JPH10242408A - Dielectric capacitor, non-volatile memory and semiconductor device - Google Patents

Dielectric capacitor, non-volatile memory and semiconductor device

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JPH10242408A
JPH10242408A JP9112849A JP11284997A JPH10242408A JP H10242408 A JPH10242408 A JP H10242408A JP 9112849 A JP9112849 A JP 9112849A JP 11284997 A JP11284997 A JP 11284997A JP H10242408 A JPH10242408 A JP H10242408A
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film
dielectric film
dielectric
layer
lower electrode
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JP9112849A
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Japanese (ja)
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Kenji Katori
健二 香取
Nurgel Nicholas
ナーゲル ニコラス
Koji Watabe
浩司 渡部
Naohiro Tanaka
均洋 田中
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent diffusion of Si or W from a plug to a lower electrode by introducing a small quantity of rare earth elements and oxygen in noble metal such as Pt and Ir, forming a metallic film containing rare earth oxide and providing it between the lower electrode and the polycrystalline Si plug as a diffusion preventing layer. SOLUTION: A Ti film 2 as a junction layer, an Ir-Y-O film 3 as the diffusion preventing layer, for example, a Ti film 4 as a junction layer, a PT film 5 as the lower electrode, an SBT film 6 as a ferroelectric film and a Pt film 7 as an upper electrode are sequentially stacked on a conductive Si substrate 1. In the diffusion preventing layer 3, a dielectric capacitor is shown by a composition formula M1a M11b Oc (but (a), (b) and (c) are composition shown by atom %, M1 is at least one type of noble metal selected from a group constituted of Pt, Ir, Ru, Rh and Pd, and M11 shows at least one type of rare earth element) and the layer is formed of a material whose composition range is 90>=a>=40, 15>=b>=2, 4<=c and a+b+c=100.

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】この発明は、誘電体キャパシ
タ、不揮発性メモリおよび半導体装置に関する。
The present invention relates to a dielectric capacitor, a nonvolatile memory, and a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電体メモリは、強誘電体膜の高速な
分極反転とその残留分極とを利用する高速書き換え可能
な不揮発性メモリである。図6に従来の強誘電体メモリ
の一例を示す。
2. Description of the Related Art A ferroelectric memory is a high-speed rewritable nonvolatile memory utilizing a high-speed polarization reversal of a ferroelectric film and its residual polarization. FIG. 6 shows an example of a conventional ferroelectric memory.

【0003】図6に示すように、この従来の強誘電体メ
モリにおいては、p型Si基板101の表面にフィール
ド絶縁膜102が選択的に設けられ、これによって素子
分離が行われている。このフィールド絶縁膜102に囲
まれた部分における活性領域の表面にはゲート絶縁膜1
03が設けられている。符号WLはワード線を示す。こ
のワード線WLの両側の部分におけるp型Si基板10
1中にはn+ 型のソース領域104およびドレイン領域
105が設けられている。これらのワード線WL、ソー
ス領域104およびドレイン領域105によりトランジ
スタQが構成されている。
As shown in FIG. 6, in this conventional ferroelectric memory, a field insulating film 102 is selectively provided on the surface of a p-type Si substrate 101, thereby performing element isolation. On the surface of the active region in a portion surrounded by the field insulating film 102, the gate insulating film 1 is formed.
03 is provided. Symbol WL indicates a word line. The p-type Si substrate 10 on both sides of the word line WL
In 1, an n + type source region 104 and a drain region 105 are provided. The word line WL, the source region 104 and the drain region 105 form a transistor Q.

【0004】符号106は層間絶縁膜を示す。フィール
ド絶縁膜102の上方の部分における層間絶縁膜106
上には、接合層としての例えば膜厚30nm程度のTi
膜107を介して、下部電極としての例えば膜厚200
nm程度のPt膜108、例えば膜厚200nm程度の
Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)膜やSrBi2 Ta
2 9 (SBT)膜などの強誘電体膜109および上部
電極としての例えば膜厚200nm程度のPt膜110
が順次積層され、これらのPt膜108、強誘電体膜1
09およびPt膜110によりキャパシタCが構成され
ている。トランジスタQとこのキャパシタCとにより、
1個のメモリセルが構成されている。
Reference numeral 106 denotes an interlayer insulating film. Interlayer insulating film 106 in a portion above field insulating film 102
On top, for example, a Ti layer having a thickness of about 30 nm is used as a bonding layer.
Through the film 107, for example, a film thickness of 200 as a lower electrode
Pt film 108 having a thickness of about 200 nm, such as a Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT) film or SrBi 2 Ta having a thickness of about 200 nm.
A ferroelectric film 109 such as a 2 O 9 (SBT) film and a Pt film 110 having a thickness of, for example, about 200 nm as an upper electrode.
Are sequentially laminated, and the Pt film 108 and the ferroelectric film 1 are stacked.
09 and the Pt film 110 constitute a capacitor C. With the transistor Q and this capacitor C,
One memory cell is configured.

【0005】符号111は層間絶縁膜を示す。ソース領
域104の上の部分における層間絶縁膜106および層
間絶縁膜111にはコンタクトホール112が設けられ
ている。また、Pt膜108の一端部の上の部分におけ
る層間絶縁膜111にはコンタクトホール113が設け
られている。さらに、Pt膜110の上の部分における
層間絶縁膜111にはコンタクトホール114が設けら
れている。そして、コンタクトホール112およびコン
タクトホール113を通じて、トランジスタQのソース
領域104とキャパシタCの下部電極であるPt膜10
8とが配線115により接続されている。また、コンタ
クトホール114を通じて、キャパシタCの上部電極で
あるPt膜110に配線116が接続されている。符号
117はパッシベーション膜を示す。
Reference numeral 111 denotes an interlayer insulating film. A contact hole 112 is provided in the interlayer insulating film 106 and the interlayer insulating film 111 above the source region 104. Further, a contact hole 113 is provided in the interlayer insulating film 111 at a portion above one end of the Pt film 108. Further, a contact hole 114 is provided in the interlayer insulating film 111 above the Pt film 110. Then, through the contact holes 112 and 113, the source region 104 of the transistor Q and the Pt film 10 serving as the lower electrode of the capacitor C are formed.
8 are connected by a wiring 115. Further, a wiring 116 is connected to the Pt film 110, which is the upper electrode of the capacitor C, through the contact hole 114. Reference numeral 117 denotes a passivation film.

【0006】この図6に示す従来の強誘電体メモリにお
いては、トランジスタQとキャパシタCとが横方向(基
板面に平行な方向)に並べて配置しているが、強誘電体
メモリの情報記録密度を増加させるためには、トランジ
スタQとキャパシタCとを縦方向(基板面に垂直な方
向)に並べて配置した構造とする必要がある。その一例
を図7に示す。ここで、図7においては、図6と同一の
部分には同一の符号を付す。
In the conventional ferroelectric memory shown in FIG. 6, a transistor Q and a capacitor C are arranged side by side (in a direction parallel to the substrate surface). In order to increase the number, it is necessary to adopt a structure in which the transistor Q and the capacitor C are arranged side by side in the vertical direction (the direction perpendicular to the substrate surface). An example is shown in FIG. Here, in FIG. 7, the same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.

【0007】図7において、符号WL1〜WL4はワー
ド線、118は層間絶縁膜を示す。ドレイン領域105
の上の部分における層間絶縁膜118にはコンタクトホ
ール119が設けられ、このコンタクトホール119を
通じてビット線BLがトランジスタQのドレイン領域1
05に接続されている。符号120、121は層間絶縁
膜を示す。ソース領域104の上の部分における層間絶
縁膜121にはコンタクトホール122が設けられ、こ
のコンタクトホール122内に多結晶Siプラグ123
が埋め込まれている。そして、この多結晶Siプラグ1
23を介して、トランジスタQのソース領域104とキ
ャパシタCの下部電極であるPt膜108とが電気的に
接続されている。
In FIG. 7, reference numerals WL1 to WL4 denote word lines, and 118 denotes an interlayer insulating film. Drain region 105
A contact hole 119 is formed in the interlayer insulating film 118 in the upper portion of the transistor Q through the contact hole 119 to connect the bit line BL to the drain region 1 of the transistor Q.
05. Reference numerals 120 and 121 indicate interlayer insulating films. A contact hole 122 is provided in the interlayer insulating film 121 above the source region 104, and a polycrystalline Si plug 123 is formed in the contact hole 122.
Is embedded. And this polycrystalline Si plug 1
Through 23, the source region 104 of the transistor Q and the Pt film 108, which is the lower electrode of the capacitor C, are electrically connected.

【0008】さて、強誘電体膜109を形成する際には
通常、その結晶化のために600〜800℃の高温にお
いて酸化雰囲気中で熱処理を行う必要があるが、このと
き、多結晶Siプラグ123のSiがキャパシタCの下
部電極であるPt膜108に熱拡散し、そのSiがPt
膜108の上層で酸化されることによりこのPt膜10
8の導電性が失われたり、Siがさらに強誘電体膜10
9に拡散し、キャパシタCの特性を著しく劣化させてし
まうという問題がある。
When the ferroelectric film 109 is formed, it is usually necessary to perform a heat treatment at a high temperature of 600 to 800 ° C. in an oxidizing atmosphere for crystallization. 123 is thermally diffused into the Pt film 108, which is the lower electrode of the capacitor C, and the Si
The Pt film 10 is oxidized on the upper layer of the film
8 loses conductivity or Si further increases the ferroelectric film 10
9, and the characteristics of the capacitor C are significantly deteriorated.

【0009】強誘電体膜109の材料がPZTである場
合、その焼成温度は600℃程度であるため、Siの拡
散防止層としてTiNなどの窒化物系の膜を使用するこ
とができるとの報告がある(応用物理学会講演予稿集、
1995年春、30p−D−20、30p−D−1
0)。しかしながら、窒化物系の膜は、高温、酸化雰囲
気中の熱処理で酸化され、導電性を失うことから、強誘
電体膜109の強誘電体特性をより改善するために、熱
処理の雰囲気に十分な酸素を導入し、より高温で熱処理
を施した場合には、酸化による表面荒れや電気抵抗の上
昇が起きてしまうという問題がある。
When the material of the ferroelectric film 109 is PZT, the firing temperature is about 600 ° C., and it is reported that a nitride film such as TiN can be used as a Si diffusion preventing layer. There are (Abstracts of the JSAP,
Spring 1995, 30p-D-20, 30p-D-1
0). However, the nitride-based film is oxidized by heat treatment in an oxidizing atmosphere at a high temperature and loses conductivity. Therefore, in order to further improve the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film 109, the nitride-based film has a sufficient heat treatment atmosphere. When oxygen is introduced and heat treatment is performed at a higher temperature, there is a problem that surface roughness and electrical resistance increase due to oxidation.

【0010】一方、強誘電体膜109の材料として、P
ZTより疲労特性に優れるとされるSBTを用いる場合
には、良好な強誘電体特性を得るための熱処理温度は8
00℃程度とPZTに比べてさらに高温となる。したが
って、強誘電体109の材料にSBTを用いた場合に
は、上述の窒化物系の膜からなる拡散防止層では耐熱性
が完全に不足し、使用不可能である。
On the other hand, as a material of the ferroelectric film 109, P
When using SBT which is considered to have better fatigue properties than ZT, the heat treatment temperature for obtaining good ferroelectric properties is 8
The temperature is about 00 ° C., which is higher than that of PZT. Therefore, when SBT is used as the material of the ferroelectric 109, the diffusion prevention layer made of the above-mentioned nitride-based film has a completely insufficient heat resistance and cannot be used.

【0011】これまで、強誘電体膜109の材料として
SBTを用いたスタック型のキャパシタの構造は報告さ
れておらず、このようなキャパシタを用いた高集積の不
揮発性メモリの実現は困難であるとされていた。
There has been no report on the structure of a stacked capacitor using SBT as the material of the ferroelectric film 109, and it is difficult to realize a highly integrated nonvolatile memory using such a capacitor. And it was.

【0012】また、以上と同様な問題は、多結晶Siプ
ラグの代わりにWプラグを用いる場合においても起こり
得るものである。
The same problem as described above can also occur when a W plug is used instead of a polycrystalline Si plug.

【0013】一方、従来、最小加工寸法が0.50〜
0.35μmの多層配線構造の超高集積半導体集積回路
装置の一例として図8に示すようなものがある(例え
ば、日経マイクロデバイス、1994年7月号、pp.
50−57および日経マイクロデバイス、1995年9
月号、pp.70−77)。
On the other hand, conventionally, the minimum processing size is 0.50
As an example of an ultra-highly integrated semiconductor integrated circuit device having a 0.35 μm multilayer wiring structure, there is one as shown in FIG.
50-57 and Nikkei Microdevice, September 1995
Monthly name, pp. 70-77).

【0014】図8に示すように、この従来の半導体集積
回路装置においては、n型Si基板201中にpウエル
202およびnウエル203が設けられている。素子分
離領域となる部分のn型Si基板201の表面にはリセ
ス204が設けられ、このリセス204内にSiO2
からなるフィールド絶縁膜205が埋め込まれている。
このフィールド絶縁膜205に囲まれた活性領域の表面
にはSiO2 膜からなるゲート絶縁膜206が設けられ
ている。符号207は不純物がドープされた多結晶Si
膜、208はWSix 膜のような金属シリサイド膜を示
す。これらの多結晶Si膜207および金属シリサイド
膜208により、ポリサイド構造のゲート電極が形成さ
れている。これらの多結晶Si膜207および金属シリ
サイド膜208の側壁にはSiO2 からなるサイドウォ
ールスペーサ209が設けられている。nウエル203
中には、多結晶Si膜207および金属シリサイド膜2
08からなるゲート電極に対して自己整合的に、ソース
領域またはドレイン領域として用いられるp+ 型の拡散
層210、211が設けられている。これらのゲート電
極および拡散層210、211によりpチャネルMOS
トランジスタが形成されている。同様に、pウエル20
2にはnチャネルMOSトランジスタが形成されてい
る。符号212、213はこのnチャネルMOSトラン
ジスタのソース領域またはドレイン領域として用いられ
るn+ 型の拡散層を示す。
As shown in FIG. 8, in this conventional semiconductor integrated circuit device, a p-well 202 and an n-well 203 are provided in an n-type Si substrate 201. A recess 204 is provided on the surface of the n-type Si substrate 201 in a portion to be an element isolation region, and a field insulating film 205 made of a SiO 2 film is embedded in the recess 204.
On the surface of the active region surrounded by the field insulating film 205, a gate insulating film 206 made of a SiO 2 film is provided. Reference numeral 207 denotes polycrystalline Si doped with impurities.
Film, 208 denotes a metal silicide film such as WSi x film. These polycrystalline Si film 207 and metal silicide film 208 form a gate electrode having a polycide structure. Sidewall spacers 209 made of SiO 2 are provided on the side walls of the polycrystalline Si film 207 and the metal silicide film 208. n-well 203
Among them, a polycrystalline Si film 207 and a metal silicide film 2
P + -type diffusion layers 210 and 211 used as a source region or a drain region are provided in a self-alignment manner with respect to the gate electrode made of 08. A p-channel MOS is formed by these gate electrodes and diffusion layers 210 and 211.
A transistor is formed. Similarly, p well 20
2, an n-channel MOS transistor is formed. Reference numerals 212 and 213 denote n + -type diffusion layers used as source or drain regions of the n-channel MOS transistor.

【0015】これらのpチャネルMOSトランジスタお
よびnチャネルMOSトランジスタを覆うように層間絶
縁膜214が設けられている。この層間絶縁膜214に
は、pチャネルMOSトランジスタの拡散層211に対
応する部分およびフィールド絶縁膜205上のゲート電
極に対応する部分にそれぞれ接続孔215、216が設
けられている。これらの接続孔215、216の内部に
はTi膜217およびTiN膜218を介してWプラグ
219が埋め込まれている。
An interlayer insulating film 214 is provided to cover these p-channel MOS transistors and n-channel MOS transistors. In the interlayer insulating film 214, connection holes 215 and 216 are provided in a portion corresponding to the diffusion layer 211 of the p-channel MOS transistor and a portion corresponding to the gate electrode on the field insulating film 205, respectively. W plugs 219 are embedded in these connection holes 215 and 216 via a Ti film 217 and a TiN film 218.

【0016】接続孔215、216の上には、Ti膜2
20およびTiN膜221を介してAl−Cu合金配線
222が設けられ、その上にTiN膜223が設けられ
ている。符号224は層間絶縁膜を示す。この層間絶縁
膜224には、Al−Cu合金配線222に対応する部
分に接続孔225、226が設けられている。これらの
接続孔225、226の内部にはTi膜227およびT
iN膜228を介してWプラグ229が埋め込まれてい
る。
On the connection holes 215 and 216, a Ti film 2
20, an Al—Cu alloy wiring 222 is provided via the TiN film 221, and a TiN film 223 is provided thereon. Reference numeral 224 indicates an interlayer insulating film. In the interlayer insulating film 224, connection holes 225 and 226 are provided in portions corresponding to the Al-Cu alloy wiring 222. Inside these connection holes 225 and 226, Ti film 227 and T
A W plug 229 is embedded via an iN film 228.

【0017】さらに、接続孔225、226の上には、
Ti膜230およびTiN膜231を介してAl−Cu
合金配線232が設けられ、その上にTiN膜233が
設けられている。
Further, on the connection holes 225 and 226,
Al—Cu through the Ti film 230 and the TiN film 231
An alloy wiring 232 is provided, and a TiN film 233 is provided thereon.

【0018】この図8に示す半導体集積回路装置におい
て、接続孔215の部分の拡散層211上に設けられて
いるTi膜217(膜厚は通常5〜50nm)は、主
に、Wプラグ219の拡散層211との良好な電気的接
続を得るため、および、下地に対する密着性を向上させ
るために用いられている。これは、拡散層211の表面
は化学的に活性であるため、水分や大気にさらされる
と、ごく短時間(2〜3分未満と考えられる)のうちに
表面に膜厚0.5〜5nmの薄いSiOx 膜が形成さ
れ、拡散層211との電気的接続および密着性が悪化す
るからである。これに対して、拡散層211上にTi膜
217が設けられている場合には、このTi膜217と
拡散層211の表面に形成されたSiOx 膜とが化学反
応を起こす結果、電気的接続性と機械的密着性とを改善
することができる。
In the semiconductor integrated circuit device shown in FIG. 8, the Ti film 217 (having a thickness of usually 5 to 50 nm) provided on the diffusion layer 211 in the portion of the connection hole 215 is mainly used for the W plug 219. It is used to obtain good electrical connection with the diffusion layer 211 and to improve adhesion to the base. This is because the surface of the diffusion layer 211 is chemically active, so that when exposed to moisture or air, the surface of the diffusion layer 211 has a thickness of 0.5 to 5 nm in a very short time (considered to be less than 2 to 3 minutes). This is because a thin SiO x film is formed, and electrical connection and adhesion with the diffusion layer 211 are deteriorated. On the other hand, when the Ti film 217 is provided on the diffusion layer 211, a chemical reaction occurs between the Ti film 217 and the SiO x film formed on the surface of the diffusion layer 211, resulting in electrical connection. Properties and mechanical adhesion can be improved.

【0019】しかしながら、拡散層211上にTi膜2
17を介してWプラグ219(膜厚は通常50〜700
nm)が形成されると、このWプラグ219の形成時の
熱処理(通常300〜500℃)あるいはその後工程で
行われる熱処理(通常350〜450℃)により拡散層
211のSiとWプラグ219とが化学反応を起こして
WSix が形成される。このとき、物質の移動(主に拡
散層211からSiがWプラグ219中に移動)が発生
することにより、拡散層211とWプラグ219との間
にすき間が形成され、良好な電気的接続が失われる問題
が生じている。そこで、この拡散層211とWプラグ2
19との化学反応を防止するため、Ti膜217とWプ
ラグ219との間にTiN膜218(膜厚は通常5〜5
0nm)が設けられている。このため、このTiN膜2
18はバリアメタルと呼ばれている。なお、バリアメタ
ルとしては、このTiN膜のほかにTiON膜もある。
However, the Ti film 2 is formed on the diffusion layer 211.
17 through the W plug 219 (the film thickness is usually 50 to 700).
nm), Si of the diffusion layer 211 and the W plug 219 are formed by a heat treatment at the time of forming the W plug 219 (typically 300 to 500 ° C.) or a heat treatment performed in a subsequent step (typically 350 to 450 ° C.). WSi x is formed undergoes a chemical reaction. At this time, the movement of the substance (mainly, the movement of Si from the diffusion layer 211 into the W plug 219) occurs, so that a gap is formed between the diffusion layer 211 and the W plug 219, and good electrical connection is achieved. There is a problem to be lost. Therefore, the diffusion layer 211 and the W plug 2
In order to prevent a chemical reaction with the TiN film 19, a TiN film 218 (having a thickness of usually 5 to 5) is provided between the Ti film 217 and the W plug 219.
0 nm). Therefore, this TiN film 2
Reference numeral 18 is called a barrier metal. In addition to the TiN film, there is a TiON film as a barrier metal.

【0020】次に、Wプラグ219上に設けられている
Ti膜220は、Wプラグ219とAl−Cu合金配線
222との良好な電気的接続および機械的接続を行うた
めに用いられている。また、このTi膜220上のTi
N膜221は、Wプラグ219とAl−Cu合金配線2
22との間の物質の移動および化学反応を抑制するため
に用いられている。接続孔225、226の部分におけ
るWプラグ229上に設けられているTi膜230およ
びTiN膜231も同様である。
Next, the Ti film 220 provided on the W plug 219 is used for making good electrical and mechanical connections between the W plug 219 and the Al--Cu alloy wiring 222. Also, the Ti on the Ti film 220
The N film 221 is composed of the W plug 219 and the Al-Cu alloy wiring 2
It has been used to suppress the transfer of substances between and the chemical reaction with 22. The same applies to the Ti film 230 and the TiN film 231 provided on the W plug 229 in the portions of the connection holes 225 and 226.

【0021】しかしながら、上述の半導体集積回路装置
の製造において、Ti膜217およびTiN膜218を
介してWプラグ219を形成した場合、後工程のプロセ
ス温度の上限は、TiN膜218の耐熱温度以下に制限
されてしまう。このTiN膜218の耐熱温度は、50
0℃(スパッタリング法により成膜した場合)〜650
℃(CVD法により成膜した場合)程度であるため、こ
のWプラグ219の形成後のプロセス温度や時間の自由
度はほとんどないと言える。この問題は、Wプラグ21
9の代わりにSiプラグやAlプラグを用いた場合にも
同様である。
However, when the W plug 219 is formed via the Ti film 217 and the TiN film 218 in the above-described manufacturing of the semiconductor integrated circuit device, the upper limit of the process temperature in the post-process is lower than the heat-resistant temperature of the TiN film 218. You will be restricted. The heat resistant temperature of this TiN film 218 is 50
0 ° C. (when formed by a sputtering method) to 650
° C (in the case of forming a film by the CVD method), it can be said that there is almost no freedom in the process temperature and time after the formation of the W plug 219. The problem is that the W plug 21
The same applies to the case where a Si plug or an Al plug is used instead of 9.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、図7に
示す従来の強誘電体メモリのように、トランジスタQと
キャパシタCとを縦方向に並べて配置し、キャパシタC
の下部電極、すなわちPt膜108を多結晶Siプラグ
123あるいはWプラグによりトランジスタQのソース
領域104と接続する場合、キャパシタCの強誘電体膜
109の材料として、高温の熱処理が必要なSBTなど
を用いることは困難であった。
As described above, as in the conventional ferroelectric memory shown in FIG. 7, the transistor Q and the capacitor C are arranged vertically and the capacitor C
When the Pt film 108 is connected to the source region 104 of the transistor Q by the polycrystalline Si plug 123 or the W plug, as the material of the ferroelectric film 109 of the capacitor C, SBT or the like which requires a high-temperature heat treatment is used. It was difficult to use.

【0023】また、図8に示すような従来の半導体集積
回路装置においては、Wプラグ219を形成した後の工
程のプロセス温度や時間の自由度がほとんどなかった。
Further, in the conventional semiconductor integrated circuit device as shown in FIG. 8, there is almost no freedom in the process temperature and time in the process after the formation of the W plug 219.

【0024】したがって、この発明の目的は、トランジ
スタと誘電体キャパシタとを縦方向に並べて配置し、誘
電体キャパシタの下部電極をSiまたはWからなるプラ
グによりトランジスタの拡散層と接続する場合、そのプ
ラグからのSiまたはWの下部電極への拡散を防止する
ことができ、それによって誘電体キャパシタの誘電体膜
の材料としてPZTはもちろん、高温の熱処理が必要な
SBTなどをも用いることができる誘電体キャパシタお
よびそのような誘電体キャパシタを用いた不揮発性メモ
リを提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to arrange a transistor and a dielectric capacitor side by side in the vertical direction, and to connect the lower electrode of the dielectric capacitor to a diffusion layer of the transistor by a plug made of Si or W. To prevent the diffusion of Si or W from the lower electrode into the lower electrode, thereby making it possible to use not only PZT but also SBT or the like that requires a high-temperature heat treatment as a material of the dielectric film of the dielectric capacitor. An object of the present invention is to provide a capacitor and a nonvolatile memory using such a dielectric capacitor.

【0025】この発明の他の目的は、半導体集積回路装
置などの半導体装置の製造においてプラグを形成した後
の工程のプロセス温度や時間の自由度を大きくすること
ができる半導体装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of increasing the degree of freedom in the process temperature and time after the plug is formed in the manufacture of a semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit device. is there.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術が
有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。以
下にその概要を説明する。
Means for Solving the Problems The present inventor has made intensive studies in order to solve the above-mentioned problems of the prior art. The outline is described below.

【0027】多結晶SiプラグからPt膜などからなる
下部電極へのSiの拡散を防止するためには、下部電極
と多結晶Siプラグとの間に拡散防止層を設ければよ
い。この拡散防止層に要求されることは、Siの拡散を
防止することができ、かつ、強誘電体膜の結晶化のため
に800℃程度の高温において酸化性雰囲気中で熱処理
を行った後においても下部電極の導電性を確保すること
ができることである。
In order to prevent diffusion of Si from the polycrystalline Si plug to the lower electrode made of a Pt film or the like, a diffusion preventing layer may be provided between the lower electrode and the polycrystalline Si plug. What is required of this diffusion prevention layer is that after diffusion of Si can be prevented, and after heat treatment in an oxidizing atmosphere at a high temperature of about 800 ° C. for crystallization of the ferroelectric film, This also ensures that the conductivity of the lower electrode can be ensured.

【0028】これに関しては、一般に、Pt、Ir、R
uなどの貴金属のみからなる膜ではSiの拡散を防止す
ることはできない。また、IrO2 、RuO2 などの導
電性貴金属酸化物を用いた場合には、熱処理中にそれら
のIrO2 、RuO2 などから酸素が多結晶Siプラグ
中へ拡散してこの多結晶Siプラグが酸化され、導電性
が失われる。これは、酸素との結合力が貴金属よりもS
iの方が強いことに起因している。さらに、TiNやT
aNなどの導電性窒化物は、上述のように、耐熱性およ
び耐酸化性に問題がある。
In this regard, generally, Pt, Ir, R
A film consisting only of a noble metal such as u cannot prevent the diffusion of Si. When a conductive noble metal oxide such as IrO 2 or RuO 2 is used, oxygen diffuses from the IrO 2 or RuO 2 into the polycrystalline Si plug during the heat treatment, and the polycrystalline Si plug becomes It is oxidized and loses conductivity. This is because the bonding force with oxygen is S
This is because i is stronger. Furthermore, TiN and T
As described above, conductive nitrides such as aN have problems in heat resistance and oxidation resistance.

【0029】本発明者は、このような状況に鑑み、鋭意
検討を行った結果、Pt、Irなどの貴金属中に少量の
希土類元素および酸素を導入して希土類酸化物含有貴金
属膜を形成し、これを拡散防止層として下部電極と多結
晶Siプラグとの間に設けることにより、多結晶Siプ
ラグと下部電極との導通を確保しつつ、多結晶Siプラ
グから下部電極へのSiの拡散を防止することができる
ことを見い出した。この希土類酸化物含有貴金属膜にお
いては、導入された酸素により貴金属の自己拡散が抑制
されているため、この希土類酸化物含有貴金属膜を通し
てのSiの拡散を防止することができる。また、酸素と
の結合力が強力な希土類元素が導入されているため、酸
素が多結晶Siプラグ中へ拡散してこの多結晶Siプラ
グが酸化されるのを防止することができる。また、この
希土類酸化物含有貴金属膜は、貴金属が主体であるた
め、導電性は十分に確保されている。
In view of such circumstances, the present inventor has conducted intensive studies, and as a result, introduced a small amount of rare earth element and oxygen into a noble metal such as Pt and Ir to form a rare earth oxide-containing noble metal film. By providing this as a diffusion preventing layer between the lower electrode and the polycrystalline Si plug, it is possible to prevent the diffusion of Si from the polycrystalline Si plug to the lower electrode while securing conduction between the polycrystalline Si plug and the lower electrode. I found what I could do. In the rare-earth oxide-containing noble metal film, since the self-diffusion of the noble metal is suppressed by the introduced oxygen, the diffusion of Si through the rare-earth oxide-containing noble metal film can be prevented. Further, since a rare earth element having a strong bonding force with oxygen is introduced, it is possible to prevent oxygen from diffusing into the polycrystalline Si plug and oxidizing the polycrystalline Si plug. Further, since the rare earth oxide-containing noble metal film is mainly composed of a noble metal, the conductivity is sufficiently ensured.

【0030】さらに、本発明者による研究の結果、場合
によっては、この希土類酸化物含有貴金属膜のみにより
下部電極を構成し、Ptなどの貴金属を用いないでも実
用上問題が生じないこともあることも見い出した。
Further, as a result of research conducted by the present inventors, in some cases, a lower electrode may be constituted only by the rare earth oxide-containing noble metal film, and practical problems may not occur even if no noble metal such as Pt is used. Also found.

【0031】この希土類酸化物含有貴金属膜は、貴金属
に酸素との結合力が強い希土類元素を導入し、これを酸
素(O2 )または水蒸気(H2 O)を導入しながらスパ
ッタリング法により成膜することにより容易に形成する
ことができる。あるいは、貴金属ターゲット上に希土類
酸化物チップを置き、スパッタリング法により成膜する
こともできる。
This rare earth oxide-containing noble metal film is formed by introducing a rare earth element having a strong bonding force with oxygen into the noble metal, and forming the noble metal by sputtering while introducing oxygen (O 2 ) or water vapor (H 2 O). By doing so, it can be easily formed. Alternatively, a rare-earth oxide chip may be placed on a noble metal target and formed by a sputtering method.

【0032】この希土類酸化物含有貴金属膜の一例とし
て、Ir805 15膜(組成は原子%)のX線回折の結
果を、図1に示す。ここで、図1Aは成膜直後のもの、
図1Bは800℃で熱処理を行った後のものである。
FIG. 1 shows the result of X-ray diffraction of an Ir 80 Y 5 O 15 film (composition is atomic%) as an example of the rare earth oxide-containing noble metal film. Here, FIG.
FIG. 1B shows the state after the heat treatment at 800 ° C.

【0033】図1Aより、成膜直後では結晶粒径が10
nm以下の微結晶になっており、IrO2 などの酸化イ
リジウムはほとんど見られない。また、図1Bより、結
晶粒はやや大きくなっているが、依然として結晶粒径が
17nm程度の微結晶状態を保っており、このIr80
5 15膜が熱的に安定であることを示している。IrO
2 などの酸化イリジウムなどによるピークはほとんど見
られない。
As shown in FIG. 1A, the crystal grain size was 10 immediately after the film formation.
It is in the form of microcrystals of nm or less, and almost no iridium oxide such as IrO 2 is found. Further, from Figure 1B, the crystal grains are slightly larger, but still grain size are kept fine crystalline state of about 17 nm, the Ir 80 Y
This shows that the 5 O 15 film is thermally stable. IrO
Almost no peak due to iridium oxide such as 2 is observed.

【0034】ここで、特開平7−245237号公報に
おいては、誘電体キャパシタの下部電極の材料として酸
化イリジウムを用いることが開示されているが、このI
805 15膜においては、IrとOとを含むものの、
これ以外にYを含むことにより、IrO2 などの酸化イ
リジウムとはなっておらず、結晶構造は金属イリジウム
のものになっている。すなわち、このIr805 15
は、特開平7−245237号公報に記載されているも
のとは大きく異なる材料であることは明白である。
Here, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-245237 discloses that iridium oxide is used as a material for a lower electrode of a dielectric capacitor.
Although the r 80 Y 5 O 15 film contains Ir and O,
By containing Y in addition to this, it does not become iridium oxide such as IrO 2 and the crystal structure is that of metal iridium. That is, it is clear that the Ir 80 Y 5 O 15 film is a material that is significantly different from the material described in JP-A-7-245237.

【0035】また、本発明者の検討によれば、この希土
類酸化物含有貴金属膜における貴金属、希土類元素およ
び酸素の組成範囲は、図2において斜線を施した領域で
示される範囲とすることが望ましい。この範囲よりも貴
金属が多すぎる場合には、安定な微結晶状態が得られ
ず、少なすぎる場合には、電気抵抗が上昇し、また、結
晶状態が不安定となる。また、希土類元素および酸素の
組成がこの範囲にあることにより、微結晶状態が安定と
なる。
According to the study of the present inventor, the composition range of the noble metal, the rare earth element and the oxygen in the rare earth oxide-containing noble metal film is desirably the range indicated by the hatched region in FIG. . If the amount of the noble metal is more than this range, a stable microcrystalline state cannot be obtained. If the amount is too small, the electric resistance increases and the crystalline state becomes unstable. Further, when the composition of the rare earth element and oxygen is within this range, the state of the microcrystal is stabilized.

【0036】この微結晶状態を得るためには、この希土
類酸化物含有貴金属膜の成膜法として、エネルギーの高
い成膜法である反応性スパッタ法を用いるのが望まし
い。このとき、酸素を供給するため、スパッタガスには
2 あるいはH2 Oを混入する必要がある。あるいは、
貴金属ターゲット上に、Y2 3 などの希土類酸化物の
セラミックスチップを置き、これをO2 ガスあるいはH
2 Oガス雰囲気中でスパッタリング法により成膜しても
よい。
In order to obtain this microcrystalline state, it is desirable to use a reactive sputtering method which is a high energy film forming method as a method of forming the rare earth oxide-containing noble metal film. At this time, in order to supply oxygen, it is necessary to mix O 2 or H 2 O into the sputtering gas. Or,
A ceramic chip of a rare earth oxide such as Y 2 O 3 is placed on a noble metal target, and the chip is filled with O 2 gas or H 2.
The film may be formed by a sputtering method in a 2 O gas atmosphere.

【0037】この発明は、以上の検討に基づいて案出さ
れたものである。
The present invention has been devised based on the above study.

【0038】すなわち、上記目的を達成するために、こ
の発明の第1の発明による誘電体キャパシタは、組成式
IaIIb c (ただし、a、b、cは原子%で表した
組成、MI はPt、Ir、Ru、RhおよびPdからな
る群より選ばれた少なくとも一種の貴金属、MIIは少な
くとも一種の希土類元素を表す)で表され、その組成範
囲が90≧a≧40、15≧b≧2、4≦c、a+b+
c=100である材料からなる拡散防止層と、拡散防止
層上の下部電極と、下部電極上の誘電体膜と、誘電体膜
上の上部電極とを有することを特徴とするものである。
That is, in order to achieve the above object, a dielectric capacitor according to a first aspect of the present invention has a composition formula M Ia M IIb O c (where a, b, and c are compositions represented by atomic%, M I is represented by at least one noble metal selected from the group consisting of Pt, Ir, Ru, Rh and Pd, and M II is represented by at least one rare earth element), and its composition range is 90 ≧ a ≧ 40, 15 ≧ b ≧ 2, 4 ≦ c, a + b +
It has a diffusion prevention layer made of a material with c = 100, a lower electrode on the diffusion prevention layer, a dielectric film on the lower electrode, and an upper electrode on the dielectric film.

【0039】この発明の第2の発明による誘電体キャパ
シタは、組成式MIaIIb c (ただし、a、b、cは
原子%で表した組成、MI はPt、Ir、Ru、Rhお
よびPdからなる群より選ばれた少なくとも一種の貴金
属、MIIは少なくとも一種の希土類元素を表す)で表さ
れ、その組成範囲が90≧a≧40、15≧b≧2、4
≦c、a+b+c=100である材料からなる下部電極
と、下部電極上の誘電体膜と、誘電体膜上の上部電極と
を有することを特徴とするものである。
The dielectric capacitor according to the second aspect of the present invention has a composition formula M Ia M IIb O c (where a, b, and c are compositions expressed in atomic%, and M I is Pt, Ir, Ru, Rh. And at least one noble metal selected from the group consisting of Pd and Pd, M II represents at least one rare earth element), and its composition range is 90 ≧ a ≧ 40, 15 ≧ b ≧ 2, 4
≦ c, a + b + c = 100, characterized by having a lower electrode, a dielectric film on the lower electrode, and an upper electrode on the dielectric film.

【0040】この発明の第3の発明は、トランジスタと
誘電体キャパシタとからなるメモリセルを有する不揮発
性メモリにおいて、誘電体キャパシタが、組成式MIa
IIb c (ただし、a、b、cは原子%で表した組成、
I はPt、Ir、Ru、RhおよびPdからなる群よ
り選ばれた少なくとも一種の貴金属、MIIは少なくとも
一種の希土類元素を表す)で表され、その組成範囲が9
0≧a≧40、15≧b≧2、4≦c、a+b+c=1
00である材料からなる拡散防止層と、拡散防止層上の
下部電極と、下部電極上の誘電体膜と、誘電体膜上の上
部電極とを有することを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile memory having a memory cell comprising a transistor and a dielectric capacitor, wherein the dielectric capacitor has a composition formula M Ia M
IIb O c (where a, b, and c are compositions expressed in atomic%,
M I is at least one noble metal selected from the group consisting of Pt, Ir, Ru, Rh and Pd, and M II is at least one rare earth element.
0 ≧ a ≧ 40, 15 ≧ b ≧ 2, 4 ≦ c, a + b + c = 1
00, a diffusion prevention layer made of a material, a lower electrode on the diffusion prevention layer, a dielectric film on the lower electrode, and an upper electrode on the dielectric film.

【0041】この発明の第4の発明は、トランジスタと
誘電体キャパシタとからなるメモリセルを有する不揮発
性メモリにおいて、誘電体キャパシタが、組成式MIa
IIb c (ただし、a、b、cは原子%で表した組成、
I はPt、Ir、Ru、RhおよびPdからなる群よ
り選ばれた少なくとも一種の貴金属、MIIは少なくとも
一種の希土類元素を表す)で表され、その組成範囲が9
0≧a≧40、15≧b≧2、4≦c、a+b+c=1
00である材料からなる下部電極と、下部電極上の誘電
体膜と、誘電体膜上の上部電極とを有することを特徴と
するものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile memory having a memory cell including a transistor and a dielectric capacitor, wherein the dielectric capacitor has a composition formula M Ia M
IIb O c (where a, b, and c are compositions expressed in atomic%,
M I is at least one noble metal selected from the group consisting of Pt, Ir, Ru, Rh and Pd, and M II is at least one rare earth element.
0 ≧ a ≧ 40, 15 ≧ b ≧ 2, 4 ≦ c, a + b + c = 1
And a lower electrode made of a material No. 00, a dielectric film on the lower electrode, and an upper electrode on the dielectric film.

【0042】この発明の第5の発明は、第1の導電層
と、第1の導電層上の第2の導電層とを有する半導体装
置において、第1の導電層と第2の導電層との間に、組
成式MIaIIb c (ただし、a、b、cは原子%で表
した組成、MI はPt、Ir、Ru、RhおよびPdか
らなる群より選ばれた少なくとも一種の貴金属、MII
少なくとも一種の希土類元素を表す)で表され、その組
成範囲が90≧a≧40、15≧b≧2、4≦c、a+
b+c=100である材料からなる拡散防止層が設けら
れていることを特徴とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a first conductive layer and a second conductive layer on the first conductive layer, wherein the first conductive layer, the second conductive layer, In the formula, the composition formula M Ia M IIb O c (where a, b, and c are compositions expressed in atomic%, M I is at least one kind selected from the group consisting of Pt, Ir, Ru, Rh, and Pd) The noble metal, M II represents at least one rare earth element), and its composition range is 90 ≧ a ≧ 40, 15 ≧ b ≧ 2, 4 ≦ c, a +
A diffusion prevention layer made of a material with b + c = 100 is provided.

【0043】この発明において、MIaIIb c で表さ
れる材料の組成範囲は、図2において斜線を施した領域
で示されるものと実質的に同一である。
[0043] In this invention, the composition range of material expressed by M Ia M IIb O c is substantially the same as those represented by the hatched area in FIG.

【0044】この発明において、MIaIIb c で表さ
れる材料の組成範囲は、好適には、85≧a≧65、1
0≧b≧2、10≦c、a+b+c=100である。
[0044] In this invention, the composition range of material expressed by M Ia M IIb O c is preferably, 85 ≧ a ≧ 65,1
0 ≧ b ≧ 2, 10 ≦ c, a + b + c = 100.

【0045】この発明において、MIaIIb c で表さ
れる材料からなる拡散防止層または下部電極は、例え
ば、Ir−Y−O、Ir−Ce−O、Ir−Dy−O、
Ir−Gd−O、Ru−Y−O、Pt−Y−O、Pd−
Y−O、Rh−Y−Oなどからなる。また、このMIa
IIb c で表される材料からなる拡散防止層または下部
電極は、好適には、酸素または水蒸気を用いた反応性ス
パッタリング法により成膜される。
[0045] In the present invention, M Ia M IIb O diffusion preventing layer or the lower electrode made of a material represented by c, e.g., Ir-Y-O, Ir -Ce-O, Ir-Dy-O,
Ir-Gd-O, Ru-YO, Pt-YO, Pd-
YO, Rh-YO, and the like. Also, this M Ia M
IIb O made of a material represented by c diffusion barrier layer or the lower electrode is suitably formed by reactive sputtering using oxygen or water vapor.

【0046】この発明の第1の発明および第3の発明に
おいて、下部電極は、Pt、Ir、Ru、RhおよびP
dからなる群より選ばれた少なくとも一種の貴金属から
なる。この下部電極は、具体的には、例えば、Pt、I
r、Ru、RhまたはPdからなる膜や、Pt、Ir、
Ru、RhまたはPdからなる群より選ばれた二種以上
の貴金属による合金膜、さらにはそれらの複合膜により
形成される。
In the first and third aspects of the present invention, the lower electrode comprises Pt, Ir, Ru, Rh and Pt.
and at least one noble metal selected from the group consisting of d. This lower electrode is, for example, Pt, I
a film made of r, Ru, Rh or Pd, Pt, Ir,
It is formed by an alloy film of two or more kinds of noble metals selected from the group consisting of Ru, Rh or Pd, and a composite film thereof.

【0047】この発明において、誘電体膜の材料として
は、典型的には、Bi系層状構造ペロブスカイト型強誘
電体が用いられ、その具体例を挙げると、組成式Bix
(Sr,Ca,Ba)y (Ta,Nb)2 z (ただ
し、2.50≧x≧1.70、1.20≧y≧0.6
0、z=9±d、1.0≧d≧0)で表される結晶層を
85%以上含む強誘電体(若干のBiおよびTaまたは
Nbの酸化物や複合酸化物を含有してもよい)や、組成
式Bix Sry Ta2 z (ただし、2.50≧x≧
1.70、1.20≧y≧0.60、z=9±d、1.
0≧d≧0)で表される結晶層を85%以上含む強誘電
体(若干のBiおよびTaまたはNbの酸化物や複合酸
化物を含有してもよい)である。後者の代表例はSrB
2 Ta2 9である。誘電体膜の材料としては、Pb
(Zr,Ti)O3 で表される強誘電体を用いてもよ
い。これらの強誘電体は、強誘電体メモリの強誘電体膜
材料に用いて好適なものである。誘電体膜の材料として
はさらに、例えば(Ba,Sr)TiO3 で表される高
誘電体を用いることもでき、これは、例えばDRAMに
おけるキャパシタの誘電体膜材料に用いて好適なもので
ある。
In the present invention, a Bi-based layered perovskite ferroelectric is typically used as a material for the dielectric film. A specific example thereof is a composition formula Bi x
(Sr, Ca, Ba) y (Ta, Nb) 2 O z (where 2.50 ≧ x ≧ 1.70, 1.20 ≧ y ≧ 0.6
0, z = 9 ± d, 1.0 ≧ d ≧ 0) Ferroelectric substance containing 85% or more of a crystal layer (even if a small amount of Bi and Ta or Nb oxides or composite oxides are contained) good) or composition formula Bi x Sr y Ta 2 O z ( however, 2.50 ≧ x ≧
1.70, 1.20 ≧ y ≧ 0.60, z = 9 ± d, 1.
It is a ferroelectric substance (may contain some Bi and Ta or Nb oxides or composite oxides) containing 85% or more of a crystal layer represented by 0 ≧ d ≧ 0). A typical example of the latter is SrB
i 2 Ta 2 O 9 . The material of the dielectric film is Pb
A ferroelectric substance represented by (Zr, Ti) O 3 may be used. These ferroelectrics are suitable for use as ferroelectric film materials for ferroelectric memories. Further, as a material of the dielectric film, for example, a high dielectric material represented by (Ba, Sr) TiO 3 can be used, which is suitable for use as a dielectric film material of a capacitor in a DRAM, for example. .

【0048】この発明の第3の発明または第4の発明に
よる不揮発性メモリにおいては、高集積化を図るために
トランジスタと誘電体キャパシタとを縦方向に配置する
場合、拡散防止層または下部電極は、典型的には、トラ
ンジスタの拡散層上に設けられたSiまたはWからなる
プラグ上に設けられる。この場合、プラグと拡散防止層
または下部電極との間の接触抵抗の低減を図るため、好
適には、このプラグと拡散防止層または下部電極との間
にTiまたはTaからなる接合層を設ける。この接合層
は、第3の発明においては、拡散防止層と下部電極との
間に設けてもよい。強誘電体膜の材料としてBi系層状
構造ペロブスカイト型強誘電体、例えばSBTを用いた
場合には、結晶化のための熱処理の際にBiの拡散が生
じることが知られているが、第3の発明による不揮発性
メモリにおいてこのように拡散防止層と下部電極との間
にTiまたはTaからなる接合層を設けた場合には、こ
の接合層がBi拡散のトラップとなるため、結果的に強
誘電体膜の表面の平滑度の向上を図ることができる。
In the nonvolatile memory according to the third or fourth aspect of the present invention, when a transistor and a dielectric capacitor are arranged in a vertical direction for high integration, the diffusion preventing layer or the lower electrode is Typically, it is provided on a plug made of Si or W provided on a diffusion layer of a transistor. In this case, in order to reduce the contact resistance between the plug and the diffusion prevention layer or the lower electrode, a bonding layer made of Ti or Ta is preferably provided between the plug and the diffusion prevention layer or the lower electrode. In the third aspect, the bonding layer may be provided between the diffusion preventing layer and the lower electrode. It is known that when a Bi-based layered structure perovskite ferroelectric, for example, SBT is used as the material of the ferroelectric film, Bi diffuses during the heat treatment for crystallization. When the bonding layer made of Ti or Ta is provided between the diffusion preventing layer and the lower electrode in the nonvolatile memory according to the invention, the bonding layer serves as a trap for Bi diffusion. The smoothness of the surface of the dielectric film can be improved.

【0049】上述のように構成されたこの発明の第1の
発明および第3の発明によれば、誘電体キャパシタの下
部電極の下側に、組成式MIaIIb c で表され、その
組成範囲が90≧a≧40、15≧b≧2、4≦c、a
+b+c=100である十分な耐熱性および耐酸化性を
有する材料からなる拡散防止層を有するので、トランジ
スタと誘電体キャパシタとを縦方向に配置し、その誘電
体キャパシタの下部電極をSiまたはWからなるプラグ
によりトランジスタの拡散層と接続する場合、誘電体膜
の形成時に結晶化のために酸素雰囲気中で高温熱処理を
行っても、そのプラグから下部電極へのSiまたはWの
拡散を防止することができ、それによってこのSiまた
はWが下部電極の上層に拡散して酸化されることにより
下部電極の導電性が失われたり、SiまたはWがさらに
誘電体膜に拡散し、キャパシタ特性を劣化させる問題を
防止することができる。このため、誘電体膜の材料とし
てPZTはもちろん、結晶化のために酸素雰囲気中での
高温の熱処理が必要なSBTなどをも用いることができ
る。
[0049] According to the first invention and the third aspect of the invention configured as described above, the lower side of the lower electrode of the ferroelectric capacitor is represented by a composition formula M Ia M IIb O c, the The composition range is 90 ≧ a ≧ 40, 15 ≧ b ≧ 2, 4 ≦ c, a
Since it has a diffusion prevention layer made of a material having sufficient heat resistance and oxidation resistance in which + b + c = 100, the transistor and the dielectric capacitor are vertically arranged, and the lower electrode of the dielectric capacitor is made of Si or W. When connecting to a transistor diffusion layer by a plug, even if high-temperature heat treatment is performed in an oxygen atmosphere for crystallization during formation of a dielectric film, diffusion of Si or W from the plug to the lower electrode is prevented. Then, the Si or W diffuses into the upper layer of the lower electrode and is oxidized, so that the conductivity of the lower electrode is lost or the Si or W further diffuses into the dielectric film to deteriorate the capacitor characteristics. Problems can be prevented. For this reason, not only PZT but also SBT or the like that requires high-temperature heat treatment in an oxygen atmosphere for crystallization can be used as the material of the dielectric film.

【0050】上述のように構成されたこの発明の第2の
発明および第4の発明によれば、誘電体キャパシタの下
部電極が、組成式MIaIIb c で表され、その組成範
囲が90≧a≧40、15≧b≧2、4≦c、a+b+
c=100である十分な耐熱性および耐酸化性を有する
材料からなるので、トランジスタと誘電体キャパシタと
を縦方向に配置し、その誘電体キャパシタの下部電極を
SiまたはWからなるプラグによりトランジスタの拡散
層と接続する場合、誘電体膜の形成時に結晶化のために
酸素雰囲気中で高温熱処理を行っても、そのプラグから
下部電極へのSiまたはWの拡散を防止することがで
き、それによってこのSiまたはWが下部電極の上層に
拡散して酸化されることにより下部電極の導電性が失わ
れたり、SiまたはWがさらに誘電体膜に拡散し、キャ
パシタ特性を劣化させる問題を防止することができる。
このため、誘電体膜の材料としてPZTはもちろん、結
晶化のために酸素雰囲気中での高温の熱処理が必要なS
BTなどをも用いることができる。
According to the second and fourth aspects of the present invention configured as described above, the lower electrode of the dielectric capacitor is represented by the composition formula M Ia M IIb O c , and its composition range is 90 ≧ a ≧ 40, 15 ≧ b ≧ 2, 4 ≦ c, a + b +
Since the transistor and the dielectric capacitor are made of a material having sufficient heat resistance and oxidation resistance where c = 100, the transistor and the dielectric capacitor are arranged in the vertical direction, and the lower electrode of the dielectric capacitor is connected to the transistor by a plug made of Si or W. In the case of connection with the diffusion layer, even if a high-temperature heat treatment is performed in an oxygen atmosphere for crystallization during the formation of the dielectric film, diffusion of Si or W from the plug to the lower electrode can be prevented, whereby To prevent the Si or W from diffusing into the upper layer of the lower electrode and being oxidized, thereby losing the conductivity of the lower electrode, or preventing Si or W from further diffusing into the dielectric film and deteriorating the capacitor characteristics. Can be.
Therefore, not only PZT as a material of the dielectric film but also S which requires a high-temperature heat treatment in an oxygen atmosphere for crystallization.
BT or the like can also be used.

【0051】上述のように構成されたこの発明の第5の
発明によれば、第1の導電層と第2の導電層との間に、
組成式MIaIIb c で表され、その組成範囲が90≧
a≧40、15≧b≧2、4≦c、a+b+c=100
である十分な耐熱性および耐酸化性を有する材料からな
る拡散防止層が設けられているので、高温でもSiなど
の拡散を防止することができる。
According to the fifth aspect of the present invention configured as described above, the distance between the first conductive layer and the second conductive layer is
It is represented by the composition formula M Ia M IIb O c , and its composition range is 90 ≧
a ≧ 40, 15 ≧ b ≧ 2, 4 ≦ c, a + b + c = 100
Since the diffusion prevention layer made of a material having sufficient heat resistance and oxidation resistance is provided, diffusion of Si or the like can be prevented even at a high temperature.

【0052】[0052]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.

【0053】図3はこの発明の第1の実施形態による誘
電体キャパシタを示す。
FIG. 3 shows a dielectric capacitor according to the first embodiment of the present invention.

【0054】図3に示すように、この第1の実施形態に
よる誘電体キャパシタにおいては、導電性のSi基板1
上に、接合層としてのTi膜2、拡散防止層としてのI
r−Y−O膜3、接合層としてのTi膜4、下部電極と
してのPt膜5、強誘電体膜としてのSBT膜6および
上部電極としてのPt膜7が、順次積層されている。こ
れらの膜の膜厚の一例を挙げると、Ti膜2は25n
m、Ir−Y−O膜3は100nm、Ti膜4は20n
m、Pt膜5は200nm、SrBi2 Ta2 9 膜6
は200nm、Pt膜7は200nmである。また、I
r−Y−O膜3の組成は、図2において斜線を施した領
域で示される範囲に選ばれている。
As shown in FIG. 3, in the dielectric capacitor according to the first embodiment, the conductive Si substrate 1
On top, a Ti film 2 as a bonding layer and I as a diffusion prevention layer
An r-Y-O film 3, a Ti film 4 as a bonding layer, a Pt film 5 as a lower electrode, an SBT film 6 as a ferroelectric film, and a Pt film 7 as an upper electrode are sequentially stacked. To give an example of the film thickness of these films, the Ti film 2 has a thickness of 25n.
m, the Ir-YO film 3 is 100 nm, and the Ti film 4 is 20 n
m, Pt film 5 is 200 nm, SrBi 2 Ta 2 O 9 film 6
Is 200 nm, and the Pt film 7 is 200 nm. Also, I
The composition of the r-Y-O film 3 is selected in a range indicated by a hatched region in FIG.

【0055】次に、上述のように構成されたこの第1の
実施形態による誘電体キャパシタの製造方法について説
明する。
Next, a method of manufacturing the dielectric capacitor according to the first embodiment configured as described above will be described.

【0056】すなわち、この第1の実施形態による誘電
体キャパシタを製造するには、まず、Si基板1を希フ
ッ酸で処理して表面のSiO2 膜(図示せず)を除去し
た後、このSi基板1上にスパッタリング法によりTi
膜2を成膜する。
That is, in order to manufacture the dielectric capacitor according to the first embodiment, first, the Si substrate 1 is treated with dilute hydrofluoric acid to remove the SiO 2 film (not shown) on the surface. Ti on a Si substrate 1 by sputtering
The film 2 is formed.

【0057】次に、このTi膜2上に、反応性スパッタ
リング法によりIr−Y−O膜3を成膜する。このIr
−Y−O膜3の成膜条件の一例を挙げると、DC2極マ
グネトロンスパッタリング装置を用い、ターゲットは4
インチ角のIrターゲット上に5mm×6mm角のYチ
ップを6個置いたたものを用い、スパッタガスとしては
ArおよびO2 の混合ガスを用い、それらの流量はそれ
ぞれ5.6SCCMおよび0.7SCCM、全圧は4m
Torr、投入電力はDC0.4A、450V、成膜速
度は100nm/2分とする。このようにして成膜され
たIr−Y−O膜3の組成をEPMA法で分析したと
ろ、Ir805 15(ただし、組成は原子%)であっ
た。次に、Ir−Y−O膜3上にスパッタリング法によ
りTi膜4およびPt膜5を順次成膜する。
Next, an Ir—YO film 3 is formed on the Ti film 2 by a reactive sputtering method. This Ir
As an example of the film forming conditions of the —YO film 3, a DC bipolar magnetron sputtering apparatus is used, and the target is 4 μm.
Six Y chips each having 5 mm × 6 mm square were placed on an inch square Ir target, and a mixed gas of Ar and O 2 was used as a sputtering gas, and their flow rates were 5.6 SCCM and 0.7 SCCM, respectively. , Total pressure is 4m
Torr, input power is DC 0.4 A, 450 V, and film formation speed is 100 nm / 2 minutes. When the composition of the thus-formed Ir-YO film 3 was analyzed by the EPMA method, it was found to be Ir 80 Y 5 O 15 (however, the composition was atomic%). Next, a Ti film 4 and a Pt film 5 are sequentially formed on the Ir-YO film 3 by a sputtering method.

【0058】次に、Pt膜5上に例えばゾル−ゲルスピ
ンコート法によりSBT膜6を成膜する。次に、SBT
膜6の結晶化のために800℃において1時間酸素雰囲
気中で熱処理した後、例えばスパッタリング法によりP
t膜7を成膜する。この後、さらに、800℃において
10分間酸素雰囲気中で熱処理する。
Next, an SBT film 6 is formed on the Pt film 5 by, for example, a sol-gel spin coating method. Next, SBT
After heat treatment in an oxygen atmosphere at 800 ° C. for one hour for crystallization of the film 6,
The t film 7 is formed. Thereafter, heat treatment is further performed at 800 ° C. for 10 minutes in an oxygen atmosphere.

【0059】このようにして製造された誘電体キャパシ
タのSi基板1とPt電極7との間に電圧を印加して蓄
積電荷量を測定した結果を図4に示す。図4から明らか
なように、強誘電体メモリで重要な残留分極値は、2P
r =19μC/cm2 であった。この残留分極値はSB
Tとしては良好な値であり、これがSi基板1を通した
測定で得られた。また、Ir805 15からなるIr−
Y−O膜3の電気抵抗を測定した結果、60μΩ・cm
であった。この値は半導体メモリに十分応用可能な値で
ある。
FIG. 4 shows the result of measuring the amount of accumulated charge by applying a voltage between the Si substrate 1 and the Pt electrode 7 of the dielectric capacitor manufactured as described above. As is apparent from FIG. 4, the important residual polarization value in the ferroelectric memory is 2P.
r = 19 μC / cm 2 This remanent polarization value is SB
T was a good value, which was obtained by measurement through the Si substrate 1. Also, Ir- made of Ir 80 Y 5 O 15
As a result of measuring the electric resistance of the YO film 3, 60 μΩ · cm
Met. This value is a value sufficiently applicable to a semiconductor memory.

【0060】一方、比較例として、図3においてIr−
Y−O膜3が設けられていない試料を別途作製して同様
な電荷量の測定を試みたが、図4に示すようなヒステリ
シス曲線を得ることができず、キャパシタとしては動作
しないことが判明した。
On the other hand, as a comparative example, FIG.
Although a sample without the YO film 3 was separately manufactured and the same charge amount was measured, a hysteresis curve as shown in FIG. 4 could not be obtained, and it was found that the capacitor did not operate. did.

【0061】表1に、Ir805 15を含む各種の材料
からなる拡散防止層および各種の貴金属からなる下部電
極を用いた場合の残留分極値2Pr を示す。また、表2
には比較例についての測定結果を示す。
[0061] Table 1 shows the residual polarization value 2P r in the case of using the lower electrode made of Ir 80 Y 5 O 15 various diffusion barrier layer and various consisting of the material of the noble metals including. Table 2
Shows the measurement results for the comparative example.

【0062】 表1 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 実施例 拡散防止層 下部電極 残留分極2Pr (原子%) (μC/cm2 ) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 1 Ir805 15 Pt 19 2 Ir80Dy5 15 Pt 19 3 Ir80Gd5 15 Pt 19 4 Ru805 15 Pt 19 5 Pt758 17 Pt 19 6 Pd855 10 Pt 19 7 Rh855 10 Pt 19 8 Ir805 15 Ir 19 9 Ir805 15 Ru 17 10 Ir805 15 Rh 14 11 Ir805 15 Pd 18 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 表2 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 比較例 拡散防止層 下部電極 残留分極2Pr (原子%) (μC/cm2 ) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 1 なし Pt 0 2 TiN Pt ショートにより 測定不可能 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 以上のように、この第1の実施形態によれば、下部電極
であるPt膜5の下側に、図2において斜線を施した領
域で示される範囲の組成を有するIr−Y−O膜3が設
けられているので、このIr−Y−O膜3により、SB
T膜6の形成時に結晶化のために800℃程度の高温に
おいて酸化性雰囲気中で熱処理を行っても、Si基板1
からPt膜5にSiが熱拡散するのを防止することがで
き、したがってSiがPt膜5の上層で酸化されてPt
膜5、すなわち下部電極の導電性が失われるのを防止す
ることができる。このため、この誘電体キャパシタは、
トランジスタと誘電体キャパシタとを縦方向に配置し、
誘電体キャパシタの下部電極を多結晶Siプラグにより
トランジスタの拡散層と接続する強誘電体メモリにおけ
る誘電体キャパシタに用いることができ、それによって
誘電体キャパシタの誘電体膜としてSBT膜を用いた高
集積の強誘電体メモリを実現することが可能である。
Table 1 Example Diffusion preventing layer Lower electrode Residual polarization 2P r ( atomic%) (μC / cm 2) --------------------------------- 1 Ir 80 Y 5 O 15 Pt 19 2 Ir 80 Dy 5 O 15 Pt 19 3 Ir 80 Gd 5 O 15 Pt 19 4 Ru 80 Y 5 O 15 Pt 19 5 Pt 75 Y 8 O 17 Pt 19 6 Pd 85 Y 5 O 10 Pt 19 7 Rh 85 Y 5 O 10 Pt 19 8 Ir 80 Y 5 O 15 Ir 19 9 Ir 80 Y 5 O 15 Ru 17 10 Ir 80 Y 5 O 15 Rh 14 11 Ir 80 Y 5 O 15 Pd 18 --------- −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− −−−−−−−−−− Ratio Example diffusion prevention layer lower electrode residual polarization 2P r (atomic%) (μC / cm 2) ------------------------------ --- 1 None Pt 0 2 TiN Pt Unavailable due to short-circuit ------------------------------------------------------------ As described above, according to the first embodiment, the Ir-YO film 3 having the composition shown in the shaded region in FIG. 2 is provided below the Pt film 5 as the lower electrode. Since the Ir-YO film 3 is used, the SB
Even if the heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere at a high temperature of about 800 ° C. for crystallization when forming the T film 6, the Si substrate 1
Can be prevented from being thermally diffused into the Pt film 5, so that Si is oxidized in the upper layer of the Pt film 5 and Pt
Loss of conductivity of the film 5, ie, the lower electrode, can be prevented. Therefore, this dielectric capacitor
A transistor and a dielectric capacitor are arranged in a vertical direction,
It can be used as a dielectric capacitor in a ferroelectric memory in which a lower electrode of the dielectric capacitor is connected to a diffusion layer of a transistor by a polycrystalline Si plug, thereby achieving high integration using an SBT film as a dielectric film of the dielectric capacitor. Can be realized.

【0063】図5は、この発明の第2の実施形態による
多層配線構造の半導体集積回路装置を示す。
FIG. 5 shows a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure according to a second embodiment of the present invention.

【0064】図5に示すように、この第2の実施形態に
よる半導体集積回路装置においては、n型Si基板11
中にpウエル12およびnウエル13が設けられてい
る。素子分離領域となる部分のn型Si基板11の表面
にはリセス14が選択的に設けられ、このリセス14に
SiO2 膜からなるフィールド絶縁膜15が埋め込まれ
ている。このフィールド絶縁膜15に囲まれた活性領域
の表面にはSiO2 膜からなるゲート絶縁膜16が設け
られている。符号17は不純物がドープされた多結晶S
i膜、18はWSix 膜のような金属シリサイド膜を示
す。これらの多結晶Si膜17および金属シリサイド膜
18により、ポリサイド構造のゲート電極が形成されて
いる。これらの多結晶Si膜17および金属シリサイド
膜18の側壁にはSiO2 からなるサイドウォールスペ
ーサ19が設けられている。nウエル13中には、多結
晶Si膜17および金属シリサイド膜18からなるゲー
ト電極に対して自己整合的に、ソース領域またはドレイ
ン領域として用いられるp+型の拡散層20、21が設
けられている。これらのゲート電極および拡散層20、
21によりpチャネルMOSトランジスタが形成されて
いる。同様に、pウエル12にはnチャネルMOSトラ
ンジスタが形成されている。符号22、23はこのnチ
ャネルMOSトランジスタのソース領域またはドレイン
領域として用いられるn+ 型の拡散層を示す。
As shown in FIG. 5, in the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment, the n-type Si substrate 11
A p-well 12 and an n-well 13 are provided therein. A recess 14 is selectively provided on the surface of the n-type Si substrate 11 at a portion to be an element isolation region, and a field insulating film 15 made of a SiO 2 film is embedded in the recess 14. On the surface of the active region surrounded by the field insulating film 15, a gate insulating film 16 made of a SiO 2 film is provided. Reference numeral 17 denotes a polycrystalline S doped with impurities.
i film, 18 denotes a metal silicide film such as WSi x film. The polycrystalline Si film 17 and the metal silicide film 18 form a gate electrode having a polycide structure. Sidewall spacers 19 made of SiO 2 are provided on the side walls of the polycrystalline Si film 17 and the metal silicide film 18. In the n-well 13, p + -type diffusion layers 20 and 21 used as a source region or a drain region are provided in a self-alignment manner with respect to a gate electrode composed of a polycrystalline Si film 17 and a metal silicide film 18. I have. These gate electrode and diffusion layer 20,
21 form a p-channel MOS transistor. Similarly, an n-channel MOS transistor is formed in p well 12. Reference numerals 22 and 23 denote n + -type diffusion layers used as a source region or a drain region of the n-channel MOS transistor.

【0065】これらのpチャネルMOSトランジスタお
よびnチャネルMOSトランジスタを覆うように例えば
ホウ素リンシリケートガラス(BPSG)膜のような層
間絶縁膜24が設けられている。この層間絶縁膜24に
は、pチャネルMOSトランジスタの拡散層21に対応
する部分およびフィールド絶縁膜15上のゲート電極に
対応する部分にそれぞれ接続孔25、26が設けられて
いる。これらの接続孔25、26の内部には、Ir−C
e−O膜27を介してWプラグ28が埋め込まれてい
る。
An interlayer insulating film 24 such as a boron phosphorus silicate glass (BPSG) film is provided so as to cover these p-channel MOS transistors and n-channel MOS transistors. In the interlayer insulating film 24, connection holes 25 and 26 are provided in a portion corresponding to the diffusion layer 21 of the p-channel MOS transistor and a portion corresponding to the gate electrode on the field insulating film 15, respectively. Inside these connection holes 25 and 26, Ir-C
A W plug 28 is buried via an EO film 27.

【0066】接続孔25、26の上には、Ir−Ce−
O膜29およびTi膜30を介してAl−Cu合金配線
31が設けられ、その上にTi膜32およびIr−Ce
−O膜33が順次設けられている。符号34は例えばB
PSG膜のような層間絶縁膜を示す。この層間絶縁膜3
4には、Al−Cu合金配線31に対応する部分に接続
孔35、36が設けられている。これらの接続孔35、
36の内部にはIr−Ce−O膜37を介してWプラグ
38が埋め込まれている。
On the connection holes 25 and 26, Ir-Ce-
An Al—Cu alloy wiring 31 is provided via an O film 29 and a Ti film 30, and a Ti film 32 and Ir—Ce
-O films 33 are sequentially provided. The code 34 is, for example, B
1 shows an interlayer insulating film such as a PSG film. This interlayer insulating film 3
In 4, connection holes 35 and 36 are provided in portions corresponding to the Al—Cu alloy wiring 31. These connection holes 35,
A W plug 38 is buried inside 36 through an Ir-Ce-O film 37.

【0067】さらに、接続孔35、36の上には、Ir
−Ce−O膜39およびTi膜40を介してAl−Cu
合金配線41が設けられ、その上にTi膜42およびI
r−Ce−O膜43が順次設けられている。
Further, on the connection holes 35 and 36, Ir
-Al-Cu via the Ce-O film 39 and the Ti film 40
An alloy wiring 41 is provided, and a Ti film 42 and I
An r-Ce-O film 43 is sequentially provided.

【0068】ここで、Ir−Ce−O膜27、29、3
3、37、39、43の組成は、図2において斜線を施
した領域で示される範囲に選ばれている。また、Al−
Cu合金配線31の上下に設けられたTi膜30、32
は、Ir−Ce−O膜29、33のAl−Cu合金配線
31との密着性を向上させるためなどの目的で設けられ
ている。Al−Cu合金配線41の上下に設けられたI
r−Ce−O膜39、43も同様である。
Here, the Ir—Ce—O films 27, 29, 3
The compositions of 3, 37, 39, and 43 are selected in the range indicated by the hatched area in FIG. Al-
Ti films 30 and 32 provided above and below Cu alloy wiring 31
Is provided for the purpose of improving the adhesion between the Ir—Ce—O films 29 and 33 and the Al—Cu alloy wiring 31. I provided above and below the Al-Cu alloy wiring 41
The same applies to the r-Ce-O films 39 and 43.

【0069】以上のように、この第2の実施形態によれ
ば、接続孔25、26の内部に、従来バリアメタルとし
て用いられているTiN膜やTiON膜に比べて耐熱性
が十分に高く、高温でもSiなどの拡散を防止すること
ができるIr−Ce−O膜27を介してWプラグ28が
形成されているので、従来に比べてこのWプラグ28の
形成後の工程のプロセス温度の制約が少なくなり、後工
程のプロセス温度や時間の自由度を高くすることができ
る。また、Wプラグ28とその上のAl−Cu合金配線
31との間にIr−Ce−O膜29が設けられ、このA
l−Cu合金配線31とその上のWプラグ38との間に
Ir−Ce−O膜33が設けられていることにより、W
プラグ28、38とAl−Cu合金配線31との間での
拡散を防止することができる。同様に、Wプラグ38と
その上のAl−Cu合金配線41との間にIr−Ce−
O膜39が設けられていることにより、Wプラグ38と
Al−Cu合金配線41との間での拡散を防止すること
ができる。
As described above, according to the second embodiment, the heat resistance inside the connection holes 25 and 26 is sufficiently higher than that of a TiN film or TiON film conventionally used as a barrier metal. Since the W plug 28 is formed via the Ir—Ce—O film 27 that can prevent diffusion of Si or the like even at a high temperature, the process temperature in the process after the formation of the W plug 28 is more restricted than in the related art. And the degree of freedom of the process temperature and time in the subsequent process can be increased. An Ir—Ce—O film 29 is provided between the W plug 28 and the Al—Cu alloy wiring 31 thereon.
Since the Ir—Ce—O film 33 is provided between the l-Cu alloy wiring 31 and the W plug 38 thereon, the W
Diffusion between the plugs 28 and 38 and the Al-Cu alloy wiring 31 can be prevented. Similarly, between the W plug 38 and the Al-Cu alloy wiring 41 thereon, Ir-Ce-
By providing the O film 39, diffusion between the W plug 38 and the Al—Cu alloy wiring 41 can be prevented.

【0070】この第2の実施形態による半導体集積回路
装置は、DRAMやMPUなどのMOSLSIその他の
各種の半導体集積回路装置に適用して好適なものであ
る。
The semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment is suitable for application to MOS LSIs such as DRAMs and MPUs and various other semiconductor integrated circuit devices.

【0071】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications based on the technical concept of the present invention are possible.

【0072】例えば、上述の第1の実施形態において
は、誘電体キャパシタの誘電体膜の材料としてSBTを
用いた場合について説明したが、この誘電体膜の材料と
しては必要に応じて他の強誘電体または高誘電体を用い
ることができ、具体的には例えばPZTやBSTを用い
てもよい。
For example, in the first embodiment described above, the case where the SBT is used as the material of the dielectric film of the dielectric capacitor has been described. A dielectric or a high dielectric can be used, and specifically, for example, PZT or BST may be used.

【0073】また、上述の第2の実施形態におけるIr
−Ce−O膜27、29、33、39、43の代わりに
Ir−Y−O膜を用いてもよく、上述の第1の実施形態
におけるIr−Y−O膜3の代わりにIr−Ce−O膜
を用いてもよい。
Further, the Ir in the second embodiment described above.
An Ir-YO film may be used instead of the -Ce-O films 27, 29, 33, 39 and 43, and an Ir-Ce film is used instead of the Ir-YO film 3 in the first embodiment. An -O film may be used.

【0074】さらに、上述の第2の実施形態において
は、Al−Cu合金配線31とIr−Ce−O膜29、
33との間にそれぞれTi膜30、32を設け、Al−
Cu合金配線41とIr−Ce−O膜39、43との間
にそれぞれTi膜40、42を設けているが、これらの
Ti膜30、32、40、42は、必要に応じて省略し
てもよい。
Further, in the above-described second embodiment, the Al-Cu alloy wiring 31 and the Ir-Ce-O film 29,
33, Ti films 30 and 32 are provided respectively.
Ti films 40 and 42 are provided between the Cu alloy wiring 41 and the Ir—Ce—O films 39 and 43, respectively, but these Ti films 30, 32, 40 and 42 are omitted as necessary. Is also good.

【0075】[0075]

【発明の効果】以上説明したように、この発明の第1の
発明、第2の発明、第3の発明または第4の発明によれ
ば、誘電体キャパシタの下部電極の下側に、組成式MIa
IIbc (ただし、a、b、cは原子%で表した組
成、MI はPt、Ir、Ru、RhおよびPdからなる
群より選ばれた少なくとも一種の貴金属、MIIは少なく
とも一種の希土類元素を表す)で表され、その組成範囲
が90≧a≧40、15≧b≧2、4≦c、a+b+c
=100である材料からなる拡散防止層を有することに
より、あるいは、下部電極がこの材料からなることによ
り、トランジスタと誘電体キャパシタとを縦方向に並べ
て配置し、誘電体キャパシタの下部電極をSiまたはW
からなるプラグによりトランジスタの拡散層と接続する
場合、そのプラグからのSiまたはWの下部電極への拡
散を防止することができ、それによって誘電体キャパシ
タの誘電体膜の材料としてPZTはもちろん、高温の熱
処理が必要なSBTなどをも用いることができる。
As described above, according to the first, second, third or fourth aspect of the present invention, the composition formula is formed below the lower electrode of the dielectric capacitor. M Ia
M IIb O c (where a, b and c are compositions expressed in atomic%, M I is at least one noble metal selected from the group consisting of Pt, Ir, Ru, Rh and Pd, and M II is at least one Which represents a rare earth element), and whose composition range is 90 ≧ a ≧ 40, 15 ≧ b ≧ 2, 4 ≦ c, a + b + c
= 100 or the lower electrode is made of this material, so that the transistor and the dielectric capacitor are arranged vertically and the lower electrode of the dielectric capacitor is made of Si or W
In the case of connection with the diffusion layer of the transistor by a plug consisting of, the diffusion of Si or W from the plug to the lower electrode can be prevented, whereby PZT as well as high-temperature material can be used as a material of the dielectric film of the dielectric capacitor. SBT or the like which requires a heat treatment may be used.

【0076】この発明の第5の発明によれば、第1の導
電層と第2の導電層との間に、組成式MIaIIb
c (ただし、a、b、cは原子%で表した組成、MI
Pt、Ir、Ru、RhおよびPdからなる群より選ば
れた少なくとも一種の貴金属、MIIは少なくとも一種の
希土類元素を表す)で表され、その組成範囲が90≧a
≧40、15≧b≧2、4≦c、a+b+c=100で
ある材料からなる拡散防止層が設けられていることによ
り、プラグを形成した後の工程のプロセス温度や時間の
自由度を大きくすることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the composition formula M Ia M IIb O is provided between the first conductive layer and the second conductive layer.
c (where a, b and c are compositions expressed in atomic%, M I is at least one noble metal selected from the group consisting of Pt, Ir, Ru, Rh and Pd, and M II is at least one rare earth element. And the composition range is 90 ≧ a
Since the diffusion preventing layer made of a material satisfying ≧ 40, 15 ≧ b ≧ 2, 4 ≦ c, and a + b + c = 100 is provided, the degree of freedom in the process temperature and time in the process after forming the plug is increased. be able to.

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

【図1】Ir805 15膜のX線回折の結果を示す略線
図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the results of X-ray diffraction of an Ir 80 Y 5 O 15 film.

【図2】この発明において拡散防止層または下部電極の
材料として用いられるMIaIIb c における組成の最
適範囲を示す略線図である。
2 is a schematic diagram illustrating the optimal range of composition in M Ia M IIb O c used as a material for the diffusion preventing layer or the lower electrode in the present invention.

【図3】この発明の第1の実施形態による誘電体キャパ
シタを示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing the dielectric capacitor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】この発明の第1の実施形態による誘電体キャパ
シタの蓄積電荷量を測定した結果を示す略線図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a result of measuring a stored charge amount of the dielectric capacitor according to the first embodiment of the present invention.

【図5】この発明の第2の実施形態による半導体集積回
路装置を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a semiconductor integrated circuit device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】トランジスタとキャパシタとを横方向に配置し
た従来の強誘電体メモリを示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a conventional ferroelectric memory in which transistors and capacitors are arranged in a horizontal direction.

【図7】トランジスタとキャパシタとを縦方向に配置し
た従来の強誘電体メモリを示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional ferroelectric memory in which transistors and capacitors are arranged in a vertical direction.

【図8】従来の半導体集積回路装置を示す断面図であ
る。
FIG. 8 is a sectional view showing a conventional semiconductor integrated circuit device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・Si基板、2、4・・・Ti膜、3・・・Ir
−Y−O膜、5、7・・・Pt膜、6・・・SBT膜、
27、29、33、39、43・・・Ir−Ce−O
膜、28、38・・・Wプラグ
1 ... Si substrate, 2, 4 ... Ti film, 3 ... Ir
-YO film, 5, 7 ... Pt film, 6 ... SBT film,
27, 29, 33, 39, 43 ... Ir-Ce-O
Membrane, 28, 38 ... W plug

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/822 H01L 27/10 651 27/108 29/78 371 21/8242 21/8247 29/788 29/792 (72)発明者 田中 均洋 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI H01L 21/822 H01L 27/10 651 27/108 29/78 371 21/8242 21/8247 29/788 29/792 (72) Inventor Hitoshi Tanaka Hiroshi 6-7-35 Kita Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation

Claims (60)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 組成式MIaIIb c (ただし、a、
b、cは原子%で表した組成、MI はPt、Ir、R
u、RhおよびPdからなる群より選ばれた少なくとも
一種の貴金属、MIIは少なくとも一種の希土類元素を表
す)で表され、その組成範囲が90≧a≧40、15≧
b≧2、4≦c、a+b+c=100である材料からな
る拡散防止層と、 上記拡散防止層上の下部電極と、 上記下部電極上の誘電体膜と、 上記誘電体膜上の上部電極とを有することを特徴とする
誘電体キャパシタ。
A composition formula M Ia M IIb O c (where a,
b, composition c is expressed in atomic%, M I is Pt, Ir, R
at least one noble metal selected from the group consisting of u, Rh and Pd, and M II represents at least one rare earth element), and its composition range is 90 ≧ a ≧ 40, 15 ≧
a diffusion prevention layer made of a material satisfying b ≧ 2, 4 ≦ c, a + b + c = 100, a lower electrode on the diffusion prevention layer, a dielectric film on the lower electrode, and an upper electrode on the dielectric film A dielectric capacitor comprising:
【請求項2】 上記MIaIIb c で表される材料の組
成範囲は85≧a≧65、10≧b≧2、10≦c、a
+b+c=100であることを特徴とする請求項1記載
の誘電体キャパシタ。
Wherein said M Ia M IIb O composition range of material expressed by c is 85 ≧ a ≧ 65,10 ≧ b ≧ 2,10 ≦ c, a
2. The dielectric capacitor according to claim 1, wherein + b + c = 100.
【請求項3】 上記拡散防止層はIr−Y−O、Ir−
Ce−O、Ir−Dy−O、Ir−Gd−O、Ru−Y
−O、Pt−Y−O、Pd−Y−OまたはRh−Y−O
からなることを特徴とする請求項1記載の誘電体キャパ
シタ。
3. The diffusion preventing layer is made of Ir-YO, Ir-
Ce-O, Ir-Dy-O, Ir-Gd-O, Ru-Y
-O, Pt-YO, Pd-YO or Rh-YO
2. The dielectric capacitor according to claim 1, comprising:
【請求項4】 上記拡散防止層は酸素または水蒸気を用
いた反応性スパッタリング法により成膜されたものであ
ることを特徴とする請求項1記載の誘電体キャパシタ。
4. The dielectric capacitor according to claim 1, wherein said diffusion preventing layer is formed by a reactive sputtering method using oxygen or water vapor.
【請求項5】 上記下部電極はPt、Ir、Ru、Rh
およびPdからなる群より選ばれた少なくとも一種の貴
金属からなることを特徴とする請求項1記載の誘電体キ
ャパシタ。
5. The lower electrode is composed of Pt, Ir, Ru, Rh.
2. The dielectric capacitor according to claim 1, comprising at least one noble metal selected from the group consisting of Pd and Pd.
【請求項6】 上記誘電体膜はBi系層状構造ペロブス
カイト型強誘電体からなることを特徴とする請求項1記
載の誘電体キャパシタ。
6. The dielectric capacitor according to claim 1, wherein said dielectric film is made of a Bi-based layered structure perovskite ferroelectric.
【請求項7】 上記誘電体膜は、Bix (Sr,Ca,
Ba)y (Ta,Nb)2 z (ただし、2.50≧x
≧1.70、1.20≧y≧0.60、z=9±d、
1.0≧d≧0)で表される結晶層を85%以上含む強
誘電体からなることを特徴とする請求項1記載の誘電体
キャパシタ。
7. The dielectric film, Bi x (Sr, Ca,
Ba) y (Ta, Nb) 2 O z (where 2.50 ≧ x
≧ 1.70, 1.20 ≧ y ≧ 0.60, z = 9 ± d,
2. The dielectric capacitor according to claim 1, comprising a ferroelectric containing 85% or more of a crystal layer represented by 1.0 ≧ d ≧ 0).
【請求項8】 上記誘電体膜は、Bix Sry Ta2
z (ただし、2.50≧x≧1.70、1.20≧y≧
0.60、z=9±d、1.0≧d≧0)で表される結
晶層を85%以上含む強誘電体からなることを特徴とす
る請求項1記載の誘電体キャパシタ。
8. The dielectric film, Bi x Sr y Ta 2 O
z (However, 2.50 ≧ x ≧ 1.70, 1.20 ≧ y ≧
2. The dielectric capacitor according to claim 1, comprising a ferroelectric containing a crystal layer represented by 0.60, z = 9 ± d, 1.0 ≧ d ≧ 0) by 85% or more.
【請求項9】 上記誘電体膜はSrBi2 Ta2 9
表される強誘電体からなることを特徴とする請求項1記
載の誘電体キャパシタ。
9. The dielectric capacitor according to claim 1, wherein said dielectric film is made of a ferroelectric material represented by SrBi 2 Ta 2 O 9 .
【請求項10】 上記誘電体膜はPb(Zr,Ti)O
3 で表される強誘電体からなることを特徴とする請求項
1記載の誘電体キャパシタ。
10. The dielectric film is made of Pb (Zr, Ti) O.
2. The dielectric capacitor according to claim 1, comprising a ferroelectric material represented by 3 .
【請求項11】 上記誘電体膜は(Ba,Sr)TiO
3 で表される高誘電体からなることを特徴とする請求項
1記載の誘電体キャパシタ。
11. The dielectric film is made of (Ba, Sr) TiO.
2. The dielectric capacitor according to claim 1, wherein the dielectric capacitor is made of a high dielectric substance represented by the following formula ( 3 ).
【請求項12】 組成式MIaIIb c (ただし、a、
b、cは原子%で表した組成、MI はPt、Ir、R
u、RhおよびPdからなる群より選ばれた少なくとも
一種の貴金属、MIIは少なくとも一種の希土類元素を表
す)で表され、その組成範囲が90≧a≧40、15≧
b≧2、4≦c、a+b+c=100である材料からな
る下部電極と、 上記下部電極上の誘電体膜と、 上記誘電体膜上の上部電極とを有することを特徴とする
誘電体キャパシタ。
12. A composition formula M Ia M IIb O c (where a,
b, composition c is expressed in atomic%, M I is Pt, Ir, R
at least one noble metal selected from the group consisting of u, Rh and Pd, and M II represents at least one rare earth element), and its composition range is 90 ≧ a ≧ 40, 15 ≧
A dielectric capacitor, comprising: a lower electrode made of a material satisfying b ≧ 2, 4 ≦ c, and a + b + c = 100; a dielectric film on the lower electrode; and an upper electrode on the dielectric film.
【請求項13】 上記MIaIIb c で表される材料の
組成範囲は85≧a≧65、10≧b≧2、10≦c、
a+b+c=100であることを特徴とする請求項12
記載の誘電体キャパシタ。
13. The M Ia M IIb O composition range of material expressed by c is 85 ≧ a ≧ 65,10 ≧ b ≧ 2,10 ≦ c,
13. The system according to claim 12, wherein a + b + c = 100.
The dielectric capacitor as described in the above.
【請求項14】 上記下部電極はIr−Y−O、Ir−
Ce−O、Ir−Dy−O、Ir−Gd−O、Ru−Y
−O、Pt−Y−O、Pd−Y−OまたはRh−Y−O
からなることを特徴とする請求項12記載の誘電体キャ
パシタ。
14. The lower electrode is made of Ir-YO, Ir-
Ce-O, Ir-Dy-O, Ir-Gd-O, Ru-Y
-O, Pt-YO, Pd-YO or Rh-YO
13. The dielectric capacitor according to claim 12, comprising:
【請求項15】 上記下部電極は酸素または水蒸気を用
いた反応性スパッタリング法により成膜されたものであ
ることを特徴とする請求項12記載の誘電体キャパシ
タ。
15. The dielectric capacitor according to claim 12, wherein said lower electrode is formed by a reactive sputtering method using oxygen or water vapor.
【請求項16】 上記誘電体膜はBi系層状構造ペロブ
スカイト型強誘電体からなることを特徴とする請求項1
2記載の誘電体キャパシタ。
16. The dielectric film according to claim 1, wherein said dielectric film is made of a Bi-based layered structure perovskite ferroelectric.
3. The dielectric capacitor according to item 2.
【請求項17】 上記誘電体膜は、Bix (Sr,C
a,Ba)y (Ta,Nb)2 z (ただし、2.50
≧x≧1.70、1.20≧y≧0.60、z=9±
d、1.0≧d≧0)で表される結晶層を85%以上含
む強誘電体からなることを特徴とする請求項12記載の
誘電体キャパシタ。
17. The dielectric film, Bi x (Sr, C
a, Ba) y (Ta, Nb) 2 O z (however, 2.50
≧ x ≧ 1.70, 1.20 ≧ y ≧ 0.60, z = 9 ±
13. The dielectric capacitor according to claim 12, comprising a ferroelectric containing 85% or more of a crystal layer represented by d, 1.0 ≧ d ≧ 0).
【請求項18】 上記誘電体膜は、Bix Sry Ta2
z (ただし、2.50≧x≧1.70、1.20≧y
≧0.60、z=9±d、1.0≧d≧0)で表される
結晶層を85%以上含む強誘電体からなることを特徴と
する請求項12記載の誘電体キャパシタ。
18. The dielectric film, Bi x Sr y Ta 2
O z (However, 2.50 ≧ x ≧ 1.70, 1.20 ≧ y
13. The dielectric capacitor according to claim 12, comprising a ferroelectric material containing 85% or more of a crystal layer represented by ≧ 0.60, z = 9 ± d, 1.0 ≧ d ≧ 0).
【請求項19】 上記誘電体膜はSrBi2 Ta2 9
で表される強誘電体からなることを特徴とする請求項1
2記載の誘電体キャパシタ。
19. The dielectric film is made of SrBi 2 Ta 2 O 9.
2. A ferroelectric material represented by the following formula:
3. The dielectric capacitor according to item 2.
【請求項20】 上記誘電体膜はPb(Zr,Ti)O
3 で表される強誘電体からなることを特徴とする請求項
12記載の誘電体キャパシタ。
20. The dielectric film according to claim 1, wherein the dielectric film is Pb (Zr, Ti) O.
13. The dielectric capacitor according to claim 12, comprising a ferroelectric material represented by 3 .
【請求項21】 上記誘電体膜は(Ba,Sr)TiO
3 で表される高誘電体からなることを特徴とする請求項
12記載の誘電体キャパシタ。
21. The dielectric film is made of (Ba, Sr) TiO.
13. The dielectric capacitor according to claim 12, comprising a high dielectric substance represented by 3 .
【請求項22】 トランジスタと誘電体キャパシタとか
らなるメモリセルを有する不揮発性メモリにおいて、 上記誘電体キャパシタが、 組成式MIaIIb c (ただし、a、b、cは原子%で
表した組成、MI はPt、Ir、Ru、RhおよびPd
からなる群より選ばれた少なくとも一種の貴金属、MII
は少なくとも一種の希土類元素を表す)で表され、その
組成範囲が90≧a≧40、15≧b≧2、4≦c、a
+b+c=100である材料からなる拡散防止層と、 上記拡散防止層上の下部電極と、 上記下部電極上の誘電体膜と、 上記誘電体膜上の上部電極とを有することを特徴とする
不揮発性メモリ。
22. A nonvolatile memory having a memory cell comprising a transistor and a dielectric capacitor, wherein the dielectric capacitor has a composition formula M Ia M IIb O c (where a, b, and c are represented by atomic%). composition, M I is Pt, Ir, Ru, Rh and Pd
At least one noble metal selected from the group consisting of: M II
Represents at least one rare earth element), and its composition range is 90 ≧ a ≧ 40, 15 ≧ b ≧ 2, 4 ≦ c, a
A non-volatile layer comprising: a diffusion prevention layer made of a material satisfying + b + c = 100; a lower electrode on the diffusion prevention layer; a dielectric film on the lower electrode; and an upper electrode on the dielectric film. Sex memory.
【請求項23】 上記MIaIIb c で表される材料の
組成範囲は85≧a≧65、10≧b≧2、10≦c、
a+b+c=100であることを特徴とする請求項22
記載の不揮発性メモリ。
23. The M Ia M IIb O composition range of material expressed by c is 85 ≧ a ≧ 65,10 ≧ b ≧ 2,10 ≦ c,
23. The condition of a + b + c = 100 is satisfied.
The non-volatile memory according to claim 1.
【請求項24】 上記拡散防止層はIr−Y−O、Ir
−Ce−O、Ir−Dy−O、Ir−Gd−O、Ru−
Y−O、Pt−Y−O、Pd−Y−OまたはRh−Y−
Oからなることを特徴とする請求項22記載の不揮発性
メモリ。
24. The diffusion preventing layer is made of Ir—YO, Ir.
-Ce-O, Ir-Dy-O, Ir-Gd-O, Ru-
YO, Pt-YO, Pd-YO or Rh-Y-
23. The nonvolatile memory according to claim 22, comprising O.
【請求項25】 上記拡散防止層は酸素または水蒸気を
用いた反応性スパッタリング法により成膜されたもので
あることを特徴とする請求項22記載の不揮発性メモ
リ。
25. The nonvolatile memory according to claim 22, wherein said diffusion preventing layer is formed by a reactive sputtering method using oxygen or water vapor.
【請求項26】 上記下部電極はPt、Ir、Ru、R
hおよびPdからなる群より選ばれた少なくとも一種の
貴金属からなることを特徴とする請求項22記載の不揮
発性メモリ。
26. The lower electrode comprises Pt, Ir, Ru, R
23. The nonvolatile memory according to claim 22, comprising at least one noble metal selected from the group consisting of h and Pd.
【請求項27】 上記誘電体膜はBi系層状構造ペロブ
スカイト型強誘電体からなることを特徴とする請求項2
2記載の不揮発性メモリ。
27. The dielectric film according to claim 2, wherein said dielectric film is made of a Bi-based layered structure perovskite ferroelectric.
2. The nonvolatile memory according to 2.
【請求項28】 上記誘電体膜は、組成式Bix (S
r,Ca,Ba)y (Ta,Nb)2 z (ただし、
2.50≧x≧1.70、1.20≧y≧0.60、z
=9±d、1.0≧d≧0)で表される結晶層を85%
以上含む強誘電体からなることを特徴とする請求項22
記載の不揮発性メモリ。
28. The method according to claim 28, wherein the dielectric film has a composition formula of Bi x (S
r, Ca, Ba) y (Ta, Nb) 2 O z (where
2.50 ≧ x ≧ 1.70, 1.20 ≧ y ≧ 0.60, z
= 9 ± d, 1.0 ≧ d ≧ 0) 85%
23. A ferroelectric material comprising the above.
The non-volatile memory according to claim 1.
【請求項29】 上記誘電体膜は、組成式Bix Sry
Ta2 z (ただし、2.50≧x≧1.70、1.2
0≧y≧0.60、z=9±d、1.0≧d≧0)で表
される結晶層を85%以上含む強誘電体からなることを
特徴とする請求項22記載の不揮発性メモリ。
29. The dielectric film composition formula Bi x Sr y
Ta 2 O z (However, 2.50 ≧ x ≧ 1.70, 1.2
23. The non-volatile memory according to claim 22, comprising a ferroelectric material containing 85% or more of a crystal layer represented by 0 ≧ y ≧ 0.60, z = 9 ± d, 1.0 ≧ d ≧ 0). memory.
【請求項30】 上記誘電体膜はSrBi2 Ta2 9
で表される強誘電体からなることを特徴とする請求項2
2記載の不揮発性メモリ。
30. The dielectric film is made of SrBi 2 Ta 2 O 9.
3. A ferroelectric material represented by the following formula:
2. The nonvolatile memory according to 2.
【請求項31】 上記誘電体膜はPb(Zr,Ti)O
3 で表される強誘電体からなることを特徴とする請求項
22記載の不揮発性メモリ。
31. The dielectric film is made of Pb (Zr, Ti) O
23. The nonvolatile memory according to claim 22, comprising a ferroelectric material represented by 3 .
【請求項32】 上記誘電体膜は(Ba,Sr)TiO
3 で表される高誘電体からなることを特徴とする請求項
22記載の不揮発性メモリ。
32. The dielectric film is made of (Ba, Sr) TiO.
23. The nonvolatile memory according to claim 22, comprising a high dielectric substance represented by 3 .
【請求項33】 上記拡散防止層は、上記トランジスタ
の拡散層上に設けられたSiまたはWからなるプラグ上
に設けられていることを特徴とする請求項22記載の不
揮発性メモリ。
33. The nonvolatile memory according to claim 22, wherein the diffusion prevention layer is provided on a plug made of Si or W provided on the diffusion layer of the transistor.
【請求項34】 上記拡散防止層と上記下部電極との間
に接合層を有することを特徴とする請求項22記載の不
揮発性メモリ。
34. The nonvolatile memory according to claim 22, further comprising a bonding layer between said diffusion preventing layer and said lower electrode.
【請求項35】 上記プラグと上記拡散防止層との間に
接合層を有することを特徴とする請求項22記載の不揮
発性メモリ。
35. The nonvolatile memory according to claim 22, further comprising a bonding layer between said plug and said diffusion preventing layer.
【請求項36】 上記接合層はTiまたはTaからなる
ことを特徴とする請求項34記載の不揮発性メモリ。
36. The nonvolatile memory according to claim 34, wherein said bonding layer is made of Ti or Ta.
【請求項37】 上記接合層はTiまたはTaからなる
ことを特徴とする請求項35記載の不揮発性メモリ。
37. The non-volatile memory according to claim 35, wherein said bonding layer is made of Ti or Ta.
【請求項38】 トランジスタと誘電体キャパシタとか
らなるメモリセルを有する不揮発性メモリにおいて、 上記誘電体キャパシタが、 組成式MIaIIb c (ただし、a、b、cは原子%で
表した組成、MI はPt、Ir、Ru、RhおよびPd
からなる群より選ばれた少なくとも一種の貴金属、MII
は少なくとも一種の希土類元素を表す)で表され、その
組成範囲が90≧a≧40、15≧b≧2、4≦c、a
+b+c=100である材料からなる下部電極と、 上記下部電極上の誘電体膜と、 上記誘電体膜上の上部電極とを有することを特徴とする
不揮発性メモリ。
38. A nonvolatile memory having a memory cell comprising a transistor and a dielectric capacitor, wherein the dielectric capacitor has a composition formula M Ia M IIb O c (where a, b, and c are represented by atomic%). composition, M I is Pt, Ir, Ru, Rh and Pd
At least one noble metal selected from the group consisting of: M II
Represents at least one rare earth element), and its composition range is 90 ≧ a ≧ 40, 15 ≧ b ≧ 2, 4 ≦ c, a
A non-volatile memory, comprising: a lower electrode made of a material satisfying + b + c = 100; a dielectric film on the lower electrode; and an upper electrode on the dielectric film.
【請求項39】 上記MIaIIb c で表される材料の
組成範囲は85≧a≧65、10≧b≧2、10≦c、
a+b+c=100であることを特徴とする請求項38
記載の不揮発性メモリ。
39. The M Ia M IIb O composition range of material expressed by c is 85 ≧ a ≧ 65,10 ≧ b ≧ 2,10 ≦ c,
39. The system according to claim 38, wherein a + b + c = 100.
The non-volatile memory according to claim 1.
【請求項40】 上記下部電極はIr−Y−O、Ir−
Ce−O、Ir−Dy−O、Ir−Gd−O、Ru−Y
−O、Pt−Y−O、Pd−Y−OまたはRh−Y−O
からなることを特徴とする請求項38記載の不揮発性メ
モリ。
40. The lower electrode is made of Ir-YO, Ir-
Ce-O, Ir-Dy-O, Ir-Gd-O, Ru-Y
-O, Pt-YO, Pd-YO or Rh-YO
39. The non-volatile memory according to claim 38, comprising:
【請求項41】 上記下部電極は酸素または水蒸気を用
いた反応性スパッタリング法により成膜されたものであ
ることを特徴とする請求項38記載の不揮発性メモリ。
41. The nonvolatile memory according to claim 38, wherein the lower electrode is formed by a reactive sputtering method using oxygen or water vapor.
【請求項42】 上記誘電体膜はBi系層状構造ペロブ
スカイト型強誘電体からなることを特徴とする請求項3
8記載の不揮発性メモリ。
42. The dielectric film according to claim 3, wherein the dielectric film is made of a Bi-based layered structure perovskite ferroelectric.
8. The nonvolatile memory according to 8.
【請求項43】 上記誘電体膜は、組成式Bix (S
r,Ca,Ba)y (Ta,Nb)2 z (ただし、
2.50≧x≧1.70、1.20≧y≧0.60、z
=9±d、1.0≧d≧0)で表される結晶層を85%
以上含む強誘電体からなることを特徴とする請求項38
記載の不揮発性メモリ。
43. The dielectric film according to claim 42, wherein the composition formula is Bi x (S
r, Ca, Ba) y (Ta, Nb) 2 O z (where
2.50 ≧ x ≧ 1.70, 1.20 ≧ y ≧ 0.60, z
= 9 ± d, 1.0 ≧ d ≧ 0) 85%
39. A ferroelectric material comprising the above.
The non-volatile memory according to claim 1.
【請求項44】 上記誘電体膜は、組成式Bix Sry
Ta2 z (ただし、2.50≧x≧1.70、1.2
0≧y≧0.60、z=9±d、1.0≧d≧0)で表
される結晶層を85%以上含む強誘電体からなることを
特徴とする請求項38記載の不揮発性メモリ。
44. The dielectric film composition formula Bi x Sr y
Ta 2 O z (However, 2.50 ≧ x ≧ 1.70, 1.2
39. The non-volatile memory according to claim 38, comprising a ferroelectric material containing 85% or more of a crystal layer represented by 0 ≧ y ≧ 0.60, z = 9 ± d, 1.0 ≧ d ≧ 0). memory.
【請求項45】 上記誘電体膜はSrBi2 Ta2 9
で表される強誘電体からなることを特徴とする請求項3
8記載の不揮発性メモリ。
45. The dielectric film is made of SrBi 2 Ta 2 O 9
4. A ferroelectric material represented by the following formula:
8. The nonvolatile memory according to 8.
【請求項46】 上記誘電体膜はPb(Zr,Ti)O
3 で表される強誘電体からなることを特徴とする請求項
38記載の不揮発性メモリ。
46. The dielectric film is made of Pb (Zr, Ti) O.
39. The nonvolatile memory according to claim 38, comprising a ferroelectric material represented by 3 .
【請求項47】 上記誘電体膜は(Ba,Sr)TiO
3 で表される高誘電体からなることを特徴とする請求項
38記載の不揮発性メモリ。
47. The dielectric film is made of (Ba, Sr) TiO.
39. The non-volatile memory according to claim 38, wherein the non-volatile memory is made of a high dielectric substance represented by 3 .
【請求項48】 上記下部電極は、上記トランジスタの
拡散層上に設けられたSiまたはWからなるプラグ上に
設けられていることを特徴とする請求項38記載の不揮
発性メモリ。
48. The nonvolatile memory according to claim 38, wherein said lower electrode is provided on a plug made of Si or W provided on a diffusion layer of said transistor.
【請求項49】 上記プラグと上記下部電極との間に接
合層を有することを特徴とする請求項38記載の不揮発
性メモリ。
49. The nonvolatile memory according to claim 38, further comprising a bonding layer between said plug and said lower electrode.
【請求項50】 上記接合層はTiまたはTaからなる
ことを特徴とする請求項49記載の不揮発性メモリ。
50. The nonvolatile memory according to claim 49, wherein said bonding layer is made of Ti or Ta.
【請求項51】 第1の導電層と、 上記第1の導電層上の第2の導電層とを有する半導体装
置において、 上記第1の導電層と上記第2の導電層との間に、組成式
IaIIb c (ただし、a、b、cは原子%で表した
組成、MI はPt、Ir、Ru、RhおよびPdからな
る群より選ばれた少なくとも一種の貴金属、MIIは少な
くとも一種の希土類元素を表す)で表され、その組成範
囲が90≧a≧40、15≧b≧2、4≦c、a+b+
c=100である材料からなる拡散防止層が設けられて
いることを特徴とする半導体装置。
51. A semiconductor device having a first conductive layer and a second conductive layer on the first conductive layer, wherein: between the first conductive layer and the second conductive layer, Compositional formula M Ia M IIb O c (where a, b and c are compositions expressed in atomic%, M I is at least one noble metal selected from the group consisting of Pt, Ir, Ru, Rh and Pd, M II Represents at least one rare earth element), and its composition range is 90 ≧ a ≧ 40, 15 ≧ b ≧ 2, 4 ≦ c, a + b +
A semiconductor device provided with a diffusion prevention layer made of a material having c = 100.
【請求項52】 上記MIaIIb c で表される材料の
組成範囲は85≧a≧65、10≧b≧2、10≦c、
a+b+c=100であることを特徴とする請求項51
記載の半導体装置。
52. The M Ia M IIb O composition range of material expressed by c is 85 ≧ a ≧ 65,10 ≧ b ≧ 2,10 ≦ c,
52. The equation a + b + c = 100.
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項53】 上記拡散防止層はIr−Y−O、Ir
−Ce−O、Ir−Dy−O、Ir−Gd−O、Ru−
Y−O、Pt−Y−O、Pd−Y−OまたはRh−Y−
Oからなることを特徴とする請求項51記載の半導体装
置。
53. The diffusion preventing layer is made of Ir—YO, Ir
-Ce-O, Ir-Dy-O, Ir-Gd-O, Ru-
YO, Pt-YO, Pd-YO or Rh-Y-
52. The semiconductor device according to claim 51, comprising O.
【請求項54】 上記拡散防止層は酸素または水蒸気を
用いた反応性スパッタリング法により成膜されたもので
あることを特徴とする請求項51記載の半導体装置。
54. The semiconductor device according to claim 51, wherein said diffusion preventing layer is formed by a reactive sputtering method using oxygen or water vapor.
【請求項55】 上記第1の導電層はSiからなる拡散
層であり、上記第2の導電層は導電材料からなるプラグ
であることを特徴とする請求項51記載の半導体装置。
55. The semiconductor device according to claim 51, wherein said first conductive layer is a diffusion layer made of Si, and said second conductive layer is a plug made of a conductive material.
【請求項56】 上記プラグはSi、WまたはAlから
なることを特徴とする請求項55記載の半導体装置。
56. The semiconductor device according to claim 55, wherein said plug is made of Si, W or Al.
【請求項57】 上記第1の導電層は導電材料からなる
プラグであり、上記第2の導電層はAl合金配線である
ことを特徴とする請求項51記載の半導体装置。
57. The semiconductor device according to claim 51, wherein said first conductive layer is a plug made of a conductive material, and said second conductive layer is an Al alloy wiring.
【請求項58】 上記プラグはSi、WまたはAlから
なることを特徴とする請求項57記載の半導体装置。
58. The semiconductor device according to claim 57, wherein said plug is made of Si, W or Al.
【請求項59】 上記第1の導電層はAl合金配線であ
り、上記第2の導電層は導電材料からなるプラグである
ことを特徴とする請求項51記載の半導体装置。
59. The semiconductor device according to claim 51, wherein said first conductive layer is an Al alloy wiring, and said second conductive layer is a plug made of a conductive material.
【請求項60】 上記プラグはSi、WまたはAlから
なることを特徴とする請求項59記載の半導体装置。
60. The semiconductor device according to claim 59, wherein said plug is made of Si, W or Al.
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