイズが縮小化されている。この
ため、BST(BaxSr1-xTiO3)膜などの誘電率
の高い酸化物系誘電体膜を用いたキャパシタ素子が開発
されている。そのDRAMのキャパシタ素子は、図7に
示したキャパシタ素子と同様な構造を有している。
On the other hand, also in the dynamic random access memory (DRAM), the size of the capacitor has been reduced in recent years with the miniaturization of cells. Therefore, a capacitor element using an oxide-based dielectric film having a high dielectric constant such as a BST (Ba x Sr 1-x TiO 3 ) film has been developed. The capacitor element of the DRAM has the same structure as the capacitor element shown in FIG.

【0008】次に、図8〜図13を参照して、図7に示
した従来のキャパシタ素子の製造プロセスについて説明
する。
Next, the manufacturing process of the conventional capacitor element shown in FIG. 7 will be described with reference to FIGS.

【0009】まず、図8に示すように、Si基板110
上に、フィールド絶縁膜111を形成した後、ソース領
域112とドレイン領域113とゲート電極114とか
らなるMOSトランジスタ130を形成する。そして、
全面を覆うように層間絶縁膜115を形成した後、コン
タクトホールを形成する。そのコンタクトホール内を埋
め込むように、ソース電極116を形成する。ソース電
極116に接続するようにビット線117を形成した
後、シリコン酸化膜(SiO2膜)からなる層間絶縁膜
118を形成する。その後、層間絶縁膜118をCMP
(Chemical Mechanical Poli
shing)法を用いて平坦化する。
First, as shown in FIG. 8, a Si substrate 110 is used.
After forming the field insulating film 111 thereon, the MOS transistor 130 including the source region 112, the drain region 113, and the gate electrode 114 is formed. And
After forming the interlayer insulating film 115 so as to cover the entire surface, a contact hole is formed. A source electrode 116 is formed so as to fill the contact hole. After forming the bit line 117 so as to connect to the source electrode 116, an interlayer insulating film 118 made of a silicon oxide film (SiO 2 film) is formed. After that, the interlayer insulating film 118 is subjected to CMP.
(Chemical Mechanical Poli
The surface is flattened by using the (shing) method.

【0010】次に、図9に示すように、層間絶縁膜11
5および118にコンタクトホールを形成した後、その
コンタクトホールを埋め込むように減圧CVD法を用い
てドープトポリシリコン膜を堆積する。そのドープトポ
リシリコン膜をCMP法を用いて平坦化することによっ
て、ドープトポリシリコン膜からなるプラグ119を形
成する。
Next, as shown in FIG. 9, the interlayer insulating film 11 is formed.
After forming contact holes in 5 and 118, a doped polysilicon film is deposited by the low pressure CVD method so as to fill the contact holes. The doped polysilicon film is planarized by the CMP method to form the plug 119 made of the doped polysilicon film.

【0011】次に、図10に示すように、プラグ119
に接続するとともに層間絶縁膜118の表面に沿って延
びるように、下部電極を構成するIrO2膜120およ
びIr膜121を形成する。そして、フォトリソグラフ
ィ技術とミリングによるエッチング技術とを用いてパタ
ーンニングすることによって、図10に示されるよう
な、パターンニングされたIrO2膜120およびIr
膜121が形成される。
Next, as shown in FIG.
An IrO 2 film 120 and an Ir film 121 that form a lower electrode are formed so as to extend along the surface of the interlayer insulating film 118 while being connected to. Then, the patterned IrO 2 film 120 and Ir as shown in FIG. 10 are patterned by using the photolithography technique and the etching technique by milling.
The film 121 is formed.

【0012】次に、図11に示すように、ゾル・ゲル法
を用いて、SBT膜からなる強誘電体膜122を約20
0nmの厚みで形成する。この際、スピナーを用いて数
回SBT膜を塗布する。この場合、各回の塗布後、水分
などの蒸発のためのアニールを行う。その後、RTA
(Rapid Thermal Annealing)
法を用いて、約750℃、30秒程度のアニールを酸素
雰囲気中で行う。
Next, as shown in FIG. 11, a ferroelectric film 122 made of an SBT film is formed to a thickness of about 20 by using the sol-gel method.
It is formed with a thickness of 0 nm. At this time, the SBT film is applied several times using a spinner. In this case, after each application, annealing for evaporation of moisture is performed. Then RTA
(Rapid Thermal Annealing)
Anneal at about 750 ° C. for about 30 seconds in an oxygen atmosphere.

【0013】続いて、図12に示すように、Ir膜12
3を形成した後、フォトリソグラフィ技術とミリングに
よるエッチング技術とを用いて、Ir膜123と、SB
T膜からなる強誘電体膜122とをパターンニングす
る。これにより、図12に示されるような強誘電体キャ
パシタ124が得られる。そして、SBT膜からなる強
誘電体膜122を焼結するために、酸素雰囲気中で約8
00℃、約40分のアニールを行う。
Then, as shown in FIG. 12, an Ir film 12 is formed.
3 is formed, the photolithography technique and the etching technique by milling are used to form the Ir film 123 and the SB film.
The ferroelectric film 122 made of a T film is patterned. As a result, the ferroelectric capacitor 124 as shown in FIG. 12 is obtained. Then, in order to sinter the ferroelectric film 122 made of the SBT film, about 8
Annealing is performed at 00 ° C. for about 40 minutes.

【0014】この後、図13に示すように、全面を覆う
ように層間絶縁膜125を形成した後、層間絶縁膜12
5にコンタクトホール125aを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 13, after forming an interlayer insulating film 125 so as to cover the entire surface, the interlayer insulating film 12 is formed.
A contact hole 125a is formed at 5.

【0015】最後に、図7に示したように、コンタクト
ホール125aを介して、上部電極としてのIr膜12
3に電気的に接続するように、プレート線126を形成
する。
Finally, as shown in FIG. 7, the Ir film 12 as an upper electrode is formed through the contact hole 125a.
The plate line 126 is formed so as to be electrically connected to 3.

【0016】このようにして従来のキャパシタ素子が形
成される。
In this way, the conventional capacitor element is formed.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7に
示した従来のキャパシタ素子では、SBT膜からなる強
誘電体膜122を焼結のために酸素雰囲気中でアニール
する際に、上部電極を構成するIr膜123が酸化され
てしまうという不都合が生じる。図14および図15
は、従来の問題点を説明するための概略断面図である。
However, in the conventional capacitor element shown in FIG. 7, the upper electrode is formed when the ferroelectric film 122 made of the SBT film is annealed in an oxygen atmosphere for sintering. There is a disadvantage that the Ir film 123 is oxidized. 14 and 15
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a conventional problem.

【0018】上記のように、SBT膜の焼結のための酸
素雰囲気中でのアニールの際に、上部電極を構成するI
r膜123が酸化されると、図14および図15に示す
ように、Ir膜123の表面に巨大なヒロック(突起
部)123aが発生しやすいという不都合があった。こ
のようにヒロック123aが発生すると、図14に示す
ように、プレート線126aが断線するという問題点が
あった。また、図15に示すように、プレート線126
b上に層間絶縁膜127を介して形成される上層配線1
28と、プレート線126bとが短絡するという問題点
もあった。
As described above, when the annealing is performed in the oxygen atmosphere for sintering the SBT film, the upper electrode I is formed.
When the r film 123 is oxidized, as shown in FIGS. 14 and 15, there is a disadvantage that a huge hillock (protrusion) 123a is easily generated on the surface of the Ir film 123. When the hillock 123a is generated in this manner, the plate line 126a is broken as shown in FIG. Also, as shown in FIG.
Upper layer wiring 1 formed on layer b via an interlayer insulating film 127
28 and the plate line 126b are also short-circuited.

【0019】また、上部電極を構成するIr膜123が
酸化されると、Ir膜123が組成変化を起こし、その
結果、Ir膜123に応力変化が発生するという不都合
もある。そのため、強誘電体特性も変化しやすくなると
いう問題点があった。
Further, when the Ir film 123 constituting the upper electrode is oxidized, the Ir film 123 causes a composition change, and as a result, a stress change occurs in the Ir film 123. Therefore, there is a problem that the ferroelectric characteristics are likely to change.

【0020】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、この発明の一つの目的は、上
部電極の酸化を抑制することによって上部電極の表面に
ヒロック(突起部)が発生するのを抑制することが可能
な誘電体素子を提供することである。
The present invention has been made to solve the above problems, and one object of the present invention is to prevent hillocks (protrusions) on the surface of the upper electrode by suppressing the oxidation of the upper electrode. An object of the present invention is to provide a dielectric element capable of suppressing the generation.

【0021】この発明のもう一つの目的は、上部電極材
料の組成変化に起因する応力変化を抑制することであ
る。
Another object of the present invention is to suppress the stress change caused by the composition change of the upper electrode material.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】請求項1による誘電体素
子は、酸化物系誘電体膜を含む絶縁膜と、最上層となる
第1導電膜を含む上部電極とを備え、上記第1導電膜
は、少なくともIrとシリコンと窒素とを含有する。
A dielectric element according to claim 1 comprises an insulating film including an oxide-based dielectric film, and an upper electrode including a first conductive film serving as an uppermost layer . The first conductive film
Contains at least Ir, silicon, and nitrogen.

【0023】 請求項1では、上記のように、上部電極
を、酸素拡散のバリア性に優れた少なくともIrとシリ
コンと窒素とを含有する第1導電膜を含むように構成す
ることによって、上部電極が酸化されるのを有効に抑制
することができる。それにより、上部電極の酸化に起因
して上部電極の表面にヒロック(突起部)が発生するの
を抑制することができる。その結果、配線の断線や配線
間の短絡などを抑制することができる。また、上部電極
の酸化による上部電極材料の組成変化を抑制することが
できる。それにより、上部電極材料の応力変化を抑制す
ることができ、その結果、素子特性が変化するのを抑制
することができる。
According to the first aspect of the present invention, as described above, the upper electrode is made of at least Ir and silica excellent in the oxygen diffusion barrier property.
By including the first conductive film containing carbon and nitrogen, it is possible to effectively prevent the upper electrode from being oxidized. Thereby, it is possible to suppress the generation of hillocks (projections) on the surface of the upper electrode due to the oxidation of the upper electrode. As a result, disconnection of wiring, short circuit between wirings, and the like can be suppressed. Further, it is possible to suppress the composition change of the upper electrode material due to the oxidation of the upper electrode. Thereby, the stress change of the upper electrode material can be suppressed, and as a result, the change of the device characteristics can be suppressed.

【0024】[0024]

【0025】[0025]

【0026】[0026]

【0027】 請求項による誘電体素子は上部電極
の最上層が、第1導電膜からなる。請求項では、この
ように上部電極の最上層を第1導電膜によって形成す
ることにより、上部電極の最表面の酸化を抑制すること
ができる。
The dielectric device according to claim 1, the uppermost layer of the upper electrode is composed of the first conductive film. According to claim 1, in this way, by forming the uppermost layer of the upper electrode by a first conductive film, it is possible to suppress the oxidation of the outermost surface of the upper electrode.

【0028】 請求項による誘電体素子は上部電極
は、Irとシリコンと窒素とを含有する最上層となる第
1導電膜と、Irを含有する第2導電膜との積層構造か
らなる。請求項では、このように構成することによっ
て、Irとシリコンと窒素とを含有する第1導電膜によ
り上部電極の酸化を有効に抑制しながら、Irを含有す
る第2導電膜により上部電極の低抵抗化を図ることがで
きる。
In the dielectric element according to a second aspect , the upper electrode has a laminated structure of a first conductive film which is an uppermost layer containing Ir, silicon and nitrogen, and a second conductive film containing Ir. According to a second aspect of the present invention , with this structure, the first conductive film containing Ir, silicon, and nitrogen effectively suppresses the oxidation of the upper electrode, while the second conductive film containing Ir prevents the upper electrode from being oxidized. It is possible to reduce the resistance.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0030】図1は、本発明の一実施形態による強誘電
体キャパシタ素子を示した断面図である。図2は、図1
に示した第1実施形態の強誘電体キャパシタ素子と比較
するために形成した比較例による強誘電体キャパシタ素
子を示した断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a ferroelectric capacitor element according to an embodiment of the present invention. 2 is shown in FIG.
6 is a cross-sectional view showing a ferroelectric capacitor element according to a comparative example formed for comparison with the ferroelectric capacitor element of the first embodiment shown in FIG.

【0031】図1を参照して、本発明の一実施形態によ
るキャパシタ素子は、以下の手順で形成される。まず、
Si基板1上に、タングステンシリサイド(WSi)膜
2を形成する。WSi膜2上に、層間絶縁膜3を形成し
た後、その層間絶縁膜3にコンタクトホール3aを形成
する。そして、コンタクトホール3a内にドープトポリ
シリコンからなるポリシリコンプラグ4を形成する。
Referring to FIG. 1, the capacitor element according to one embodiment of the present invention is formed by the following procedure. First,
A tungsten silicide (WSi) film 2 is formed on a Si substrate 1. After forming the interlayer insulating film 3 on the WSi film 2, a contact hole 3a is formed in the interlayer insulating film 3. Then, a polysilicon plug 4 made of doped polysilicon is formed in the contact hole 3a.

【0032】ポリシリコンプラグ4に接続するように、
IrO2膜5を形成した後、その上にIr膜6を形成す
る。このIrO2膜5とIr膜6とによってキャパシタ
下部電極が構成される。また、Ir膜6上に、強誘電体
膜としてのSBT膜7を形成する。SBT膜7上に、キ
ャパシタ上部電極としてのIrSiN膜8を形成する。
そして、IrO2膜5、Ir膜6、SBT膜7およびI
rSiN膜8をエッチングしてパターニングすることに
よって、キャパシタ9を形成する。その後、SBT膜7
を結晶化するため、アニールを行う。なお、SBT膜7
が、本発明の「絶縁膜」に相当し、IrSiN膜8が、
本発明の「第1導電膜」および「上部電極」に相当す
る。
To connect to the polysilicon plug 4,
After forming the IrO 2 film 5, the Ir film 6 is formed thereon. The IrO 2 film 5 and the Ir film 6 form a capacitor lower electrode. Further, the SBT film 7 as a ferroelectric film is formed on the Ir film 6. An IrSiN film 8 as a capacitor upper electrode is formed on the SBT film 7.
Then, the IrO 2 film 5, Ir film 6, SBT film 7 and I
The capacitor 9 is formed by etching and patterning the rSiN film 8. After that, the SBT film 7
Annealing is performed to crystallize. The SBT film 7
Corresponds to the “insulating film” of the present invention, and the IrSiN film 8 is
It corresponds to the "first conductive film" and the "upper electrode" of the present invention.

【0033】つまり、図1に示した本実施形態では、強
誘電体キャパシタ9の上部電極として、IrSiN膜8
を用いている。
That is, in the present embodiment shown in FIG. 1, the IrSiN film 8 is used as the upper electrode of the ferroelectric capacitor 9.
Is used.

【0034】これに対して、図2に示す比較例による強
誘電体キャパシタ素子では、図1に示した実施形態のキ
ャパシタ素子において、上部電極を構成するIrSiN
膜8に代えて、Ir膜208を用いている。つまり、図
2に示す比較例では、強誘電体キャパシタ209の上部
電極として、Ir膜208を用いている。図2に示した
比較例のその他の構造は、図1に示した実施形態の構造
と同様である。
On the other hand, in the ferroelectric capacitor element according to the comparative example shown in FIG. 2, IrSiN forming the upper electrode in the capacitor element of the embodiment shown in FIG. 1 is used.
An Ir film 208 is used instead of the film 8. That is, in the comparative example shown in FIG. 2, the Ir film 208 is used as the upper electrode of the ferroelectric capacitor 209. The other structure of the comparative example shown in FIG. 2 is the same as the structure of the embodiment shown in FIG.

【0035】図1および図2に示した両方の構造におい
て、強誘電体膜としてのSBT膜7の結晶化の際に、酸
素雰囲気中で、800℃、40分間のアニールを施して
いる。
In both of the structures shown in FIGS. 1 and 2, annealing of 800 ° C. for 40 minutes is performed in an oxygen atmosphere when the SBT film 7 as the ferroelectric film is crystallized.

【0036】図3は、図1に示した実施形態の構造にお
ける酸素アニール後の上部電極の表面をSEM(Sca
nning Electron Microscop
y)で観察した顕微鏡写真であり、図4は、図2に示し
た比較例の構造における酸素アニール後の上部電極の表
面をSEMで観察した顕微鏡写真である。図3に示すよ
うに、上部電極として本実施形態によるIrSiN膜8
を用いた場合、ヒロック(突起部)は全く発生していな
いことがわかる。これに対して、図4に示すように、上
部電極として比較例によるIr膜208を用いた場合、
最大1μm程度の高さを有するヒロック(突起部)が成
長していることがわかる。従って、その後の工程におい
て層間絶縁膜をたとえば500nm程度の厚みで形成し
たとしても、このようなヒロックを覆い隠すことは困難
である。そのような場合には、図14および図15を用
いて説明したような配線の断線や配線間の短絡が発生し
てしまうという不都合が生じる。
FIG. 3 shows the surface of the upper electrode after oxygen annealing in the structure of the embodiment shown in FIG. 1 by SEM (Sca).
Ning Electron Microscop
FIG. 4 is a photomicrograph of SEM observation of the surface of the upper electrode after oxygen annealing in the structure of the comparative example shown in FIG. As shown in FIG. 3, the IrSiN film 8 according to the present embodiment is used as the upper electrode.
It can be seen that the hillocks (protrusions) are not generated at all when using. On the other hand, as shown in FIG. 4, when the Ir film 208 according to the comparative example is used as the upper electrode,
It can be seen that hillocks (projections) having a maximum height of about 1 μm are growing. Therefore, even if the interlayer insulating film is formed with a thickness of, for example, about 500 nm in the subsequent steps, it is difficult to cover such hillocks. In such a case, inconveniences such as the disconnection of the wiring and the short circuit between the wirings as described with reference to FIGS. 14 and 15 occur.

【0037】図5は、図1に示した本実施形態による上
部電極と同じ条件で、ポリシリコン膜上に作製したIr
SiN(200nm)/ポリシリコン(600nm)膜
に対して、酸素雰囲気中で800℃、40分のアニール
を行った場合における元素組成比をRBS(Ruthe
rford Backscattering Spec
trometry)法を用いて調べた結果を示した特性
図である。また、図6は、図2に示した比較例による上
部電極と同じ条件で、ポリシリコン膜上に作製したIr
(100nm)/ポリシリコン(600nm)膜に対し
て、酸素雰囲気中で800℃、40分のアニールを行っ
た場合における元素組成比をRBS法を用いて調べた結
果を示した特性図である。
FIG. 5 shows an Ir formed on the polysilicon film under the same conditions as the upper electrode according to the present embodiment shown in FIG.
When the SiN (200 nm) / polysilicon (600 nm) film is annealed in an oxygen atmosphere at 800 ° C. for 40 minutes, the elemental composition ratio is RBS (Ruthe).
rford Backscattering Spec
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the results of an examination using the trometry method. Further, FIG. 6 shows an Ir formed on the polysilicon film under the same conditions as the upper electrode according to the comparative example shown in FIG.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the results of examining the elemental composition ratios using the RBS method when annealing (800 nm) for 40 minutes in an oxygen atmosphere on a (100 nm) / polysilicon (600 nm) film.

【0038】図5に示すように、本実施形態によるIr
SiN膜8の場合は、IrSiN膜8中への酸素の拡散
がほとんどなく、IrSiN膜8が酸化されていないこ
とがわかる。これに対して、図6に示すように、比較例
によるIr膜208の場合は、Ir膜208全体にわた
って酸素を含有するようになり、Ir膜208が酸化さ
れていることがわかる。このことから、図4に示した比
較例によるヒロック(突起部)は、Irの酸化物である
と考えられる。
As shown in FIG. 5, Ir according to the present embodiment.
In the case of the SiN film 8, it is found that oxygen is hardly diffused into the IrSiN film 8 and the IrSiN film 8 is not oxidized. On the other hand, as shown in FIG. 6, in the case of the Ir film 208 according to the comparative example, oxygen is contained throughout the Ir film 208, and the Ir film 208 is oxidized. From this, it is considered that the hillocks (protrusions) according to the comparative example shown in FIG. 4 are Ir oxides.

【0039】従って、本実施形態のように、上部電極と
して酸化されにくい導電層であるIrSiN膜8を形成
することによって、ヒロック(突起部)の生成を有効に
抑制することができる。これにより、ヒロックに起因す
る配線の断線や配線間の短絡などの問題点を解決するこ
とができる。
Therefore, by forming the IrSiN film 8 which is a conductive layer which is not easily oxidized as the upper electrode as in the present embodiment, it is possible to effectively suppress the formation of hillocks (protrusions). As a result, it is possible to solve problems such as wire disconnection and short circuit between wires due to hillocks.

【0040】次に、図1に示した実施形態で用いたIr
SiN膜8と、図2に示した比較例で用いたIr膜20
8との酸素アニール前後の膜応力を測定したところ、以
下の表1のようになった。
Next, the Ir used in the embodiment shown in FIG.
SiN film 8 and Ir film 20 used in the comparative example shown in FIG.
When the film stress before and after oxygen annealing with No. 8 was measured, it was as shown in Table 1 below.

【0041】[0041]

【表1】 上記表1において、酸素アニールは、800℃、40分
の条件で行っている。また、表1に示す値は、全て圧縮
応力を示している。表1を参照して、本実施形態による
IrSiN膜8では、酸素アニール前後であまり応力変
化が生じていないことがわかる。これに対して、比較例
によるIr膜208では、酸素アニール前後で大きな応
力変化が生じていることがわかる。これは、Irの酸化
によりIrの組成が変化し、ヒロックの発生もともなっ
て、応力が大きく変化したものと考えられる。
[Table 1] In Table 1 above, the oxygen annealing is performed under the conditions of 800 ° C. and 40 minutes. The values shown in Table 1 all indicate compressive stress. It can be seen from Table 1 that the IrSiN film 8 according to the present embodiment does not change much stress before and after oxygen annealing. On the other hand, in the Ir film 208 according to the comparative example, it is found that a large stress change occurs before and after the oxygen annealing. It is considered that this is because the composition of Ir changed due to the oxidation of Ir, and the generation of hillocks caused the stress to change greatly.

【0042】ところで、応力の変化により強誘電体膜の
特性が変化することが知られている。このことは、たと
えば、Y.Kumagaiらの報告(Extended
Abstracts of the 1999 In
ternational Conference on
Solid State Device andMa
terials,pp.388−389)に開示されて
いる。この文献によると、応力によりPZTの残留分極
値Prや飽和分極値Psが変化することが報告されてい
る。従って、本発明のように、上部電極の表面に酸化さ
れにくい導電層(IrSiN膜8)を形成することによ
り、上部電極の酸化に起因する組成変化およびそれにと
もなう応力変化を抑制することができる。これにより、
安定した強誘電体特性を得ることができ、その結果、キ
ャパシタ素子の特性の均一性を向上させることができ
る。
By the way, it is known that the characteristics of the ferroelectric film change due to the change in stress. This is the case, for example, in Y. Report by Kumagai et al. (Extended)
Abstracts of the 1999 In
international Conference on
Solid State Device and Ma
terials, pp. 388-389). According to this document, it is reported that the residual polarization value Pr and the saturation polarization value Ps of PZT change due to stress. Therefore, by forming the conductive layer (IrSiN film 8) which is not easily oxidized on the surface of the upper electrode as in the present invention, it is possible to suppress the composition change and the accompanying stress change due to the oxidation of the upper electrode. This allows
Stable ferroelectric characteristics can be obtained, and as a result, the uniformity of the characteristics of the capacitor element can be improved.

【0043】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明
ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請
求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が
含まれる。
It should be understood that the embodiments disclosed this time are exemplifications in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

【0044】[0044]

【0045】また、上記実施形態では、上部電極として
IrSiN膜を用いたが、本発明はこれに限らず、上部
電極として、IrSiN/Irなどの積層膜を用いても
良い。この場合、最上層はIrSiN膜であるため、酸
素の拡散を阻止することができる。これにより、Ir膜
の酸化は生じない。また、Ir膜によって、上部電極の
低抵抗化を図ることができる。なお、この場合のIrS
iN膜は、本発明の「第1導電膜」に相当し、Ir膜
は、本発明の「第2導電膜」に相当する。
Further, although the IrSiN film is used as the upper electrode in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and a laminated film of IrSiN / Ir or the like may be used as the upper electrode. In this case, since the uppermost layer is the IrSiN film, it is possible to prevent oxygen diffusion. As a result, the Ir film is not oxidized. Further, the Ir film can reduce the resistance of the upper electrode. In this case, IrS
The iN film corresponds to the “first conductive film” of the present invention, and the Ir film corresponds to the “second conductive film” of the present invention.

【0046】また、上記実施形態では、酸化物系誘電体
膜として強誘電体膜であるSBT膜7を用いたが、本発
明はこれに限らず、PZT膜などの他の酸化物系の強誘
電体膜を用いても良い。
In the above embodiment, the SBT film 7 which is a ferroelectric film is used as the oxide-based dielectric film, but the present invention is not limited to this, and other oxide-based ferroelectric films such as PZT films are used. A dielectric film may be used.

【0047】また、上記実施形態では、強誘電体キャパ
シタ素子を用いて説明したが、本発明はこれに限らず、
高誘電率を有する酸化物系常誘電体を用いたキャパシタ
素子を用いても良い。すなわち、強誘電体膜であるSB
T膜7に代えて、BST膜などの高誘電率を有する酸化
物系常誘電体膜を用いても良い。
In the above embodiment, the ferroelectric capacitor element is used for explanation, but the present invention is not limited to this.
A capacitor element using an oxide-based paraelectric material having a high dielectric constant may be used. That is, SB which is a ferroelectric film
Instead of the T film 7, an oxide paraelectric film having a high dielectric constant such as a BST film may be used.

【0048】なお、本発明は、キャパシタ素子のみなら
ず、誘電体を用いる素子全般に適用可能である。
The present invention can be applied not only to capacitor elements but also to all elements using a dielectric.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、誘電体
素子の上部電極が酸化されるのを有効に抑制することが
できる。それにより、上部電極の酸化に起因して上部電
極の表面にヒロック(突起部)が発生するのを抑制する
ことができ、その結果、配線の断線や配線間の短絡など
を防止することできる。また、上部電極の酸化による上
部電極材料の組成変化を抑制することができる。それに
より、上部電極材料の応力変化を抑制することができ、
その結果、素子特性が変化するのを抑制することができ
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to effectively suppress the oxidation of the upper electrode of the dielectric element. This can prevent hillocks (protrusions) from being generated on the surface of the upper electrode due to the oxidation of the upper electrode, and as a result, prevent disconnection of wiring or short circuit between wirings. Further, it is possible to suppress the composition change of the upper electrode material due to the oxidation of the upper electrode. Thereby, the stress change of the upper electrode material can be suppressed,
As a result, changes in device characteristics can be suppressed.

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

【図1】本発明の一実施形態による強誘電体キャパシタ
素子を示した断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a ferroelectric capacitor element according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した一実施形態による強誘電体キャパ
シタ素子と比較するための比較例による強誘電体キャパ
シタ素子を示した断面図である。
2 is a cross-sectional view showing a ferroelectric capacitor element according to a comparative example for comparison with the ferroelectric capacitor element according to the embodiment shown in FIG.

【図3】図1に示した一実施形態による強誘電体キャパ
シタ素子において、酸素アニール後の上部電極の表面を
SEMで観察した場合の顕微鏡写真である。
FIG. 3 is a micrograph of the ferroelectric capacitor element according to the embodiment shown in FIG. 1, when the surface of the upper electrode after oxygen annealing is observed by SEM.

【図4】図2に示した比較例による強誘電体キャパシタ
素子において、酸素アニール後の上部電極の表面をSE
Mで観察した場合の顕微鏡写真である。
FIG. 4 is a diagram showing a ferroelectric capacitor element according to a comparative example shown in FIG.
It is a microscope picture at the time of observing with M.

【図5】図1に示した一実施形態による上部電極の特性
を説明するための図である。
5 is a diagram for explaining characteristics of the upper electrode according to the embodiment shown in FIG. 1. FIG.

【図6】図2に示した比較例による上部電極の特性を説
明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the characteristics of the upper electrode according to the comparative example shown in FIG.

【図7】従来の強誘電体キャパシタ素子を示した断面図
である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional ferroelectric capacitor element.

【図8】図7に示した従来の強誘電体キャパシタ素子の
製造プロセスを説明するための断面図である。
8 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the conventional ferroelectric capacitor element shown in FIG.

【図9】図7に示した従来の強誘電体キャパシタ素子の
製造プロセスを説明するための断面図である。
9 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the conventional ferroelectric capacitor element shown in FIG.

【図10】図7に示した従来の強誘電体キャパシタ素子
の製造プロセスを説明するための断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional ferroelectric capacitor element shown in FIG.

【図11】図7に示した従来の強誘電体キャパシタ素子
の製造プロセスを説明するための断面図である。
11 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional ferroelectric capacitor element shown in FIG.

【図12】図7に示した従来の強誘電体キャパシタ素子
の製造プロセスを説明するための断面図である。
12 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the conventional ferroelectric capacitor element shown in FIG.

【図13】図7に示した従来の強誘電体キャパシタ素子
の製造プロセスを説明するための断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the conventional ferroelectric capacitor element shown in FIG.

【図14】従来の強誘電体キャパシタ素子の問題点を説
明するための断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a problem of a conventional ferroelectric capacitor element.

【図15】従来の強誘電体キャパシタ素子の問題点を説
明するための断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining a problem of a conventional ferroelectric capacitor element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2 タングステンシリサイド膜 4 ポリシリコンプラグ 5 IrO2膜 6 Ir膜 7 SBT膜 8 IrSiN膜1 Si substrate 2 Tungsten silicide film 4 Polysilicon plug 5 IrO 2 film 6 Ir film 7 SBT film 8 IrSiN film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−56144(JP,A) 特開 平11−307736(JP,A) 特開 平8−191137(JP,A) 特開 平10−56145(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/105 H01L 21/8242 H01L 27/108 H01L 27/04 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-10-56144 (JP, A) JP-A-11-307736 (JP, A) JP-A-8-191137 (JP, A) JP-A-10- 56145 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 27/105 H01L 21/8242 H01L 27/108 H01L 27/04 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 酸化物系誘電体膜を含む絶縁膜と、最上層となる 第1導電膜を含む上部電極とを備え、前記
第1導電膜は、少なくともIrとシリコンと窒素とを含
む、誘電体素子。
And 1. A insulating film containing an oxide-based dielectric film, and an upper electrode including a first conductive film serving as the uppermost layer, the
The first conductive film is a dielectric element containing at least Ir, silicon, and nitrogen .
【請求項2】 前記上部電極は、前記第1導電膜と、I
rを含有する第2導電膜との積層構造からなる、請求項
に記載の誘電体素子。
2. The upper electrode comprises: the first conductive film;
A laminated structure with a second conductive film containing r.
1. The dielectric element according to 1.
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