JP3859213B2 - Dielectric memory and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体メモリおよびその製造方法、特に、高温焼結が必要な強誘電体メモリや高誘電体メモリに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
強誘電体メモリの開発は、プレーナ型構造を使用した1〜64kbitの小容量のものが量産され始め、最近ではスタック型構造を使用した256kbit〜4Mbitの大容量のものが開発の中心となってきている。このスタック型強誘電体メモリの構造は、下部電極直下に半導体基板と電気的に接続するコンタクトプラグを配置して、セルサイズを縮小し、集積度の大幅な向上を目標としている。このようなスタック型構造の実現するためには、強誘電体膜を結晶化するための酸素雰囲気での高温熱処理に対して、コンタクトプラグが酸化されないようにする工夫が重要である。従来は電極材料の下層に酸素バリア膜を積層し、コンタクトプラグの酸化を防ぐ構造を実現していた(例えば、特許文献1)。
【0003】
以下、従来の強誘電体メモリにおける強誘電体キャパシタ構造について、図面を参照しながら説明する。図8A〜図8Cは従来の誘電体メモリの要部を示す図で、AはCのV−V線断面図、BはCのVI−VI線断面図、Cは平面図である。半導体基板1上の第1の層間絶縁膜2上に強誘電体キャパシタが形成されている。強誘電体キャパシタは導電性をもつ酸素バリア膜(例えばRu、Irまたはこれらの酸化物)とPtからなる積層構造の下部電極3、強誘電体膜からなる容量絶縁膜4、上部電極5から構成されており、下部電極3は、メモリセルトランジスタが形成されている半導体基板1にコンタクトプラグ6を介して電気的に接続されている。なお、ここでは省略したが、この後、強誘電体キャパシタはキャパシタ層間絶縁膜形成後、配線工程が形成される。
【0004】
以上の構造により、強誘電体膜を結晶化する際の酸素雰囲気中での高温熱処理時にも、下部電極中を拡散してくる酸素は酸素バリア膜によりその拡散が遮断され、コンタクトプラグの酸化を防止することができ、高歩留で信頼性の高い強誘電体メモリを実現することができる。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−93036号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、先に示した従来例では、強誘電体焼結時のコンタクトプラグの横方向からの酸化(いわゆるサイド酸化)を完全に防ぐことができない。そのため、微細化がすすむにつれ、即ち下部電極が小さくなるにつれ、サイド酸化によるコンタクト歩留の低下という問題が顕在化してきた。
【0007】
また、下部電極とコンタクトプラグの界面もしくは下部電極と酸素バリア膜を積層した場合の界面では、それぞれの材料の持つ熱膨張係数の違い、膜ストレスの温度に対する振る舞い、あるいは被酸化具合の差などから、強誘電体焼結時にその界面で剥離が生じるという新たな課題も発生した。
【0008】
特に強誘電体膜の結晶化時には、650℃以上の高温熱処理に加え、強誘電体膜中の有機成分の除去、結晶成長の過程において、強誘電体膜の収縮が起こり大きなストレスマイグレーションが発生する。同様に上部電極においても熱処理によるストレスマイグレーションが発生する。製造方法にもよるが、上部電極及び強誘電体膜がウエハ全面に存在する状態で焼結する場合において、そのストレス変化量が大きく、また、上部電極、強誘電体膜をパターニングした後で焼結を行っても、例えばセルプレート方向にはそのストレス変化量がある程度残り、これが1つの下部電極にストレスが集中すると、前記した剥離を助長する原因となっていた。
【0009】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、スタック型強誘電体キャパシタのコンタクトプラグの酸化、あるいはストレス起因による下部電極、酸素バリア膜、コンタクトプラグ界面の剥離を防止し、高集積可能な誘電体メモリ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の誘電体メモリは、基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、前記下部電極は前記基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、前記上部電極は第1の方向につながって延びるように形成され、前記下部電極における前記第1の方向の端面と前記コンタクトプラグとの最短距離bは、前記下部電極における前記第1の方向と直交する方向の端面と前記コンタクトプラグとの最短距離aより小さいことを特徴とする。
【0011】
前記下部電極における長辺は、前記第1の方向と直交することが好ましい。また、前記距離aは、前記距離bより0.1μm以上長いことが好ましい。
【0012】
前記コンタクトプラグにおける長辺は、前記第1の方向に平行であることが好ましい。また、前記距離bは、0.25μm以下であることが好ましい。
【0013】
前記第1の方向における前記上部電極の長さが500μm以下であることが好ましい。また、前記上部電極は第1の方向に延びるように500μm以下の長さを単位として分割形成され、隣接する前記上部電極間は前記基板を介して電気的に接続されていることが好ましい。
【0014】
記上部電極は第1の方向に延びるように500μm以下の長さを単位として分割形成され、隣接する前記上部電極間は配線層を介して電気的に接続されていることが好ましい。
【0015】
前記下部電極の少なくとも一部に酸素バリア膜が含まれていることが好ましい。
【0016】
前記上部電極の少なくとも一部に酸素バリア膜が含まれていることが好ましい。
【0017】
本発明の第1番目の誘電体メモリの製造方法は、基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の所定領域を開口してコンタクトプラグを形成し、
前記コンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように下部電極を形成し、
前記下部電極上に誘電体膜を形成し、
前記誘電体膜上に、第1の方向に延びるように上部電極を形成し、
前記誘電体膜を形成する工程以降において前記誘電体を熱処理して結晶化し、
前記下部電極を形成する工程では、前記下部電極における長辺が、前記第1の方向と直交し、且つ前記下部電極における前記第1の方向の端面と前記コンタクトプラグとの最短距離bが、前記下部電極における前記第1の方向と直交する方向の端面と前記コンタクトプラグとの最短距離aより小さくなるように形成することを特徴とする。
【0018】
本発明の第2番目の誘電体メモリの製造方法は、基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の所定領域を開口してコンタクトプラグを形成し、
前記コンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように下部電極を形成し、
前記下部電極上に誘電体膜を形成し、
前記誘電体膜上に、第1の方向に延びるように上部電極を形成し、
前記誘電体膜を形成する工程以降において前記誘電体を熱処理して結晶化し、
前記コンタクトプラグを形成する工程では、前記コンタクトプラグにおける長辺が、前記第1の方向に平行であり、且つ前記下部電極における前記第1の方向の端面と前記コンタクトプラグとの最短距離bが、前記下部電極における前記第1の方向と直交する方向の端面と前記コンタクトプラグとの最短距離aより小さくなるように形成することを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の誘電体メモリは、下部電極は前記基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、上部電極は第1の方向に延びるように形成され、下部電極のコンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、第1の方向よりも第1の方向と直交する方向において長いことを特徴とする。このような構成とすることで、コンタクトプラグの不良を防止するとともに、セルの微細化を実現することができる。
【0020】
また、本発明の誘電体メモリにおいて、前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向よりも前記第1の方向と直交する方向において、0.1μm以上長いことが好ましい。このような構成とすることで、コンタクトプラグの酸化をより確実に防止することができる。
【0021】
本発明の誘電体メモリは、下部電極は基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、上部電極は第1の方向に延びるように形成され、下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、第1の方向と直交する方向において、その方向からの酸素の侵入によって前記コンタクトプラグが酸化されない長さに設定されている。このような構成とすることで、コンタクトプラグのサイド酸化による不良を防止することができる。
【0022】
本発明の誘電体メモリは、下部電極は基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、上部電極は第1の方向に延びるように形成され、下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、第1の方向において、容量絶縁膜のストレスによる下部電極の剥離を起こさない長さに設定されている。このような構成とすることで、コンタクトプラグのストレス起因による剥離といった形状不良を防止することができる。
【0023】
本発明の誘電体メモリにおいて、前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向において0.25μm以下であることが好ましい。このような構成とすることで、コンタクトプラグのストレス起因による剥離を確実に防止することできる。
【0024】
本発明の誘電体メモリは、下部電極は基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、上部電極は第1の方向に延びるように形成され、コンタクトプラグは第1の方向と直交する方向よりも第1の方向において長い断面形状である。このような構成とすることで、コンタクトプラグの不良を防止するとともに、セルの微細化を実現することができる。
【0025】
本発明の誘電体メモリは、上部電極は第1の方向に延びるように形成され、第1の方向における前記上部電極の長さが500μm以下である。このような構成とすることで、セルプレート方向からコンタクトプラグにかかるストレスを抑制することができる。
【0026】
本発明の誘電体メモリは、上部電極は第1の方向に延びるように500μm以下の長さを単位として分割形成され、隣接する上部電極間は基板を介して電気的に接続されている。本発明の第7番目の誘電体メモリは、上部電極は第1の方向に延びるように500μm以下の長さを単位として分割形成され、隣接する上部電極間は配線層を介して電気的に接続されている。このような構成とすることで、セルプレートの長さ方向の規定にとらわれず、ストレスのみを抑制することができる。
【0027】
本発明の誘電体メモリにおいては、下部電極の少なくとも一部に酸素バリア膜が含まれていることが好ましい。このような構成とすることで、下部電極を介して拡散してくる酸素を酸素バリア膜で確実に防止することができ、コンタクトプラグの酸化抑制により良い効果を生む。
【0028】
また、本発明の誘電体メモリにおいて、上部電極の少なくとも一部に酸素バリア膜が含まれていることが好ましい。このような構成とすることで、上部電極を介して拡散してくる酸素を酸素バリア膜で確実に防止することができ、コンタクトのプラグの酸化抑制により良い効果を生む。
【0029】
本発明の第1〜2番目の誘電体メモリの製造方法によれば、効率よく合理的にコンタクトプラグのサイド酸化防止することができる。
【0030】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0031】
(第1の実施形態)
図1Aは、本発明の第1の実施形態における誘電体メモリの上部電極同士がつながって延びる方向である上部電極延長方向(セルプレート方向)断面図、図1Bは上部電極延長方向と直交する方向である上部電極非延長方向(ビット線方向)の断面図、及び図1Cは平面図を示している。
【0032】
半導体基板1上に、B,Pなどが添加されたSiO2(通称BPSG)膜からなる第1の層間絶縁膜2(膜厚500〜800nm)を形成し、その上に強誘電体キャパシタが形成されており、強誘電体キャパシタは下部電極3(膜厚200〜400nm)、SBT(一例としてSrBi2Ta2O9)の強誘電体膜からなる容量絶縁膜4(膜厚50〜200nm)、上部電極5(膜厚50〜200nm)から構成されている。強誘電体キャパシタのここでの下部電極3は、タングステン(W)からなるコンタクトプラグ6を介して半導体基板1に接続されている。12は素子分離絶縁膜(STI)である。
【0033】
一般に、強誘電体膜の結晶化は650℃以上の高温酸素雰囲気で行われるが、この際にコンタクトプラグの高抵抗化、形状異常(剥離)といった歩留課題が発生する。その原因は、外側からの酸素の回りこみによる下部電極の酸化と、上部電極、容量絶縁膜の熱的ストレス変化による下部電極の剥離とである。前者については、上部電極延長方向は上部電極、及び強誘電体膜が長く延びているため、ある程度酸素のバリアとなるが、上部電極非延長方向には通常酸素透過性の高いシリコン酸化膜などの層間絶縁膜しかないために、この方向からより多くの酸素が拡散してくる。そのため、上部電極非延長方向において、平面的にみた時の下部電極端がコンタクトプラグ端を越えて延びる長さ(下部電極延長量)を長くすることで、サイド酸化に対するマージンを確保することが重要である。後者については、上部電極、容量絶縁膜の熱的ストレス変化に対する絶対量が上部電極延長方向においてより大きいことは明らかであり、このストレス変化量が特定の下部電極に集中して剥離を発生させている。この剥離を起こさないためには密着性を確保することが重要である。また本発明者の実験により、剥離はコンタクトプラグ直上ではなく、コンタクトプラグ以外の領域に発生することが明らかとなった。これは、コンタクトプラグ直上ではコンタクトプラグ材料が下部電極へ拡散し、密着性が向上しているためである。このことから、ストレス変化の大きい上部電極延長方向には下部電極とコンタクトプラグのオーバーラップ量を増加させる、即ちコンタクトプラグ材料の拡散により密着性が向上する領域をより増加させることが重要である。
【0034】
以上の理由から、本実施形態では、下部電極を上部電極延長方向に短く、上部電極非延長方向に長い長方形の形状としている。これにより上部電極や容量絶縁膜で防護されていない外側から回りこんでくる酸素によるコンタクトの酸化に対しては、上部電極非延長方向において下部電極延長量を長くし、また、ストレス変化の大きい上部電極延長方向において下部電極とコンタクトプラグのオーバーラップ量を増加させることでコンタクト不良を防止することができる。
【0035】
図2は、従来の正方形状をした下部電極と本発明の上部電極非延長方向が上部電極延長方向より0.2μm大きい長方形状をした下部電極に対して、強誘電体焼結として800℃、酸素雰囲気下で熱処理した場合の、上部電極延長方向における下部電極延長量に対するコンタクト抵抗の値を示している。正方形状の下部電極では、コンタクト抵抗が規格値を満足するには下部電極延長量が0.20μm以上必要であり、下部電極延長量が0.15μm以下になると高抵抗化(20Ω.cm以上と上限規格割れ)が始まるのに対し、長方形状の下部電極は0.10μmまで高抵抗化が始まっていない。
【0036】
以上より、上部電極非延長方向の方が上部電極延長方向に比べてサイド酸化の影響を受けやすいこと、また、上部電極非延長方向が上部電極延長方向より0.2μm大きい長方形状の下部電極を採用すれば、従来の正方形状をした下部電極に比べ、上部電極延長方向における下部電極延長量を0.10μm短くしても同程度のコンタクト抵抗値を得ることができることがわかる。
【0037】
図3は、上部電極延長方向における下部電極のコンタクトプラグに対する下部電極延長量と下部電極の剥離の発生数との関係を示している。下部電極延長量が0.25μm以下では下部電極の剥離は発生していないが、0.3μm〜0.4μmにかけて剥離が発生し、0.5μm以上では剥離は発生していない。
【0038】
この現象は上部電極延長方向のストレスマイグレーションが起こった場合でも同様に発生する。その原因は、以下のように考えられる。
(1)0.25μm以下ではコンタクトプラグ直上のより密着性の良い界面が全体の割合に占める割合が高く、剥離が発生しにくい。
(2)0.3〜0.45μmでは上記のコンタクトプラグ直上の密着性の良い領域の実効的割合が減るものの、サイド酸化領域に暴露される領域のみが増えるのみで、実効的に密着性向上に寄与せず、剥離が発生しやすい。
(3)0.5μm以上では、サイド酸化領域に暴露されない領域が十分確保され、密着性向上につながる。
【0039】
以上より、セルの微細化を考慮した場合、上部電極延長方向における下部電極延長量は0.25μm以下とすることが望ましい。
【0040】
次に、本実施形態の誘電体メモリの製造方法について、図1および図7を用いて説明する。図1A〜図1Cは本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリの要部を示す図で、図1Aは図1CのI−I線断面図、図1Bは図1CのII−II線断面図、Cは平面図である。また、図7A〜図7Eは本発明の一実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す工程断面図である。
【0041】
図7Aでは、高濃度不純物拡散層と分離領域で形成された半導体基板1上の上に層間絶縁膜(例えばBPSG)2上を形成する。次に、図7Bでは、所望のマスクを用いて、層間絶縁膜2中にコンタクトを開口し、半導体基板と強誘電体キャパシタの下部電極を電気的に接続するコンタクトプラグ6(W、Poly Si)を形成する。次に、図7Cでは、強誘電体膜の結晶成長を促進する膜(Pt)と酸素バリア層(IrO/Ir/TiAlN)からなる導電膜を積層し、所望のマスク、即ち上方に形成する上部電極の延長方向には幅が小さく、非延長方向には幅が大きな下部電極マスクを用いて第1のコンタクトプラグ3が被覆されるようにパターニングして、図1Cに示したような下部電極3を形成する。次に、下部電極3上に下部電極間埋め込み絶縁膜11(例えばO3TEOS、O3とSi(OC2H5)4 : Tetraethylorthosilicateの原料をCVD法で形成)を成膜し、CMP(chemical mechanical polishing)法を用いて下部電極3の表面を露出させる。ここでは下部電極を絶縁膜中に埋め込む構造としたが、本発明を拘束するものではない。次に図7Dに示すように、強誘電体溶液をスピンコート法にて塗布し、強誘電体膜4Aを形成する。強誘電体膜は有機成分除去のために400℃以下の低温でウエハベークされ、後の結晶化のための核となる結晶核650℃、1分酸素雰囲気でのRTP(Rapid Thermal Process)を行うことが望ましい。その上にPtからなる導電膜5Aを成膜する。最後に図7Eに示すように、所望のマスクを用いて下部電極3が被覆されるようにパターニングして強誘電体膜4及び上部電極5を形成する。ここでは強誘電体膜及び上部電極を同じマスクでパターニングしたが、別マスクで行ってもかまわない。パターニング後、強誘電体膜を高温で熱処理し、結晶化させる。SBT材料の場合は、熱処理温度は約650℃〜800℃程度である。パターニング後に焼結を行うことで、上部電極及び強誘電体膜のストレスマイグレーションは上部電極延長方向に限定できると同時に、非延長方向からのサイド酸化に対しても下部電極が上部電極非延長方向に十分な下部電極延長量を確保して形成することができる。
【0042】
(第2の実施形態)
図4A〜図4Cは本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリの要部を示す図で、図4Aは図4CのIII−III線断面図、図4Bは図4CのIV−IV線断面図、Cは平面図である。すなわち、誘電体メモリの上部電極同士がつながって延びる方向である上部電極延長方向(セルプレート方向)及び上部電極延長方向と直交する方向である上部電極非延長方向(ビット線方向)の断面図と平面図を示している。
【0043】
半導体基板1上のBPSG膜からなる第1の層間絶縁膜2(膜厚500〜800nm)の上に強誘電体キャパシタが形成されており、強誘電体キャパシタは下部電極3(膜厚200〜400nm)、SBTの強誘電体膜からなる容量絶縁膜4(膜厚50〜200nm)、上部電極5(膜厚50〜200nm)から構成されている。強誘電体キャパシタのここでの下部電極3は、Wからなるコンタクトプラグ6を介して半導体基板1に接続されている。
【0044】
第1の実施形態で述べた課題に対して、本実施形態では、コンタクトプラグが上部電極延長方向に長く、非延長方向に短い長方形の形状をしている。これにより上部電極や容量絶縁膜で防護されていない外側から回りこんでくる酸素によるコンタクトの酸化に対しては、上部電極非延長方向において下部電極延長量を長くし、また、ストレス変化の大きい上部電極延長方向において下部電極とコンタクトプラグのオーバーラップ量を増加させることでコンタクト不良を防止することができる。
【0045】
次に、本実施形態の誘電体メモリの製造方法について、図4A〜Bおよび図7A〜Eを用いて説明する。
【0046】
図7Aでは、高濃度不純物拡散層と分離領域で形成された半導体基板1上の上に層間絶縁膜(例えばBPSG)2上を形成する。次に、図7Bでは、所望のマスクを用いて、層間絶縁膜2中にコンタクトを開口し、半導体基板と強誘電体キャパシタの下部電極を電気的に接続する図4Cに示したようなコンタクトプラグ6(W、Poly Si)を形成する。次に、図7Cでは強誘電体膜の結晶成長を促進する膜(Pt)と酸素バリア層(IrO/Ir/TiAlN)からなる導電膜を積層し、所望のマスク、即ち正方形の形状をした下部電極マスクを用いて第1のコンタクトプラグ3が被覆されるようにパターニングして下部電極3を形成する。次に、下部電極3上に下部電極間埋め込み絶縁膜11(例えばO3TEOS)を成膜し、CMPを用いて下部電極3の表面を露出させる。ここでは下部電極を絶縁膜中に埋め込む構造としたが、本発明を拘束するものではない。次に図7Dに示すように、強誘電体溶液をスピンコート法にて塗布し、強誘電体膜4Aを形成する。強誘電体膜は有機成分除去のために400℃以下の低温でウエハベークされ、後の結晶化のための核となる結晶核650℃1分酸素雰囲気でのRTPを行うことが望ましい。その上にPtからなる導電膜5Aを成膜する。最後に図7Eに示すように、所望のマスクを用いて下部電極3が被覆されるようにパターニングして強誘電体膜4及び上部電極5を形成する。ここでは強誘電体膜及び上部電極を同じマスクでパターニングしたが、別マスクで行ってもかまわない。パターニング後、強誘電体膜を高温で熱処理し、結晶化させる。SBT材料はおおよそ650℃〜800℃程度である。パターニング後に焼結を行うことで、上部電極及び強誘電体膜のストレスマイグレーションは上部電極延長方向に限定できると同時に、非延長方向からのサイド酸化に対しても下部電極が上部電極非延長方向に十分な下部電極延長量を確保して形成することができる。
【0047】
また、第1および第2の実施形態において、下部電極の少なくとも一部または/および上部電極の少なくとも一部に、例えばIr,IrO,Ru,RuO,TiAlN,TaAlN,TaN,TaSiNあるいはこれらの積層構造からなる酸素バリア膜を含むことが望ましい。これによりコンタクトプラグに介してその直上からの酸素についてはその拡散を防止することができる。
【0048】
(第3の実施形態)
図5は、上部電極延長方向の総延長に対する下部電極の剥離発生数を示したものである。ここでは下部電極に関して、上部電極延長方向および上部電極非延長方向においてともにコンタクトプラグに対する下部電極延長量が同じ従来構造のものを利用し、800℃1分酸素雰囲気でのRTP熱処理を行っている。
【0049】
図5より上部電極延長方向の総延長が500μmより大きい領域から剥離が観察されることより、上部電極延長方向の総延長としては500μm以下であることが好ましいことがわかる。
【0050】
図6A〜Bは、本発明の第3の実施形態における誘電体メモリの上部電極延長方向の総延長が500μmに規定された上部電極同士の接続部における断面図を示している。
【0051】
半導体基板1上のBPSG膜からなる第1の層間絶縁膜2の上に強誘電体キャパシタが形成されており、強誘電体キャパシタは下部電極3、SBTの強誘電体膜からなる容量絶縁膜4、上部電極5から構成されている。強誘電体キャパシタのここでの下部電極3は、Wからなるコンタクトプラグ6を介して半導体基板1に接続されている。
【0052】
図6Aでは、容量絶縁膜の特定箇所にコンタクト開口部7が設けられており、ここで隣接する上部電極はコンタクト開口部7、下部電極3、半導体基板1中の拡散層を介して電気的に接続されている。
【0053】
図6Bでは、キャパシタ上に形成された層間絶縁膜8中の特定箇所にコンタクトプラグ9が形成され、隣接するコンタクトプラグ9および層間絶縁膜8上に形成された配線10を介して、隣接する上部電極7同士を電気的に接続している。
【0054】
以上より、上部電極延長方向の総延長に制約を受けても、他の導電層を介して隣接する上部電極を接続することで、実効的に上部電極延長方向の総延長に対する制約はなくなり、自由にレイアウトすることが可能になる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の誘電体メモリ及びその製造方法によれば、酸素による下部電極からコンタクトプラグにかけての側壁方向からの酸化、いわゆるサイド酸化を防止し、なおかつ上部電極延長方向にかかるストレスマイグレーションによる下部電極内部の剥離、コンタクトプラグ界面での剥離を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】A〜Cは本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリの要部を示す図で、AはCのI−I線断面図、BはCのII−II線断面図、Cは平面図
【図2】本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリにおける下部電極延長量とコンタクト抵抗の関係を示す図
【図3】本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリにおける下部電極延長量(上部電極非延長方向)と剥離発生数の関係を示す図
【図4】A〜Cは本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリの要部を示す図で、AはCのIII−III線断面図、BはCのIV−IV線断面図、Cは平面図
【図5】本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリにおける上部電極延長方向の長さと剥離発生数の関係を示す図
【図6】A〜Bは本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリにおける隣接する上部電極間の接続手段を示す断面図
【図7】A〜Eは本発明の第1および第2の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す工程断面図
【図8】A〜Cは従来の誘電体メモリの要部を示す図で、AはCのV−V線断面図、BはCのVI−VI線断面図、Cは平面図
【符号の説明】
1 半導体基板
2 層間絶縁膜
3 下部電極
4 強誘電体膜(容量絶縁膜)
4A 強誘電体膜
5 上部電極
5A 導電層
6 コンタクトプラグ(半導体基板と下部電極間)
7 コンタクト(容量絶縁膜)
8 キャパシタ上層間絶縁膜
9 コンタクトプラグ(上部電極と配線)
10 AL配線
11 下部電極間スペーサ膜
12 素子分離絶縁膜(STI)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a dielectric memory and a manufacturing method thereof, and more particularly to a ferroelectric memory and a high dielectric memory that require high-temperature sintering.
[0002]
[Prior art]
  Ferroelectric memory development has started mass production of small-capacity 1 to 64 kbits using a planar type structure, and recently has been centered on development of large-capacity types 256 to 4 Mbit using a stack type structure. ing. The structure of this stacked ferroelectric memory is aimed at reducing the cell size and greatly improving the degree of integration by arranging a contact plug electrically connected to the semiconductor substrate immediately below the lower electrode. In order to realize such a stack type structure, it is important to devise a method for preventing the contact plug from being oxidized by high-temperature heat treatment in an oxygen atmosphere for crystallizing the ferroelectric film. Conventionally, an oxygen barrier film is stacked under the electrode material to realize a structure that prevents contact plug oxidation (for example, Patent Document 1).
[0003]
  Hereinafter, a ferroelectric capacitor structure in a conventional ferroelectric memory will be described with reference to the drawings. 8A to 8C are diagrams showing the main part of a conventional dielectric memory, in which A is a cross-sectional view taken along line VV of C, B is a cross-sectional view taken along line VI-VI of C, and C is a plan view. A ferroelectric capacitor is formed on the first interlayer insulating film 2 on the semiconductor substrate 1. The ferroelectric capacitor is composed of a lower electrode 3 having a laminated structure made of conductive oxygen barrier film (for example, Ru, Ir or oxide thereof) and Pt, a capacitive insulating film 4 made of a ferroelectric film, and an upper electrode 5. The lower electrode 3 is electrically connected via a contact plug 6 to the semiconductor substrate 1 on which the memory cell transistor is formed. Although omitted here, the ferroelectric capacitor is formed with a wiring process after the capacitor interlayer insulating film is formed.
[0004]
  With the above structure, even during high-temperature heat treatment in an oxygen atmosphere when crystallizing the ferroelectric film, the oxygen diffused in the lower electrode is blocked by the oxygen barrier film, and the contact plug is oxidized. Therefore, it is possible to realize a ferroelectric memory with high yield and high reliability.
[0005]
[Patent Document 1]
  JP-A-10-93036
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
  However, in the conventional example shown above, oxidation (so-called side oxidation) from the lateral direction of the contact plug during the ferroelectric sintering cannot be completely prevented. Therefore, as miniaturization progresses, that is, as the lower electrode becomes smaller, the problem of reduction in contact yield due to side oxidation has become apparent.
[0007]
  Also, at the interface between the lower electrode and the contact plug or when the lower electrode and the oxygen barrier film are laminated, due to differences in the thermal expansion coefficient of each material, the behavior of the film stress with respect to temperature, or differences in the degree of oxidation There has also been a new problem that peeling occurs at the interface during ferroelectric sintering.
[0008]
  In particular, during the crystallization of a ferroelectric film, in addition to high-temperature heat treatment at 650 ° C or higher, removal of organic components in the ferroelectric film and crystal growth process cause shrinkage of the ferroelectric film and large stress migration occurs. . Similarly, stress migration due to heat treatment occurs in the upper electrode. Although depending on the manufacturing method, when the upper electrode and the ferroelectric film are sintered on the entire wafer surface, the amount of stress change is large, and the upper electrode and the ferroelectric film are baked after patterning. Even if the bonding is performed, for example, the amount of stress change remains in the cell plate direction, and this causes the above-described peeling when the stress concentrates on one lower electrode.
[0009]
  In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention prevents the oxidation of the contact plug of the stacked ferroelectric capacitor or the peeling of the lower electrode, oxygen barrier film, and contact plug interface due to stress, and can be highly integrated. An object of the present invention is to provide a body memory and a method for manufacturing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above object, the present inventionInvitationThe electric memory is a dielectric memory composed of a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode, which are formed on a substrate in order from below, and the lower electrode has a contact plug electrically connected to the substrate. The upper electrode is formed so as to cover and spread around the first direction.connectedFormed to extend,The shortest distance b between the end surface of the lower electrode in the first direction and the contact plug is smaller than the shortest distance a between the end surface of the lower electrode in the direction orthogonal to the first direction and the contact plug.It is characterized by that.
[0011]
  The long side of the lower electrode is preferably orthogonal to the first direction. The distance a is preferably longer than the distance b by 0.1 μm or more.
[0012]
  The long side of the contact plug is preferably parallel to the first direction. The distance b is preferably 0.25 μm or less.
[0013]
  The length of the upper electrode in the first direction is preferably 500 μm or less. Preferably, the upper electrode is divided and formed with a length of 500 μm or less as a unit so as to extend in the first direction, and the adjacent upper electrodes are electrically connected via the substrate.
[0014]
  in frontIt is preferable that the upper electrode is divided and formed with a length of 500 μm or less as a unit so as to extend in the first direction, and the adjacent upper electrodes are electrically connected via a wiring layer.
[0015]
  It is preferable that an oxygen barrier film is included in at least a part of the lower electrode.
[0016]
  It is preferable that at least a part of the upper electrode includes an oxygen barrier film.
[0017]
  In the first dielectric memory manufacturing method of the present invention, an insulating film is formed on a substrate.And
  Opening a predetermined region of the insulating film to form a contact plug;
  Forming a lower electrode so as to cover and spread around the contact plug;
  Forming a dielectric film on the lower electrode;
  Forming an upper electrode on the dielectric film so as to extend in a first direction;
  After the step of forming the dielectric film, the dielectric is crystallized by heat treatment,
  In the step of forming the lower electrode,The long side of the lower electrode is orthogonal to the first direction, and the shortest distance b between the end surface of the lower electrode and the contact plug is the first direction of the lower electrode. Less than the shortest distance a between the end face in the orthogonal direction and the contact plugIt forms so that it may become.
[0018]
  In a second method of manufacturing a dielectric memory according to the present invention, an insulating film is formed on a substrate,
  Opening a predetermined region of the insulating film to form a contact plug;
  Forming a lower electrode so as to cover and spread around the contact plug;
  Forming a dielectric film on the lower electrode;
  Forming an upper electrode on the dielectric film so as to extend in a first direction;
  After the step of forming the dielectric film, the dielectric is crystallized by heat treatment,
  Contact plugThe long side of the contact plug is parallel to the first direction, and the shortest distance b between the end surface of the first electrode and the contact plug is the lower electrode. Smaller than the shortest distance a between the end face in the direction orthogonal to the first direction and the contact plug.It forms so that it may become.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The present inventionInvitationIn the electric memory, the lower electrode is formed so as to cover and cover the contact plug electrically connected to the substrate, and the upper electrode is formed to extend in the first direction. The length extending above is longer in the direction perpendicular to the first direction than in the first direction. By adopting such a configuration, it is possible to prevent contact plug defects and realize cell miniaturization.
[0020]
  In addition, the present inventionInvitationIn the electric memory, it is preferable that the length of the lower electrode extending beyond the contact plug is longer than the first direction by 0.1 μm or more in the direction orthogonal to the first direction. With such a configuration, oxidation of the contact plug can be prevented more reliably.
[0021]
  The present inventionInvitationThe electric memory is formed such that a lower electrode covers a contact plug that is electrically connected to a substrate and spreads around the lower electrode, and an upper electrode is formed to extend in a first direction. The length extending beyond the top is set to a length in which the contact plug is not oxidized by oxygen intrusion from the direction in the direction orthogonal to the first direction. By adopting such a configuration, it is possible to prevent defects due to side oxidation of the contact plug.
[0022]
  The present inventionInvitationThe electric memory is formed such that a lower electrode covers a contact plug that is electrically connected to a substrate and spreads around the lower electrode, and an upper electrode is formed to extend in a first direction. The length extending beyond the top is set to a length that does not cause peeling of the lower electrode due to stress of the capacitive insulating film in the first direction. By adopting such a configuration, it is possible to prevent shape defects such as peeling due to stress of the contact plug.
[0023]
  The present inventionInvitationIn the electric memory, it is preferable that a length of the lower electrode extending beyond the contact plug is 0.25 μm or less in the first direction. By adopting such a configuration, it is possible to reliably prevent peeling due to stress of the contact plug.
[0024]
  The present inventionInvitationThe electric memory is formed such that the lower electrode covers a contact plug electrically connected to the substrate and extends around the lower electrode, the upper electrode is formed to extend in the first direction, and the contact plug is formed of the first plug. The cross-sectional shape is longer in the first direction than in the direction orthogonal to the direction. By adopting such a configuration, it is possible to prevent contact plug defects and realize cell miniaturization.
[0025]
  The present inventionInvitationIn the electric memory, the upper electrode is formed to extend in the first direction, and the length of the upper electrode in the first direction is 500 μm or less. With such a configuration, it is possible to suppress stress applied to the contact plug from the cell plate direction.
[0026]
  The present inventionInvitationIn the electric memory, the upper electrode is divided and formed with a length of 500 μm or less as a unit so as to extend in the first direction, and the adjacent upper electrodes are electrically connected through the substrate. In the seventh dielectric memory of the present invention, the upper electrode is divided and formed with a length of 500 μm or less as a unit so as to extend in the first direction, and the adjacent upper electrodes are electrically connected through a wiring layer. Has been. By adopting such a configuration, it is possible to suppress only stress without being restricted by the regulation in the length direction of the cell plate.
[0027]
  The present inventionInvitationIn the electric memory, it is preferable that at least a part of the lower electrode includes an oxygen barrier film. With such a configuration, oxygen diffused through the lower electrode can be reliably prevented by the oxygen barrier film, and a better effect is produced by suppressing oxidation of the contact plug.
[0028]
  In addition, the present inventionInvitationIn the electric memory, it is preferable that an oxygen barrier film is included in at least a part of the upper electrode. With such a configuration, oxygen diffused through the upper electrode can be reliably prevented by the oxygen barrier film, and a better effect can be obtained by suppressing oxidation of the contact plug.
[0029]
  According to the first and second dielectric memory manufacturing methods of the present invention, the side oxidation of the contact plug can be prevented efficiently and rationally.
[0030]
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0031]
  (First embodiment)
  FIG. 1A is a cross-sectional view of an upper electrode extension direction (cell plate direction) that is a direction in which upper electrodes of a dielectric memory according to the first embodiment of the present invention are connected and extended, and FIG. 1B is a direction orthogonal to the upper electrode extension direction. FIG. 1C shows a cross-sectional view of the upper electrode in the non-extending direction (bit line direction) and FIG. 1C.
[0032]
  SiO with B, P, etc. added on the semiconductor substrate 12A first interlayer insulating film 2 (film thickness 500 to 800 nm) made of a film (commonly referred to as BPSG) is formed, and a ferroelectric capacitor is formed on the first interlayer insulating film 2 (film thickness 200 to 200 nm). ~ 400nm), SBT (SrBi as an example2Ta2O9The capacitor insulating film 4 (film thickness 50 to 200 nm) made of a ferroelectric film and the upper electrode 5 (film thickness 50 to 200 nm). The lower electrode 3 of the ferroelectric capacitor here is connected to the semiconductor substrate 1 via a contact plug 6 made of tungsten (W). Reference numeral 12 denotes an element isolation insulating film (STI).
[0033]
  In general, the crystallization of the ferroelectric film is performed in a high-temperature oxygen atmosphere of 650 ° C. or more. At this time, yield problems such as an increase in resistance of the contact plug and an abnormal shape (peeling) occur. The cause is oxidation of the lower electrode due to oxygen sneaking from the outside and peeling of the lower electrode due to thermal stress change of the upper electrode and the capacitor insulating film. As for the former, since the upper electrode and the ferroelectric film extend in the long direction in the upper electrode extension direction, it becomes an oxygen barrier to some extent, but in the non-extension direction of the upper electrode, a silicon oxide film having high oxygen permeability is usually used. Since there is only an interlayer insulating film, more oxygen diffuses from this direction. Therefore, in the non-extension direction of the upper electrode, it is important to secure a margin for side oxidation by increasing the length (lower electrode extension amount) that the lower electrode end extends beyond the contact plug end when viewed in plan. It is. Regarding the latter, it is clear that the absolute amount of the upper electrode and capacitive insulating film against the thermal stress change is larger in the extension direction of the upper electrode, and this stress change amount concentrates on a specific lower electrode and causes peeling. Yes. In order to prevent this peeling, it is important to ensure adhesion. In addition, experiments by the present inventor have revealed that peeling occurs not in the region immediately above the contact plug but in a region other than the contact plug. This is because the contact plug material diffuses into the lower electrode immediately above the contact plug, and the adhesion is improved. Therefore, it is important to increase the overlap amount of the lower electrode and the contact plug in the direction of extension of the upper electrode where the stress change is large, that is, to further increase the region where the adhesion is improved by diffusion of the contact plug material.
[0034]
  For the above reasons, in the present embodiment, the lower electrode has a rectangular shape that is short in the upper electrode extending direction and long in the upper electrode non-extending direction. As a result, for the oxidation of contacts due to oxygen coming from the outside, which is not protected by the upper electrode or capacitive insulating film, the extension of the lower electrode is lengthened in the non-extension direction of the upper electrode, and the upper part where the stress changes greatly. By increasing the amount of overlap between the lower electrode and the contact plug in the electrode extension direction, contact failure can be prevented.
[0035]
  FIG. 2 shows that a conventional lower electrode having a square shape and a rectangular lower electrode in which the non-extension direction of the upper electrode of the present invention is 0.2 μm larger than the extension direction of the upper electrode, The contact resistance value with respect to the lower electrode extension amount in the upper electrode extension direction when heat treatment is performed in an atmosphere is shown. In the case of a square lower electrode, the lower electrode extension needs to be 0.20μm or more for the contact resistance to satisfy the standard value. When the lower electrode extension becomes 0.15μm or less, the resistance becomes higher (20Ω.cm or more and the upper limit standard) In contrast, the rectangular lower electrode does not begin to have a high resistance up to 0.10 μm.
[0036]
  From the above, the upper electrode non-extension direction is more susceptible to side oxidation than the upper electrode extension direction, and the upper electrode non-extension direction is 0.2 μm larger than the upper electrode extension direction. Thus, it can be seen that the same contact resistance value can be obtained even when the extension amount of the lower electrode in the extension direction of the upper electrode is shortened by 0.10 μm compared to the conventional square lower electrode.
[0037]
  FIG. 3 shows the relationship between the extension amount of the lower electrode with respect to the contact plug of the lower electrode in the extension direction of the upper electrode and the number of occurrences of peeling of the lower electrode. When the extension amount of the lower electrode is 0.25 μm or less, peeling of the lower electrode does not occur. However, peeling occurs between 0.3 μm and 0.4 μm, and peeling does not occur at 0.5 μm or more.
[0038]
  This phenomenon occurs similarly even when stress migration occurs in the direction of extension of the upper electrode. The cause is considered as follows.
(1) When the thickness is 0.25 μm or less, the interface with better adhesion directly above the contact plug occupies a high proportion of the whole, and peeling is less likely to occur.
(2) Although 0.3 to 0.45 μm reduces the effective ratio of the area with good adhesion directly above the contact plug, only the area exposed to the side oxidation area increases, contributing to effective adhesion improvement. And peeling is likely to occur.
(3) If the thickness is 0.5 μm or more, a sufficient area not exposed to the side oxidation area is secured, which leads to an improvement in adhesion.
[0039]
  From the above, in consideration of cell miniaturization, it is desirable that the extension amount of the lower electrode in the extension direction of the upper electrode be 0.25 μm or less.
[0040]
  Next, a method for manufacturing the dielectric memory according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 1C are diagrams showing a main part of the dielectric memory according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 1C, and FIG. 1B is a line II-II of FIG. Sectional drawing C is a top view. 7A to 7E are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a dielectric memory according to an embodiment of the present invention.
[0041]
  In FIG. 7A, an interlayer insulating film (for example, BPSG) 2 is formed on a semiconductor substrate 1 formed of a high concentration impurity diffusion layer and an isolation region. Next, in FIG. 7B, using a desired mask, a contact is opened in the interlayer insulating film 2 to electrically connect the semiconductor substrate and the lower electrode of the ferroelectric capacitor (W, Poly Si). Form. Next, in FIG. 7C, a film (Pt) for promoting crystal growth of the ferroelectric film and a conductive film made of an oxygen barrier layer (IrO / Ir / TiAlN) are stacked, and a desired mask, that is, an upper portion formed above. The lower electrode 3 as shown in FIG. 1C is patterned by covering the first contact plug 3 with a lower electrode mask having a small width in the extending direction of the electrode and a large width in the non-extending direction. Form. Next, a lower inter-electrode buried insulating film 11 (for example, O3TEOS, OThreeAnd Si (OC2HFive)Four : A raw material of Tetraethylorthosilicate is formed by a CVD method), and the surface of the lower electrode 3 is exposed using a CMP (chemical mechanical polishing) method. Here, the lower electrode is embedded in the insulating film, but the present invention is not restricted. Next, as shown in FIG. 7D, a ferroelectric solution is applied by spin coating to form a ferroelectric film 4A. Ferroelectric film is baked at a low temperature of 400 ° C or less to remove organic components, and then RTP (Rapid Thermal Process) is performed at 650 ° C for 1 minute in an oxygen atmosphere as a nucleus for subsequent crystallization. Is desirable. A conductive film 5A made of Pt is formed thereon. Finally, as shown in FIG. 7E, the ferroelectric film 4 and the upper electrode 5 are formed by patterning so as to cover the lower electrode 3 using a desired mask. Here, the ferroelectric film and the upper electrode are patterned using the same mask, but they may be formed using different masks. After patterning, the ferroelectric film is heat-treated at high temperature to be crystallized. In the case of SBT material, the heat treatment temperature is about 650 ° C to 800 ° C. By performing sintering after patterning, stress migration of the upper electrode and the ferroelectric film can be limited to the direction of extension of the upper electrode, and at the same time, the lower electrode is in the direction of non-extension of the upper electrode against side oxidation from the non-extension direction. A sufficient lower electrode extension amount can be secured.
[0042]
  (Second Embodiment)
  4A to 4C are diagrams showing the main part of the dielectric memory according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4A is a sectional view taken along line III-III in FIG. 4C, and FIG. 4B is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. Sectional drawing C is a top view. That is, a sectional view of an upper electrode extending direction (cell plate direction) that is a direction in which the upper electrodes of the dielectric memory are connected and extending, and an upper electrode non-extending direction (bit line direction) that is a direction orthogonal to the upper electrode extending direction; A plan view is shown.
[0043]
  A ferroelectric capacitor is formed on the first interlayer insulating film 2 (film thickness 500 to 800 nm) made of a BPSG film on the semiconductor substrate 1, and the ferroelectric capacitor is formed on the lower electrode 3 (film thickness 200 to 400 nm). ), A capacitive insulating film 4 (film thickness 50 to 200 nm) made of an SBT ferroelectric film, and an upper electrode 5 (film thickness 50 to 200 nm). The lower electrode 3 of the ferroelectric capacitor here is connected to the semiconductor substrate 1 via a contact plug 6 made of W.
[0044]
  In contrast to the problem described in the first embodiment, in this embodiment, the contact plug has a rectangular shape that is long in the upper electrode extension direction and short in the non-extension direction. As a result, for the oxidation of contacts due to oxygen coming from the outside, which is not protected by the upper electrode or capacitive insulating film, the extension of the lower electrode is lengthened in the non-extension direction of the upper electrode, and the upper part where the stress changes greatly. By increasing the amount of overlap between the lower electrode and the contact plug in the electrode extension direction, contact failure can be prevented.
[0045]
  Next, a method for manufacturing the dielectric memory according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 4A to 4B and FIGS.
[0046]
  In FIG. 7A, an interlayer insulating film (for example, BPSG) 2 is formed on a semiconductor substrate 1 formed of a high concentration impurity diffusion layer and an isolation region. Next, in FIG. 7B, using a desired mask, a contact is opened in the interlayer insulating film 2 to electrically connect the semiconductor substrate and the lower electrode of the ferroelectric capacitor as shown in FIG. 4C. 6 (W, Poly Si) is formed. Next, in FIG. 7C, a film (Pt) for promoting crystal growth of a ferroelectric film and a conductive film made of an oxygen barrier layer (IrO / Ir / TiAlN) are stacked, and a desired mask, that is, a lower part having a square shape. The lower electrode 3 is formed by patterning to cover the first contact plug 3 using an electrode mask. Next, a lower inter-electrode buried insulating film 11 (for example, O3TEOS) is formed on the lower electrode 3, and the surface of the lower electrode 3 is exposed using CMP. Here, the lower electrode is embedded in the insulating film, but the present invention is not restricted. Next, as shown in FIG. 7D, a ferroelectric solution is applied by spin coating to form a ferroelectric film 4A. The ferroelectric film is preferably baked at a low temperature of 400 ° C. or lower for removing organic components, and RTP is performed in an oxygen atmosphere at 650 ° C. for 1 minute as a nucleus for subsequent crystallization. A conductive film 5A made of Pt is formed thereon. Finally, as shown in FIG. 7E, the ferroelectric film 4 and the upper electrode 5 are formed by patterning so as to cover the lower electrode 3 using a desired mask. Here, the ferroelectric film and the upper electrode are patterned using the same mask, but they may be formed using different masks. After patterning, the ferroelectric film is heat-treated at high temperature to be crystallized. The SBT material is about 650 ° C to 800 ° C. By performing sintering after patterning, stress migration of the upper electrode and the ferroelectric film can be limited to the direction of extension of the upper electrode, and at the same time, the lower electrode is in the direction of non-extension of the upper electrode against side oxidation from the non-extension direction. A sufficient lower electrode extension amount can be secured.
[0047]
  In the first and second embodiments, at least a part of the lower electrode and / or at least a part of the upper electrode is provided with, for example, Ir, IrO, Ru, RuO, TiAlN, TaAlN, TaN, TaSiN, or a stacked structure thereof. It is desirable to include an oxygen barrier film made of Thereby, the diffusion of oxygen from directly above the contact plug can be prevented.
[0048]
  (Third embodiment)
  FIG. 5 shows the number of occurrences of peeling of the lower electrode relative to the total extension in the upper electrode extension direction. Here, the lower electrode is subjected to RTP heat treatment in an oxygen atmosphere at 800 ° C. for 1 minute using a conventional structure in which the lower electrode extension amount with respect to the contact plug is the same in both the upper electrode extension direction and the upper electrode non-extension direction.
[0049]
  From FIG. 5, it can be seen that the total extension in the upper electrode extension direction is preferably 500 μm or less because peeling is observed from a region where the total extension in the upper electrode extension direction is larger than 500 μm.
[0050]
  6A and 6B are cross-sectional views showing a connection portion between upper electrodes in which the total extension in the upper electrode extension direction of the dielectric memory according to the third embodiment of the present invention is defined as 500 μm.
[0051]
  A ferroelectric capacitor is formed on a first interlayer insulating film 2 made of a BPSG film on a semiconductor substrate 1, and the ferroelectric capacitor is composed of a lower electrode 3 and a capacitive insulating film 4 made of an SBT ferroelectric film. The upper electrode 5 is constituted. The lower electrode 3 of the ferroelectric capacitor here is connected to the semiconductor substrate 1 via a contact plug 6 made of W.
[0052]
  In FIG. 6A, a contact opening 7 is provided at a specific location of the capacitive insulating film, and the adjacent upper electrode is electrically connected via the contact opening 7, the lower electrode 3, and the diffusion layer in the semiconductor substrate 1. It is connected.
[0053]
  In FIG. 6B, a contact plug 9 is formed at a specific location in the interlayer insulating film 8 formed on the capacitor, and the adjacent upper portion is connected via the adjacent contact plug 9 and the wiring 10 formed on the interlayer insulating film 8. The electrodes 7 are electrically connected.
[0054]
  From the above, even if the total extension in the upper electrode extension direction is restricted, by connecting the adjacent upper electrode via another conductive layer, the restriction on the total extension in the upper electrode extension direction is effectively eliminated, and free It becomes possible to lay out.
[0055]
【The invention's effect】
  As described above, according to the dielectric memory of the present invention and the manufacturing method thereof, the oxidation from the side wall direction from the lower electrode to the contact plug by oxygen, so-called side oxidation is prevented, and the stress applied in the upper electrode extension direction is also prevented. It is possible to prevent peeling inside the lower electrode due to migration and peeling at the contact plug interface.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are views showing a main part of a dielectric memory according to a first embodiment of the present invention, wherein A is a sectional view taken along line II of C, and B is a sectional view taken along line II-II of C; , C is a plan view.
FIG. 2 is a view showing a relationship between a lower electrode extension amount and contact resistance in the dielectric memory according to the first embodiment of the present invention;.
FIG. 3 is a view showing the relationship between the lower electrode extension amount (upper electrode non-extension direction) and the number of peeling occurrences in the dielectric memory according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 4A to 4C are views showing a main part of a dielectric memory according to a second embodiment of the present invention, wherein A is a cross-sectional view taken along line III-III of C, and B is a cross-sectional view taken along line IV-IV of C; FIGS. , C is a plan view.
FIG. 5 is a view showing the relationship between the length in the extension direction of the upper electrode and the number of peeling occurrences in the dielectric memory according to the third embodiment of the present invention..
6A and 6B are cross-sectional views showing connection means between adjacent upper electrodes in a dielectric memory according to a third embodiment of the present invention..
7A to 7E are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a dielectric memory according to the first and second embodiments of the present invention..
FIGS. 8A to 8C are diagrams showing a main part of a conventional dielectric memory, wherein A is a cross-sectional view taken along line VV of C, B is a cross-sectional view taken along line VI-VI of C, and C is a plan view..
[Explanation of symbols]
  1 Semiconductor substrate
  2 Interlayer insulation film
  3 Lower electrode
  4 Ferroelectric film (capacitive insulating film)
  4A Ferroelectric film
  5 Upper electrode
  5A conductive layer
  6 Contact plug (between semiconductor substrate and lower electrode)
  7 Contact (capacitive insulating film)
  8 Interlayer insulation film on capacitor
  9 Contact plug (upper electrode and wiring)
  10 AL wiring
  11 Lower electrode spacer film
  12 Device isolation insulating film (STI)

Claims (12)

基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、
前記下部電極は前記基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、
前記上部電極は第1の方向につながって延びるように形成され、
前記下部電極における前記第1の方向の端面と前記コンタクトプラグとの最短距離bは、前記下部電極における前記第1の方向と直交する方向の端面と前記コンタクトプラグとの最短距離aより小さいことを特徴とする誘電体メモリ。
A dielectric memory composed of a lower electrode, a capacitor insulating film and an upper electrode, which are formed by laminating on a substrate in order from below,
The lower electrode is formed so as to cover a contact plug electrically connected to the substrate and spread around the contact plug,
The upper electrode is formed so as to extend led to the first direction,
The shortest distance b between the end surface of the lower electrode in the first direction and the contact plug is smaller than the shortest distance a between the end surface of the lower electrode in the direction orthogonal to the first direction and the contact plug. Characteristic dielectric memory.
前記下部電極における長辺は、前記第1の方向と直交する請求項1に記載の誘電体メモリ。The dielectric memory according to claim 1, wherein a long side of the lower electrode is orthogonal to the first direction. 前記距離aは前記距離bより0.1μm以上長い請求項1に記載の誘電体メモリ。The dielectric memory according to claim 1, wherein the distance a is longer than the distance b by 0.1 μm or more. 前記コンタクトプラグにおける長辺は、前記第1の方向に平行である請求項1に記載の誘電体メモリ。The dielectric memory according to claim 1, wherein a long side of the contact plug is parallel to the first direction. 前記距離bは、0.25μm以下である請求項1に記載の誘電体メモリ。The dielectric memory according to claim 1 , wherein the distance b is 0.25 μm or less. 記第1の方向における前記上部電極の長さ500μm以下である請求項1に記載の誘電体メモリ。Ferroelectric memory according to claim 1, the length of the upper electrode before Symbol first direction is 500μm or less. 記上部電極は第1の方向に延びるように500μm以下の長さを単位として分割形成され、隣接する前記上部電極間は前記基板を介して電気的に接続されている請求項1に記載の誘電体メモリ。 Before SL upper electrode is divided form as a unit length less than 500μm so as to extend in the first direction, it is between the upper electrode adjacent according to claim 1 which is electrically connected through said substrate Dielectric memory. 記上部電極は第1の方向に延びるように500μm以下の長さを単位として分割形成され、隣接する前記上部電極間は配線層を介して電気的に接続されている請求項1に記載の誘電体メモリ。 Before SL upper electrode is divided form as a unit length less than 500μm so as to extend in the first direction, it is between the upper electrode adjacent according to claim 1 which is electrically connected through a wiring layer Dielectric memory. 前記下部電極の少なくとも一部に酸素バリア膜が含まれている請求項1乃至のいずれかに記載の誘電体メモリ。Ferroelectric memory according to any one of claims 1 to 8 contains oxygen barrier film on at least a portion of the lower electrode. 前記上部電極の少なくとも一部に酸素バリア膜が含まれている請求項1乃至のいずれかに記載の誘電体メモリ。Ferroelectric memory according to any one of claims 1 to 9 contains an oxygen barrier film on at least a portion of the upper electrode. 基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の所定領域を開口してコンタクトプラグを形成し、
前記コンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように下部電極を形成し、
前記下部電極上に誘電体膜を形成し、
前記誘電体膜上に、第1の方向に延びるように上部電極を形成し、
前記誘電体膜を形成する工程以降において前記誘電体を熱処理して結晶化し、
前記下部電極を形成する工程では、前記下部電極における長辺が、前記第1の方向と直交し、且つ前記下部電極における前記第1の方向の端面と前記コンタクトプラグとの最短距離bが、前記下部電極における前記第1の方向と直交する方向の端面と前記コンタクトプラグとの最短距離aより小さくなるように形成することを特徴とする誘電体メモリの製造方法。
An insulating film is formed on the substrate ,
Opening a predetermined region of the insulating film to form a contact plug;
Forming a lower electrode so as to cover and spread around the contact plug;
Forming a dielectric film on the lower electrode;
Forming an upper electrode on the dielectric film so as to extend in a first direction;
After the step of forming the dielectric film, the dielectric is crystallized by heat treatment,
In the step of forming the lower electrode, the long side of the lower electrode is orthogonal to the first direction, and the shortest distance b between the end surface of the lower electrode in the first direction and the contact plug is A method for manufacturing a dielectric memory, comprising: forming a lower electrode so as to be smaller than a shortest distance a between an end face of the lower electrode in a direction orthogonal to the first direction and the contact plug .
基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の所定領域を開口してコンタクトプラグを形成し、
前記コンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように下部電極を形成し、
前記下部電極上に誘電体膜を形成し、
前記誘電体膜上に、第1の方向に延びるように上部電極を形成し、
前記誘電体膜を形成する工程以降において前記誘電体を熱処理して結晶化し、
前記コンタクトプラグを形成する工程では、前記コンタクトプラグにおける長辺が、前記第1の方向に平行であり、且つ前記下部電極における前記第1の方向の端面と前記コンタクトプラグとの最短距離bが、前記下部電極における前記第1の方向と直交する方向の端面と前記コンタクトプラグとの最短距離aより小さくなるように形成することを特徴とする誘電体メモリの製造方法。
An insulating film is formed on the substrate,
Opening a predetermined region of the insulating film to form a contact plug;
Forming a lower electrode so as to cover and spread around the contact plug;
Forming a dielectric film on the lower electrode;
Forming an upper electrode on the dielectric film so as to extend in a first direction;
After the step of forming the dielectric film, the dielectric is crystallized by heat treatment,
In the step of forming the contact plug, a long side of the contact plug is parallel to the first direction, and a shortest distance b between the end surface of the lower electrode in the first direction and the contact plug is A method of manufacturing a dielectric memory, wherein the lower electrode is formed so as to be smaller than a shortest distance a between an end surface of the lower electrode in a direction orthogonal to the first direction and the contact plug .
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