JP6439284B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、強誘電体キャパシタを有する半導体装置の製造方法と構成に関する。 The present invention relates to a manufacturing method and a configuration of a semiconductor device having a ferroelectric capacitor.
近年、デジタル技術の進展に伴い、大容量のデータを高速に処理又は保存する傾向が高まっている。より低電圧で高速の書き込み及び読み出し動作が可能な不揮発性ランダムアクセスメモリ(RAM:Random Access Memory)を実現するために、容量絶縁膜として自発分極特性を有する強誘電体膜を用いる技術が開発されている。このような記憶装置は、強誘電体メモリあるいは「FeRAM」と呼ばれている。 In recent years, with the progress of digital technology, there is an increasing tendency to process or store a large amount of data at high speed. In order to realize a nonvolatile random access memory (RAM) capable of high-speed write and read operations at a lower voltage, a technology using a ferroelectric film having spontaneous polarization characteristics as a capacitive insulating film has been developed. ing. Such a storage device is called a ferroelectric memory or “FeRAM”.
強誘電体メモリでは、キャパシタに用いられる強誘電体膜が半導体プロセスで一般に使われる還元雰囲気中で還元されやすく、強誘電性が劣化するという問題が生じる。図1に示すように、下部電極1014、強誘電体膜1013、上部電極1012で構成される強誘電体キャパシタ1015を水素バリア膜1016で保護する場合でも、コンタクトプラグ1033、1037を形成する際に、タングステン(W)の成膜過程で発生する水素(H)やフッ素(F)が強誘電体キャパシタ1015に侵入する。侵入した水素やフッ素は強誘電体膜1013の結晶に欠損やボイドを生じさせる。上部電極1012が酸化イリジウム(IrO)などの金属酸化物で形成されている場合は、上部電極1012も水素やフッ素により侵食されダメージ層Dが生じる。
In a ferroelectric memory, a ferroelectric film used for a capacitor is easily reduced in a reducing atmosphere generally used in a semiconductor process, resulting in a problem that the ferroelectricity deteriorates. As shown in FIG. 1, even when the
強誘電体膜1013の還元を抑制するために様々な提案がなされている。キャパシタを覆う層間絶縁膜を一定の厚さまで研磨した後にキャパシタ上面の水素バリア膜までエッチバックし、その後、上部電極上の水素バリア膜の一部をエッチングして開口を形成し、開口内に露出する上部電極上に直接チタン(Ti),チタンナイトライド(TiN),アルミニウム(Al),TiNをこの順で積層して4層の配線を形成する方法が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
Various proposals have been made to suppress the reduction of the
別の方法として、キャパシタの側面を水素バリア膜で覆い、キャパシタの上面には水素バリア膜を配置せずに、上部電極の上面全体を覆って、TiN、アルミ銅(AlCu)、及びTiNの三層の配線を形成する方法が知られている(たとえば、特許文献2参照)。 As another method, the side surface of the capacitor is covered with a hydrogen barrier film, and the entire upper surface of the upper electrode is covered with no hydrogen barrier film disposed on the upper surface of the capacitor, and three layers of TiN, aluminum copper (AlCu), and TiN are covered. A method of forming a layer wiring is known (see, for example, Patent Document 2).
図1の従来構成では、強誘電体キャパシタ1015の上方に層間絶縁膜1011を300〜500nm程度の厚さで残し、層間絶縁膜1011に上部電極1012に到達するコンタクトホール1017と、下部電極1014に到達するコンタクトホール1018が形成される。コンタクトホール1017、1018を形成するときに、水素バリア膜1016の一部を除去して上部電極1012と下部電極1014の一部を露出し、コンタクトホール1017、1018の底部と側壁にグルー膜1031、1037を形成する。このグルー膜1031、1037は、タングステン膜1032、1037の成膜時に発生する水素やフッ素をブロックしきれない。アスペクト比の大きいコンタクトホール1017,1018内に形成されるグルー膜1031、1037は不均一となり、コンタクトホール1017、1018の内壁、特に底面を完全に覆うことができず、水素、フッ素等が突き抜けるからである。また、コンタクトホール1017、1018内に成膜されるタングステン膜1032,1036も不均一になり、成膜時に発生する水素やフッ素が強誘電体キャパシタ1015の上部電極1012に侵入する。さらに、層間絶縁膜1011のエッチングの際に、コンタクトホール1017、1018内で露出する水素バリア膜1016に塩素(Cl)や下部電極1014のプラチナ(Pt)が残留し、水分を吸着して水素を発生し、強誘電性を劣化させる。
In the conventional configuration of FIG. 1, the interlayer
特許文献1の方法は、研磨の後にエッチバックを行い工程が多くなる。また、層間絶縁膜から水素や水が強誘電体膜に侵入するのを完全に防止できない、基板上のトランジスタへのコンタクトホールが深すぎて完全に埋め込むことができないという問題がある。
In the method of
特許文献2の方法は、キャパシタの上部電極の表面を研磨して凹凸を低減するが、上部電極自体にダメージを与えてしまう。また、キャパシタが配置される層以降の層間絶縁膜の水分や水素が上部電極に侵入し、強誘電体膜にダメージを与える。 The method of Patent Document 2 polishes the surface of the upper electrode of the capacitor to reduce the unevenness, but damages the upper electrode itself. In addition, moisture and hydrogen in the interlayer insulating film after the layer in which the capacitor is disposed enter the upper electrode and damage the ferroelectric film.
そこで、半導体プロセスで発生する水素、フッ素等の強誘電体キャパシタへの侵入を防止し、メモリの強誘電性を維持することのできる半導体装置の製造方法と構成を提供することを課題とする。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and a structure for manufacturing a semiconductor device that can prevent the entry of hydrogen, fluorine, or the like generated in a semiconductor process into a ferroelectric capacitor and maintain the ferroelectricity of a memory.
ひとつの態様では、半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に、下部電極と強誘電体膜と上部電極を有するキャパシタを形成し、
前記キャパシタの側面と上面を覆う絶縁性保護膜を形成し、
前記絶縁性保護膜上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜を、前記キャパシタの前記上面を覆う前記絶縁性保護膜の位置まで研磨し、
前記研磨の後に、前記キャパシタの前記上部電極の一部を露出する開口と、前記下部電極または前記半導体基板上のトランジスタ上方にコンタクトホールとを形成し、
前記開口内と前記コンタクトホール内に、前記下部電極または前記トランジスタと電気的に接続する第1導体膜と第2導体膜を順次形成し、
前記第1導体膜と前記第2導体膜を、前記上部電極上に残る前記絶縁性保護膜の位置まで研磨して、前記開口内を埋める導電性保護膜と、前記コンタクトホールを埋めるコンタクトプラグとを形成し、
前記導電性保護膜上と前記コンタクトプラグ上に配線を形成する、
ことを特徴とする。
In one aspect, a method for manufacturing a semiconductor device includes:
A capacitor having a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode is formed on a semiconductor substrate,
Forming an insulating protective film covering the side surface and the upper surface of the capacitor;
Forming an interlayer insulating film on the insulating protective film;
Polishing the interlayer insulating film to the position of the insulating protective film covering the upper surface of the capacitor,
After the polishing, an opening exposing a part of the upper electrode of the capacitor and a contact hole above the transistor on the lower electrode or the semiconductor substrate are formed,
A first conductor film and a second conductor film electrically connected to the lower electrode or the transistor are sequentially formed in the opening and the contact hole,
Polishing the first conductor film and the second conductor film to the position of the insulating protective film remaining on the upper electrode to fill the opening; and a contact plug filling the contact hole; Form the
Forming wiring on the conductive protective film and on the contact plug;
It is characterized by that.
半導体プロセスで発生する水素、フッ素等の強誘電体キャパシタへの侵入を防止し、メモリの強誘電性を維持することができる。 It is possible to prevent the intrusion of ferroelectric capacitors such as hydrogen and fluorine generated in the semiconductor process, and maintain the ferroelectricity of the memory.
以下の実施形態では、半導体装置の一例として、半導体基板上に記憶保持用の強誘電体キャパシタとメモリセルトランジスタを備えた強誘電体メモリの構成と製造方法を説明する。 In the following embodiments, as an example of a semiconductor device, a configuration and a manufacturing method of a ferroelectric memory including a memory holding ferroelectric capacitor and a memory cell transistor on a semiconductor substrate will be described.
実施形態の手法と構成に至る過程で、図1の従来構成を維持したまま、強誘電体キャパシタの上部電極や下部電極に接続されるコンタクトホール内に均一なグルー膜とプラグ用の導電膜を形成する試みを行った。たとえば、バイアスをかけながらグルー膜とプラグ用の導電膜を形成することで、コンタクトホールの底部に厚く成膜する試みを行った。しかし、実際に作製されたコンタクトプラグでは、コンタクトホールの底部と側壁で均一な膜厚を得ることができなかった。 In the process leading to the method and configuration of the embodiment, while maintaining the conventional configuration of FIG. 1, a uniform glue film and a plug conductive film are formed in the contact holes connected to the upper electrode and the lower electrode of the ferroelectric capacitor. An attempt was made to form. For example, an attempt was made to form a thick film on the bottom of the contact hole by forming a glue film and a conductive film for plug while applying a bias. However, in the actually produced contact plug, a uniform film thickness cannot be obtained at the bottom and side walls of the contact hole.
そこで、実施形態では、強誘電体キャパシタの上部電極と上層の配線の間を電気的に接続するコンタクトプラグを排除し、かつ強誘電体キャパシタへの水素やフッ素の侵入を防止する構成及び手法を提供する。 Therefore, in the embodiment, there is provided a configuration and method for eliminating the contact plug that electrically connects the upper electrode of the ferroelectric capacitor and the upper layer wiring, and preventing the penetration of hydrogen and fluorine into the ferroelectric capacitor. provide.
簡潔に説明すると、強誘電体キャパシタの全体を絶縁性保護膜で保護し、強誘電体キャパシタの上面を覆う絶縁性保護膜を研磨のストッパとして用いて、層間絶縁膜を強誘電体キャパシタとほぼ同じ高さまで研磨する。研磨により露出した上部電極上の絶縁性保護膜に開口を形成して上部電極の一部を露出し、膜厚が低減された層間絶縁膜に下部電極または下層のプラグに到達するコンタクトホールを形成する。開口とコンタクトホールを導電性保護膜とプラグ用導体膜で埋め込んだ後に、上部電極上に残る絶縁性保護膜の位置まで導電性保護膜とプラグ用導体膜を研磨して、開口内を埋める導電性保護膜とコンタクトプラグを形成する。導電性保護膜とコンタクトプラグ上に直接配線を形成する。 Briefly, the entire ferroelectric capacitor is protected with an insulating protective film, and the insulating protective film covering the upper surface of the ferroelectric capacitor is used as a polishing stopper, and the interlayer insulating film is almost the same as the ferroelectric capacitor. Polish to the same height. An opening is formed in the insulating protective film on the upper electrode exposed by polishing to expose a part of the upper electrode, and a contact hole reaching the lower electrode or the lower plug is formed in the interlayer insulating film whose film thickness is reduced. To do. After the opening and contact hole are filled with the conductive protective film and the conductive film for plug, the conductive protective film and the conductive film for plug are polished up to the position of the insulating protective film remaining on the upper electrode to fill the opening. A protective protective film and a contact plug are formed. A wiring is formed directly on the conductive protective film and the contact plug.
上部電極上の絶縁性保護膜に形成される開口の深さは開口の径以下であり、アスペクト比は1以下である。また、層間絶縁膜を強誘電体キャパシタの高さに対応する位置まで研磨することで、デバイスの厚さ方向のサイズが小さくなり、層間絶縁膜に形成されるコンタクトホールのアスペクト比を1以下とすることができる。アスペクト比が小さな開口内とコンタクトホール内に、均一な膜厚と膜質の導電性保護膜が形成され、プラグ形成過程で生じる水素やフッ素をブロックすることができる。 The depth of the opening formed in the insulating protective film on the upper electrode is not more than the diameter of the opening, and the aspect ratio is not more than 1. Further, by polishing the interlayer insulating film to a position corresponding to the height of the ferroelectric capacitor, the size in the thickness direction of the device is reduced, and the aspect ratio of the contact hole formed in the interlayer insulating film is 1 or less. can do. A conductive protective film having a uniform film thickness and film quality is formed in the opening and contact hole with a small aspect ratio, and hydrogen and fluorine generated in the plug formation process can be blocked.
図2は、半導体装置1の強誘電体キャパシタ15とその近傍の構成を示す図である。強誘電体キャパシタ15は、下部電極14と、強誘電体膜13と、上部電極12を有する。強誘電体キャパシタ15の側面と上部電極12の一部は、絶縁性保護膜16で覆われている。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the
上部電極12の外周部分は、絶縁性保護膜16で覆われ、外周以外の中央部分は、導電性保護膜19に覆われている。導電性保護膜19は、後述するように、上部電極12上の絶縁性保護膜16に形成された開口17内に配置されている。導電性保護膜19に、配線25が直接接続される。配線25はたとえば3層の積層配線であり、チタン(Ti)膜21と、アルミニウム(Al)膜22と、Ti膜23の積層である。あるいは、後述するように、Ti/TiN膜21と、AlCu膜22とTiN/Ti膜23の積層であってもよい。
An outer peripheral portion of the
上部電極12上にコンタクトプラグを設置せずに、絶縁性保護膜16の開口17内を埋める均一で十分な厚さの導電性保護膜19を介して配線25を接続するので、強誘電体キャパシタ15への水素やフッ素の侵入を防止し、上層の配線との確実なコンタクトをとることができる。
Since the
図1との比較の観点から、図2ではプレーナ型の強誘電体キャパシタ15を用いている。下部電極14と上層の配線25は、コンタクトプラグ37によって電気的に接続されている。図1の構成と比較して、層間絶縁膜11の膜厚が小さく、コンタクトプラグ37のアスペクト比は1以下である。図示の都合上、コンタクトプラグ37のアスペクト比が1よりも大きく見えるが、実際は、強誘電体膜13と上部電極12のトータルの厚さは180〜280nm程度、プラグ径は300〜400nmであり、アスペクト比は1以下となる。アスペクト比が1以下のコンタクトホール内に、グルー膜35とW膜36が均一な膜厚、膜質で形成され、層間絶縁膜11から水素やフッ素が強誘電体膜13に侵入するのを防止することができる。
From the viewpoint of comparison with FIG. 1, a planar type
図3A〜図3Lは、実施例1の半導体装置100Aの製造工程図である。
3A to 3L are manufacturing process diagrams of the
図3Aで、n型又はp型の半導体基板(たとえばシリコン基板)111の素子分離領域112によって区画される領域にウェル114を形成する。ウェル114の表面の活性領域に、ゲート絶縁膜115、ゲート電極116、ソース/ドレイン領域117、ソース・ドレインエクステンション118を有するMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタTrを形成する。シリコン基板111の表面の必要な個所に図示しない高融点金属シリサイド層を形成し、カバー絶縁膜106を形成する。カバー絶縁膜106は、たとえばプラズマCVD法により約200nmの厚さに形成されたシリコン酸窒化膜(SiON)116である。
In FIG. 3A, a well 114 is formed in a region partitioned by an
カバー絶縁膜106の上に、TEOSガスを使用するプラズマCVD法により第1層間絶縁膜107として酸化シリコン膜107を厚さ約1000nmに形成し、第1層間絶縁膜107の上面を化学機械研磨(CMP)法により研磨して平坦化する。CMPの結果、第1層間絶縁膜107の厚さは、シリコン基板111の平坦面上で約700nmとなる。
A
フォトリソグラフィによりカバー絶縁膜106と第1層間絶縁膜107とをパターニングして、ソース/ドレイン領域117に接続する第1コンタクトホールを、たとえば0.25μmの径で形成する。コンタクトホール内に、厚さが30nmのTi膜上に厚さが20nmのTiN膜を積層したTiN/Ti密着膜(グルー膜)108を形成し、CVD法によりホール内にタングステン(W)膜119を充填して表面を平坦化して、コンタクトプラグ120a〜120cを形成する。さらに、平坦化された基板全面に、SiONの第1酸化防止膜121をプラズマCVD法により、例えば130nmの膜厚に形成する。第1酸化防止膜121上に、TEOSを原料としたプラズマCVD法により、例えば300nmの膜厚の第2層間絶縁膜122を形成する。第1酸化防止膜121はSiONに限らず、シリコン窒化(SiN)膜や酸化アルミニウム(AlO)膜であってもよい。
The
図3Bで、第2層間絶縁膜122と第1酸化防止膜(SiON、AlOなど)121を貫通して、第1コンタクトプラグ120a、120bと電気的に接続される第2コンタクトプラグ125を形成する。第2コンタクトプラグ125は、第1コンタクトプラグ120a〜120cと同様に、グルー膜123とプラグ用導電膜124を有する。第2層間絶縁膜122の上の余分なグルー膜123とプラグ用導電膜124をCMPで研磨する際に、研磨対象であるグルー膜123とプラグ用導電膜124の研磨速度が、下地の第2層間絶縁膜122よりも速くなるようなスラリ、例えばCabot Microelectronics Corporation製のSSW2000を使用する。第2層間絶縁膜122上に研磨残を残さないために、CMPの研磨量はグルー膜122とW膜124の合計膜厚よりも厚く設定され、オーバー研磨される結果、図示はしないが、コンタクトプラグ125の表面にリセスが発生する。
In FIG. 3B, a
図3Cで、全面に、結晶性向上のためのグルー膜127を形成する。グルー膜127として、たとえばTiN膜127を形成する。まず、スパッタ法により厚さ10nm以下のチタン(Ti)膜を形成し、ラピッドサーマルアニール(RTA)により窒素雰囲気中で650℃、60秒の熱処理を行って、結晶面が(111)配向のTiN膜127とする。TiN膜127の上に、酸素拡散バリア膜128を形成する。酸素拡散バリア膜128として、たとえば厚さ40nmのチタンアルミニウムナイトライド(TiAlN)膜128を形成する。酸素拡散バリア膜128は、TiAlNに限らず、研磨できる酸窒化チタンアルミニウム(TiAlON)、窒化タンタルアルミニウム(TaAlN)、酸窒化タンタルアルミニウム(TaAlON)、窒化ハフニウムアルミニウム(HfAlN)、酸窒化ハフニウムアルミニウム(HfAlON)、窒化イリジウムシリコン(IrSiN)、酸窒化イリジウムシリコン(IrSiON)、窒化イリジウムアルミニウム(IrAlN)、酸窒化イリジウムアルミニウム(IrAlON)、窒化ルテニウムシリコン(RuSiN)、酸窒化ルテニウムシリコン(RuSiON)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化ハフニウム(HfN)の中のいずれかの単層膜或いは積層膜でもよい。
In FIG. 3C, a
酸素拡散バリア膜128の上に下部電極膜129mとしてイリジウム(Ir)膜を、30〜50nmの厚さに形成する。Ir膜上に導電性の貴金属酸化膜を積層して下部電極膜129mを二層構造としてもよい。下部電極膜129m上に、強誘電体膜131mとしてチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)膜131mを80nmの厚さに形成する。PZTは、ゾル−ゲル法、CSD法、スパッタ法又はMOCVD法により形成する。強誘電体膜131mは単層でも積層膜でもよく、一例として、70nmと10nmの積層強誘電体膜131mを使用する。強誘電体膜131m上に、上部電極膜132mを形成する。たとえば、第1上部電極膜として成膜の時点で結晶化したIrOx膜をスパッタ法により厚さ25nmで形成し、RTAにより、酸素20sccmとアルゴン(Ar)2000sccmの雰囲気中で725℃、120秒の熱処理を行う。この熱処理は強誘電体膜131mを完全に結晶化させる同時に、IrOX膜のプラズマダメージも回復でき、PZT中の酸素欠損を補償する。図示はしないが、上部電極膜132m上に、膜厚が100nm〜200nmの第2上部電極膜としてIrOY膜を形成してもよい。この場合、工程劣化を抑えるために、IrOY膜はIrO2の化学量論組成に近い組成を有するのが望ましい。IrO2の化学量論組成に近い組成とすることで、水素に対する触媒作用を抑制し、水素ラジカルによる強誘電体膜131mの還元を防止して、強誘電体キャパシタの水素耐性を向上することができる。上部電極膜132mの材料として、IrO2の代わりにIr、Ru、Rh、Re、Os、Pd、これらの酸化物、及びSrRuO3などの導電性酸化物やこれらの積層構造としてもよい。また第2上部電極膜としてIrOY膜を形成する場合は、IrOY膜上に水素バリア膜及び導電性向上膜としてスパッタ法によりIr膜を形成してもよい。成膜条件は、たとえば、Ar雰囲気中、1Paの圧力下、1.0kWのスパッタパワーで50nmの厚さに堆積する。水素バリア膜としては、他にRu膜やSrRuO3膜を使うことも可能である。
An iridium (Ir) film is formed as a
図3Dで、図示しないハードマスクを形成して、結晶性向上のためのグルー膜127から上部電極膜132mまでの積層を所定の形状に加工する。たとえば、金属とシリコン酸化膜の2層ハードマスクを用いて、上部電極膜132m、強誘電体膜131m、及び下部電極膜129mをプラズマエッチングで加工して強誘電体キャパシタ135を形成し、上層のシリコン酸化膜マスクをドライエッチング又はウエットエッチングで除去する。続いて、強誘電体キャパシタ135で覆われていない部分の酸素拡散バリア膜128、結晶性向上のためのグルー膜127、及び上層の金属マスクをエッチバックで除去する。エッチバックは、例えば、ダウンフロー型プラズマエッチングチャンバ内に流量比で5%のCF4ガスと95%O2ガスとの混合ガスをエッチングガスとして供給し、チャンバの上部電極に周波数が2.45GHzでパワーが1400Wの高周波電力を供給して、基板温度200℃の条件で行う。
In FIG. 3D, a hard mask (not shown) is formed, and the stack from the
キャパシタ形状に加工された積層構造及び基板の全面を覆って、絶縁性保護膜138を形成する。この例では、絶縁性保護膜138は第1のアルミナ(Al2O3)膜136と第2のAl2O3膜137の積層となっている。第1のAl2O3膜136は、スパッタ法、有機金属気相成長(MOCVD)法、原子層堆積(ALD)法などにより、10〜20nmの膜厚で形成する。絶縁性保護膜138はアルミナに限らず、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンからなる群から選択された単層または積層膜でもよい。次に、強誘電体膜131のダメージを回復させるために、酸素含有雰囲気中で回復アニールを施す。この回復アニールの条件は特に限定されないが、実施形態では、炉内において基板温度550℃〜700℃として行われる。強誘電体膜131がPZTの場合、610℃酸素の雰囲気中60分間のアニールを行うことが望ましい。
An insulating
図3Eで、全面に、例えばプラズマTEOSCVD法により、例えば膜厚が1300nmの第3層間絶縁膜139を形成する。第3層間絶縁膜139としてシリコン酸化膜139を形成する場合には、原料ガスとして、例えば、TEOSガスと酸素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを用いる。TEOS膜に替えて、無機絶縁膜を形成してもよい。
In FIG. 3E, a third
図3Fで、例えばCMP法により、第3層間絶縁膜139の表面を平坦化する。このCMP工程で、絶縁性保護膜138(あるいは第2Al2O3膜137)をCMPのストッパ膜として用いる。平坦化により、強誘電体キャパシタ135の上部電極132の表面を覆う絶縁性保護膜138が露出し、第3層間絶縁膜139の厚さは、第2層間絶縁膜122に対する強誘電体キャパシタ135の高さとほぼ同じになる。この構成は、図1の従来構成と異なる点である。
In FIG. 3F, the surface of the third
図3Gで、フォトリソグラフィとエッチングにより絶縁性保護膜138(第1のAl2O3膜136と第2のAl2O3膜137を含む)をパターニングし、上部電極132上の絶縁性保護膜138に第1の開口141を形成する。上部電極132の端部は絶縁性保護膜138に覆われている。上部電極132の端部を除く領域が、開口141内に露出する。
In FIG. 3G, the insulating protective film 138 (including the first Al 2 O 3
図3Hで、従前の工程で強誘電体膜131が受けたダメージを回復するために、酸素含有雰囲気中で基板温度を約400〜500℃(例えば450℃)として回復アニールを行う。 In FIG. 3H, recovery annealing is performed at a substrate temperature of about 400 to 500 ° C. (eg, 450 ° C.) in an oxygen-containing atmosphere in order to recover the damage received by the ferroelectric film 131 in the previous step.
図3Iで、第3層間絶縁膜139と第2層間絶縁膜122に、コンタクトプラグ120bに接続するコンタクトホール143を形成する。
In FIG. 3I, a
図3Jで、アルゴンプラズマを用いるRFエッチングにより、開口141内で露出している上部電極132や、コンタクトホール143内で露出するタングステン膜119の表面の自然酸化膜を除去する。次に、開口141内及びコンタクトホール143内を含む基板全面に、導電性保護膜144を形成する。導電性保護膜144として、たとえばTiN膜144をスパッタ法により100nm程度の厚さに形成する。開口141の深さは、絶縁性保護膜138の厚さに対応し、浅い開口141内に導電性保護膜144が均一な膜厚及び膜質で形成される。開口141内を埋める導電性保護膜144は、上部電極132をカバーして強誘電体キャパシタ135への水素やフッ素等の侵入を防止する。これにより水素やフッ素等の元素によって強誘電体キャパシタ135に欠損やボイドが形成されるのを防止できる。なお、下層のコンタクトプラグ120bに接続するコンタクトホール143のアスペクト比は1を超えて比較的高いので、導電性保護膜144の形成時には、SIP(Self-Ionized Plasma)技術を用いたスパッタ法のように、良好なカバレッジで成膜可能なスパッタ法を用いるのが望ましい。導電性保護膜144は、TiNに限らず、窒化タンタル(TaN)、窒化ハフニウム(HfN)、窒化クロム(CrN)、窒化ジルコニウム(ZrN)、窒化チタンアルミニウム(TiAlN)、酸窒化チタンアルミニウム(TiAlON)、窒化タンタルアルミニウム(TaAlN)、酸窒化タンタルアルミニウム(TaAlON)、窒化ハフニウムアルミニウム(HfAlN)、酸窒化ハフニウムアルミニウム(HfAlON)、窒化クロムアルミニウム(CrAlN)、酸窒化クロムアルミニウム(CrAlON)、窒化ジルコニウムアルミニウム(ZrAlN)、酸窒化ジルコニウムアルミニウム(ZeAlON)、窒化イリジウムシリコン(IrSiN)、酸窒化イリジウムシリコン(IrSiON)、窒化イリジウムアルミニウム(IrAlN)、酸窒化イリジウムアルミニウム(IrAlON)、窒化ルテニウムシリコン(RuSiN)、酸窒化ルテニウムシリコン(RuSiON)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)からなる群から選択された単層または積層膜でもよい。導電性保護膜144は、スパッタ法の他、めっき法、有機金属分解法、CSD(Chemical Solution Deposition)法、化学気相蒸着法、エピタキシャル成長法、及びMOCVD法のいずれかを用いて形成してもよい。
In FIG. 3J, the natural oxide film on the surface of the
図3Kで、導電性保護膜144上にプラグ用の導電膜として、スパッタ法によりタングステン(W)膜145を300nm程度の厚さに形成して、コンタクトホール143内を埋め込む。CVD法では、たとえば六フッ化タングステンガスと水素ガスの混合ガスを使用する。前工程の図3Jで、上部電極132上の浅い開口141内に、空洞のない均一な導電性保護膜144が形成されている。また、コンタクトホール143の側壁で露出する絶縁性保護膜138も、均一な導電性保護膜144で覆われているので、タングステン膜145の成膜時に発生する水素やフッ素から強誘電体キャパシタ135を保護することができる。プラグ用の導電膜145はタングステン膜145に限定されず、銅膜やポリシリコン膜であってもよい。銅膜については、成膜雰囲気に水素が含まれるCVD法で成膜する場合に、上部電極132上の導電性保護膜144による水素バリアの実益が大きい。また、ポリシリコン膜の成膜雰囲気にも水素が含まれるので、水素バリア性の高い導電性保護膜144を形成することにより水素から強誘電体キャパシタ135を保護することができる。基板上の余分な導電膜保護膜144とプラグ用の導電膜145をCMP法により研磨することで、図3Kのようなコンタクトプラグ146と、上部電極132上の浅い開口141内に、上部電極132上の絶縁性保護膜138とほぼ同じ厚さの導電性保護膜144が得られる。
In FIG. 3K, a tungsten (W)
図3Lで、アルゴンプラズマを用いたエッチングによりコンタクトプラグ146の上面の自然酸化膜を除去し、コンタクトプラグ146と、導電性保護膜144に対応して、配線パターン151を形成する。たとえば、スパッタ法により膜厚が60nmのTi膜と膜厚が30nmのTiN膜の積層147、膜厚が360nmのAlCu合金膜148、膜厚が70nmのTiN膜と膜厚が5nmのTi膜の積層149を順次形成する。フォトリソグラフィ技術を用いて積層膜をパターニングすることで、TiN/Ti膜147、AlCu合金膜148、Ti/TiN膜149の三層の配線パターン151が形成される。配線パターン151を第1メタル配線層とする。その後、図示はしないが、層間絶縁膜の形成、コンタクトプラグの形成及び第2メタル配線以降の配線の形成を行い、たとえばTEOS酸化膜とSiN膜からなるカバー膜を形成して強誘電体キャパシタ135を有する強誘電体メモリ100Aを完成させる。
In FIG. 3L, the natural oxide film on the upper surface of the
上述のように、強誘電体キャパシタ135の側面と上部電極132の一部(端部)を絶縁性保護膜138で覆い、絶縁性保護膜138の浅い開口141内に露出する上部電極132上に、均一な導電性保護膜を形成して強誘電体キャパシタ135を保護する。これにより、タングステンや銅などのコンタクトプラグを形成する際に、水素やフッ素が強誘電体キャパシタ135の上部電極132や強誘電体膜131へ浸入することを防ぐことができる。また、配線151からの水分や水素も導電性保護膜144と絶縁性保護膜138によってバリアされるので、強誘電体キャパシタ135の強誘電性の低下を抑制することができる。この構成と手法により、デバイスの歩留まりが向上する。
As described above, the side surface of the
図4は、実施例2の強誘電体メモリ100Bの概略断面図である。実施例2について、実施例1と異なる部分を説明する。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the
実施例2では、絶縁性保護膜138をストッパとして用いて第3層間絶縁膜139を強誘電体キャパシタ135の高さまでCMPで研磨した後に、フラットな第2の絶縁性保護膜153を形成する。第2の絶縁性保護膜153は、たとえば20〜50nmの膜厚を有し、スパッタ法、MOCVD法、ALD法などにより形成される。第2の絶縁性保護膜153は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンからなる群から選択される1以上の材料を用いた単層または積層の膜である。
In Example 2, the third
その後、実施例1の図3Iと同じ方法で、コンタクトホール143を開口し、導電性保護膜144及びプラグ用の導電膜145、上層の金属配線151を形成する。コンタクトホール143の形成前に、回復アニールを行ってもよい。
Thereafter, the
実施例2では、絶縁性保護膜138をストッパとして第3層間絶縁膜139をCMP研磨するときに、ある程度オーバー研磨が発生しても、その後、第2の絶縁性保護膜153を形成するので、コンタクトプラグ146の形成およびそれ以降の配線形成工程で発生する水素や水はキャパシタへ浸入しない。実施例1より、効果的にキャパシタの強誘電性を保つことができる。
In Example 2, when the third
図5は、実施例3の強誘電体メモリ100Cの概略断面図である。実施例3について、実施例1と異なる部分を説明する。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the ferroelectric memory 100C according to the third embodiment. A difference between the third embodiment and the first embodiment will be described.
実施例3では、トランジスタTrを覆う第1層間絶縁膜107に、トランジスタTrのソース又はドレインの一方に接続されるコンタクトプラグ120a及び120cを形成した後、酸化防止膜121と第2層間絶縁膜122を形成せずに、そのままキャパシタ用の積層を形成する。すなわち、第1層間絶縁膜107上に、結晶性向上のためのグルー膜127、酸素拡散バリア膜128、下部電極膜129m、強誘電体膜131m、及び上部電極膜132mを順次積層して(図3C参照)所定の形状に加工し、強誘電体キャパシタ135を形成する。強誘電体キャパシタとウェハ全面に絶縁性保護膜138を形成した後、全面を覆う第3層間絶縁膜139を形成し、上部電極132上に位置する絶縁性保護膜138をストッパとして第3層間絶縁膜139を平坦化する。その後、上部電極132上に位置する絶縁性保護膜138に開口141を形成して回復アニールを行う。
In Example 3, after forming contact plugs 120a and 120c connected to one of the source or drain of the transistor Tr in the first
実施例3では、第2層間絶縁膜を排除しているので、回復アニールの後、第3層間絶縁膜139と第1層間絶縁膜107を貫通してトランジスタTrのソース又はドレインの他方と接続されるコンタクトホールを形成する。開口141内の上部電極132上と、コンタクトホール内壁に導電性保護膜144を形成し、コンタクトホール内を導電膜154で埋め込んでコンタクトプラグ156を形成する。その後のプロセスは実施例1と同じである。
In the third embodiment, since the second interlayer insulating film is excluded, after the recovery annealing, the third
実施例3では、トランジスタTrのソース又はドレインの他方に接続されるコンタクトプラグ156を一度の処理で形成することができる。強誘電体キャパシタ135への水素やフッ素の侵入防止効果は、実施例1及び2と同じである。
In the third embodiment, the contact plug 156 connected to the other of the source and the drain of the transistor Tr can be formed by a single process. The effect of preventing hydrogen and fluorine from entering the
図6は、実施例4の強誘電体メモリ100Dの概略断面図である。実施例4は、絶縁性保護膜138に形成された開口141を導電性保護膜144で埋めて上部電極132を保護する構成を、プレーナ型のキャパシタに適用する。また、実施例3と同様に、第2層間絶縁膜122を省略して、CMOSバルク上にそのまま結晶性向上のためのグルー膜127、酸素拡散バリア膜128、下部電極膜169、強誘電体膜171、及び上部電極膜172を順次形成して、キャパシタ用の積層を形成する。
FIG. 6 is a schematic sectional view of a ferroelectric memory 100D according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the configuration in which the
キャパシタ用の積層を、プレーナ型の強誘電体キャパシタ175の形状に加工した後、強誘電体キャパシタ175とウェハ全面を覆う絶縁性保護膜138を形成する。全面に第3層間絶縁膜139を形成し、上部電極172上に位置する絶縁性保護膜138をストッパとして第3層間絶縁膜139を研磨して平坦化する。その後、上部電極132上に位置する絶縁性保護膜138の開口141と、下部電極169接続用のコンタクトホールを形成して回復アニールを行う。さらに、下層のコンタクトプラグ120に接続するプラグ125用のトランジスタ接続用のコンタクトホールを形成し、実施例1と同じ方法で、開口141を埋める導電性保護膜144と、下部電極169接続用のコンタクトホール内壁のグルー膜161と、トランジスタ接続用のコンタクトホール内壁のグルー膜123を形成する。続いてコントタクトホールを埋めるプラグ用導電膜124、162を形成し、全体を平坦化する。これにより、上部電極172を覆う導電性保護膜144と、コンタクトプラグ163、125が形成される。その後、実施例1と同様に、配線151を形成する。
After the capacitor stack is processed into the shape of a planar
下部電極接続用のコンタクトプラグ163は、強誘電体キャパシタ173の高さに揃う厚さの第3層間絶縁膜139に形成され、そのアスペクト比は1より小さい。また、トランジスタ接続用のコンタクトプラグ125のアスペクト比も1程度である。したがって、均一な膜厚と膜質の導電性保護膜144、及びグルー膜123,161を形成することができ、タングステンや銅などのプラグ用導電膜124、161を成膜する際の還元雰囲気から強誘電体キャパシタ175を保護することができる。
The
図7は、実施例5の強誘電体メモリ100Eの概略断面図である。実施例5は、実施例4と同様にプレーナ型の強誘電体キャパシタ175を用いるとともに、実施例2と同様に上部電極172上の絶縁性保護膜138と第3層間絶縁膜139を覆うフラットな第2の絶縁性保護膜153を形成する。この構成も、実施例1−4と同様に強誘電体キャパシタ175への水素やフッ素の侵入を防止して、強誘電性を維持することができる。
FIG. 7 is a schematic sectional view of a
実施例1〜5を通して、開口141内で上部電極132、172を保護する導電性保護膜144として、2層以上の積層膜を形成してもよい。下部電極129,169として、Ir、Ru、Pt、Pd、Os、Rh、IrOx、RuOx、PtOx、PdOx、OsOx、RhOx、SrRuO3からなる群から選択される材料の単層または積層膜を用いることができる。
Through Examples 1 to 5, two or more laminated films may be formed as the conductive
強誘電体131、171の形成方法としては、スパッタ法やMOCVD法の他に、ゾル−ゲル法、有機金属分解(MOD)法、CSD(Chemical Solution Deposition)法、化学気相蒸着(CVD)法及びエピタキシャル成長法等を用いることができる。強誘電体131、171としては、例えば、熱処理により結晶構造がBi層状構造又はペロブスカイト構造となる膜を形成することができる。このような膜としては、PZT膜の他、La、Ca、Sr及び/又はSi等を微量ドープしたPZT、SBT、BLT並びにBi系層状化合物などの一般式ABO3で表される膜が挙げられる。
上部電極132、172を形成する際には、例えば、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、レニウム、オスミウム及び/又はパラジウム等の貴金属元素を含むターゲットを用いたスパッタリングを、これらの貴金属元素の酸化が生じる条件下で行うことができる。
When the
いずれの場合も、強誘電体キャパシタ135、175の側面と上面の一部を保護する絶縁性保護膜に形成された開口141は非常に浅く、均一な膜厚、膜質の導電性保護膜144で上部電極132、172を保護することができる。また、プレーナ型の強誘電体キャパシタを形成する場合も、下部電極169に接続するコンタクトプラグのアスペクト比が1より小さくなり、還元雰囲気中での成膜処理で、水素やフッ素がコンタクトプラグ163か層間絶縁膜139から強誘電体キャパシタ175に侵入するのを防止できる。
In any case, the
製造過程では、強誘電体キャパシタ135,175の上部電極132,172上の絶縁性保護膜138をストッパとして層間絶縁膜139を研磨し、その上に配線151を形成することで、簡単なプロセスでデバイスの縦方向(基板面に対して垂直な方向)のサイズを小さくできる。同時に、層間絶縁膜139から水分、水素、フッ素等が強誘電体膜131、171へ浸入することを防げ、上部電極132,172へのダメージも抑制される。強誘電体キャパシタ135,175のスイッチング特性が良好に維持され、デバイスの歩留まりが向上する。
In the manufacturing process, the
以下の説明に対し、以下の付記を提示する。
(付記1)
半導体基板上に、下部電極と強誘電体膜と上部電極を有するキャパシタを形成し、
前記キャパシタの側面と上面を覆う絶縁性保護膜を形成し、
前記絶縁性保護膜上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜を、前記キャパシタの前記上面を覆う前記絶縁性保護膜の位置まで研磨し、
前記研磨の後に、前記キャパシタの前記上部電極の一部を露出する開口と、前記下部電極または前記半導体基板上のトランジスタ上方にコンタクトホールを形成し、
前記開口内と前記コンタクトホール内に、前記下部電極または前記トランジスタと電気的に接続する第1導体膜と第2導体膜を順次形成し、
前記第1導体膜と前記第2導体膜を、前記上部電極上に残る前記絶縁性保護膜の位置まで研磨して、前記開口内を埋める導電性保護膜と、前記コンタクトホールを埋めるコンタクトプラグとを形成し、
前記導電性保護膜上と前記コンタクトプラグ上に配線を形成する、
ことを特徴とする半導体装置の製造ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2)
前記開口と、前記コンタクトホールのアスペクト比を1以下にすることを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記3)
前記第1導体膜と前記第2導体膜の前記研磨により、前記開口内に、前記絶縁性保護膜の厚さと揃う前記導電性保護膜が形成されることを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記4)
前記開口は、前記第1導体膜で完全に埋め込まれ、前記第1導体膜と前記第2導体膜の前記研磨により、前記導電性保護膜が前記第1導体膜で形成されることを特徴とする付記3に記載の半導体装置の製造方法。
(付記5)
前記絶縁性保護膜に前記開口を形成した後に、前記強誘電体キャパシタに対して酸素含有雰囲気中で熱処理を施すことを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記6)
前記層間絶縁膜の前記研磨の後に、前記強誘電体キャパシタの前記上面を覆う部分の前記絶縁性保護膜上と前記層間絶縁膜上に平坦な第2の絶縁性保護膜を形成することを特徴とする付記1〜5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記7)
前記絶縁性保護膜は、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンからなる群から選択される単層または積層の膜であることを特徴とする付記1〜6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記8)
前記導電性保護膜は、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化ハフニウム(HfN)、窒化クロム(CrN)、窒化ジルコニウム(ZrN)、窒化チタンアルミニウム(TiAlN)、酸窒化チタンアルミニウム(TiAlON)、窒化タンタルアルミニウム(TaAlN)、酸窒化タンタルアルミニウム(TaAlON)、窒化ハフニウムアルミニウム(HfAlN)、酸窒化ハフニウムアルミニウム(HfAlON)、窒化クロムアルミニウム(CrAlN)、酸窒化クロムアルミニウム(CrAlON)、窒化ジルコニウムアルミニウム(ZrAlN)、酸窒化ジルコニウムアルミニウム(ZeAlON)、窒化イリジウムシリコン(IrSiN)、酸窒化イリジウムシリコン(IrSiON)、窒化イリジウムアルミニウム(IrAlN)、酸窒化イリジウムアルミニウム(IrAlON)、窒化ルテニウムシリコン(RuSiN)、酸窒化ルテニウムシリコン(RuSiON)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)からなる群から選択される単層または積層の膜で形成することを特徴とする付記1〜7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記9)
前記下部電極は、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、ロジウム(Rh)、酸化イリジウム(IrOx)、酸化ルテニウム(RuOx)、酸化白金(PtOx)、酸化パラジウム(PdOx)、酸化オスミウム(OsOx)、酸化ロジウム(RhOx)膜、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO3)からなる群から選択される単層または積層の膜で形成されることを特徴とする付記1〜8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記10)
前記強誘電体膜は、ペロブスカイト構造の化合物膜又はビスマス層状系構造の化合物膜であることを特徴とする付記1〜9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)
上部電極は、貴金属の酸化物を含有する導電膜で形成されることを特徴とする付記1〜10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記貴金属の酸化物は、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、オスミウム(Os)、ロジウム(Rh)、及びパラジウム(Pd)からなる群から選択される一の元素の酸化物であることを特徴とする付記11に記載の半導体装置の製造方法。
(付記13)
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、下部電極と強誘電体膜と上部電極とを有するキャパシタと、
前記上部電極の上面の一部と前記キャパシタの側面とを覆う絶縁性保護膜と、
前記上部電極の前記絶縁性保護膜に覆われていない領域を覆う導電性保護膜であって、前記絶縁性保護膜と表面位置が揃う導電性保護膜と、
前記導電性保護膜に接続される配線と、
を有することを特徴とする半導体装置。
(付記14)
前記キャパシタを、前記キャパシタの前記上面に位置する前記絶縁性保護膜の位置まで埋める層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記キャパシタの前記下部電極または前記層間絶縁膜の直下のプラグ電極に接続されるコンタクトプラグと、
をさらに有し、前記コンタクトプラグのアスペクト比は1以下であることを特徴とする付記13に記載の半導体装置。
(付記15)
前記導電性保護膜の底面は前記上部電極と接し、前記導電性保護膜の上面は前記配線に接していることを特徴とする付記13に記載の半導体装置。
(付記16)
前記配線層は、前記導電性保護膜に接する第1金属膜と、前記第1金属膜上の第2金属膜と、前記第2金属膜上の第3金属膜が積層された配線であることを特徴とする付記13に記載の半導体装置。
The following notes are presented for the following explanation.
(Appendix 1)
A capacitor having a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode is formed on a semiconductor substrate,
Forming an insulating protective film covering the side surface and the upper surface of the capacitor;
Forming an interlayer insulating film on the insulating protective film;
Polishing the interlayer insulating film to the position of the insulating protective film covering the upper surface of the capacitor,
After the polishing, an opening exposing a part of the upper electrode of the capacitor and a contact hole above the transistor on the lower electrode or the semiconductor substrate,
A first conductor film and a second conductor film electrically connected to the lower electrode or the transistor are sequentially formed in the opening and the contact hole,
Polishing the first conductor film and the second conductor film to the position of the insulating protective film remaining on the upper electrode to fill the opening; and a contact plug filling the contact hole; Form the
Forming wiring on the conductive protective film and on the contact plug;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: manufacturing a semiconductor device.
(Appendix 2)
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(Appendix 3)
2. The semiconductor according to
(Appendix 4)
The opening is completely filled with the first conductor film, and the conductive protective film is formed of the first conductor film by the polishing of the first conductor film and the second conductor film. A manufacturing method of a semiconductor device according to attachment 3.
(Appendix 5)
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(Appendix 6)
After the polishing of the interlayer insulating film, a flat second insulating protective film is formed on the insulating protective film and on the interlayer insulating film in a portion covering the upper surface of the ferroelectric capacitor. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(Appendix 7)
The insulating protective film is a single layer or a laminated film selected from the group consisting of alumina, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, niobium oxide, silicon oxide, silicon oxynitride, and silicon nitride. A manufacturing method of a semiconductor device according to any one of
(Appendix 8)
The conductive protective film includes titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN), hafnium nitride (HfN), chromium nitride (CrN), zirconium nitride (ZrN), titanium aluminum nitride (TiAlN), and titanium aluminum oxynitride (TiAlON). ), Tantalum aluminum nitride (TaAlN), tantalum aluminum oxynitride (TaAlON), hafnium aluminum nitride (HfAlN), hafnium aluminum oxynitride (HfAlON), chromium aluminum nitride (CrAlN), chromium aluminum oxynitride (CrAlON), zirconium aluminum nitride (ZrAlN), zirconium aluminum oxynitride (ZeAlON), iridium silicon nitride (IrSiN), iridium silicon oxynitride (IrSiON), iridium aluminum nitride (IrAlN), iridium aluminum oxynitride (IrAlON), ruthenium silicon nitride (RuSiN), acid Ruthenium silicon nitride (RuSiON), titanium (Ti), tantalum (Ta), iridium Beam (Ir), the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
(Appendix 9)
The lower electrode includes iridium (Ir), ruthenium (Ru), platinum (Pt), palladium (Pd), osmium (Os), rhodium (Rh), iridium oxide (IrOx), ruthenium oxide (RuOx), platinum oxide ( PtOx), palladium oxide (PdOx), osmium oxide (OsOx), rhodium oxide (RhOx) film, and a single layer or laminated film selected from the group consisting of strontium ruthenate (SrRuO3) A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(Appendix 10)
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(Appendix 11)
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
(Appendix 12)
The noble metal oxide is an oxide of one element selected from the group consisting of iridium (Ir), ruthenium (Ru), platinum (Pt), osmium (Os), rhodium (Rh), and palladium (Pd). The method for manufacturing a semiconductor device according to
(Appendix 13)
A semiconductor substrate;
A capacitor formed on the semiconductor substrate and having a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode;
An insulating protective film covering a part of the upper surface of the upper electrode and a side surface of the capacitor;
A conductive protective film covering a region of the upper electrode that is not covered by the insulating protective film, the conductive protective film having a surface position aligned with the insulating protective film;
Wiring connected to the conductive protective film;
A semiconductor device comprising:
(Appendix 14)
An interlayer insulating film that fills the capacitor up to the position of the insulating protective film located on the upper surface of the capacitor;
A contact plug formed on the interlayer insulating film and connected to the lower electrode of the capacitor or a plug electrode directly below the interlayer insulating film;
14. The semiconductor device according to appendix 13, wherein the contact plug has an aspect ratio of 1 or less.
(Appendix 15)
14. The semiconductor device according to appendix 13, wherein a bottom surface of the conductive protective film is in contact with the upper electrode, and an upper surface of the conductive protective film is in contact with the wiring.
(Appendix 16)
The wiring layer is a wiring in which a first metal film in contact with the conductive protective film, a second metal film on the first metal film, and a third metal film on the second metal film are laminated. 14. The semiconductor device according to appendix 13, characterized by:
1,100A〜100E 強誘電体メモリ(半導体装置)
12、132、172 上部電極
13、131、171 強誘電体膜
14、129、169 下部電極
15,135,175 強誘電体キャパシタ
138 絶縁性保護膜
141 開口
144 導電性保護膜
151 配線
1,100A-100E Ferroelectric memory (semiconductor device)
12, 132, 172
Claims (5)
前記キャパシタの側面と上面を覆う絶縁性保護膜を形成し、
前記絶縁性保護膜上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜を、前記キャパシタの前記上面を覆う前記絶縁性保護膜の位置まで研磨し、
前記研磨の後に、前記キャパシタの前記上部電極の一部を露出する開口と、前記下部電極または前記半導体基板上のトランジスタ上方にコンタクトホールを形成し、
前記開口内と前記コンタクトホール内に、前記下部電極または前記トランジスタと電気的に接続する第1導体膜と第2導体膜を順次形成し、
前記第1導体膜と前記第2導体膜を、前記上部電極上に残る前記絶縁性保護膜の位置まで研磨して、前記開口内を埋める導電性保護膜と、前記コンタクトホールを埋めるコンタクトプラグとを形成し、
前記導電性保護膜上と前記コンタクトプラグ上に配線を形成する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A capacitor having a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode is formed on a semiconductor substrate,
Forming an insulating protective film covering the side surface and the upper surface of the capacitor;
Forming an interlayer insulating film on the insulating protective film;
Polishing the interlayer insulating film to the position of the insulating protective film covering the upper surface of the capacitor,
After the polishing, an opening exposing a part of the upper electrode of the capacitor and a contact hole above the transistor on the lower electrode or the semiconductor substrate,
A first conductor film and a second conductor film electrically connected to the lower electrode or the transistor are sequentially formed in the opening and the contact hole,
Polishing the first conductor film and the second conductor film to the position of the insulating protective film remaining on the upper electrode to fill the opening; and a contact plug filling the contact hole; Form the
Forming wiring on the conductive protective film and on the contact plug;
A method for manufacturing a semiconductor device.
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