JP7272098B2 - Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device.

強誘電体キャパシタの残留分極値に応じて論理を記憶する強誘電体メモリは、DRAM(Dynamic Random Access Memory)およびフラッシュメモリ等の長所を兼ね備えた不揮発性のメモリとして、さまざまな機器に使用されている。強誘電体キャパシタは、強誘電体膜を電極で挟み込むことで形成される。例えば、強誘電体キャパシタの強誘電体膜を、メモリセル領域の全体を覆って形成することで、上部電極と下部電極との間で発生するリークを抑止する手法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Ferroelectric memory, which stores logic according to the residual polarization value of a ferroelectric capacitor, is used in various devices as a non-volatile memory that combines the advantages of DRAM (Dynamic Random Access Memory) and flash memory. there is A ferroelectric capacitor is formed by sandwiching a ferroelectric film between electrodes. For example, there has been proposed a technique of forming a ferroelectric film of a ferroelectric capacitor so as to cover the entire memory cell region, thereby suppressing leakage generated between the upper electrode and the lower electrode (for example, See Patent Document 1).

特開平11-3977号公報JP-A-11-3977

半導体装置内に作り込むキャパシタとして、絶縁膜を金属膜で挟み込むMIM(Metal-Insulator-Metal)キャパシタが知られている。例えば、MIMキャパシタは、配線層に形成される配線上に絶縁膜と電極とを積層し、電極を上側の配線層の配線に接続することで形成される。しかしながら、配線層を利用してMIMキャパシタを形成する場合、配線領域に所定の大きさの空き領域が必要である。また、一対の配線層間に所望の容量値のMIMキャパシタを形成することが困難な場合、他の配線層も使用してMIMキャパシタが形成される。MIMキャパシタを形成する配線層が増加するほど、製造工程数が増加し、製造コストは上昇する。また、製造工程数が増加するほど、半導体装置の良品率である歩留まりが低下する。 A MIM (Metal-Insulator-Metal) capacitor in which an insulating film is sandwiched between metal films is known as a capacitor built into a semiconductor device. For example, an MIM capacitor is formed by laminating an insulating film and an electrode on a wiring formed in a wiring layer and connecting the electrode to the wiring of the upper wiring layer. However, when forming an MIM capacitor using a wiring layer, an empty area of a predetermined size is required in the wiring area. If it is difficult to form an MIM capacitor with a desired capacitance value between a pair of wiring layers, another wiring layer is also used to form the MIM capacitor. As the number of wiring layers forming the MIM capacitor increases, the number of manufacturing steps increases and the manufacturing cost rises. In addition, as the number of manufacturing processes increases, the yield, which is the percentage of non-defective products of semiconductor devices, decreases.

1つの側面では、本発明は、製造工程数の増加を抑えて所望のサイズのキャパシタを半導体装置に形成することを目的とする。 In one aspect, an object of the present invention is to form a capacitor of a desired size in a semiconductor device while suppressing an increase in the number of manufacturing steps.

一つの観点によれば、半導体装置は、半導体基板上方に設けられる第1の電極と、前記半導体基板上方に設けられ、前記半導体基板側から順に積層された下部電極、絶縁膜、および上部電極を有する第1の素子と、前記第1の電極と前記第1の素子とを覆って設けられ、前記第1の素子を保護する電気絶縁性の保護膜と、前記保護膜を挟んで前記第1の電極と反対側に設けられる第2の電極と、を有し、前記第1の電極は、前記半導体基板側から順に形成された第1の導電膜、第1の絶縁膜、および第2の導電膜をパターニングすることにより、前記下部電極、前記絶縁膜、および前記上部電極と同時に形成されており、前記第1の素子と同じ積層構造を有する。
According to one aspect, a semiconductor device includes a first electrode provided above a semiconductor substrate, a lower electrode provided above the semiconductor substrate, an insulating film, and an upper electrode stacked in order from the semiconductor substrate side. an electrically insulating protective film provided to cover the first element, the first electrode, and the first element to protect the first element; and a second electrode provided on the opposite side of the electrode, wherein the first electrode comprises a first conductive film, a first insulating film, and a second electrode, which are formed in order from the semiconductor substrate side. By patterning the conductive film, it is formed simultaneously with the lower electrode, the insulating film and the upper electrode, and has the same lamination structure as the first element.

1つの側面では、本発明は、製造工程数の増加を抑えて所望のサイズのキャパシタを半導体装置に形成することができる。 According to one aspect of the present invention, a capacitor of a desired size can be formed in a semiconductor device while suppressing an increase in the number of manufacturing steps.

一実施形態における半導体装置の一例を示す部分断面図である。1 is a partial cross-sectional view showing an example of a semiconductor device according to one embodiment; FIG. 強誘電体メモリのメモリセルの一例を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing an example of a memory cell of a ferroelectric memory; FIG. 別の実施形態における半導体装置の一例を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view showing an example of a semiconductor device in another embodiment. 図3に示す半導体装置の製造方法の一例を示す部分断面図である。4 is a partial cross-sectional view showing an example of a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 3; FIG. 図4の製造方法の続きを示す部分断面図である。5 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 4; FIG. 図5の製造方法の続きを示す部分断面図である。6 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 5; FIG. 別の実施形態における半導体装置の製造方法の一例を示す部分断面図である。It is a partial sectional view showing an example of a manufacturing method of a semiconductor device in another embodiment. 図7の製造方法の続きを示す部分断面図である。8 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 7; FIG. 図8の製造方法の続きを示す部分断面図である。FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 8; 図9の製造方法の続きを示す部分断面図である。FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 9; 別の実施形態における半導体装置の製造方法の一例を示す部分断面図である。It is a partial sectional view showing an example of a manufacturing method of a semiconductor device in another embodiment. 図11の製造方法の続きを示す部分断面図である。FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 11; 図12の製造方法の続きを示す部分断面図である。13 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 12; FIG. 図13の製造方法の続きを示す部分断面図である。FIG. 14 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 13; 図14の製造方法の続きを示す部分断面図である。15 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 14; FIG. 別の実施形態における半導体装置の一例を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view showing an example of a semiconductor device in another embodiment. 図16に示す半導体装置の製造方法の一例を示す部分断面図である。17 is a partial cross-sectional view showing an example of a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 16; FIG. 図17の製造方法の続きを示す部分断面図である。FIG. 18 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 17; 図18の製造方法の続きを示す部分断面図である。FIG. 19 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 18; 図19の製造方法の続きを示す部分断面図である。FIG. 20 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 19; 別の実施形態における半導体装置の一例を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view showing an example of a semiconductor device in another embodiment. 別の実施形態における半導体装置の一例を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view showing an example of a semiconductor device in another embodiment. 図22のプラグおよび配線を半導体装置の上面から見た形状を示す説明図である。FIG. 23 is an explanatory diagram showing the shape of the plug and wiring of FIG. 22 viewed from above the semiconductor device; 図22に示す半導体装置の製造方法の一例を示す部分断面図である。23 is a partial cross-sectional view showing an example of a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 22; FIG. 図24の製造方法の続きを示す部分断面図である。FIG. 25 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 24; 図25の製造方法の続きを示す部分断面図である。26 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 25; FIG. 別の実施形態における半導体装置の製造方法の一例を示す部分断面図である。It is a partial sectional view showing an example of a manufacturing method of a semiconductor device in another embodiment. 図27の製造方法の続きを示す部分断面図である。FIG. 28 is a partial cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing method of FIG. 27;

以下、図面を用いて実施形態が説明される。なお、各断面図において、配線および膜の厚みや縦横比は、説明を分かりやすくするために強調している場合があり、実際のデバイスの断面形状と異なる場合がある。 Embodiments will be described below with reference to the drawings. Note that in each cross-sectional view, the thickness and aspect ratio of wiring and films may be exaggerated for clarity of explanation, and may differ from the cross-sectional shape of the actual device.

図1は、一実施形態における半導体装置の一例を示す。図1に示す半導体装置100は、例えば、強誘電体キャパシタ10等の素子を有する。半導体装置100は、強誘電体キャパシタ10を含むメモリセルを有する強誘電体メモリでもよい。強誘電体キャパシタ10は、第1の素子の一例である。例えば、強誘電体キャパシタ10は、シリコン等の半導体基板101上に設けられる層間絶縁膜104上に下部電極11、強誘電体膜12および上部電極13を順に積層し、積層した3層を選択的に一括してパターニングすることにより形成される。すなわち、強誘電体キャパシタ10は、半導体基板101の上方に設けられる。なお、強誘電体膜12の代わりに誘電体膜または絶縁膜が形成されてもよい。 FIG. 1 shows an example of a semiconductor device according to one embodiment. A semiconductor device 100 shown in FIG. 1 has an element such as a ferroelectric capacitor 10, for example. Semiconductor device 100 may be a ferroelectric memory having memory cells including ferroelectric capacitors 10 . Ferroelectric capacitor 10 is an example of a first element. For example, the ferroelectric capacitor 10 is formed by laminating a lower electrode 11, a ferroelectric film 12, and an upper electrode 13 in order on an interlayer insulating film 104 provided on a semiconductor substrate 101 such as silicon, and selectively separating the laminated three layers. are formed by collectively patterning. That is, the ferroelectric capacitor 10 is provided above the semiconductor substrate 101 . A dielectric film or an insulating film may be formed instead of the ferroelectric film 12 .

以下では、半導体装置100が強誘電体メモリであるとして説明する。また、半導体基板101には、トランジスタ等の素子が形成されるが、図示を省略する。下部電極11は、図1に示す断面とは異なる断面において、層間絶縁膜104に形成されたプラグ(貫通電極)等を介して、例えば、半導体基板101上に設けられる転送トランジスタに接続される。上部電極13は、図1に示す断面とは異なる断面において、層間絶縁膜104上に設けられる層間絶縁膜106に形成されたプラグを介して、例えば、プレート線に接続される。 In the following description, the semiconductor device 100 is assumed to be a ferroelectric memory. Although elements such as transistors are formed on the semiconductor substrate 101, they are omitted from the drawing. The lower electrode 11 is connected to, for example, a transfer transistor provided on the semiconductor substrate 101 via a plug (through electrode) or the like formed in the interlayer insulating film 104 in a cross section different from the cross section shown in FIG. The upper electrode 13 is connected to, for example, a plate line through a plug formed in an interlayer insulating film 106 provided on an interlayer insulating film 104 in a cross section different from that shown in FIG.

半導体装置100は、強誘電体キャパシタ10と離れた位置の層間絶縁膜104上に電極21を有する。すなわち、電極21は、半導体基板101の上方に設けられる。また、半導体装置100は、強誘電体キャパシタ10と電極21とを覆って設けられる電気絶縁性の保護膜30を、層間絶縁膜104上に有する。例えば、保護膜30は、強誘電体キャパシタ10の上面と側面とに沿って設けられ、強誘電体キャパシタ10を保護する機能を有する。例えば、保護膜30は、誘電体膜である。 The semiconductor device 100 has an electrode 21 on the interlayer insulating film 104 at a position separated from the ferroelectric capacitor 10 . That is, the electrode 21 is provided above the semiconductor substrate 101 . The semiconductor device 100 also has an electrically insulating protective film 30 provided on the interlayer insulating film 104 to cover the ferroelectric capacitor 10 and the electrode 21 . For example, the protective film 30 is provided along the top and side surfaces of the ferroelectric capacitor 10 and has the function of protecting the ferroelectric capacitor 10 . For example, the protective film 30 is a dielectric film.

例えば、保護膜30は、強誘電体キャパシタ10だけでなく、電極21を覆って、半導体装置100のチップ全体に形成される。強誘電体キャパシタ10の側面を保護膜30により覆うことで、強誘電体キャパシタ10に水素および水分等が侵入することを抑止することができる。これにより、強誘電体膜12が水素により還元されることを抑止でき、強誘電体キャパシタ10の特性が劣化することを抑止できる。また、保護膜30により、保護膜30の下方と上方との間での水素および水分が通過することが抑止される。 For example, the protective film 30 is formed over the entire chip of the semiconductor device 100 covering not only the ferroelectric capacitor 10 but also the electrodes 21 . By covering the side surfaces of the ferroelectric capacitor 10 with the protective film 30, it is possible to prevent hydrogen, moisture, etc. from entering the ferroelectric capacitor 10. FIG. As a result, reduction of the ferroelectric film 12 by hydrogen can be suppressed, and deterioration of the characteristics of the ferroelectric capacitor 10 can be suppressed. In addition, the protective film 30 prevents hydrogen and moisture from passing between the lower portion and the upper portion of the protective film 30 .

半導体装置100は、保護膜30を挟んで電極21と反対側に設けられる電極22を有する。例えば、電極21は、図1に示す断面とは異なる断面において、層間絶縁膜104に形成されたプラグ等を介して、接地線等に接続される。電極22は、図1に示す断面とは異なる断面において、層間絶縁膜106に形成されたプラグ等を介して、電源線等に接続される。そして、電極21、22と保護膜30とによりキャパシタ20(MIMキャパシタ)が形成される。電極21は、第1の電極の一例であり、電極22は、第2の電極の一例である。 The semiconductor device 100 has an electrode 22 provided on the opposite side of the electrode 21 with the protective film 30 interposed therebetween. For example, the electrode 21 is connected to a ground line or the like via a plug or the like formed in the interlayer insulating film 104 in a cross section different from that shown in FIG. The electrode 22 is connected to a power line or the like via a plug or the like formed in the interlayer insulating film 106 in a cross section different from that shown in FIG. A capacitor 20 (MIM capacitor) is formed by the electrodes 21 and 22 and the protective film 30 . The electrode 21 is an example of a first electrode, and the electrode 22 is an example of a second electrode.

図1では、強誘電体キャパシタ10の保護膜30を絶縁膜として利用することでキャパシタ20を形成することができる。すなわち、強誘電体キャパシタ10の保護膜30を形成する工程を利用して、強誘電体キャパシタ10を形成する層にキャパシタ20の絶縁膜を作り込むことができる。このため、保護膜30を形成する工程に加えて、キャパシタ20の絶縁膜を形成する工程を追加することを省略することができる。また、保護膜30は、半導体基板101上に形成された後、保護膜30の形状を作るためのパターニングをしなくてよいため、保護膜30をパターニングする場合に比べて、保護膜30の形成工程を簡略化することができる。この結果、保護膜30とは別にキャパシタ20の絶縁膜を形成し、保護膜30をパターニングする場合に比べて、半導体装置100の製造工程数を削減することができる。 In FIG. 1, the capacitor 20 can be formed by using the protective film 30 of the ferroelectric capacitor 10 as an insulating film. That is, by using the process of forming the protective film 30 of the ferroelectric capacitor 10, the insulating film of the capacitor 20 can be built into the layer forming the ferroelectric capacitor 10. FIG. Therefore, in addition to the step of forming the protective film 30, adding the step of forming the insulating film of the capacitor 20 can be omitted. In addition, after the protective film 30 is formed on the semiconductor substrate 101, patterning for forming the shape of the protective film 30 is not required. The process can be simplified. As a result, the number of manufacturing steps of the semiconductor device 100 can be reduced compared to the case where the insulating film for the capacitor 20 is formed separately from the protective film 30 and the protective film 30 is patterned.

例えば、キャパシタ20の電極21、22を、電源線と接地線とにそれぞれ接続することで、キャパシタ20を平滑容量素子として機能させ、電源電圧を安定させることができる。また、キャパシタ20は、CR時定数回路の容量素子等、回路の要素として使用することができる。 For example, by connecting the electrodes 21 and 22 of the capacitor 20 to a power supply line and a ground line, respectively, the capacitor 20 can function as a smoothing capacitance element, and the power supply voltage can be stabilized. Also, the capacitor 20 can be used as a circuit element such as a capacitive element of a CR time constant circuit.

メモリセルの記憶要素として使用される強誘電体キャパシタ10は、メモリセルアレイの形成領域では配置密度が高いが、メモリセルアレイの周囲には形成されない。このため、例えば、メモリセルの動作を制御するためにメモリセルアレイの周囲に形成されるデコーダ、ドライバ、センスアンプ、ライトアンプ等の形成領域に、キャパシタ20を作り込むことができる。したがって、配線層において配線の空き領域にキャパシタを形成する場合に比べて、大きい面積のキャパシタ20を任意の形状に形成することができ、所望の容量値のキャパシタ20を単一の層に形成することができる。 The ferroelectric capacitors 10 used as storage elements of memory cells are arranged at a high density in the area where the memory cell array is formed, but are not formed around the memory cell array. For this reason, for example, the capacitor 20 can be built in the formation region of decoders, drivers, sense amplifiers, write amplifiers, etc. formed around the memory cell array to control the operation of the memory cells. Therefore, the capacitor 20 having a large area can be formed in an arbitrary shape, and the capacitor 20 having a desired capacitance value can be formed in a single layer as compared with the case where the capacitor is formed in the empty area of the wiring in the wiring layer. be able to.

強誘電体キャパシタ10が形成される層にキャパシタ20を形成できるため、複数の配線層を用いてキャパシタを形成する場合に比べて、キャパシタ20の形成するための製造工程数を削減することができ、半導体装置100の製造コストの上昇を抑えることができる。また、製造工程数の増加による歩留まりの低下を抑制することができる。したがって、製造工程数の増加を抑えて所望のサイズのキャパシタ20を半導体装置100に形成することができる。 Since the capacitor 20 can be formed in the layer in which the ferroelectric capacitor 10 is formed, the number of manufacturing steps for forming the capacitor 20 can be reduced compared to the case of forming the capacitor using a plurality of wiring layers. , an increase in manufacturing cost of the semiconductor device 100 can be suppressed. Moreover, it is possible to suppress a decrease in yield due to an increase in the number of manufacturing processes. Therefore, the capacitor 20 having a desired size can be formed in the semiconductor device 100 while suppressing an increase in the number of manufacturing steps.

図1に示す半導体装置100は、以下のように製造される。以下では、層間絶縁膜104の形成工程以降の製造方法について説明する。まず、電極21を形成するための金属膜が層間絶縁膜104上に形成され、金属膜がレジストパターンをマスクとして選択的にエッチングされ、電極21が形成される。次に、下部電極11、強誘電体膜12および上部電極13の膜が、絶縁膜104上に順次形成された後、レジストパターンをマスクとして強誘電体キャパシタ10を形成しない部分が一括してエッチングされ、強誘電体キャパシタ10が形成される。なお、電極21および下部電極11にそれぞれ接続される図示しないプラグが、層間絶縁膜104に予め形成される。 The semiconductor device 100 shown in FIG. 1 is manufactured as follows. The manufacturing method after the step of forming the interlayer insulating film 104 will be described below. First, a metal film for forming the electrode 21 is formed on the interlayer insulating film 104, and the metal film is selectively etched using a resist pattern as a mask to form the electrode 21. Next, as shown in FIG. Next, after the films of the lower electrode 11, the ferroelectric film 12 and the upper electrode 13 are sequentially formed on the insulating film 104, the resist pattern is used as a mask to collectively etch the portion where the ferroelectric capacitor 10 is not formed. and the ferroelectric capacitor 10 is formed. Plugs (not shown) connected to the electrode 21 and the lower electrode 11 are formed in the interlayer insulating film 104 in advance.

次に、強誘電体キャパシタ10および電極21を覆って、層間絶縁膜104上に保護膜30が形成される。次に、電極22を形成するための金属膜が保護膜30上に形成され、金属膜がレジストパターンをマスクとして選択的にエッチングされ、電極22が形成される。この後、層間絶縁膜106が形成され、層間絶縁膜106に上部電極13および電極22まで貫通する図示しないスルーホールがそれぞれ形成される。そして、スルーホールに導電材料が埋め込まれることで、プラグが形成される。 Next, protective film 30 is formed on interlayer insulating film 104 to cover ferroelectric capacitor 10 and electrode 21 . Next, a metal film for forming the electrodes 22 is formed on the protective film 30, and the metal film is selectively etched using the resist pattern as a mask to form the electrodes 22. Next, as shown in FIG. Thereafter, an interlayer insulating film 106 is formed, and through holes (not shown) penetrating through the interlayer insulating film 106 to the upper electrode 13 and the electrode 22 are formed. A plug is formed by filling the through-hole with a conductive material.

図2は、強誘電体メモリのメモリセルMCの一例を示す。例えば、強誘電体メモリのメモリセルMCは、2T2Cタイプと1T1Cタイプとに大別される。2T2CタイプのメモリセルMCは、一対の転送トランジスタT1、T2と一対の強誘電体キャパシタC1、C2とを有する。1T1CタイプのメモリセルMCは、1つの転送トランジスタTと1つの強誘電体キャパシタCとを有する。強誘電体キャパシタC、C1、C2は、図1および後述する強誘電体キャパシタ10に対応する。 FIG. 2 shows an example of a memory cell MC of a ferroelectric memory. For example, memory cells MC of ferroelectric memories are roughly classified into 2T2C type and 1T1C type. A 2T2C type memory cell MC has a pair of transfer transistors T1 and T2 and a pair of ferroelectric capacitors C1 and C2. A 1T1C type memory cell MC has one transfer transistor T and one ferroelectric capacitor C. As shown in FIG. Ferroelectric capacitors C, C1, and C2 correspond to ferroelectric capacitor 10 shown in FIG. 1 and described later.

2T2CタイプのメモリセルMCでは、一対の転送トランジスタT1、T2のゲートは共通のワード線WLに接続される。転送トランジスタT1のソース・ドレインの一方は、ビット線BLに接続され、転送トランジスタT1のソース・ドレインの他方は、強誘電体キャパシタC1の一端に接続される。強誘電体キャパシタC1の他端は、プレート線PLに接続される。転送トランジスタT2のソース・ドレインの一方は、ビット線/BLに接続され、転送トランジスタT2のソース・ドレインの他方は、強誘電体キャパシタC2の一端に接続される。強誘電体キャパシタC2の他端は、プレート線PLに接続される。 In the 2T2C type memory cell MC, gates of a pair of transfer transistors T1 and T2 are connected to a common word line WL. One of the source and drain of the transfer transistor T1 is connected to the bit line BL, and the other of the source and drain of the transfer transistor T1 is connected to one end of the ferroelectric capacitor C1. The other end of ferroelectric capacitor C1 is connected to plate line PL. One of the source and drain of the transfer transistor T2 is connected to the bit line /BL, and the other of the source and drain of the transfer transistor T2 is connected to one end of the ferroelectric capacitor C2. The other end of ferroelectric capacitor C2 is connected to plate line PL.

センスアンプSAは、ビット線対BL、/BLに接続される。強誘電体キャパシタC1、C2は、書き込み動作において、互いに異なる分極状態に設定される。例えば、論理1の書き込み動作において、強誘電体キャパシタC1は強い分極状態に設定され、強誘電体キャパシタC2は弱い分極状態に設定される。論理0の書き込み動作において、強誘電体キャパシタC1は弱い分極状態に設定され、強誘電体キャパシタC2は強い分極状態に設定される。 Sense amplifier SA is connected to bit line pair BL, /BL. The ferroelectric capacitors C1 and C2 are set to different polarization states in the write operation. For example, in a logic 1 write operation, ferroelectric capacitor C1 is set to a strongly polarized state and ferroelectric capacitor C2 is set to a weakly polarized state. In a logic 0 write operation, ferroelectric capacitor C1 is set to a weakly polarized state and ferroelectric capacitor C2 is set to a strongly polarized state.

読み出し動作では、ビット線BL、/BLがロウレベルにリセットされた後、プレート線PLがハイレベルに駆動され、フローティング状態のビット線BL、/BLは、強誘電体キャパシタC1、C2の分極状態に応じた電圧にそれぞれ設定される。センスアンプSAは、ビット線BL、/BLの電圧差を差動増幅することで、メモリセルMCが保持する論理を読み出す。 In the read operation, after the bit lines BL and /BL are reset to low level, the plate line PL is driven to high level, and the floating bit lines BL and /BL are brought into the polarization state of the ferroelectric capacitors C1 and C2. The voltage is set accordingly. The sense amplifier SA differentially amplifies the voltage difference between the bit lines BL and /BL to read the logic held by the memory cell MC.

1T1CタイプのメモリセルMCでは、転送トランジスタTのゲートはワード線WLに接続される。転送トランジスタTのソース・ドレインの一方は、ビット線BL、/BLのいずれかに接続され、転送トランジスタTのソース・ドレインの他方は、強誘電体キャパシタCの一端に接続される。強誘電体キャパシタCの他端は、プレート線PLに接続される。 In the 1T1C type memory cell MC, the gate of the transfer transistor T is connected to the word line WL. One of the source and drain of the transfer transistor T is connected to one of the bit lines BL and /BL, and the other of the source and drain of the transfer transistor T is connected to one end of the ferroelectric capacitor C. FIG. The other end of ferroelectric capacitor C is connected to plate line PL.

センスアンプSAは、読み出し動作時にビット線対BL、/BLの一方に接続される。強誘電体キャパシタCは、書き込み動作において、書き込みデータの論理(”1”または”0”)に対応する2つの分極状態のいずれかに設定される。読み出し動作では、データを読み出す強誘電体キャパシタCに接続された読み出しビット線(BLまたは/BL)が、例えば、ロウレベルのフローティング状態に設定された後、プレート線PLがハイレベルに駆動される。読み出しビット線は、プレート線PLの駆動に応じて、強誘電体キャパシタCの分極状態に応じた電圧に設定される。センスアンプSAは、読み出しビット線の電圧と、リファレンス電圧VREFとの電圧を差動増幅することで、メモリセルMCが保持する論理を読み出す。例えば、リファレンス電圧VREFは、2つの分極状態の強誘電体キャパシタCに応じてそれぞれ設定される読み出しビット線の2つの電圧の中間電圧に設定される。 The sense amplifier SA is connected to one of the bit line pair BL, /BL during a read operation. The ferroelectric capacitor C is set to one of two polarization states corresponding to logic ("1" or "0") of write data in a write operation. In the read operation, the read bit line (BL or /BL) connected to the ferroelectric capacitor C for reading data is set to a low level floating state, for example, and then the plate line PL is driven to a high level. The read bit line is set to a voltage corresponding to the polarization state of the ferroelectric capacitor C according to the driving of the plate line PL. The sense amplifier SA reads the logic held by the memory cell MC by differentially amplifying the voltage of the read bit line and the reference voltage VREF. For example, the reference voltage VREF is set to an intermediate voltage between two voltages of the read bit line which are respectively set according to the ferroelectric capacitors C in two polarization states.

以上、この実施形態では、製造工程数の増加を抑えて所望のサイズのキャパシタ20を半導体装置100に形成することができる。また、強誘電体キャパシタ10の側面を覆う保護膜30を利用してキャパシタ20を形成できるため、強誘電体膜12を汚染から保護しつつ、所望のサイズのキャパシタ20を形成することができる。 As described above, in this embodiment, the capacitor 20 having a desired size can be formed in the semiconductor device 100 while suppressing an increase in the number of manufacturing processes. Moreover, since the capacitor 20 can be formed using the protective film 30 covering the side surface of the ferroelectric capacitor 10, the capacitor 20 of a desired size can be formed while protecting the ferroelectric film 12 from contamination.

図3は、別の実施形態における半導体装置の一例を示す。図1と同様の要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図3に示す半導体装置100Aは、例えば、強誘電体キャパシタ10を含むメモリセルを有する強誘電体メモリである。図3は、強誘電体キャパシタ10を含むメモリセルMC(図2)と、キャパシタ20との形成領域を示す。例えば、強誘電体メモリのメモリセルMCは、1T1Cタイプである。 FIG. 3 shows an example of a semiconductor device according to another embodiment. Elements similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. A semiconductor device 100A shown in FIG. 3 is, for example, a ferroelectric memory having memory cells each including a ferroelectric capacitor 10 . FIG. 3 shows memory cells MC (FIG. 2) including ferroelectric capacitors 10 and formation regions of capacitors 20. FIG. For example, a memory cell MC of a ferroelectric memory is of 1T1C type.

半導体装置100Aは、シリコン等の半導体基板101の表面に形成された素子分離領域STI(Shallow Trench Isolation)と、素子分離領域STIをマスクとして形成されたウェル領域WELLとを有する。なお、素子分離領域は、STIに限定されず、LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)でもよい。 The semiconductor device 100A has an element isolation region STI (Shallow Trench Isolation) formed on the surface of a semiconductor substrate 101 such as silicon, and a well region WELL formed using the element isolation region STI as a mask. Note that the element isolation region is not limited to STI, and may be LOCOS (LOCal Oxidation of Silicon).

半導体装置100Aは、素子分離領域STIとゲート電極Gとをマスクとして、半導体基板101の表面に形成されたソース領域Sおよびドレイン領域Dを有する。なお、図3に示すように、例えば、ゲート電極Gとゲート電極Gの側壁の酸化膜OXとをそれぞれマスクとして、LDD(Lightly Doped Drain)構造が形成されてもよい。 The semiconductor device 100A has a source region S and a drain region D formed on the surface of the semiconductor substrate 101 using the element isolation region STI and the gate electrode G as a mask. As shown in FIG. 3, for example, an LDD (Lightly Doped Drain) structure may be formed using the gate electrode G and the oxide film OX on the side walls of the gate electrode G as masks.

図3では、ゲート電極Gの下に設けられるゲート絶縁膜の記載を省略している。例えば、ウェル領域WELLは、p形半導体であり、ソース領域Sおよびドレイン領域Dは、n形半導体である。そして、ゲート電極G、ソース領域Sおよびドレイン領域Dは、nチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタTr(図2に示した転送トランジスタ(T1、T2、Tのいずれか))として機能する。なお、ゲート電極Gは、図2に示したワード線WLの一部である。 In FIG. 3, the illustration of the gate insulating film provided under the gate electrode G is omitted. For example, well region WELL is a p-type semiconductor, and source region S and drain region D are n-type semiconductors. The gate electrode G, source region S, and drain region D function as an n-channel MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor Tr (transfer transistor (one of T1, T2, and T shown in FIG. 2)). Note that the gate electrode G is part of the word line WL shown in FIG.

半導体装置100Aは、素子分離領域STIおよびトランジスタを覆う絶縁膜201を有する。例えば、絶縁膜201は、シリコンオキシナイトライド(P-SiON)膜である。また、半導体装置100Aは、絶縁膜201上に順次積層された層間絶縁膜102、絶縁膜202、層間絶縁膜103、絶縁膜203および層間絶縁膜104、106を有する。以下では、層間絶縁膜102、103、104等は、単に絶縁膜102、103、104と称する場合がある。絶縁膜202、103は、ビット線BL等の配線を形成する配線層として使用される。 The semiconductor device 100A has an isolation region STI and an insulating film 201 covering the transistor. For example, the insulating film 201 is a silicon oxynitride (P--SiON) film. The semiconductor device 100A also has an interlayer insulating film 102, an insulating film 202, an interlayer insulating film 103, an insulating film 203, and interlayer insulating films 104 and 106 which are sequentially laminated on the insulating film 201. FIG. The interlayer insulating films 102, 103, 104, etc. may be simply referred to as insulating films 102, 103, 104 below. The insulating films 202 and 103 are used as wiring layers for forming wiring such as bit lines BL.

例えば、層間絶縁膜102は、P(Plasma)-TEOS(Tetraethoxysilane)-NSG(Non-doped Silicate Glass)膜であり、層間絶縁膜103、104は、P-TEOS膜である。例えば、絶縁膜202、203は、シリコンナイトライド(SiN)膜である。なお、絶縁膜202、203は、シリコンオキシナイトライドでもよい。絶縁膜202は、層間絶縁膜102から露出するプラグ41、42の酸化を抑止するために設けられる。絶縁膜203は、層間絶縁膜103から露出する配線51、52、53の酸化を抑止するために設けられる。 For example, the interlayer insulating film 102 is a P (Plasma)-TEOS (Tetraethoxysilane)-NSG (Non-doped Silicate Glass) film, and the interlayer insulating films 103 and 104 are P-TEOS films. For example, the insulating films 202 and 203 are silicon nitride (SiN) films. Note that the insulating films 202 and 203 may be silicon oxynitride. Insulating film 202 is provided to prevent oxidation of plugs 41 and 42 exposed from interlayer insulating film 102 . The insulating film 203 is provided to prevent the wirings 51 , 52 and 53 exposed from the interlayer insulating film 103 from being oxidized.

トランジスタTrのソース領域Sおよびドレイン領域Dの一方は、絶縁膜102中のプラグ41を介してビット線BL用の配線51に接続される。トランジスタTrのソース領域Sおよびドレイン領域Dの他方は、絶縁膜102中のプラグ42と、絶縁膜202、103に設けられる配線52と、絶縁膜203、104に設けられるプラグ62を介して、強誘電体キャパシタ10の下部電極11に接続される。 One of the source region S and the drain region D of the transistor Tr is connected to the wiring 51 for the bit line BL through the plug 41 in the insulating film 102 . The other of the source region S and the drain region D of the transistor Tr is strongly connected through the plug 42 in the insulating film 102, the wiring 52 provided in the insulating films 202 and 103, and the plug 62 provided in the insulating films 203 and 104. It is connected to the lower electrode 11 of the dielectric capacitor 10 .

強誘電体キャパシタ10は、図1と同様に、層間絶縁膜104上に積層された下部電極11、強誘電体膜12および上部電極13を有する。強誘電体膜12は、電気絶縁体膜の一例である。例えば、下部電極11は、プラチナ(Pt)膜であり、強誘電体膜12は、チタン・ジルコン酸鉛(PZT)膜であり、上部電極13は、イリジウム酸化物(IrOx)膜である。なお、下部電極11は、イリジウム(Ir)膜でもよい。また、下部電極11、強誘電体膜12および上部電極13は、上述した材料以外が使用されてもよい。強誘電体キャパシタ10は、下部電極11、強誘電体膜12および上部電極13以外の他の膜を含んでもよい。 A ferroelectric capacitor 10 has a lower electrode 11, a ferroelectric film 12 and an upper electrode 13 laminated on an interlayer insulating film 104, as in FIG. The ferroelectric film 12 is an example of an electrical insulator film. For example, the lower electrode 11 is a platinum (Pt) film, the ferroelectric film 12 is a lead titanium zirconate (PZT) film, and the upper electrode 13 is an iridium oxide (IrOx) film. Note that the lower electrode 11 may be an iridium (Ir) film. Also, the lower electrode 11, the ferroelectric film 12 and the upper electrode 13 may be made of materials other than those described above. Ferroelectric capacitor 10 may include films other than lower electrode 11 , ferroelectric film 12 and upper electrode 13 .

キャパシタ20は、図1と同様に、層間絶縁膜104上に設けられた電極21を有する。電極21は、絶縁膜203、104に設けられるプラグ63を介して、絶縁膜202、103に設けられる配線53に接続される。また、半導体装置100Aは、図1と同様に、強誘電体キャパシタ10とキャパシタ20の電極21とを覆う電気絶縁性の保護膜30を有する。保護膜30は、半導体装置100Aのチップ全体に形成され、強誘電体キャパシタ10の上面および側面に沿って設けられる。保護膜30を挟んで電極21と対向する位置には、電極22が設けられる。これにより、電極21、22に挟まれる保護膜30は、キャパシタ20として機能する。 Capacitor 20 has electrode 21 provided on interlayer insulating film 104, as in FIG. The electrode 21 is connected to the wiring 53 provided on the insulating films 202 and 103 through plugs 63 provided on the insulating films 203 and 104 . The semiconductor device 100A also has an electrically insulating protective film 30 that covers the ferroelectric capacitor 10 and the electrodes 21 of the capacitor 20, as in FIG. The protective film 30 is formed over the entire chip of the semiconductor device 100A and provided along the top surface and side surfaces of the ferroelectric capacitor 10 . An electrode 22 is provided at a position facing the electrode 21 with the protective film 30 interposed therebetween. As a result, the protective film 30 sandwiched between the electrodes 21 and 22 functions as the capacitor 20 .

半導体装置100Aは、保護膜30および電極22上に設けられた層間絶縁膜106を有する。強誘電体キャパシタ10の上部電極13は、層間絶縁膜106に形成されたプラグ72を介してプレート線PL(図2)に接続される。例えば、プラグ41、42、62、63、72および配線51、52、53は、タングステン(W)を用いて形成される。 The semiconductor device 100</b>A has an interlayer insulating film 106 provided on the protective film 30 and the electrodes 22 . Upper electrode 13 of ferroelectric capacitor 10 is connected to plate line PL (FIG. 2) through plug 72 formed in interlayer insulating film 106 . For example, the plugs 41, 42, 62, 63, 72 and the wirings 51, 52, 53 are formed using tungsten (W).

図4から図6は、図3に示す半導体装置100Aの製造方法の一例を示す。図4から図6では、図3の絶縁膜203および層間絶縁膜104が形成された後の製造工程が示される。すなわち、図4から図6では、図3のトランジスタTr、配線51(ビット線BL)、52、53は、既に形成されている。以下の製造方法で示される膜厚等の数値は、一例であり、他の値でもよい。 4 to 6 show an example of a method of manufacturing the semiconductor device 100A shown in FIG. FIGS. 4 to 6 show manufacturing steps after the insulating film 203 and the interlayer insulating film 104 of FIG. 3 are formed. That is, in FIGS. 4 to 6, the transistor Tr, wiring 51 (bit line BL), 52 and 53 in FIG. 3 have already been formed. Numerical values such as film thickness shown in the following manufacturing method are examples, and other values may be used.

まず、図4(A)では、層間絶縁膜104上において、プラグ62、63の形成領域を除く領域に図示しないレジストパターンが形成される。そして、レジストパターンをマスクとして絶縁膜104、203が選択的にエッチングされ、プラグ62、63用のスルーホールが形成される。この後、PVD(Physical Vapor Deposition)法を使用して、層間絶縁膜104上とスルーホールの内部とに、チタン膜(Ti;10nm)とチタンナイトライド膜(TiN:20nm)とが順次形成される。図では、チタン膜とチタンナイトライド膜の記載は省略する。 First, in FIG. 4A, a resist pattern (not shown) is formed on the interlayer insulating film 104 in regions other than regions where the plugs 62 and 63 are formed. Then, the insulating films 104 and 203 are selectively etched using the resist pattern as a mask to form through holes for the plugs 62 and 63 . After that, a titanium film (Ti; 10 nm) and a titanium nitride film (TiN: 20 nm) are sequentially formed on the interlayer insulating film 104 and inside the through-holes using a PVD (Physical Vapor Deposition) method. be. In the figure, description of the titanium film and the titanium nitride film is omitted.

次に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を使用して、チタンナイトライド膜上に(スルーホールの内部を含む)、タングステン膜(W;300nm)が形成される。この後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により層間絶縁膜104上のタングステン膜が除去されて平坦化されることで、プラグ62、63が形成される。 Next, a tungsten film (W; 300 nm) is formed on the titanium nitride film (including the inside of the through-hole) using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. After that, the tungsten film on the interlayer insulating film 104 is removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) and planarized to form plugs 62 and 63 .

次に、図4(B)において、層間絶縁膜104の表面に金属膜11(Pt;50nm)、強誘電体膜12(PZT;75~85nm)および金属膜13(IrOx;200nm)が順次形成される。例えば、金属膜11、13は、PVD法により形成される。PZT膜は、結晶化させるために結晶化アニールが実施されてもよい。この後、金属膜13上において、強誘電体キャパシタ10を形成する領域に図示しないレジストパターンが形成される。なお、金属膜11を形成する前に、チタンアルミナイトライド(TiAlN)等のバリアメタルが形成されてもよい。 Next, in FIG. 4B, a metal film 11 (Pt; 50 nm), a ferroelectric film 12 (PZT; 75 to 85 nm), and a metal film 13 (IrOx; 200 nm) are sequentially formed on the surface of the interlayer insulating film 104. be done. For example, the metal films 11 and 13 are formed by PVD method. The PZT film may be subjected to a crystallization anneal to crystallize it. After that, on the metal film 13, a resist pattern (not shown) is formed in the region where the ferroelectric capacitor 10 is to be formed. A barrier metal such as titanium aluminum nitride (TiAlN) may be formed before forming the metal film 11 .

次に、レジストパターンをマスクとして金属膜11、強誘電体膜12および金属膜13が一括してエッチングされることで、層間絶縁膜104上に、例えば、テーパ形状を有する強誘電体キャパシタ10が形成される。以下では、パターニングにより形成された金属膜11、強誘電体膜12および金属膜13は、それぞれ下部電極11、絶縁膜12および上部電極13とも称する。 Next, the metal film 11, the ferroelectric film 12, and the metal film 13 are collectively etched using the resist pattern as a mask, so that the ferroelectric capacitor 10 having, for example, a tapered shape is formed on the interlayer insulating film 104. It is formed. The metal film 11, the ferroelectric film 12 and the metal film 13 formed by patterning are hereinafter also referred to as the lower electrode 11, the insulating film 12 and the upper electrode 13, respectively.

次に、図5(A)において、PVD法を使用して、層間絶縁膜104上および強誘電体キャパシタ10上に金属膜21(TiN;150nm)が形成される。次に、金属膜21上においてキャパシタ20(図3)を形成する領域にレジストパターンRESが形成される。 Next, in FIG. 5A, a metal film 21 (TiN; 150 nm) is formed on the interlayer insulating film 104 and the ferroelectric capacitor 10 using the PVD method. Next, a resist pattern RES is formed on the metal film 21 in a region where the capacitor 20 (FIG. 3) is to be formed.

次に、図5(B)において、レジストパターンRESをマスクとして、金属膜21が選択的にエッチングされ、キャパシタ20(図3)の一方の電極が形成される。この後、レジストパターンが除去される。以下では、パターニングされた金属膜21を電極21とも称する。 Next, in FIG. 5B, using the resist pattern RES as a mask, the metal film 21 is selectively etched to form one electrode of the capacitor 20 (FIG. 3). After that, the resist pattern is removed. The patterned metal film 21 is hereinafter also referred to as an electrode 21 .

次に、図6(A)において、PVD法またはMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を使用して、強誘電体キャパシタ10および電極21を覆って保護膜30(アルミナ、AlOx;35nmまたは40nm)が形成される。保護膜30は、チタン酸化物(TiOx)またはハフニウム酸化物(HfOx)でもよい。次に、PVD法またはMOCVD法を使用して、保護膜30を覆って、金属膜22(TiN;150nm)が形成される。金属膜22は、導電性を有するものであれば、TiN以外でもよいが、低水分膜および低水素含有膜であることが好ましい。 Next, in FIG. 6A, a PVD method or MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method is used to cover the ferroelectric capacitor 10 and the electrodes 21 with a protective film 30 (alumina, AlOx; 35 nm or 40 nm). is formed. The protective film 30 may be titanium oxide (TiOx) or hafnium oxide (HfOx). Next, a metal film 22 (TiN; 150 nm) is formed covering the protective film 30 using PVD or MOCVD. The metal film 22 may be a film other than TiN as long as it has conductivity, but it is preferably a low-moisture film and a low-hydrogen content film.

次に、図6(B)において、金属膜22上においてキャパシタ20(図3)を形成する領域にレジストパターンRESが形成され、レジストパターンRESをマスクとして金属膜22が選択的にエッチングされることで、キャパシタ20が形成される。本実施形態では、図1と同様に、強誘電体キャパシタ10の保護膜30を使用してキャパシタ20の絶縁膜を形成することができ、保護膜30を形成する工程に加えて、キャパシタ20の絶縁膜を形成する工程を追加することを省略することができる。この結果、半導体装置100の製造工程数を削減することができる。 Next, in FIG. 6B, a resist pattern RES is formed on the metal film 22 in a region where the capacitor 20 (FIG. 3) is to be formed, and the metal film 22 is selectively etched using the resist pattern RES as a mask. , the capacitor 20 is formed. In the present embodiment, the protective film 30 of the ferroelectric capacitor 10 can be used to form the insulating film of the capacitor 20, as in FIG. Adding a step of forming an insulating film can be omitted. As a result, the number of manufacturing steps of the semiconductor device 100 can be reduced.

例えば、金属膜22のエッチングは、誘導結合プラズマエッチング装置等の反応性イオンエッチング装置により、三塩化ホウ素(BCl)、塩素(Cl)およびトリフルオロメタン(CHF)の混合ガスを用いて行われる。各エッチングガスの流量は、金属膜22と保護膜30の選択比を最大限にする条件(例えば、”金属膜22:保護膜30”=”10:1”)に設定される。また、エッチングの終点検出は、プラズマ発光強度の変化を検出することで行われる。なお、金属膜22は、アンモニア過水を用いたウェットエッチングにより除去されてもよい。この後、図示しない層間絶縁膜106が形成され、上部電極13に接続されるプラグが形成されることで、図3に示す構造が形成される。 For example, the metal film 22 is etched using a mixed gas of boron trichloride (BCl 3 ), chlorine (Cl 2 ) and trifluoromethane (CHF 3 ) by a reactive ion etching device such as an inductively coupled plasma etching device. will be The flow rate of each etching gas is set to a condition that maximizes the selection ratio between the metal film 22 and the protective film 30 (for example, "metal film 22:protective film 30"="10:1"). The end point of etching is detected by detecting changes in plasma emission intensity. Note that the metal film 22 may be removed by wet etching using ammonia hydrogen peroxide mixture. Thereafter, an interlayer insulating film 106 (not shown) is formed, and a plug connected to the upper electrode 13 is formed to form the structure shown in FIG.

以上、図3から図6に示す実施形態においても、図1に示した実施形態と同様に、製造工程数の増加を抑えて所望のサイズのキャパシタ20を半導体装置100Aに形成することができる。例えば、強誘電体キャパシタ10の保護膜30を絶縁膜として利用することでキャパシタ20を形成することができ、保護膜30とは別にキャパシタ20の絶縁膜を形成する場合に比べて、半導体装置100Aの製造工程数を削減することができる。また、強誘電体キャパシタ10の側面を覆う保護膜30を利用してキャパシタ20を形成できるため、下部電極11、強誘電体膜12および上部電極13を汚染等から保護しつつ、所望のサイズのキャパシタ20を形成することができる。 3 to 6, similarly to the embodiment shown in FIG. 1, the capacitor 20 of a desired size can be formed in the semiconductor device 100A while suppressing an increase in the number of manufacturing steps. For example, the capacitor 20 can be formed by using the protective film 30 of the ferroelectric capacitor 10 as an insulating film. can reduce the number of manufacturing steps. In addition, since the capacitor 20 can be formed using the protective film 30 covering the side surface of the ferroelectric capacitor 10, the lower electrode 11, the ferroelectric film 12 and the upper electrode 13 can be protected from contamination, etc., and a desired size can be formed. A capacitor 20 can be formed.

図7から図10は、別の実施形態における半導体装置の製造方法の一例を示す。図1および図3と同様の要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。この実施形態では、図3に示したキャパシタ20の電極21がプラグ63と同時に形成される。半導体装置のその他の構造は、図3と同様である。例えば、この実施形態の製造方法により製造される半導体装置は、強誘電体キャパシタを含むメモリセルを有する強誘電体メモリである。特に断らない限り、各要素の材質および膜厚は、図3から図6の説明と同様である。 7 to 10 show an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment. Elements similar to those in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In this embodiment, electrode 21 of capacitor 20 shown in FIG. 3 is formed at the same time as plug 63 . Other structures of the semiconductor device are the same as those in FIG. For example, a semiconductor device manufactured by the manufacturing method of this embodiment is a ferroelectric memory having memory cells including ferroelectric capacitors. Unless otherwise specified, the material and film thickness of each element are the same as those described with reference to FIGS.

まず、図7(A)において、キャパシタ20を形成する領域を開口させたレジストパターンRESが形成され、レジストパターンRESをマスクとして、層間絶縁膜104が所定量エッチングされ、凹部105が形成される。次に、図7(B)において、プラグ62、63を形成する領域を開口させたレジストパターンRESが形成され、レジストパターンRESをマスクとして、層間絶縁膜104および絶縁膜203にスルーホールTHが形成される。なお、スルーホールTHを形成するためのエッチングは、図3の配線52、53が露出されたときに停止される。 First, in FIG. 7A, a resist pattern RES is formed with an opening in the region where the capacitor 20 is to be formed. Next, in FIG. 7B, a resist pattern RES is formed with openings in regions where the plugs 62 and 63 are to be formed. Using the resist pattern RES as a mask, through holes TH are formed in the interlayer insulating film 104 and the insulating film 203. be done. The etching for forming the through holes TH is stopped when the wirings 52 and 53 in FIG. 3 are exposed.

次に、図8(A)において、レジストパターンRESが除去され、スルーホールTHと電極21を形成する凹部105とを有する層間絶縁膜104が露出される。スルーホールTHは、開口部の一例である。次に、図8(B)において、図4(A)と同様に、層間絶縁膜104上にチタン膜(Ti;10nm)とチタンナイトライド膜(TiN:20nm)とタングステン膜(W;300nm)とが順次形成される。この後、CMPにより層間絶縁膜104上のタングステン膜を除去して平坦化することで、プラグ62、63が形成され、プラグ62、63の形成と同時に、キャパシタ20の電極21が形成される。すなわち、プラグ62、63を形成するCVDとCMPとを利用して電極21を形成することができる。プラグ62は、第1の貫通電極の一例である。 Next, in FIG. 8A, the resist pattern RES is removed to expose the interlayer insulating film 104 having the through holes TH and the recesses 105 forming the electrodes 21 . The through hole TH is an example of an opening. Next, in FIG. 8B, a titanium film (Ti; 10 nm), a titanium nitride film (TiN: 20 nm), and a tungsten film (W; 300 nm) are formed on the interlayer insulating film 104 in the same manner as in FIG. 4A. are formed sequentially. After that, the tungsten film on the interlayer insulating film 104 is removed by CMP and planarized to form the plugs 62 and 63, and simultaneously with the formation of the plugs 62 and 63, the electrode 21 of the capacitor 20 is formed. That is, the electrodes 21 can be formed using CVD and CMP for forming the plugs 62 and 63 . The plug 62 is an example of a first through electrode.

次に、図9(A)において、図5(B)と同様に、プラグ62上に強誘電体キャパシタ10が形成される。次に、図9(B)において、図6(A)と同様に、層間絶縁膜104上および強誘電体キャパシタ10上に、保護膜30と金属膜22とが順次形成される。この後、図10において、図6(B)と同様に、キャパシタ20(図3)を形成する領域にレジストパターンRESが形成され、レジストパターンをマスクとして金属膜22が選択的にエッチングされることで、キャパシタ20が形成される。この後、図示しない層間絶縁膜106が形成され、上部電極13に接続されるプラグが形成されることで、図3と同様の構造を有する半導体装置が製造される。 Next, in FIG. 9A, the ferroelectric capacitor 10 is formed on the plug 62 as in FIG. 5B. Next, in FIG. 9B, a protective film 30 and a metal film 22 are sequentially formed on the interlayer insulating film 104 and the ferroelectric capacitor 10 in the same manner as in FIG. 6A. 10, similarly to FIG. 6B, a resist pattern RES is formed in the region where the capacitor 20 (FIG. 3) is to be formed, and the metal film 22 is selectively etched using the resist pattern as a mask. , the capacitor 20 is formed. Thereafter, an interlayer insulating film 106 (not shown) is formed, and a plug connected to the upper electrode 13 is formed, thereby manufacturing a semiconductor device having a structure similar to that of FIG.

以上、図7から図10に示す実施形態においても、図1から図6に示した実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、図7から図10に示す実施形態では、キャパシタ20の電極21をプラグ62、63と同時に形成できるため、キャパシタ20の電極21のみを形成するためのPVD工程を無くすことができる。この結果、図3から図6に示した実施形態に比べて、半導体装置の製造工程を簡略化することができ、半導体装置の製造コストを削減することができる。 As described above, in the embodiment shown in FIGS. 7 to 10, the same effects as those in the embodiment shown in FIGS. 1 to 6 can be obtained. Furthermore, in the embodiment shown in FIGS. 7 to 10, the electrode 21 of the capacitor 20 can be formed simultaneously with the plugs 62 and 63, so the PVD process for forming only the electrode 21 of the capacitor 20 can be eliminated. As a result, compared with the embodiments shown in FIGS. 3 to 6, the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified, and the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

図11から図15は、別の実施形態における半導体装置の製造方法の一例を示す。図1および図3と同様の要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。この実施形態では、図3に示したキャパシタ20の電極22が、強誘電体キャパシタ10の上部電極13に接続されるプラグ72と同時に形成される。また、キャパシタ20の電極21は、図7から図8で説明したように、プラグ63と同時に形成される。半導体装置のその他の構造は、図3と同様である。例えば、この実施形態の製造方法により製造される半導体装置は、強誘電体キャパシタを含むメモリセルを有する強誘電体メモリである。特に断らない限り、各要素の材質および膜厚は、図3から図6の説明と同様である。 11 to 15 show an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment. Elements similar to those in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In this embodiment, the electrode 22 of the capacitor 20 shown in FIG. 3 is formed at the same time as the plug 72 connected to the top electrode 13 of the ferroelectric capacitor . Also, the electrode 21 of the capacitor 20 is formed at the same time as the plug 63, as described with reference to FIGS. Other structures of the semiconductor device are the same as those in FIG. For example, a semiconductor device manufactured by the manufacturing method of this embodiment is a ferroelectric memory having memory cells including ferroelectric capacitors. Unless otherwise specified, the material and film thickness of each element are the same as those described with reference to FIGS.

まず、図11において、強誘電体キャパシタ10および電極21を覆って、保護膜30が形成された後、例えば、CVD法を使用して、保護膜30上に層間絶縁膜106(P-TEOS;1500nm)が形成される。この後、CMPにより層間絶縁膜106が平坦化される。 First, in FIG. 11, after the protective film 30 is formed covering the ferroelectric capacitor 10 and the electrode 21, an interlayer insulating film 106 (P-TEOS; P-TEOS; 1500 nm) are formed. After that, the interlayer insulating film 106 is planarized by CMP.

次に、図12において、キャパシタ20を形成する領域を開口させたレジストパターンRESが形成され、レジストパターンRESをマスクとして、キャパシタ20を形成する領域の保護膜30が露出するまで層間絶縁膜106がエッチングされる。この後、レジストパターンRESは除去される。 Next, in FIG. 12, a resist pattern RES is formed with an opening in the region where the capacitor 20 is to be formed. etched. After that, the resist pattern RES is removed.

次に、図13において、強誘電体キャパシタ10に向けて開口するレジストパターンRESが形成される。そして、レジストパターンRESをマスクとして、強誘電体キャパシタ10の上部電極13が露出するまで層間絶縁膜106および保護膜30がエッチングされ、スルーホールTHが形成される。この後、レジストパターンRESは除去される。 Next, in FIG. 13, a resist pattern RES is formed that opens toward the ferroelectric capacitor 10 . Using the resist pattern RES as a mask, the interlayer insulating film 106 and the protective film 30 are etched until the upper electrode 13 of the ferroelectric capacitor 10 is exposed, thereby forming a through hole TH. After that, the resist pattern RES is removed.

次に、図14において、層間絶縁膜106上に、PVD法により金属膜22(例えば、TiN;100nm)が形成され、さらに、CVD法によりタングステン膜70(300nm)が形成される。例えば、金属膜22は、バリアメタルとして機能する。次に、図15において、CMPにより層間絶縁膜106上の金属膜22およびタングステン膜70を除去して平坦化することでプラグ72が形成され、プラグ72の形成と同時に、キャパシタ20の電極23が形成される。プラグ72は、第2の貫通電極の一例である。そして、図3と同様の構造を有する半導体装置が製造される。 14, a metal film 22 (TiN; 100 nm, for example) is formed on the interlayer insulating film 106 by PVD, and a tungsten film 70 (300 nm) is formed by CVD. For example, the metal film 22 functions as a barrier metal. Next, in FIG. 15, the metal film 22 and the tungsten film 70 on the interlayer insulating film 106 are removed by CMP and planarized to form plugs 72. Simultaneously with the formation of the plugs 72, the electrodes 23 of the capacitors 20 are formed. It is formed. The plug 72 is an example of a second through electrode. Then, a semiconductor device having a structure similar to that of FIG. 3 is manufactured.

以上、図11から図15に示す実施形態においても、図1から図10に示した実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、図11から図15に示す実施形態では、キャパシタ20の電極22を、層間絶縁膜106に形成されるプラグ72と同時に形成することができる。すなわち、キャパシタ20の電極22のみを形成するためのPVD工程やCVD工程を無くすことができる。この結果、図3から図6に示した実施形態に比べて、半導体装置の製造工程を簡略化することができ、半導体装置の製造コストを削減することができる。 As described above, in the embodiment shown in FIGS. 11 to 15, the same effects as those in the embodiment shown in FIGS. 1 to 10 can be obtained. Furthermore, in the embodiments shown in FIGS. 11-15, the electrodes 22 of the capacitors 20 can be formed at the same time as the plugs 72 formed in the interlayer insulating film 106. FIG. That is, the PVD process and CVD process for forming only the electrode 22 of the capacitor 20 can be eliminated. As a result, compared with the embodiments shown in FIGS. 3 to 6, the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified, and the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

図16は、別の実施形態における半導体装置の一例を示す。図1および図3と同様の要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図16は、図4から図15と同様に、絶縁膜203より上側の構造を示し、図3の半導体基板101から層間絶縁膜103までの構造の記載を省略している。半導体基板101から層間絶縁膜103までの構造は、図3と同様である。 FIG. 16 shows an example of a semiconductor device according to another embodiment. Elements similar to those in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. 4 to 15, FIG. 16 shows the structure above the insulating film 203, omitting the structure from the semiconductor substrate 101 to the interlayer insulating film 103 in FIG. The structure from the semiconductor substrate 101 to the interlayer insulating film 103 is the same as in FIG.

例えば、この実施形態の半導体装置100Bは、強誘電体キャパシタ10を含むメモリセルを有する強誘電体メモリであり、複数のメモリセルを含むメモリセルアレイを有する。強誘電体キャパシタ10の上部電極13は、図3と同様に、プラグ72を介してプレート線PLに接続される。 For example, the semiconductor device 100B of this embodiment is a ferroelectric memory having memory cells including ferroelectric capacitors 10, and has a memory cell array including a plurality of memory cells. The upper electrode 13 of the ferroelectric capacitor 10 is connected to the plate line PL through the plug 72 as in FIG.

また、メモリセルアレイの周囲には、強誘電体キャパシタ10と同じ積層構造を有する複数のダミーキャパシタ10Dが形成される。例えば、ダミーキャパシタ10Dの大きさは、強誘電体キャパシタ10の大きさと同じである。ダミーキャパシタ10Dは、ダミー素子の一例である。この実施形態では、ダミーキャパシタ10Dが2列配置されるが、ダミーキャパシタ10Dの列数は2列以外でもよい。メモリセルアレイの周囲にダミーキャパシタ10Dを設けることで、例えば、露光工程におけるハレーションの影響等を低減することができ、強誘電体キャパシタ10の形状を、メモリセルアレイの内部と外周部とで均一に形成することができる。 A plurality of dummy capacitors 10D having the same laminated structure as the ferroelectric capacitors 10 are formed around the memory cell array. For example, the size of the dummy capacitor 10D is the same as the size of the ferroelectric capacitor 10. FIG. Dummy capacitor 10D is an example of a dummy element. In this embodiment, two rows of dummy capacitors 10D are arranged, but the number of rows of dummy capacitors 10D may be other than two. By providing the dummy capacitor 10D around the memory cell array, for example, the influence of halation in the exposure process can be reduced. can do.

図17で説明するように、ダミーキャパシタ10Dを構成する下部電極11、強誘電体膜12および上部電極13の材質は、強誘電体キャパシタ10の下部電極11、強誘電体膜12および上部電極13の材質とそれぞれ同じである。また、ダミーキャパシタ10Dは、強誘電体キャパシタ10と同時に形成される。 As described in FIG. 17, the materials of the lower electrode 11, the ferroelectric film 12 and the upper electrode 13 which constitute the dummy capacitor 10D are the same as those of the lower electrode 11, the ferroelectric film 12 and the upper electrode 13 of the ferroelectric capacitor 10. are the same as the materials of Also, the dummy capacitor 10D is formed at the same time as the ferroelectric capacitor 10 is formed.

ダミーキャパシタ10Dの下部電極11は、プラグ64を介して、例えば、接地線等の共通の電圧線に接続される。半導体装置100Bは、強誘電体キャパシタ10の上面および側面とダミーキャパシタ10Dの上面および側面とに沿って設けられる保護膜30を有する。また、半導体装置100Bは、ダミーキャパシタ10Dの形成領域に、保護膜30を覆って設けられる金属膜22を有する。金属膜22は、層間絶縁膜106に形成されるプラグ73を介して、例えば、電源線等の所定の電圧線に接続される。 A lower electrode 11 of the dummy capacitor 10D is connected to a common voltage line such as a ground line through a plug 64, for example. The semiconductor device 100B has a protective film 30 provided along the top and side surfaces of the ferroelectric capacitor 10 and the top and side surfaces of the dummy capacitor 10D. Moreover, the semiconductor device 100B has a metal film 22 provided to cover the protective film 30 in the formation region of the dummy capacitor 10D. The metal film 22 is connected to a predetermined voltage line such as a power line through a plug 73 formed in the interlayer insulating film 106 .

そして、ダミーキャパシタ10Dの下部電極11の側面と金属膜22とに挟まれた保護膜30によりキャパシタ20が形成される。すなわち、この実施形態では、メモリセルアレイの周囲に配置されるダミーキャパシタ10Dを利用してキャパシタ20を形成することができる。なお、半導体装置100Bは、図16に示すキャパシタ20以外に、図3に示した構造のキャパシタ20を有してもよい。 Capacitor 20 is formed of protective film 30 sandwiched between the side surface of lower electrode 11 of dummy capacitor 10D and metal film 22. As shown in FIG. That is, in this embodiment, the capacitor 20 can be formed using the dummy capacitor 10D arranged around the memory cell array. Semiconductor device 100B may have capacitor 20 having the structure shown in FIG. 3 in addition to capacitor 20 shown in FIG.

図17から図20は、図16に示す半導体装置100Bの製造方法の一例を示す。図17から図20では、上述した図4から図6と同様に、図3の絶縁膜203および層間絶縁膜104が形成された後の製造工程が示される。 17 to 20 show an example of a method of manufacturing the semiconductor device 100B shown in FIG. 17 to 20 show the manufacturing process after the insulating film 203 and the interlayer insulating film 104 in FIG. 3 are formed, like FIGS. 4 to 6 described above.

まず、図17(A)において、図5(B)と同様に、金属膜11、強誘電体膜12および金属膜13が順次形成され、レジストパターンを利用して、金属膜11、強誘電体膜12および金属膜13が選択的にエッチングされる。これにより、層間絶縁膜104上に強誘電体キャパシタ10とダミーキャパシタ10Dとが形成される。 First, in FIG. 17A, similarly to FIG. 5B, a metal film 11, a ferroelectric film 12 and a metal film 13 are sequentially formed. Film 12 and metal film 13 are selectively etched. As a result, the ferroelectric capacitor 10 and the dummy capacitor 10D are formed on the interlayer insulating film 104. Next, as shown in FIG.

次に、図17(B)において、図6(A)と同様に、強誘電体キャパシタ10およびダミーキャパシタ10Dを覆って保護膜30と金属膜22とが順次形成される。次に、図18において、図6(B)と同様に、ダミーキャパシタ10Dの形成領域に形成した図示しないレジストパターンをマスクとして金属膜22が選択的にエッチングされることで、キャパシタ20が形成される。 Next, in FIG. 17B, similarly to FIG. 6A, a protective film 30 and a metal film 22 are sequentially formed to cover the ferroelectric capacitor 10 and the dummy capacitor 10D. Next, in FIG. 18, similarly to FIG. 6B, the metal film 22 is selectively etched using a resist pattern (not shown) formed in the formation region of the dummy capacitor 10D as a mask, whereby the capacitor 20 is formed. be.

次に、図19において、ダミーキャパシタ10Dの少なくとも1つに向けて開口するレジストパターンRESが形成され、レジストパターンRESをマスクとして、金属膜22が露出するまで層間絶縁膜106がエッチングされる。この後、レジストパターンRESは除去される。 Next, in FIG. 19, a resist pattern RES opening toward at least one of the dummy capacitors 10D is formed, and using the resist pattern RES as a mask, the interlayer insulating film 106 is etched until the metal film 22 is exposed. After that, the resist pattern RES is removed.

次に、図20において、強誘電体キャパシタ10に向けて開口するレジストパターンRESが形成される。次に、レジストパターンRESをマスクとして、強誘電体キャパシタ10の上部電極13が露出するまで層間絶縁膜106および保護膜30がエッチングされ、スルーホールTHが形成される。この後、レジストパターンRESは除去される。この後、CVD法によりタングステン膜70(300nm)が形成され、CMPにより層間絶縁膜106上のタングステン膜が除去されることで、プラグ72、73が形成され、図16に示した構造が形成される。なお、タングステン膜70を形成する前に、PVD法により、層間絶縁膜106上にチタンナイトライド膜が形成されてもよい。 Next, in FIG. 20, a resist pattern RES opening toward the ferroelectric capacitor 10 is formed. Next, using the resist pattern RES as a mask, the interlayer insulating film 106 and the protective film 30 are etched until the upper electrode 13 of the ferroelectric capacitor 10 is exposed, thereby forming a through hole TH. After that, the resist pattern RES is removed. Thereafter, a tungsten film 70 (300 nm) is formed by CVD, and the tungsten film on the interlayer insulating film 106 is removed by CMP to form plugs 72 and 73, thus forming the structure shown in FIG. be. Before forming the tungsten film 70, a titanium nitride film may be formed on the interlayer insulating film 106 by PVD.

以上、図16から図20に示す実施形態においても、図1から図6に示した実施形態と同様の効果を得ることができる。例えば、強誘電体キャパシタ10の保護膜30を絶縁膜として利用することでキャパシタ20を形成することができ、保護膜30とは別にキャパシタ20の絶縁膜を形成する場合に比べて、半導体装置100Bの製造工程数を削減することができる。さらに、図16から図20に示す実施形態では、ダミーキャパシタ10Dを利用してキャパシタ20を形成することができる。 As described above, in the embodiment shown in FIGS. 16 to 20 as well, the same effect as in the embodiment shown in FIGS. 1 to 6 can be obtained. For example, the capacitor 20 can be formed by using the protective film 30 of the ferroelectric capacitor 10 as an insulating film. can reduce the number of manufacturing steps. Further, in the embodiments shown in FIGS. 16-20, dummy capacitor 10D can be utilized to form capacitor 20. FIG.

図21は、別の実施形態における半導体装置の一例を示す。図1、図3および図16と同様の要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図21に示す半導体装置100Cは、図16に示したダミーキャパシタ10Dよりも面積が大きいダミーキャパシタ10Eを有する。ダミーキャパシタ10Eは、ダミー素子の一例である。ここで、面積は、半導体装置100Cの平面視での面積であり、断面積ではない。なお、ダミーキャパシタ10Eにおける図21の奥行き方向の長さを、強誘電体キャパシタ10の奥行き方向の長さより大きくすることで、ダミーキャパシタ10Eの面積をさらに大きくしてもよい。 FIG. 21 shows an example of a semiconductor device according to another embodiment. Elements similar to those in FIGS. 1, 3 and 16 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. A semiconductor device 100C shown in FIG. 21 has a dummy capacitor 10E having a larger area than the dummy capacitor 10D shown in FIG. Dummy capacitor 10E is an example of a dummy element. Here, the area is the area of the semiconductor device 100C in plan view, not the cross-sectional area. The area of the dummy capacitor 10E may be further increased by making the length of the dummy capacitor 10E in the depth direction in FIG. 21 larger than the length of the ferroelectric capacitor 10 in the depth direction.

なお、ダミーキャパシタ10Eは、強誘電体キャパシタ10と同じ積層構造を有するため、強誘電体キャパシタ10と同じ製造工程を使用して形成することができる。ダミーキャパシタ10Eのサイズが異なることを除き、半導体装置100Cの構造は、図16に示した半導体装置100Bの構造と同様である。また、半導体装置100Cの製造工程は、プラグ64の形成数と、ダミーキャパシタ10Eを形成するためのレジストパターンの形状が相違することを除き、図17から図20に示した製造工程と同様である。 Since the dummy capacitor 10E has the same lamination structure as the ferroelectric capacitor 10, it can be formed using the same manufacturing process as the ferroelectric capacitor 10. FIG. The structure of the semiconductor device 100C is the same as the structure of the semiconductor device 100B shown in FIG. 16, except that the size of the dummy capacitor 10E is different. The manufacturing process of the semiconductor device 100C is the same as the manufacturing process shown in FIGS. 17 to 20, except that the number of plugs 64 to be formed and the shape of the resist pattern for forming the dummy capacitor 10E are different. .

例えば、強誘電体キャパシタは、強誘電体膜(PZT膜)の面積が所定以上になると、強誘電体膜にリークパスが発生する。このため、ダミーキャパシタ10Eの面積を、強誘電体膜(PZT膜)にリークパスが発生する面積以上にすることで、ダミーキャパシタ10Eの電極11、13間を導通させることができる。すなわち、ダミーキャパシタ10Eの強誘電体膜12は、電極11、13間を電気的に接続するリークパスを有する。これにより、電極11の側面だけでなく、電極13の側面と上面とをキャパシタ20の電極21にすることができる。この結果、図16のダミーキャパシタ10Dに比べて、キャパシタ20の電極21、22の対向面積を増加させて、キャパシタ20の容量値を増加させることができる。 For example, in a ferroelectric capacitor, when the area of the ferroelectric film (PZT film) exceeds a predetermined value, a leak path occurs in the ferroelectric film. Therefore, the electrodes 11 and 13 of the dummy capacitor 10E can be electrically connected by making the area of the dummy capacitor 10E equal to or larger than the area where a leak path occurs in the ferroelectric film (PZT film). That is, the ferroelectric film 12 of the dummy capacitor 10E has a leak path that electrically connects the electrodes 11 and 13 together. Thereby, not only the side surface of the electrode 11 but also the side surface and the upper surface of the electrode 13 can be used as the electrode 21 of the capacitor 20 . As a result, compared with the dummy capacitor 10D of FIG. 16, the facing area of the electrodes 21 and 22 of the capacitor 20 can be increased, and the capacitance value of the capacitor 20 can be increased.

図22は、別の実施形態における半導体装置の一例を示す。図1および図3と同様の要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図22に示す半導体装置100Dは、例えば、強誘電体キャパシタ10を含むメモリセルを有する強誘電体メモリである。図22は、強誘電体キャパシタ10を含むメモリセルMC(図2)と、キャパシタ20との形成領域を示す。図22では、半導体装置100Dの配線層(絶縁膜202、103)に配線以外の要素を形成する余裕がある場合の例を示す。例えば、強誘電体メモリのメモリセルは、図2に示した1T1Cタイプである。強誘電体キャパシタ10を含むメモリセル部分の断面構造は、図3と同様である。 FIG. 22 shows an example of a semiconductor device according to another embodiment. Elements similar to those in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. A semiconductor device 100D shown in FIG. 22 is, for example, a ferroelectric memory having memory cells each including a ferroelectric capacitor 10. FIG. FIG. 22 shows memory cells MC ( FIG. 2 ) including ferroelectric capacitors 10 and formation regions of capacitors 20 . FIG. 22 shows an example in which the wiring layer (insulating films 202 and 103) of the semiconductor device 100D has room to form elements other than wiring. For example, a memory cell of a ferroelectric memory is the 1T1C type shown in FIG. The cross-sectional structure of the memory cell portion including the ferroelectric capacitor 10 is the same as in FIG.

図22では、層間絶縁膜102に形成されるプラグ44と層間絶縁膜202、103(配線層)に形成される配線54とを利用してキャパシタ20が形成される。プラグ44および配線54は、第1の電極の一例である。例えば、プラグ44と配線54との周囲には、保護膜30と金属膜22とが順次設けられる。例えば、保護膜30は、半導体装置100Dのチップ全体に形成され、金属膜22は、プラグ44と配線54とが形成される凹部108に形成される。 In FIG. 22, the capacitor 20 is formed using the plug 44 formed in the interlayer insulating film 102 and the wiring 54 formed in the interlayer insulating films 202 and 103 (wiring layers). The plug 44 and wiring 54 are examples of the first electrode. For example, the protective film 30 and the metal film 22 are sequentially provided around the plug 44 and the wiring 54 . For example, the protective film 30 is formed over the entire chip of the semiconductor device 100D, and the metal film 22 is formed in the recesses 108 where the plugs 44 and the wirings 54 are formed.

プラグ44と配線54とは互いに接続され、キャパシタ20の一方の電極として機能する。すなわち、キャパシタ20の一方の電極は、半導体基板101上に突出して設けられる。プラグ44と配線54とにより形成されるキャパシタ20の一方の電極は、図3に示した電極21に対応する。 Plug 44 and wiring 54 are connected to each other and function as one electrode of capacitor 20 . That is, one electrode of the capacitor 20 is provided so as to protrude above the semiconductor substrate 101 . One electrode of capacitor 20 formed by plug 44 and wiring 54 corresponds to electrode 21 shown in FIG.

プラグ44は、半導体基板101上に形成される金属膜であるコバルトシリサイド膜25を介して互いに接続され、さらに、凹部108の脇に設けられるプラグ45、配線55およびプラグ74を介して、例えば、接地線等の電圧線に接続される。金属膜22は、キャパシタ20の他方の電極として機能し、凹部108の脇に設けられるプラグ75を介して、例えば、電源線等の電圧線に接続される。なお、コバルトシリサイド膜25は、図3に示したソース・ドレイン領域上に形成されてもよい。 The plugs 44 are connected to each other through the cobalt silicide film 25, which is a metal film formed on the semiconductor substrate 101, and further through the plugs 45, the wiring 55 and the plugs 74 provided on the side of the recess 108, for example. It is connected to a voltage line such as a ground line. The metal film 22 functions as the other electrode of the capacitor 20 and is connected to a voltage line such as a power line through a plug 75 provided on the side of the recess 108 . The cobalt silicide film 25 may be formed on the source/drain regions shown in FIG.

キャパシタ20を、半導体基板101に沿う方向でなく、半導体基板101に直交する方向に立体的に形成することで、キャパシタ20の一対の電極の対向面積を増やすことができ、小さい形成面積で大きな容量値を確保することができる。すなわち、キャパシタ20を平面的に形成する場合に比べて、半導体基板101の単位面積当たりの容量値を増加させることができる。 By forming the capacitor 20 three-dimensionally not in the direction along the semiconductor substrate 101 but in the direction orthogonal to the semiconductor substrate 101, the facing area of the pair of electrodes of the capacitor 20 can be increased, and a large capacitance can be obtained with a small formation area. value can be secured. That is, the capacitance value per unit area of the semiconductor substrate 101 can be increased compared to the case where the capacitor 20 is formed planarly.

図23は、図22のプラグ44および配線54を半導体装置100Dの上面から見た形状を示す。プラグ44および配線54は、半導体装置100Dの平面視で、例えば蛇行する形状を有している。これにより、キャパシタ20の一対の電極の対向面積をさらに増やすことができ、キャパシタ20の容量値をさらに増加させることができる。 FIG. 23 shows the shape of the plug 44 and the wiring 54 of FIG. 22 viewed from above the semiconductor device 100D. The plug 44 and the wiring 54 have, for example, a meandering shape in plan view of the semiconductor device 100D. Thereby, the facing area of the pair of electrodes of the capacitor 20 can be further increased, and the capacitance value of the capacitor 20 can be further increased.

図24から図26は、図22に示す半導体装置の製造方法の一例を示す。図24から図26では、強誘電体キャパシタ10が形成された工程以降の製造工程が示される。なお、プラグ44および配線54は、強誘電体キャパシタ10の下部電極11を半導体基板101に接続するプラグ42の形成工程および配線52の形成工程でそれぞれ形成される。すなわち、絶縁膜102にプラグ44用のスルーホールが形成され、絶縁膜202、103に配線54用の溝が形成され、CVD法により、スルーホールおよび溝に導電材料であるタングステン膜が形成される。スルーホールおよび溝は、穴の一例である。 24 to 26 show an example of a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. FIGS. 24 to 26 show manufacturing steps after the ferroelectric capacitor 10 is formed. The plug 44 and the wiring 54 are formed in the step of forming the plug 42 and the step of forming the wiring 52 for connecting the lower electrode 11 of the ferroelectric capacitor 10 to the semiconductor substrate 101, respectively. That is, through holes for the plugs 44 are formed in the insulating film 102, trenches for the wirings 54 are formed in the insulating films 202 and 103, and a tungsten film, which is a conductive material, is formed in the through holes and trenches by the CVD method. . Through holes and grooves are examples of holes.

この後、絶縁膜103上のタングステン膜がCMPにより除去されることで、プラグ44および配線54が形成される。後述するように、プラグ44および配線54は、キャパシタ20の一方の電極として機能する。すなわち、キャパシタ20の一方の電極は、半導体基板101の上方の層間絶縁膜102、202、103に形成された穴または溝にタングステン等の導電体を埋め込む事により、他の貫通電極42および配線52の一方または両方と同時に形成される。なお、タングステン膜を形成する前に、チタン膜とチタンナイトライド膜とが順次形成されてもよい。 Thereafter, the plug 44 and the wiring 54 are formed by removing the tungsten film on the insulating film 103 by CMP. As will be described later, plug 44 and wiring 54 function as one electrode of capacitor 20 . That is, one electrode of the capacitor 20 is formed by embedding a conductive material such as tungsten in a hole or groove formed in the interlayer insulating films 102 , 202 , 103 above the semiconductor substrate 101 , thereby forming the other through electrode 42 and the wiring 52 . formed simultaneously with one or both of A titanium film and a titanium nitride film may be sequentially formed before forming the tungsten film.

まず、図24において、図5(B)と同様に、プラグ62上に強誘電体キャパシタ10が形成される。次に、図25において、凹部108を形成する領域が開口された図示しないレジストパターンが形成され、レジストパターンをマスクとして、絶縁膜201が露出するまで絶縁膜104、203、103、202、102がエッチングされる。なお、エッチングは、複数回に分けて行われてもよい。この後、レジストパターンRESは除去される。そして、プラグ44と配線54とが露出する凹部108が形成される。 First, in FIG. 24, the ferroelectric capacitor 10 is formed on the plug 62 as in FIG. 5B. Next, in FIG. 25, a resist pattern (not shown) is formed with an opening for forming the recess 108. Using the resist pattern as a mask, the insulating films 104, 203, 103, 202, and 102 are exposed until the insulating film 201 is exposed. etched. Note that the etching may be performed in a plurality of times. After that, the resist pattern RES is removed. Then, recesses 108 exposing the plugs 44 and the wirings 54 are formed.

次に、図26において、強誘電体キャパシタ10の上面および側面と、層間絶縁膜104上と、凹部108の内面と、プラグ44および配線54の周囲とを覆って、保護膜30と金属膜22とが順次形成される。すなわち、保護膜30および金属膜22は、プラグ44および配線54により形成されるキャパシタ20の一方の電極の上面および側面に沿って設けられる。 Next, in FIG. 26, a protective film 30 and a metal film 22 are formed to cover the top and side surfaces of the ferroelectric capacitor 10, the interlayer insulating film 104, the inner surface of the recess 108, the plugs 44 and the wiring 54 and their surroundings. are formed sequentially. That is, protective film 30 and metal film 22 are provided along the upper surface and side surface of one electrode of capacitor 20 formed by plug 44 and interconnection 54 .

この後、凹部108とその周囲とを含む領域に形成されたレジストパターンをマスクとして、金属膜22が選択的にエッチングされることで、キャパシタ20が形成される。この後、図22に示した層間絶縁膜106が形成され、凹部108が層間絶縁膜106により埋められた後、プラグ72、74、75が形成され、図22に示した構造を有する半導体装置100Dが製造される。 Thereafter, the capacitor 20 is formed by selectively etching the metal film 22 using the resist pattern formed in the region including the recess 108 and its periphery as a mask. After that, interlayer insulating film 106 shown in FIG. 22 is formed, recess 108 is filled with interlayer insulating film 106, plugs 72, 74 and 75 are formed, and semiconductor device 100D having the structure shown in FIG. is manufactured.

なお、キャパシタ20の一方の電極は、プラグ44または配線54のいずれか一方のみを使用して形成されてもよい。また、キャパシタ20の一方の電極の形成に使用される層は、図26に示す層に限定されず、他の層が使用されてもよい。例えば、図22の層間絶縁膜106に形成されるプラグがキャパシタ20の一方の電極の形成に使用されてもよい。 One electrode of the capacitor 20 may be formed using either the plug 44 or the wiring 54 alone. Also, the layer used to form one electrode of the capacitor 20 is not limited to the layer shown in FIG. 26, and other layers may be used. For example, a plug formed in the interlayer insulating film 106 of FIG. 22 may be used to form one electrode of the capacitor 20. FIG.

以上、図22から図26に示す実施形態においても、図1から図6に示した実施形態と同様の効果を得ることができる。例えば、強誘電体キャパシタ10の保護膜30を絶縁膜として利用することでキャパシタ20を形成することができ、保護膜30とは別にキャパシタ20の絶縁膜を形成する場合に比べて、半導体装置100Dの製造工程数を削減することができる。 As described above, in the embodiment shown in FIGS. 22 to 26 as well, the same effect as in the embodiment shown in FIGS. 1 to 6 can be obtained. For example, the capacitor 20 can be formed by using the protective film 30 of the ferroelectric capacitor 10 as an insulating film. can reduce the number of manufacturing steps.

また、キャパシタ20の一方の電極(44、54)を、層間絶縁膜102、202、103に形成されるプラグ42、45および配線52、55と同時に形成することができる。すなわち、キャパシタ20の一方の電極(44、54)のみを形成するためのCVD工程を無くすことができる。 Also, one electrode (44, 54) of the capacitor 20 can be formed simultaneously with the plugs 42, 45 and the wirings 52, 55 formed in the interlayer insulating films 102, 202, 103. FIG. That is, the CVD process for forming only one electrode (44, 54) of the capacitor 20 can be eliminated.

さらに、図22から図26に示す実施形態では、キャパシタ20を、半導体基板101に直交する方向に立体的に形成し、さらに、平面視で蛇行する形状に形成することで、キャパシタ20の一対の電極の対向面積を増やすことができる。この結果、小さい形成面積に大きな容量値を有するキャパシタ20を形成することができる。 Furthermore, in the embodiments shown in FIGS. 22 to 26, the capacitor 20 is three-dimensionally formed in a direction orthogonal to the semiconductor substrate 101 and is formed in a meandering shape in a plan view, thereby forming a pair of capacitors 20. The facing area of the electrodes can be increased. As a result, the capacitor 20 having a large capacitance value can be formed in a small formation area.

図27および図28は、別の実施形態における半導体装置の製造方法の一例を示す。図1、図3および図22と同様の要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。この実施形態では、図22に示した凹部108を形成する前に、図27に示すように、強誘電体キャパシタ10および層間絶縁膜104を覆って保護膜30aが形成される。 27 and 28 show an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment. Elements similar to those in FIGS. 1, 3 and 22 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In this embodiment, before forming the recess 108 shown in FIG. 22, a protective film 30a is formed covering the ferroelectric capacitor 10 and the interlayer insulating film 104 as shown in FIG.

次に、図28において、図25と同様に、凹部108を形成する領域が開口された図示しないレジストパターンが形成される。そして、レジストパターンをマスクとして、絶縁膜201が露出するまでエッチングされ、プラグ44と配線54とが露出する凹部108が形成される。この実施形態では、レジストパターンの形成時および絶縁膜201までのエッチング時に、強誘電体キャパシタ10が保護膜30aで覆われているため、強誘電体キャパシタ10の強誘電体膜12等が、凹部108を形成する工程で汚染されることを抑止できる。 Next, in FIG. 28, similarly to FIG. 25, a resist pattern (not shown) having openings for forming recesses 108 is formed. Then, using the resist pattern as a mask, etching is performed until the insulating film 201 is exposed, thereby forming recesses 108 exposing the plugs 44 and the wirings 54 . In this embodiment, since the ferroelectric capacitor 10 is covered with the protective film 30a during formation of the resist pattern and etching up to the insulating film 201, the ferroelectric film 12 and the like of the ferroelectric capacitor 10 are not recessed. Contamination in the process of forming 108 can be suppressed.

次に、強誘電体キャパシタ10と、層間絶縁膜104上と、凹部108の内面と、プラグ44および配線54の周囲とを覆って、保護膜30bと金属膜22とが順次形成される。すなわち、この実施形態では、保護膜30a、30bは、凹部108を形成する前と後とのそれぞれで形成される。その後の金属膜22をパターニングする工程以降は、図26の説明と同様である。そして、図22と同様の半導体装置100Dが製造される。 Next, a protective film 30b and a metal film 22 are sequentially formed to cover the ferroelectric capacitor 10, the interlayer insulating film 104, the inner surface of the recess 108, and the periphery of the plug 44 and the wiring 54. Next, as shown in FIG. That is, in this embodiment, the protective films 30a and 30b are formed before and after the recess 108 is formed. The subsequent step of patterning the metal film 22 is the same as the description of FIG. Then, a semiconductor device 100D similar to that of FIG. 22 is manufactured.

以上、図27および図28に示す実施形態においても、図1から図6に示した実施形態および図22から図26に示した実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、図27および図28に示す実施形態では、凹部108を形成する前に強誘電体キャパシタ10を保護膜30aで覆うことで、凹部108の形成時に強誘電体キャパシタ10が汚染することを抑止することができる。この結果、強誘電体キャパシタ10の特性が劣化することを抑止することができる。 As described above, in the embodiment shown in FIGS. 27 and 28 as well, the same effects as in the embodiment shown in FIGS. 1 to 6 and the embodiment shown in FIGS. 22 to 26 can be obtained. Furthermore, in the embodiment shown in FIGS. 27 and 28, by covering the ferroelectric capacitor 10 with the protective film 30a before forming the recess 108, contamination of the ferroelectric capacitor 10 during the formation of the recess 108 is suppressed. can do. As a result, deterioration of the characteristics of the ferroelectric capacitor 10 can be suppressed.

以上の図1から図27に示す実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
半導体基板上方に設けられる第1の電極と、
前記半導体基板上方に設けられる第1の素子と、
前記第1の電極と前記第1の素子とを覆って設けられ、前記第1の素子を保護する電気絶縁性の保護膜と、
前記保護膜を挟んで前記第1の電極と反対側に設けられる第2の電極と、を有することを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記第1の素子は、前記半導体基板側から順に積層された下部電極、絶縁膜および上部電極を有すること、を特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記保護膜は、前記第1の素子の上面および側面に沿って設けられること、を特徴とする付記1または付記2に記載の半導体装置。
(付記4)
前記第1の電極は、前記第1の素子と同じ積層構造を有すること、を特徴とする付記2に記載の半導体装置。
(付記5)
前記第1の電極の面積は、前記第1の素子の面積より大きく、
前記第1の電極に含まれる絶縁膜は、前記第1の電極に含まれる下部電極と前記第1の電極に含まれる上部電極との間を電気的に接続するリークパスを有すること、を特徴とする付記4に記載の半導体装置。
(付記6)
前記半導体装置は、さらに、前記半導体基板上方に形成される絶縁膜中に設けられる貫通電極および配線を有し、
前記第1の電極は、前記貫通電極および前記配線の一方または両方と同じ構造を有すること、を特徴とする付記1ないし付記3のいずれか1項に記載の半導体装置。
(付記7)
前記第1の素子および前記第1の電極は、前記半導体基板上に形成される絶縁膜上に設けられ、
前記第1の電極の材料は、前記第1の素子を前記半導体基板に接続するために前記絶縁膜の開口部に配置される導電材料と同じであること、を特徴とする付記1ないし付記3のいずれか1項に記載の半導体装置。
(付記8)
前記第2の電極の材料は、前記第1の素子に接続するために、前記第1の素子上に設けられる絶縁膜の開口部に配置される導電材料と同じであること、を特徴とする付記1、付記2、付記3または付記7のいずれか1項に記載の半導体装置。
(付記9)
前記第1の素子は強誘電体素子であり、前記第1の電極、前記保護膜、および前記第2の電極は、容量素子を構成すること、を特徴とする付記1ないし付記8のいずれか1項に記載の半導体装置。
(付記10)
半導体基板上方に第1の電極を形成する工程と、
前記半導体基板上方に第1の素子を形成する工程と、
前記第1の電極と前記第1の素子とを覆って電気絶縁性の保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を挟んで前記第1の電極と反対側に第2の電極を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記11)
前記第1の素子を形成する工程は、前記半導体基板側から順に下部電極、絶縁膜、および上部電極を積層する工程を含むこと、を特徴とする付記10に記載の半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記保護膜を、前記第1の素子の上面および側面に沿って形成すること、を特徴とする付記10または付記11に記載の半導体装置の製造方法。
(付記13)
前記第1の電極は、前記半導体基板側から順に形成された第1の導電膜、第1の絶縁膜、および第2の導電膜をパターニングすることにより、前記下部電極、前記絶縁膜、および前記上部電極と同時に形成され、前記第1の素子と同じ積層構造を有すること、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14)
前記第1の電極は、前記半導体基板上方の層間絶縁膜に形成された孔または溝に導電体を埋め込むことにより、貫通電極および配線の一方または両方と同時に形成されること、を特徴とする付記10ないし付記12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記15)
前記保護膜は、前記第1の電極の周囲の前記層間絶縁膜を除去する前と後とにそれぞれ形成されること、を特徴とする付記14に記載の半導体装置の製造方法。
(付記16)
前記第1の素子を形成する前に、前記第1の素子に接続する第1の貫通電極を前記半導体基板上の絶縁膜に形成する工程で、前記第1の貫通電極と同じ材料を用いて前記第1の電極を形成すること、を特徴とする付記10に記載の半導体装置の製造方法。
(付記17)
前記第1の素子に接続する第2の貫通電極を前記第1の素子上の絶縁膜に形成する工程で、前記第2の貫通電極と同じ材料を用いて前記第2の電極を形成すること、を特徴とする付記10または付記16に記載の半導体装置の製造方法。
The following additional remarks are disclosed with respect to the embodiment shown in FIGS. 1 to 27 above.
(Appendix 1)
a first electrode provided above a semiconductor substrate;
a first element provided above the semiconductor substrate;
an electrically insulating protective film provided to cover the first electrode and the first element and protect the first element;
and a second electrode provided on the opposite side of the first electrode with the protective film interposed therebetween.
(Appendix 2)
The semiconductor device according to Supplementary Note 1, wherein the first element has a lower electrode, an insulating film, and an upper electrode which are stacked in order from the semiconductor substrate side.
(Appendix 3)
3. The semiconductor device according to appendix 1 or appendix 2, wherein the protective film is provided along an upper surface and a side surface of the first element.
(Appendix 4)
The semiconductor device according to appendix 2, wherein the first electrode has the same laminated structure as the first element.
(Appendix 5)
The area of the first electrode is larger than the area of the first element,
The insulating film included in the first electrode has a leak path that electrically connects a lower electrode included in the first electrode and an upper electrode included in the first electrode. 4. The semiconductor device according to Supplementary Note 4.
(Appendix 6)
The semiconductor device further has through electrodes and wiring provided in an insulating film formed above the semiconductor substrate,
3. The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, wherein the first electrode has the same structure as one or both of the through electrode and the wiring.
(Appendix 7)
the first element and the first electrode are provided on an insulating film formed on the semiconductor substrate;
Supplements 1 to 3, wherein the material of the first electrode is the same as the conductive material arranged in the opening of the insulating film for connecting the first element to the semiconductor substrate. The semiconductor device according to any one of .
(Appendix 8)
The material of the second electrode is the same as the conductive material arranged in the opening of the insulating film provided on the first element in order to connect to the first element. The semiconductor device according to any one of additional notes 1, 2, 3, and 7.
(Appendix 9)
9. Any one of appendices 1 to 8, wherein the first element is a ferroelectric element, and the first electrode, the protective film, and the second electrode constitute a capacitive element. 2. The semiconductor device according to item 1.
(Appendix 10)
forming a first electrode over a semiconductor substrate;
forming a first device over the semiconductor substrate;
forming an electrically insulating protective film covering the first electrode and the first element;
forming a second electrode on a side opposite to the first electrode with the protective film interposed therebetween.
(Appendix 11)
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 10, wherein the step of forming the first element includes a step of stacking a lower electrode, an insulating film, and an upper electrode in order from the semiconductor substrate side.
(Appendix 12)
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 10 or 11, wherein the protective film is formed along the upper surface and the side surface of the first element.
(Appendix 13)
The first electrode is formed by patterning a first conductive film, a first insulating film, and a second conductive film which are formed in order from the semiconductor substrate side, thereby forming the lower electrode, the insulating film, and the conductive film. 12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the upper electrode is formed at the same time and has the same stacked structure as the first element.
(Appendix 14)
The first electrode is formed by embedding a conductor in a hole or groove formed in an interlayer insulating film above the semiconductor substrate, thereby forming one or both of the through electrode and the wiring at the same time. 13. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 10 to 12.
(Appendix 15)
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein the protective film is formed before and after removing the interlayer insulating film around the first electrode.
(Appendix 16)
Before forming the first element, in the step of forming a first through electrode connected to the first element in an insulating film on the semiconductor substrate, using the same material as the first through electrode 11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, further comprising forming the first electrode.
(Appendix 17)
Forming the second electrode using the same material as the second through electrode in the step of forming the second through electrode connected to the first element in the insulating film on the first element. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 10 or appendix 16, characterized by:

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。 From the detailed description above, the features and advantages of the embodiments will become apparent. It is intended that the claims cover the features and advantages of such embodiments without departing from their spirit and scope. In addition, any improvements and modifications will readily occur to those skilled in the art. Accordingly, the scope of inventive embodiments is not intended to be limited to that described above, but can be relied upon by suitable modifications and equivalents within the scope disclosed in the embodiments.

10 強誘電体キャパシタ
10D、10E ダミーキャパシタ
11 下部電極
12 強誘電体膜
13 上部電極
20 キャパシタ
21、22 電極(金属膜)
25 コバルトシリサイド膜
30、30a、30b 保護膜
41、42、44、45 プラグ
51、52、53、54、55 配線
62、63、64 プラグ
70 タングステン膜
72、73、74、75 プラグ
100、100A、100B、100C、100D 半導体装置
101 半導体基板
102、104、106 層間絶縁膜
105、108 凹部
201、202、203 絶縁膜
RES レジストパターン
TH スルーホール
10 ferroelectric capacitors 10D, 10E dummy capacitor 11 lower electrode 12 ferroelectric film 13 upper electrode 20 capacitors 21, 22 electrode (metal film)
25 cobalt silicide films 30, 30a, 30b protective films 41, 42, 44, 45 plugs 51, 52, 53, 54, 55 wirings 62, 63, 64 plugs 70 tungsten films 72, 73, 74, 75 plugs 100, 100A, 100B, 100C, 100D semiconductor device 101 semiconductor substrates 102, 104, 106 interlayer insulating films 105, 108 recesses 201, 202, 203 insulating film RES resist pattern TH through hole

Claims (5)

半導体基板上方に設けられる第1の電極と、
前記半導体基板上方に設けられ、前記半導体基板側から順に積層された下部電極、絶縁膜、および上部電極を有する第1の素子と、
前記第1の電極と前記第1の素子とを覆って設けられ、前記第1の素子を保護する電気絶縁性の保護膜と、
前記保護膜を挟んで前記第1の電極と反対側に設けられる第2の電極と、を有し、
前記第1の電極は、前記半導体基板側から順に形成された第1の導電膜、第1の絶縁膜、および第2の導電膜をパターニングすることにより、前記下部電極、前記絶縁膜、および前記上部電極と同時に形成されており、前記第1の素子と同じ積層構造を有すること、を特徴とする半導体装置。
a first electrode provided above a semiconductor substrate;
a first element provided above the semiconductor substrate and having a lower electrode, an insulating film, and an upper electrode stacked in order from the semiconductor substrate side;
an electrically insulating protective film provided to cover the first electrode and the first element and protect the first element;
a second electrode provided on the side opposite to the first electrode with the protective film interposed therebetween;
The first electrode is formed by patterning a first conductive film, a first insulating film, and a second conductive film which are formed in order from the semiconductor substrate side, thereby forming the lower electrode, the insulating film, and the conductive film. A semiconductor device characterized by being formed simultaneously with an upper electrode and having the same laminated structure as that of the first element.
前記保護膜は、前記第1の素子の上面および側面に沿って設けられること、を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said protective film is provided along an upper surface and side surfaces of said first element. 前記第1の素子は強誘電体素子であり、前記第1の電極、前記保護膜、および前記第2の電極は、容量素子を構成すること、を特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 3. The method according to claim 1, wherein said first element is a ferroelectric element, and said first electrode, said protective film, and said second electrode constitute a capacitive element. The semiconductor device described. 半導体基板上方に第1の電極を形成する工程と、
前記半導体基板上方に、前記半導体基板側から順に下部電極、絶縁膜および、上部電極を積層して第1の素子を形成する工程と、
前記第1の電極と前記第1の素子とを覆って電気絶縁性の保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を挟んで前記第1の電極と反対側に第2の電極を形成する工程と、を有し、
前記第1の電極は、前記半導体基板側から順に形成された第1の導電膜、第1の絶縁膜、および第2の導電膜をパターニングすることにより、前記下部電極、前記絶縁膜、および前記上部電極と同時に形成され、前記第1の素子と同じ積層構造を有すること、を特徴とする半導体装置の製造方法。
forming a first electrode over a semiconductor substrate;
a step of laminating a lower electrode, an insulating film and an upper electrode in this order from the semiconductor substrate side above the semiconductor substrate to form a first element;
forming an electrically insulating protective film covering the first electrode and the first element;
forming a second electrode on the side opposite to the first electrode with the protective film interposed therebetween;
The first electrode is formed by patterning a first conductive film, a first insulating film, and a second conductive film which are formed in order from the semiconductor substrate side, thereby forming the lower electrode, the insulating film, and the conductive film. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that it is formed simultaneously with an upper electrode and has the same lamination structure as that of the first element.
前記保護膜を、前記第1の素子の上面および側面に沿って形成すること、を特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , wherein said protective film is formed along the upper surface and side surfaces of said first element.
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