JP4649899B2 - Semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁性金属酸化物を容量絶縁膜とした半導体記憶装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor memory device using an insulating metal oxide as a capacitive insulating film.
近年デジタル技術の進展に伴い、大容量のデータを処理、保存する傾向が推進される中で電子機器が一段と高度化し、使用される半導体装置もその半導体素子の微細化が急速に進んできている。それに伴ってダイナミックRAMの高集積化を実現するために、従来の珪素酸化物または窒化物の代わりに高誘電体を容量絶縁膜として用いる技術が広く研究開発されている。さらに従来にない低動作電圧かつ高速書き込み読み出し可能な不揮発性RAMの実用化を目指し、自発分極特性を有する強誘電体膜に関する研究開発が盛んに行われている。これら高誘電体または強誘電体を容量絶縁膜に用いた半導体記憶装置において、メガビット級の高集積メモリーには、従来のプレーナ型メモリーセルに代わり、スタック型のメモリーセルが用いられることになる。 In recent years, with the advancement of digital technology, electronic devices have become more sophisticated as the tendency to process and store large volumes of data has been promoted, and semiconductor devices used have been rapidly miniaturized. . Accordingly, in order to realize high integration of the dynamic RAM, a technique of using a high dielectric as a capacitive insulating film instead of the conventional silicon oxide or nitride has been widely researched and developed. In addition, research and development on a ferroelectric film having spontaneous polarization characteristics are being actively carried out with the aim of putting a non-volatile RAM capable of unprecedented low operating voltage and high speed writing / reading into practical use. In a semiconductor memory device using such a high dielectric material or a ferroelectric material as a capacitor insulating film, a stack type memory cell is used instead of a conventional planar type memory cell for a megabit-class highly integrated memory.
以下、従来の半導体装置について、図面を参照しながら説明する。 A conventional semiconductor device will be described below with reference to the drawings.
図6は第1の従来例である半導体記憶装置の要部断面図である(例えば、特許文献1を参照)。 FIG. 6 is a cross-sectional view of an essential part of a semiconductor memory device as a first conventional example (see, for example, Patent Document 1).
図6に示すように、従来の半導体記憶装置は、半導体基板101に形成されたソースドレイン領域102と、半導体基板101のチャネル領域上にゲート絶縁膜103を介して形成されたゲート電極104とからなるトランジスタ105を有している。半導体基板101上には、トランジスタ105を含めその全面を覆う層間絶縁膜106が形成され、該層間絶縁膜106には、ソースドレイン領域102のいずれか一方と電気的に接続されるコンタクトプラグ107が形成されている。
As shown in FIG. 6, the conventional semiconductor memory device includes a source /
層間絶縁膜106上には、窒化シリコン(Si3N4)からなる絶縁性水素バリア層108が形成されており、コンタクトプラグ107の上端部には窒化チタン(TiN)からなる導電性水素バリア層109が形成されている。
An insulating
絶縁性水素バリア層108上には、導電性水素バリア層109と接続されるように、酸素バリア膜となる二酸化イリジウム(IrO2 )又は二酸化ルテニウム(RuO2 )を含む下部電極110が形成されている。
A
絶縁性水素バリア層108上の下部電極110同士の間には、酸化シリコン(SiO2 )、窒化シリコン(Si3N4)又は酸化窒化シリコン(SiON)等からなる埋込み絶縁膜111が形成されている。
A buried
下部電極110を含む埋込み絶縁膜111上には、チタン酸ジルコン鉛(Pb(Zr,Ti)O3 )、又はタンタル酸ストロンチウムビスマス(SrBi2 Ta2 O9 )等の強誘電体からなる容量絶縁膜112が形成され、該容量絶縁膜112の上には、二酸化イリジウム又は二酸化ルテニウムを含む上部電極113が形成される。
On the buried
しかしながら、前記第1の従来例である半導体記憶装置は、下部電極110を構成し、酸素に対するバリアとなるIrO2やRuO2からなる導電性酸化膜が、製造時に発生する水素により還元されてその酸素に対するバリア性が劣化するという問題を有していた。
However, the semiconductor memory device according to the first conventional example constitutes the
この点について、図7(a)及び(b)を参照しながら詳細に説明する。図7(a)に示すように、IrO2やRuO2等の酸素バリア膜を含む下部電極110を形成後、埋め込み絶縁膜111となる絶縁膜111Aを形成する際、下部電極110に絶縁膜111Aが直接接触するように形成すると、絶縁膜111Aの原料ガスとなるSiH4やNH3から発生する水素が下部電極110を構成するIrO2やRuO2等の酸素バリア膜に侵入(拡散)し、酸素バリア膜の形状不良を引き起こす。これは絶縁膜111AをプラズマCVD法により形成した場合に特に顕著である。例えば、酸素バリア膜がIrO2である場合は、IrO2がIrに還元されることにより形状不良が生じ、酸素バリア性が損なわれる。また、IrO2がプラズマに直接さらされることにより形状不良が生じることによっても、酸素バリア性が損なわれると考えられる。
This point will be described in detail with reference to FIGS. 7 (a) and 7 (b). As shown in FIG. 7A, after forming the
その結果、IrO2やRuO2等の酸素バリア膜の酸素拡散に対するバリア性が劣化し、図7(b)に示すように、下部電極110上に形成される高誘電体や強誘電体からなる容量絶縁膜112の結晶化に必要な650℃から800℃での酸素アニール時に、上方向からの酸素がコンタクトプラグ107界面まで拡散し、コンタクト抵抗の急増、すなわちコンタクト抵抗不良が発生してしまう。
As a result, the barrier property against oxygen diffusion of the oxygen barrier film such as IrO 2 or RuO 2 is deteriorated, and as shown in FIG. 7B, it is made of a high dielectric material or a ferroelectric material formed on the
この問題を解決する構成としては、以下に説明する第2の従来例である半導体記憶装置がある。 As a configuration for solving this problem, there is a semiconductor memory device as a second conventional example described below.
図8は第2の従来例である半導体記憶装置の要部断面図である(例えば、特許文献2を参照)。 FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor memory device as a second conventional example (see, for example, Patent Document 2).
図8に示すように、第2の従来例である半導体記憶装置は、例えばシリコン(Si)からなる半導体基板211に形成されたMOSFETからなる複数のセルトランジスタ220と、各セルトランジスタ220を覆う層間絶縁膜213の上にセルトランジスタ220ごとに形成された容量素子230とを有している。
As shown in FIG. 8, a semiconductor memory device as a second conventional example includes a plurality of
各セルトランジスタ220は、半導体基板211に形成されたソースドレイン領域221と、半導体基板211のチャネル領域上にゲート絶縁膜222を介して形成されたゲート電極223とから構成されている。
Each
各容量素子230は、基板側から順次積層された、下部電極231、容量絶縁膜232及び上部電極233とにより構成されている。
Each
下部電極231は、下方から順に、窒化チタンアルミニウム(TiAlN)からなり酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の導電性バリア層、イリジウム(Ir)からなり酸素の拡散を防ぐ第2の導電性バリア層、二酸化イリジウム(IrO2 )からなり酸素の拡散を防ぐ第3の導電性バリア層、及び白金(Pt)からなる導電層の積層膜により構成されている。
The
容量絶縁膜232は、タンタルニオブ酸ストロンチウムビスマス(SrBi2(Ta1-xNbx)2O9 )(但し、xは0≦x≦1)からなり、上部電極233は白金からなる。
The capacitor
半導体基板211上には、各セルトランジスタ220を覆うように、例えば酸化シリコン(SiO2 )からなる層間絶縁膜213が形成され、該層間絶縁膜213には、下端部が各ソースドレイン領域221のいずれか一方と電気的に接続され、上端部が各容量素子230の下部電極231と電気的に接続されたタングステン(W)又はポリシリコンからなる複数のコンタクトプラグ214が形成されている。
On the
下部電極231の側面及び層間絶縁膜213上における下部電極231の側方の領域は、例えば酸化アルミニウム(Al2O3)からなり酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層215により覆われている。
The side surface of the
ここで、下部電極231における基板面方向の径は、容量絶縁膜232及び上部電極233の基板面方向の径の寸法よりも小さく、従って、容量絶縁膜232及び上部電極233の周縁部は下部電極231の周縁部から張り出している。
Here, the diameter in the substrate surface direction of the
下部電極231における側方で且つ容量絶縁膜232の張り出し部分の下側の領域は、酸化シリコン(SiO2)又は窒化シリコン(Si3N4)からなる埋込み絶縁膜216により埋め込まれている。
A region on the side of the
その結果、下部電極231はその側面が酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層215により覆われている。
As a result, the side surface of the
以下、前記のように構成された第2の従来例である半導体記憶装置の製造方法について説明する。 A method for manufacturing the semiconductor memory device as the second conventional example configured as described above will be described below.
図9は第2の従来例である半導体記憶装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。 FIG. 9 shows a cross-sectional configuration in the order of steps of a semiconductor memory device manufacturing method which is a second conventional example.
まず、図9(a)に示すように、シリコンからなる半導体基板211上に、ゲート絶縁膜222及びゲート電極223を形成し、さらに、ソースドレイン領域221を形成する。その後、CVD法により、半導体基板211上に、複数のセルトランジスタ220を含む全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜213を堆積する。続いて、堆積した層間絶縁膜213の上面を化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法等を用いて平坦化する。続いて、層間絶縁膜213における各セルトランジスタ220のソースドレイン領域221の一方にコンタクトホールをそれぞれ形成し、CVD法により、タングステン又はポリシリコンからなる導体膜を各コンタクトホールに充填されるように堆積する。続いて、堆積した導体膜に対してエッチバック又は化学機械的研磨を行なって、層間絶縁膜213上の導体膜を除去することにより、複数のコンタクトプラグ214を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, a gate
次に、複数のコンタクトプラグ214を含む層間絶縁膜213上に、例えばスパッタリング法により、酸素及び水素の拡散を防ぐ窒化チタンアルミニウムからなる第1の導電性バリア層、酸素の拡散を防ぐイリジウムからなる第2の導電性バリア層、酸素の拡散を防ぐ二酸化イリジウムからなる第3の導電性バリア層、及び白金からなる導電層を順次堆積して下部電極形成膜を成膜する。続いて、下部電極形成膜に対してコンタクトプラグ214を含むようにパターニングを行なって、下部電極形成膜からなる複数の下部電極231を形成する。その後、スパッタ法又はCVD法により、層間絶縁膜213上に下部電極231の上面及び側面を覆うように、酸化アルミニウムからなり酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層215を成膜する。続いて、第1の絶縁性バリア層215を覆うように、酸化シリコン又は窒化シリコンからなる埋込み絶縁膜216を堆積する。
Next, a first conductive barrier layer made of titanium aluminum nitride that prevents diffusion of oxygen and hydrogen is formed on the
次に、図9(b)に示すように、CMP法を用いて、埋込み絶縁膜216及び第1の絶縁性バリア層215に対して各下部電極231が露出するまで平坦化することにより、各下部電極231の周囲を埋込み絶縁膜216により埋め込む。従って、下部電極231の上面は埋込み絶縁膜216及び第1の絶縁性バリア層215の露出面とほぼ同一の高さとなる。
Next, as shown in FIG. 9B, by using the CMP method, the buried
次に、図9(c)に示すように、第1の絶縁性バリア層215、埋込み絶縁膜216及び下部電極231の上に全面にわたって、タンタルニオブ酸ストロンチウムビスマス(SrBi2(Ta1-xNbx)2O9 )からなる容量絶縁膜形成膜232Aを成膜する。続いて、スパッタリング法により、容量絶縁膜形成膜232Aの上に白金からなる上部電極形成膜233Aを成膜する。その後、熱処理を行なって、容量絶縁膜形成膜232Aを構成する金属酸化物を結晶化する。
Next, as shown in FIG. 9C, strontium bismuth tantalum niobate (SrBi 2 (Ta 1-x Nb) is formed on the entire surface of the first insulating
次に、上部電極形成膜233A、容量絶縁膜形成膜232A及び埋込み絶縁膜216に対して順次ドライエッチングを行なって、上部電極形成膜233Aから上部電極233を形成し、容量絶縁膜形成膜232Aから容量絶縁膜232を形成する。これにより、コンタクトプラグ214と電気的に接続される下部電極231と容量絶縁膜232と上部電極233とからなる容量素子230が形成される。
Next, the upper
以上により、図8に示す構造が形成される。 Thus, the structure shown in FIG. 8 is formed.
以上説明したように、第2の従来例である半導体記憶装置によると、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層215が容量素子230の下部電極231の側面を覆うため、下部電極231を構成する酸素バリアである酸化イリジウム等の導電性酸化物が水素により還元されてその酸素バリア性が劣化することを防止できる。
しかしながら、第2の従来例である半導体記憶装置において、下部電極231の下方から容量絶縁膜232へ水素が侵入するのを防止する機能を強化するために、第1の従来例である半導体記憶装置における絶縁性水素バリア層108に相当する、窒化シリコンからなる水素バリア層を、層間絶縁膜213と下部電極231及び第1の絶縁性バリア層215との間に形成した場合、以下のような問題が生じることがわかった。
However, in the semiconductor memory device according to the second conventional example, the semiconductor memory device according to the first conventional example is strengthened in order to strengthen the function of preventing hydrogen from entering the
図10は、第2の従来例である半導体記憶装置の製造方法を説明するための図9(a)において、窒化シリコンからなる水素バリア層240を、層間絶縁膜213と下部電極231及び酸化アルミニウムからなる第1の絶縁性バリア層215との間に形成した場合を説明するための図である。
FIG. 10 shows a
この場合、窒化シリコンからなる水素バリア層240の上に、酸化アルミニウムからなる第1の絶縁性バリア層215が接している構成となっている。
In this case, the first insulating
図9(a)の後の工程における、容量絶縁膜の結晶化に必要な650℃から800℃での酸素アニール時に、窒化シリコンからなる水素バリア層240と酸化アルミニウムからなる第1の絶縁性バリア層215の界面において剥離が生じることが判った。これは、窒化シリコンと酸化アルミニウムにおける熱膨張係数差の違いに起因するものと考えられる。
During the oxygen annealing at 650 ° C. to 800 ° C. necessary for crystallization of the capacitive insulating film in the step after FIG. 9A, the
水素バリア層240と酸化アルミニウムからなる第1の絶縁性バリア層215の界面において剥離が生じると、酸素アニール時に、上方向からの酸素がコンタクトプラグ界面まで拡散し、コンタクト抵抗の急増、すなわちコンタクト抵抗不良が発生してしまう。
When delamination occurs at the interface between the
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、容量絶縁膜への水素の侵入を確実に防止し、かつ、下部電極を構成している酸素バリアとなるIrO2やRuO2等の導電性酸素バリア膜が水素により還元されるのを防止して、その酸素バリア性が劣化し、コンタクトプラグのコンタクト抵抗が増大することを防止することが可能な、半導体記憶装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, reliably prevents hydrogen from entering the capacitive insulating film, and conducts conductivity such as IrO 2 or RuO 2 that serves as an oxygen barrier constituting the lower electrode. Provided are a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, which can prevent the oxygen barrier film from being reduced by hydrogen, thereby preventing the oxygen barrier property from deteriorating and increasing the contact resistance of the contact plug. For the purpose.
上記目的を達成するために、本発明の半導体記憶装置は、基板上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に形成された、絶縁性の水素バリア膜と、層間絶縁膜と水素バリア膜とを貫通して形成されたコンタクトプラグと、絶縁性の水素バリア膜の上に形成され、コンタクトプラグと電気的に接続された導電性酸素バリア膜を含む下部電極と、下部電極の周囲を埋める埋め込み絶縁膜と、下部電極及び埋め込み絶縁膜の上に設けられた強誘電体膜からなる容量絶縁膜と、容量絶縁膜の上に形成された上部電極とを備えた半導体記憶装置であって、少なくとも下部電極の側面に接するように形成された絶縁性反応防止膜を備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor memory device of the present invention includes an interlayer insulating film formed on a substrate, an insulating hydrogen barrier film formed on the interlayer insulating film, an interlayer insulating film, and a hydrogen barrier. A contact plug formed through the film; a lower electrode including a conductive oxygen barrier film formed on the insulating hydrogen barrier film and electrically connected to the contact plug; and a periphery of the lower electrode. A semiconductor memory device comprising: a buried insulating film to be buried; a capacitive insulating film made of a ferroelectric film provided on the lower electrode and the buried insulating film; and an upper electrode formed on the capacitive insulating film. And an insulating reaction preventing film formed to be in contact with at least the side surface of the lower electrode.
本発明の半導体記憶装置によれば、導電性酸素バリア膜を含む下部電極の側面に接するように形成された絶縁性反応防止膜によって、導電性酸素バリア膜が還元されるのを防止できる。また、導電性酸素バリア膜に形状不良が生じない。その結果、導電性酸素バリア膜の酸素バリア性が劣化せず、コンタクトプラグへの酸素の侵入が防止でき、コンタクトプラグのコンタクト抵抗が増大することを防止することができる。また、水素バリア膜によって、下部電極の下方から容量絶縁膜への水素の侵入を防止できる。また、水素バリア膜の少なくとも表面部分が窒化シリコンからなる場合に、絶縁性反応防止膜と水素バリア膜との密着性が向上する。 According to the semiconductor memory device of the present invention, the conductive oxygen barrier film can be prevented from being reduced by the insulating reaction preventing film formed so as to be in contact with the side surface of the lower electrode including the conductive oxygen barrier film. In addition, there is no shape defect in the conductive oxygen barrier film. As a result, the oxygen barrier property of the conductive oxygen barrier film does not deteriorate, oxygen can be prevented from entering the contact plug, and the contact resistance of the contact plug can be prevented from increasing. In addition, the hydrogen barrier film can prevent hydrogen from entering the capacitor insulating film from below the lower electrode. Further, when at least the surface portion of the hydrogen barrier film is made of silicon nitride, the adhesion between the insulating reaction preventing film and the hydrogen barrier film is improved.
また、本発明の半導体記憶装置において、絶縁性反応防止膜は、TEOSが重合して形成された多量体を含む膜であり、埋め込み絶縁膜の中には、TEOSが重合して形成された多量体は含まれないか、もしくは、絶縁性反応防止膜の中に含まれるTEOSが重合して形成された多量体の量よりも少ない量のTEOSが重合して形成された多量体が含まれていることが好ましい。 In the semiconductor memory device of the present invention, the insulating reaction preventing film is a film containing a multimer formed by polymerization of TEOS, and the embedded insulating film has a large amount formed by polymerization of TEOS. Or a multimer formed by polymerizing TEOS in an amount smaller than the amount of multimers formed by polymerizing TEOS contained in the insulating reaction prevention film. Preferably it is.
このようにすることにより、TEOSが重合して形成された多量体を含む膜である絶縁性反応防止膜によって、導電性酸素バリア膜が還元されるのを容易に防止できる。また、導電性酸素バリア膜に形状不良が生じない。更に、絶縁性反応防止膜と水素バリア膜との密着性がよいため、絶縁性反応防止膜と水素バリア膜との間において剥離が生じない。特に、水素バリア膜の少なくとも表面部分が窒化シリコンからなる場合に、密着性が更に向上する。 By doing so, it is possible to easily prevent the conductive oxygen barrier film from being reduced by the insulating reaction preventing film which is a film containing a multimer formed by polymerization of TEOS. In addition, there is no shape defect in the conductive oxygen barrier film. Further, since the adhesion between the insulating reaction preventing film and the hydrogen barrier film is good, no peeling occurs between the insulating reaction preventing film and the hydrogen barrier film. In particular, the adhesion is further improved when at least the surface portion of the hydrogen barrier film is made of silicon nitride.
また、本発明の半導体記憶装置において、前記絶縁性反応防止膜は、窒化シリコンからなる膜であることが好ましい。 In the semiconductor memory device of the present invention, it is preferable that the insulating reaction preventing film is a film made of silicon nitride.
このようにすることにより、窒化シリコンからなる膜である絶縁性反応防止膜によって、導電性酸素バリア膜が還元されるのを容易に防止できる。また、導電性酸素バリア膜に形状不良が生じない。更に、絶縁性反応防止膜と水素バリア膜との密着性がよいため、絶縁性反応防止膜と水素バリア膜との間において剥離が生じない。特に、水素バリア膜の少なくとも表面部分が窒化シリコンからなる場合に、密着性が更に向上する。 By doing so, it is possible to easily prevent the conductive oxygen barrier film from being reduced by the insulating reaction preventing film which is a film made of silicon nitride. In addition, there is no shape defect in the conductive oxygen barrier film. Further, since the adhesion between the insulating reaction preventing film and the hydrogen barrier film is good, no peeling occurs between the insulating reaction preventing film and the hydrogen barrier film. In particular, the adhesion is further improved when at least the surface portion of the hydrogen barrier film is made of silicon nitride.
また、本発明の半導体記憶装置において、導電性酸素バリア膜は、二酸化イリジウム(IrO2 )、下層から順次形成されたイリジウム(Ir)と二酸化イリジウム(IrO2 )とからなる積層膜、二酸化ルテニウム(RuO2 )、及び下層から順次形成されたルテニウム(Ru)と二酸化ルテニウム(RuO2 )とからなる積層膜のうちのいずれか1つにより、又はこれらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成されていることが好ましい。 In the semiconductor memory device of the present invention, the conductive oxygen barrier film includes iridium dioxide (IrO 2 ), a laminated film formed of iridium (Ir) and iridium dioxide (IrO 2 ) sequentially formed from the lower layer, ruthenium dioxide ( RuO 2 ) and any one of laminated films sequentially formed from the lower layer of ruthenium (Ru) and ruthenium dioxide (RuO 2 ), or a laminated film including at least two of them. It is preferable that
このようにすることにより、導電性酸素バリア膜によって、コンタクトプラグに酸素が侵入するのを効果的に防止することができる。 By doing so, it is possible to effectively prevent oxygen from entering the contact plug by the conductive oxygen barrier film.
上記目的を達成するために、本発明の半導体記憶装置の製造方法は、基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜の上に、絶縁性の水素バリア膜を形成する工程と、層間絶縁膜及び絶縁性の水素バリア膜を貫通するように、コンタクトプラグを形成する工程と、絶縁性の水素バリア膜とコンタクトプラグの上に、導電性酸素バリア膜を含む下部電極を形成する工程と、少なくとも下部電極の側面を覆うように、絶縁性反応防止膜を形成する工程と、下部電極を覆うようにして前記絶縁性反応防止膜の上に、埋め込み絶縁膜を形成する工程と、下部電極の上面を露出させるように、埋め込み絶縁膜及び絶縁性反応防止膜を除去する工程と、下部電極と埋め込み絶縁膜の上に、強誘電体膜からなる容量絶縁膜を形成する工程と、容量絶縁膜の上に、上部電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention includes a step of forming an interlayer insulating film on a substrate, a step of forming an insulating hydrogen barrier film on the interlayer insulating film, A step of forming a contact plug so as to penetrate the interlayer insulating film and the insulating hydrogen barrier film, and a step of forming a lower electrode including a conductive oxygen barrier film on the insulating hydrogen barrier film and the contact plug A step of forming an insulating reaction preventing film so as to cover at least a side surface of the lower electrode, a step of forming a buried insulating film on the insulating reaction preventing film so as to cover the lower electrode, and a lower portion Removing the buried insulating film and the insulating reaction preventing film so as to expose the upper surface of the electrode; forming a capacitive insulating film made of a ferroelectric film on the lower electrode and the buried insulating film; Insulation film Above, characterized in that it comprises a step of forming an upper electrode.
本発明の半導体記憶装置の製造方法によれば、導電性酸素バリア膜を含む下部電極の側面に接するように形成された絶縁性反応防止膜によって、埋め込み絶縁膜を形成する工程において、導電性酸素バリア膜が還元されるのを防止できる。また、導電性酸素バリア膜に形状不良が生じない。その結果、導電性酸素バリア膜の酸素バリア性が劣化せず、コンタクトプラグへの酸素の侵入が防止でき、コンタクトプラグのコンタクト抵抗が増大することを防止することができる。また、水素バリア膜によって、下部電極の下方から容量絶縁膜への水素の侵入を防止できる。 According to the method for manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, in the step of forming the buried insulating film with the insulating reaction preventing film formed so as to be in contact with the side surface of the lower electrode including the conductive oxygen barrier film, the conductive oxygen film is formed. It is possible to prevent the barrier film from being reduced. In addition, there is no shape defect in the conductive oxygen barrier film. As a result, the oxygen barrier property of the conductive oxygen barrier film does not deteriorate, oxygen can be prevented from entering the contact plug, and the contact resistance of the contact plug can be prevented from increasing. In addition, the hydrogen barrier film can prevent hydrogen from entering the capacitor insulating film from below the lower electrode.
また、本発明の半導体記憶装置の製造方法において、絶縁性反応防止膜を形成する工程は、TEOSとオゾンを原料とした常圧CVD法により、TEOSが重合して形成された多量体を含む膜を形成する工程を含むことが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, the step of forming the insulating reaction preventing film includes a film containing a multimer formed by polymerization of TEOS by an atmospheric pressure CVD method using TEOS and ozone as raw materials. It is preferable to include the process of forming.
このようにすることによって、TEOSが重合して形成された多量体を含む膜である絶縁性反応防止膜で下部電極の側面を覆うことによって、埋め込み絶縁膜を形成する工程において、導電性酸素バリア膜が還元されるのを容易に防止できる。また、導電性酸素バリア膜に形状不良が生じない。更に、絶縁性反応防止膜と水素バリア膜との密着性がよいため、絶縁性反応防止膜と水素バリア膜との間において剥離が生じない。 In this way, in the step of forming the buried insulating film by covering the side surface of the lower electrode with the insulating reaction preventing film which is a film containing a polymer formed by polymerization of TEOS, the conductive oxygen barrier is formed in the step of forming the buried insulating film. It is possible to easily prevent the film from being reduced. In addition, there is no shape defect in the conductive oxygen barrier film. Further, since the adhesion between the insulating reaction preventing film and the hydrogen barrier film is good, no peeling occurs between the insulating reaction preventing film and the hydrogen barrier film.
以上のように本発明に係る半導体記憶装置によれば、導電性酸素バリア膜を含む下部電極の側面に接するように形成された絶縁性反応防止膜によって、導電性酸素バリア膜が還元されるのを防止できる。また、導電性酸素バリア膜に形状不良が生じない。その結果、導電性酸素バリア膜の酸素バリア性が劣化せず、コンタクトプラグへの酸素の侵入が防止でき、コンタクトプラグのコンタクト抵抗が増大することを防止することができる。また、水素バリア膜によって、下部電極の下方から容量絶縁膜への水素の侵入を防止できる。 As described above, according to the semiconductor memory device of the present invention, the conductive oxygen barrier film is reduced by the insulating reaction preventing film formed so as to be in contact with the side surface of the lower electrode including the conductive oxygen barrier film. Can be prevented. In addition, there is no shape defect in the conductive oxygen barrier film. As a result, the oxygen barrier property of the conductive oxygen barrier film does not deteriorate, oxygen can be prevented from entering the contact plug, and the contact resistance of the contact plug can be prevented from increasing. In addition, the hydrogen barrier film can prevent hydrogen from entering the capacitor insulating film from below the lower electrode.
また、本発明に係る半導体記憶装置の製造方法によれば、導電性酸素バリア膜を含む下部電極の側面に接するように形成された絶縁性反応防止膜によって、埋め込み絶縁膜を形成する工程において、導電性酸素バリア膜が還元されるのを防止できる。また、導電性酸素バリア膜に形状不良が生じない。その結果、導電性酸素バリア膜の酸素バリア性が劣化せず、コンタクトプラグへの酸素の侵入が防止でき、コンタクトプラグのコンタクト抵抗が増大することを防止することができる。また、水素バリア膜によって、下部電極の下方から容量絶縁膜への水素の侵入を防止できる。 Further, according to the method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, in the step of forming the buried insulating film with the insulating reaction preventing film formed so as to be in contact with the side surface of the lower electrode including the conductive oxygen barrier film, The conductive oxygen barrier film can be prevented from being reduced. In addition, there is no shape defect in the conductive oxygen barrier film. As a result, the oxygen barrier property of the conductive oxygen barrier film does not deteriorate, oxygen can be prevented from entering the contact plug, and the contact resistance of the contact plug can be prevented from increasing. In addition, the hydrogen barrier film can prevent hydrogen from entering the capacitor insulating film from below the lower electrode.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態にかかる半導体記憶装置について、図1を参照しながら説明する。
(First embodiment)
The semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図1は本発明の第1の実施形態にかかる半導体記憶装置の要部断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.
図1に示すように、半導体基板1上には、素子分離領域2及びソース領域またはドレイン領域を含む活性領域3が形成されており、さらに、ゲート絶縁膜4a、ゲート電極4b及びサイドウォール4cからなるゲート4が形成されている。活性領域3及びゲート4により、トランジスタが構成されている。素子分離領域2及び活性領域3を有する半導体基板1上の全面に亘って、ゲート4を覆うように、膜厚が500〜1000nmである酸化シリコン又は窒化シリコンよりなる層間絶縁膜5が形成されている。層間絶縁膜5の上には、膜厚が10nm〜150nmである窒化シリコンよりなる絶縁性の水素バリア膜7が形成されている。層間絶縁膜5と水素バリア膜7を貫通して、タングステン又はn型不純物がドープされた低抵抗ポリシリコンよりなると共に下端が活性領域3と接するコンタクトプラグ6(径は0.24μm)が形成されている。
As shown in FIG. 1, an
コンタクトプラグ6の上を含む水素バリア膜7の上に、下層から順に、TiAlNからなる導電性水素バリア膜8a、下層から順にIrとIrO2からなる導電性酸素バリア膜8bおよびPtからなる導電体膜8cとの積層膜からなる下部電極8が形成されている。ここで、下部電極8を構成する各膜の膜厚は、TiAlNが40nmから60nmの範囲、Ir、IrO2、Ptがそれぞれ50nmから100nmの範囲であることが望ましい。
A conductive
下部電極8のうちで特に導電性酸素バリア膜8bと水素やプラズマとが反応することを防止するための反応防止層である絶縁性反応防止膜9(膜厚は5nm〜60nm)が、少なくとも下部電極8の側面を完全に覆うように形成され、絶縁性反応防止膜9を介して下部電極8の周囲を埋め込むように酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコン等からなる埋め込み絶縁膜10が形成されている。この埋め込み絶縁膜10および反応防止膜9の表面は平坦化されており、下部電極8の表面とほぼ同じ高さになっている。
Among the
ここで、絶縁性反応防止膜9は、TEOSが重合して形成された多量体を含む膜である。なお、埋め込み絶縁膜10の中には、TEOSが重合して形成された多量体は含まれないか、もしくは、埋め込み絶縁膜10がTEOS膜の場合には、絶縁性反応防止膜9の中に含まれるTEOSが重合して形成された多量体の量よりも少ない量のTEOSが重合して形成された多量体が含まれている。TEOSが重合して形成された多量体を含む膜は、水素やプラズマをブロッキングする効果があるため、水素やプラズマと導電性酸素バリア膜8bとが反応するのを防止する効果を有している。また、TEOSが重合して形成された多量体を含む膜と窒化シリコンとの密着性は非常に良いため、絶縁性反応防止膜9と水素バリア膜7との間において剥離が生じない。
Here, the insulating
下部電極8および埋め込み絶縁膜10上には、膜厚が50nm〜150nmである、ビスマス層状ペロブスカイト構造を有するSrBi2(TaxNb1-x)2O9(0≦x≦1)等の強誘電体からなる容量絶縁膜11が形成され、さらに容量絶縁膜11上に、膜厚が50nm〜100nmである、Ptからなる上部電極12が形成されている。
On the
下部電極8、容量絶縁膜11及び上部電極12から、容量素子14が構成されている。
A
上部電極12および容量絶縁膜11を覆うように、膜厚が5nm〜150nmである、酸化アルミニウムからなる絶縁性の水素バリア膜13が形成されている。
An insulating
本発明の半導体記憶装置によれば、導電性酸素バリア膜8bを含む下部電極8の側面に接するように形成された絶縁性反応防止膜9によって、導電性酸素バリア膜8bが還元されるのを防止できる。また、導電性酸素バリア膜8bに形状不良が生じない。その結果、導電性酸素バリア膜8bの酸素バリア性が劣化せず、コンタクトプラグ6への酸素の侵入が防止でき、コンタクトプラグ6のコンタクト抵抗が増大することを防止することができる。また、水素バリア膜7によって、下部電極8の下方から容量絶縁膜11への水素の侵入を防止できる。
According to the semiconductor memory device of the present invention, the conductive
次に、本実施形態にかかる半導体記憶装置におけるコンタクトプラグ6と下部電極8とのコンタクト抵抗の評価結果と反応防止膜9を形成していない半導体記憶装置におけるコンタクト抵抗の評価結果(比較例)との比較を、図5を参照しながら説明する。ここで、比較例は、本実施形態における半導体記憶装置において、反応防止膜9を形成していない点を除いては、本実施形態にかかる半導体記憶装置と同じ構成である。なお、本実施形態にかかる半導体記憶装置及び比較例において、埋め込み絶縁膜10としては、プラズマCVD法によって形成した酸化シリコン膜を用いている。
Next, the evaluation result of the contact resistance between the
図5は、本実施形態にかかる半導体記憶装置(本発明)及び比較例(従来構造)における、8インチシリコンウエハー面内の全点でのコンタクト抵抗の測定結果である。なおここでは、コンタクトの形状を1辺が0.24μmの正方形と仮定している。 FIG. 5 shows measurement results of contact resistance at all points on the 8-inch silicon wafer surface in the semiconductor memory device (present invention) and the comparative example (conventional structure) according to the present embodiment. Here, the contact shape is assumed to be a square having a side of 0.24 μm.
比較例の場合には、コンタクト抵抗はオープン状態であった。これは、下部電極8と埋め込み絶縁膜10とが直接接触している構成であるため、埋め込み絶縁膜10となる絶縁膜形成時(第2の実施形態における図3(a)に対応する工程)における水素の還元作用により、下部電極8を構成する酸素バリア膜8bの酸素バリア性が失われ、高誘電体や強誘電体の結晶化に必要な高温酸素アニール時に、酸素が下部電極8中を拡散し、コンタクトプラグ6の表面が酸化し、コンタクト抵抗が非常に高抵抗になったためである。
In the case of the comparative example, the contact resistance was in an open state. This is a configuration in which the
一方、本実施形態にかかる半導体記憶装置の場合には、ウエハー面内全点でコンタクト抵抗が50Ωから100Ωの範囲であり非常にばらつきも少なくかつ低抵抗化を実現できた。これは、上記のように下部電極8と埋め込み絶縁膜10とが直接接触していない構成であるため、導電性酸素バリア膜8bが還元されるのを防止できる。また、導電性酸素バリア膜8bに形状不良が生じない。その結果、下部電極8を構成する酸素バリア膜8bの酸素バリア性が失われることが防止でき、このため、高誘電体や強誘電体の結晶化に必要な高温酸素アニール時においても、酸素は下部電極8中を拡散せず、コンタクトプラグ6の表面が酸化されるのが防止されたためにコンタクト抵抗が適当な値を示したと考えられる。
On the other hand, in the case of the semiconductor memory device according to the present embodiment, the contact resistance is in the range of 50Ω to 100Ω at all points in the wafer surface, and there is very little variation and low resistance can be realized. Since the
(第2の実施形態)
図2は本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a process sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
なお、第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法は、前述の第1の実施形態で説明した半導体記憶装置を製造する方法であるので、図2における構成要素のうち、前述の第1の実施形態で説明した半導体記憶装置の構成要素と共通する部分は、同一の符号を用いている。 Since the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the second embodiment is a method for manufacturing the semiconductor memory device described in the first embodiment, among the components shown in FIG. Portions common to the components of the semiconductor memory device described in the embodiment are denoted by the same reference numerals.
まず、図2(a)に示すように、半導体基板1上に、素子分離領域2及びソース領域またはドレイン領域を含む活性領域3を形成し、ゲート絶縁膜4a、ゲート電極4b及びサイドウォール4cからなるゲート4を形成する。続いて、ゲート4を覆うように、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を成膜した後、CMP法によって平坦化し、膜厚が500〜1000nmである層間絶縁膜5を形成する。続いて、層間絶縁膜5の上に、膜厚が10nm〜150nmである窒化シリコンよりなる絶縁性の水素バリア膜7を形成する。続いて、層間絶縁膜5と水素バリア膜7を貫通して、ドライエッチング法により、層間絶縁膜5に、活性領域3を露出させるコンタクトホールを形成する。その後、CVD法により、コンタクトホールの中を含む水素バリア膜7上の全面に亘って、タングステン又はn型不純物がドープされた低抵抗ポリシリコンを成膜した後、CMP法により、水素バリア膜7上に成膜されているタングステン又はn型不純物がドープされた低抵抗ポリシリコンを除去してコンタクトプラグ6(径は0.24μm)を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, an
次に、図2(b)に示すように、スパッタリング法又はCVD法により、コンタクトプラグ6の上を含む水素バリア膜7の上に、TiAlNよりなる水素バリア材料を成膜した後、スパッタリング法又はCVD法により、水素バリア材料の上に、下層から順にIrとIrO2が積層されてなる酸素バリア材料を成膜し、更に、スパッタリング法又はCVD法により、酸素バリア材料の上にPtよりなる電極材料を堆積する。その後、電極材料及び第1及び第2の水素バリア材料を所望の形状に加工するために、塩素を含むガスを用いたドライエッチングを行なうことにより、下層から順に、TiAlNからなる導電性酸素水素バリア膜8a、下層から順にIrとIrO2からなる導電性酸素バリア膜8bおよびPtからなる導電体膜8cとの積層膜からなる下部電極8を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, a hydrogen barrier material made of TiAlN is formed on the
次に、図2(c)に示すように、少なくとも下部電極8の側面を覆うように、半導体基板1の全面に渡って、TEOSとオゾン(O3)を原料とした常圧CVD法により、TEOSが重合して形成された多量体を含む膜よりなる絶縁性反応防止膜9a(膜厚は5nm〜60nm)を形成する。ここで、例えば、TEOSの流量は、500〜1000cc(標準状態)であり、オゾン濃度は12〜15wt%とする。常圧でのTEOS−O3系CVDにおいては、オゾンの流量が多い条件において、導入されたオゾン分子が酸素分子と酸素ラジカルに分解し、この酸素ラジカルの作用によって、TEOSが重合し、多量体(オリゴマー)が形成され、このオリゴマーが下地膜表面に吸着し凝縮相が形成されることが知られており(応用物理 第61巻 第11号(1992)pp.1116−1123を参照)、本実施形態では、このTEOSが重合して形成された多量体を含む膜を反応防止膜9aとしている。
Next, as shown in FIG. 2C, the atmospheric pressure CVD method using TEOS and ozone (O 3 ) as raw materials over the entire surface of the
次に、図3(a)に示すように、下部電極8を覆うようにして、反応防止膜9aの上に、埋め込み絶縁膜10となる絶縁膜として400nm〜600nmの膜厚の酸化シリコン膜10aをCVD法で成膜する。この際、TEOSが重合して形成された多量体を含む膜を反応防止膜9aは、水素やプラズマと導電性酸素バリア膜8bとが反応するのを防止する役割を果たす。
Next, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film 10a having a thickness of 400 nm to 600 nm is formed as an insulating film to be a buried insulating
次に、図3(b)に示すように、反応防止膜9a及び酸化シリコン膜10aを、下部電極8の表面が露出するまでCMP法により研磨することにより、隣接する下部電極8間を電気的に絶縁する埋め込み絶縁膜10および反応防止膜9を形成する。この埋め込み絶縁膜10および反応防止膜9の表面は平坦化されており、下部電極8の表面とほぼ同じ高さになっている。
Next, as shown in FIG. 3B, the
次に、図4(a)に示すように、下部電極8および埋め込み絶縁膜10の上に、SrBi2(TaxNb1-x)2O9(0≦x≦1)よりなる誘電体薄膜を、有機金属分解法(MOD法)、有機金属化学気相堆積法(MOCVD法)またはスパッタリング法により成膜する。誘電体薄膜の膜厚は、12.5nm〜100nmの範囲である。また、誘電体薄膜を成膜した後には、結晶化のために、酸素を含む雰囲気下で600℃〜800℃の範囲の熱処理が施されている。なお、熱処理は、炉又はRTA(Rapid Tharmal Anneal)装置において実施される。続いて、スパッタリング法又はCVD法により、誘電体薄膜の上面に、Ptよりなる電極材料を成膜した後、電極材料と誘電体薄膜を所望の形状に加工するために、Ptよりなる電極材料上にレジストパターンを形成後、塩素又はフッ素を含むガスを用いたドライエッチング法により、埋め込み絶縁膜10の表面が露出するまでエッチングして、容量絶縁膜11及び上部電極12を形成する。上部電極12は下部電極8と対向するように形成される。また、上部電極12の膜厚は、50nm〜100nmの範囲である。下部電極8、容量絶縁膜11及び上部電極12から、容量素子14が構成される。
Next, as shown in FIG. 4A, a dielectric thin film made of SrBi 2 (Ta x Nb 1-x ) 2 O 9 (0 ≦ x ≦ 1) is formed on the
次に、図4(b)に示すように、上部電極12の上面と、上記エッチングで露出した上部電極12の側面および容量絶縁膜11の側面と、埋め込み絶縁膜10の表面とを覆うように、酸化アルミニウムからなる絶縁性水素バリア膜13を、膜厚5nmから100nmの範囲でCVD法またはスパッタ法により形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, the upper surface of the
なお、図4(b)には示していないが、埋め込み絶縁膜10の表面に位置する絶縁性水素バリア膜13は、容量素子14が形成されている領域以外の領域(例えば、活性領域3とビット線を接続するためのコンタクトホールを形成する領域)において、エッチングにより除去してもよい。
Although not shown in FIG. 4B, the insulating
本実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法によれば、導電性酸素バリア膜8bを含む下部電極8の側面に接するように形成された絶縁性反応防止膜9によって、埋め込み絶縁膜10を形成する工程(図3(a)に対応する工程)において、水素の触媒作用によって導電性酸素バリア膜8bが還元されるのを防止できる。また、導電性酸素バリア膜8bに形状不良が生じない。その結果、導電性酸素バリア膜8bの酸素バリア性が劣化せず、コンタクトプラグ6への酸素の侵入が防止でき、コンタクトプラグ6のコンタクト抵抗が増大することを防止することができる。特に、埋め込み絶縁膜10となる絶縁膜10aをプラズマCVD法によって形成する場合には、原料ガスであるSiH4やNH3が酸素バリア膜8bを還元するのを効果的に防止できる。また、水素バリア膜7によって、下部電極の下方から容量絶縁膜11への水素の侵入を防止できる。
According to the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the present embodiment, the buried insulating
なお、第1及び第2の実施形態において、反応防止膜9として、TEOSが重合して形成された多量体を含む膜を用いたが、窒化シリコン膜を用いてもよい。この場合においても、窒化シリコン膜は、水素やプラズマをブロッキングする効果があるため、反応防止効果を有している。また、絶縁性反応防止膜9と水素バリア膜7との間において剥離が生じない。
In the first and second embodiments, as the
また、第1及び第2の実施形態において、容量絶縁膜11として、SrBi2(TaxNb1-x)2O9(0≦x≦1)を用いたが、これに限られず、ビスマス層状ペロブスカイト構造を有する強誘電体であればよい。例えば、チタン酸ジルコン鉛、チタン酸ストロンチウムバリウム又は五酸化タンタル等を用いるとよい。 In the first and second embodiments, SrBi 2 (Ta x Nb 1-x ) 2 O 9 (0 ≦ x ≦ 1) is used as the capacitor insulating film 11, but the present invention is not limited to this, and the bismuth layer shape is used. Any ferroelectric having a perovskite structure may be used. For example, lead zirconate titanate, barium strontium titanate, or tantalum pentoxide may be used.
また、第1及び第2の実施形態において、絶縁性の水素バリア膜7として、窒化シリコン膜を用いたが、絶縁性の水素バリア膜7の少なくとも表面部分が窒化シリコンであればよい。また、窒化シリコン膜に限定されるものではなく、水素バリア性を有する絶縁膜であればよく、反応防止膜9との密着性の観点からは特にアルミニウムを構成元素として含まない絶縁膜が好ましい。例えば、酸窒化シリコン膜であってもよい。
In the first and second embodiments, a silicon nitride film is used as the insulating
また、第1及び第2の実施形態において、酸素バリア膜8bとして、下層から順にIrとIrO2からなる積層膜を用いたが、二酸化イリジウム(IrO2 )、下層から順次形成されたイリジウム(Ir)と二酸化イリジウム(IrO2 )とからなる積層膜、二酸化ルテニウム(RuO2 )、及び下層から順次形成されたルテニウム(Ru)と二酸化ルテニウム(RuO2 )とからなる積層膜のうちのいずれか1つにより、又はこれらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成してもよい。
In the first and second embodiments, as the
また、第1及び第2の実施形態において、導電性の水素バリア膜7として、TiAlNを用いたが、窒化チタンアルミニウム(TiAlN)、チタンアルミニウム(TiAl)、窒化珪化チタン(TiSiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化珪化タンタル(TaSiN)、窒化タンタルアルミニウム(TaAlN)、及びタンタルアルミニウム(TaAl)のうちのいずれか1つにより、又はこれらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成してもよい。
In the first and second embodiments, TiAlN is used as the conductive
前述のように、本発明は、強誘電体又は高誘電体を容量絶縁膜に用いる容量素子を含む半導体記憶装置及びその製造方法に有用である。 As described above, the present invention is useful for a semiconductor memory device including a capacitor element using a ferroelectric or high dielectric as a capacitor insulating film, and a manufacturing method thereof.
1 半導体基板
2 素子分離領域
3 活性領域
4 ゲート
4a ゲート絶縁膜
4b ゲート電極
4c サイドウォール
5 層間絶縁膜
6 コンタクトプラグ
7 水素バリア膜
8 下部電極
8a 導電性水素バリア膜
8b 導電性酸素バリア膜
8c 導電体膜
9、9a 絶縁性反応防止膜
10 埋め込み絶縁膜
10a 埋め込み絶縁膜となる絶縁膜
11 容量絶縁膜
12 上部電極
13 水素バリア膜
14 容量素子
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記層間絶縁膜上に形成された、少なくとも表面部分が窒化シリコンからなる絶縁性の第1の水素バリア膜と、
前記層間絶縁膜と前記第1の水素バリア膜とを貫通して形成されたコンタクトプラグと、
前記第1の水素バリア膜の上に形成され、前記コンタクトプラグと電気的に接続された導電性酸素バリア膜を含む下部電極と、
少なくとも前記下部電極の側面に接するように形成され、TEOSが重合して形成された多量体を含む絶縁性反応防止膜と、
前記下部電極の周囲を埋めるように前記絶縁性反応防止膜上に接して形成された埋め込み絶縁膜と、
前記下部電極及び前記埋め込み絶縁膜の上に設けられた強誘電体膜からなる容量絶縁膜と、
前記容量絶縁膜の上に形成された上部電極とを備え、
前記絶縁性反応防止膜は、前記第1の水素バリア膜上に接して形成されており、
前記埋め込み絶縁膜の中には、前記絶縁性反応防止膜の中に含まれるTEOSが重合して形成された多量体の量よりも少ない量のTEOSが重合して形成された多量体が含まれていることを特徴とする半導体記憶装置。 An interlayer insulating film formed on the substrate;
An insulating first hydrogen barrier film formed on the interlayer insulating film and having at least a surface portion made of silicon nitride;
A contact plug formed through the interlayer insulating film and the first hydrogen barrier film;
A lower electrode including a conductive oxygen barrier film formed on the first hydrogen barrier film and electrically connected to the contact plug;
An insulating reaction preventing film including a multimer formed by contacting TEOS and formed by contacting at least a side surface of the lower electrode;
A buried insulating film formed on and in contact with the insulating reaction preventing film so as to fill the periphery of the lower electrode;
A capacitive insulating film made of a ferroelectric film provided on the lower electrode and the buried insulating film;
An upper electrode formed on the capacitive insulating film,
The insulating reaction preventing film is formed over and in contact with the first hydrogen barrier film,
The buried insulating film includes a polymer formed by polymerizing TEOS in an amount smaller than that of the polymer formed by polymerizing TEOS contained in the insulating reaction preventing film. the semiconductor memory device characterized in that is.
前記層間絶縁膜の上に、少なくとも表面部分が窒化シリコンからなる絶縁性の第1の水素バリア膜を形成する工程(b)と、
前記層間絶縁膜及び前記第1の水素バリア膜を貫通するように、コンタクトプラグを形成する工程(c)と、
前記コンタクトプラグの上を含む前記第1の水素バリア膜の上に、導電性酸素バリア膜を含む下部電極を形成する工程(d)と、
前記下部電極及び前記第1の水素バリア膜を覆うように、前記第1の水素バリア膜上に接して絶縁性反応防止膜を形成する工程(e)と、
前記下部電極を覆うように、前記絶縁性反応防止膜の上に、埋め込み絶縁膜を形成する工程(f)と、
前記下部電極の上面を露出させるように、前記埋め込み絶縁膜及び前記絶縁性反応防止膜を除去する工程(g)と、
前記工程(g)の後に、前記下部電極と前記埋め込み絶縁膜の上に、強誘電体膜からなる容量絶縁膜を形成する工程(h)と、
前記容量絶縁膜の上に、上部電極を形成する工程(i)とを備え、
前記工程(e)は、TEOSとオゾンを原料とした常圧CVD法により、TEOSが重合して形成された多量体を含む膜を形成する工程を含み、
前記埋め込み絶縁膜の中には、前記絶縁性反応防止膜の中に含まれるTEOSが重合して形成された多量体の量よりも少ない量のTEOSが重合して形成された多量体が含まれていることを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。 Forming an interlayer insulating film on the substrate (a);
Forming an insulating first hydrogen barrier film having at least a surface portion made of silicon nitride on the interlayer insulating film;
A step (c) of forming a contact plug so as to penetrate the interlayer insulating film and the first hydrogen barrier film;
Forming a lower electrode including a conductive oxygen barrier film on the first hydrogen barrier film including the contact plug;
Forming an insulating reaction preventing film on the first hydrogen barrier film so as to cover the lower electrode and the first hydrogen barrier film;
A step (f) of forming a buried insulating film on the insulating reaction preventing film so as to cover the lower electrode;
Removing the buried insulating film and the insulating reaction preventing film so as to expose the upper surface of the lower electrode (g);
After the step (g), a step (h) of forming a capacitive insulating film made of a ferroelectric film on the lower electrode and the buried insulating film;
And (i) forming an upper electrode on the capacitive insulating film ,
The step (e) by atmospheric pressure CVD using TEOS and ozone as a raw material, it saw including a step of forming a film comprising a multimer formed TEOS is polymerized,
The buried insulating film includes a polymer formed by polymerizing TEOS in an amount smaller than that of the polymer formed by polymerizing TEOS contained in the insulating reaction preventing film. A method for manufacturing a semiconductor memory device.
前記工程(h)及び前記工程(i)の後に、前記上部電極の上面と、上記エッチングで露出した前記上部電極の側面および前記容量絶縁膜の側面と、前記埋め込み絶縁膜の表面とを覆うように、絶縁性の第2の水素バリア膜を形成する工程(j)をさらに備えていることを特徴とする請求項3記載の半導体記憶装置の製造方法。 In the step (h) and the step (i), etching is performed until the surface of the buried insulating film is exposed, thereby forming the capacitive insulating film and the upper electrode.
After the step (h) and the step (i), the upper surface of the upper electrode, the side surface of the upper electrode exposed by the etching, the side surface of the capacitive insulating film, and the surface of the buried insulating film are covered. 4. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 3 , further comprising a step (j) of forming an insulating second hydrogen barrier film.
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