JPH04354368A - Semiconductor memory device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor memory device and its manufacture

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JPH04354368A
JPH04354368A JP3157646A JP15764691A JPH04354368A JP H04354368 A JPH04354368 A JP H04354368A JP 3157646 A JP3157646 A JP 3157646A JP 15764691 A JP15764691 A JP 15764691A JP H04354368 A JPH04354368 A JP H04354368A
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JP
Japan
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film
insulating film
electrode
capacitor
memory device
Prior art date
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Pending
Application number
JP3157646A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Arima
有馬 秀明
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH04354368A publication Critical patent/JPH04354368A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor memory device which is highly resistant to oxidation, heat and chemicals and is provided with a lower capacitor electrode which enables highly selective etching to a layer insulating film which becomes a foundation and a manufacture method thereof. CONSTITUTION:A contact hole 25b is provided to a layer insulating film 30 covering all over a semiconductor substrate 21 and a polysilicon layer containing impurities is deposited thereon to nitrify a surface thereof directly. Thereby, a lower capacitor electrode 27 having a directly nitrified silicon film 27a on a surface is formed.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は半導体記憶装置及びそ
の製造方法に関し、特に強誘電体膜を利用したキャパシ
タを有する1トランジスタ1キャパシタ型の半導体記憶
装置(以下強誘電体型メモリセルとも称す)及びその製
造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a one-transistor, one-capacitor type semiconductor memory device (hereinafter also referred to as a ferroelectric memory cell) having a capacitor using a ferroelectric film; The present invention relates to a manufacturing method thereof.

【0002】0002

【従来の技術】図5ないし図6は、「1989  アイ
・イー・イー・イー  インターナショナルソリッドス
テート  サーキッツ  カンファレンス;ダイジェス
ト  オブ  テクニカル  ペーパーズ  242 
〜243 頁」(1989 Internationa
l Solid−State Circuits Co
nference; Digest of Techn
ical Papers pp. 242−243) 
に示された従来の強誘電体型メモリセルの製造プロセス
を説明するための概略的な断面工程図であり、図におい
て、1はシリコン半導体基板、2はフィールド酸化膜、
3はゲート酸化膜、4はゲート電極となるワード線、5
はソース/ドレイン領域、5aはコンタクトホール、6
は第1の層間絶縁膜、7は下キャパシタ電極、8はキャ
パシタ誘電体膜、9は上キャパシタ電極、9aはコンタ
クトホール、10は第2の層間絶縁膜、11はビット線
、12は配線である。
[Prior Art] Figures 5 and 6 are from ``1989 IEE International Solid State Circuits Conference; Digest of Technical Papers 242''.
~243 pages” (1989 International
l Solid-State Circuits Co.
nference; Digest of Techn.
ical Papers pp. 242-243)
2 is a schematic cross-sectional process diagram for explaining the manufacturing process of the conventional ferroelectric memory cell shown in FIG.
3 is a gate oxide film, 4 is a word line serving as a gate electrode, and 5 is a gate oxide film.
5a is the source/drain region, 5a is the contact hole, and 6 is the source/drain region.
is a first interlayer insulating film, 7 is a lower capacitor electrode, 8 is a capacitor dielectric film, 9 is an upper capacitor electrode, 9a is a contact hole, 10 is a second interlayer insulating film, 11 is a bit line, and 12 is a wiring. be.

【0003】次に、本従来装置の製造方法についてこれ
らの図を参照して説明する。まず、図5(a) に示す
ようにシリコン半導体基板1上に素子領域分離用のフィ
ールド酸化膜2を形成する。
Next, a method of manufacturing this conventional device will be explained with reference to these figures. First, as shown in FIG. 5(a), a field oxide film 2 for element region isolation is formed on a silicon semiconductor substrate 1.

【0004】次に、フィールド酸化膜2が形成された領
域以外のシリコン半導体基板1上にゲート酸化膜3を熱
酸化法で形成し、このゲート絶縁膜3上に図5(b) 
に示すようにゲート電極として働くワード線4を形成す
る。 このワード線4は、導電性を有するように不純物を含む
ポリシリコン層をLPCVD(低圧化学気相析出)法に
よって堆積し、フォトリソグラフィでパターニングする
ことによって形成し得る。
Next, a gate oxide film 3 is formed by thermal oxidation on the silicon semiconductor substrate 1 in a region other than the region where the field oxide film 2 is formed, and a gate oxide film 3 is formed on the gate insulating film 3 as shown in FIG. 5(b).
A word line 4 serving as a gate electrode is formed as shown in FIG. This word line 4 can be formed by depositing a polysilicon layer containing impurities to make it conductive by LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) and patterning it by photolithography.

【0005】このようなゲート電極4とフィールド酸化
膜2とをマスクとして用い、イオン注入法によってゲー
ト電極4下のチャネル領域両側に図5(c) に示すよ
うにソース/ドレイン領域5を自己整合的に形成する。 この後、図5(d) に示すようにゲート電極4及びソ
ース/ドレイン領域5を覆う第1の層間絶縁膜6を形成
する。
Using such gate electrode 4 and field oxide film 2 as a mask, source/drain regions 5 are self-aligned on both sides of the channel region under gate electrode 4 by ion implantation as shown in FIG. 5(c). to form. Thereafter, a first interlayer insulating film 6 covering the gate electrode 4 and source/drain regions 5 is formed as shown in FIG. 5(d).

【0006】この層間絶縁膜6上のゲート電極4の上方
に、下キャパシタ電極7を形成する。ここで下キャパシ
タ電極7は、スパッタリングなどによって導電層を層間
絶縁膜6上に堆積し、その導電層をパターニングするこ
とによって形成し得る。その後、下キャパシタ電極7を
覆うように強誘電体膜をスパッタリング法またはゾルゲ
ル法で堆積し、適当な熱処理を施した後にパターニング
することによって図6(a) に示すようにキャパシタ
誘電体膜8を形成する。次に、このキャパシタ誘電体膜
8上に、スパッタリングとフォトリソグラフィによって
上キャパシタ電極9を形成し、さらにその上を覆うよう
に第2の層間絶縁膜10を全面に形成する(図6(b)
 )。
A lower capacitor electrode 7 is formed above the gate electrode 4 on the interlayer insulating film 6. Here, the lower capacitor electrode 7 can be formed by depositing a conductive layer on the interlayer insulating film 6 by sputtering or the like, and patterning the conductive layer. Thereafter, a ferroelectric film is deposited by a sputtering method or a sol-gel method so as to cover the lower capacitor electrode 7, and is patterned after an appropriate heat treatment to form a capacitor dielectric film 8 as shown in FIG. 6(a). Form. Next, an upper capacitor electrode 9 is formed on this capacitor dielectric film 8 by sputtering and photolithography, and a second interlayer insulating film 10 is further formed on the entire surface so as to cover it (FIG. 6(b)).
).

【0007】そしてソース/ドレイン領域5及び上キャ
パシタ電極9との電気的接続を可能にするためのコンタ
クトホール5a及び9aを、それぞれ層間絶縁膜6,1
0を貫通するようにフォトリソグラフィ技術を用いて開
孔する(図6(c) )。
Contact holes 5a and 9a are formed in interlayer insulating films 6 and 1, respectively, to enable electrical connection with the source/drain region 5 and upper capacitor electrode 9.
A hole is made using a photolithography technique so as to penetrate through the hole (FIG. 6(c)).

【0008】この後、図6(d) に示すようにソース
/ドレイン領域5の一方に接続されるビット線11及び
ソース/ドレイン領域5の他方と上キャパシタ電極9と
を接続する配線12を形成する。これらのビット線11
と配線12は、第2の層間絶縁膜10とコンタクトホー
ル5a,9aを覆うように導電層を堆積してパターニン
グすることによって形成し得る。そして最後に、図示し
ない表面保護膜が付与されて強誘電体型メモリセルが完
成する。図7は、図6(d)で完成した強誘電体型メモ
リセルの上面パターンを示しており、上述の図6(d)
 は、図7中の線IVd−IVdに沿った断面に対応し
ている。
Thereafter, as shown in FIG. 6(d), a bit line 11 connected to one side of the source/drain region 5 and a wiring 12 connected between the other side of the source/drain region 5 and the upper capacitor electrode 9 are formed. do. These bit lines 11
The wiring 12 can be formed by depositing and patterning a conductive layer so as to cover the second interlayer insulating film 10 and the contact holes 5a and 9a. Finally, a surface protection film (not shown) is applied to complete the ferroelectric memory cell. FIG. 7 shows the top surface pattern of the ferroelectric memory cell completed in FIG. 6(d).
corresponds to a cross section along line IVd-IVd in FIG.

【0009】ところで、この様な構造の強誘電体メモリ
のキャパシタ誘電体膜8を構成する強誘電体材料として
、絶縁性の高いPZTと呼ばれる材料が用いられている
。PZTはABO3 =Pb(Tix Zr1−x)O
3 の化学式で表される。即ち、原子AはPbに相当し
、原子BはTiまたはZrで表され、そして原子Oは酸
素を示している。PZTはスパッタ法やゾルゲル法、C
VD法等で膜形成されるが、堆積直後では酸素原子の空
孔が多い状態にある。酸素原子の空孔はPZT結晶中の
欠陥であり、フレンケル型の電気伝導に寄与することが
知られている。つまり酸素原子空孔が多いほど電気伝導
性が良く、リーク電流が増大する。この点を改良するた
めに通常はPZT膜を形成した後、酸素含有雰囲気、6
50℃〜700℃程度で30分から1時間ほどの熱処理
を行う。この熱処理に際して、酸素はPZT膜を通して
下キャパシタ電極7の表面に達し、その表面を酸化する
。 又、700℃程度の熱エネルギーによって下キャパシタ
電極とPZTとが化学反応や合金反応することも考えら
れるため、一般的には下キャパシタ電極7として、化学
的に安定で耐酸化性の高い希金属であるPt(白金)が
よく用いられる。Ptの格子定数は約4オングストロー
ムであり、PZTの格子定数に近く界面整合性が良いと
いう利点もある。しかしPtは層間絶縁膜6(SiO2
 )との密着性が十分ではないので、バッファ層として
Tiを用いており、下キャパシタ電極7はPt/Tiの
複合膜となっている。
By the way, as a ferroelectric material constituting the capacitor dielectric film 8 of the ferroelectric memory having such a structure, a material called PZT, which has high insulating properties, is used. PZT is ABO3 = Pb(Tix Zr1-x)O
It is represented by the chemical formula 3. That is, atom A corresponds to Pb, atom B is represented by Ti or Zr, and atom O represents oxygen. PZT can be produced by sputtering method, sol-gel method, C
Although the film is formed by a VD method or the like, there are many vacancies of oxygen atoms immediately after deposition. Oxygen atom vacancies are defects in PZT crystals, and are known to contribute to Frenkel-type electrical conduction. In other words, the more oxygen vacancies there are, the better the electrical conductivity and the greater the leakage current. To improve this point, after forming the PZT film, an oxygen-containing atmosphere is usually used.
Heat treatment is performed at about 50°C to 700°C for about 30 minutes to 1 hour. During this heat treatment, oxygen reaches the surface of the lower capacitor electrode 7 through the PZT film and oxidizes the surface. In addition, it is possible that the lower capacitor electrode and PZT may undergo a chemical reaction or an alloy reaction due to thermal energy of about 700°C, so the lower capacitor electrode 7 is generally made of a chemically stable and highly oxidation-resistant rare metal. Pt (platinum) is often used. The lattice constant of Pt is about 4 angstroms, which is close to the lattice constant of PZT and has the advantage of good interfacial matching. However, Pt is an interlayer insulating film 6 (SiO2
), Ti is used as the buffer layer, and the lower capacitor electrode 7 is a composite film of Pt/Ti.

【0010】ここでPtは化学的に安定しているので、
化学反応を用いた除去法が使いにくい。このためにPt
のエッチングにはArイオンによるイオンミリング法が
用いられる。ArイオンミリングはArによる物理的な
スパッタリング現象を利用したエッチング法であり、下
キャパシタ電極7と層間絶縁膜6に対する選択性があま
りないので、下キャパシタ電極7のパターン形成が終わ
った時点で層間絶縁膜1もある程度削り取られてしまう
ことになる。従って強誘電体を含むキャパシタとしては
、耐酸化性,耐熱性,耐薬品性に優れ、下地となる層間
絶縁膜6に対して選択性の高いエッチングができる下キ
ャパシタ電極7上に強誘電体膜8が形成されることが望
まれる。
[0010] Here, since Pt is chemically stable,
Removal methods using chemical reactions are difficult to use. For this purpose, Pt
An ion milling method using Ar ions is used for etching. Ar ion milling is an etching method that utilizes the physical sputtering phenomenon of Ar, and since it has little selectivity for the lower capacitor electrode 7 and the interlayer insulating film 6, the interlayer insulating film is removed when the lower capacitor electrode 7 is patterned. The film 1 will also be scraped off to some extent. Therefore, for a capacitor containing a ferroelectric material, a ferroelectric film is formed on the lower capacitor electrode 7, which has excellent oxidation resistance, heat resistance, and chemical resistance, and can be etched with high selectivity with respect to the underlying interlayer insulating film 6. 8 is desired to be formed.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体記憶装置
は以上のように構成されており、強誘電体膜を含むキャ
パシタの下キャパシタ電極7にはPt又はPt/Tiを
使用しているので、下キャパシタ電極7パターン形成時
に終点検出がきかないため、加工精度にバラツキが発生
する、即ち層間絶縁膜6まで削り取られてその膜厚が局
所的に薄くなり、層間絶縁耐圧の劣下による長期信頼性
の低下をまねく、或いはPtのエッチング残により層内
ショートを起こす、といったプロセス上の不安定性が生
じるといった問題点があった。
The conventional semiconductor memory device is constructed as described above, and Pt or Pt/Ti is used for the lower capacitor electrode 7 of the capacitor including the ferroelectric film. Since the end point cannot be detected when forming the lower capacitor electrode 7 pattern, variations in processing accuracy occur.In other words, the interlayer insulating film 6 is scraped away and its thickness is locally thinned, resulting in poor long-term reliability due to deterioration of the interlayer dielectric strength voltage. There have been problems in that process instability occurs, such as a decrease in Pt or an intralayer short circuit caused by etching residue of Pt.

【0012】本発明は以上のような問題点を解消するた
めになされたもので、耐酸化性,耐熱性,耐薬品性に優
れ、エッチング加工時に終点検出ができ、下地となる層
間絶縁膜との間でエッチング時に十分な選択性を有する
下キャパシタ電極を備えた強誘電体型半導体記憶装置及
びその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has excellent oxidation resistance, heat resistance, and chemical resistance, and can detect the end point during etching processing, and is suitable for use with the underlying interlayer insulating film. It is an object of the present invention to provide a ferroelectric type semiconductor memory device including a lower capacitor electrode having sufficient selectivity during etching between the ferroelectric semiconductor memory device and a method for manufacturing the same.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体記憶
装置は、1つの電界効果トランジスタと1つのキャパシ
タとを有するものにおいて、半導体基板と、該半導体基
板の1主面上に、チャネル領域を挟んで形成されたソー
ス/ドレイン領域と、上記チャネル領域上に第1のゲー
ト絶縁膜を介して形成されたワード線と、上記主面上に
形成され、上記ソース/ドレイン領域の一方と電気的に
接続されているビット線と、上記ワード線及び上記ビッ
ト線を覆う第1の層間絶縁膜と、該第1の層間絶縁膜上
に形成され、上記ソース/ドレイン領域の他方と電気的
に接続されている下キャパシタ電極と、該下キャパシタ
電極上に形成されたシリコン直接窒化膜と、該シリコン
直接窒化膜上に形成された強誘電体膜と、該強誘電体膜
上に形成された上キャパシタ電極とを備えたものである
[Means for Solving the Problems] A semiconductor memory device according to the present invention includes one field effect transistor and one capacitor, and includes a semiconductor substrate and a channel region on one main surface of the semiconductor substrate. A source/drain region formed on both sides, a word line formed on the channel region via a first gate insulating film, and a word line formed on the main surface and electrically connected to one of the source/drain regions. a first interlayer insulating film covering the word line and the bit line; and a first interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film and electrically connected to the other of the source/drain regions. a lower capacitor electrode, a silicon direct nitride film formed on the lower capacitor electrode, a ferroelectric film formed on the silicon direct nitride film, and an upper capacitor electrode formed on the ferroelectric film. It is equipped with a capacitor electrode.

【0014】また本発明に係る半導体記憶装置の製造方
法は、層間絶縁膜上にポリシリコン層を堆積してキャパ
シタの下部電極を形成した後、上記キャパシタの下部電
極の表面に直接窒化膜を形成し、該直接窒化膜上に強誘
電体膜を形成し、これを加熱してアニールした後、上記
強誘電体膜上に第3の導電層を堆積して、上記キャパシ
タの上部電極を形成するようにしたものである。
Further, the method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention includes depositing a polysilicon layer on an interlayer insulating film to form a lower electrode of a capacitor, and then forming a nitride film directly on the surface of the lower electrode of the capacitor. A ferroelectric film is formed directly on the nitride film, and after this is heated and annealed, a third conductive layer is deposited on the ferroelectric film to form an upper electrode of the capacitor. This is how it was done.

【0015】[0015]

【作用】本発明における半導体記憶装置は、下キャパシ
タ電極を、表面にシリコン直接窒化膜を有するポリシリ
コン電極構造としたので、信頼性の高いキャパシタ構造
を実現できる。
In the semiconductor memory device of the present invention, since the lower capacitor electrode has a polysilicon electrode structure having a silicon direct nitride film on the surface, a highly reliable capacitor structure can be realized.

【0016】また本発明における半導体記憶装置の製造
方法は、層間絶縁膜上に形成した下キャパシタ電極表面
に直接窒化膜を形成するようにしたので、強誘電体膜の
熱処理時に下キャパシタ電極の酸化等を防止できると共
に、層間絶縁膜に対する選択性の高いエッチングが可能
となり、プロセス上の不安定性を生ずることなく信頼性
の高いキャパシタ構造を得ることができる。
Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, the nitride film is directly formed on the surface of the lower capacitor electrode formed on the interlayer insulating film, so that the oxidation of the lower capacitor electrode is prevented during heat treatment of the ferroelectric film. In addition, it is possible to perform highly selective etching with respect to the interlayer insulating film, and a highly reliable capacitor structure can be obtained without causing instability in the process.

【0017】[0017]

【実施例】図1ないし図3は、本発明の一実施例による
半導体記憶装置の製造プロセスを説明するための概略的
な断面工程図であり、図において、21はシリコン半導
体基板、22は素子領域分離用のフィールド酸化膜、2
3はゲート絶縁膜、24はゲート電極となるワード線、
25はソース/ドレイン領域、25a,25bはコンタ
クトホール、26,26aは絶縁膜、27は下キャパシ
タ電極、27aはシリコン窒化膜、28は強誘電体膜、
29は上キャパシタ膜、30は第1の層間絶縁膜、31
はビット線、33は第2の層間絶縁膜、34は配線層、
40は絶縁膜である。
Embodiment FIGS. 1 to 3 are schematic cross-sectional process diagrams for explaining the manufacturing process of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. In the figures, 21 is a silicon semiconductor substrate, 22 is an element. Field oxide film for area isolation, 2
3 is a gate insulating film, 24 is a word line serving as a gate electrode,
25 is a source/drain region, 25a and 25b are contact holes, 26 and 26a are insulating films, 27 is a lower capacitor electrode, 27a is a silicon nitride film, 28 is a ferroelectric film,
29 is an upper capacitor film, 30 is a first interlayer insulating film, 31
is a bit line, 33 is a second interlayer insulating film, 34 is a wiring layer,
40 is an insulating film.

【0018】次に、本実施例による半導体装置の製造方
法を、これらの図を参照して説明する。まず、シリコン
の半導体基板21上に素子領域分離用のフィールド酸化
膜22及びゲート絶縁膜23を熱酸化法等によって形成
する。ゲート絶縁膜23上には、導電性を有するように
不純物を含むポリシリコン層をLPCVD法で堆積し、
そのポリシリコン層上に例えばシリコン酸化膜等の絶縁
膜26をCVD法で堆積して、フォトリソグラフィでパ
ターニングすることによって、図1(a) に示すよう
に上表面が絶縁膜26で覆われたゲート電極24が形成
される。このゲート電極24は、ポリシリコンの代わり
にWSi2 ,MoSi2 ,TiSi2 等のポリサ
イドまたはW,Mo,Ti,Ta等の高融点金属で形成
することもできる。またゲート電極24の側壁は、さら
に堆積したシリコン酸化膜を上方から異方的にエッチン
グすることによって、図1(b)に示すように自己整合
的に絶縁膜26aで覆われる。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment will be explained with reference to these figures. First, a field oxide film 22 for element region isolation and a gate insulating film 23 are formed on a silicon semiconductor substrate 21 by a thermal oxidation method or the like. A polysilicon layer containing impurities is deposited on the gate insulating film 23 by the LPCVD method so as to have conductivity.
An insulating film 26 such as a silicon oxide film is deposited on the polysilicon layer by the CVD method and patterned by photolithography, so that the upper surface is covered with the insulating film 26 as shown in FIG. 1(a). A gate electrode 24 is formed. This gate electrode 24 can also be formed of polycide such as WSi2, MoSi2, TiSi2, etc. or high melting point metal such as W, Mo, Ti, Ta, etc. instead of polysilicon. Furthermore, the side walls of the gate electrode 24 are covered with an insulating film 26a in a self-aligned manner by etching the deposited silicon oxide film from above anisotropically, as shown in FIG. 1(b).

【0019】ゲート電極24及びフィールド酸化膜22
をマスクとして用いながら不純物をイオン注入し、注入
された不純物を熱拡散させることによって、図1(c)
に示すようにソース/ドレイン領域25を自己整合的に
形成する。
Gate electrode 24 and field oxide film 22
Figure 1(c)
The source/drain regions 25 are formed in a self-aligned manner as shown in FIG.

【0020】ソース/ドレイン領域25の一方との電気
的接続を可能にするために、コンタクトホール25aを
フォトリソグラフィによって開孔し、このコンタクトホ
ール25aを介してソース/ドレイン領域の一方と接続
されるよう、不純物を含むポリシリコン層をLPCVD
法で堆積してから、例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜4
0をCVD法で堆積し、フォトリソグラフィでパターニ
ングすることによって、図1(d)に示すように上表面
が絶縁膜40で覆われたビット線31が形成される。ビ
ット線31は、底面に例えばポリシリコン、ポリサイド
、TiN,TiW,WSi2 ,TiSi2 等のバリ
アメタル層を形成した後にW,Ti,Mo,Ta等の高
融点金属の導電層を堆積してフォトリソグラフィでパタ
ーニングする方法でも形成し得る。続いてビット線31
を覆うように、第1の層間絶縁膜30を全面に堆積する
(図2(a) )。
In order to enable electrical connection with one of the source/drain regions 25, a contact hole 25a is opened by photolithography, and the contact hole 25a is connected to one of the source/drain regions through this contact hole 25a. LPCVD a polysilicon layer containing impurities.
An insulating film 4, such as a silicon oxide film, is deposited by
By depositing 0 by CVD and patterning by photolithography, a bit line 31 whose upper surface is covered with an insulating film 40 is formed as shown in FIG. 1(d). The bit line 31 is formed by photolithography by forming a barrier metal layer such as polysilicon, polycide, TiN, TiW, WSi2, TiSi2, etc. on the bottom surface, and then depositing a conductive layer of a high melting point metal such as W, Ti, Mo, Ta, etc. It can also be formed by patterning. Then bit line 31
A first interlayer insulating film 30 is deposited over the entire surface so as to cover (FIG. 2(a)).

【0021】他方のソース/ドレイン領域25との電気
的接続を可能にするために、第1の層間絶縁膜30を貫
通するもう1つのコンタクトホール25bをフォトリソ
グラフィ技術を用いて開孔する(図2(b))。このコ
ンタクトホール25bを介してソース/ドレイン領域2
5の他方と接続されるよう、不純物を含むポリシリコン
層をLPCVD法で堆積する。このポリシリコン層が下
キャパシタ電極27となる。この後、そのポリシリコン
層27をアンモニアを含む雰囲気中で、例えば800〜
1100℃で30秒〜300秒ほどランプアニールする
直接窒化によって、図2(c)に示すようにポリシリコ
ン層27表面に約10オングストロームのシリコン窒化
膜27aを形成する。或いは、ポリシリコン層27表面
の自然酸化膜を同じ方法で直接窒化することで、シリコ
ン酸化窒化膜、またはシリコン窒化膜を形成してもよい
In order to enable electrical connection with the other source/drain region 25, another contact hole 25b is formed through the first interlayer insulating film 30 using photolithography (see FIG. 2(b)). The source/drain region 2 is connected through this contact hole 25b.
A polysilicon layer containing an impurity is deposited by the LPCVD method so as to be connected to the other side of the polysilicon layer 5. This polysilicon layer becomes the lower capacitor electrode 27. Thereafter, the polysilicon layer 27 is heated to a temperature of 800 to
A silicon nitride film 27a having a thickness of about 10 angstroms is formed on the surface of the polysilicon layer 27 as shown in FIG. 2(c) by direct nitriding using lamp annealing at 1100 DEG C. for about 30 to 300 seconds. Alternatively, a silicon oxynitride film or a silicon nitride film may be formed by directly nitriding the natural oxide film on the surface of the polysilicon layer 27 using the same method.

【0022】続いてシリコン窒化膜27aを表面に有す
るポリシリコンからなる下キャパシタ電極層27上に強
誘電体膜28を堆積し、酸素雰囲気中で500℃から8
00℃の温度範囲において、10分から3時間程度の時
間に亘ってアニールする。この時、下キャパシタ電極2
7の表面にある極薄のシリコン窒化膜27aがポリシリ
コンに対する酸化防止マスクとなる。またこのシリコン
窒化膜27aはポリシリコンと強誘電体膜28との反応
を防止するバリア層としても機能する。
Subsequently, a ferroelectric film 28 is deposited on the lower capacitor electrode layer 27 made of polysilicon having a silicon nitride film 27a on its surface, and heated at 500° C. to 80° C. in an oxygen atmosphere.
Annealing is performed in a temperature range of 00° C. for a period of about 10 minutes to 3 hours. At this time, lower capacitor electrode 2
The extremely thin silicon nitride film 27a on the surface of the polysilicon 7 serves as an oxidation prevention mask for the polysilicon. This silicon nitride film 27a also functions as a barrier layer to prevent reaction between polysilicon and ferroelectric film 28.

【0023】そしてさらに強誘電体膜28上に上キャパ
シタ電極29を堆積し、これらの下キャパシタ電極27
,強誘電体膜28,及び上キャパシタ電極29をフォト
リソグラフィによって一度にパターニングすることによ
って、図2(d)に示すように下キャパシタ電極27,
強誘電体膜28及び上キャパシタ電極29を含むキャパ
シタを形成する。なお上キャパシタ電極29の材料とし
て、例えばPt,V,Ta,W,Mo,Al,Cu等を
堆積してもよい。
Further, an upper capacitor electrode 29 is deposited on the ferroelectric film 28, and these lower capacitor electrodes 27
, the ferroelectric film 28, and the upper capacitor electrode 29 are patterned all at once by photolithography to form the lower capacitor electrode 27, as shown in FIG. 2(d).
A capacitor including a ferroelectric film 28 and an upper capacitor electrode 29 is formed. Note that as the material for the upper capacitor electrode 29, for example, Pt, V, Ta, W, Mo, Al, Cu, etc. may be deposited.

【0024】このキャパシタを第2の層間絶縁膜33に
よって覆ってから、上キャパシタ電極29との電気的接
続を可能にするコンタクトホール29aを開孔し(図3
(a))、最後に第2の層間絶縁膜33とコンタクトホ
ール29aとを覆うように、例えばAl,W,Wシリサ
イドまたはCu等の導電層を堆積し、フォトリソグラフ
ィでパターニングすることによって配線層34を形成す
る。この時、配線層34と上キャパシタ電極29との間
にTiNやTiW等のバリアメタル層を設けてもよい。 さらに配線層34上には、表面保護膜を形成してもよい
し、その代わりに多層配線構造をさらに形成してもよい
。図4は、図3(b)の強誘電体型メモリセルの上面パ
ターンを示し、図3(b)は図4中の線IIIb−II
Ibに沿った断面図に相当している。
After covering this capacitor with a second interlayer insulating film 33, a contact hole 29a is opened to enable electrical connection with the upper capacitor electrode 29 (FIG. 3).
(a)) Finally, a conductive layer such as Al, W, W silicide or Cu is deposited so as to cover the second interlayer insulating film 33 and the contact hole 29a, and patterned by photolithography to form a wiring layer. form 34. At this time, a barrier metal layer such as TiN or TiW may be provided between the wiring layer 34 and the upper capacitor electrode 29. Further, a surface protective film may be formed on the wiring layer 34, or a multilayer wiring structure may be further formed instead. FIG. 4 shows the top surface pattern of the ferroelectric memory cell in FIG. 3(b), and FIG. 3(b) shows the line IIIb-II in FIG.
This corresponds to a cross-sectional view along Ib.

【0025】本実施例では上述のように、層間絶縁膜3
0上に不純物を含むポリシリコン層を堆積し、その表面
を直接窒化してシリコン窒化膜27aを有する下キャパ
シタ電極27を形成したので、このシリコン窒化膜27
aが酸化防止マスクとして、またバリア層として機能し
、下キャパシタ電極27の酸化,合金化などを防止でき
、また下キャパシタ電極27は、LSIプロセスで通常
使われているプラズマエッチング技術を用いて層間絶縁
膜30に対し選択性よくパターニングできるので、信頼
性の高いキャパシタ構造を実現することができる。
In this embodiment, as described above, the interlayer insulating film 3
A polysilicon layer containing impurities was deposited on the silicon nitride film 27a, and its surface was directly nitrided to form the lower capacitor electrode 27 having the silicon nitride film 27a.
a functions as an oxidation prevention mask and a barrier layer to prevent oxidation, alloying, etc. of the lower capacitor electrode 27, and the lower capacitor electrode 27 is etched between layers using plasma etching technology commonly used in LSI processes. Since the insulating film 30 can be patterned with good selectivity, a highly reliable capacitor structure can be realized.

【0026】なお上記実施例では、キャパシタを構成す
る下キャパシタ電極27,強誘電体膜28及び上キャパ
シタ電極29を全て積層してから一度にパターニングす
るものについて言及したが、下キャパシタ電極27と強
誘電体膜28,或いは強誘電体膜28と上キャパシタ電
極29とを組み合わせて同時にパターニングしたり、ま
た従来のように各層毎にパターニングしてもよく、その
場合、精度の点でより優れたパターニングを行うことが
できる。
In the above embodiment, the lower capacitor electrode 27, the ferroelectric film 28, and the upper capacitor electrode 29 constituting the capacitor are all laminated and then patterned at once. The dielectric film 28 or the ferroelectric film 28 and the upper capacitor electrode 29 may be combined and patterned at the same time, or each layer may be patterned individually as in the conventional method. It can be performed.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、、下キ
ャパシタ電極を、表面にシリコン直接窒化膜を有するポ
リシリコン電極構造としたので、信頼性の高いキャパシ
タ構造を有する半導体記憶装置を得られる効果がある。
As described above, according to the present invention, since the lower capacitor electrode has a polysilicon electrode structure having a silicon direct nitride film on the surface, a semiconductor memory device having a highly reliable capacitor structure can be obtained. It has the effect of

【0028】また以上のようにこの発明によれば、層間
絶縁膜上に形成した下キャパシタ電極表面にシリコン直
接窒化膜を形成するようにしたので、強誘電体膜の熱処
理時に下キャパシタ電極の酸化等を防止できると共に、
層間絶縁膜に対する選択性の高いエッチングが可能とな
り、プロセス上の不安定性を生ずることなく信頼性の高
いキャパシタ構造を形成できる効果がある。
Further, according to the present invention as described above, since the silicon nitride film is directly formed on the surface of the lower capacitor electrode formed on the interlayer insulating film, the oxidation of the lower capacitor electrode is prevented during heat treatment of the ferroelectric film. etc. can be prevented, and
Etching with high selectivity for the interlayer insulating film becomes possible, and a highly reliable capacitor structure can be formed without causing instability in the process.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の一実施例による半導体記憶装置の製造
プロセスを説明するための概略的な断面工程図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional process diagram for explaining a manufacturing process of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例による半導体記憶装置の製造
プロセスを説明するための概略的な断面工程図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional process diagram for explaining a manufacturing process of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例による半導体記憶装置の製造
プロセスを説明するための概略的な断面工程図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional process diagram for explaining a manufacturing process of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例による半導体記憶装置の上面
図である。
FIG. 4 is a top view of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

【図5】従来の半導体記憶装置の製造プロセスを説明す
るための概略的な断面工程図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional process diagram for explaining the manufacturing process of a conventional semiconductor memory device.

【図6】従来の半導体記憶装置の製造プロセスを説明す
るための概略的な断面工程図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional process diagram for explaining the manufacturing process of a conventional semiconductor memory device.

【図7】従来の半導体記憶装置の上面図である。FIG. 7 is a top view of a conventional semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21  半導体基板 22  素子領域分離用フィールド酸化膜23  ゲー
ト絶縁膜 24  ワード線 25  ソース/ドレイン領域 25a,25b  コンタクトホール 26,26a  絶縁膜 27  下キャパシタ電極 27a  シリコン窒化膜 28  強誘電体膜 29  上キャパシタ電極 30  層間絶縁膜 31  ビット線 33  層間絶縁膜 34  配線層 40  絶縁膜
21 Semiconductor substrate 22 Field oxide film for element region isolation 23 Gate insulating film 24 Word line 25 Source/drain regions 25a, 25b Contact holes 26, 26a Insulating film 27 Lower capacitor electrode 27a Silicon nitride film 28 Ferroelectric film 29 Upper capacitor electrode 30 interlayer insulating film 31 bit line 33 interlayer insulating film 34 wiring layer 40 insulating film

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  1つの電界効果トランジスタと1つの
キャパシタとを有する半導体記憶装置において、半導体
基板と、該半導体基板の1主面上に、チャネル領域を挟
んで形成されたソース/ドレイン領域と、上記チャネル
領域上に第1のゲート絶縁膜を介して形成されたワード
線と、上記主面上に形成され、上記ソース/ドレイン領
域の一方と電気的に接続されているビット線と、上記ワ
ード線及び上記ビット線を覆うように形成された第1の
層間絶縁膜と、該第1の層間絶縁膜上に形成され、上記
ソース/ドレイン領域の他方と電気的に接続されている
下キャパシタ電極と、該下キャパシタ電極上に形成され
たシリコン直接窒化膜と、該シリコン直接窒化膜上に形
成された強誘電体膜と、該強誘電体膜上に形成された上
キャパシタ電極とを備えたことを特徴とする半導体記憶
装置。
1. A semiconductor memory device having one field effect transistor and one capacitor, comprising: a semiconductor substrate; source/drain regions formed on one main surface of the semiconductor substrate with a channel region in between; a word line formed on the channel region via a first gate insulating film; a bit line formed on the main surface and electrically connected to one of the source/drain regions; a first interlayer insulating film formed to cover the line and the bit line, and a lower capacitor electrode formed on the first interlayer insulating film and electrically connected to the other of the source/drain regions. a silicon direct nitride film formed on the lower capacitor electrode, a ferroelectric film formed on the silicon direct nitride film, and an upper capacitor electrode formed on the ferroelectric film. A semiconductor memory device characterized by:
【請求項2】  1つの電界効果トランジスタと1つの
キャパシタとを有する半導体記憶装置の製造方法におい
て、第1導電型の半導体基板の1主面上に第1の絶縁膜
を介して、ゲート電極を形成する工程と、該ゲート電極
をマスクとして第2導電型不純物をイオン注入し、上記
半導体基板中に一対の不純物領域を形成する工程と、上
記一対の不純物領域の一方と接続し、少なくとも上記ゲ
ート電極の上部に延在する第1の配線層を形成する工程
と、上記半導体基板上全面を絶縁膜で覆った後、上記一
対の不純物領域の他方が露出する開孔部を設ける工程と
、上記半導体基板上の全面に第2の導電層を堆積し、上
記一対の不純物領域の他方に接続される上記キャパシタ
の下部電極を形成する工程と、上記キャパシタの下部電
極の表面に直接窒化膜を形成する工程と、該直接窒化膜
上に強誘電体膜を形成する工程と、該強誘電体膜を加熱
してアニールする工程と、上記強誘電体膜上に第3の導
電層を堆積して、上記キャパシタの上部電極を形成する
工程とを含むことを特徴とする半導体記憶装置の製造方
法。
2. In a method of manufacturing a semiconductor memory device having one field effect transistor and one capacitor, a gate electrode is formed on one main surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type via a first insulating film. forming a pair of impurity regions in the semiconductor substrate by ion-implanting a second conductivity type impurity using the gate electrode as a mask; and connecting one of the pair of impurity regions to at least the gate electrode. a step of forming a first wiring layer extending above the electrode; a step of covering the entire surface of the semiconductor substrate with an insulating film, and then providing an opening through which the other of the pair of impurity regions is exposed; Depositing a second conductive layer on the entire surface of the semiconductor substrate to form a lower electrode of the capacitor connected to the other of the pair of impurity regions, and forming a nitride film directly on the surface of the lower electrode of the capacitor. forming a ferroelectric film directly on the nitride film; heating and annealing the ferroelectric film; and depositing a third conductive layer on the ferroelectric film. . A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising: forming an upper electrode of the capacitor.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02237060A (en) * 1989-03-09 1990-09-19 Fujitsu Ltd Dynamic semiconductor memory device and manufacture thereof
JPH02260560A (en) * 1989-03-31 1990-10-23 Seiko Epson Corp Semiconductor integrated circuit device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02237060A (en) * 1989-03-09 1990-09-19 Fujitsu Ltd Dynamic semiconductor memory device and manufacture thereof
JPH02260560A (en) * 1989-03-31 1990-10-23 Seiko Epson Corp Semiconductor integrated circuit device

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