JP2005057103A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
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
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
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(Si3N4)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
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
(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(Si3N4)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(SrBi2Ta2O9 )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
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
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。
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
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
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、Al2O3、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-x)2O9、Pb(ZrxTi1-x)O3、(BaxSr1-x)TiO3、(BixLa1-x)4Ti3O12(但し、いずれもxは0≦x≦1である。)及びTa2O5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、Al2O3、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、Al2O3、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-x)2O9、Pb(ZrxTi1-x)O3、(BaxSr1-x)TiO3、(BixLa1-x)4Ti3O12(但し、いずれもxは0≦x≦1である。)及びTa2O5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
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
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
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
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
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
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-x)2O9)(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-x)2O9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-x)4Ti3O12)(但し、いずれも、xは0≦x≦1である。)、又は五酸化タンタル(Ta2O5)を用いることができる。
On the
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
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
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(Al2O3)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
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
また、第1の水素バリア層12は、TiAlO及びAl2O3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
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
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
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
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
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
(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
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
(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
(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
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)2O9)(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
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
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Al2O3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
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
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
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
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
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
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.
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
5 Fourth
14 Second
Claims (26)
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.
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