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JP2005057103A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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JP2005057103A
JP2005057103A JP2003287401A JP2003287401A JP2005057103A JP 2005057103 A JP2005057103 A JP 2005057103A JP 2003287401 A JP2003287401 A JP 2003287401A JP 2003287401 A JP2003287401 A JP 2003287401A JP 2005057103 A JP2005057103 A JP 2005057103A
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insulating film
hydrogen barrier
barrier layer
semiconductor device
capacitive
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JP2003287401A
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Inventor
Yoshihisa Nagano
能久 長野
Yuuji Soshiro
勇治 十代
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure a heat treatment for recovering the etching damage of a capacitance insulating film and to prevent the characteristic degradation of a capacitive element due to the reduction of hydrogen generated at the capacitance insulating film, in a semiconductor device provided with the capacitive element having a ferroelectric or a high dielectric in the capacitance insulating film. <P>SOLUTION: A spacer insulating film 13 is deposited on the entire surface on a first hydrogen barrier layer 12 so as to embed the capacitive element 11 by a CVD method. Then, by polishing the upper part of the spacer insulating film 13 and the upper side of the capacitive element 11 in the first hydrogen barrier layer 12 until the upper electrode 10 of the capacitive element 11 is exposed by a CMP method, the upper surface of the upper electrode 10, the upper end face on the side face of the capacitive element 11 in the first hydrogen barrier layer 12 and the upper surface of the spacer insulating film 13 are flattened so as to be the same height. Thereafter, on the flattened spacer insulating film 13 and upper electrode 10, a conductive second hydrogen barrier layer 14 is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、強誘電体又は高誘電体を容量絶縁膜に持つ容量素子を有する半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a capacitive element having a ferroelectric or high dielectric as a capacitive insulating film, and a method for manufacturing the same.

近年、デジタル技術の進展に伴い、大容量のデータを処理し保存する必要がますます強く要求されるなかで、電子機器が一段と高度化し、使用される半導体装置においてもその素子の微細化が急速に進んでいる。   In recent years, with the advancement of digital technology, the need to process and store large volumes of data has become increasingly demanding, and electronic devices have become more sophisticated, and the miniaturization of elements in semiconductor devices that are being used has been rapidly increasing. Is going on.

これに伴って、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)装置における高集積化を実現するために、従来の珪素酸化物又は珪素窒化物に代えて容量絶縁膜に高誘電体を用いる技術が広く研究され開発されている。さらに、従来にはない低動作電圧で且つ高速書込み及び高速読出しが可能な不揮発性RAM装置の実用化を目指し、自発分極特性を持つ強誘電体膜に関する研究開発が盛んに行なわれている。   Along with this, in order to realize high integration in dynamic random access memory (DRAM) devices, a technology that uses a high dielectric material for a capacitor insulating film in place of conventional silicon oxide or silicon nitride has been widely researched and developed. Has been. Furthermore, research and development on a ferroelectric film having spontaneous polarization characteristics are actively conducted with the aim of putting a nonvolatile RAM device capable of high-speed writing and high-speed reading at a low operating voltage, which has not been conventionally used.

これら高誘電体又は強誘電体を容量絶縁膜に持つ容量素子を備えた半導体装置において、最も重要な課題の1つは、容量絶縁膜に生じる水素の還元による特性の劣化を抑制できる半導体装置を実現することであり、さらには、低コストで且つ容易に実現することである。   One of the most important issues in a semiconductor device having a capacitive element having a high dielectric material or a ferroelectric material as a capacitor insulating film is to suppress the deterioration of characteristics due to reduction of hydrogen generated in the capacitor insulating film. It is to be realized, and furthermore, to be realized at low cost and easily.

以下、第1及び第2の従来例について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, the first and second conventional examples will be described with reference to the drawings.

(第1の従来例)
第1の従来例について図7を用いて説明する(例えば、特許文献1参照。)。
(First conventional example)
A first conventional example will be described with reference to FIG. 7 (see, for example, Patent Document 1).

図7は強誘電体又は高誘電体を容量絶縁膜に持つ容量素子を備えた従来の半導体装置の要部の断面構成を示している。図7に示すように、半導体基板101の上に、酸化シリコン(SiO2 )からなる第1の層間絶縁膜102と酸化チタン(TiO2 )からなる拡散バリア膜103とが順次形成され、層間絶縁膜102と拡散バリア膜103とには、それらを貫通して半導体基板101と電気的に接続されるプラグコンタクト104が形成されている。 FIG. 7 shows a cross-sectional configuration of a main part of a conventional semiconductor device provided with a capacitive element having a ferroelectric or high dielectric as a capacitive insulating film. As shown in FIG. 7, on a semiconductor substrate 101, a diffusion barrier layer 103 made of silicon oxide first interlayer insulating film 102 and titanium oxide consisting of (SiO 2) (TiO 2) are sequentially formed, an interlayer insulating A plug contact 104 is formed in the film 102 and the diffusion barrier film 103 so as to penetrate the film 102 and the diffusion barrier film 103 and to be electrically connected to the semiconductor substrate 101.

拡散バリア103の上には、プラグコンタクト104と接するように、窒化チタンアルミニウム(TiAlN)からなる下部導電性拡散バリア膜105が形成され、該下部導電性拡散バリア層105の上には、イリジウム(Ir)からなる下部電極106と、強誘電体であるジルコニウムチタン酸鉛(Pb(ZrxTi1-x)O3 (但し、0≦x≦1))からなる容量絶縁膜107と、イリジウム(Ir)及び酸化イリジウム(IrO2 )の積層膜からなる上部電極108と、窒化チタンアルミニウム(TiAlN)からなる上部導電性拡散バリア膜109とが順次成膜されて容量素子110を形成している。 On the diffusion barrier 103, a lower conductive diffusion barrier film 105 made of titanium aluminum nitride (TiAlN) is formed so as to be in contact with the plug contact 104. On the lower conductive diffusion barrier layer 105, iridium ( A lower electrode 106 made of Ir), a capacitive insulating film 107 made of lead zirconium titanate (Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 (where 0 ≦ x ≦ 1)), which is a ferroelectric, and iridium ( An upper electrode 108 made of a laminated film of Ir) and iridium oxide (IrO 2 ) and an upper conductive diffusion barrier film 109 made of titanium aluminum nitride (TiAlN) are sequentially formed to form a capacitive element 110.

容量素子110の上、すなわち上部導電性拡散バリア膜109の上には、容量素子110のパターニングに用いる酸化シリコン(SiO2 )からなるエッチング用マスク111が形成され、容量素子110の側面上には、窒化シリコン(Si34)と酸化チタン(TiO2 )との積層膜からなる絶縁性拡散バリア膜112が形成されている。 On the capacitor element 110, that is, on the upper conductive diffusion barrier film 109, an etching mask 111 made of silicon oxide (SiO 2 ) used for patterning the capacitor element 110 is formed, and on the side surface of the capacitor element 110. An insulating diffusion barrier film 112 made of a laminated film of silicon nitride (Si 3 N 4 ) and titanium oxide (TiO 2) is formed.

容量素子110は、第2の層間絶縁膜113に覆われており、該第2の層間絶縁膜113上には、配線114が上部導電性拡散バリア109と接続されるように形成されている。   The capacitive element 110 is covered with a second interlayer insulating film 113, and a wiring 114 is formed on the second interlayer insulating film 113 so as to be connected to the upper conductive diffusion barrier 109.

(第2の従来例)
次に、第2の従来例について図8を用いて説明する(例えば、特許文献2参照。)。
(Second conventional example)
Next, a second conventional example will be described with reference to FIG. 8 (see, for example, Patent Document 2).

図8は強誘電体又は高誘電体を容量絶縁膜に持つ容量素子を備えた従来の他の半導体装置の要部の断面構成を示している。図8に示すように、半導体基板101の上に第1の層間絶縁膜102が形成され、該第1の層間絶縁膜102の上には、窒化シリコン(Si34)からなる第1の水素バリア膜116と、チタン(Ti)及び白金(Pt)の積層膜からなる下部電極117と、強誘電体であるタンタル酸ストロンチウムビスマス(SrBi2Ta29 )からなる容量絶縁膜118と、白金(Pt)からなる上部電極119とにより構成される容量素子120が形成されている。 FIG. 8 shows a cross-sectional configuration of a main part of another conventional semiconductor device provided with a capacitive element having a ferroelectric or high dielectric as a capacitive insulating film. As shown in FIG. 8, a first interlayer insulating film 102 is formed on a semiconductor substrate 101, and a first layer made of silicon nitride (Si 3 N 4 ) is formed on the first interlayer insulating film 102. A hydrogen barrier film 116, a lower electrode 117 made of a laminated film of titanium (Ti) and platinum (Pt), a capacitive insulating film 118 made of strontium bismuth tantalate (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) as a ferroelectric, A capacitive element 120 constituted by an upper electrode 119 made of platinum (Pt) is formed.

容量素子120の上面及び側面を覆うと共に、その下端部が第1の水素バリア膜116の周縁部と接するように、窒化シリコンからなる第2の水素バリア膜121が形成されている。第2の水素バリア膜121には、上部電極119を露出するコンタクトホール121aが設けられており、第2の水素バリア膜121の上には、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)等からなる第3の水素バリア膜122がコンタクトホール121aに充填されて上部電極119と電気的に接続されている。   A second hydrogen barrier film 121 made of silicon nitride is formed so as to cover the upper surface and side surfaces of the capacitor element 120, and the lower end portion thereof is in contact with the peripheral edge portion of the first hydrogen barrier film 116. The second hydrogen barrier film 121 is provided with a contact hole 121a exposing the upper electrode 119, and the second hydrogen barrier film 121 is made of titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN), or the like. A third hydrogen barrier film 122 is filled in the contact hole 121a and is electrically connected to the upper electrode 119.

第3の水素バリア膜122を含め容量素子120は、第2の層間絶縁膜123に覆われており、該第2の層間絶縁膜123上には、配線124が第3の水素バリア膜122と接続されるように形成されている。
特開2000−133633号公報(第7−9頁、第6a図−第6f図) 第3098474号公報(第4頁、第4図)
The capacitor element 120 including the third hydrogen barrier film 122 is covered with a second interlayer insulating film 123, and a wiring 124 is connected to the third hydrogen barrier film 122 on the second interlayer insulating film 123. It is formed to be connected.
JP 2000-133633 A (pages 7-9, FIGS. 6a-6f) No. 3098474 (Page 4, Figure 4)

しかしながら、前記第1及び第2の従来例のように、強誘電体又は高誘電体からなる容量絶縁膜を含む容量素子を備えた半導体装置の高性能化を容易に且つ低コストで実現できないという問題がある。   However, as in the first and second conventional examples, it is difficult to realize high performance of a semiconductor device including a capacitive element including a capacitive insulating film made of a ferroelectric or a high dielectric material at low cost. There's a problem.

以下、その理由について詳細を説明する。   Hereinafter, the reason will be described in detail.

一般に、容量素子をドライエッチングによりパターニングした後には、強誘電体からなる容量絶縁膜はエッチング時に受けたダメージによってその結晶構造が破壊されるため、再結晶化を図るべく、温度が500℃〜800℃の酸素雰囲気による熱処理が必要となる。   In general, after patterning the capacitive element by dry etching, the capacitive insulating film made of a ferroelectric material is destroyed in its crystal structure due to damage received during the etching, so that the temperature is 500 ° C. to 800 ° C. in order to recrystallize. Heat treatment in an oxygen atmosphere at 0 ° C. is required.

ところが、前記第1の従来例は、再結晶化を図る熱処理を実施することができない。それは、図7において、上部導電性拡散バリア膜109の表面が酸素雰囲気による熱処理によって酸化することにより、以下に述べる2つの不具合が発生するからである。第1の不具合は、配線113と上部導電性拡散バリア109膜との界面に高抵抗な絶縁層が形成される結果、コンタクト抵抗の低抵抗化を実現できないことである。第2の不具合は、上部導電性拡散バリア膜109が酸素雰囲気による熱処理により酸化されて膨張し、膨張した上部導電性拡散バリア膜109が上部電極108から剥離することである。   However, the first conventional example cannot perform heat treatment for recrystallization. This is because, in FIG. 7, the surface of the upper conductive diffusion barrier film 109 is oxidized by heat treatment in an oxygen atmosphere, thereby causing the following two problems. The first problem is that the contact resistance cannot be lowered as a result of the formation of a high-resistance insulating layer at the interface between the wiring 113 and the upper conductive diffusion barrier 109 film. The second problem is that the upper conductive diffusion barrier film 109 is oxidized and expanded by heat treatment in an oxygen atmosphere, and the expanded upper conductive diffusion barrier film 109 is peeled off from the upper electrode 108.

第2の実施例は、第1の従来例における問題を解決すべく、容量素子120の上面及び側面を覆う第2の水素バリア膜121を形成し、形成した水素バリア膜121にコンタクトホール121aを形成した後、温度が500℃〜800℃の酸素雰囲気により熱処理を行なって再結晶化を図り、その後に、第3の水素バリア膜122を形成する。この構成では、TiN等からなる第3の水素バリア膜122が、再結晶化を図る酸化性雰囲気の熱処理によって酸化されることはない。しかしながら、第2の水素バリア膜121、コンタクトホール121a及び第3の水素バリア膜122のそれぞれを加工するためには、容量素子120の加工(パターニング)とは別に、3回のマスク工程が必要となる。すなわち、第2の従来例は、ドライエッチングによりダメージを受けた容量絶縁膜118に対する再結晶化を図る熱処理を行なえるようにはなるものの、その代わり製造工程が複雑となってしまう結果、容易に且つ低コストで容量素子、とりわけ強誘電体又は高誘電体からなる容量膜を有する半導体装置を形成することは不可能である。   In the second embodiment, in order to solve the problem in the first conventional example, the second hydrogen barrier film 121 covering the upper surface and the side surface of the capacitive element 120 is formed, and the contact hole 121a is formed in the formed hydrogen barrier film 121. After the formation, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 500 ° C. to 800 ° C. to perform recrystallization, and then a third hydrogen barrier film 122 is formed. In this configuration, the third hydrogen barrier film 122 made of TiN or the like is not oxidized by the heat treatment in an oxidizing atmosphere for recrystallization. However, in order to process each of the second hydrogen barrier film 121, the contact hole 121a, and the third hydrogen barrier film 122, three mask processes are required separately from the processing (patterning) of the capacitor element 120. Become. That is, in the second conventional example, although heat treatment for recrystallization can be performed on the capacitive insulating film 118 damaged by dry etching, the manufacturing process becomes complicated instead. In addition, it is impossible to form a semiconductor device having a capacitive element, in particular, a capacitive film made of a ferroelectric or high dielectric, at a low cost.

本発明は、前記従来の課題を解決し、強誘電体又は高誘電体を容量絶縁膜に持つ容量素子を備えた半導体装置において、容量絶縁膜のエッチングダメージを回復する熱処理を行なえると共に、容量絶縁膜に生じる水素の還元による容量素子の特性劣化を防止できるようにすることを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and in a semiconductor device including a capacitor element having a ferroelectric or high dielectric as a capacitor insulating film, heat treatment for recovering etching damage of the capacitor insulating film can be performed, and the capacitor It is an object of the present invention to prevent deterioration of characteristics of a capacitor element due to reduction of hydrogen generated in an insulating film.

前記の目的を達成するため、本発明は、半導体装置の製造方法を、容量素子をパターニングした後、該容量素子を覆うように第1の水素バリア層及び埋込絶縁膜(スペーサ絶縁膜)を形成し、形成したスペーサ絶縁膜及び第1の水素バリア層における容量素子の上側部分を容量素子が露出するように平坦化し、その後、第2の水素バリア層を上部電極と第1の水素バリア層とに接するように形成する構成とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device comprising: forming a first hydrogen barrier layer and a buried insulating film (spacer insulating film) so as to cover a capacitive element after patterning the capacitive element; And forming the spacer insulating film and the upper portion of the capacitor element in the first hydrogen barrier layer so that the capacitor element is exposed, and then the second hydrogen barrier layer is formed with the upper electrode and the first hydrogen barrier layer. It is set as the structure formed so that it may touch.

具体的に、本発明に係る半導体装置の製造方法は、第1の絶縁膜(層間絶縁膜)の上に、下部電極と強誘電体又は高誘電体からなる容量絶縁膜と上部電極とを含む容量素子を形成する第1の工程と、第1の絶縁膜の上に容量素子を覆うように、容量絶縁膜に対する水素の拡散を防止する第1の水素バリア層を形成する第2の工程と、第1の水素バリア層の上に、第2の絶縁膜(スペーサ絶縁膜)を形成する第3の工程と、第2の絶縁膜、及び第1の水素バリア層における容量素子の上側部分を、上部電極が露出するように平坦化する第4の工程と、平坦化された第2の絶縁膜の上に、導電性を有する第2の水素バリア層を上部電極と第1の水素バリア層とに接するように形成する第5の工程とを備えている。   Specifically, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a lower electrode, a capacitive insulating film made of a ferroelectric or a high dielectric, and an upper electrode on a first insulating film (interlayer insulating film). A first step of forming a capacitive element, and a second step of forming a first hydrogen barrier layer for preventing diffusion of hydrogen to the capacitive insulating film so as to cover the capacitive element on the first insulating film. A third step of forming a second insulating film (spacer insulating film) on the first hydrogen barrier layer, and an upper portion of the capacitor element in the second insulating film and the first hydrogen barrier layer. A fourth step of planarizing the upper electrode so that the upper electrode is exposed; and a second hydrogen barrier layer having conductivity on the planarized second insulating film, the upper electrode and the first hydrogen barrier layer And a fifth step of forming so as to be in contact with each other.

本発明の半導体装置の製造方法によると、容量素子を形成(パターニング)した後、該容量素子を覆うように第1の水素バリア層及び第2の絶縁膜(スペーサ絶縁膜)を形成し、形成した第2の絶縁膜及び第1の水素バリア層における容量素子の上側部分を容量素子が露出するように平坦化し、その後、第2の水素バリア層を上部電極と第1の水素バリア層とに接するように形成する。このため、容量素子を形成した後に、該容量素子は第1の水素バリア層によりその側面が覆われ、平坦化された上面は第2の水素バリア層により覆われる。従って、容量素子を覆う水素バリア層を形成する際のマスク工程が不要となるので、製造工程を簡単化することができる。その上、容量絶縁膜のエッチングダメージを回復する熱処理を行なえると共に、容量素子が水素バリア層により覆われているため、容量絶縁膜の水素による特性劣化を防止できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, after forming (patterning) a capacitor element, a first hydrogen barrier layer and a second insulating film (spacer insulating film) are formed so as to cover the capacitor element. The upper portion of the capacitor element in the second insulating film and the first hydrogen barrier layer is flattened so that the capacitor element is exposed, and then the second hydrogen barrier layer is formed into an upper electrode and a first hydrogen barrier layer. Form to touch. Therefore, after the capacitor element is formed, the side surface of the capacitor element is covered with the first hydrogen barrier layer, and the planarized upper surface is covered with the second hydrogen barrier layer. Accordingly, a mask process for forming the hydrogen barrier layer covering the capacitor element is not necessary, and the manufacturing process can be simplified. In addition, heat treatment for recovering the etching damage of the capacitor insulating film can be performed, and the capacitor is covered with the hydrogen barrier layer, so that deterioration of characteristics of the capacitor insulating film due to hydrogen can be prevented.

本発明の半導体装置の製造方法において、第1の工程は、第1の絶縁膜の上に全面にわたって下部電極形成膜を堆積する工程と、下部電極形成膜の上に容量絶縁膜形成膜を堆積する工程と、容量絶縁膜形成膜の上に上部電極用形成膜を堆積する工程と、上部電極形成膜の上に容量素子をパターニングするマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンを用いて、上部電極形成膜、容量絶縁膜形成膜及び下部電極形成膜に対してエッチングを行なうことにより、上部電極形成膜、容量絶縁膜形成膜及び下部電極形成膜から、それぞれ上部電極、容量絶縁膜及び下部電極を形成する工程とを含むことが好ましい。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first step is a step of depositing a lower electrode formation film over the entire surface of the first insulation film, and a capacitor insulation film formation film is deposited on the lower electrode formation film. A step of depositing a formation film for the upper electrode on the capacitor insulating film formation film, a step of forming a mask pattern for patterning the capacitor element on the upper electrode formation film, and an upper portion using the mask pattern By etching the electrode forming film, the capacitive insulating film forming film, and the lower electrode forming film, the upper electrode, the capacitive insulating film, and the lower electrode are respectively formed from the upper electrode forming film, the capacitive insulating film forming film, and the lower electrode forming film. Preferably, the process of forming is included.

この場合に、第1の工程は、下部電極形成膜を堆積するよりも前に、第1の絶縁膜の上の全面に容量絶縁膜に対する水素の拡散を防止する第3の水素バリア層を形成する工程を含むことが好ましい。   In this case, the first step forms a third hydrogen barrier layer for preventing hydrogen diffusion to the capacitive insulating film over the entire surface of the first insulating film before depositing the lower electrode forming film. It is preferable that the process to include is included.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、第1の工程よりも後で且つ第5の工程よりも前に、容量絶縁膜に対して酸化性雰囲気の熱処理を行なう第6の工程をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、第2の水素バリア層を形成するよりも前に、容量絶縁膜に対する熱処理を行なうため、第2の水素バリア層が酸化することに起因する不具合を防止することができる。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention further includes a sixth step of performing heat treatment in an oxidizing atmosphere on the capacitive insulating film after the first step and before the fifth step. It is preferable. In this case, since the heat treatment is performed on the capacitive insulating film before the second hydrogen barrier layer is formed, it is possible to prevent problems caused by the oxidation of the second hydrogen barrier layer.

この場合に、第6の工程における熱処理の温度範囲は500℃〜800℃であることが好ましい。   In this case, the temperature range of the heat treatment in the sixth step is preferably 500 ° C to 800 ° C.

また、本発明の半導体装置の製造方法において、第4の工程は、化学機械的研磨法若しくはエッチバック法により、又はこれらを組み合わせて行なうことが好ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the fourth step is preferably performed by a chemical mechanical polishing method, an etch back method, or a combination thereof.

本発明の半導体装置の製造方法において、第1の水素バリア層は、SiN、SiON、Al23、TiAlO、TaAlO、TiSiO及びTaSiOからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることが好ましい。 In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the first hydrogen barrier layer is made of at least one material selected from the group consisting of SiN, SiON, Al 2 O 3 , TiAlO, TaAlO, TiSiO, and TaSiO. It is preferable.

本発明の半導体装置の製造方法において、第2の水素バリア層は、TiAlN、TiAl、TaAlN、TaAl、TiSiN、TaSiN、Ti及びTaからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることが好ましい。   In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the second hydrogen barrier layer is made of at least one material selected from the group consisting of TiAlN, TiAl, TaAlN, TaAl, TiSiN, TaSiN, Ti and Ta. Is preferred.

本発明の半導体装置の製造方法において、第3の水素バリア層は、TiAlN、TiAl、TaAlN、TiSiN及びTaSiNからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることが好ましい。   In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the third hydrogen barrier layer is preferably made of at least one material selected from the group consisting of TiAlN, TiAl, TaAlN, TiSiN, and TaSiN.

本発明の半導体装置の製造方法において、容量絶縁膜は、SrBi2(TaxNb1-x29、Pb(ZrxTi1-x)O3、(BaxSr1-x)TiO3、(BixLa1-x4Ti312(但し、いずれもxは0≦x≦1である。)及びTa25からなる群より選択された1つの材料により構成されていることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the capacitive insulating film is made of SrBi 2 (Ta x Nb 1 -x ) 2 O 9 , Pb (Zr x Ti 1 -x ) O 3 , (Ba x Sr 1 -x ) TiO. 3, (Bi x La 1- x) 4 Ti 3 O 12 ( where both x is 0 ≦ x is ≦ 1.) and is composed of one material selected from the group of Ta 2 O 5 Preferably it is.

本発明に係る半導体装置は、それぞれが、第1の絶縁膜の上に順次形成され、下部電極、強誘電体又は高誘電体からなる容量絶縁膜及び上部電極とを含む複数の容量素子と、各容量素子の側面上に、その上端面が上部電極の上面とほぼ一致するように形成され、容量絶縁膜に対する水素の拡散を防止する複数の第1の水素バリア層と、各上部電極の上に第1の水素バリア層の各上端面と接するように形成され、容量絶縁膜に対する水素の拡散をそれぞれ防止する導電性を有する複数の第2の水素バリア層とを備えている。   A semiconductor device according to the present invention includes a plurality of capacitive elements, each of which is sequentially formed on a first insulating film and includes a lower electrode, a capacitive insulating film made of a ferroelectric or a high dielectric, and an upper electrode; A plurality of first hydrogen barrier layers that are formed on the side surfaces of each capacitive element so that the upper end surface thereof substantially coincides with the upper surface of the upper electrode, and prevents diffusion of hydrogen into the capacitive insulating film, and on the upper electrode And a plurality of second hydrogen barrier layers formed to be in contact with the respective upper end surfaces of the first hydrogen barrier layer and having conductivity to prevent diffusion of hydrogen into the capacitive insulating film.

本発明の半導体装置は、本発明に係る製造方法により得られる、容量素子を水素から保護する水素バリア層を備えているため、製造が容易であり且つリテンション特性等の電気的特性に優れる。   Since the semiconductor device of the present invention includes the hydrogen barrier layer obtained by the manufacturing method according to the present invention and protecting the capacitive element from hydrogen, the semiconductor device is easy to manufacture and is excellent in electrical characteristics such as retention characteristics.

本発明の半導体装置において、各第2の水素バリア層は、複数の容量素子の上部電極と接続されることにより、セルプレート線を構成していることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, each second hydrogen barrier layer preferably constitutes a cell plate line by being connected to upper electrodes of a plurality of capacitive elements.

本発明の半導体装置は、各第2の水素バリア層と電気的に接続された導電層をさらに備えていることが好ましい。   The semiconductor device of the present invention preferably further includes a conductive layer electrically connected to each second hydrogen barrier layer.

この場合に、導電層は各第2の水素バリア層の上に積層されて形成されていることが好ましい。このようにすると、第2の水素バリア層を構成する材料の選択の幅を広げることができる。その上、電気抵抗が小さくなるため、半導体装置の動作速度を高速化することが可能となる。   In this case, the conductive layer is preferably formed by being laminated on each second hydrogen barrier layer. In this way, the range of selection of the material constituting the second hydrogen barrier layer can be expanded. In addition, since the electric resistance is reduced, the operation speed of the semiconductor device can be increased.

本発明の半導体装置において、複数の容量素子は互いに間隔をおいて形成され、第1の絶縁膜上における容量素子同士の間の領域は第2の絶縁膜により埋め込まれていることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the plurality of capacitor elements are formed with a space therebetween, and a region between the capacitor elements on the first insulating film is buried with the second insulating film.

本発明の半導体装置において、容量素子は、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極が同一の平面形状となるように形成されていることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, the capacitor element is preferably formed such that the lower electrode, the capacitor insulating film, and the upper electrode have the same planar shape.

また、本発明の半導体装置において、各下部電極の下側には、各容量絶縁膜に対する水素の拡散を防止する複数の第3の水素バリア層が形成され、各第3の水素バリア層の側端面は、第1の水素バリア層と接していることが好ましい。このようにすると、容量素子の下側をも水素バリア層で覆うことができる。   In the semiconductor device of the present invention, a plurality of third hydrogen barrier layers for preventing diffusion of hydrogen to the respective capacitive insulating films are formed below each lower electrode, and the side of each third hydrogen barrier layer is formed. The end face is preferably in contact with the first hydrogen barrier layer. In this way, the lower side of the capacitive element can be covered with the hydrogen barrier layer.

この場合に、各第3の水素バリア層は、各下部電極と同一の平面形状を有していることが好ましい。   In this case, it is preferable that each third hydrogen barrier layer has the same planar shape as each lower electrode.

本発明の半導体装置において、第1の絶縁膜と各下部電極との間には、各容量絶縁膜に対する水素の拡散を防止する絶縁性を有する第4の水素バリア層が形成され、第4の水素バリア層は、第1の水素バリア層の下面と接していることが好ましい。このようにすると、容量素子の下側からの水素の拡散をより確実に防止することができる。   In the semiconductor device of the present invention, a fourth hydrogen barrier layer having insulating properties for preventing diffusion of hydrogen to each capacitive insulating film is formed between the first insulating film and each lower electrode. The hydrogen barrier layer is preferably in contact with the lower surface of the first hydrogen barrier layer. In this way, hydrogen diffusion from the lower side of the capacitive element can be prevented more reliably.

本発明の半導体装置は、第1の絶縁膜に各下部電極と電気的に接続されるように形成された複数のプラグコンタクトをさらに備えていることが好ましい。   The semiconductor device of the present invention preferably further includes a plurality of plug contacts formed on the first insulating film so as to be electrically connected to each lower electrode.

本発明の半導体装置において、第1の水素バリア層は、SiN、SiON、Al23、TiAlO、TaAlO、TiSiO及びTaSiOからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the first hydrogen barrier layer is preferably made of at least one material selected from the group consisting of SiN, SiON, Al 2 O 3 , TiAlO, TaAlO, TiSiO, and TaSiO. .

本発明の半導体装置において、第2の水素バリア層は、TiAlN、TiAl、TaAlN、TaAl、TiSiN、TaSiN、Ti及びTaからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, the second hydrogen barrier layer is preferably composed of at least one material selected from the group consisting of TiAlN, TiAl, TaAlN, TaAl, TiSiN, TaSiN, Ti, and Ta.

本発明の半導体装置において、導電層は、TiAl、TiN、Ti、TaN、Ta、Al、W及びCuからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, the conductive layer is preferably made of at least one material selected from the group consisting of TiAl, TiN, Ti, TaN, Ta, Al, W, and Cu.

本発明の半導体装置において、第3の水素バリア層は、TiAlN、TiAl、TaAlN、TiSiN及びTaSiNからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, the third hydrogen barrier layer is preferably made of at least one material selected from the group consisting of TiAlN, TiAl, TaAlN, TiSiN, and TaSiN.

本発明の半導体装置において、第4の水素バリア層は、SiN、SiON、Al23、TiAlO、TaAlO、TiSiO及びTaSiOからなる群より選択された少なくとも1つ材料により構成されていることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the fourth hydrogen barrier layer is preferably composed of at least one material selected from the group consisting of SiN, SiON, Al 2 O 3 , TiAlO, TaAlO, TiSiO, and TaSiO. .

本発明の半導体装置において、容量絶縁膜は、SrBi2(TaxNb1-x29、Pb(ZrxTi1-x)O3、(BaxSr1-x)TiO3、(BixLa1-x4Ti312(但し、いずれもxは0≦x≦1である。)及びTa25からなる群より選択された1つの材料により構成されていることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the capacitive insulating film includes SrBi 2 (Ta x Nb 1-x ) 2 O 9 , Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 , (Ba x Sr 1-x ) TiO 3 , ( Bi x La 1-x ) 4 Ti 3 O 12 (where x is 0 ≦ x ≦ 1) and one material selected from the group consisting of Ta 2 O 5 preferable.

本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、容量素子を覆う水素バリア層を形成する際のマスク工程が不要となるため、製造工程を簡単化することができる。その上、容量絶縁膜のエッチングダメージを回復する熱処理を確実に行なえると共に、容量素子が水素バリア層により覆われているため、容量絶縁膜の水素による特性劣化を防止することができる。   According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, the manufacturing process can be simplified because the mask process for forming the hydrogen barrier layer covering the capacitor element is not necessary. In addition, the heat treatment for recovering the etching damage of the capacitor insulating film can be surely performed, and the capacitor element is covered with the hydrogen barrier layer, so that deterioration of characteristics of the capacitor insulating film due to hydrogen can be prevented.

(実施形態)
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment)
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施形態に係る半導体装置の要部の平面構成を示し、図2(a)は図1のIIa−IIa線における断面構成を示し、図2(b)は図1のIIb−IIb線における断面構成を示している。   FIG. 1 shows a plan configuration of a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) shows a cross-sectional configuration taken along line IIa-IIa in FIG. 1, and FIG. The cross-sectional structure in the IIb-IIb line | wire is shown.

図1及び図2(a)、(b)に示すように、例えば、シリコン(Si)からなる半導体基板1の主面上には、シャロウトレンチ分離(STI)等からなる複数の素子分離領域2と、該素子分離領域2によって区画された複数の素子活性領域3とが形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2A and 2B, for example, a plurality of element isolation regions 2 made of shallow trench isolation (STI) or the like are formed on the main surface of a semiconductor substrate 1 made of silicon (Si). And a plurality of element active regions 3 partitioned by the element isolation region 2 are formed.

各素子活性領域3には、後述する複数の容量素子を選択的にアクセス可能とするトランジスタ(図示せず)が形成されている。   Each element active region 3 is formed with a transistor (not shown) that can selectively access a plurality of capacitance elements described later.

半導体基板1上には、素子分離領域2及び素子活性領域3を覆うように、酸化シリコン(SiO2 )を主成分とする第1の絶縁膜としての層間絶縁膜4が形成されており、該層間絶縁膜4の上には、厚さが10nm〜200nmの窒化シリコン(SiN)を主成分とする第4の水素バリア層5が形成されている。 On the semiconductor substrate 1, an interlayer insulating film 4 as a first insulating film mainly composed of silicon oxide (SiO 2 ) is formed so as to cover the element isolation region 2 and the element active region 3. On the interlayer insulating film 4, a fourth hydrogen barrier layer 5 mainly composed of silicon nitride (SiN) having a thickness of 10 nm to 200 nm is formed.

層間絶縁膜4及び第4の水素バリア層5における各素子活性領域3の上側には、該素子活性領域3と電気的に接続されるプラグコンタクト6がそれぞれ形成されている。ここで、プラグコンタクト6には、ポリシリコン又はタングステン(W)等の導電性材料を用いる。   A plug contact 6 electrically connected to the element active region 3 is formed above each element active region 3 in the interlayer insulating film 4 and the fourth hydrogen barrier layer 5. Here, a conductive material such as polysilicon or tungsten (W) is used for the plug contact 6.

第4の水素バリア層5の上には、プラグコンタクト6とそれぞれ接続され、厚さが50nm〜200nmの窒化チタンアルミニウム(TiAlN)を主成分とする第3の水素バリア層7が形成されている。第3の水素バリア層7は、プラグコンタクト6が酸化してコンタクト抵抗が増大することを防ぐ、酸素の拡散を防止する酸素バリア層としての機能をも兼ねることができる。   A third hydrogen barrier layer 7 mainly composed of titanium aluminum nitride (TiAlN) having a thickness of 50 nm to 200 nm is formed on the fourth hydrogen barrier layer 5 and connected to the plug contacts 6. . The third hydrogen barrier layer 7 can also function as an oxygen barrier layer that prevents the diffusion of oxygen and prevents the plug contact 6 from oxidizing and increasing the contact resistance.

第3の水素バリア7の上には、基板側から順次成膜され、例えばイリジウム(Ir)からなる第1バリア層及び酸化イリジウム(IrO2 )からなる第2バリア層からなる導電性を有する酸素バリア層と、白金(Pt)等の電極材料とにより構成された下部電極8とが形成されている。ここで、第1のバリア層の厚さは50nm〜200nmであり、第2のバリア層の厚さは30nm〜200nmであり、下部電極8の厚さは30nm〜100nmである。 On the third hydrogen barrier 7, films are sequentially formed from the substrate side. For example, the conductive oxygen is composed of a first barrier layer made of iridium (Ir) and a second barrier layer made of iridium oxide (IrO 2 ). A lower electrode 8 composed of a barrier layer and an electrode material such as platinum (Pt) is formed. Here, the thickness of the first barrier layer is 50 nm to 200 nm, the thickness of the second barrier layer is 30 nm to 200 nm, and the thickness of the lower electrode 8 is 30 nm to 100 nm.

下部電極8の上には、絶縁性の金属酸化物であり強誘電体材料である、例えばタンタルニオブ酸ストロンチウムビスマス(SrBi2(Tax,Nb1-x29)(但し、xは0≦x≦1である。)からなり、厚さが50nm〜150nmの容量絶縁膜9が形成されている。なお、容量絶縁膜9は、SrBi2(TaxNb1-x29に限られず、ジルコニウムチタン酸鉛(Pb(ZrxTi1-x)O3)、チタン酸バリウムストロンチウム((BaxSr1-x)TiO3)、チタン酸ビスマスランタン((BixLa1-x4Ti312)(但し、いずれも、xは0≦x≦1である。)、又は五酸化タンタル(Ta25)を用いることができる。 On the lower electrode 8, an insulating metal oxide and a ferroelectric material, for example, strontium bismuth tantalum niobate (SrBi 2 (Ta x , Nb 1 -x ) 2 O 9 ) (where x is 0 ≦ x ≦ 1), and a capacitor insulating film 9 having a thickness of 50 nm to 150 nm is formed. The capacitor insulating film 9 is not limited to SrBi 2 (Ta x Nb 1-x ) 2 O 9 , but is lead zirconium titanate (Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 ), barium strontium titanate ((Ba x Sr 1-x) TiO 3 ), bismuth lanthanum titanate ((Bi x La 1-x ) 4 Ti 3 O 12) ( where both, x is a 0 ≦ x ≦ 1.), or pentoxide Tantalum (Ta 2 O 5 ) can be used.

容量絶縁膜9の上には、厚さが30nm〜150nmの白金(Pt)を主成分とする上部電極10が形成されている。これら下部電極8、容量絶縁膜9及び上部電極10により容量素子11が構成されている。   On the capacitor insulating film 9, an upper electrode 10 mainly composed of platinum (Pt) having a thickness of 30 nm to 150 nm is formed. The lower electrode 8, the capacitive insulating film 9 and the upper electrode 10 constitute a capacitive element 11.

本実施形態に係る容量素子11は、後述するように、第3の水素バリア層7、下部電極8、容量絶縁膜9及び上部電極10が、いずれも1つのマスクを用いてパターニングされているため、それぞれの端部はほぼ直線状となる。   In the capacitive element 11 according to the present embodiment, as described later, the third hydrogen barrier layer 7, the lower electrode 8, the capacitive insulating film 9, and the upper electrode 10 are all patterned using one mask. Each end is substantially linear.

第3の水素バリア層7の側端面上及び容量素子11の側面上には、例えば、厚さが10nm〜50nmで、酸化チタンアルミニウム(TiAlO)又は酸化アルミニウム(Al23)からなる絶縁性を有する第1の水素バリア層12が形成されている。 On the side end face of the third hydrogen barrier layer 7 and the side face of the capacitor element 11, for example, an insulating property having a thickness of 10 nm to 50 nm and made of titanium aluminum oxide (TiAlO) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ). A first hydrogen barrier layer 12 is formed.

ここで、第1の水素バリア層12は、容量素子11の周辺領域においては、第4の水素バリア層5と接しているが、第4の水素バリア層5が形成されていない領域が存在する場合には、層間絶縁膜4と接することになる。   Here, the first hydrogen barrier layer 12 is in contact with the fourth hydrogen barrier layer 5 in the peripheral region of the capacitive element 11, but there is a region where the fourth hydrogen barrier layer 5 is not formed. In this case, the interlayer insulating film 4 is contacted.

また、第1の水素バリア層12は、TiAlO及びAl23に限られず、窒化シリコン(SiN)、酸化窒化シリコン(SiON)、酸化タンタルアルミニウム(TaAlO)、珪化酸化チタン(TiSiO)、又は珪化酸化タンタル(TaSiO)を用いることができる。 The first hydrogen barrier layer 12 is not limited to TiAlO and Al 2 O 3 , but is silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), tantalum aluminum oxide (TaAlO), titanium silicide oxide (TiSiO), or silicide. Tantalum oxide (TaSiO) can be used.

また、互いに隣接する容量素子11同士の間には、第1の水素バリア層12を覆うように、酸化シリコン又は窒化シリコンを主成分とする第2の絶縁膜としてのスペーサ絶縁膜13が形成されている。   Further, a spacer insulating film 13 as a second insulating film mainly composed of silicon oxide or silicon nitride is formed between the adjacent capacitive elements 11 so as to cover the first hydrogen barrier layer 12. ing.

本実施形態の特徴として、上部電極10の上面と、第1の水素バリア層12における容量素子11の側面上に位置する上端面と、スペーサ絶縁膜13の上面とは、互いにほぼ同一の高さとなるように平坦化されている。平坦化されたスペーサ絶縁膜13の上には、厚さが20nm〜300nmの窒化チタンアルミニウム(TiAlN)を主成分とする導電性を持つ第2の水素バリア層14が、上部電極10と第1の水素バリア層12とに接するように選択的に形成されている。ここで、第2の水素バリア層14は、TiAlNに限られず、チタンアルミニウム(TiAl)、窒化タンタルアルミニウム(TaAlN)、タンタルアルミニウム(TaAl)、珪化窒化チタン(TiSiN)、珪化窒化タンタル(TaSiN)、チタン(Ti)、又はタンタル(Ta)を用いることができる。   As a feature of the present embodiment, the upper surface of the upper electrode 10, the upper end surface of the first hydrogen barrier layer 12 located on the side surface of the capacitive element 11, and the upper surface of the spacer insulating film 13 have substantially the same height. It has been flattened. On the planarized spacer insulating film 13, a conductive second hydrogen barrier layer 14 mainly composed of titanium aluminum nitride (TiAlN) having a thickness of 20 nm to 300 nm is formed between the upper electrode 10 and the first electrode. It is selectively formed so as to be in contact with the hydrogen barrier layer 12. Here, the second hydrogen barrier layer 14 is not limited to TiAlN, titanium aluminum (TiAl), tantalum aluminum nitride (TaAlN), tantalum aluminum (TaAl), silicified titanium nitride (TiSiN), silicified tantalum nitride (TaSiN), Titanium (Ti) or tantalum (Ta) can be used.

なお、図1及び図2(b)に示すように、第2の水素バリア層14は、互いに隣接する容量素子11同士の間でも方向によっては不連続に配置される。また、第2の水素バリア層14は、セルプレート線としての機能を持たせることができる。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2B, the second hydrogen barrier layer 14 is discontinuously arranged depending on the direction even between the capacitive elements 11 adjacent to each other. Further, the second hydrogen barrier layer 14 can have a function as a cell plate line.

以上説明したように、本実施形態によると、製造プロセスにおいて、容量素子11をパターニングするマスクの他には、第2の水素バリア層14をパターニングするマスクしか必要でなくなり、水素バリア層、すなわち第1の水素バリア層12、第2の水素バリア層14、第3の水素バリア層7及び第4の水素バリア層5により、各容量素子11が完全に覆われるため、極めて容易にすなわち低コストで容量絶縁膜9に生じる水素の還元による容量素子11の特性劣化を防止することができる。   As described above, according to the present embodiment, in the manufacturing process, only the mask for patterning the second hydrogen barrier layer 14 is required in addition to the mask for patterning the capacitive element 11. Since each capacitive element 11 is completely covered by the first hydrogen barrier layer 12, the second hydrogen barrier layer 14, the third hydrogen barrier layer 7, and the fourth hydrogen barrier layer 5, it is very easy, that is, at low cost. It is possible to prevent deterioration in characteristics of the capacitor element 11 due to reduction of hydrogen generated in the capacitor insulating film 9.

図3は本実施形態に係る容量素子11の残留分極(2Pr)を、水素雰囲気での熱処理(水素シンタ)前後で評価した結果を示している。水素シンタの条件は、雰囲気を100%の水素とし、温度を400℃とし、時間を10分としている。図3に示すように、本実施形態に係る容量素子11の残留分極は、水素雰囲気での熱処理の前後においてほとんど変化しておらず、従って、本発明に係る容量素子を備えた半導体装置は、非常に優れた素子特性を発揮することができる。   FIG. 3 shows the result of evaluating the remanent polarization (2Pr) of the capacitive element 11 according to this embodiment before and after the heat treatment (hydrogen sintering) in a hydrogen atmosphere. The conditions of hydrogen sintering are as follows: atmosphere is 100% hydrogen, temperature is 400 ° C., and time is 10 minutes. As shown in FIG. 3, the residual polarization of the capacitive element 11 according to the present embodiment hardly changes before and after the heat treatment in the hydrogen atmosphere. Therefore, the semiconductor device including the capacitive element according to the present invention is Very excellent device characteristics can be exhibited.

(第1変形例)
次に、本実施形態に係る半導体装置の第1変形例について図面を参照しながら説明する。第2の水素バリア層14の低抵抗化を図る手段として、第2の水素バリア層14と電気的に並列に接続された導電層15を配置する。具体的には、図4(a)に示すように、第2の水素バリア層14の上方に第2の水素バリア層14と接続されるビア17を含む配線間絶縁膜16を形成し、配線間絶縁膜16の上にビア17と接続されるように導電層15を設ける。このようにすると、第2の水素バリア層14に用いる材料の選択の幅を広げることができる。その上、導電層15をセルプレート線として用いることができ、導電層15に第2の水素バリア層14と比べて抵抗率が小さい材料を選択すれば、セルプレート線自体の電気抵抗が小さくなるため、半導体装置の動作速度の向上を図ることができる。
(First modification)
Next, a first modification of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. As means for reducing the resistance of the second hydrogen barrier layer 14, a conductive layer 15 electrically connected in parallel with the second hydrogen barrier layer 14 is disposed. Specifically, as shown in FIG. 4A, an inter-wiring insulating film 16 including a via 17 connected to the second hydrogen barrier layer 14 is formed above the second hydrogen barrier layer 14 to form a wiring. A conductive layer 15 is provided on the intermediate insulating film 16 so as to be connected to the via 17. In this way, the selection range of the material used for the second hydrogen barrier layer 14 can be expanded. In addition, the conductive layer 15 can be used as a cell plate line, and if a material having a lower resistivity than the second hydrogen barrier layer 14 is selected for the conductive layer 15, the electric resistance of the cell plate line itself is reduced. Therefore, the operation speed of the semiconductor device can be improved.

なお、導電層15には、例えば、チタンアルミニウム(TiAl)、窒化チタン(TiN)、チタン(Ti)、窒化タンタル(TaN)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、又は銅(Cu)を用いることができる。   For example, the conductive layer 15 includes titanium aluminum (TiAl), titanium nitride (TiN), titanium (Ti), tantalum nitride (TaN), tantalum (Ta), aluminum (Al), tungsten (W), or copper. (Cu) can be used.

(第2変形例)
本実施形態に係る半導体装置の第2変形例として、図4(b)に示すように、第2の水素バリア層14の上に、導電層15を直接に積層して形成しても良い。
(Second modification)
As a second modification of the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 4B, a conductive layer 15 may be directly laminated on the second hydrogen barrier layer 14.

(半導体装置の製造方法)
以下、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
(Method for manufacturing semiconductor device)
The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment will be described below with reference to the drawings.

図5(a)〜図5(c)及び図6(a)〜図6(c)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法であって、図1のIIa−IIa線における断面構成を工程順に示している。ここで、図5及び図6においては、図1及び図2に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。   5 (a) to 5 (c) and FIGS. 6 (a) to 6 (c) are semiconductor device manufacturing methods according to an embodiment of the present invention, and are cross-sections taken along the line IIa-IIa in FIG. The configuration is shown in the order of steps. Here, in FIG.5 and FIG.6, the same code | symbol is attached | subjected to the structural member same as the structural member shown in FIG.1 and FIG.2.

まず、図5(a)に示すように、Siからなる半導体基板1の主面上に素子分離領域2を形成して、半導体基板1の主面を複数の素子活性領域3に区画する。続いて、ゲート電極(図示せず)を素子分離領域2及び複数の素子活性領域3の上に跨るように形成し、形成したゲート電極をマスクとして、不純物イオンのイオン注入を行なって拡散層を形成し、これにより、複数のトランジスタを形成する。続いて、例えば化学的気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法により、半導体基板1上の全面にSiO2 を主成分とする層間絶縁膜4を形成する。続いて、CVD法により、層間絶縁膜4の上にSiNを主成分とする第4の水素バリア層5を10nm〜200nmの厚さに形成する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、層間絶縁膜4及び第4の水素バリア層5に各素子活性領域3を露出するコンタクトホールを選択的に形成する。その後、CVD法又はスパッタリング法により、第4の水素バリア層5の上に各コンタクトホールが充填されるように全面にわたってポリシリコン又はタングステン等の導電性材料を堆積し、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polish)法又はエッチバック法により、堆積した導電性材料からなるプラグコンタクト6を形成する。 First, as shown in FIG. 5A, an element isolation region 2 is formed on the main surface of a semiconductor substrate 1 made of Si, and the main surface of the semiconductor substrate 1 is partitioned into a plurality of element active regions 3. Subsequently, a gate electrode (not shown) is formed over the element isolation region 2 and the plurality of element active regions 3, and impurity ions are ion-implanted using the formed gate electrode as a mask to form a diffusion layer. And thereby forming a plurality of transistors. Subsequently, an interlayer insulating film 4 containing SiO 2 as a main component is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method. Subsequently, a fourth hydrogen barrier layer 5 mainly composed of SiN is formed to a thickness of 10 nm to 200 nm on the interlayer insulating film 4 by a CVD method. Subsequently, contact holes that expose the device active regions 3 are selectively formed in the interlayer insulating film 4 and the fourth hydrogen barrier layer 5 by lithography and dry etching. Thereafter, a conductive material such as polysilicon or tungsten is deposited on the entire surface by CVD or sputtering so that each contact hole is filled on the fourth hydrogen barrier layer 5, and chemical mechanical polishing (CMP) is performed. : The plug contact 6 made of the deposited conductive material is formed by the Chemical Mechanical Polish) method or the etch back method.

次に、図5(b)に示すように、例えばスパッタリング法により、第4の水素バリア層5上の全面に、各プラグコンタクト6と接続されるように、例えば厚さが50nm〜200nmのTiAlNからなる第3の水素バリア層形成膜を堆積する。続いて、スパッタリング法により、第3の水素バリア層形成膜上の全面に下部電極形成膜を堆積する。ここで、下部電極用形成膜は、下層から順に、厚さが50nm〜200nmの酸素バリア性を有する導電性材料であるIrからなる第1バリア層と、厚さが30nm〜200nmの酸素バリア性を有する導電性材料であるIrO2 からなる第2バリア層と、厚さが30nm〜100nmの電極材料であるPtとから構成する。続いて、有機金属分解(MOD:Metal Organic Decomposition)法、スパッタリング法、又は有機金属気相堆積(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により、下部電極形成膜上の全面に、厚さが50nm〜150nmの絶縁性金属酸化物であり強誘電体材料である、例えば(SrBi2(Tax,Nb1-x)29)(但し、xは0≦x≦1である。)からなる容量絶縁膜形成膜を堆積する。続いて、例えばスパッタリング法により、容量絶縁膜形成膜上の全面に厚さが30nm〜100nmのPtからなる上部電極形成膜を堆積する。続いて、上部電極形成膜の上に、リソグラフィ法により容量素子パターンを有するレジストパターンを形成する。又はリソグラフィ法及びエッチング法により、SiO2 、Ti、TiN若しくはTiAlN等からなり容量素子パターンを有するハードマスクパターンを形成する。続いて、形成したレジストパターン又はハードマスクパターンを用いて、上部電極形成膜、容量絶縁膜形成膜、下部電極形成膜、及び第3の水素バリア層形成膜に対してドライエッチングを行なう。これにより、第3の水素バリア層形成膜から第3の水素バリア層7が形成され、下部電極形成膜から下部電極8が形成され、容量絶縁膜形成膜から容量絶縁膜9が形成され、上部電極形成膜から上部電極10が形成されて、容量素子11を1つのマスクにより得ることができる。このドライエッチングには、エッチングガスとして、第3の水素バリア層7、下部電極8及び上部電極10をパターニングする工程においては塩素を含むガスを用い、容量絶縁膜9をパターニングする工程においては、フッ素又は塩素を含むガスを用いる。 Next, as shown in FIG. 5B, TiAlN having a thickness of, for example, 50 nm to 200 nm so as to be connected to each plug contact 6 on the entire surface of the fourth hydrogen barrier layer 5 by, for example, sputtering. A third hydrogen barrier layer forming film is deposited. Subsequently, a lower electrode formation film is deposited on the entire surface of the third hydrogen barrier layer formation film by sputtering. Here, the formation film for the lower electrode includes, in order from the lower layer, a first barrier layer made of Ir, which is a conductive material having an oxygen barrier property with a thickness of 50 nm to 200 nm, and an oxygen barrier property with a thickness of 30 nm to 200 nm. A second barrier layer made of IrO 2 which is a conductive material having a thickness of Pt and an electrode material having a thickness of 30 nm to 100 nm. Subsequently, a thickness of 50 nm to 50 nm is formed on the entire surface of the lower electrode formation film by a metal organic decomposition (MOD) method, a sputtering method, or a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. A capacitor made of, for example, (SrBi 2 (Ta x , Nb 1-x ) 2 O 9 ) (where x is 0 ≦ x ≦ 1), which is a 150 nm insulating metal oxide and a ferroelectric material. An insulating film forming film is deposited. Subsequently, an upper electrode forming film made of Pt having a thickness of 30 nm to 100 nm is deposited on the entire surface of the capacitive insulating film forming film by, eg, sputtering. Subsequently, a resist pattern having a capacitive element pattern is formed on the upper electrode formation film by a lithography method. Alternatively, a hard mask pattern having a capacitive element pattern made of SiO 2 , Ti, TiN, TiAlN, or the like is formed by lithography and etching. Subsequently, dry etching is performed on the upper electrode formation film, the capacitor insulating film formation film, the lower electrode formation film, and the third hydrogen barrier layer formation film using the formed resist pattern or hard mask pattern. Thereby, the third hydrogen barrier layer 7 is formed from the third hydrogen barrier layer forming film, the lower electrode 8 is formed from the lower electrode forming film, the capacitive insulating film 9 is formed from the capacitive insulating film forming film, and the upper part The upper electrode 10 is formed from the electrode formation film, and the capacitor element 11 can be obtained with one mask. In this dry etching, a gas containing chlorine is used as an etching gas in the step of patterning the third hydrogen barrier layer 7, the lower electrode 8, and the upper electrode 10, and fluorine is used in the step of patterning the capacitive insulating film 9. Alternatively, a gas containing chlorine is used.

ここで、容量素子11を得るドライエッチングの後に、該ドライエッチングにより容量絶縁膜9のパターンエッジ部に発生する結晶構造の乱れを修復して再結晶化を図る熱処理を行なっても良い。熱処理条件は、雰囲気を酸素とし、温度を500℃〜800℃とし、時間を0.5分〜60分程度としている。   Here, after the dry etching for obtaining the capacitor element 11, a heat treatment for recrystallization by repairing the disorder of the crystal structure generated at the pattern edge portion of the capacitor insulating film 9 by the dry etching may be performed. The heat treatment conditions are such that the atmosphere is oxygen, the temperature is 500 ° C. to 800 ° C., and the time is about 0.5 to 60 minutes.

次に、図5(c)に示すように、CVD法、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法又はスパッタリング法により、第4の水素バリア層5の上に各容量素子11の上面及び側面を覆うように全面にわたって、例えば厚さが10nm〜50nmでTiAlO又はAl23等の絶縁性材料からなる第1の水素バリア層12を堆積する。 Next, as shown in FIG. 5C, the upper surface and the side surface of each capacitive element 11 are formed on the fourth hydrogen barrier layer 5 by the CVD method, the atomic layer deposition (ALD) method, or the sputtering method. A first hydrogen barrier layer 12 made of an insulating material such as TiAlO or Al 2 O 3 with a thickness of 10 nm to 50 nm, for example, is deposited over the entire surface so as to cover the surface.

次に、図6(a)に示すように、CVD法により、第1の水素バリア層12上の全面にSiO2 又はSiNを主成分とするスペーサ絶縁膜13を容量素子11を埋め込むように堆積する。 Next, as shown in FIG. 6A, a spacer insulating film 13 mainly composed of SiO 2 or SiN is deposited on the entire surface of the first hydrogen barrier layer 12 so as to embed the capacitor element 11 by CVD. To do.

次に、図6(b)に示すように、CMP法により、スペーサ絶縁膜13の上部と第1の水素バリア層12における容量素子11の上側部分とを研磨して、容量素子11の上部電極10を露出するまで研磨することにより、上部電極10の上面、第1の水素バリア層12における容量素子11の側面上の上端面、及びスペーサ絶縁膜13の上面がほぼ同一の高さとなるように平坦化される。ここで、CMP工程を行なった後に、第1の水素バリア層12及びスペーサ絶縁膜13を堆積したり平坦化したりする際に発生する水素又は水分による容量絶縁膜9の還元による酸素の欠損を補うように、酸素を含む雰囲気で温度を500℃〜800℃とし、0.5分〜60分間程度の再結晶化を図る熱処理を行なっても良い。   Next, as shown in FIG. 6B, the upper portion of the spacer insulating film 13 and the upper portion of the capacitor element 11 in the first hydrogen barrier layer 12 are polished by CMP, and the upper electrode of the capacitor element 11 is polished. 10 is exposed so that the upper surface of the upper electrode 10, the upper end surface of the first hydrogen barrier layer 12 on the side surface of the capacitive element 11, and the upper surface of the spacer insulating film 13 have substantially the same height. Flattened. Here, after performing the CMP process, oxygen deficiency due to reduction of the capacitive insulating film 9 by hydrogen or moisture generated when the first hydrogen barrier layer 12 and the spacer insulating film 13 are deposited or planarized is compensated. As described above, the temperature may be set to 500 ° C. to 800 ° C. in an atmosphere containing oxygen, and heat treatment for recrystallization for about 0.5 minutes to 60 minutes may be performed.

次に、図6(c)に示すように、スパッタリング法により、上部電極10を含むスペーサ絶縁膜13の上に、厚さが20nm〜300nmのTiAlNを主成分とする導電性を有する第2の水素バリア層14を堆積する。これにより、第1の水素バリア層12における容量素子11の側面上の上端面は、第2の水素バリア層14の下面と接するようになる。その結果、容量素子11は、その上面を第2の水素バリア層14により、その側面を第1の水素バリア層12により、その下面を第3の水素バリア層7及び第4の水素バリア層5により覆われる。この後は、図1に示すように、第2の水素バリア層14に対して、図1のIIa−IIa線方向に延びるストライプ状にパターニングしても良い。   Next, as shown in FIG. 6C, a second conductive material mainly composed of TiAlN having a thickness of 20 nm to 300 nm is formed on the spacer insulating film 13 including the upper electrode 10 by sputtering. A hydrogen barrier layer 14 is deposited. As a result, the upper end surface of the first hydrogen barrier layer 12 on the side surface of the capacitive element 11 comes into contact with the lower surface of the second hydrogen barrier layer 14. As a result, the capacitive element 11 has an upper surface formed by the second hydrogen barrier layer 14, a side surface formed by the first hydrogen barrier layer 12, and a lower surface formed by the third hydrogen barrier layer 7 and the fourth hydrogen barrier layer 5. Covered by. Thereafter, as shown in FIG. 1, the second hydrogen barrier layer 14 may be patterned in a stripe shape extending in the IIa-IIa line direction of FIG.

以上説明したように、本実施形態によると、第1の水素バリア層12を加工する際に、CMP法又はエッチバック法を用いていることからマスクを用いる必要がなくなり、容量素子11本体を形成するために必要なマスク以外に必要となるマスクは、第2の水素バリア層14をパターニングするマスクのみとなる。従って、容量素子11が、少なくとも第1の水素バリア層12及び第2の水素バリア層14により被覆される構造を極めて容易に且つ低コストで実現できるようになり、その結果、容量絶縁膜9に生じる水素の還元による容量素子11の特性劣化を防止することができる。   As described above, according to the present embodiment, when the first hydrogen barrier layer 12 is processed, it is not necessary to use a mask because the CMP method or the etch back method is used, and the capacitor element 11 body is formed. In addition to the masks necessary for the purpose, the only mask required is the mask for patterning the second hydrogen barrier layer 14. Therefore, the structure in which the capacitor element 11 is covered with at least the first hydrogen barrier layer 12 and the second hydrogen barrier layer 14 can be realized very easily and at low cost. It is possible to prevent the deterioration of the characteristics of the capacitor element 11 due to the reduction of the generated hydrogen.

また、第2の水素バリア層14を上部電極10及びスペーサ絶縁膜13上に形成するよりも前に、容量絶縁膜9の再結晶化を図る酸素雰囲気での熱処理を行なうため、第2の水素バリア層14を形成した後に酸素雰囲気における容量絶縁膜9への再結晶化の熱処理を実施する場合と比べて、第2の水素バリア層14に対する酸化による不具合、例えば高抵抗化や膜の剥離等の発生を防止することができる。   Further, before the second hydrogen barrier layer 14 is formed on the upper electrode 10 and the spacer insulating film 13, the second hydrogen barrier layer 14 is subjected to heat treatment in an oxygen atmosphere for recrystallization of the capacitor insulating film 9. Compared to the case where the heat treatment for recrystallization of the capacitive insulating film 9 in the oxygen atmosphere is performed after the barrier layer 14 is formed, defects due to oxidation of the second hydrogen barrier layer 14, such as high resistance and film peeling, etc. Can be prevented.

本発明に係る半導体装置及びその製造方法は、製造工程を簡単化できると共に、容量絶縁膜のエッチングダメージを回復する熱処理を確実に行なえ、且つ容量絶縁膜の水素による特性の劣化を防止することができるという効果を有し、従って、強誘電体又は高誘電体を容量絶縁膜に持つ容量素子を有する半導体装置の製造方法に有用である。   The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention can simplify the manufacturing process, reliably perform the heat treatment for recovering the etching damage of the capacitor insulating film, and prevent the deterioration of the characteristics of the capacitor insulating film due to hydrogen. Therefore, it is useful for a method of manufacturing a semiconductor device having a capacitive element having a ferroelectric or high dielectric as a capacitive insulating film.

本発明の一実施形態に係る半導体装置の要部を示す平面図である。It is a top view which shows the principal part of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)は図1のIIa−IIa線における構成断面図であり、(b)は図1のIIb−IIb線における構成断面図である。(A) is the structure sectional drawing in the IIa-IIa line | wire of FIG. 1, (b) is the structure sectional drawing in the IIb-IIb line | wire of FIG. 本発明の一実施形態に係る半導体装置における容量素子の残留分極(2Pr)の値を水素シンタ処理の前後で評価した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having evaluated the value of the remanent polarization (2Pr) of the capacitive element in the semiconductor device concerning one embodiment of the present invention before and after hydrogen sintering processing. (a)及び(b)は本発明の一実施形態の変形例に係る半導体装置の要部を示し、(a)は第1変形例に係る構成断面図であり、(b)は第2変形例に係る構成断面図である。(A) And (b) shows the principal part of the semiconductor device which concerns on the modification of one Embodiment of this invention, (a) is a structure sectional drawing which concerns on a 1st modification, (b) is a 2nd modification. It is a composition sectional view concerning an example. (a)〜(c)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。(A)-(c) is the structure sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。(A)-(c) is the structure sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 第1の従来例に係る容量素子を示す構成断面図である。It is a cross-sectional view showing a capacitive element according to a first conventional example. 第2の従来例に係る容量素子を示す構成断面図である。FIG. 10 is a structural cross-sectional view showing a capacitive element according to a second conventional example.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2 素子分離領域
3 素子活性領域
4 層間絶縁膜(第1の絶縁膜)
5 第4の水素バリア層
6 プラグコンタクト
7 第3の水素バリア層
8 下部電極
9 容量絶縁膜
10 上部電極
11 容量素子
12 第1の水素バリア層
13 スペーサ絶縁膜(第2の絶縁膜)
14 第2の水素バリア層
15 導電層
16 配線間絶縁膜
17 ビア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Element isolation region 3 Element active region 4 Interlayer insulation film (1st insulation film)
5 Fourth hydrogen barrier layer 6 Plug contact 7 Third hydrogen barrier layer 8 Lower electrode 9 Capacitive insulating film 10 Upper electrode 11 Capacitor element 12 First hydrogen barrier layer 13 Spacer insulating film (second insulating film)
14 Second hydrogen barrier layer 15 Conductive layer 16 Inter-wiring insulating film 17 Via

Claims (26)

第1の絶縁膜の上に、下部電極と強誘電体又は高誘電体からなる容量絶縁膜と上部電極とを含む容量素子を形成する第1の工程と、
前記第1の絶縁膜の上に前記容量素子を覆うように、前記容量絶縁膜に対する水素の拡散を防止する第1の水素バリア層を形成する第2の工程と、
前記第1の水素バリア層の上に、第2の絶縁膜を形成する第3の工程と、
前記第2の絶縁膜、及び前記第1の水素バリア層における前記容量素子の上側部分を、前記上部電極が露出するように平坦化する第4の工程と、
平坦化された前記第2の絶縁膜の上に、導電性を有する第2の水素バリア層を前記上部電極と前記第1の水素バリア層とに接するように形成する第5の工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first step of forming a capacitive element including a lower electrode, a capacitive insulating film made of a ferroelectric or a high dielectric, and an upper electrode on the first insulating film;
A second step of forming a first hydrogen barrier layer for preventing diffusion of hydrogen to the capacitive insulating film so as to cover the capacitive element on the first insulating film;
A third step of forming a second insulating film on the first hydrogen barrier layer;
A fourth step of planarizing the upper portion of the capacitive element in the second insulating film and the first hydrogen barrier layer so that the upper electrode is exposed;
And a fifth step of forming a conductive second hydrogen barrier layer on the planarized second insulating film so as to be in contact with the upper electrode and the first hydrogen barrier layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1の工程は、
前記第1の絶縁膜の上に全面にわたって下部電極形成膜を堆積する工程と、
前記下部電極形成膜の上に容量絶縁膜形成膜を堆積する工程と、
前記容量絶縁膜形成膜の上に上部電極用形成膜を堆積する工程と、
前記上部電極形成膜の上に前記容量素子をパターニングするマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンを用いて、前記上部電極形成膜、容量絶縁膜形成膜及び下部電極形成膜に対してエッチングを行なうことにより、前記上部電極形成膜、容量絶縁膜形成膜及び下部電極形成膜から、それぞれ上部電極、容量絶縁膜及び下部電極を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The first step includes
Depositing a lower electrode formation film over the entire surface of the first insulating film;
Depositing a capacitive insulating film forming film on the lower electrode forming film;
Depositing an upper electrode forming film on the capacitor insulating film forming film;
Forming a mask pattern for patterning the capacitive element on the upper electrode formation film;
Using the mask pattern, by etching the upper electrode forming film, the capacitive insulating film forming film and the lower electrode forming film, from the upper electrode forming film, the capacitive insulating film forming film and the lower electrode forming film, The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising forming an upper electrode, a capacitor insulating film, and a lower electrode.
前記第1の工程は、前記下部電極形成膜を堆積するよりも前に、
前記第1の絶縁膜の上の全面に前記容量絶縁膜に対する水素の拡散を防止する第3の水素バリア層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
Before the first step, the lower electrode formation film is deposited,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising a step of forming a third hydrogen barrier layer that prevents diffusion of hydrogen into the capacitive insulating film over the entire surface of the first insulating film. .
前記第1の工程よりも後で且つ前記第5の工程よりも前に、
前記容量絶縁膜に対して酸化性雰囲気の熱処理を行なう第6の工程をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
After the first step and before the fifth step,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a sixth step of performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere on the capacitive insulating film.
前記第6の工程において、前記熱処理の温度範囲は500℃〜800℃であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein a temperature range of the heat treatment is 500 ° C. to 800 ° C. in the sixth step. 前記第4の工程は、化学機械的研磨法若しくはエッチバック法により、又はこれらを組み合わせて行なうことを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the fourth step is performed by a chemical mechanical polishing method, an etch back method, or a combination thereof. 前記第1の水素バリア層は、SiN、SiON、Al23、TiAlO、TaAlO、TiSiO及びTaSiOからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The first hydrogen barrier layer is made of at least one material selected from the group consisting of SiN, SiON, Al 2 O 3 , TiAlO, TaAlO, TiSiO, and TaSiO. The manufacturing method of the semiconductor device of description. 前記第2の水素バリア層は、TiAlN、TiAl、TaAlN、TaAl、TiSiN、TaSiN、Ti及びTaからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   The second hydrogen barrier layer is made of at least one material selected from the group consisting of TiAlN, TiAl, TaAlN, TaAl, TiSiN, TaSiN, Ti, and Ta. Semiconductor device manufacturing method. 前記第3の水素バリア層は、TiAlN、TiAl、TaAlN、TiSiN及びTaSiNからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the third hydrogen barrier layer is made of at least one material selected from the group consisting of TiAlN, TiAl, TaAlN, TiSiN, and TaSiN. . 前記容量絶縁膜は、SrBi2(TaxNb1-x29、Pb(ZrxTi1-x)O3、(BaxSr1-x)TiO3、(BixLa1-x4Ti312(但し、いずれもxは0≦x≦1である。)及びTa25からなる群より選択された1つの材料により構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The capacitor insulating film, SrBi 2 (Ta x Nb 1 -x) 2 O 9, Pb (Zr x Ti 1-x) O 3, (Ba x Sr 1-x) TiO 3, (Bi x La 1-x 4 ) Ti 3 O 12 (where x is 0 ≦ x ≦ 1) and Ta 2 O 5, and one material selected from the group consisting of Ta 2 O 5 The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3. それぞれが、第1の絶縁膜の上に順次形成され、下部電極、強誘電体又は高誘電体からなる容量絶縁膜及び上部電極とを含む複数の容量素子と、
前記各容量素子の側面上に、その上端面が前記上部電極の上面とほぼ一致するように形成され、前記容量絶縁膜に対する水素の拡散を防止する複数の第1の水素バリア層と、
前記各上部電極の上に前記第1の水素バリア層の各上端面と接するように形成され、前記容量絶縁膜に対する水素の拡散をそれぞれ防止する導電性を有する複数の第2の水素バリア層とを備えていることを特徴とする半導体装置。
A plurality of capacitive elements each formed sequentially on the first insulating film and including a lower electrode, a capacitive insulating film made of a ferroelectric or a high dielectric, and an upper electrode;
A plurality of first hydrogen barrier layers formed on the side surfaces of each of the capacitive elements so that an upper end surface thereof substantially coincides with an upper surface of the upper electrode, and preventing diffusion of hydrogen into the capacitive insulating film;
A plurality of second hydrogen barrier layers formed on the respective upper electrodes so as to be in contact with the respective upper end surfaces of the first hydrogen barrier layer and having conductivity to respectively prevent diffusion of hydrogen into the capacitive insulating film; A semiconductor device comprising:
前記各第2の水素バリア層は、前記複数の容量素子の前記上部電極と接続されることにより、セルプレート線を構成していることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。   12. The semiconductor device according to claim 11, wherein each of the second hydrogen barrier layers constitutes a cell plate line by being connected to the upper electrodes of the plurality of capacitive elements. 前記各第2の水素バリア層と電気的に接続された導電層をさらに備えていることを特徴とする請求項11又は12に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 11, further comprising a conductive layer electrically connected to each of the second hydrogen barrier layers. 前記導電層は前記各第2の水素バリア層の上に積層されて形成されていることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 13, wherein the conductive layer is formed by being stacked on the second hydrogen barrier layers. 前記複数の容量素子は互いに間隔をおいて形成され、前記第1の絶縁膜上における容量素子同士の間の領域は第2の絶縁膜により埋め込まれていることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。   The plurality of capacitive elements are formed to be spaced from each other, and a region between the capacitive elements on the first insulating film is embedded with a second insulating film. Semiconductor device. 前記容量素子は、前記下部電極、容量絶縁膜及び上部電極が同一の平面形状となるように形成されていることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。   12. The semiconductor device according to claim 11, wherein the capacitor element is formed so that the lower electrode, the capacitor insulating film, and the upper electrode have the same planar shape. 前記各下部電極の下側には、前記各容量絶縁膜に対する水素の拡散を防止する複数の第3の水素バリア層が形成され、
前記各第3の水素バリア層の側端面は、前記第1の水素バリア層と接していることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。
A plurality of third hydrogen barrier layers that prevent diffusion of hydrogen into the capacitive insulating films are formed under the lower electrodes.
The semiconductor device according to claim 11, wherein a side end surface of each third hydrogen barrier layer is in contact with the first hydrogen barrier layer.
前記各第3の水素バリア層は、前記各下部電極と同一の平面形状を有していることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。   18. The semiconductor device according to claim 17, wherein each of the third hydrogen barrier layers has the same planar shape as each of the lower electrodes. 前記第1の絶縁膜と前記各下部電極との間には、前記各容量絶縁膜に対する水素の拡散を防止する絶縁性を有する第4の水素バリア層が形成され、
前記第4の水素バリア層は、前記第1の水素バリア層の下面と接していることを特徴とする請求項11又は17に記載の半導体装置。
Between the first insulating film and each of the lower electrodes, a fourth hydrogen barrier layer having an insulating property to prevent diffusion of hydrogen to each of the capacitive insulating films is formed,
The semiconductor device according to claim 11, wherein the fourth hydrogen barrier layer is in contact with a lower surface of the first hydrogen barrier layer.
前記第1の絶縁膜に前記各下部電極と電気的に接続されるように形成された複数のプラグコンタクトをさらに備えていることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置。   20. The semiconductor device according to claim 19, further comprising a plurality of plug contacts formed on the first insulating film so as to be electrically connected to the lower electrodes. 前記第1の水素バリア層は、SiN、SiON、Al23、TiAlO、TaAlO、TiSiO及びTaSiOからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。 The first hydrogen barrier layer is made of at least one material selected from the group consisting of SiN, SiON, Al 2 O 3 , TiAlO, TaAlO, TiSiO, and TaSiO. The semiconductor device described. 前記第2の水素バリア層は、TiAlN、TiAl、TaAlN、TaAl、TiSiN、TaSiN、Ti及びTaからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。   12. The second hydrogen barrier layer is made of at least one material selected from the group consisting of TiAlN, TiAl, TaAlN, TaAl, TiSiN, TaSiN, Ti, and Ta. Semiconductor device. 前記導電層は、TiAl、TiN、Ti、TaN、Ta、Al、W及びCuからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 13, wherein the conductive layer is made of at least one material selected from the group consisting of TiAl, TiN, Ti, TaN, Ta, Al, W, and Cu. 前記第3の水素バリア層は、TiAlN、TiAl、TaAlN、TiSiN及びTaSiNからなる群より選択された少なくとも1つの材料により構成されていることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。   18. The semiconductor device according to claim 17, wherein the third hydrogen barrier layer is made of at least one material selected from the group consisting of TiAlN, TiAl, TaAlN, TiSiN, and TaSiN. 前記第4の水素バリア層は、SiN、SiON、Al23、TiAlO、TaAlO、TiSiO及びTaSiOからなる群より選択された少なくとも1つ材料により構成されていることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置。 The fourth hydrogen barrier layer is made of at least one material selected from the group consisting of SiN, SiON, Al 2 O 3 , TiAlO, TaAlO, TiSiO, and TaSiO. The semiconductor device described. 前記容量絶縁膜は、SrBi2(TaxNb1-x29、Pb(ZrxTi1-x)O3、(BaxSr1-x)TiO3、(BixLa1-x4Ti312(但し、いずれもxは0≦x≦1である。)及びTa25からなる群より選択された1つの材料により構成されていることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。 The capacitor insulating film, SrBi 2 (Ta x Nb 1 -x) 2 O 9, Pb (Zr x Ti 1-x) O 3, (Ba x Sr 1-x) TiO 3, (Bi x La 1-x ) 4 Ti 3 O 12 (where both x is 0 ≦ x ≦ 1.) and Ta 2 claim 11, characterized in that O has 5 is composed of one material selected from the group consisting of and A semiconductor device according to 1.
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