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JP4452726B2 - memory - Google Patents

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JP4452726B2 JP2007008638A JP2007008638A JP4452726B2 JP 4452726 B2 JP4452726 B2 JP 4452726B2 JP 2007008638 A JP2007008638 A JP 2007008638A JP 2007008638 A JP2007008638 A JP 2007008638A JP 4452726 B2 JP4452726 B2 JP 4452726B2
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重治 松下
運也 本間
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パトレネラ キャピタル リミテッド, エルエルシー
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  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

この発明は、メモリに関し、より特定的には、強誘電体膜や巨大磁気抵抗(CMR:colossal magnetoresistance)膜などの記憶材料膜を含むメモリに関する。   The present invention relates to a memory, and more particularly to a memory including a memory material film such as a ferroelectric film or a giant magnetoresistive (CMR) film.

従来、強誘電体膜を有する素子は、強誘電性などの特性を有しているため、エレクトロニクスなどの多くの分野で応用が期待されている。たとえば、分極ヒステリシス現象を利用した不揮発性の強誘電体メモリなどが研究されている(たとえば、特許文献1参照)。また、従来、電圧をパルス印加することにより大幅に抵抗が変化する巨大磁気抵抗材料を利用した不揮発性メモリなども提案されている。この巨大磁気抵抗材料を用いた不揮発性メモリでは、上部電極と下部電極との間に挟まれた巨大磁気抵抗材料膜の抵抗値の差を利用してデータを保持する。   Conventionally, since an element having a ferroelectric film has characteristics such as ferroelectricity, it is expected to be applied in many fields such as electronics. For example, a nonvolatile ferroelectric memory using a polarization hysteresis phenomenon has been studied (for example, see Patent Document 1). Conventionally, a non-volatile memory using a giant magnetoresistive material whose resistance changes greatly by applying a pulse of voltage has been proposed. In the nonvolatile memory using the giant magnetoresistive material, data is retained by utilizing the difference in resistance value of the giant magnetoresistive material film sandwiched between the upper electrode and the lower electrode.

強誘電体膜を用いた不揮発性メモリでは、上部電極および下部電極間に挟まれた強誘電体材料の自発分極によりデータを保持する。このような強誘電体メモリとして、1つの強誘電体キャパシタと1つのスイッチングトランジスタとにより1つのメモリセルを構成した1トランジスタ1キャパシタ型の強誘電体メモリが知られている。しかしながら、このような1トランジスタ1キャパシタ型の強誘電体メモリでは、スイッチングトランジスタを各メモリセルに配置する必要があるため、集積度を向上させるのが困難であるという不都合があった。そこで、従来、1つのメモリセルが1つの強誘電体キャパシタのみによって構成される単純マトリックス型(クロスポイント型)の強誘電体メモリからなる不揮発性メモリが提案されている。この単純マトリックス型の強誘電体メモリでは、1つのメモリセルが1つの強誘電体キャパシタのみによって構成されるので、メモリセルの面積を非常に小さくすることができる。その結果、集積度を向上させることが可能である。   In a nonvolatile memory using a ferroelectric film, data is retained by spontaneous polarization of a ferroelectric material sandwiched between an upper electrode and a lower electrode. As such a ferroelectric memory, a one-transistor one-capacitor type ferroelectric memory in which one memory cell is constituted by one ferroelectric capacitor and one switching transistor is known. However, such a one-transistor one-capacitor type ferroelectric memory has a disadvantage that it is difficult to improve the degree of integration because a switching transistor needs to be arranged in each memory cell. In view of this, a nonvolatile memory composed of a simple matrix type (cross-point type) ferroelectric memory in which one memory cell is composed of only one ferroelectric capacitor has been proposed. In this simple matrix type ferroelectric memory, since one memory cell is composed of only one ferroelectric capacitor, the area of the memory cell can be made very small. As a result, the degree of integration can be improved.

図16は、従来の単純マトリックス型の強誘電体メモリの構造を示した断面図である。図16を参照して、従来の単純マトリックス型の強誘電体メモリでは、基板101上に下部電極102が形成されている。下部電極102上の所定領域には、強誘電体膜103を介して上部電極104が形成されている。下部電極102は、たとえば、ワード線(図示せず)に接続され、上部電極104は、たとえば、ビット線(図示せず)に接続される。これら下部電極102、強誘電体膜103および上部電極104によって、強誘電体キャパシタ110が構成されている。そして、この1つの強誘電体キャパシタ110のみによって1つのメモリセルが構成される。   FIG. 16 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional simple matrix ferroelectric memory. Referring to FIG. 16, in a conventional simple matrix ferroelectric memory, a lower electrode 102 is formed on a substrate 101. An upper electrode 104 is formed in a predetermined region on the lower electrode 102 via a ferroelectric film 103. The lower electrode 102 is connected to a word line (not shown), for example, and the upper electrode 104 is connected to a bit line (not shown), for example. The lower electrode 102, the ferroelectric film 103, and the upper electrode 104 constitute a ferroelectric capacitor 110. Only one ferroelectric capacitor 110 constitutes one memory cell.

図17および図18は、図16に示した従来の単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図16〜図18を参照して、従来の単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスについて説明する。   17 and 18 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the conventional simple matrix ferroelectric memory shown in FIG. Next, a manufacturing process of a conventional simple matrix ferroelectric memory will be described with reference to FIGS.

まず、図17に示すように、基板101上に、下部電極102、強誘電体膜103および上部電極104を順次堆積する。その後、上部電極104上の所定領域に、フォトレジスト膜105を形成する。そして、フォトレジスト膜105をマスクとして、上部電極104および強誘電体膜103をエッチングすることによって、下部電極102を露出させる。これにより、上部電極104および強誘電体膜103を図18に示すようにパターニングする。この後、フォトレジスト膜105を除去することによって、図16に示されるような従来の単純マトリックス型の強誘電体メモリが形成される。   First, as shown in FIG. 17, a lower electrode 102, a ferroelectric film 103, and an upper electrode 104 are sequentially deposited on a substrate 101. Thereafter, a photoresist film 105 is formed in a predetermined region on the upper electrode 104. Then, the lower electrode 102 is exposed by etching the upper electrode 104 and the ferroelectric film 103 using the photoresist film 105 as a mask. Thus, the upper electrode 104 and the ferroelectric film 103 are patterned as shown in FIG. Thereafter, the photoresist film 105 is removed to form a conventional simple matrix ferroelectric memory as shown in FIG.

特開2001−210795号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-210795

図16に示した従来の単純マトリックス型の強誘電体メモリでは、上部電極104および強誘電体膜103が同じ形状にパターニングされているため、上部電極104の下方にのみ強誘電体膜103が存在し、上部電極104の斜め下方には強誘電体膜103が存在しない状態になる。この場合、この構造では、上部電極104から横方向にもれる電界によって分極された強誘電体膜103の成分の寄与がなくなるという不都合があった。このように上部電極104から横方向にもれる電界によって分極された強誘電体膜103の成分の寄与がなくなると、強誘電体膜103の残留分極量が減少するので、強誘電体キャパシタ110から読み出される信号の強さが減少する。その結果、読み出し信号の検出精度を向上させるのが困難であるという問題点があった。   In the conventional simple matrix ferroelectric memory shown in FIG. 16, since the upper electrode 104 and the ferroelectric film 103 are patterned in the same shape, the ferroelectric film 103 exists only below the upper electrode 104. Then, the ferroelectric film 103 does not exist obliquely below the upper electrode 104. In this case, this structure has a disadvantage that the contribution of the component of the ferroelectric film 103 polarized by the electric field that extends in the lateral direction from the upper electrode 104 is lost. When the contribution of the component of the ferroelectric film 103 polarized by the electric field that leaks from the upper electrode 104 in this way is eliminated, the residual polarization amount of the ferroelectric film 103 is reduced. The strength of the read signal is reduced. As a result, there is a problem that it is difficult to improve the detection accuracy of the read signal.

なお、上記問題点は、強誘電体膜103に代えて巨大磁性抵抗材料を用いた場合にも同様に生じる。すなわち、上部電極104から横方向にもれる電界による巨大磁性抵抗材料の抵抗成分の寄与がなくなるので、信号の検出精度が低下するという問題点があった。   The above problem also occurs when a giant magnetoresistive material is used instead of the ferroelectric film 103. In other words, the contribution of the resistance component of the giant magnetoresistive material due to the electric field flowing in the lateral direction from the upper electrode 104 is eliminated, so that the signal detection accuracy is lowered.

そこで、上記した問題点を解決するために、図18に示す工程において上部電極104のみをエッチングし、強誘電体膜103をエッチングしないようにすることも考えられる。しかしながら、図18に示す工程においてフォトレジスト膜105をマスクとして上部電極104のみをエッチングすることにより上部電極104のみをパターニングすると、たとえば、Ptなどからなる上部電極104をエッチングする際の塩素系のエッチングガスにより強誘電体膜103の露出した表面が腐食するという不都合が新たに発生する。このように強誘電体膜103の露出した表面が腐食すると、その腐食した部分は強誘電体膜103として機能しなくなるので、結局、上部電極104から横方向にもれる電界によって分極された強誘電体膜103の成分を得ることは困難になる。この問題点は、強誘電体膜103に代えて巨大磁性抵抗材料を用いた場合にも同様である。その結果、読み出し信号の検出精度を向上させるのは困難である。   Therefore, in order to solve the above-described problem, it may be considered that only the upper electrode 104 is etched and the ferroelectric film 103 is not etched in the step shown in FIG. However, if only the upper electrode 104 is patterned by etching only the upper electrode 104 using the photoresist film 105 as a mask in the step shown in FIG. 18, for example, chlorine-based etching when the upper electrode 104 made of Pt or the like is etched. A new problem arises in that the exposed surface of the ferroelectric film 103 is corroded by the gas. When the exposed surface of the ferroelectric film 103 is corroded in this way, the corroded portion does not function as the ferroelectric film 103. Therefore, the ferroelectric film polarized by the electric field that is laterally separated from the upper electrode 104 is eventually obtained. It becomes difficult to obtain the components of the body membrane 103. This problem is the same when a giant magnetoresistive material is used instead of the ferroelectric film 103. As a result, it is difficult to improve the read signal detection accuracy.

この発明の1つの目的は、メモリセルから読み出される信号の強度を増加させることにより信号の読み出し精度を向上させることが可能なメモリを提供することである。   One object of the present invention is to provide a memory capable of improving the signal reading accuracy by increasing the intensity of the signal read from the memory cell.

課題を解決するための手段および発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

この発明の一の局面におけるメモリは、第1電極膜と、第1電極膜上に形成され、記憶部と、記憶部の厚みよりも小さく、かつ、平均値で記憶部の厚みの15%以上の厚みを有する薄膜部とを有する記憶材料膜と、記憶材料膜の記憶部上に形成された第2電極膜と、第1電極膜、記憶材料膜および第2電極膜を有する単純マトリックス型の複数のメモリセルを含むメモリセルアレイ領域と、平面的に見てメモリセルアレイ領域とは異なる領域に形成され、トランジスタを含む周辺回路領域と、メモリセルアレイ領域の複数のメモリセルが形成される領域の記憶材料膜の上方の実質的に全領域を覆うように形成されるとともに、トランジスタを含む周辺回路領域には形成されない水素の拡散を抑制する絶縁膜とを備える。
The memory according to one aspect of the present invention is formed on the first electrode film and the first electrode film, and is smaller than the thickness of the storage unit and the storage unit, and is 15% or more of the thickness of the storage unit on average. A memory material film having a thin film portion having a thickness of 2 mm, a second electrode film formed on the memory portion of the memory material film, a simple matrix type having a first electrode film, a memory material film, and a second electrode film A memory cell array region including a plurality of memory cells, a memory formed in a region different from the memory cell array region in plan view, a peripheral circuit region including a transistor, and a memory for storing a plurality of memory cells in the memory cell array region The insulating film is formed so as to cover substantially the entire region above the material film and suppresses diffusion of hydrogen that is not formed in the peripheral circuit region including the transistor.

この一の局面によるメモリでは、上記のように、記憶部と、記憶部の厚みよりも小さい厚みを有する薄膜部とを有する記憶材料膜を形成することによって、たとえば、記憶部上に形成される第2電極膜のエッチング時の塩素系のエッチングガスにより記憶材料膜の表面が腐食する場合にも、その記憶材料膜の表面を除去することにより薄膜部を形成すれば、第2電極膜からの横方向の電界に対して薄膜部に記憶特性を持たせることができるので、メモリセルから読み出される信号の強度を向上させることができる。これにより、信号の読み出し精度を向上させることができる。また、薄膜部を平均値で記憶材料膜の約15%以上の厚みになるように形成することによって、記憶材料膜の一部をエッチングすることにより薄膜部を形成する場合に、ウエハ面内での記憶材料膜の堆積膜厚のばらつきおよびエッチングレートのばらつきに起因して薄膜部が全て除去されて第1電極膜が露出されるのを抑制することができる。これにより、第1電極膜が露出されてエッチングされた場合に、そのエッチング化合物が記憶材料膜の側面に付着することにより第1電極膜と第2電極膜とのショートが発生するという不都合を抑制することができる。この場合、好ましくは、絶縁膜は、水素の拡散を抑制する機能を有する膜を含む。このように構成すれば、記憶材料膜に上方から水素が拡散するのを抑制することができるので、記憶材料膜に水素が拡散することに起因する記憶特性の劣化を抑制することができる。   In the memory according to the one aspect, as described above, the memory material film including the memory portion and the thin film portion having a thickness smaller than the thickness of the memory portion is formed, for example, on the memory portion. Even when the surface of the memory material film is corroded by the chlorine-based etching gas at the time of etching the second electrode film, if the thin film portion is formed by removing the surface of the memory material film, Since the thin film portion can have memory characteristics with respect to a horizontal electric field, the intensity of a signal read from the memory cell can be improved. Thereby, the signal reading accuracy can be improved. Further, when the thin film portion is formed by etching a part of the memory material film by forming the thin film portion so that the average value is about 15% or more of the thickness of the memory material film, It is possible to prevent the first electrode film from being exposed by removing all the thin film portions due to the variation in the deposited film thickness of the memory material film and the variation in the etching rate. As a result, when the first electrode film is exposed and etched, the inconvenience that the etching compound adheres to the side surface of the memory material film to cause a short circuit between the first electrode film and the second electrode film is suppressed. can do. In this case, the insulating film preferably includes a film having a function of suppressing hydrogen diffusion. According to this structure, hydrogen can be prevented from diffusing from above into the memory material film, so that deterioration of memory characteristics due to hydrogen diffusing into the memory material film can be suppressed.

上記一の局面によるメモリにおいて、好ましくは、薄膜部は、平均値で記憶材料膜の記憶部の約95%以下の厚みを有する。このように構成すれば、記憶部上に形成される第2電極膜のエッチング時の塩素系のエッチングガスにより記憶材料膜の表面が腐食する場合にも、その記憶材料膜の表面を約5%以上除去することができるので、記憶材料膜の腐食した表面を確実に除去することができる。   In the memory according to the aforementioned aspect, preferably, the thin film portion has a thickness of about 95% or less of the storage portion of the storage material film on average. With this configuration, even when the surface of the memory material film is corroded by the chlorine-based etching gas when etching the second electrode film formed on the memory part, the surface of the memory material film is reduced by about 5%. Since it can be removed as described above, the corroded surface of the memory material film can be reliably removed.

上記一の局面によるメモリにおいて、好ましくは、第2電極膜および記憶材料膜の薄膜部を覆うように形成され、記憶材料膜の薄膜部を加工するときのエッチングマスクに対する絶縁膜をさらに備える。このように構成すれば、その絶縁膜上にエッチングマスクを形成して絶縁膜および記憶材料膜の薄膜部をパターニングすることによって、エッチングマスクと記憶材料膜とが接触するのを防止することができる。これにより、たとえば、エッチングマスクとしてフォトレジスト膜を用いるとともに、記憶材料膜として、フォトレジスト膜と接触するとフォトレジスト膜が取れにくくなる強誘電体膜を用いた場合にも、薄膜部のパターニング後に、容易に、フォトレジスト膜を除去することができる。   In the memory according to the above aspect, it is preferable to further include an insulating film that is formed so as to cover the second electrode film and the thin film portion of the memory material film, and against an etching mask when the thin film portion of the memory material film is processed. If comprised in this way, it can prevent that an etching mask and a memory material film contact by forming an etching mask on the insulating film, and patterning the thin film part of an insulating film and a memory material film . Thus, for example, even when using a photoresist film as an etching mask and a ferroelectric film that makes it difficult to remove the photoresist film when it comes into contact with the photoresist film as a memory material film, after patterning the thin film portion, The photoresist film can be easily removed.

上記一の局面によるメモリにおいて、好ましくは、メモリセルアレイ領域と周辺回路領域とを接続するための接続配線とをさらに備え、少なくともメモリセルアレイ領域の第1電極膜の上面と接続配線との接続領域近傍には、記憶材料膜の薄膜部が存在しないように、記憶材料膜がパターニングされている。このように構成すれば、たとえば、記憶材料膜としてエッチングしにくい強誘電体膜を用いた場合にも、メモリセルアレイ領域と接続配線との接続領域にコンタクトホールを形成する際に、記憶材料膜をエッチングする必要がないので、容易に、コンタクトホールを形成することができる。   The memory according to the above aspect preferably further includes a connection wiring for connecting the memory cell array region and the peripheral circuit region, at least in the vicinity of the connection region between the upper surface of the first electrode film in the memory cell array region and the connection wiring. The memory material film is patterned so that there is no thin film portion of the memory material film. With this configuration, for example, even when a ferroelectric film that is difficult to etch is used as the memory material film, the memory material film is formed when the contact hole is formed in the connection region between the memory cell array region and the connection wiring. Since there is no need to etch, a contact hole can be easily formed.

上記一の局面によるメモリにおいて、第1電極膜は、第1下部電極膜と、第1下部電極膜上に形成された第2下部電極膜とを含み、第1下部電極膜は、酸素の拡散を抑制する機能を有するのが好ましい。このように構成すれば、第1下部電極膜を酸素の拡散を抑制する酸素バリア膜として機能させることができる。   In the memory according to the above aspect, the first electrode film includes a first lower electrode film and a second lower electrode film formed on the first lower electrode film, and the first lower electrode film is a diffusion of oxygen. It is preferable to have a function of suppressing the above. With this configuration, the first lower electrode film can function as an oxygen barrier film that suppresses oxygen diffusion.

上記一の局面によるメモリにおいて、記憶材料膜は、第1電極膜の上面および側面を覆うように形成されていてもよい。このように構成すれば、記憶材料膜のエッチング時に、第1電極膜にエッチングダメージが加わるのを防止することができる。   In the memory according to the above aspect, the memory material film may be formed so as to cover the upper surface and the side surface of the first electrode film. If comprised in this way, it can prevent that an etching damage is added to a 1st electrode film at the time of the etching of a memory | storage material film | membrane.

上記一の局面によるメモリにおいて、一対のソース/ドレイン領域を有するトランジスタと、トランジスタのソース/ドレイン領域の一方に接続された導電性プラグとをさらに備え、第1電極膜は、導電性プラグに接触するように形成されていてもよい。このように構成すれば、導電性プラグと第1電極膜とを配線を介して接続する場合に比べて、良好な電気特性を得ることができる。   The memory according to the above aspect further includes a transistor having a pair of source / drain regions and a conductive plug connected to one of the source / drain regions of the transistor, wherein the first electrode film is in contact with the conductive plug. It may be formed so as to. If comprised in this way, a favorable electrical characteristic can be acquired compared with the case where a conductive plug and a 1st electrode film are connected via wiring.

なお、上記の一の局面による発明において、以下のように構成してもよい。   In the invention according to the above aspect, the following configuration may be adopted.

上記メモリセルアレイ領域の第1電極膜と接続配線とが接続されているメモリにおいて、好ましくは、少なくとも接続領域近傍を覆うとともに、開口部を有する層間絶縁膜をさらに備え、開口部を介して、メモリセルアレイ領域の第1電極膜と接続配線とが接続されている。このように構成すれば、容易に、メモリセルアレイ領域と接続配線とを接続することができる。   In the memory in which the first electrode film in the memory cell array region and the connection wiring are connected, preferably, the memory cell array region further includes an interlayer insulating film that covers at least the vicinity of the connection region and has an opening, and the memory via the opening. The first electrode film in the cell array region and the connection wiring are connected. With this configuration, the memory cell array region and the connection wiring can be easily connected.

上記一の局面によるメモリにおいて、記憶材料膜は、強誘電体膜および巨大磁気抵抗膜のうちのいずれか一方であってもよい。   In the memory according to the above aspect, the memory material film may be one of a ferroelectric film and a giant magnetoresistive film.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリを示した断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a simple matrix ferroelectric memory according to a first embodiment of the present invention.

図1を参照して、この第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリは、メモリセルアレイ領域50と周辺回路領域60とを含んでいる。また、p型シリコン基板1の表面の所定領域に、STI(Shallow Trench Isolation)構造を有する素子分離領域2が形成されている。   Referring to FIG. 1, the simple matrix ferroelectric memory according to the first embodiment includes a memory cell array region 50 and a peripheral circuit region 60. An element isolation region 2 having an STI (Shallow Trench Isolation) structure is formed in a predetermined region on the surface of the p-type silicon substrate 1.

また、周辺回路領域60では、素子分離領域2によって囲まれた素子形成領域に、所定の間隔を隔てて、一対の高濃度不純物領域8が形成されている。高濃度不純物領域8のチャネル領域側には、エクステンション領域(低濃度不純物領域)6が形成されている。高濃度不純物領域8とエクステンション領域(低濃度不純物領域)6とによって、ソース/ドレイン領域が構成されている。チャネル領域上には、約5nmの厚みを有するシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜3を介して、約200nmの厚みを有するドープトポリシリコン膜からなるゲート電極4が形成されている。ゲート電極4上には、約150nmの厚みを有するシリコン酸化膜5が形成されている。ゲート電極4およびシリコン酸化膜5の側面には、シリコン酸化膜からなるサイドウォール絶縁膜7が形成されている。   In the peripheral circuit region 60, a pair of high-concentration impurity regions 8 are formed in the element formation region surrounded by the element isolation region 2 with a predetermined interval. An extension region (low concentration impurity region) 6 is formed on the channel region side of the high concentration impurity region 8. The high concentration impurity region 8 and the extension region (low concentration impurity region) 6 constitute a source / drain region. A gate electrode 4 made of a doped polysilicon film having a thickness of about 200 nm is formed on the channel region via a gate insulating film 3 made of a silicon oxide film having a thickness of about 5 nm. A silicon oxide film 5 having a thickness of about 150 nm is formed on the gate electrode 4. A sidewall insulating film 7 made of a silicon oxide film is formed on the side surfaces of the gate electrode 4 and the silicon oxide film 5.

また、全面を覆うように、シリコン酸化膜、BPSG膜およびシリコン酸化膜が順次積層されることによって形成された層間絶縁膜9が設けられている。層間絶縁膜9には、一対の高濃度不純物領域8に達するコンタクトホール9aが形成されている。コンタクトホール9a内には、約10nmの厚みを有するTi膜10と、約15nmの厚みを有するTiN膜11とからなるバリア膜が形成されている。また、TiN膜11によって囲まれた領域には、タングステンプラグ12が埋め込まれている。   Further, an interlayer insulating film 9 formed by sequentially laminating a silicon oxide film, a BPSG film, and a silicon oxide film is provided so as to cover the entire surface. Contact holes 9 a reaching the pair of high concentration impurity regions 8 are formed in the interlayer insulating film 9. A barrier film made of a Ti film 10 having a thickness of about 10 nm and a TiN film 11 having a thickness of about 15 nm is formed in the contact hole 9a. A tungsten plug 12 is embedded in a region surrounded by the TiN film 11.

また、層間絶縁膜9のメモリセルアレイ領域50に対応する領域には、約100nmの厚みを有するIrSiN膜13が形成されている。このIrSiN膜13は、酸素の拡散を抑制する酸素バリア膜として機能する。このIrSiN膜13上には、約100nmの厚みを有するPt膜14が形成されている。IrSiN膜13およびPt膜14によって、強誘電体キャパシタの下部電極が構成されている。この下部電極は、本発明の「第1電極膜」の一例である。また、周辺回路領域60におけるタングステンプラグ12上には、メモリセルアレイ領域50のIrSiN膜13およびPt膜14と同一層をパターニングすることによって形成されたIrSiN膜13aおよびPt膜14aが形成されている。   Further, an IrSiN film 13 having a thickness of about 100 nm is formed in a region corresponding to the memory cell array region 50 of the interlayer insulating film 9. The IrSiN film 13 functions as an oxygen barrier film that suppresses oxygen diffusion. A Pt film 14 having a thickness of about 100 nm is formed on the IrSiN film 13. The IrSiN film 13 and the Pt film 14 constitute a lower electrode of the ferroelectric capacitor. This lower electrode is an example of the “first electrode film” in the present invention. On the tungsten plug 12 in the peripheral circuit region 60, an IrSiN film 13a and a Pt film 14a formed by patterning the same layer as the IrSiN film 13 and the Pt film 14 in the memory cell array region 50 are formed.

メモリセルアレイ領域50におけるPt膜14上には、SBT(SrBiTa)膜からなる強誘電体膜15が形成されている。強誘電体膜15上には、約200nmの厚みを有するPt膜からなる上部電極16が形成されている。なお、強誘電体膜15は、本発明の「記憶材料膜」の一例であり、上部電極16は、本発明の「第2電極膜」の一例である。 On the Pt film 14 in the memory cell array region 50, a ferroelectric film 15 made of an SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) film is formed. On the ferroelectric film 15, an upper electrode 16 made of a Pt film having a thickness of about 200 nm is formed. The ferroelectric film 15 is an example of the “memory material film” in the present invention, and the upper electrode 16 is an example of the “second electrode film” in the present invention.

ここで、この第1実施形態では、強誘電体膜15は、上部電極16下に位置する約200nmの厚みを有する記憶部15aと、記憶部15a以外の領域に位置し、平均値で記憶部15aの厚みの約15%以上約95%以下の厚みを有する薄膜部15bとから構成されている。   Here, in the first embodiment, the ferroelectric film 15 is located under the upper electrode 16 and has a storage portion 15a having a thickness of about 200 nm, and is located in a region other than the storage portion 15a, and the storage portion has an average value. The thin film portion 15b has a thickness of about 15% to about 95% of the thickness of 15a.

IrSiN膜13およびPt膜14からなる下部電極と、強誘電体膜15の記憶部15aと、上部電極16とによって、1つのメモリセルを構成する1つの強誘電体キャパシタが構成されている。   The lower electrode composed of the IrSiN film 13 and the Pt film 14, the storage portion 15a of the ferroelectric film 15, and the upper electrode 16 constitute one ferroelectric capacitor constituting one memory cell.

また、第1実施形態では、上部電極16および強誘電体膜15の薄膜部15bを覆うように、シリコン窒化膜17が形成されている。このシリコン窒化膜17は、後述する薄膜部15bのパターニング工程においてフォトレジスト膜と薄膜部15bとが接触するのを防止するために設けられている。また、このシリコン窒化膜17は、水素が拡散するのを抑制する水素拡散バリアとしての機能も有する。なお、シリコン窒化膜17は、本発明の「絶縁膜」の一例である。   In the first embodiment, the silicon nitride film 17 is formed so as to cover the upper electrode 16 and the thin film portion 15 b of the ferroelectric film 15. The silicon nitride film 17 is provided to prevent the photoresist film and the thin film portion 15b from contacting each other in the patterning process of the thin film portion 15b described later. The silicon nitride film 17 also has a function as a hydrogen diffusion barrier that suppresses diffusion of hydrogen. The silicon nitride film 17 is an example of the “insulating film” in the present invention.

また、メモリセルアレイ領域50および周辺回路領域60の全面を覆うように、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜18が形成されている。層間絶縁膜18には、ビアホール18aおよび18bが形成されている。ビアホール18aおよびビアホール18b内で、それぞれ、周辺回路領域60のPt膜14aおよびメモリセルアレイ領域50のPt膜14に接触するように、約15nmの厚みを有するTiN膜19が形成されている。TiN膜19上には、約200nmの厚みを有するAl膜20が形成されている。TiN膜19とAl膜20とによって、メモリセルアレイ領域50と周辺回路領域60とを接続するための接続配線が構成されている。   An interlayer insulating film 18 made of a silicon oxide film is formed so as to cover the entire surface of the memory cell array region 50 and the peripheral circuit region 60. Via holes 18 a and 18 b are formed in the interlayer insulating film 18. TiN film 19 having a thickness of about 15 nm is formed in via hole 18a and via hole 18b so as to be in contact with Pt film 14a in peripheral circuit region 60 and Pt film 14 in memory cell array region 50, respectively. An Al film 20 having a thickness of about 200 nm is formed on the TiN film 19. The TiN film 19 and the Al film 20 constitute a connection wiring for connecting the memory cell array region 50 and the peripheral circuit region 60.

また、第1実施形態では、強誘電体膜の薄膜部15bは、メモリセルアレイ領域50と接続配線との接続のためのビアホール18bの近傍に存在しないようにパターニングされている。   In the first embodiment, the thin film portion 15b of the ferroelectric film is patterned so as not to exist in the vicinity of the via hole 18b for connecting the memory cell array region 50 and the connection wiring.

次に、図2を参照して、強誘電体膜15の薄膜部15bの膜厚と残留分極量との関係について説明する。図2の横軸には、強誘電体膜15の記憶部15aの膜厚を100%とした場合の薄膜部15bの膜厚の割合が示されている。また、縦軸には、薄膜部15bがない場合(従来の場合)に対する残留分極量の増加率が示されている。また、図2には、上部電極16の線幅が1μmである場合の残留分極量の増加率が示されている。図2に示すように、薄膜部15bの膜厚が大きくなるほど、残留分極量の増加率が大きくなることがわかる。具体的には、薄膜部15bの膜厚が記憶部15aの膜厚(200nm)の50%(100nm)の場合には、残留分極量の増加率は約3%である。また、強誘電体膜15の薄膜部15bの膜厚が記憶部15aの膜厚と同じ場合(100%の場合)には、残留分極量の増加率は約14%となる。図2に示すグラフから、薄膜部15bの厚みが大きいほど、上部電極16からの横方向の電界に対して薄膜部15bにより多くの残留分極量を持たせることが可能であることがわかる。また、図2の結果より、上部電極16の横方向の電界に対して薄膜部15bにより多くの残留分極量を持たせる割合は、上部電極16の線幅が1μm以下の場合にさらに増えることになる。このため、上部電極16の線幅は、1μm以下が好ましい。   Next, the relationship between the thickness of the thin film portion 15b of the ferroelectric film 15 and the amount of remanent polarization will be described with reference to FIG. The horizontal axis of FIG. 2 shows the ratio of the thickness of the thin film portion 15b when the thickness of the storage portion 15a of the ferroelectric film 15 is 100%. The vertical axis shows the rate of increase in the amount of remanent polarization when there is no thin film portion 15b (conventional case). FIG. 2 shows the rate of increase in the amount of remanent polarization when the line width of the upper electrode 16 is 1 μm. As shown in FIG. 2, it can be seen that the rate of increase in the amount of remanent polarization increases as the film thickness of the thin film portion 15b increases. Specifically, when the film thickness of the thin film portion 15b is 50% (100 nm) of the film thickness (200 nm) of the storage portion 15a, the increase rate of the residual polarization amount is about 3%. Further, when the thickness of the thin film portion 15b of the ferroelectric film 15 is the same as the thickness of the storage portion 15a (in the case of 100%), the increase rate of the residual polarization amount is about 14%. From the graph shown in FIG. 2, it can be seen that as the thickness of the thin film portion 15 b is increased, the thin film portion 15 b can have a larger amount of remanent polarization with respect to a lateral electric field from the upper electrode 16. Further, from the result of FIG. 2, the proportion of the thin film portion 15b having a larger amount of remanent polarization with respect to the electric field in the lateral direction of the upper electrode 16 is further increased when the line width of the upper electrode 16 is 1 μm or less. Become. For this reason, the line width of the upper electrode 16 is preferably 1 μm or less.

その一方、強誘電体膜15の記憶部15aと同じ厚みに薄膜部15bを形成すると、上部電極16のパターニングの際の塩素系のエッチングガス(Cl/Ar系ガス)により薄膜部15bの表面が腐食された場合に、その薄膜部15bの腐食された表面が除去されずに残ることになる。その場合には、薄膜部15bの腐食された表面は強誘電体として機能しないので、上部電極16からの横方向の電界に対して薄膜部15bを強誘電体として機能することが困難になる。そのため、残留分極量の増加は得られない。このような薄膜部15bの表面の腐食部分をエッチングにより除去する際には、薄膜部15bの表面を薄膜部15bの膜厚の約5%以上の厚み分エッチング除去する必要がある。したがって、薄膜部15bの厚みは、平均値で記憶部15aの厚みの約95%以下の厚みにするのが好ましい。 On the other hand, when the thin film portion 15b is formed with the same thickness as the memory portion 15a of the ferroelectric film 15, the surface of the thin film portion 15b is formed by a chlorine-based etching gas (Cl 2 / Ar-based gas) when the upper electrode 16 is patterned. Is corroded, the corroded surface of the thin film portion 15b remains without being removed. In that case, since the corroded surface of the thin film portion 15b does not function as a ferroelectric material, it becomes difficult to function the thin film portion 15b as a ferroelectric material with respect to a lateral electric field from the upper electrode 16. Therefore, an increase in the amount of remanent polarization cannot be obtained. When such a corroded portion on the surface of the thin film portion 15b is removed by etching, it is necessary to etch and remove the surface of the thin film portion 15b by a thickness of about 5% or more of the film thickness of the thin film portion 15b. Therefore, the thickness of the thin film portion 15b is preferably about 95% or less of the thickness of the storage portion 15a on average.

また、薄膜部15bの厚みを、記憶部15aの厚みの15%よりも小さい厚みにすると、薄膜部15bをエッチングにより形成する際に、ウエハ面内での強誘電体膜15の堆積膜厚のばらつきおよびエッチングレートのばらつきに起因して、一部の領域で、薄膜部15bが全て除去されて下部電極を構成するPt膜14が露出される場合がある。この場合、露出されたPt膜14がエッチングされるので、そのエッチング化合物が記憶部15aの側面に付着して下部電極と上部電極16とがショートするという不都合が生じる。以下、この問題点を、図3および図4を参照して詳細に説明する。   Further, if the thickness of the thin film portion 15b is smaller than 15% of the thickness of the storage portion 15a, the deposited film thickness of the ferroelectric film 15 in the wafer plane is reduced when the thin film portion 15b is formed by etching. Due to the variation and the variation in the etching rate, the thin film portion 15b may be completely removed in a part of the region, and the Pt film 14 constituting the lower electrode may be exposed. In this case, since the exposed Pt film 14 is etched, the etching compound adheres to the side surface of the storage portion 15a, causing a disadvantage that the lower electrode and the upper electrode 16 are short-circuited. Hereinafter, this problem will be described in detail with reference to FIGS.

まず、強誘電体材料をウエハ面内全域にわたって0〜15%の範囲で残すことはプロセス上非常に困難である。図3は、6インチウエハに強誘電体膜を堆積した場合の膜厚分布を示すものであり、図4は、強誘電体膜をCF/Ar系ガスでエッチングした場合のエッチングレートの面内ばらつきを示した図である。図3に示すように、6インチウエハに強誘電体膜を堆積した場合、ウエハ面内で約5%のばらつきが発生する。また、図4に示すように、エッチングレートのばらつきが約10%存在する。したがって、図3および図4から、強誘電体膜の薄膜部をウエハの中央部分で約15%よりも小さい厚みで残そうとすると、ウエハ周辺部で下部電極を構成するPt膜14をエッチングしてしまう領域が発生する。その領域では、Pt膜のエッチング化合物が強誘電体膜の記憶部15aの側面に付着するので、強誘電体キャパシタがショートしやすくなるという不都合が生じる。したがって、図3および図4に示した強誘電体膜の堆積膜厚のばらつきおよびエッチングレートのばらつきを考慮すると、薄膜部15bの厚みは、平均値で記憶部15aの厚みの約15%以上の厚みにする必要がある。 First, it is very difficult in the process to leave the ferroelectric material in the range of 0 to 15% over the entire area of the wafer surface. FIG. 3 shows the film thickness distribution when a ferroelectric film is deposited on a 6-inch wafer, and FIG. 4 shows the etching rate when the ferroelectric film is etched with a CF 4 / Ar-based gas. It is the figure which showed the internal variation. As shown in FIG. 3, when a ferroelectric film is deposited on a 6-inch wafer, a variation of about 5% occurs in the wafer surface. Further, as shown in FIG. 4, there is about 10% variation in etching rate. Therefore, from FIG. 3 and FIG. 4, if it is attempted to leave the thin film portion of the ferroelectric film with a thickness smaller than about 15% in the central portion of the wafer, the Pt film 14 constituting the lower electrode is etched in the peripheral portion of the wafer. An area that ends up occurs. In that region, the etching compound of the Pt film adheres to the side surface of the storage portion 15a of the ferroelectric film, which causes a disadvantage that the ferroelectric capacitor is easily short-circuited. Therefore, in consideration of variations in the deposited film thickness and etching rate of the ferroelectric film shown in FIGS. 3 and 4, the thickness of the thin film portion 15b is about 15% or more of the thickness of the storage portion 15a on average. It needs to be thick.

以上の結果から、強誘電体膜15の薄膜部15bは、平均値で記憶部15aの約15%以上約95%以下の厚みにするのが好ましい。   From the above results, it is preferable that the thin film portion 15b of the ferroelectric film 15 has an average thickness of about 15% to about 95% of the storage portion 15a.

第1実施形態では、上記のように、記憶部15aと記憶部15aの厚みよりも小さい厚みを有する薄膜部15bとを有する強誘電体膜15を形成することによって、記憶部15a上に形成される上部電極16のエッチング時の塩素系のエッチングガスにより薄膜部15bの表面が腐食する場合にも、その薄膜部15bの表面をエッチング除去することにより薄膜部15bを形成すれば、上部電極16からの横方向の電界に対して薄膜部15bを強誘電体として機能させることができる。これにより、メモリセルから読み出される信号の強度を向上させることができるので、信号の読み出し精度を向上させることができる。   In the first embodiment, as described above, the ferroelectric film 15 having the memory portion 15a and the thin film portion 15b having a thickness smaller than the thickness of the memory portion 15a is formed, and thus formed on the memory portion 15a. Even when the surface of the thin film portion 15b is corroded by a chlorine-based etching gas when the upper electrode 16 is etched, if the thin film portion 15b is formed by etching and removing the surface of the thin film portion 15b, the upper electrode 16 The thin film portion 15b can function as a ferroelectric with respect to the horizontal electric field. Thereby, the strength of the signal read from the memory cell can be improved, so that the signal reading accuracy can be improved.

また、第1実施形態では、上記のように、薄膜部15bを平均値で記憶部15aの約15%以上の厚みになるように形成することによって、強誘電体膜15の一部をエッチングすることにより薄膜部15bを形成する場合に、ウエハ面内での強誘電体膜15の堆積膜厚のばらつきおよびエッチングレートのばらつきに起因して、薄膜部15bが全て除去されて下部電極を構成するPt膜14が露出されるのを抑制することができる。これにより、下部電極を構成するPt膜14が露出されてエッチングされた場合に、そのエッチング化合物が記憶部15aの側面に付着することにより下部電極と上部電極16とのショートが発生するという不都合を抑制することができる。   In the first embodiment, as described above, a part of the ferroelectric film 15 is etched by forming the thin film portion 15b so as to have an average value of about 15% or more of the thickness of the storage portion 15a. Thus, when the thin film portion 15b is formed, all of the thin film portion 15b is removed to form the lower electrode due to variations in the deposited film thickness of the ferroelectric film 15 and variations in the etching rate within the wafer surface. Exposure of the Pt film 14 can be suppressed. As a result, when the Pt film 14 constituting the lower electrode is exposed and etched, the etching compound adheres to the side surface of the memory portion 15a, thereby causing a short circuit between the lower electrode and the upper electrode 16. Can be suppressed.

また、図1に示したように、薄膜部15bの表面を覆うように絶縁膜としてのシリコン窒化膜17を形成することによって、後述する薄膜部15bのパターニング時に、シリコン窒化膜17上にフォトレジスト膜(エッチングマスク)を形成してパターニングすることができるので、フォトレジスト膜と薄膜部15bとが接触するのを防止することができる。これにより、フォトレジスト膜と接触するとフォトレジスト膜が取りにくくなる強誘電体膜15を用いる場合にも、薄膜部15bのパターニング後に容易にフォトレジスト膜を除去することができる。   Further, as shown in FIG. 1, by forming a silicon nitride film 17 as an insulating film so as to cover the surface of the thin film portion 15b, a photoresist is formed on the silicon nitride film 17 during patterning of the thin film portion 15b described later. Since a film (etching mask) can be formed and patterned, the contact between the photoresist film and the thin film portion 15b can be prevented. Thus, even when the ferroelectric film 15 that makes it difficult to remove the photoresist film when in contact with the photoresist film is used, the photoresist film can be easily removed after the patterning of the thin film portion 15b.

また、シリコン窒化膜17は、水素の拡散を抑制する機能を有するので、上方から水素が強誘電体膜15に拡散するのを抑制することができる。これにより、酸化物からなる強誘電体膜15に水素が侵入することにより特性が劣化するのを容易に抑制することができる。   Further, since the silicon nitride film 17 has a function of suppressing the diffusion of hydrogen, it is possible to suppress the diffusion of hydrogen into the ferroelectric film 15 from above. As a result, it is possible to easily suppress the deterioration of the characteristics due to the penetration of hydrogen into the ferroelectric film 15 made of oxide.

また、第1実施形態では、図1に示すように、強誘電体膜15の薄膜部15bが、メモリセルアレイ領域50と接続配線との接続のためのビアホール18bの近傍に存在しないようにパターニングすることによって、エッチングされにくい材料である強誘電体膜15をビアホール18bの形成の際にエッチングする必要がないので、容易にビアホール18bを形成することができる。   In the first embodiment, as shown in FIG. 1, patterning is performed so that the thin film portion 15b of the ferroelectric film 15 does not exist in the vicinity of the via hole 18b for connection between the memory cell array region 50 and the connection wiring. This eliminates the need to etch the ferroelectric film 15, which is a material that is difficult to etch, when forming the via hole 18 b, so that the via hole 18 b can be easily formed.

図5〜図13は、図1に示した第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図1、図5〜図13を参照して、第1実施形態による強誘電体メモリの製造プロセスについて説明する。   5 to 13 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the simple matrix ferroelectric memory according to the first embodiment shown in FIG. A manufacturing process for the ferroelectric memory according to the first embodiment is now described with reference to FIGS.

まず、図5に示すように、p型シリコン基板1上の所定領域に、STI構造の素子分離領域2を形成する。その後、nウェルおよびpウェル形成用のイオン注入と、nチャネルトランジスタおよびpチャネルトランジスタのしきい値調整用のイオン注入を行う。その後、熱酸化法を用いてシリコン酸化膜3aを約5nmの厚みで形成する。そのシリコン酸化膜3a上に、CVD法を用いて、ドープトポリシリコン膜4aを約200nmの厚みで形成する。ドープトポリシリコン膜4a上に、減圧CVD法(LPCVD:Low Pressure Chemical Vapor Deposition)を用いて、シリコン酸化膜5aを約150nmの厚みで形成する。そして、シリコン酸化膜5a上の所定領域にフォトレジスト膜21を形成する。   First, as shown in FIG. 5, an element isolation region 2 having an STI structure is formed in a predetermined region on a p-type silicon substrate 1. Thereafter, ion implantation for forming an n well and a p well and ion implantation for adjusting a threshold value of the n channel transistor and the p channel transistor are performed. Thereafter, a silicon oxide film 3a is formed with a thickness of about 5 nm using a thermal oxidation method. On the silicon oxide film 3a, a doped polysilicon film 4a is formed with a thickness of about 200 nm by CVD. A silicon oxide film 5a is formed on the doped polysilicon film 4a with a thickness of about 150 nm by using a low pressure CVD method (LPCVD: Low Pressure Chemical Vapor Deposition). Then, a photoresist film 21 is formed in a predetermined region on the silicon oxide film 5a.

そして、フォトレジスト膜21をマスクとしてシリコン酸化膜5a、ドープトポリシリコン膜4aおよびシリコン酸化膜3aをエッチングすることによって、図6に示すように、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜3、ドープトポリシリコン膜からなるゲート電極4およびシリコン酸化膜5を形成する。この後、フォトレジスト膜21をマスクとして、砒素(As)イオンを、注入エネルギ:約10keV、ドーズ量:約1×1014cm−2の条件下でイオン注入する。これにより、n型のエクステンション領域(低濃度不純物領域)6を形成する。この後、フォトレジスト膜21を除去する。 Then, by etching the silicon oxide film 5a, the doped polysilicon film 4a and the silicon oxide film 3a using the photoresist film 21 as a mask, as shown in FIG. 6, the gate insulating film 3 made of a silicon oxide film, the doped film is formed. A gate electrode 4 and a silicon oxide film 5 made of a polysilicon film are formed. Thereafter, using the photoresist film 21 as a mask, arsenic (As) ions are ion-implanted under conditions of implantation energy: about 10 keV and dose amount: about 1 × 10 14 cm −2 . Thereby, an n-type extension region (low concentration impurity region) 6 is formed. Thereafter, the photoresist film 21 is removed.

次に、図7に示すように、全面にLPCVD法を用いて約200nmの厚みを有するシリコン酸化膜(図示せず)を形成した後、そのシリコン酸化膜を異方性エッチングすることによって、ゲート絶縁膜3、ゲート電極4およびシリコン酸化膜5の側面上に、サイドウォール絶縁膜7を形成する。そして、このサイドウォール絶縁膜7をマスクとして、砒素(As)イオンを、注入エネルギ:約30keV、ドーズ量:約1×1015cm−2の条件下でイオン注入することによって、高濃度不純物領域8を形成する。このエクステンション領域6および高濃度不純物領域8によって、ソース/ドレイン領域が構成される。この後、イオン注入した不純物を活性化するために、約850℃で約30分間の熱処理を窒素雰囲気中で行う。 Next, as shown in FIG. 7, a silicon oxide film (not shown) having a thickness of about 200 nm is formed on the entire surface by LPCVD, and then the silicon oxide film is anisotropically etched to form a gate. A sidewall insulating film 7 is formed on the side surfaces of the insulating film 3, the gate electrode 4 and the silicon oxide film 5. Then, using this sidewall insulating film 7 as a mask, arsenic (As) ions are ion-implanted under the conditions of implantation energy: about 30 keV and dose: about 1 × 10 15 cm −2 , thereby providing a high concentration impurity region. 8 is formed. The extension region 6 and the high concentration impurity region 8 constitute a source / drain region. Thereafter, in order to activate the implanted impurities, a heat treatment is performed at about 850 ° C. for about 30 minutes in a nitrogen atmosphere.

次に、LPCVD法を用いて、全面を覆うように、シリコン酸化膜を約200nmの厚みで形成した後、そのシリコン酸化膜上にBPSG膜を約800nmの厚みで堆積する。そして、約850℃で約30分間の熱処理を酸素雰囲気中で行うことによって、BPSG膜をリフローする。この後、BPSG膜をドライエッチングまたはCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて、BPSG膜が所望の厚さになるまでエッチングまたは研磨する。そして、LPCVD法を用いて、そのBPSG膜上に、シリコン酸化膜を約100nmの厚みで堆積する。これにより、シリコン酸化膜、BPSG膜およびシリコン酸化膜の3層構造からなる層間絶縁膜9が形成される。そして、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、層間絶縁膜9に、高濃度領域8に達するコンタクトホール9aを形成する。   Next, a LPCVD method is used to form a silicon oxide film with a thickness of about 200 nm so as to cover the entire surface, and then a BPSG film is deposited on the silicon oxide film with a thickness of about 800 nm. Then, the BPSG film is reflowed by performing heat treatment at about 850 ° C. for about 30 minutes in an oxygen atmosphere. Thereafter, the BPSG film is etched or polished by dry etching or CMP (Chemical Mechanical Polishing) until the BPSG film has a desired thickness. Then, a silicon oxide film is deposited with a thickness of about 100 nm on the BPSG film using LPCVD. Thereby, an interlayer insulating film 9 having a three-layer structure of a silicon oxide film, a BPSG film, and a silicon oxide film is formed. Then, a contact hole 9 a reaching the high concentration region 8 is formed in the interlayer insulating film 9 by using a photolithography technique and a dry etching technique.

そして、スパッタ法を用いて、コンタクトホール9a内および層間絶縁膜9の上面上に、約10nmの厚みを有するTi膜10と約15nmの厚みを有するTiN膜11とを順次堆積する。その後、タングステン膜12を約400nmの厚みで堆積する。そして、コンタクトホール9a以外の領域に形成された余分なタングステン膜12、TiN膜11およびTi膜10をCMP法を用いて除去することによって、図7に示されるような形状が得られる。   Then, a Ti film 10 having a thickness of about 10 nm and a TiN film 11 having a thickness of about 15 nm are sequentially deposited in the contact hole 9a and on the upper surface of the interlayer insulating film 9 by sputtering. Thereafter, a tungsten film 12 is deposited with a thickness of about 400 nm. Then, by removing the excess tungsten film 12, TiN film 11 and Ti film 10 formed in the region other than the contact hole 9a by using the CMP method, a shape as shown in FIG. 7 is obtained.

次に、スパッタ法を用いて、全面を覆うように、約100nmの厚みを有するIrSiN膜(図示せず)および約100nmの厚みを有するPt膜(図示せず)を順次堆積した後、フォトリソグラフィ技術とCl/Ar系ガスによるドライエッチングとを用いて、Pt膜およびIrSiN膜をパターニングする。これにより、図8に示すように、メモリセルアレイ領域50に、下部電極を構成するIrSiN膜13およびPt膜14を形成するとともに、周辺回路領域60に、IrSiN膜13aおよびPt膜14aを形成する。 Next, an IrSiN film (not shown) having a thickness of about 100 nm and a Pt film (not shown) having a thickness of about 100 nm are sequentially deposited so as to cover the entire surface by sputtering, and then photolithography is performed. The Pt film and the IrSiN film are patterned using a technique and dry etching using a Cl 2 / Ar-based gas. As a result, as shown in FIG. 8, the IrSiN film 13 and the Pt film 14 constituting the lower electrode are formed in the memory cell array region 50, and the IrSiN film 13a and the Pt film 14a are formed in the peripheral circuit region 60.

この後、図9に示すように、スピンコート法を用いて、全面に、SBT用の溶液(SBT溶液)を、約2000rpmで約30秒間塗布する。そして、大気中で約200℃で約15分間の熱処理を施すことによって、溶媒成分(エタノール、エチルヘキサンなど)を蒸発させる。その後、約650℃で約1時間の焼成工程を酸化雰囲気中で行う。これらのSBT溶液のスピンコートおよび熱処理を、強誘電体膜15が約200nmの厚みになるまで繰り返す。この後、スパッタ法を用いてPt膜16aを約200nmの厚みで形成する。そして、Pt膜16a上の所定領域に、フォトレジスト膜22を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 9, a solution for SBT (SBT solution) is applied to the entire surface at about 2000 rpm for about 30 seconds using a spin coating method. Then, a solvent component (ethanol, ethylhexane, etc.) is evaporated by performing a heat treatment at about 200 ° C. for about 15 minutes in the atmosphere. Thereafter, a baking process at about 650 ° C. for about 1 hour is performed in an oxidizing atmosphere. The spin coating and heat treatment of these SBT solutions are repeated until the ferroelectric film 15 has a thickness of about 200 nm. Thereafter, a Pt film 16a is formed with a thickness of about 200 nm by sputtering. Then, a photoresist film 22 is formed in a predetermined region on the Pt film 16a.

この後、フォトレジスト膜22をマスクとして、Cl/Ar系ガスによるドライエッチングを用いてPt膜16aをエッチングすることによって、図10に示すようにパターニングされたPt膜からなる上部電極16が形成される。この状態では、強誘電体膜15の表面が、Pt膜16aをエッチングする際のCl/Ar系ガスにより腐食された状態になっている。 Thereafter, by using the photoresist film 22 as a mask, the Pt film 16a is etched using dry etching with a Cl 2 / Ar-based gas, thereby forming the upper electrode 16 made of the patterned Pt film as shown in FIG. Is done. In this state, the surface of the ferroelectric film 15 is in a state of being corroded by a Cl 2 / Ar-based gas when the Pt film 16a is etched.

この状態から、本実施形態では、図11に示すように、フォトレジスト膜22をマスクとして、塩素系ガスを含まないCF/Ar系ガスによるドライエッチングを用いて、強誘電体膜15(薄膜部15b)の厚みが約15%以上約95%以下の厚みになるように、強誘電体膜15の表面を所定の厚み分エッチング除去する。これにより、強誘電体膜15の表面の腐食された部分が除去されるとともに、強誘電体膜15の記憶部15aと薄膜部15bとが形成される。この後、フォトレジスト膜22を除去する。 From this state, in this embodiment, as shown in FIG. 11, the ferroelectric film 15 (thin film) is used by dry etching with CF 4 / Ar-based gas not containing chlorine-based gas using the photoresist film 22 as a mask. The surface of the ferroelectric film 15 is etched away by a predetermined thickness so that the thickness of the portion 15b) is about 15% or more and about 95% or less. As a result, the corroded portion of the surface of the ferroelectric film 15 is removed, and the storage portion 15a and the thin film portion 15b of the ferroelectric film 15 are formed. Thereafter, the photoresist film 22 is removed.

次に、図12に示すように、スパッタ法を用いて、シリコン窒化膜17を約10nm〜約50nmの厚みで堆積した後、シリコン窒化膜17上の所定領域にフォトレジスト膜(エッチングマスク)23を形成する。そして、フォトレジスト膜23を用いて、まず、CF系ガスによるドライエッチングによりシリコン窒化膜17をエッチングした後、CF/Ar系ガスによるドライエッチングを用いてSBT膜からなる薄膜部15bをエッチングする。これにより、パターニングされた記憶部15aおよび薄膜部15bを有する強誘電体膜15が得られる。なお、第1実施形態では、強誘電体膜の薄膜部15bが、メモリセルアレイ領域50と接続配線との接続のためのビアホール18bの近傍に存在しないようにパターニングする。この後、フォトレジスト膜23を除去する。 Next, as shown in FIG. 12, after a silicon nitride film 17 is deposited to a thickness of about 10 nm to about 50 nm by sputtering, a photoresist film (etching mask) 23 is formed in a predetermined region on the silicon nitride film 17. Form. Then, using the photoresist film 23, first, the silicon nitride film 17 is etched by dry etching with CF 4 based gas, a thin film portion 15b made of SBT film by dry etching with CF 4 / Ar-based gas etching To do. Thereby, the ferroelectric film 15 having the patterned storage portion 15a and thin film portion 15b is obtained. In the first embodiment, patterning is performed so that the thin film portion 15b of the ferroelectric film does not exist in the vicinity of the via hole 18b for connecting the memory cell array region 50 and the connection wiring. Thereafter, the photoresist film 23 is removed.

次に、図13に示すように、全面を覆うようにプラズマCVD法を用いてシリコン酸化膜18を約400nmの厚みで堆積する。そして、シリコン酸化膜18上の所定領域にフォトレジスト膜24を形成した後、フォトレジスト膜24をマスクとしてシリコン酸化膜18をエッチングすることによって、シリコン酸化膜18にビアホール18aおよび18bを形成する。この際、メモリセルアレイ領域50と接続配線との接続領域となるビアホール18bの近傍には、強誘電体膜15の薄膜部15bが存在しないので、ビアホール18bの形成時のエッチング時に、エッチングしにくいSBT膜からなる強誘電体膜15をエッチングする必要がない。これにより、容易にビアホール18bの形成を行うことができる。この後、フォトレジスト膜24を除去する。   Next, as shown in FIG. 13, a silicon oxide film 18 is deposited with a thickness of about 400 nm by plasma CVD so as to cover the entire surface. Then, after forming a photoresist film 24 in a predetermined region on the silicon oxide film 18, the silicon oxide film 18 is etched using the photoresist film 24 as a mask, thereby forming via holes 18 a and 18 b in the silicon oxide film 18. At this time, since the thin film portion 15b of the ferroelectric film 15 does not exist in the vicinity of the via hole 18b serving as a connection region between the memory cell array region 50 and the connection wiring, the SBT which is difficult to be etched during the formation of the via hole 18b It is not necessary to etch the ferroelectric film 15 made of a film. Thereby, the via hole 18b can be easily formed. Thereafter, the photoresist film 24 is removed.

最後に、図1に示したように、スパッタ法を用いて、約15nmの厚みを有するTiN膜19と約200nmの厚みを有するAl膜20とを堆積した後、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術とを用いてパターニングする。これにより、メモリセルアレイ領域50と周辺回路領域60とを接続するためのTiN膜19とAl膜20とからなる接続配線が形成される。このようにして、第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリが形成される。   Finally, as shown in FIG. 1, after depositing a TiN film 19 having a thickness of about 15 nm and an Al film 20 having a thickness of about 200 nm using a sputtering method, a photolithography technique and a dry etching technique are performed. To pattern. Thereby, a connection wiring made of the TiN film 19 and the Al film 20 for connecting the memory cell array region 50 and the peripheral circuit region 60 is formed. In this way, the simple matrix ferroelectric memory according to the first embodiment is formed.

(第2実施形態)
図14は、本発明の第2実施形態によるクロスポイント型の巨大磁気抵抗材料を用いた不揮発性メモリを示した断面図である。図14を参照して、この第2実施形態では、上記第1実施形態と異なり、本発明を、記憶材料膜として巨大磁気抵抗材料を用いた不揮発性メモリに適用した例について説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a non-volatile memory using a cross-point type giant magnetoresistive material according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 14, in the second embodiment, unlike the first embodiment, an example in which the present invention is applied to a nonvolatile memory using a giant magnetoresistive material as a memory material film will be described.

具体的には、この第2実施形態による不揮発性メモリでは、図1に示した第1実施形態のSBT膜からなる強誘電体膜15に代えて、巨大磁気抵抗材料膜としてのPCMO(Pr0.7Ca0.3MnO)膜25を用いている。なお、PCMO膜25は、本発明の「記憶材料膜」の一例である。このPCMO膜25は、上部電極16下に位置する約200nmの厚みを有する記憶部25aと、記憶部25aの厚みの約15%以上約95%以下の厚みを有する薄膜部25bとを含んでいる。IrSiN膜13およびPt膜14からなる下部電極と、PCMO膜25と、Pt膜からなる上部電極16とによって、データを記憶するための抵抗素子が構成される。具体的には、この第2実施形態による巨大磁気抵抗材料膜(PCMO膜25)を用いた不揮発性メモリでは、上部電極16と下部電極との間に挟まれたPCMO膜25の抵抗値の差を用いて、データを保持する。 Specifically, in the nonvolatile memory according to the second embodiment, PCMO (Pr 0) as a giant magnetoresistive material film is used instead of the ferroelectric film 15 made of the SBT film of the first embodiment shown in FIG. .7 Ca 0.3 MnO 3 ) film 25 is used. The PCMO film 25 is an example of the “memory material film” in the present invention. The PCMO film 25 includes a memory portion 25a having a thickness of about 200 nm located under the upper electrode 16 and a thin film portion 25b having a thickness of about 15% to about 95% of the thickness of the memory portion 25a. . The lower electrode composed of the IrSiN film 13 and the Pt film 14, the PCMO film 25, and the upper electrode 16 composed of the Pt film constitute a resistance element for storing data. Specifically, in the nonvolatile memory using the giant magnetoresistive material film (PCMO film 25) according to the second embodiment, the difference in resistance value of the PCMO film 25 sandwiched between the upper electrode 16 and the lower electrode. Is used to hold the data.

第2実施形態では、上記のように、巨大磁気抵抗材料膜(PCMO膜)25を、上部電極16下に位置する記憶部25aと記憶部25aよりも小さい厚みを有する薄膜部25bとを有するように形成することによって、上部電極16のエッチング時の塩素系のエッチングガスにより薄膜部25bの表面が腐食される場合にも、その薄膜部25bの表面をエッチングにより除去することにより、薄膜部25bを形成すれば、上部電極16からの横方向の電界に対して薄膜部25bを抵抗成分として機能させることができる。これにより、メモリセルから読み出される信号の強度を向上させることができるので、信号の読み出し精度を向上させることができる。   In the second embodiment, as described above, the giant magnetoresistive material film (PCMO film) 25 has the storage unit 25a located under the upper electrode 16 and the thin film unit 25b having a smaller thickness than the storage unit 25a. Even when the surface of the thin film portion 25b is corroded by the chlorine-based etching gas when the upper electrode 16 is etched, the thin film portion 25b is removed by etching the surface of the thin film portion 25b. If formed, the thin film portion 25b can function as a resistance component with respect to a horizontal electric field from the upper electrode 16. Thereby, the strength of the signal read from the memory cell can be improved, so that the signal reading accuracy can be improved.

なお、第2実施形態のその他の効果は、第1実施形態と同様である。   The remaining effects of the second embodiment are similar to those of the first embodiment.

(第3実施形態)
図15は、本発明の第3実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリを示した断面図である。図15を参照して、この第3実施形態では、上記第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリの構造を、下部電極が直接タングステンプラグに接続されるとともに、強誘電体膜が下部電極の上面および側面を覆う構造に変更した例について説明する。
(Third embodiment)
FIG. 15 is a sectional view showing a simple matrix ferroelectric memory according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 15, in the third embodiment, the structure of the simple matrix ferroelectric memory according to the first embodiment is configured such that the lower electrode is directly connected to the tungsten plug and the ferroelectric film is lower. An example of changing the structure to cover the upper surface and side surfaces of the electrode will be described.

具体的には、この第3実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリは、図15に示すように、メモリセルアレイ領域90と周辺回路領域95とを含んでいる。なお、p型シリコン基板1、素子分離領域2、ゲート絶縁膜3、ゲート電極4、シリコン酸化膜5、エクステンション領域(低濃度不純物領域)6、サイドウォール絶縁膜7、高濃度不純物領域8、層間絶縁膜9、Ti膜10、TiN膜11およびタングステンプラグ12は、上記第1実施形態と同様の構造(組成および膜厚)を有している。   Specifically, the simple matrix ferroelectric memory according to the third embodiment includes a memory cell array region 90 and a peripheral circuit region 95 as shown in FIG. The p-type silicon substrate 1, the element isolation region 2, the gate insulating film 3, the gate electrode 4, the silicon oxide film 5, the extension region (low concentration impurity region) 6, the side wall insulating film 7, the high concentration impurity region 8, and the interlayer The insulating film 9, the Ti film 10, the TiN film 11, and the tungsten plug 12 have the same structure (composition and film thickness) as in the first embodiment.

また、第3実施形態では、層間絶縁膜9のメモリセルアレイ領域90に対応する領域上には、約100nmの厚みを有するIrSiN膜73が形成されている。このIrSiN膜73は、タングステンプラグ12上にまで延びるように形成されているとともに、タングステンプラグ12と直接接触されている。また、IrSiN膜73は、酸素の拡散を抑制する酸素バリア膜として機能する。このIrSiN膜73上には、約100nmの厚みを有するPt膜74が形成されている。IrSiN膜73およびPt膜74によって、強誘電体キャパシタの下部電極が構成されている。この下部電極は、本発明の「第1電極膜」の一例である。また、周辺回路領域95におけるタングステンプラグ12上には、メモリセルアレイ領域90のIrSiN膜73およびPt膜74と同一層をパターニングすることによって形成されたIrSiN膜73aおよびPt膜74aが形成されている。   In the third embodiment, an IrSiN film 73 having a thickness of about 100 nm is formed on a region corresponding to the memory cell array region 90 of the interlayer insulating film 9. The IrSiN film 73 is formed so as to extend onto the tungsten plug 12 and is in direct contact with the tungsten plug 12. The IrSiN film 73 functions as an oxygen barrier film that suppresses oxygen diffusion. On this IrSiN film 73, a Pt film 74 having a thickness of about 100 nm is formed. The IrSiN film 73 and the Pt film 74 constitute the lower electrode of the ferroelectric capacitor. This lower electrode is an example of the “first electrode film” in the present invention. On the tungsten plug 12 in the peripheral circuit region 95, an IrSiN film 73a and a Pt film 74a formed by patterning the same layer as the IrSiN film 73 and the Pt film 74 in the memory cell array region 90 are formed.

ここで、第3実施形態では、メモリセルアレイ領域90におけるIrSiN膜73およびPt膜74からなる下部電極の上面および側面を覆うように、SBT(SrBiTa)膜からなる強誘電体膜75が形成されている。強誘電体膜75の上面上の所定領域には、約200nmの厚みを有するPt膜からなる上部電極76が形成されている。なお、強誘電体膜75は、本発明の「記憶材料膜」の一例であり、上部電極76は、本発明の「第2電極膜」の一例である。 Here, in the third embodiment, a ferroelectric film made of an SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) film so as to cover the upper surface and side surfaces of the lower electrode made of the IrSiN film 73 and the Pt film 74 in the memory cell array region 90. 75 is formed. In a predetermined region on the upper surface of the ferroelectric film 75, an upper electrode 76 made of a Pt film having a thickness of about 200 nm is formed. The ferroelectric film 75 is an example of the “memory material film” in the present invention, and the upper electrode 76 is an example of the “second electrode film” in the present invention.

また、第3実施形態では、強誘電体膜75は、上部電極76下に位置する約200nmの厚みを有する記憶部75aと、記憶部75a以外のPt膜74上の領域に位置し、平均値で記憶部75aの厚みの約15%以上約95%以下の厚みを有する薄膜部75bとから構成されている。   In the third embodiment, the ferroelectric film 75 is located in a region on the Pt film 74 other than the storage unit 75a and the storage unit 75a having a thickness of about 200 nm positioned below the upper electrode 76, and has an average value. The thin film portion 75b has a thickness of about 15% to about 95% of the thickness of the storage portion 75a.

IrSiN膜73およびPt膜74からなる下部電極と、強誘電体膜75の記憶部75aと、上部電極76とによって、1つのメモリセルを構成する1つの強誘電体キャパシタが構成されている。   The lower electrode composed of the IrSiN film 73 and the Pt film 74, the storage portion 75a of the ferroelectric film 75, and the upper electrode 76 constitute one ferroelectric capacitor constituting one memory cell.

また、第3実施形態では、上部電極76および強誘電体膜75の薄膜部75bを覆うように、シリコン窒化膜77が形成されている。このシリコン窒化膜77は、薄膜部75bのパターニング工程においてフォトレジスト膜と薄膜部75bとが接触するのを防止するために設けられている。また、このシリコン窒化膜77は、水素が拡散するのを抑制する水素拡散バリアとしての機能も有する。なお、シリコン窒化膜77は、本発明の「絶縁膜」の一例である。   In the third embodiment, the silicon nitride film 77 is formed so as to cover the upper electrode 76 and the thin film portion 75 b of the ferroelectric film 75. The silicon nitride film 77 is provided to prevent the photoresist film and the thin film portion 75b from contacting each other in the patterning process of the thin film portion 75b. The silicon nitride film 77 also has a function as a hydrogen diffusion barrier that suppresses diffusion of hydrogen. The silicon nitride film 77 is an example of the “insulating film” in the present invention.

また、メモリセルアレイ領域90および周辺回路領域95の全面を覆うように、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜78が形成されている。層間絶縁膜78の周辺回路領域95に対応する領域は、ビアホール78aが形成されている。ビアホール78a内で、周辺回路領域95のPt膜74aに接触するように、約15nmの厚みを有するTiN膜79が形成されている。TiN膜79上には、約200nmの厚みを有するAl膜80が形成されている。   An interlayer insulating film 78 made of a silicon oxide film is formed so as to cover the entire surface of the memory cell array region 90 and the peripheral circuit region 95. A via hole 78 a is formed in a region corresponding to the peripheral circuit region 95 of the interlayer insulating film 78. A TiN film 79 having a thickness of about 15 nm is formed in the via hole 78a so as to be in contact with the Pt film 74a in the peripheral circuit region 95. On the TiN film 79, an Al film 80 having a thickness of about 200 nm is formed.

第3実施形態では、上記のように、メモリセルアレイ領域90におけるIrSiN膜73およびPt膜74からなる下部電極の上面および側面を覆うように、SBT(SrBiTa)膜からなる強誘電体膜75を形成することによって、絶縁膜77および強誘電体膜75のエッチング時に、強誘電体キャパシタ(メモリセル)の下部電極(Pt膜74)にエッチングダメージが加わるのを防止することができる。このため、誘電体キャパシタ(メモリセル)の下部電極を構成するIrSiN膜73を、タングステンプラグ12と直接接触するように形成することによって、下部電極とタングステンプラグ12とを配線を介して接続する場合に比べて、良好な電気特性(下部電極の抵抗など)を得ることができる。 In the third embodiment, as described above, a ferroelectric film made of an SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) film so as to cover the upper surface and side surfaces of the lower electrode made of the IrSiN film 73 and the Pt film 74 in the memory cell array region 90. By forming the body film 75, it is possible to prevent the etching damage to the lower electrode (Pt film 74) of the ferroelectric capacitor (memory cell) when the insulating film 77 and the ferroelectric film 75 are etched. . Therefore, when the IrSiN film 73 constituting the lower electrode of the dielectric capacitor (memory cell) is formed so as to be in direct contact with the tungsten plug 12, the lower electrode and the tungsten plug 12 are connected via the wiring. Compared to the above, it is possible to obtain better electrical characteristics (resistance of the lower electrode, etc.).

なお、周辺回路領域95のPt膜74aには、絶縁膜77および強誘電体膜75のエッチング時に、エッチングダメージが加わる。しかし、Pt膜74aには、絶縁膜77および強誘電体膜75のエッチング後に、TiN膜79/Al膜80が接続され、周辺領域95におけるタングステンプラグ12と電気的に接続される構造となるため、エッチングダメージによる電気特性に与える影響は少ない。   Etching damage is applied to the Pt film 74a in the peripheral circuit region 95 when the insulating film 77 and the ferroelectric film 75 are etched. However, since the TiN film 79 / Al film 80 is connected to the Pt film 74a after the insulating film 77 and the ferroelectric film 75 are etched, the Pt film 74a is electrically connected to the tungsten plug 12 in the peripheral region 95. The effect of etching damage on electrical characteristics is small.

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

たとえば、上記実施形態では、下部電極の上層として、Pt膜を用いたが、本発明はこれに限らず、Pt膜に代えて、Ir膜、Pd膜、Co膜、Rh膜、Re膜、Mo膜またはRu膜を用いることが可能である。   For example, in the above embodiment, the Pt film is used as the upper layer of the lower electrode. However, the present invention is not limited to this, and instead of the Pt film, an Ir film, a Pd film, a Co film, an Rh film, a Re film, Mo A film or a Ru film can be used.

また、上記実施形態では、下部電極の下層として、IrSiN膜を用いたが、本発明はこれに限らず、IrSiN膜に代えて、TiO膜、CoSiN膜、RuSiN膜、Ti膜、Pt/TiO膜、TaSiN膜、Pt膜、IrO膜またはTiN膜を用いてもよい。 In the above embodiment, the IrSiN film is used as the lower layer of the lower electrode. However, the present invention is not limited to this, and instead of the IrSiN film, a TiO 2 film, a CoSiN film, a RuSiN film, a Ti film, or a Pt / TiO film is used. Two films, a TaSiN film, a Pt film, an IrO 2 film, or a TiN film may be used.

また、上記実施形態では、強誘電体膜として、SBT(SrBiTa)膜を用いたが、本発明はこれに限らず、SBTN(SrBi(Nb,Ta))膜、PZT(Pb(Zr,Ti)O)膜、PLZT((Pb,La)(Zr,Ti)O)膜およびBLT((Bi,La)Ti12)膜などの強誘電体膜、または、フッ化ビニリデン・三フッ化エチレン共重合体などの有機の強誘電体膜を用いることも可能である。 In the above embodiment, an SBT (Sr x Bi y Ta 2 O 9 ) film is used as the ferroelectric film. However, the present invention is not limited to this, and the SBTN (Sr x Bi y (Nb, Ta) 2 is used. O 9 ) film, PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) film, PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ) film, BLT ((Bi, La) 4 Ti 3 O 12 ) film, etc. It is also possible to use an organic ferroelectric film such as a ferroelectric film or a vinylidene fluoride / trifluoride ethylene copolymer.

また、上記実施形態では、巨大磁気抵抗材料膜としてPCMO膜を用いたが、本発明はこれに限らず、PCMO膜以外の巨大磁気抵抗材料膜を用いてもよい。   In the above embodiment, the PCMO film is used as the giant magnetoresistive material film. However, the present invention is not limited to this, and a giant magnetoresistive material film other than the PCMO film may be used.

また、上記実施形態では、上部電極と下部電極との間に位置する記憶材料膜として、強誘電体膜または巨大磁気抵抗材料膜を用いたが、本発明はこれに限らず、他の材料からなる記憶材料膜を用いてもよい。たとえば、有機材料からなる抵抗変化膜や、カルコゲナイド膜(たとえば、GeSbTe)などからなる記憶材料膜を用いてもよい。 In the above embodiment, the ferroelectric material film or the giant magnetoresistive material film is used as the memory material film positioned between the upper electrode and the lower electrode. However, the present invention is not limited to this, and other materials are used. A memory material film may be used. For example, a resistance change film made of an organic material or a memory material film made of a chalcogenide film (for example, Ge 2 Sb 2 Te 5 ) may be used.

また、上記実施形態では、薄膜部の表面を覆う絶縁膜としてシリコン窒化膜(SiN膜)を形成したが、本発明はこれに限らず、薄膜部の表面を覆う絶縁膜として、SiON膜やSiO膜を用いてもよい。この場合にも、絶縁膜により、薄膜部のパターニング時に、薄膜部とフォトレジスト膜とが接触するのを防止することができる。なお、SiON膜は、SiN膜と同様、水素拡散の抑制機能を有する一方、SiO膜は、水素拡散の抑制機能を有しない。 In the above embodiment, the silicon nitride film (SiN film) is formed as the insulating film covering the surface of the thin film portion. However, the present invention is not limited to this, and the insulating film covering the surface of the thin film portion is not limited thereto. Two films may be used. Also in this case, the insulating film can prevent the thin film portion and the photoresist film from contacting each other during patterning of the thin film portion. The SiON film has a function of suppressing hydrogen diffusion, like the SiN film, while the SiO 2 film does not have a function of suppressing hydrogen diffusion.

また、上記実施形態では、単純マトリックス型の強誘電体メモリまたは不揮発性メモリについて説明したが、本発明はこれに限らず、1トランジスタ1キャパシタ型の強誘電体メモリなどにも適用可能である。   In the above-described embodiment, the simple matrix type ferroelectric memory or the nonvolatile memory has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to a one-transistor one-capacitor type ferroelectric memory.

また、上記実施形態では、導電性プラグの一例としてタングステンプラグを用いたが、本発明はこれに限らず、タングステンプラグに代えて、導電性のポリシリコンプラグなどの他の導電性プラグを用いてもよい。   In the above embodiment, the tungsten plug is used as an example of the conductive plug. However, the present invention is not limited to this, and another conductive plug such as a conductive polysilicon plug is used instead of the tungsten plug. Also good.

本発明の第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリを示した断面図である。1 is a cross-sectional view showing a simple matrix ferroelectric memory according to a first embodiment of the present invention. 強誘電体膜の薄膜部の膜厚と残留分極量との関係を示した相関図である。It is the correlation figure which showed the relationship between the film thickness of the thin film part of a ferroelectric film, and the amount of remanent polarization. ウエハ面内での強誘電体膜の膜厚のばらつきを説明するための特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram for explaining variations in the thickness of a ferroelectric film within a wafer surface. ウエハ面内でのエッチングレートのばらつきを説明するための特性図である。It is a characteristic view for demonstrating the dispersion | variation in the etching rate within a wafer surface. 図1に示した第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the simple matrix ferroelectric memory according to the first embodiment shown in FIG. 1. 図1に示した第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the simple matrix ferroelectric memory according to the first embodiment shown in FIG. 1. 図1に示した第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the simple matrix ferroelectric memory according to the first embodiment shown in FIG. 1. 図1に示した第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the simple matrix ferroelectric memory according to the first embodiment shown in FIG. 1. 図1に示した第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the simple matrix ferroelectric memory according to the first embodiment shown in FIG. 1. 図1に示した第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the simple matrix ferroelectric memory according to the first embodiment shown in FIG. 1. 図1に示した第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the simple matrix ferroelectric memory according to the first embodiment shown in FIG. 1. 図1に示した第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the simple matrix ferroelectric memory according to the first embodiment shown in FIG. 1. 図1に示した第1実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the simple matrix ferroelectric memory according to the first embodiment shown in FIG. 1. 本発明の第2実施形態によるクロスポイント型の巨大磁気抵抗材料を用いた不揮発性メモリを示した断面図である。It is sectional drawing which showed the non-volatile memory using the cross point type | mold giant magnetoresistive material by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態による単純マトリックス型の強誘電体メモリを示した断面図である。6 is a cross-sectional view showing a simple matrix ferroelectric memory according to a third embodiment of the present invention; FIG. 従来の単純マトリックス型の強誘電体メモリの構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the conventional simple matrix type ferroelectric memory. 図16に示した従来の単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the conventional simple matrix ferroelectric memory shown in FIG. 16. 図16に示した従来の単純マトリックス型の強誘電体メモリの製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the conventional simple matrix ferroelectric memory shown in FIG. 16.

符号の説明Explanation of symbols

13、73 IrSiN膜(第1電極膜)
14、74 Pt膜(第1電極膜)
15、75 強誘電体膜(記憶材料膜)
15a 記憶部
15b 薄膜部
16、76 上部電極(第2電極膜)
17、77 シリコン窒化膜(絶縁膜)
19、79 TiN膜(接続配線)
20、80 Al膜(接続配線)
18b ビアホール(接続領域)
25 巨大磁気抵抗材料膜(記憶材料膜)
25a、75a 記憶部
25b、75b 薄膜部
13, 73 IrSiN film (first electrode film)
14, 74 Pt film (first electrode film)
15, 75 Ferroelectric film (memory material film)
15a Memory unit 15b Thin film unit 16, 76 Upper electrode (second electrode film)
17, 77 Silicon nitride film (insulating film)
19, 79 TiN film (connection wiring)
20, 80 Al film (connection wiring)
18b Via hole (connection area)
25 Giant magnetoresistive material film (memory material film)
25a, 75a Storage unit 25b, 75b Thin film unit

Claims (5)

第1電極膜と、
前記第1電極膜上に形成され、記憶部と、前記記憶部の厚みよりも小さく、かつ、平均値で前記記憶部の厚みの15%以上95%以下の厚みを有する薄膜部とを有する記憶材料膜と、
前記記憶材料膜の前記記憶部上に形成された第2電極膜と、
前記第1電極膜、前記記憶材料膜および前記第2電極膜を有する単純マトリックス型の複数のメモリセルを含むメモリセルアレイ領域と、
平面的に見て前記メモリセルアレイ領域とは異なる領域に形成され、トランジスタを含む周辺回路領域と、
前記メモリセルアレイ領域の前記複数のメモリセルが形成される領域の前記記憶材料膜の上方の実質的に全領域を覆うように形成されるとともに、前記トランジスタを含む周辺回路領域には形成されない水素の拡散を抑制する絶縁膜と
を備えた、メモリ。
A first electrode film;
A memory formed on the first electrode film and having a memory portion and a thin film portion having a thickness smaller than the thickness of the memory portion and having an average value of 15% to 95% of the thickness of the memory portion. A material film,
A second electrode film formed on the storage portion of the storage material film,
A memory cell array region including a plurality of simple matrix memory cells having the first electrode film, the memory material film, and the second electrode film;
A peripheral circuit region including a transistor, formed in a region different from the memory cell array region in plan view;
The memory cell array region is formed so as to cover substantially the entire region above the memory material film in the region where the plurality of memory cells are formed, and is not formed in the peripheral circuit region including the transistor. A memory comprising an insulating film for suppressing diffusion.
前記メモリセルアレイ領域と前記周辺回路領域とを接続するための接続配線をさらに備え、
少なくとも前記メモリセルアレイ領域の前記第1電極膜の上面と前記接続配線との接続領域近傍には、前記記憶材料膜の薄膜部が存在しないように、前記記憶材料膜がパターニングされている、請求項に記載のメモリ。
A connection wiring for connecting the memory cell array region and the peripheral circuit region;
The memory material film is patterned so that a thin film portion of the memory material film does not exist at least in the vicinity of a connection region between the upper surface of the first electrode film and the connection wiring in the memory cell array region. The memory according to 1 .
前記第1電極膜は、第1下部電極膜と、前記第1下部電極膜上に形成された第2下部電極膜とを含み、
前記第1下部電極膜は、酸素の拡散を抑制する機能を有する、請求項1および2のいずれか1項に記載のメモリ。
The first electrode film includes a first lower electrode film and a second lower electrode film formed on the first lower electrode film,
The first lower electrode layer has a function of suppressing the diffusion of oxygen, the memory according to any one of claims 1 and 2.
前記記憶材料膜は、前記第1電極膜の上面および側面を覆うように形成されている、請求項およびのいずれか1項に記載のメモリ。 Wherein the storage material film, the first electrode layer is formed to cover the upper and side surfaces of the memory according to any one of claims 1 and 3. 一対のソース/ドレイン領域を有する導電性トランジスタと、
前記トランジスタのソース/ドレイン領域の一方に接続された導電性プラグと
をさらに備え、
前記第1電極膜は、前記導電性プラグに接触するように形成されている、請求項1、およびのいずれか1項に記載のメモリ。
A conductive transistor having a pair of source / drain regions;
And a conductive plug connected to one of the source / drain regions of the transistor,
The first electrode layer is formed to contact the conductive plug, the memory according to any one of claims 1, 3 and 4.
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