JPH0982914A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH0982914A
JPH0982914A JP7238034A JP23803495A JPH0982914A JP H0982914 A JPH0982914 A JP H0982914A JP 7238034 A JP7238034 A JP 7238034A JP 23803495 A JP23803495 A JP 23803495A JP H0982914 A JPH0982914 A JP H0982914A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
insulating film
lower electrode
barrier layer
plug
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7238034A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takaaki Kimura
隆章 記村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0982914A publication Critical patent/JPH0982914A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means which prevents the deterioration of film quality of a dielectric layer being in contact with a barrier layer, and prevents a plug part in the lower part from being oxidized through the barrier layer and from turning to a high resistance part. SOLUTION: A source region 23 and a drain region 24 are formed in an element forming region defined by an LOCOS oxide film 22 on a silicon substrate 21. Between the source region 23 and the drain region 24, a gate insulating film 25 is formed, on which word lines 26, 27 are formed. A protective film 28 is formed on the word lines 26, 27. The protective film 28 on the source region 23 is eliminated, and a barrier layer 29 is formed. The protective film 28 on the drain region 24 is eliminated, and a bit line 30 is formed. A first interlayer insulating film 31 is formed on the barrier layer and the bit line. A contact hole 32 is formed in the interlayer insulating film 31 on the barrier layer 29. A plug 33 and a lower electrode 34 are formed in the contact hole 32. On the lower electrode 34, a ferroelectric layer 35 is formed, on which a drive line 36 is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高誘電体または強
誘電体を用いたキャパシタを具える半導体装置およびそ
の製造方法に関するものである。近年、DRAM等半導
体メモリの高集積化がますます進み、半導体メモリ中に
用いられるキャパシタの面積にも限界が迫っている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a capacitor using a high dielectric material or a ferroelectric material and a manufacturing method thereof. In recent years, the integration of semiconductor memories such as DRAMs has been increasing more and more, and the area of capacitors used in the semiconductor memories is approaching its limit.

【0002】[0002]

【従来の技術】キャパシタの誘電体としてシリコンの酸
化膜や窒化膜を用いた従来の半導体装置においては、そ
の静電容量を大きくするために、シリコンの酸化膜や窒
化膜の膜厚を薄くすることが考えられるが、シリコンの
酸化膜や窒化膜を良好な膜質を維持したままでほぼ極限
まで薄くしても、DRAM等の半導体メモリに必要な静
電容量を確保することが困難になってきている。
2. Description of the Related Art In a conventional semiconductor device using a silicon oxide film or a nitride film as a capacitor dielectric, the thickness of the silicon oxide film or the nitride film is reduced in order to increase its capacitance. However, even if the silicon oxide film or nitride film is made to be extremely thin while maintaining good film quality, it becomes difficult to secure the capacitance required for semiconductor memory such as DRAM. ing.

【0003】したがって、これを打開するために、キャ
パシタの誘電体として高い誘電率をもつ物質を導入する
ことが必要になる。この要求に応える材料として、チタ
ン酸ストロンチウム(SrTiO3 、STO)、チタン
酸ストロンチウムバリウム((Ba,Sr)TiO3
BST)のような誘電率が大きな高誘電体あるいは強誘
電体が期待されており、これらの材料を半導体装置に応
用することを目的とした研究が活発に進められている。
Therefore, in order to overcome this, it is necessary to introduce a substance having a high dielectric constant as the dielectric of the capacitor. Strontium titanate (SrTiO 3 , STO), strontium barium titanate ((Ba, Sr) TiO 3 ,
High dielectrics or ferroelectrics having a large dielectric constant such as BST) are expected, and research aiming to apply these materials to semiconductor devices is actively under way.

【0004】図4は、従来の高誘電体を用いたDRAM
の構成説明図である。この図において、41はシリコン
基板、42はLOCOS酸化膜、43はソース領域、4
4はドレイン領域、45はゲート絶縁膜、46,47は
ワード線、48,50は保護膜、49はビット線、51
は第1の層間絶縁膜、52はコンタクトホール、53は
プラグ、54はバリア層、55は下部電極、56は誘電
体層、57は上部電極、58は第2の層間絶縁膜、59
は上部配線である。
FIG. 4 shows a conventional DRAM using a high dielectric material.
FIG. In this figure, 41 is a silicon substrate, 42 is a LOCOS oxide film, 43 is a source region, and 4 is a source region.
4 is a drain region, 45 is a gate insulating film, 46 and 47 are word lines, 48 and 50 are protective films, 49 is a bit line, 51
Is a first interlayer insulating film, 52 is a contact hole, 53 is a plug, 54 is a barrier layer, 55 is a lower electrode, 56 is a dielectric layer, 57 is an upper electrode, 58 is a second interlayer insulating film, and 59.
Is the upper wiring.

【0005】この図によって、従来の高誘電体を用いた
DRAMの製造工程を説明する。 第1工程 シリコン基板41の上面にLOCOS酸化膜42を形成
して素子形成領域を画定し、素子形成領域にn型不純物
を注入してソース領域43とドレイン領域44を形成
し、その上にゲート絶縁膜45を形成し、その上にゲー
ト電極でもあるワード線46,47を形成し、その上に
保護膜48を形成してスイッチングトランジスタを構成
し、ドレイン領域44の上にビット線49を形成し、そ
の上に保護膜50を形成する。
The manufacturing process of a conventional DRAM using a high dielectric will be described with reference to this drawing. First Step A LOCOS oxide film 42 is formed on the upper surface of a silicon substrate 41 to define an element formation region, an n-type impurity is injected into the element formation region to form a source region 43 and a drain region 44, and a gate is formed thereon. An insulating film 45 is formed, word lines 46 and 47 which are also gate electrodes are formed thereon, a protective film 48 is formed thereon to form a switching transistor, and a bit line 49 is formed on the drain region 44. Then, the protective film 50 is formed thereon.

【0006】第2工程 その上に、第1の層間絶縁膜51を形成し、リフローま
たは化学機械研磨(CMP)等の手法によって表面を平
坦化し、この第1の層間絶縁膜51にソース領域43に
達するコンタクトホール52を形成する。このコンタク
トホール52を、ポリシリコン、タングステン等のプラ
グ材料で埋め込んでプラグ53を形成し、その後、エッ
チバックCMP等により表面を平坦化する。
Second Step A first interlayer insulating film 51 is formed thereon, the surface is flattened by a method such as reflow or chemical mechanical polishing (CMP), and the source region 43 is formed on the first interlayer insulating film 51. To form a contact hole 52. The contact hole 52 is filled with a plug material such as polysilicon or tungsten to form a plug 53, and then the surface is flattened by etch back CMP or the like.

【0007】第3工程 その上にバリア層54を形成し、その上に導電体層を形
成してパターニングすることによって下部電極55を形
成する。
Third Step A lower electrode 55 is formed by forming a barrier layer 54 on the barrier layer 54, forming a conductor layer on the barrier layer 54, and patterning the conductor layer.

【0008】第4工程 その上に誘電体層56を形成し目的の形状にパターニン
グする。この誘電体層56は、高誘電体である場合も強
誘電体である場合もある。その上に導電体層を形成し、
目的の形状と大きさにパターニングして上部電極57を
形成する。
Fourth Step A dielectric layer 56 is formed thereon and patterned into a desired shape. The dielectric layer 56 may be a high dielectric material or a ferroelectric material. Forming a conductor layer on it,
The upper electrode 57 is formed by patterning into a desired shape and size.

【0009】第5工程 その上に第2の層間絶縁膜58を形成し、その上に導電
体層を形成してパターニングすることによって上部配線
59を形成する。
Fifth Step A second interlayer insulating film 58 is formed thereon, and a conductor layer is formed thereon and patterned to form an upper wiring 59.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】図4によって説明した
構造の従来の半導体装置においては、バリア層54の端
が誘電体層56を形成する工程で酸化され易く、絶縁性
の酸化膜に変換されたり、バリア層54に接している誘
電体層56の膜質が劣化する等の問題がある。さらに、
バリア層54を通して、下部のプラグ部分も酸化され易
く、プラグが高抵抗になったり、最悪の状態では絶縁物
になってしまう。本発明は、バリア層に接している誘電
体層の膜質が劣化したり、バリア層を通して下部のプラ
グ部分が酸化されて高抵抗化するのを防ぐ手段を提供す
ることを目的とする。
In the conventional semiconductor device having the structure described with reference to FIG. 4, the end of the barrier layer 54 is easily oxidized in the step of forming the dielectric layer 56 and is converted into an insulating oxide film. Or the film quality of the dielectric layer 56 in contact with the barrier layer 54 is deteriorated. further,
The lower plug portion is also easily oxidized through the barrier layer 54, and the plug has a high resistance or becomes an insulator in the worst state. An object of the present invention is to provide a means for preventing deterioration of the film quality of the dielectric layer in contact with the barrier layer and oxidation of the lower plug portion through the barrier layer to increase the resistance.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】DRAMの集積度が高く
なると、下部電極の平面の投影面積が小さくなるため
に、誘電体層を形成する工程で、バッファ層が酸化性雰
囲気により酸化され高抵抗あるいは絶縁性の層になって
しまう恐れがあった。本発明の半導体装置および半導体
装置の製造方法のように、請求項に記載した構成または
工程を採用することによって、バリア層が誘電体層の形
成工程で酸化性雰囲気に直接触れないため、バリア層が
酸化されにくくなり、低抵抗のプラグを形成することが
できる。
As the degree of integration of DRAM increases, the projected area of the plane of the lower electrode decreases, so that the buffer layer is oxidized by an oxidizing atmosphere in the step of forming the dielectric layer and has a high resistance. Alternatively, there is a risk that it will become an insulating layer. As in the semiconductor device and the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the barrier layer does not come into direct contact with the oxidizing atmosphere in the step of forming the dielectric layer by adopting the configuration or the steps described in the claims, and thus the barrier layer Is less likely to be oxidized and a low resistance plug can be formed.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置と半導
体装置の製造方法の実施の形態を図面を用いて説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a semiconductor device and a method of manufacturing the semiconductor device of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】(第1の実施の形態)図1、図2は、第1
の実施の形態の半導体装置の製造工程説明図であり、
(A)〜(G)は各工程を示している。この図におい
て、1はシリコン基板、2はLOCOS酸化膜、3はソ
ース領域、4はドレイン領域、5はゲート絶縁膜、6,
7はワード線、8は保護膜、9はバリア層、10はビッ
ト線、11は第1の層間絶縁膜、12はコンタクトホー
ル、13は導電材料、14はプラグ、15は下部電極、
16は誘電体層、17は上部電極、18は第2の層間絶
縁膜、19は上部配線である。
(First Embodiment) FIGS. 1 and 2 show a first embodiment.
FIG. 6 is an explanatory view of the manufacturing process of the semiconductor device according to
(A)-(G) has shown each process. In this figure, 1 is a silicon substrate, 2 is a LOCOS oxide film, 3 is a source region, 4 is a drain region, 5 is a gate insulating film, 6,
7 is a word line, 8 is a protective film, 9 is a barrier layer, 10 is a bit line, 11 is a first interlayer insulating film, 12 is a contact hole, 13 is a conductive material, 14 is a plug, 15 is a lower electrode,
Reference numeral 16 is a dielectric layer, 17 is an upper electrode, 18 is a second interlayer insulating film, and 19 is an upper wiring.

【0014】第1工程(図1(A)参照) シリコン基板1の上面にLOCOS酸化膜2を形成して
素子形成領域を画定し、この素子形成領域にn型不純物
を選択的に注入してソース領域3とドレイン領域4を形
成し、その上に熱酸化によってゲート絶縁膜5を形成
し、その上にゲート電極でもあるワード線6,7を形成
し、その上にSiO2 からなる保護膜8を形成してスイ
ッチングトランジスタを構成する。
First step (see FIG. 1A) A LOCOS oxide film 2 is formed on the upper surface of a silicon substrate 1 to define an element formation region, and an n-type impurity is selectively implanted into this element formation region. A source region 3 and a drain region 4 are formed, a gate insulating film 5 is formed thereon by thermal oxidation, word lines 6 and 7 which are also gate electrodes are formed thereon, and a protective film made of SiO 2 is formed thereon. 8 is formed to form a switching transistor.

【0015】スイッチングトランジスタのソース領域3
の上の保護膜8を除去した後、シリコン基板1と後に形
成する下部電極15が相互に拡散、反応するのを防ぐた
めのTiからなるバリア層9を形成し、ドレイン領域4
の上の保護膜8を除去した後、ビット線10を形成す
る。
Source region 3 of switching transistor
After removing the protective film 8 on the substrate, a barrier layer 9 made of Ti is formed to prevent the silicon substrate 1 and a lower electrode 15 to be formed later from diffusing and reacting with each other.
After removing the protective film 8 on the substrate, the bit line 10 is formed.

【0016】バリア層9として、前記のTiの他、Ti
Nや、Pt,Ru,Irおよびこれらを含む合金、R
u,Irの導電性酸化物等を用いることができる。そし
て、その上に、目的とする第1の層間絶縁膜の厚さとキ
ャパシタの下部電極15の高さをプラスした厚さ以上の
厚さのSiO2 からなる第1の層間絶縁膜11をCVD
等によって形成する。
As the barrier layer 9, in addition to the above Ti, Ti
N, Pt, Ru, Ir and alloys containing them, R
A conductive oxide such as u or Ir can be used. Then, a first interlayer insulating film 11 made of SiO 2 and having a thickness equal to or larger than the target thickness of the first interlayer insulating film and the height of the lower electrode 15 of the capacitor is formed thereon by CVD.
And the like.

【0017】第2工程(図1(B)参照) 第1の層間絶縁膜11を選択的に除去して、バリア層9
に達するコンタクトホール12を形成する。
Second step (see FIG. 1B) The first interlayer insulating film 11 is selectively removed to remove the barrier layer 9
A contact hole 12 is formed.

【0018】第3工程(図1(C)参照) コンタクトホール12を含む上面にPt等の導電材料1
3をCVD等の成膜法によって形成し、コンタクトホー
ル12を導電材料13によって埋め込む。この導電材料
13として、Ptの他、Ru,Irおよびこれらの金属
を含む合金、Ru,Irの導電性酸化膜等を用いること
ができる。
Third step (see FIG. 1C) A conductive material 1 such as Pt is formed on the upper surface including the contact hole 12.
3 is formed by a film forming method such as CVD, and the contact hole 12 is filled with a conductive material 13. As the conductive material 13, Ru, Ir, an alloy containing these metals, a conductive oxide film of Ru, Ir, or the like can be used in addition to Pt.

【0019】第4工程(図1(D)参照) 導電材料13と第1の層間絶縁膜11を化学機械研磨等
によって研磨することによってプラグ14と下部電極1
5を形成すると共に、第1の層間絶縁膜11の表面を平
坦化する。したがって、残される第1の層間絶縁膜11
の膜厚はプラグ14の深さと下部電極15の高さをプラ
スしたものである。
Fourth Step (see FIG. 1D) The conductive material 13 and the first interlayer insulating film 11 are polished by chemical mechanical polishing or the like to form the plug 14 and the lower electrode 1.
5 is formed and the surface of the first interlayer insulating film 11 is flattened. Therefore, the remaining first interlayer insulating film 11
Is obtained by adding the depth of the plug 14 and the height of the lower electrode 15.

【0020】第5工程(図2(E)参照) 第1の層間絶縁膜11をプラグ14の深さまでエッチン
グする。この時点でプラグ14と下部電極15が一体の
形で形成される。
Fifth Step (see FIG. 2E) The first interlayer insulating film 11 is etched to the depth of the plug 14. At this point, the plug 14 and the lower electrode 15 are integrally formed.

【0021】第6工程(図2(F)参照) その上に、従来から知られている成膜方法によってチタ
ン酸ストロンチウム(SrTiO3 、STO)等の誘電
率が大きい誘電体層16を形成し、その上に導電材料を
形成し、パターニングして上部電極17を形成する。
Step 6 (see FIG. 2F) A dielectric layer 16 having a large dielectric constant such as strontium titanate (SrTiO 3 , STO) is formed thereon by a conventionally known film forming method. Then, a conductive material is formed thereon and patterned to form the upper electrode 17.

【0022】第7工程(図2(G)参照) その上にSiO2 からなる第2の層間絶縁膜18を形成
し、その上にアルミニウム合金等からなる導電体層を形
成し、これをパターニングして上部配線19を形成す
る。
Seventh step (see FIG. 2G) A second interlayer insulating film 18 made of SiO 2 is formed thereon, a conductor layer made of an aluminum alloy or the like is formed thereon, and this is patterned. Then, the upper wiring 19 is formed.

【0023】以上の工程により製造したDRAMは以下
に述べるような効果を有することがわかった。 従来の構造では、下部電極形状が(断面×高さ)=
(0.3μm×0.3μm)×0.4μmのとき、バリ
ア層が誘電体成膜中に酸化性雰囲気に曝されるために酸
化されて、高抵抗ないし絶縁物になり、さらに、ポリシ
リコンあるいはタングステンのプラグ部分も酸化され
て、プラグの抵抗が数十kΩ〜絶縁物というような高抵
抗を示していたが、本発明の構造、製造方法では、誘電
体膜成膜時にバリア層が酸化性の雰囲気に曝されないこ
と、さらに、プラグが下部電極と一体であることによ
り、数十Ω程度に低減することができるようになった。
It has been found that the DRAM manufactured by the above steps has the following effects. In the conventional structure, the shape of the lower electrode is (cross section x height) =
When (0.3 μm × 0.3 μm) × 0.4 μm, the barrier layer is exposed to an oxidizing atmosphere during the dielectric film formation and is oxidized to be a high resistance or an insulator. Alternatively, the plug portion of tungsten is also oxidized, and the resistance of the plug is as high as several tens of kΩ to an insulator, but in the structure and manufacturing method of the present invention, the barrier layer is oxidized during the formation of the dielectric film. Since the plug is not exposed to a conductive atmosphere and the plug is integrated with the lower electrode, it can be reduced to about several tens Ω.

【0024】 また、高誘電体層がSTO膜で膜厚が
75nm、上部電極がTiNあるいはPtのとき、従来
の構造ではバリア層部分に高誘電体層がかかるため、キ
ャパシタのリーク電流>1×106 /Acm2 )の原因
になっていたが、本発明の構造によりリーク電流が1×
107 /Acm2 に軽減することができる。
Further, when the high dielectric layer is an STO film having a film thickness of 75 nm and the upper electrode is TiN or Pt, the high dielectric layer is applied to the barrier layer portion in the conventional structure, so that the leakage current of the capacitor> 1 × 10 6 / Acm 2 ) but due to the structure of the present invention, the leakage current is 1 ×.
It can be reduced to 10 7 / Acm 2 .

【0025】(第2の実施の形態)図3は、第2の実施
の形態の半導体装置の構成説明図である。この図におい
て、21はシリコン基板、22はLOCOS酸化膜、2
3はソース領域、24はドレイン領域、25はゲート絶
縁膜、26,27はワード線、28は保護膜、29はバ
リア層、30はビット線、31は第1の層間絶縁膜、3
2はコンタクトホール、33はプラグ、34は下部電
極、35は強誘電体層、36はドライブ線、37は第2
の層間絶縁膜、38は上部配線である。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a diagram for explaining the structure of a semiconductor device according to the second embodiment. In this figure, 21 is a silicon substrate, 22 is a LOCOS oxide film, 2
3 is a source region, 24 is a drain region, 25 is a gate insulating film, 26 and 27 are word lines, 28 is a protective film, 29 is a barrier layer, 30 is a bit line, 31 is a first interlayer insulating film, 3
2 is a contact hole, 33 is a plug, 34 is a lower electrode, 35 is a ferroelectric layer, 36 is a drive line, and 37 is a second electrode.
Is an interlayer insulating film, and 38 is an upper wiring.

【0026】この実施の形態は、誘電体として強誘電体
を用いた不揮発性RAMに関するものである。この実施
の形態の半導体装置の構成をその製造方法とともに説明
する。
This embodiment relates to a nonvolatile RAM using a ferroelectric substance as a dielectric substance. The configuration of the semiconductor device of this embodiment will be described together with its manufacturing method.

【0027】第1工程 シリコン基板21の上面にLOCOS酸化膜22を形成
して素子形成領域を画定し、この素子形成領域にn型不
純物を選択的に注入してソース領域23とドレイン領域
24を形成し、その上にゲート絶縁膜25を形成し、そ
の上にゲート電極でもあるワード線26,27を形成
し、その上にSiO2 からなる保護膜28を形成してス
イッチングトランジスタを構成する。
First Step A LOCOS oxide film 22 is formed on the upper surface of a silicon substrate 21 to define an element formation region, and an n-type impurity is selectively implanted into this element formation region to form a source region 23 and a drain region 24. Then, a gate insulating film 25 is formed thereon, word lines 26 and 27 which are also gate electrodes are formed thereon, and a protective film 28 made of SiO 2 is formed thereon to form a switching transistor.

【0028】第2工程 ソース領域23の上の保護膜28を部分的に除去した
後、シリコン基板21と後に形成する下部電極34が相
互に拡散、反応するのを防ぐためのTiからなるバリア
層29を形成し、ドレイン領域24の上の保護膜28を
部分的に除去した後、ビット線30を形成する。そし
て、その上に、目的とする第1の層間絶縁膜の厚さとキ
ャパシタの下部電極34の高さをプラスした厚さ以上の
厚さのSiO2 からなる第1の層間絶縁膜31を形成す
る。
Second Step After the protective film 28 on the source region 23 is partially removed, a barrier layer made of Ti for preventing the silicon substrate 21 and a lower electrode 34 to be formed later from diffusing and reacting with each other. After forming 29 and partially removing the protective film 28 on the drain region 24, the bit line 30 is formed. Then, a first interlayer insulating film 31 made of SiO 2 having a thickness equal to or larger than the target thickness of the first interlayer insulating film and the height of the lower electrode 34 of the capacitor is formed thereon. .

【0029】第3工程 第1の層間絶縁膜31を選択的に除去して、バリア層2
9に達するコンタクトホール32を形成し、このコンタ
クトホール32を含む上面にPt等の導電材料を形成
し、コンタクトホール32を導電材料によって埋め込
む。
Third Step The first interlayer insulating film 31 is selectively removed to remove the barrier layer 2
9 is formed, a conductive material such as Pt is formed on the upper surface including the contact hole 32, and the contact hole 32 is filled with the conductive material.

【0030】第4工程 導電材料と第1の層間絶縁膜31を化学機械研磨等によ
って平坦に研磨してプラグ33と下部電極34を形成
し、第1の層間絶縁膜31をプラグ33の深さまでエッ
チングする。
Fourth Step The conductive material and the first interlayer insulating film 31 are flatly polished by chemical mechanical polishing or the like to form the plug 33 and the lower electrode 34, and the first interlayer insulating film 31 is formed to the depth of the plug 33. Etching.

【0031】第5工程 その上に、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3 、S
TO)等の強誘電体層35を形成し、その上にドライブ
線36を形成する。そして、その上にSi2 3 からな
る第2の層間絶縁膜37を形成し、その上に上部配線3
8を形成して不揮発性RAMを完成する。
Fifth Step Further, strontium titanate (SrTiO 3) is added.Three, S
A ferroelectric layer 35 such as TO) is formed, and a drive is formed thereon.
Form line 36. And on top of that Si2O ThreeEmpty
Forming a second interlayer insulating film 37 on which the upper wiring 3 is formed.
8 is formed to complete the nonvolatile RAM.

【0032】この実施の形態の不揮発性RAMにおいて
も、第1の実施の形態のDRAMと同様に、製造工程に
おいて、下部電極につながるプラグの酸化を防ぐことが
でき、その抵抗値を数十Ω程度に低減することができ、
キャパシタのリーク電流を軽減することができた。
Also in the nonvolatile RAM of this embodiment, as in the DRAM of the first embodiment, in the manufacturing process, oxidation of the plug connected to the lower electrode can be prevented, and its resistance value is several tens Ω. Can be reduced to a degree,
The leakage current of the capacitor could be reduced.

【0033】前記の本発明の実施の形態においては、D
RAMおよび不揮発性RAMの構成およびその製造方法
を説明したが、本発明はDRAMや不揮発性RAMに限
られることなく、一般に、酸化性雰囲気によって酸化さ
れやすい高誘電体層、強誘電体層等の被膜を用いる半導
体装置に適用できることはいうまでもない。
In the above embodiment of the present invention, D
Although the configurations of the RAM and the non-volatile RAM and the manufacturing method thereof have been described, the present invention is not limited to the DRAM and the non-volatile RAM, and in general, a high dielectric layer, a ferroelectric layer and the like that are easily oxidized by an oxidizing atmosphere. It goes without saying that it can be applied to a semiconductor device using a coating.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
バリア層をプラグの下部に位置に形成することにより、
バリア層、プラグの酸化による高抵抗化、絶縁物化を防
止することができ、また、バリア層に誘電体層が接しな
くなくなるため、誘電体層強誘電体層の厚質が低下する
のを防止することができる。
As described above, according to the present invention,
By forming a barrier layer at the bottom of the plug,
It is possible to prevent the barrier layer and plug from increasing in resistance and becoming an insulator due to oxidation. Also, since the dielectric layer is not in contact with the barrier layer, it prevents the thickness of the dielectric layer and the ferroelectric layer from decreasing. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の実施の形態の半導体装置の製造工程説明
図(1)であり、(A)〜(D)は各工程を示してい
る。
FIG. 1 is an explanatory view (1) of a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment, in which (A) to (D) show each process.

【図2】第1の実施の形態の半導体装置の製造工程説明
図(2)であり、(E)〜(G)は各工程を示してい
る。
FIG. 2 is a manufacturing process explanatory view (2) of the semiconductor device according to the first embodiment, in which (E) to (G) show each process.

【図3】第2の実施の形態の半導体装置の構成説明図で
ある。
FIG. 3 is a configuration explanatory diagram of a semiconductor device according to a second embodiment.

【図4】従来の高誘電体を用いたDRAMの構成説明図
である。
FIG. 4 is a diagram showing the structure of a conventional DRAM using a high dielectric.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 LOCOS酸化膜 3 ソース領域 4 ドレイン領域 5 ゲート絶縁膜 6,7 ワード線 8 保護膜 9 バリア層 10 ビット線 11 第1の層間絶縁膜 12 コンタクトホール 13 導電材料 14 プラグ 15 下部電極 16 誘電体層 17 上部電極 18 第2の層間絶縁膜 19 上部配線 21 シリコン基板 22 LOCOS酸化膜 23 ソース領域 24 ドレイン領域 25 ゲート絶縁膜 26,27 ワード線 28 保護膜 29 バリア層 30 ビット線 31 第1の層間絶縁膜 32 コンタクトホール 33 プラグ 34 下部電極 35 強誘電体層 36 ドライブ線 37 第2の層間絶縁膜 38 上部配線 1 Silicon Substrate 2 LOCOS Oxide Film 3 Source Region 4 Drain Region 5 Gate Insulation Film 6,7 Word Line 8 Protective Film 9 Barrier Layer 10 Bit Line 11 First Interlayer Insulation Film 12 Contact Hole 13 Conductive Material 14 Plug 15 Lower Electrode 16 Dielectric layer 17 Upper electrode 18 Second interlayer insulating film 19 Upper wiring 21 Silicon substrate 22 LOCOS oxide film 23 Source region 24 Drain region 25 Gate insulating film 26, 27 Word line 28 Protective film 29 Barrier layer 30 Bit line 31 First Interlayer insulating film 32 Contact hole 33 Plug 34 Lower electrode 35 Ferroelectric layer 36 Drive line 37 Second interlayer insulating film 38 Upper wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/792 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 29/792

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 誘電体層の下に下部電極とバリア層を有
し、該バリア層が、該下部電極に接続される層間絶縁膜
の下層のプラグの下に形成されていることを特徴とする
半導体装置。
1. A lower electrode and a barrier layer are provided under a dielectric layer, and the barrier layer is formed under a plug which is a lower layer of an interlayer insulating film connected to the lower electrode. Semiconductor device.
【請求項2】 誘電体層が高誘電体層であり、該高誘電
体層と該高誘電体層を挟持する電極からなるキャパシタ
を蓄積容量とするDRAMを有することを特徴とする請
求項1に記載された半導体装置。
2. The DRAM is characterized in that the dielectric layer is a high-dielectric layer, and a capacitor having a capacitor composed of the high-dielectric layer and electrodes sandwiching the high-dielectric layer as a storage capacitor is provided. The semiconductor device described in.
【請求項3】 誘電体層が強誘電体層であり、該強誘電
体層と該強誘電体を挟持する電極からなるキャパシタを
蓄積容量とする不揮発性RAMを有することを特徴とす
る請求項1に記載された半導体装置。
3. The non-volatile RAM, wherein the dielectric layer is a ferroelectric layer, and a storage capacitor is a capacitor including an electrode sandwiching the ferroelectric layer and the ferroelectric layer. 1. The semiconductor device described in 1.
【請求項4】 半導体基板上にスイッチングトランジス
タを形成し、該スイッチングトランジスタの上のプラグ
を形成する予定の領域にバリア層を形成し、その上にキ
ャパシタの下部電極の高さ以上に層間絶縁膜を形成し、
該層間絶縁膜に該キャパシタの下部電極およびプラグを
形成するための該バリア層に達するコンタクトホールを
形成し、該コンタクトホールを含む上面にプラグ形成用
導電体層を形成し、該層間絶縁膜とプラグ形成用導電体
層を該下部電極の高さまで除去して平坦化し、該層間絶
縁膜をエッチングして該キャパシタの下部電極を露出さ
せ、該下部電極の上に高誘電体層を形成し、該高誘電体
層の上に上部電極を形成してDRAMを構成する工程を
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. A switching transistor is formed on a semiconductor substrate, a barrier layer is formed in a region where a plug is to be formed on the switching transistor, and an interlayer insulating film is formed on the barrier layer to a height higher than that of a lower electrode of a capacitor. To form
A contact hole reaching the barrier layer for forming the lower electrode of the capacitor and the plug is formed in the interlayer insulating film, and a plug forming conductor layer is formed on the upper surface including the contact hole, and the interlayer insulating film is formed. The conductive layer for forming a plug is removed to the height of the lower electrode to planarize it, the interlayer insulating film is etched to expose the lower electrode of the capacitor, and a high dielectric layer is formed on the lower electrode. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming an upper electrode on the high dielectric layer to form a DRAM.
【請求項5】 半導体基板上にスイッチングトランジス
タを形成し、該スイッチングトランジスタの上のプラグ
を形成する予定の領域にバリア層を形成し、その上にキ
ャパシタの下部電極の高さ以上に層間絶縁膜を形成し、
該層間絶縁膜に該キャパシタの下部電極およびプラグを
形成するための該バリア層に達するコンタクトホールを
形成し、該コンタクトホールを含む上面にプラグ形成用
導電体層を形成し、該層間絶縁膜とプラグ形成用導電体
層を該下部電極の高さまで除去して平坦化し、該層間絶
縁膜をエッチングして該キャパシタの下部電極を露出さ
せ、該下部電極の上に強誘電体層を形成し、該強誘電体
層の上に上部電極を形成して不揮発性RAMを構成する
工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. A switching transistor is formed on a semiconductor substrate, a barrier layer is formed in a region where a plug is to be formed on the switching transistor, and an interlayer insulating film is formed on the barrier layer at a height higher than that of a lower electrode of a capacitor. To form
A contact hole reaching the barrier layer for forming the lower electrode of the capacitor and the plug is formed in the interlayer insulating film, and a plug forming conductor layer is formed on an upper surface including the contact hole. The plug forming conductor layer is removed to the height of the lower electrode to be planarized, the interlayer insulating film is etched to expose the lower electrode of the capacitor, and a ferroelectric layer is formed on the lower electrode. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an upper electrode on the ferroelectric layer to form a nonvolatile RAM.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6281536B1 (en) 1998-04-08 2001-08-28 Nec Corporation Ferroelectric memory device with improved ferroelectric capacity characteristic
US6292352B1 (en) 1999-06-07 2001-09-18 Nec Corporation Thin film capacitor
US6384440B1 (en) 1999-11-10 2002-05-07 Nec Corporation Ferroelectric memory including ferroelectric capacitor, one of whose electrodes is connected to metal silicide film
US7995373B2 (en) 2008-08-29 2011-08-09 Elpida Memory, Inc. Semiconductor memory device and information processing system

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