JP2003197772A - Capacitor, semiconductor storage device and its manufacturing method - Google Patents
Capacitor, semiconductor storage device and its manufacturing methodInfo
- Publication number
- JP2003197772A JP2003197772A JP2001397496A JP2001397496A JP2003197772A JP 2003197772 A JP2003197772 A JP 2003197772A JP 2001397496 A JP2001397496 A JP 2001397496A JP 2001397496 A JP2001397496 A JP 2001397496A JP 2003197772 A JP2003197772 A JP 2003197772A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- memory device
- semiconductor memory
- capacitor
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 133
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 126
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 238000003860 storage Methods 0.000 title abstract description 7
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 283
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 123
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 74
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 47
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 45
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims description 45
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 42
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 38
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 28
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 13
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 11
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 10
- -1 LiTaO 3 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910009580 YMnO Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000010030 laminating Methods 0.000 abstract description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 169
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 42
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 description 34
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 27
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 27
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 25
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 23
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 21
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 17
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 16
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 15
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 15
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 15
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- XTDAIYZKROTZLD-UHFFFAOYSA-N boranylidynetantalum Chemical compound [Ta]#B XTDAIYZKROTZLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 12
- 229910052454 barium strontium titanate Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 11
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 10
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 10
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 9
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 8
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical compound [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 7
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 7
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 6
- 229910019001 CoSi Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 4
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 4
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 3
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N $l^{3}-silane;platinum Chemical compound [SiH3].[Pt] ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WEAMLHXSIBDPGN-UHFFFAOYSA-N (4-hydroxy-3-methylphenyl) thiocyanate Chemical compound CC1=CC(SC#N)=CC=C1O WEAMLHXSIBDPGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004200 TaSiN Inorganic materials 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWRSDLOICOIGRH-UHFFFAOYSA-N [Si].[Si].[Hf] Chemical compound [Si].[Si].[Hf] TWRSDLOICOIGRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VKTGMGGBYBQLGR-UHFFFAOYSA-N [Si].[V].[V].[V] Chemical compound [Si].[V].[V].[V] VKTGMGGBYBQLGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FHTCLMVMBMJAEE-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)manganese Chemical compound [Si]=[Mn]=[Si] FHTCLMVMBMJAEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)molybdenum Chemical compound [Si]=[Mo]=[Si] YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021357 chromium silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005621 ferroelectricity Effects 0.000 description 2
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021344 molybdenum silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 229910021339 platinum silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- HWLDNSXPUQTBOD-UHFFFAOYSA-N platinum-iridium alloy Chemical compound [Ir].[Pt] HWLDNSXPUQTBOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 229910021341 titanium silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N tungsten disilicide Chemical compound [Si]#[W]#[Si] WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021342 tungsten silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021355 zirconium silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- OFEAOSSMQHGXMM-UHFFFAOYSA-N 12007-10-2 Chemical compound [W].[W]=[B] OFEAOSSMQHGXMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910016006 MoSi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052789 astatine Inorganic materials 0.000 description 1
- SWXQKHHHCFXQJF-UHFFFAOYSA-N azane;hydrogen peroxide Chemical compound [NH4+].[O-]O SWXQKHHHCFXQJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IVHJCRXBQPGLOV-UHFFFAOYSA-N azanylidynetungsten Chemical compound [W]#N IVHJCRXBQPGLOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JWVAUCBYEDDGAD-UHFFFAOYSA-N bismuth tin Chemical compound [Sn].[Bi] JWVAUCBYEDDGAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005885 boration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- XEMZLVDIUVCKGL-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide;sulfuric acid Chemical compound OO.OS(O)(=O)=O XEMZLVDIUVCKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 239000008155 medical solution Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000487 osmium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- JIWAALDUIFCBLV-UHFFFAOYSA-N oxoosmium Chemical compound [Os]=O JIWAALDUIFCBLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SJLOMQIUPFZJAN-UHFFFAOYSA-N oxorhodium Chemical compound [Rh]=O SJLOMQIUPFZJAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- YSZJKUDBYALHQE-UHFFFAOYSA-N rhenium trioxide Chemical compound O=[Re](=O)=O YSZJKUDBYALHQE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003450 rhodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体記憶装置に
関し、詳しくは高誘電体膜材料もしくは強誘電体膜材料
からなる誘電体膜を含むキャパシタと、それを有する半
導体記憶装置、およびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a capacitor including a dielectric film made of a high dielectric film material or a ferroelectric film material, a semiconductor memory device having the same, and a method of manufacturing the same. Regarding
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体記憶装置の高密度化および
高集積化による記憶容量の増大に伴い、従来用いられて
きたシリコン酸化膜に比べて高い誘電率を有する高誘電
体薄膜材料を利用したDRAM(ダイナミック・ランダ
ム・アクセス・メモリ)等の半導体メモリが研究されて
いる。一方、自発分極という特異な電気特性を有する強
誘電体を利用した不揮発性半導体記憶装置(強誘電体半
導体記憶装置)(FeRAM)(USP487366
4)は、その高速書き込み/読み出し、低電圧動作等の
特徴から、従来の不揮発性メモリのみならず、SRAM
(スタティックRAM)やDRAM等の殆どのメモリに置
き換わる可能性を秘めており、現在多くの研究が進めら
れている。2. Description of the Related Art In recent years, with the increase in storage capacity due to higher density and higher integration of semiconductor memory devices, a high dielectric thin film material having a higher dielectric constant than a silicon oxide film which has been conventionally used is used. Semiconductor memories such as DRAM (dynamic random access memory) have been studied. On the other hand, a non-volatile semiconductor memory device (ferroelectric semiconductor memory device) (FeRAM) using a ferroelectric substance having a unique electrical property called spontaneous polarization (USP487366)
4) is not only conventional non-volatile memory but also SRAM because of its features such as high speed writing / reading and low voltage operation.
It has the potential to replace most memories such as (static RAM) and DRAM, and many studies are currently underway.
【0003】高誘電体薄膜を用いたDRAMのメモリセ
ルは、トランジスタ1個と蓄積キャパシタ1個で構成さ
れ(1T/1C)、蓄積キャパシタに蓄えられた電荷量
の大小が記憶情報となる。高誘電率の絶縁膜を利用する
ことによって、セル面積並びに蓄積キャパシタの面積が
小さくても、このキャパシタは十分に大きな容量値を持
ち、情報量としての電荷量が小さくならない。これによ
って、DRAMの情報記憶容量をさらに上げることがで
きる。A DRAM memory cell using a high dielectric thin film is composed of one transistor and one storage capacitor (1T / 1C), and the amount of charge stored in the storage capacitor serves as stored information. By using an insulating film having a high dielectric constant, even if the cell area and the area of the storage capacitor are small, this capacitor has a sufficiently large capacitance value and the electric charge amount as the information amount does not become small. As a result, the information storage capacity of the DRAM can be further increased.
【0004】強誘電体の自発分極特性を利用したメモリ
には大きく分けて2つのタイプがある。第1のタイプ
は、通常のDRAM型メモリセルのメモリキャパシタ材
料を常誘電体から強誘電体へ置き換えたものである。こ
れは、強誘電体キャパシタに電圧を印加して分極状態を
設定することにより書き込み、読み出しの電圧を印加し
たときに強誘電体キャパシタに流れる電流、即ち、強誘
電体キャパシタの蓄積電荷量の違いで分極状態を検知す
るものである。第2のタイプは、MOS−FETのゲー
ト絶縁膜を強誘電体で置き換えた構造である。これは、
強誘電体ゲートの分極の向きに対応してソース・ドレイ
ン間のチャネル部分を流れる電流の違いで分極状態を検
知するものである。第1のタイプの強誘電体メモリセル
として、例えば、強誘電体キャパシタに選択トランジス
タを付加した1トランジスタ+1キャパシタ(1T/1
C)構造を有する不揮発性メモリセルを挙げることがで
きる。このような強誘電体または高誘電体薄膜を利用す
るキャパシタは、例えば、下部電極と上部電極、及びそ
れらの間に挟まれた強誘電体または高誘電体薄膜から構
成されている。There are roughly two types of memories that utilize the spontaneous polarization characteristics of ferroelectric substances. The first type is one in which the paraelectric material is replaced with a ferroelectric material for the memory capacitor material of a normal DRAM type memory cell. This is the difference in the current that flows through the ferroelectric capacitor when a voltage for writing and reading is applied by applying a voltage to the ferroelectric capacitor to set the polarization state, that is, the amount of charge stored in the ferroelectric capacitor. Is to detect the polarization state. The second type has a structure in which the gate insulating film of the MOS-FET is replaced with a ferroelectric substance. this is,
The polarization state is detected by the difference in the current flowing through the channel portion between the source and drain corresponding to the polarization direction of the ferroelectric gate. As the first type ferroelectric memory cell, for example, 1 transistor + 1 capacitor (1T / 1 in which a selection transistor is added to a ferroelectric capacitor) is used.
A non-volatile memory cell having a C) structure can be mentioned. A capacitor using such a ferroelectric or high-dielectric thin film is composed of, for example, a lower electrode and an upper electrode, and a ferroelectric or high-dielectric thin film sandwiched between them.
【0005】高誘電体材料としては、STO(SrTi
O3:チタン酸ストロンチウム)やBST((Ba,S
r)TiO3:チタン酸バリウム,チタン酸ストロンチ
ウム)やタンタル酸化膜(Ta2O5)等があり、高集
積DRAM等への応用が検討されている。また、強誘電
体材料としては、大きな残留分極が得られるPZT(P
b(Zr,Ti)O3、チタン酸ジルコン酸鉛)、PL
ZT((Pb,La)(Zr,Ti)O3、チタン酸ジ
ルコン酸ランタン鉛)などのABO3型のペロブスカイ
ト結晶構造を持つ鉛系酸化物材料が主に開発されて、一
部はすでに実用化されている。これらの薄膜を形成する
方法としては、ゾルゲル法やMOD(Metal Organic De
composition)法などの回転塗布法、スパッタ法、MO
CVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)
法などが用いられている。As a high dielectric material, STO (SrTi
O 3 : Strontium titanate) and BST ((Ba, S
r) TiO 3: barium titanate, there are strontium titanate), tantalum oxide film (Ta 2 O 5) or the like, application to highly integrated DRAM or the like have been studied. Further, as a ferroelectric material, PZT (P
b (Zr, Ti) O 3 , lead zirconate titanate), PL
Lead-based oxide materials with ABO 3 type perovskite crystal structure such as ZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 and lead lanthanum zirconate titanate) have been mainly developed, and some of them are already in practical use. Has been converted. As a method for forming these thin films, a sol-gel method or MOD (Metal Organic Deposition) is used.
spin coating method such as composition method, sputtering method, MO
CVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)
The law is used.
【0006】STOやBSTOなどの高誘電体は、30
0℃〜600℃程度の比較的低い温度で形成することが
可能である。また、強誘電体材料のペロブスカイト構造
の酸化物材料であるPZTも600℃程度の比較的低い
温度で形成することが可能である。ところが、PZTの
ように鉛をその構成元素として含む材料は、鉛やその酸
化物の蒸気圧が高いため、成膜時に鉛が蒸発して膜中に
欠陥を発生させ、ひどい場合にはピンホールを発生させ
る。この結果、リーク電流が増大し、106〜108回
程度の分極反転を繰り返すと自発分極の大きさが減少す
る疲労現象が起こるという欠点があった。特に、強誘電
体不揮発性メモリによるFeRAMの分野での使用とな
ると、1015回の分極反転後も特性の変化がないこと
を保証しなければならないため、疲労現象の少ない強誘
電体膜が求められている。High dielectric materials such as STO and BSTO have 30
It can be formed at a relatively low temperature of about 0 ° C to 600 ° C. Further, PZT, which is an oxide material having a perovskite structure as a ferroelectric material, can also be formed at a relatively low temperature of about 600 ° C. However, a material containing lead as its constituent element, such as PZT, has a high vapor pressure of lead and its oxide, so that lead evaporates during film formation and causes defects in the film, and in severe cases, pinholes. Generate. As a result, there is a drawback that the leak current increases and a fatigue phenomenon occurs in which the magnitude of spontaneous polarization decreases when the polarization inversion is repeated about 10 6 to 10 8 times. In particular, when used in the field of FeRAM using a ferroelectric non-volatile memory, it is necessary to ensure that the characteristics do not change even after 10 15 times of polarization reversal, so a ferroelectric film with less fatigue phenomenon is required. Has been.
【0007】一方、ビスマス層状構造化合物材料の開発
が進められている。ビスマス層状構造化合物材料は、1
959年にSmolenskiiらによって発見され、Soviet Phy
s. Solid State (USSR), p1 (1959) G. A. Smolenskii,
V. A. Isupov and A. I. Agranovskaya, p149 に開示
されている。その後、Subbaraoにより詳細な検討がなさ
れ、それがJ. Phys. Chem. Solids (USA), p23 (1962),
E. C. Subbarao, p665 に開示されている。またCarlos
A. Paz de Araujoらは、このビスマス層状構造化合物
材料であるSBT膜がFeRAMに適していることを発
見し、特に10 12回以上の分極反転後も特性に変化が
見られないという優れた疲労特性を報告している。さら
にSBT膜は分極反転に必要な電界がPZT膜と比べて
小さいため、特に駆動電圧が小さくなる高集積FeRA
Mに適している。しかしながら、SBTの形成には、7
00℃〜800℃程度の高温プロセスが必要になるとい
う問題があった。On the other hand, development of bismuth layer structure compound material
Is being promoted. Bismuth layer structure compound material is 1
Discovered by Smolenskii et al. In 959, Soviet Phy
s. Solid State (USSR), p1 (1959) G. A. Smolenskii,
Disclosed in V.A.Isupov and A.I.Agranovskaya, p149
Has been done. After that, Subbarao didn't discuss it in detail.
That is J. Phys. Chem. Solids (USA), p23 (1962),
E. C. Subbarao, p665. Again Carlos
A. Paz de Araujo et al.
The material SBT film is suitable for FeRAM.
Look, especially 10 12Characteristics change after polarization inversion more than once
It reports excellent fatigue properties that it cannot be seen. Furthermore
In addition, the electric field required for polarization reversal in the SBT film is higher than that in the PZT film.
Highly integrated FeRA whose driving voltage is particularly small due to its small size
Suitable for M. However, the formation of SBT requires 7
It is said that a high temperature process of around 00 ℃ to 800 ℃ is required.
There was a problem.
【0008】次に、従来の半導体記憶装置の一例を、図
8の概略断面図によって説明する。図8に示すように、
半導体基板(例えば第1導電型シリコン基板)111に
は、素子間分離酸化膜112が形成され、素子の形成領
域を分離している。この素子の形成領域にはトランジス
タ121が形成されている(符号121は図示されてい
ない)。このトランジスタ121は、半導体基板111
上に形成したゲート酸化膜122と、その上部に形成し
たポリシリコンワード線(ゲート電極も含む)123
と、そのゲート電極部分の両側の半導体基板111に形
成したもので第1導電型とは反対極性の第2導電型の不
純物拡散領域124,125とから構成されている。上
記ポリシリコンワード線123の側壁にはサイド・ウォ
ール絶縁膜126が形成されている。Next, an example of a conventional semiconductor memory device will be described with reference to the schematic sectional view of FIG. As shown in FIG.
An inter-element isolation oxide film 112 is formed on a semiconductor substrate (for example, a first conductivity type silicon substrate) 111 to isolate an element formation region. A transistor 121 is formed in the formation region of this element (reference numeral 121 is not shown). The transistor 121 is formed on the semiconductor substrate 111.
A gate oxide film 122 formed above and a polysilicon word line (including a gate electrode) 123 formed above the gate oxide film 122.
And the impurity diffusion regions 124 and 125 of the second conductivity type which are formed on the semiconductor substrate 111 on both sides of the gate electrode portion and have the opposite polarity to the first conductivity type. A sidewall insulating film 126 is formed on the sidewall of the polysilicon word line 123.
【0009】また、半導体基板111上には上記トラン
ジスタ121を覆う層間絶縁膜113が形成されてい
る。この層間絶縁膜113には、不純物拡散領域124
に達する接続孔114が形成され、その接続孔114の
内部には不純物拡散領域124に接続するメモリ部の導
電性プラグ115が形成されている。An interlayer insulating film 113 is formed on the semiconductor substrate 111 to cover the transistor 121. Impurity diffusion regions 124 are formed in the interlayer insulating film 113.
To the impurity diffusion region 124, a conductive plug 115 of the memory portion is formed inside the connection hole 114.
【0010】上記層間絶縁膜113上には上記導電性プ
ラグ115に接続する誘電体キャパシタ131の下部電
極層132と、誘電体膜133と、上部電極134とが
積層されている(符号131は図示されていない)。こ
の誘電体キャパシタ131は層間絶縁膜116により被
覆され、誘電体キャパシタ131の上部電極134上に
開口部が形成されている。この開口部を通じて上部電極
134に接続するプレート線141が形成されている。A lower electrode layer 132 of a dielectric capacitor 131 connected to the conductive plug 115, a dielectric film 133, and an upper electrode 134 are laminated on the interlayer insulating film 113 (reference numeral 131 is shown). It has not been). The dielectric capacitor 131 is covered with an interlayer insulating film 116, and an opening is formed on the upper electrode 134 of the dielectric capacitor 131. A plate line 141 connecting to the upper electrode 134 is formed through this opening.
【0011】さらに上記プレート線141を被覆する層
間絶縁膜118が形成されている。この層間絶縁膜11
8、116、113には他方の上記不純物拡散領域12
5に達するビットコンタクトホール119が形成され、
このビットコンタクトホール119を通じて第2導電型
の不純物拡散領域125に接続するビット線142が形
成されている。Further, an interlayer insulating film 118 for covering the plate line 141 is formed. This interlayer insulating film 11
On the other hand, the other impurity diffusion regions 12
5, a bit contact hole 119 reaching 5 is formed,
A bit line 142 connected to the impurity diffusion region 125 of the second conductivity type is formed through the bit contact hole 119.
【0012】従来の高誘電体材料もしくは強誘電体材料
を誘電体膜133に用いた誘電体キャパシタ131を備
えた半導体記憶装置110では、前記説明したように、
下部電極132、誘電体膜133および上部電極134
からなる誘電体キャパシタ131を上記トランジスタ1
21上に形成したスタック型構造が採用されている。そ
れによって、メモリセル領域を縮小し、高集積化を可能
としている。このようなスタック型構造を可能とするた
めには、トランジスタ(選択トランジスタ)121と誘
電体キャパシタ131との接続に導電性プラグ115を
用いるプラグ構造とする必要がある。In the conventional semiconductor memory device 110 having the dielectric capacitor 131 using the high dielectric material or the ferroelectric material for the dielectric film 133, as described above,
Lower electrode 132, dielectric film 133 and upper electrode 134
The dielectric capacitor 131 consisting of
The stack type structure formed on 21 is adopted. As a result, the memory cell area is reduced and high integration is possible. In order to enable such a stack-type structure, it is necessary to use a conductive plug 115 for connecting the transistor (selection transistor) 121 and the dielectric capacitor 131.
【0013】また誘電体キャパシタの下部電極材料とし
ては、耐熱性、耐酸化性、或は、一般的に、耐反応性等
の点から白金、イリジウム、ルテニウム等の貴金属が用
いられている。As the lower electrode material of the dielectric capacitor, a noble metal such as platinum, iridium, ruthenium or the like is generally used from the viewpoint of heat resistance, oxidation resistance, or reaction resistance.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】誘電体キャパシタに用
いられる高誘電体膜もしくは強誘電体膜の形成プロセス
においては、これらを結晶化させて高誘電率もしくは強
誘電性を得るために500℃〜800℃の高温酸化性雰
囲気中での処理が不可欠である。これらの高集積半導体
記憶装置の実用化に際して、誘電体キャパシタの貴金属
下部電極とポリシリコンプラグもしくはタングステンプ
ラグとが誘電体膜を形成するプロセス中の高温時に反応
したり、プラグが酸化して下部電極とプラグのコンタク
ト不良を起こしたり、ポリシリコンプラグの場合は、貴
金属下部電極がシリサイド化して誘電体の結晶性は崩れ
たりして、さらに、貴金属や誘電体膜の構成元素等が基
板中に拡散して、トランジスタ特性を劣化させる等の問
題があった。このため、上記下部電極の設計に工夫が必
要となる。たとえば、上記プラグと貴金属の下部電極と
の間に、熱的に安定で、かつプラグや下部電極や誘電体
膜などの構成元素(たとえば、酸素とシリコンなど)に
対して強力なバリア性を有する導電性の拡散バリア層を
設けて、貴金属下部電極とプラグの高温での反応、およ
び貴金属電極や誘電体膜の構成元素等が基板中への拡散
を防止する。本願発明者はこの課題について提案をし続
け、良好な結果を得ている。たとえば、特許第2118
09号公報において、一つの提案の詳細が開示されてい
る。また、特開2000−138182号公報は、酸化
膜、シリサイド膜を含む多層の下部電極を有するキャパ
シタを開示している。また、特開2000−12442
8号公報において開示された半導体装置では、下部電極
とソース領域との間にTiN、TiON、TiW、また
は、MoSiからなる導電性反応防止層を備えているこ
とから、酸素アニール処理しても、酸素の拡散がブロッ
クされ、絶縁体である酸化シリコン膜を生成することは
ない。また、特開平5−347274号公報において開
示されている配線製造方法によって、WプラグとAl配
線の間に窒化タングステン(WNx)層を介在させるこ
とにより、AlとWの反応が阻止され、熱的安定性を有
する配線が得られる。また、該公報では、ホウ化タング
ステン(WBx)層はTiNなどのバリアメタルと同様
にWとAlの間の反応を防止する作用があると記載され
ている。In the process of forming a high dielectric film or a ferroelectric film used for a dielectric capacitor, it is necessary to crystallize them to obtain a high dielectric constant or ferroelectricity at 500.degree. Treatment in a high temperature oxidizing atmosphere at 800 ° C. is essential. When these highly integrated semiconductor memory devices are put to practical use, the noble metal lower electrode of the dielectric capacitor and the polysilicon plug or the tungsten plug react at a high temperature during the process of forming the dielectric film, or the plug oxidizes to cause the lower electrode. Contact failure between the plug and the plug, or in the case of a polysilicon plug, the noble metal lower electrode is silicidized and the crystallinity of the dielectric is destroyed, and the noble metal and the constituent elements of the dielectric film diffuse into the substrate. Then, there is a problem that the transistor characteristics are deteriorated. Therefore, it is necessary to devise the design of the lower electrode. For example, it is thermally stable between the plug and the lower electrode of the noble metal and has a strong barrier property against constituent elements (eg, oxygen and silicon) such as the plug, the lower electrode, and the dielectric film. A conductive diffusion barrier layer is provided to prevent reaction of the noble metal lower electrode and the plug at high temperature, and diffusion of constituent elements of the noble metal electrode and the dielectric film into the substrate. The inventor of the present application has continued to make proposals for this problem and has obtained good results. For example, Japanese Patent No. 2118
No. 09 publication discloses the details of one proposal. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-138182 discloses a capacitor having a multilayer lower electrode including an oxide film and a silicide film. In addition, JP-A-2000-12442
The semiconductor device disclosed in Japanese Patent No. 8 has a conductive reaction preventing layer made of TiN, TiON, TiW, or MoSi between the lower electrode and the source region. Oxygen diffusion is blocked, and a silicon oxide film that is an insulator is not formed. Further, according to the wiring manufacturing method disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-347274, by interposing a tungsten nitride (WN x ) layer between the W plug and the Al wiring, the reaction between Al and W is prevented, and the heat A wiring having a mechanical stability can be obtained. In addition, the publication describes that the tungsten boride (WB x ) layer has an action of preventing a reaction between W and Al like a barrier metal such as TiN.
【0015】一般的には、これまでこの拡散バリア層と
して酸化シリコンからなる層間絶縁膜と密着性が良く、
耐シリサイド化性、耐酸化性が高い窒化チタンを用いて
きたが、他の膜と熱膨張係数が大きく異なるため、高温
酸化性雰囲気中での熱処理によって膜剥れを引き起こし
ていた。また、柱状の結晶粒界を伝わって酸素、シリコ
ン、貴金属、鉛、ビスマスなどが拡散するので、十分な
バリア性を得ようとすると、200nm以上の膜厚が必
要になり、これによって誘電体キャパシタの段差が大き
くなり、高集積化を阻害し、前述膜剥れもさらに厳重に
なるという問題があった。またこの問題を引き起こさな
いように、誘電体膜の熱処理温度を下げると、十分な誘
電率が得られない、十分な強誘電性が得られない、リー
ク電流が増加する等の問題が起こり、高い信頼性が得ら
れないという問題があった。In general, the diffusion barrier layer has been generally well adhered to the interlayer insulating film made of silicon oxide.
Titanium nitride, which has high silicidation resistance and oxidation resistance, has been used. However, since the thermal expansion coefficient is greatly different from that of other films, film peeling was caused by heat treatment in a high temperature oxidizing atmosphere. Further, since oxygen, silicon, noble metal, lead, bismuth, etc. diffuse along the columnar crystal grain boundaries, a film thickness of 200 nm or more is required in order to obtain sufficient barrier properties. There is a problem that the step difference becomes large, which hinders high integration, and the film peeling becomes more severe. If the heat treatment temperature of the dielectric film is lowered so as not to cause this problem, problems such as insufficient dielectric constant, insufficient ferroelectricity, and increased leak current may occur. There was a problem that reliability was not obtained.
【0016】また、上記問題を解決するために、窒化チ
タンの代わりに結晶粒界のないアモルファスの拡散バリ
ア層として窒化ケイ化タンタル(TaSiN)を用い、
貴金属としてイリジウムを用いることによって耐熱性を
向上させようとする試みもなされ、そのことが、J. Kud
o et al., IEEE IEDM Technical Digest, p609 (1997)
に開示されている。しかしながら、この場合も下部電極
全体の膜厚は200nm〜300nmと厚いうえに耐熱
性も700℃程度であるため、SBT膜を用いるような
高集積FeRAMとしては十分ではなかった。In order to solve the above problems, tantalum nitride silicide (TaSiN) is used as an amorphous diffusion barrier layer having no crystal grain boundary, instead of titanium nitride,
Attempts have also been made to improve heat resistance by using iridium as a noble metal, which is described in J. Kud.
o et al., IEEE IEDM Technical Digest, p609 (1997)
Is disclosed in. However, in this case as well, the film thickness of the entire lower electrode is as thick as 200 nm to 300 nm and the heat resistance is about 700 ° C., so it was not sufficient as a highly integrated FeRAM using an SBT film.
【0017】本発明は、上記の課題を鑑みてなされ、そ
の目的は、高温酸化性雰囲気中で形成しても、導電性プ
ラグとキャパシタの下部電極との反応および拡散を防止
でき、良好なコンタクト特性を持つ電極構造のキャパシ
タ、半導体記憶装置、およびその製造方法を提供するこ
とにある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to prevent a reaction and diffusion between a conductive plug and a lower electrode of a capacitor even when formed in a high temperature oxidizing atmosphere, and to obtain a good contact. An object is to provide a capacitor having a characteristic electrode structure, a semiconductor memory device, and a manufacturing method thereof.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係わるキャパシタは、第1の電極膜と、第
2の電極膜と、前記第1および第2の電極膜に挟まれた
誘電体薄膜とを有し、前記第1の電極膜は、拡散防止層
と、高融点金属のホウ化物層とを含み、前記第1の電極
膜は、前記誘電体膜側から拡散防止層と、高融点金属の
ホウ化物層とを順次に積層してなる。前記高融点金属の
ホウ化物層は導電性を有し、また、シリコンに対するバ
リア性を有する。好ましくは、前記高融点金属のホウ化
物層は、Cr、Hf、La、Mo、Nb、Ta、Ti、
V、W、Y、Zrのうち、少なくとも一つのホウ化物を
含んでいる。前記拡散防止層は、Ir、Ru、Rh、R
e、Osのうち、少なくとも一つを含み、もしくは、I
r、Ru、Rh、Re、Osのうち、少なくとも一つの
酸化物を含む。また、好ましくは、前記誘電体膜は、A
BO3型ペロブス力イト構造を有し、Ta2O5、Sr
TiO3、(Ba,Sr)TiO3、Pb(Zr,T
i)O3、(Pb,La)(Zr,Ti)O3、PbT
iO3、BaTiO3、LiNbO3、LiTaO3、
およびYMnO3のうち、少なくとも一つを含んでい
る。或は、前記誘電体膜は、ビスマス系層状ペロブス力
イト構造化合物を含み、SrBi2Ta2O9、SrB
i2Nb2O9、SrBi2(Ta,Nb)2O9、B
i4Ti3O12、SrBi4Ti4O15、SrBi
4(Ti,Zr)4O 15、Bi3TiNbO9、Bi
3TiTaO9、BaBi2Ta2O9、BaBi2N
b2O9のうち、少なくとも一つを含んでいる。[Means for Solving the Problems] To achieve the above object
The capacitor according to the present invention comprises a first electrode film, a
Sandwiched between the second electrode film and the first and second electrode films
And a dielectric thin film, wherein the first electrode film is a diffusion prevention layer.
And a boride layer of a refractory metal, the first electrode
The film consists of a diffusion prevention layer and a refractory metal from the side of the dielectric film.
It is formed by sequentially stacking a boride layer. Of the refractory metal
The boride layer is electrically conductive and has a barrier to silicon.
Has realism. Preferably, boration of the refractory metal
The material layers are Cr, Hf, La, Mo, Nb, Ta, Ti,
At least one boride selected from V, W, Y, and Zr
Contains. The diffusion barrier layer is made of Ir, Ru, Rh, R.
at least one of e and Os, or I
at least one of r, Ru, Rh, Re, Os
Contains oxides. Also, preferably, the dielectric film is A
BOThreeTa-type with a perovskite structureTwoO5, Sr
TiOThree, (Ba, Sr) TiOThree, Pb (Zr, T
i) OThree, (Pb, La) (Zr, Ti) OThree, PbT
iOThree, BaTiOThree, LiNbOThree, LiTaOThree,
And YMnOThreeContains at least one of
It Alternatively, the dielectric film is a bismuth-based layered perovsk force.
Containing a ito structure compound, SrBiTwoTaTwoO9, SrB
iTwoNbTwoO9, SrBiTwo(Ta, Nb)TwoO9, B
iFourTiThreeO12, SrBiFourTiFourO15, SrBi
Four(Ti, Zr)FourO 15, BiThreeTiNbO9, Bi
ThreeTiTaO9, BaBiTwoTaTwoO9, BaBiTwoN
bTwoO9Of these, at least one is included.
【0019】上記目的を達成するために、本発明に係わ
る半導体記憶装置は、選択トランジスタと、前記選択ト
ランジスタの一方の不純物拡散領域と電気的に接続する
キャパシタとを含む半導体記憶装置であって、前記キャ
パシタは、選択トランジスタの一方の不純物拡散領域と
電気的に接続する下部電極膜と、前記下部電極上方の上
部電極膜と、前記下部電極膜および上部電極膜に挟まれ
た誘電体膜とを有し、前記下部電極膜は、拡散防止層
と、高融点金属のホウ化物層とを含み、前記下部電極膜
は、前記誘電体膜側から拡散防止層、高融点金属のホウ
化物層との順で積層されている。前記キャパシタを構成
する材料およびその特性は、前述と同様である。In order to achieve the above object, a semiconductor memory device according to the present invention is a semiconductor memory device including a selection transistor and a capacitor electrically connected to one impurity diffusion region of the selection transistor, The capacitor includes a lower electrode film electrically connected to one impurity diffusion region of the select transistor, an upper electrode film above the lower electrode, and a dielectric film sandwiched between the lower electrode film and the upper electrode film. The lower electrode film includes a diffusion prevention layer and a high-melting-point metal boride layer, and the lower electrode film includes a diffusion prevention layer and a high-melting-point metal boride layer from the dielectric film side. It is stacked in order. The material forming the capacitor and its characteristics are the same as described above.
【0020】また、本発明に係わる半導体記憶装置は、
一方が前記選択トランジスタの一方の不純物拡散領域に
達しており、他方が前記キャパシタの下部電極と接続し
ている導電性コンタクト・プラグをさらに有する。たと
えば、該導電性コンタクト・プラグは不純物を注入した
ポリシリコンを含む。この場合は、前記導電性コンタク
ト・プラグの前記キャパシタの下部電極と接する端面
に、シリサイド膜が形成されている。The semiconductor memory device according to the present invention is
It further comprises a conductive contact plug, one reaching the impurity diffusion region of one of the select transistors and the other connecting to the lower electrode of the capacitor. For example, the conductive contact plug comprises doped polysilicon. In this case, a silicide film is formed on the end surface of the conductive contact plug that contacts the lower electrode of the capacitor.
【0021】上記目的を達成するために、本発明に係わ
るキャパシタの製造方法は、第1の電極膜を形成する工
程と、第2の電極膜を形成する工程と、前記第1の電極
膜と第2の電極膜に挟まれた誘電体薄膜を形成する工程
と、 前記第1の電極膜は、拡散防止層と、高融点金属
のホウ化物層とを含む。前記第1の電極膜を形成する工
程においては、前記誘電体膜側から前記拡散防止層と前
記高融点金属のホウ化物層とを、拡散防止層、高融点金
属のホウ化物層の順に積層する。前記キャパシタを構成
する材料およびその特性は、前述と同様である。In order to achieve the above object, a method of manufacturing a capacitor according to the present invention comprises a step of forming a first electrode film, a step of forming a second electrode film, and the first electrode film. Forming a dielectric thin film sandwiched between second electrode films, and the first electrode film includes a diffusion prevention layer and a boride layer of a refractory metal. In the step of forming the first electrode film, the diffusion preventing layer and the boride layer of the refractory metal are laminated in this order from the side of the dielectric film, the diffusion preventing layer and the boride layer of the refractory metal. . The material forming the capacitor and its characteristics are the same as described above.
【0022】上記目的を達成するために、本発明に係わ
る半導体装置の製造方法は、選択トランジスタと、前記
選択トランジスタの一方の不純物拡散領域と接続するキ
ャパシタとを含む半導体記憶装置の製造方法であって、
半導体基板の所定の領域に前記選択トランジスタを形成
する工程と、前記選択トランジスタを含む半導体基板上
に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に前記選択トラ
ンジスタの一方の不純物拡散領域に達する導電性コンタ
クト・プラグを形成する工程と、前記導電性コンタクト
・プラグと接続する前記キャパシタを形成する工程とを
有し、前記キャパシタを形成する工程は、前記導電性コ
ンタクト・プラグ上に下部電極膜を形成する工程と、前
記下部電極膜上に誘電体薄膜を形成する工程と、前記誘
電体薄膜上に上部電極膜を形成する工程とを有し、前記
下部電極膜は、拡散防止層と、高融点金属のホウ化物層
とを含む。前記下部電極膜を形成する工程においては、
前記拡散防止層と前記高融点金属のホウ化物層を、前記
誘電体膜側から拡散防止層、高融点金属のホウ化物層の
順に積層する。前記キャパシタを構成する材料およびそ
の特性は、前述と同様である。In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor memory device including a selection transistor and a capacitor connected to one impurity diffusion region of the selection transistor. hand,
Forming the select transistor in a predetermined region of the semiconductor substrate, forming an insulating film on the semiconductor substrate including the select transistor, and providing the insulating film with conductivity reaching one impurity diffusion region of the select transistor. The method includes the step of forming a contact plug and the step of forming the capacitor connected to the conductive contact plug, and the step of forming the capacitor includes forming a lower electrode film on the conductive contact plug. And a step of forming a dielectric thin film on the lower electrode film, and a step of forming an upper electrode film on the dielectric thin film, wherein the lower electrode film is a diffusion prevention layer and a high melting point. A metal boride layer. In the step of forming the lower electrode film,
The diffusion prevention layer and the high-melting-point metal boride layer are laminated in this order from the dielectric film side, including the diffusion-preventing layer and the high-melting-point metal boride layer. The material forming the capacitor and its characteristics are the same as described above.
【0023】また、前記導電性コンタクト・プラグは不
純物を注入したポリシリコンを含む場合は、本発明に係
わる半導体記憶装置の製造方法は、前記導電性コンタク
ト・プラグの前記キャパシタの下部電極と接する端面
に、シリサイド膜を形成する工程をさらに有する。When the conductive contact plug includes polysilicon in which impurities are implanted, the method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention is directed to an end face of the conductive contact plug that contacts the lower electrode of the capacitor. The method further includes the step of forming a silicide film.
【0024】上記のキャパシタ、半導体記憶装置および
その製造方法によれば、キャパシタの下部電極が導電性
かつシリコンに対するバリア性を有する高融点金属のホ
ウ化物層と、誘電体からの酸素の拡散を阻止する拡散バ
リア層とを含むことから、例えば誘電体膜が高温酸化性
雰囲気中で形成されたものであっても、拡散バリア層に
よって誘電体からホウ化物層への酸素の拡散が阻止され
る。特に導電性プラグがポリシリコン等のシリコン系材
料で形成されている場合であっても、拡散層のシリサイ
ド化が阻止される。そのため、コンタクト・プラグとホ
ウ化物層は酸化されないので、誘電体膜が形成された後
も十分な導電性を保てたものとなっている。シリコン系
の導電性プラグの場合であっても、シリコン酸化膜を形
成することがないので、導通不良を生じることはない。According to the above-described capacitor, semiconductor memory device, and manufacturing method thereof, the lower electrode of the capacitor is a boride layer of a refractory metal having conductivity and a barrier property against silicon, and prevents diffusion of oxygen from the dielectric. The diffusion barrier layer prevents diffusion of oxygen from the dielectric to the boride layer even if the dielectric film is formed in a high temperature oxidizing atmosphere. Particularly, even when the conductive plug is formed of a silicon-based material such as polysilicon, silicidation of the diffusion layer is prevented. Therefore, since the contact plug and the boride layer are not oxidized, sufficient conductivity can be maintained even after the dielectric film is formed. Even in the case of a silicon-based conductive plug, since no silicon oxide film is formed, conduction failure does not occur.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明のキャパシタ、半導
体記憶装置、およびその製造方法の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して述べる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a capacitor, a semiconductor memory device, and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0026】第1の実施形態
本実施形態は、下部電極が高融点金属のホウ化物層と拡
散バリア層とから構成される誘電体キャパシタとそれを
有する半導体記憶装置に関する。本実施形態では、1ト
ランジスタ+1キャパシタ(1T/1C)構造の半導体
記憶装置を一例として、本発明を説明する。 First Embodiment This embodiment relates to a dielectric capacitor having a lower electrode composed of a boride layer of a refractory metal and a diffusion barrier layer, and a semiconductor memory device having the same. In the present embodiment, the present invention will be described by taking a semiconductor memory device having a 1-transistor + 1-capacitor (1T / 1C) structure as an example.
【0027】図1は、本実施形態の半導体記憶装置の模
式的な部分断面図であり、図2は、該半導体記憶装置の
等価回路を示す。図1に示した半導体記憶装置10は、
半導体基板11上に形成したゲート酸化膜22と、その
上部に形成したゲート電極23と、そのゲート電極部分
の両側の半導体基板11に形成したもので第1導電型と
は反対極性の第2導電型を有する不純物拡散領域24,
25とから構成されている選択トランジスタ21(符号
21が図示されていない)と、下部電極層32と、誘電
体薄膜33と、上部電極層34とが積層されて形成され
た誘電体キャパシタ31(符号31が図示されていな
い)とを有し、即ち1T/1C構成を有する。FIG. 1 is a schematic partial sectional view of the semiconductor memory device of this embodiment, and FIG. 2 shows an equivalent circuit of the semiconductor memory device. The semiconductor memory device 10 shown in FIG.
A gate oxide film 22 formed on the semiconductor substrate 11, a gate electrode 23 formed on the gate oxide film 22, and a second conductive film having a polarity opposite to the first conductive type formed on the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode portion. An impurity diffusion region 24 having a mold,
A selection capacitor 21 (reference numeral 21 is not shown) composed of 25, a lower electrode layer 32, a dielectric thin film 33, and an upper electrode layer 34 are laminated to form a dielectric capacitor 31 ( 31 is not shown), that is, it has a 1T / 1C configuration.
【0028】より具体的に、半導体基板11には、素子
間分離酸化膜12が形成され、素子の形成領域を分離し
ている。この素子の形成領域には選択トランジスタ21
が形成されている。上記ゲート電極23の側壁にはサイ
ド・ウォール絶縁膜26が形成されている。また、半導
体基板11上には上記選択トランジスタ21を覆う層間
絶縁膜13が形成されている。この層間絶縁膜13に
は、不純物拡散領域24に達する接続孔14が形成さ
れ、その内部には不純物拡散領域24に接続する導電性
プラグ15が形成されている。この導電性プラグ15
は、例えば不純物をドープしたポリシリコンからなる。
上記層間絶縁膜13上には上記導電性プラグ15に接続
するキャパシタ31の下部電極32と、誘電体膜33
と、上部電極34とが積層されている。上記下部電極3
2の導電性プラグ15側には、高融点金属のホウ化物層
51と、酸素の拡散を阻止する拡散バリア層52とが順
に形成されている。More specifically, an element isolation oxide film 12 is formed on the semiconductor substrate 11 to isolate the element formation region. In the formation region of this element, the selection transistor 21
Are formed. A sidewall insulating film 26 is formed on the sidewall of the gate electrode 23. Further, an interlayer insulating film 13 covering the selection transistor 21 is formed on the semiconductor substrate 11. A connection hole 14 reaching the impurity diffusion region 24 is formed in the interlayer insulating film 13, and a conductive plug 15 connected to the impurity diffusion region 24 is formed inside the connection hole 14. This conductive plug 15
Is made of polysilicon doped with impurities, for example.
A lower electrode 32 of a capacitor 31 connected to the conductive plug 15 and a dielectric film 33 are formed on the interlayer insulating film 13.
And the upper electrode 34 are stacked. The lower electrode 3
On the side of the second conductive plug 15, a high-melting-point metal boride layer 51 and a diffusion barrier layer 52 for preventing oxygen diffusion are sequentially formed.
【0029】上記ゲート電極23は図2に示されている
ワード線を兼ねており、例えば、不純物をドーピングし
たポリシリコンで形成されている。層間絶縁層13、1
6、18とサイド・ウォール絶縁膜26は、例えば、酸
化シリコンからなる。The gate electrode 23 also serves as the word line shown in FIG. 2, and is made of, for example, polysilicon doped with impurities. Interlayer insulating layers 13, 1
6, 18 and the side wall insulating film 26 are made of, for example, silicon oxide.
【0030】下部電極32は、上記高融点金属のホウ化
物層51と上記拡散バリア層52と積層されて形成され
ている。高融点金属のホウ化物層51は、例えば、クロ
ム(Cr)、ハフニウム(Hf)、ランタン(La)、
モリブデン(MO)、ニオブ(Nb)、タンタル(T
a)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、タングステ
ン(W)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)
のうち、少なくとも一つの金属のホウ化物からなる、シ
リコンに対するバリア性を有すると共に、導電性を有す
る材料で形成されている。拡散バリア層52は、例え
ば、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、ロジウ
ム(Rh)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)の
中、少なくとも1種の金属からなる、もしくは前記金属
の酸化物からなる、もしくは前記金属および前記金属の
酸化物を含む混合物からなる。ここでは、一例として、
下部電極32は、タンタル(Ta)のホウ化物(ホウ化
タンタル:TaB2)と誘電体の構成元素に対して拡散
バリア性が優れているイリジウム(Ir)からなる拡散
バリア層より構成されているとする。厚さは例えば、T
aB2が100nm、Irが150nmとする。The lower electrode 32 is formed by laminating the boride layer 51 of the refractory metal and the diffusion barrier layer 52. The refractory metal boride layer 51 is formed of, for example, chromium (Cr), hafnium (Hf), lanthanum (La),
Molybdenum (MO), Niobium (Nb), Tantalum (T
a), titanium (Ti), vanadium (V), tungsten (W), yttrium (Y), zirconium (Zr)
Of these, at least one metal boride having a barrier property against silicon and having conductivity is formed. The diffusion barrier layer 52 is made of, for example, at least one metal selected from the group consisting of iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), rhenium (Re), and osmium (Os), or an oxide of the metal. Or consists of a mixture containing said metal and an oxide of said metal. Here, as an example,
The lower electrode 32 is composed of a boride of tantalum (Ta) (tantalum boride: TaB 2 ) and a diffusion barrier layer made of iridium (Ir) having an excellent diffusion barrier property with respect to the constituent elements of the dielectric. And The thickness is, for example, T
The aB 2 is 100 nm and the Ir is 150 nm.
【0031】誘電体膜33は、たとえば、Ta2O5、
或はABO3型ペロブス力イト構造を有するSrTiO
3、(Ba,Sr)TiO3、Pb(Zr,Ti)O3
(チタン酸ジルコン酸鉛)、(Pb,La)(Zr,T
i)O3(チタン酸ジルコン酸ランタン鉛)、PbTi
O3、BaTiO3、LiNbO3、LiTaO3、お
よびYMnO3のうち、少なくとも一つを含んでおり、
あるいは、ビスマス系層状ペロブス力イト構造化合物S
rBi2Ta2O9(SBT)、SrBi2Nb2O9
(SBN)、SrBi2(Ta,Nb)2O9、Bi4
Ti3O12、SrBi4Ti4O15、SrBi
4(Ti,Zr)4O15、Bi3TiNbO9、Bi
3TiTaO9、BaBi2Ta2O9、BaBi2N
b2O9のうち、少なくとも一つを含んでいる。ここ
で、一例として、強誘電体膜33を膜厚100nmのS
BT膜(SrBi 2Ta2O9)にする。The dielectric film 33 is made of, for example, Ta.TwoO5,
Or ABOThree-Type perovskite structure SrTiO 3
Three, (Ba, Sr) TiOThree, Pb (Zr, Ti) OThree
(Lead zirconate titanate), (Pb, La) (Zr, T
i) OThree(Lead lanthanum zirconate titanate), PbTi
OThree, BaTiOThree, LiNbOThree, LiTaOThree,
And YMnOThreeContains at least one of the
Alternatively, the bismuth-based layered perovskite structure compound S
rBiTwoTaTwoO9(SBT), SrBiTwoNbTwoO9
(SBN), SrBiTwo(Ta, Nb)TwoO9, BiFour
TiThreeO12, SrBiFourTiFourO15, SrBi
Four(Ti, Zr)FourO15, BiThreeTiNbO9, Bi
ThreeTiTaO9, BaBiTwoTaTwoO9, BaBiTwoN
bTwoO9Of these, at least one is included. here
Then, as an example, the ferroelectric film 33 is made of S having a thickness of 100 nm.
BT film (SrBi TwoTaTwoO9).
【0032】上部電極層34は、好ましくは、貴金属類
Pt、Ir、Ru、Rh、Re、Os、Pdのうち、少
なくとも一つ、或は、その酸化物を含むとする。ここ
で、たとえば、膜厚100nmのIr膜を上部電極層3
4として用いる。The upper electrode layer 34 preferably contains at least one of the noble metals Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Os and Pd, or an oxide thereof. Here, for example, a 100 nm-thickness Ir film is used as the upper electrode layer 3
Used as 4.
【0033】誘電体キャパシタ31は層間絶縁膜16に
より被覆され、誘電体キャパシタ31の上部電極34上
の接続孔を通じて上部電極34に接続するプレート線4
1が形成されている。プレート線41は、たとえば、A
l-Si合金から形成される。さらに上記プレート線4
1を被覆する層間絶縁膜18が形成されている。この層
間絶縁膜18、16、13には他方の不純物拡散領域2
5に達するビットコンタクトホール19が形成され、こ
のビットコンタクトホール19を通じて不純物拡散領域
25に接続するビット線42が形成されている。ビット
線42は、たとえば、Al配線から形成されている。The dielectric capacitor 31 is covered with the interlayer insulating film 16, and the plate line 4 connected to the upper electrode 34 through the connection hole on the upper electrode 34 of the dielectric capacitor 31.
1 is formed. The plate line 41 is, for example, A
It is formed from an l-Si alloy. Furthermore, the plate line 4 above
An inter-layer insulating film 18 covering 1 is formed. The other impurity diffusion region 2 is formed in the interlayer insulating films 18, 16 and 13.
5 is formed, and a bit line 42 connected to the impurity diffusion region 25 is formed through the bit contact hole 19. The bit line 42 is formed of, for example, an Al wiring.
【0034】ビット線42は、選択トランジスタ21の
不純物拡散領域25と電気的に接続されており、一方、
プレート線41は、キャパシタ31の上部電極34と電
気的に接続されている。キャパシタ31の下部電極層3
2は、コンタクト・プラグ15を介して、選択トランジ
スタ21の他方の不純物拡散領域24と電気的に接続さ
れている。次は、強誘電体不揮発メモリ(FeRAM)
の場合を例として、以上の構成を有する半導体記憶装置
10の動作を説明する(図2を参照する)。半導体記憶
装置10に書き込みする時は、選択トランジスタ21の
ゲート電極(ワード線)23に電圧を印加して選択トラ
ンジスタ21をONにし、選択トランジスタ21のソー
ス・ドレイン領域24、25の間のチャンネル領域が導
通する。これによって、コンタクト・プラグ15を介し
て、ソース・ドレイン領域25と接続しているビット線
42は、キャパシタ31の下部電極層32と接続され
る。そして、ビット線42とプレート線41より、誘電
体キャパシタ31に書き込み電圧を印加して、誘電体膜
33の分極状態を設定する。これによって、半導体記憶
装置10に書き込みする。The bit line 42 is electrically connected to the impurity diffusion region 25 of the selection transistor 21, while
The plate line 41 is electrically connected to the upper electrode 34 of the capacitor 31. Lower electrode layer 3 of capacitor 31
2 is electrically connected to the other impurity diffusion region 24 of the selection transistor 21 via the contact plug 15. Next is ferroelectric non-volatile memory (FeRAM)
The operation of the semiconductor memory device 10 having the above configuration will be described by taking the above case as an example (see FIG. 2). When writing to the semiconductor memory device 10, a voltage is applied to the gate electrode (word line) 23 of the selection transistor 21 to turn on the selection transistor 21, and a channel region between the source / drain regions 24 and 25 of the selection transistor 21. Conducts. As a result, the bit line 42 connected to the source / drain region 25 via the contact plug 15 is connected to the lower electrode layer 32 of the capacitor 31. Then, a write voltage is applied to the dielectric capacitor 31 from the bit line 42 and the plate line 41 to set the polarization state of the dielectric film 33. As a result, the semiconductor memory device 10 is written.
【0035】半導体記憶装置10から読み出しを行なう
時は、選択トランジスタ21のゲート電極(ワード線)
23に電圧を印加して選択トランジスタ21をONに
し、ビット線41と下部電極32とは接続され、そし
て、ビット線42とプレート線41から、誘電体キャパ
シタ31に読み出し電圧を印加して、電圧を印加したと
きに誘電体キャパシタ31に流れる電流、即ち、誘電体
キャパシタ31の蓄積電荷量の違いで分極状態を検知す
ることによって半導体記憶装置10から読み出しをす
る。When reading from the semiconductor memory device 10, the gate electrode (word line) of the selection transistor 21 is selected.
A voltage is applied to 23 to turn on the selection transistor 21, the bit line 41 and the lower electrode 32 are connected, and a read voltage is applied to the dielectric capacitor 31 from the bit line 42 and the plate line 41 to change the voltage. When the voltage is applied, the polarization state is detected by the current flowing through the dielectric capacitor 31, that is, the difference in the amount of charge stored in the dielectric capacitor 31, thereby reading from the semiconductor memory device 10.
【0036】このような強誘電体半導体記憶装置の電気
特性を公知のソーヤタワー回路を用いて測定した。ヒス
テリシスループの形状は良好で、印加電圧3Vで残留分
極2Prは15μC/cm2、抗電界Ecは30kV/
cmの値が得られており、強誘電体キャパシタとして十
分な動作が確認された。また、印加電圧3Vでのリーク
電流の値は、5×10−8A/cm2であり、強誘電体
キャパシタとして十分な特性が確認された。次に、公知
の疲労特性の測定を行った。すなわち、電圧3V、周波
数1MHzの矩形パルスを上記の強誘電体キャパシタに
印加して繰り返し分極反転を行った場合の、繰り返し分
極反転回数に対する残留分極値2Prの変化の測定であ
る。この結果、1012サイクルの分極反転後も残留分
極値2Prに全く変化は見られず、不揮発性メモリとし
て良好な特性を示した。The electrical characteristics of such a ferroelectric semiconductor memory device were measured using a known Sawyer tower circuit. The shape of the hysteresis loop is good, the remanent polarization 2Pr is 15 μC / cm 2 , the coercive electric field Ec is 30 kV / at an applied voltage of 3V.
The value of cm was obtained, and it was confirmed that the ferroelectric capacitor was sufficiently operated. Moreover, the value of the leak current at an applied voltage of 3 V was 5 × 10 −8 A / cm 2 , and it was confirmed that the characteristics were sufficient as a ferroelectric capacitor. Next, known fatigue characteristics were measured. That is, it is a measurement of the change in the residual polarization value 2Pr with respect to the number of repeated polarization inversions when a rectangular pulse having a voltage of 3V and a frequency of 1 MHz is applied to the above ferroelectric capacitor to repeatedly perform polarization inversion. As a result, no change was observed in the residual polarization value 2Pr even after 10 12 cycles of polarization reversal, indicating good characteristics as a nonvolatile memory.
【0037】上記の実施形態において、下部電極32の
下層の材料としてホウ化タンタル(TaB3)を用いた
が、上記したクロム(Cr)、ハフニウム(Hf)、ラ
ンタン(La)、モリブデン(MO)、ニオブ(N
b)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、バナジウム
(V)、タングステン(W)、イットリウム(Y)、ジ
ルコニウム(Zr)のうち、他の金属のホウ化物を用い
た場合も、シリコンに対するバリア性を有すると共に、
導電性を有するため、ホウ化タンタル(TaB3)と同
等の効果を示した。In the above embodiment, tantalum boride (TaB 3 ) was used as the material for the lower layer of the lower electrode 32, but the above-mentioned chromium (Cr), hafnium (Hf), lanthanum (La), molybdenum (MO) were used. , Niobium (N
b), tantalum (Ta), titanium (Ti), vanadium (V), tungsten (W), yttrium (Y), zirconium (Zr), a barrier against silicon even when a boride of another metal is used. With the
Since it has conductivity, it exhibited the same effect as tantalum boride (TaB 3 ).
【0038】また、キャパシタ31の誘電体膜の材料と
して、Ta2O5(酸化タンタル)、STO(SrTi
O3:チタン酸ストロンチウム)、BST((Ba,S
r)TiO3:チタン酸バリウムとチタン酸ストロンチ
ウム)、BaTiO3等の高誘電体材料を用いた場合
は、本実施形態の半導体記憶装置は高集積度に適用する
DRAMになる。この場合、キャパシタ31に電荷を持
たせて、書き込みを行ない、また、蓄えられた電荷の量
から記憶データを読み出しする。As materials for the dielectric film of the capacitor 31, Ta 2 O 5 (tantalum oxide), STO (SrTi) are used.
O 3 : Strontium titanate), BST ((Ba, S
r) TiO 3: barium titanate and strontium titanate), in the case of using a high dielectric material such as BaTiO 3, the semiconductor memory device of this embodiment is a DRAM applied to highly integrated. In this case, the capacitor 31 is charged to carry out writing, and the stored data is read from the amount of stored charge.
【0039】上記誘電体キャパシタ31を備えた半導体
記憶装置10では、導電性プラグ15に接続している下
部電極32は、高融点金属のホウ化物層51と、酸素の
拡散を阻止する拡散バリア層52とを有し、導電性プラ
グ15側からホウ化物層51、拡散バリア層52の順に
積層されていることから、例えば誘電体膜33が高温酸
化性雰囲気中で形成されたものであっても、拡散バリア
層52によってホウ化物層51への酸素の拡散が阻止さ
れる。そのため、ホウ化物層51は酸化されることがな
いので、誘電体膜33を形成した後もホウ化物層51は
十分な導電性を保てる。特に導電性プラグ15がポリシ
リコン等のシリコン系材料で形成されている場合であっ
ても、シリコン酸化膜を形成することがないので、導通
不良を生じることはない。In the semiconductor memory device 10 having the dielectric capacitor 31, the lower electrode 32 connected to the conductive plug 15 has a boride layer 51 of a refractory metal and a diffusion barrier layer for preventing diffusion of oxygen. 52, and since the boride layer 51 and the diffusion barrier layer 52 are laminated in this order from the conductive plug 15 side, even if the dielectric film 33 is formed in a high temperature oxidizing atmosphere, for example. The diffusion barrier layer 52 prevents diffusion of oxygen into the boride layer 51. Therefore, since the boride layer 51 is not oxidized, the boride layer 51 can maintain sufficient conductivity even after the dielectric film 33 is formed. In particular, even if the conductive plug 15 is formed of a silicon-based material such as polysilicon, since the silicon oxide film is not formed, the conduction failure does not occur.
【0040】また、上記半導体記憶装置10では、選択
トランジスタ21と誘電体キャパシタ31との接続に導
電性プラグ15を用いているので、強誘電体キャパシタ
31を上記トランジスタ21上に形成したスタック型構
造の採用が可能となっている。それによって、メモリセ
ル領域を縮小し、高集積化を可能としている。この構造
を用いた場合、上記のように、導電性プラグ15上にホ
ウ化物層51として膜厚が100nmのホウ化タンタル
(TaB2)膜を形成し、酸素の拡散バリア層52とし
て膜厚が150nmのイリジウム(Ir)膜を用いる
と、このIr膜52上に誘電体膜33を形成した後に酸
素中で750°C〜800°C程度の高温に1時間以上
さらしても、ポリシリコンからなる導電性プラグ15の
酸化や電極との反応が起こらない。さらにイリジウム膜
は誘電体膜33の下地として用いた場合、非常に良好な
誘電特性が得られるので、非常に有用である。従って、
比較的に形成温度が低いSTO膜やBSTO膜やPZT
膜などから形成温度の高いSBT膜にまで適用可能であ
るうえに、キャパシタ領域の段差を低く抑えられるの
で、素子の高集積化には格段に有利となる。Further, in the semiconductor memory device 10, since the conductive plug 15 is used for connecting the selection transistor 21 and the dielectric capacitor 31, the ferroelectric capacitor 31 is formed on the transistor 21 in a stacked structure. Can be adopted. As a result, the memory cell area is reduced and high integration is possible. When this structure is used, as described above, a tantalum boride (TaB 2 ) film having a film thickness of 100 nm is formed as the boride layer 51 on the conductive plug 15, and the film thickness as the oxygen diffusion barrier layer 52 is formed. If a 150 nm iridium (Ir) film is used, even if the dielectric film 33 is formed on the Ir film 52 and exposed to a high temperature of about 750 ° C. to 800 ° C. in oxygen for 1 hour or more, the film is made of polysilicon. No oxidation of the conductive plug 15 or reaction with the electrode occurs. Further, when the iridium film is used as the base of the dielectric film 33, very good dielectric characteristics can be obtained, and thus it is very useful. Therefore,
STO film, BSTO film, and PZT that have a relatively low formation temperature
It can be applied to a film or the like to an SBT film having a high formation temperature, and since the step difference in the capacitor region can be suppressed to a low level, it is extremely advantageous for high integration of the device.
【0041】次に酸素の拡散バリア層52中の金属の作
用について以下に説明する。酸素の拡散バリア層52と
しては、従来から用いられてきた窒化チタン(Ti
N)、窒化酸化チタン(TiON)、窒化タンタル(T
iN)、窒化ケイ化タンタル(TaSiN)、窒化タン
グステン(WN)等の導電性窒化物なども考えられる
が、これらは誘電体膜33に強誘電体を用いた場合には
耐熱性の点で十分ではない。但し、Ta2O5、STO
などの高誘電体の場合には使用できる場合もある。強誘
電体の場合にも使用できる拡散バリア材料としては、現
在のところ、貴金属またはこれらの酸化物しか知られて
いない。Next, the function of the metal in the oxygen diffusion barrier layer 52 will be described below. As the oxygen diffusion barrier layer 52, titanium nitride (Ti
N), titanium nitride oxide (TiON), tantalum nitride (T
Conductive nitrides such as iN), tantalum nitride silicide (TaSiN), and tungsten nitride (WN) are also conceivable, but these are sufficient in terms of heat resistance when a ferroelectric material is used for the dielectric film 33. is not. However, Ta 2 O 5 and STO
In some cases, it can be used in the case of high dielectric materials such as. At present, noble metals or their oxides are the only known diffusion barrier materials that can be used in the case of ferroelectrics.
【0042】酸素の拡散バリア層52としては、単体で
は、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、ロジウ
ム(Rh)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)等
の貴金属や、酸化イリジウム(IrO)、酸化ルテニウ
ム(RuO2)、酸化ロジウム(RhO3)、酸化レニ
ウム(ReO3)、酸化オスミウム(OsO3)等の導
電性酸化物があげられる。このような拡散バリア層52
を用いた場合、下部電極構造は、下層より、ポリシリコ
ンからなる導電性プラグ15、(シリサイド膜53)、
ホウ化物層51、バッファ層(図示省略)、酸素の拡散
バリア層52、下地層(図示省略)、誘電体膜33とな
る。まず、酸素の拡散バリア層52に酸化イリジウム
(IrO2)などの導電性酸化物を用いた場合には、ホ
ウ化物層51中の金属が導電性酸化物中の酸素を取り込
んで酸化してしまう可能性が高い。そのため、拡散バリ
ア層52とホウ化物層51との間にイリジウム(Ir)
などのバッファ層(図示省略)を形成しておくことが好
ましい。また、導電性酸化物上に直接誘電体膜33を形
成した場合にはリーク電流が大きくなることが知られて
いる。そのため、誘電体膜33の下層に白金(Pt)な
どからなる下地層(図示省略)を形成しておくことが好
ましい。一方、拡散バリア層52にイリジウム(Ir)
を用いた場合、拡散バリア層52に誘電体膜33の下地
層としての効果とバッファ層としての効果を持たすこと
ができるので、下地層とバッファ層を省くことができ
る。他の貴金属(例えばルテニウム、ロジウム、レニウ
ム、オスミウム)の場合にも同様の効果が得られる。従
って、上記図1によって説明した例では、バッファ層と
下地層を省略している。As the oxygen diffusion barrier layer 52, a noble metal such as iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), rhenium (Re), osmium (Os), iridium oxide (IrO), Conductive oxides such as ruthenium oxide (RuO 2 ), rhodium oxide (RhO 3 ), rhenium oxide (ReO 3 ), and osmium oxide (OsO 3 ) can be given. Such a diffusion barrier layer 52
In the case of using, the lower electrode structure is such that the conductive plug 15 made of polysilicon (silicide film 53),
A boride layer 51, a buffer layer (not shown), an oxygen diffusion barrier layer 52, a base layer (not shown), and a dielectric film 33 are formed. First, when a conductive oxide such as iridium oxide (IrO 2 ) is used for the oxygen diffusion barrier layer 52, the metal in the boride layer 51 takes in oxygen in the conductive oxide and oxidizes it. Probability is high. Therefore, iridium (Ir) is formed between the diffusion barrier layer 52 and the boride layer 51.
It is preferable to form a buffer layer (not shown) such as. Further, it is known that when the dielectric film 33 is directly formed on the conductive oxide, the leak current becomes large. Therefore, it is preferable to form a base layer (not shown) made of platinum (Pt) or the like under the dielectric film 33. On the other hand, iridium (Ir) is formed on the diffusion barrier layer 52.
In the case of using, the diffusion barrier layer 52 can have an effect as a base layer of the dielectric film 33 and an effect as a buffer layer, so that the base layer and the buffer layer can be omitted. Similar effects can be obtained in the case of other noble metals (eg ruthenium, rhodium, rhenium, osmium). Therefore, in the example described with reference to FIG. 1, the buffer layer and the base layer are omitted.
【0043】また、誘電体の特性を考えた場合には、下
地層として白金(Pt)が最も優れているが、白金(P
t)は酸素の拡散バリアにはならないため、白金(P
t)と拡散バリア層との積層構造とする必要がある。し
かしながら、これ以外に、拡散バリア層中に白金(P
t)を添加して、例えばイリジウム白金(IrPt)合
金のようにして下地層と拡散バリア層との両方の効果を
持たせて用いても良い。なお、鉛とビスマスに関して
は、現在のところ有望な強誘電体材料にはこのどちらか
の金属酸化物が必ず含まれ、最終的に下地層と反応し
て、Pt2Pb2O 7などの酸化物層を形成し、これが
拡散バリア層となっていることも考えられるが、極めて
稀であると考えられる。When considering the characteristics of the dielectric,
Platinum (Pt) is the best as a stratum, but platinum (Pt)
Since t) does not become a diffusion barrier of oxygen, platinum (P
It is necessary to have a laminated structure of t) and the diffusion barrier layer. Shi
However, in addition to this, platinum (P
t) is added to, for example, iridium platinum (IrPt)
Like gold, the effect of both underlayer and diffusion barrier layer
You may also use it. Regarding lead and bismuth
Either of these is currently a promising ferroelectric material.
Must contain the metal oxides of
PtTwoPbTwoO 7Forming an oxide layer such as
It may be a diffusion barrier layer, but it is extremely
Considered to be rare.
【0044】第2の実施形態
本実施形態は、上記第1の実施形態と同じように、下部
電極が高融点金属のホウ化物層と拡散バリア層とから構
成される誘電体キャパシタとそれを含む1トランジスタ
+1キャパシタ(1T/1C)構造を有する半導体記憶
装置に関する。本実施形態と第1の実施形態の違いは、
図1の半導体記憶装置10の導電性プラグ15と高融点
金属のホウ化物層51との界面に、シリサイド膜53が
形成されている。 Second Embodiment This embodiment, like the first embodiment, includes a dielectric capacitor whose lower electrode is composed of a boride layer of a refractory metal and a diffusion barrier layer, and the same. The present invention relates to a semiconductor memory device having a 1-transistor + 1-capacitor (1T / 1C) structure. The difference between this embodiment and the first embodiment is that
A silicide film 53 is formed at the interface between the conductive plug 15 of the semiconductor memory device 10 of FIG. 1 and the boride layer 51 of refractory metal.
【0045】図3は、本実施形態の半導体記憶装置の模
式的な部分断面図であり、該半導体記憶装置の等価回路
は図2と同じである。なお、図3では、図1によって説
明した構成要素と同様のものには同一符号を付与した。
第1の実施形態と同じように、図3に示した半導体記憶
装置60は、半導体基板11上に形成したゲート酸化膜
22と、その上部に形成したゲート電極23と、そのゲ
ート電極部分の両側の半導体基板11に形成したもので
第1導電型とは反対極性の第2導電型を有する不純物拡
散領域24,25とから構成されている選択トランジス
タ21と、下部電極層32と、誘電体薄膜33と、上部
電極層34とが積層されて形成された誘電体キャパシタ
31(図3では、符号21、31が示されていない)と
を有し、即ち1T/1C構成を有する。FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor memory device of this embodiment, and the equivalent circuit of the semiconductor memory device is the same as that of FIG. In FIG. 3, the same components as those described with reference to FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
Similar to the first embodiment, the semiconductor memory device 60 shown in FIG. 3 has a gate oxide film 22 formed on the semiconductor substrate 11, a gate electrode 23 formed on the gate oxide film 22, and both sides of the gate electrode portion. , A lower electrode layer 32, a lower electrode layer 32, and a dielectric thin film, which are formed on the semiconductor substrate 11 and are composed of impurity diffusion regions 24 and 25 having a second conductivity type having a polarity opposite to the first conductivity type. 33 and a dielectric capacitor 31 (reference numerals 21 and 31 are not shown in FIG. 3) formed by laminating the upper electrode layer 34, that is, a 1T / 1C configuration.
【0046】半導体基板11上には選択トランジスタ2
1を覆う層間絶縁膜13が形成されている。この層間絶
縁膜13には、不純物拡散領域24に達する接続孔14
が形成され、その内部には不純物拡散領域24に接続す
る導電性プラグ15が形成されている。この導電性プラ
グ15は、例えば不純物をドープしたポリシリコンから
なる。該ポリシリコンの導電性プラグ15の表面のみに
シリサイド膜53が形成されている。ここでは、一例と
して、シリサイド膜53は膜厚20nmのコバルトシリ
サイド(CoSi2)とする。導電性プラグ15がポリ
シリコンである場合には、プラグ表面にシリサイド膜5
3を形成することにより、高温処理中に、ポリシリコン
プラグ15からのシリコンの拡散による下部電極32の
シリサイド化と特性劣化、また、酸化反応によって、た
とえば、酸化シリコンなどの絶縁膜の形成をさらに抑え
ることができ、再現性や均一性を向上する。The selection transistor 2 is formed on the semiconductor substrate 11.
An interlayer insulating film 13 is formed so as to cover 1. The interlayer insulating film 13 has a contact hole 14 reaching the impurity diffusion region 24.
Is formed, and a conductive plug 15 connected to the impurity diffusion region 24 is formed therein. The conductive plug 15 is made of, for example, polysilicon doped with impurities. A silicide film 53 is formed only on the surface of the polysilicon conductive plug 15. Here, as an example, the silicide film 53 is cobalt silicide (CoSi 2 ) having a film thickness of 20 nm. When the conductive plug 15 is polysilicon, the silicide film 5 is formed on the plug surface.
3 is formed, during the high temperature treatment, the lower electrode 32 is silicidized and its characteristics are deteriorated due to the diffusion of silicon from the polysilicon plug 15, and the formation of an insulating film such as silicon oxide is further promoted by the oxidation reaction. It can be suppressed to improve reproducibility and uniformity.
【0047】層間絶縁膜13上に、シリサイド膜53を
被覆してキャパシタ31の下部電極32と、誘電体膜3
3と、上部電極34とが積層されている。下部電極32
のシリサイド膜53側には、高融点金属のホウ化物層5
1と、酸素の拡散を阻止する拡散バリア層52とが順に
形成されている。The interlayer insulating film 13 is covered with the silicide film 53, and the lower electrode 32 of the capacitor 31 and the dielectric film 3 are formed.
3 and the upper electrode 34 are laminated. Lower electrode 32
Of the refractory metal on the silicide film 53 side of
1 and a diffusion barrier layer 52 that blocks the diffusion of oxygen are sequentially formed.
【0048】第1の実施形態と同じように、下部電極3
2は、高融点金属のホウ化物層51と上記拡散バリア層
52と積層されて形成されている。高融点金属のホウ化
物層51は、例えば、クロム(Cr)、ハフニウム(H
f)、ランタン(La)、モリブデン(MO)、ニオブ
(Nb)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、バナジ
ウム(V)、タングステン(W)、イットリウム
(Y)、ジルコニウム(Zr)のうち、少なくとも一つ
の金属のホウ化物からなる、シリコンに対するバリア性
を有すると共に、導電性を有する材料で形成されてい
る。拡散バリア層52は、例えば、イリジウム(I
r)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、レニウ
ム(Re)、オスミウム(Os)の中、少なくとも1種
の金属からなる、もしくは前記金属の酸化物からなる、
もしくは前記金属および前記金属の酸化物を含む混合物
からなる。ここでは、一例として、下部電極32は、タ
ンタル(Ta)のホウ化物(ホウ化タンタル:Ta
B2)と誘電体の構成元素に対して拡散バリア性が優れ
ているイリジウム(Ir)からなる拡散バリア層より構
成されているとする。厚さは例えば、TaB2が100
nm、Irが150nmとする。As in the first embodiment, the lower electrode 3
2 is formed by laminating a boride layer 51 of a refractory metal and the diffusion barrier layer 52. The refractory metal boride layer 51 is formed of, for example, chromium (Cr) or hafnium (H).
f), lanthanum (La), molybdenum (MO), niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (Ti), vanadium (V), tungsten (W), yttrium (Y), zirconium (Zr) It is made of a material which is made of at least one metal boride and which has a barrier property against silicon and a conductivity. The diffusion barrier layer 52 is formed of, for example, iridium (I
r), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), rhenium (Re), osmium (Os), or at least one metal, or an oxide of the above metal,
Alternatively, it is composed of a mixture containing the metal and an oxide of the metal. Here, as an example, the lower electrode 32 is a boride of tantalum (Ta) (tantalum boride: Ta).
B 2 ) and a diffusion barrier layer made of iridium (Ir) having an excellent diffusion barrier property with respect to the constituent elements of the dielectric. The thickness is, for example, 100 for TaB 2.
nm and Ir are 150 nm.
【0049】誘電体膜33の材料は、第1の実施形態と
同じようなABO3型ペロブス力イト構造を有する化合
物、あるいは、ビスマス系層状ペロブス力イト構造化合
物から選択する。ここで、一例として、強誘電体膜33
を膜厚100nmのSBT膜(SrBi 2Ta2O9)
にする。The material of the dielectric film 33 is the same as that of the first embodiment.
Similar ABOThreeHaving a type-Perovs force structure
Or bismuth-based layered perovskite structure compound
Select from the things. Here, as an example, the ferroelectric film 33
Is a 100 nm thick SBT film (SrBi TwoTaTwoO9)
To
【0050】上部電極層34は、好ましくは、貴金属類
Pt、Ir、Ru、Rh、Re、Os、Pdのうち、少
なくとも一つ、或は、その酸化物を含むとする。ここ
で、たとえば、膜厚100nmのIr膜を上部電極層3
4として用いる。The upper electrode layer 34 preferably contains at least one of the noble metals Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Os and Pd, or an oxide thereof. Here, for example, a 100 nm-thickness Ir film is used as the upper electrode layer 3
Used as 4.
【0051】以降の構成は図1における半導体記憶装置
10と同じである。以上の構成を有する半導体記憶装置
60の動作も図1における半導体記憶装置10と同じで
ある。The subsequent structure is the same as that of the semiconductor memory device 10 in FIG. The operation of the semiconductor memory device 60 having the above configuration is also the same as that of the semiconductor memory device 10 in FIG.
【0052】第1の形態と同じ測定によれば、以上のキ
ャパシタおよび半導体記憶装置は、強誘電体キャパシタ
として十分な動作と特性が確認され、不揮発性メモリと
して良好な特性を示した。According to the same measurement as in the first embodiment, the above-mentioned capacitor and semiconductor memory device were confirmed to have sufficient operation and characteristics as a ferroelectric capacitor, and showed good characteristics as a non-volatile memory.
【0053】また、本実施形態も高集積度に適するDR
AMに適用している。The DR of this embodiment is also suitable for high integration.
It is applied to AM.
【0054】上記の半導体記憶装置60によれば、誘電
体膜33が高温酸化性雰囲気中で形成されたものであっ
ても、拡散バリア層52によってホウ化物層51への酸
素の拡散が阻止される。そのため、ホウ化物層51は酸
化されることがないので、誘電体膜33を形成した後も
ホウ化物層51は十分な導電性を保てる。特に導電性プ
ラグ15がポリシリコン等のシリコン系材料で形成され
ている場合であっても、シリコン酸化膜を形成すること
がないので、導通不良を生じることはない。さらに、導
電性プラグ15がポリシリコンである場合には、プラグ
表面にシリサイド膜53を形成することにより、ポリシ
リコンプラグ15からのシリコンの拡散による下部電極
のシリサイド化、また、酸化反応による酸化シリコンな
どの絶縁膜の形成をさらに抑えることができ、さらに再
現性や均一性に優れた量産を行なうことが可能となる。
ほかの効果は第1の実施形態と同じである。According to the above semiconductor memory device 60, even if the dielectric film 33 is formed in a high temperature oxidizing atmosphere, the diffusion barrier layer 52 prevents the diffusion of oxygen into the boride layer 51. It Therefore, since the boride layer 51 is not oxidized, the boride layer 51 can maintain sufficient conductivity even after the dielectric film 33 is formed. In particular, even if the conductive plug 15 is formed of a silicon-based material such as polysilicon, since the silicon oxide film is not formed, the conduction failure does not occur. Further, when the conductive plug 15 is polysilicon, a silicide film 53 is formed on the plug surface, so that the lower electrode is silicidized by diffusion of silicon from the polysilicon plug 15 and silicon oxide is formed by an oxidation reaction. It is possible to further suppress the formation of an insulating film such as, and to perform mass production with excellent reproducibility and uniformity.
Other effects are the same as those of the first embodiment.
【0055】導電性プラグ15と下部電極32との界面
に形成されるシリサイド膜には、コバルトシリサイドの
他、チタンシリサイド、バナジウムシリサイド、クロム
シリサイド、マンガンシリサイド、鉄シリサイド、ニッ
ケルシリサイド、ジルコニウムシリサイド、ニオブシリ
サイド、モリブテンシリサイド、ルテニウムシリサイ
ド、ロジウムシリサイド、パラジウムシリサイド、ハフ
ニウムシリサイド、タンタルシリサイド、タングステン
シリサイド、レニウムシリサイド、オスミウムシリサイ
ド、イリジウムシリサイド、白金シリサイドを用いるこ
とも可能である。In the silicide film formed at the interface between the conductive plug 15 and the lower electrode 32, titanium silicide, vanadium silicide, chromium silicide, manganese silicide, iron silicide, nickel silicide, zirconium silicide, niobium, in addition to cobalt silicide. It is also possible to use silicide, molybdenum silicide, ruthenium silicide, rhodium silicide, palladium silicide, hafnium silicide, tantalum silicide, tungsten silicide, rhenium silicide, osmium silicide, iridium silicide, platinum silicide.
【0056】酸素の拡散バリア層52中の金属の作用に
ついては、第1の実施形態と同じである。The action of the metal in the oxygen diffusion barrier layer 52 is the same as in the first embodiment.
【0057】第3の実施形態
本実施形態は、図1に示した強誘電体キャパシタ31、
および、半導体記憶装置10の作製方法の一例を示す。
図1に示した半導体記憶装置10は、半導体基板11上
に形成したゲート酸化膜22と、その上部に形成したゲ
ート電極23と、そのゲート電極部分の両側の半導体基
板11に形成したもので第1導電型とは反対極性の第2
導電型を有する不純物拡散領域24,25とから構成さ
れている選択トランジスタ21と、下部電極層32と、
誘電体薄膜33と、上部電極層34とが積層されて形成
された誘電体キャパシタ31(符号21、31が示され
ていない)とを有し、即ち1T/1C構成を有する。 Third Embodiment In this embodiment, the ferroelectric capacitor 31, shown in FIG.
Also, an example of a method for manufacturing the semiconductor memory device 10 will be described.
The semiconductor memory device 10 shown in FIG. 1 is formed on the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate oxide film 22 formed on the semiconductor substrate 11, the gate electrode 23 formed on the gate oxide film 22, and the gate electrode portion. 2nd of opposite polarity to 1 conductivity type
A select transistor 21 formed of impurity diffusion regions 24 and 25 having a conductivity type; a lower electrode layer 32;
It has a dielectric thin film 33 and a dielectric capacitor 31 (reference numerals 21 and 31 are not shown) formed by laminating an upper electrode layer 34, that is, has a 1T / 1C configuration.
【0058】図4〜図5は、図1に示す半導体記憶装置
10の製造プロセスを示す部分断面図である。なお、図
4〜図5において、図1によって説明した構成部品と同
様のものには同一符号を付与した。まず、図4(A)に
示すように、第1の導電性の半導体基板11に、公知の
方法に基づきLOCOS構造を有する素子分離領域12
を形成する。次に、半導体基板11の表面を酸化してゲ
ート酸化膜22を形成する。そして、ポリシリコン層を
例えばCVD法にて全面に堆積させた後、フォトリソグ
ラフィ技術及びエッチング技術によってポリシリコン層
をパターニングし、ポリシリコンから成るゲート電極2
3を形成する。次に、第2の導電性の不純物イオンを注
入し、注入された不純物の活性化処理を行ない、不純物
領域24、25を形成する。その後、公知の方法にてサ
イド・ウォール26を形成して、選択トランジスタ21
を形成する。なお、ゲート電極23はワード線を兼ねて
いる。4 to 5 are partial cross sectional views showing a manufacturing process of the semiconductor memory device 10 shown in FIG. 4 to 5, the same components as those described with reference to FIG. 1 are designated by the same reference numerals. First, as shown in FIG. 4A, an element isolation region 12 having a LOCOS structure is formed on a first conductive semiconductor substrate 11 based on a known method.
To form. Next, the surface of the semiconductor substrate 11 is oxidized to form the gate oxide film 22. Then, after depositing a polysilicon layer on the entire surface by, for example, a CVD method, the polysilicon layer is patterned by a photolithography technique and an etching technique to form a gate electrode 2 made of polysilicon.
3 is formed. Next, the second conductive impurity ions are implanted, and the implanted impurities are activated to form the impurity regions 24 and 25. After that, the side wall 26 is formed by a known method, and the selection transistor 21 is formed.
To form. The gate electrode 23 also serves as a word line.
【0059】次は、選択トランジスタ21を被覆するよ
うに例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜13をCV
D法にて形成する。層間絶縁膜13の成膜温度は、たと
えば、400゜C程度である。そして、選択トランジス
タ21の不純物領域24の上方の層間絶縁膜14の部分
で、公知のフォトリソグラフィ法とドライエッチング法
を用いてコンタクト・ホール14を穿ち、不純物を拡散
したポリシリコンを埋め込んだ後、公知のCMP(Ch
emical Mechanical Polishi
ng)法により、層間絶縁膜13上の余分なポリシリコ
ンを研磨して除去し、コンタクト・ホール14の内部に
残したポリシリコンで導電性プラグ15を形成するとと
もに、上記層間絶縁膜13と導電性プラグ15との表面
を平坦化する。なお、上記導電性プラグ15の直径は、
たとえば、0.4μmとする。Next, the interlayer insulating film 13 made of, for example, silicon oxide is covered with CV so as to cover the selection transistor 21.
It is formed by the D method. The film forming temperature of the interlayer insulating film 13 is, for example, about 400 ° C. Then, in the portion of the interlayer insulating film 14 above the impurity region 24 of the selection transistor 21, a contact hole 14 is formed by using a known photolithography method and dry etching method, and polysilicon into which impurities are diffused is buried, Known CMP (Ch
mechanical Mechanical Polish
ng) method, the excess polysilicon on the interlayer insulating film 13 is polished and removed, and the conductive plug 15 is formed by the polysilicon left inside the contact hole 14, and at the same time, the conductive plug is electrically connected to the interlayer insulating film 13. The surface with the sex plug 15 is flattened. The diameter of the conductive plug 15 is
For example, it is 0.4 μm.
【0060】次に、図4(B)、(C)に示すように、
プラグ15上にキャパシタ31を形成する。まず、層間
絶縁膜13上に高融点金属のホウ化物層51と拡散バリ
ア層52とが積層されてなる下部電極層32を形成す
る。高融点金属のホウ化物層51は、例えば、クロム
(Cr)、ハフニウム(Hf)、ランタン(La)、モ
リブデン(MO)、ニオブ(Nb)、タンタル(T
a)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、タングステ
ン(W)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)
のうち、少なくとも一つの金属のホウ化物からなる、シ
リコンに対するバリア性を有すると共に、導電性を有す
る材料で形成されている。拡散バリア層52は、例え
ば、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、ロジウ
ム(Rh)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)の
中、少なくとも1種の金属からなる、もしくは前記金属
の酸化物からなる、もしくは前記金属および前記金属の
酸化物を含む混合物からなる。ここでは、一例として、
下部電極32は、タンタル(Ta)のホウ化物(ホウ化
タンタル:TaB2)と誘電体の構成元素に対して拡散
バリア性が優れているイリジウム(Ir)からなる拡散
バリア層より構成されているとする。厚さは例えば、T
aB2が100nm、Irが150nmとする。Next, as shown in FIGS. 4 (B) and 4 (C),
The capacitor 31 is formed on the plug 15. First, the lower electrode layer 32 is formed on the interlayer insulating film 13 by laminating the refractory metal boride layer 51 and the diffusion barrier layer 52. The refractory metal boride layer 51 is formed of, for example, chromium (Cr), hafnium (Hf), lanthanum (La), molybdenum (MO), niobium (Nb), tantalum (T).
a), titanium (Ti), vanadium (V), tungsten (W), yttrium (Y), zirconium (Zr)
Of these, at least one metal boride having a barrier property against silicon and having conductivity is formed. The diffusion barrier layer 52 is made of, for example, at least one metal selected from the group consisting of iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), rhenium (Re), and osmium (Os), or an oxide of the metal. Or consists of a mixture containing said metal and an oxide of said metal. Here, as an example,
The lower electrode 32 is composed of a boride of tantalum (Ta) (tantalum boride: TaB 2 ) and a diffusion barrier layer made of iridium (Ir) having an excellent diffusion barrier property with respect to the constituent elements of the dielectric. And The thickness is, for example, T
The aB 2 is 100 nm and the Ir is 150 nm.
【0061】図4の(B)に示すように、まず、DCス
パッタ法により、ホウ化タンタル(TaB2)からなる
金属ホウ化物層を100nmの厚さに形成する。成膜条
件としては、ターゲットにホウ化タンタル(TaB2)
ターゲットを用い、投入電力を2kW、プロセスガスに
アルゴン(Ar)を用い、アルゴンの供給流量を30.
0sccm、成膜雰囲気の圧力を0.2Pa、基板温度
を200°Cに設定する。さらに大気に曝すことなく連
続して、DCスパッタ法によりイリジウム(Ir)から
なる酸素の拡散バリア層を例えば150nmの厚さに形
成する。成膜条件としては、ターゲットにイリジウム
(Ir)ターゲットを用い、投入電力を2kW、プロセ
スガスにアルゴン(Ar)を用い、アルゴンの供給流量
を30.0sccm、成膜雰囲気の圧力を0.2Pa、
基板温度を200℃に設定する。As shown in FIG. 4B, first, a metal boride layer made of tantalum boride (TaB 2 ) is formed to a thickness of 100 nm by the DC sputtering method. The film forming conditions are tantalum boride (TaB 2 ) as a target.
A target was used, input power was 2 kW, argon (Ar) was used as a process gas, and an argon supply flow rate was 30.
0 sccm, the pressure of the film forming atmosphere is set to 0.2 Pa, and the substrate temperature is set to 200 ° C. Further, an oxygen diffusion barrier layer made of iridium (Ir) is continuously formed to a thickness of, for example, 150 nm by a DC sputtering method without being exposed to the air. As the film formation conditions, an iridium (Ir) target was used as a target, an input power was 2 kW, argon (Ar) was used as a process gas, an argon supply flow rate was 30.0 sccm, and a film formation atmosphere pressure was 0.2 Pa.
Set the substrate temperature to 200 ° C.
【0062】次に、下部電極層32の上に誘電体膜33
を形成する(図4(B))。誘電体膜33は、たとえ
ば、Ta2O5、或はABO3型ペロブス力イト構造を
有するSrTiO3、(Ba,Sr)TiO3、Pb
(Zr,Ti)O3(チタン酸ジルコン酸鉛)、(P
b,La)(Zr,Ti)O3(チタン酸ジルコン酸ラ
ンタン鉛)、PbTiO3、BaTiO3、LiNbO
3、LiTaO3、およびYMnO3のうち、少なくと
も一つを含んでおり、あるいは、ビスマス系層状ペロブ
ス力イト構造化合物SrBi2Ta2O9(SBT)、
SrBi2Nb2O9(SBN)、SrBi2(Ta,
Nb)2O9、Bi4Ti3O12、SrBi4Ti4
O15、SrBi4(Ti,Zr)4O15、Bi3T
iNbO9、Bi3TiTaO9、BaBi2Ta2O
9、BaBi2Nb2O9のうち、少なくとも一つを含
んでいる。ここで、一例として、強誘電体膜33を膜厚
100nmのSBT膜(SrBi 2Ta2O9:ストロ
ンチウム・ビスマス・タンタレート)にする。Next, the dielectric film 33 is formed on the lower electrode layer 32.
Are formed (FIG. 4 (B)). Even if the dielectric film 33 is
If TaTwoO5, Or ABOThreeType perovskite structure
SrTiO havingThree, (Ba, Sr) TiOThree, Pb
(Zr, Ti) OThree(Lead zirconate titanate), (P
b, La) (Zr, Ti) OThree(Zirconate titanate LA
Lead), PbTiOThree, BaTiOThree, LiNbO
Three, LiTaOThree, And YMnOThreeAt least
Also contains one, or a bismuth-based layered perov
Suite structure compound SrBiTwoTaTwoO9(SBT),
SrBiTwoNbTwoO9(SBN), SrBiTwo(Ta,
Nb)TwoO9, BiFourTiThreeO12, SrBiFourTiFour
O15, SrBiFour(Ti, Zr)FourO15, BiThreeT
iNbO9, BiThreeTiTaO9, BaBiTwoTaTwoO
9, BaBiTwoNbTwoO9At least one of
I'm out. Here, as an example, the film thickness of the ferroelectric film 33 is
100 nm SBT film (SrBi TwoTaTwoO9: Stro
Tin bismuth tantalate).
【0063】公知の化学的溶液塗布法(CSD:Che
mical Solution Depositio
n)により、下部電極層32上に強誘電体膜33として
SBT薄膜を形成する。まず、SBT薄膜を形成するた
めに市販のSBT前駆体溶液を用いる。溶液中の金属組
成比はSr/Bi/Ta=0.8/2.2/2.0であ
る。公知のスピンコート法により塗布した後、溶媒を揮
発させるためにホットプレート上で250°C、5分間
の加熱を行ない、続いて拡散炉を用いて酸素雰囲気中で
700°C、30分の加熱を行った。この成膜工程を3
回繰り返して、膜厚100nmの強誘電体SBT膜を成
膜する。Known chemical solution coating method (CSD: Che
medical Solution Deposition
n), an SBT thin film is formed as the ferroelectric film 33 on the lower electrode layer 32. First, a commercially available SBT precursor solution is used to form an SBT thin film. The metal composition ratio in the solution is Sr / Bi / Ta = 0.8 / 2.2 / 2.0. After coating by a known spin coating method, heating is performed on a hot plate at 250 ° C. for 5 minutes to volatilize the solvent, and subsequently, heating is performed at 700 ° C. for 30 minutes in an oxygen atmosphere using a diffusion furnace. I went. This film formation process is 3
The ferroelectric SBT film having a film thickness of 100 nm is formed by repeating the process.
【0064】次に、強誘電体膜33上に上部電極34を
形成する(図4(B))。上部電極層34は、好ましく
は、貴金属類Pt、Ir、Ru、Rh、Re、Os、P
dのうち、少なくとも一つ、或は、以上の貴金属類の導
電性酸化物を含む。ここで、たとえば、膜厚100nm
のIr膜を上部電極層として用いる。下部電極32と同
じように、SBT膜上に膜厚100nmのIr膜を公知
のスパッタ法により、基板温度400℃で成膜して上部
電極を形成する。次に、図4(C)に示したように、I
r上部電極層34とSBT誘電体膜33と下部電極層3
2とを公知のフォトリソグラフィ法とドライエッチング
法を用いて、例えば1.0μm角の大きさに加工する。
その結果、層間絶縁膜13上に、導電性プラグ15に接
続された下部電極32、誘電体膜33、上部電極34を
積層してなる図4(C)に示すような形状の誘電体キャ
パシタ(強誘電体キャパシタ)31が形成される。Next, the upper electrode 34 is formed on the ferroelectric film 33 (FIG. 4B). The upper electrode layer 34 is preferably noble metals Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Os, P.
At least one of d or at least one conductive oxide of noble metals is included. Here, for example, the film thickness is 100 nm
Is used as the upper electrode layer. Similar to the lower electrode 32, an Ir film having a film thickness of 100 nm is formed on the SBT film by a known sputtering method at a substrate temperature of 400 ° C. to form an upper electrode. Next, as shown in FIG.
r Upper electrode layer 34, SBT dielectric film 33, and lower electrode layer 3
2 is processed into a size of, for example, 1.0 μm square by using a known photolithography method and dry etching method.
As a result, on the inter-layer insulating film 13, a lower electrode 32 connected to the conductive plug 15, a dielectric film 33, and an upper electrode 34 are laminated, and a dielectric capacitor having a shape as shown in FIG. A ferroelectric capacitor) 31 is formed.
【0065】以上のドライエッチングでは、反応性イオ
ンエッチング装置RIEエッチャーを用い、上部電極3
4をエッチングするエッチングガスにはArとCl2の
混合ガスを用い、SBT誘電体膜33エッチングするエ
ッチングガスにはArとBCl3の混合ガスを用い、下
部電極層32をエッチングするエッチングガスにはAr
とCl2の混合ガスを用いる。形成された強誘電体キャ
パシタ31の側壁のプロファイル角αはおよそ60゜で
あり、CDゲインは片側がおよそ0.1μmである。In the above dry etching, a reactive ion etching apparatus RIE etcher is used and the upper electrode 3
The mixed gas of Ar and Cl 2 is used as the etching gas for etching 4, the mixed gas of Ar and BCl 3 is used as the etching gas for etching the SBT dielectric film 33, and the mixed gas of Ar and BCl 3 is used as the etching gas for etching the lower electrode layer 32. Ar
And a mixed gas of Cl 2 are used. The profile angle α of the side wall of the formed ferroelectric capacitor 31 is about 60 °, and the CD gain is about 0.1 μm on one side.
【0066】その後、誘電体キャパシタ31を加工する
時のエッチングダメージを回復させるために、拡散炉を
用いて窒素雰囲気中で650゜C、30分のアニールを
行なう。Thereafter, in order to recover etching damage when processing the dielectric capacitor 31, annealing is performed at 650 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere using a diffusion furnace.
【0067】次に、図5(A)に示すように、公知のC
VD法によって、上記層間絶縁膜13上に上記誘電体キ
ャパシタ31を覆う層間絶縁膜16を例えば酸化シリコ
ンを150nmの厚さに堆積して形成する。その後、公
知のリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、上
部電極34上の層間絶縁膜16に接続孔17を、例えば
0.4μmの直径を有するように形成する。Next, as shown in FIG. 5A, a known C
By the VD method, an interlayer insulating film 16 covering the dielectric capacitor 31 is formed on the interlayer insulating film 13 by depositing, for example, silicon oxide to a thickness of 150 nm. After that, a connection hole 17 is formed in the interlayer insulating film 16 on the upper electrode 34 so as to have a diameter of 0.4 μm, for example, by using a known lithography technique and etching technique.
【0068】次に、層間絶縁膜16上に、上部電極34
と接続するプレート線41を形成する。図5(B)に示
すように、層間絶縁膜16上に、公知のスパッタ法によ
りチタン(Ti)膜を例えば20nmの厚さに形成し、
続いて酸化窒化チタン(TiON)膜を例えば20nm
の厚さに形成し、さらにアルミニウムーシリコン(Al
-Si)合金膜を例えば500nmの厚さに形成する。
次いで、公知のフォトリソグラフィ技術とドライエッチ
ング技術とによりTi膜、TiON膜、Al-Si合金
膜を加工して、接続孔17を通じて上部電極34に接続
するプレート線41を形成した。Next, the upper electrode 34 is formed on the interlayer insulating film 16.
A plate wire 41 is formed to connect with the plate wire 41. As shown in FIG. 5B, a titanium (Ti) film having a thickness of, for example, 20 nm is formed on the interlayer insulating film 16 by a known sputtering method.
Then, a titanium oxynitride (TiON) film is applied to, for example, 20 nm.
Of aluminum-silicon (Al
-Si) alloy film is formed to a thickness of, for example, 500 nm.
Next, the Ti film, the TiON film, and the Al—Si alloy film were processed by known photolithography technology and dry etching technology to form the plate line 41 connected to the upper electrode 34 through the connection hole 17.
【0069】その後、図1に示したように、CVD法に
より層間絶縁膜18を形成して平坦化を行った後、公知
のリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、他方
の不純物拡散領域25上の上記層間絶縁膜18、16、
13にビットコンタクトホール19を形成する。さらに
公知のアルミニウム配線技術を用いてビット線42を形
成し、強誘電体メモリセル(半導体記憶装置)を完成さ
せる。After that, as shown in FIG. 1, after the interlayer insulating film 18 is formed by the CVD method and flattened, the well-known lithographic technique and the etching technique are used, and the other impurity diffusion region 25 is formed. Of the above-mentioned interlayer insulating films 18, 16,
A bit contact hole 19 is formed at 13. Further, the bit line 42 is formed by using the well-known aluminum wiring technique to complete the ferroelectric memory cell (semiconductor memory device).
【0070】その後、トランジスタ21の特性を回復さ
せるために、水素と窒素の混合ガスであるフォーミング
ガス中での450℃、30分のFGA処理を行なう。After that, in order to restore the characteristics of the transistor 21, FGA processing is performed at 450 ° C. for 30 minutes in a forming gas which is a mixed gas of hydrogen and nitrogen.
【0071】このように作製した強誘電体メモリセルの
電気特性を公知のソーヤタワー回路を用いて測定した。
ヒステリシスループの形状は良好で、印加電圧3Vで残
留分極2Prは15μC/cm2、抗電界Ecは30k
V/cmの値が得られており、強誘電体キャパシタとし
て十分な動作が確認された。また、印加電圧3Vでのリ
ーク電流の値は、5×10−8A/cm2であり、強誘
電体キャパシタとして十分な特性が確認された。次に、
公知の疲労特性の測定を行った。すなわち、電圧3V、
周波数1MHzの矩形パルスを上記の強誘電体キャパシ
タに印加して繰り返し分極反転を行った場合の、繰り返
し分極反転回数に対する残留分極値2Prの変化の測定
である。この結果、1012サイクルの分極反転後も残
留分極値2Prに全く変化は見られず、不揮発性メモリ
として良好な特性を示した。The electrical characteristics of the ferroelectric memory cell thus manufactured were measured using a known Sawyer tower circuit.
The shape of the hysteresis loop is good, the remanent polarization 2Pr is 15 μC / cm 2 and the coercive electric field Ec is 30 k at an applied voltage of 3V.
The value of V / cm was obtained, and it was confirmed that the ferroelectric capacitor operates sufficiently. Moreover, the value of the leak current at an applied voltage of 3 V was 5 × 10 −8 A / cm 2 , and it was confirmed that the characteristics were sufficient as a ferroelectric capacitor. next,
A known fatigue characteristic was measured. That is, voltage 3V,
This is a measurement of the change in the residual polarization value 2Pr with respect to the number of repeated polarization inversions when a rectangular pulse having a frequency of 1 MHz is applied to the ferroelectric capacitor to repeatedly perform polarization inversion. As a result, no change was observed in the residual polarization value 2Pr even after 10 12 cycles of polarization reversal, indicating good characteristics as a nonvolatile memory.
【0072】さらに、上記したプロセスを用いて、D.
K. Schroder, Semiconductor Material and Device Cha
racterization, Wiley-Interscience, New York, (199
0) に開示されているような公知の4端子ケルビン(Kel
vin)パターンを作製し、ポリシリコンの導電性プラグ
15と下部電極32との接触抵抗を測定した。その結
果、直径0.4μmのポリシリコンの導電性プラグ15
の場合、およそ200Ωであり、上記構成の半導体記憶
装置の作製上、十分に小さい値である。Further, using the process described above, D.
K. Schroder, Semiconductor Material and Device Cha
racterization, Wiley-Interscience, New York, (199
Known four-terminal Kelvin (Kelvin
vin) pattern was prepared, and the contact resistance between the polysilicon conductive plug 15 and the lower electrode 32 was measured. As a result, the conductive plug 15 of polysilicon having a diameter of 0.4 μm is formed.
In the case of, the value is about 200Ω, which is a sufficiently small value in manufacturing the semiconductor memory device having the above configuration.
【0073】以上のように製造した半導体記憶装置10
は、導電性プラグ15上に100nmのホウ化タンタル
(TaB2)膜および150nmのイリジウム(Ir)
膜を形成し、Ir膜52上に誘電体膜33を形成した後
に酸素中で750°C〜800°C程度の高温に1時間
以上曝しても、ポリシリコンからなる導電性プラグ15
の酸化や電極との反応が起こらない。さらにイリジウム
膜は誘電体膜33の下地として用いた場合、非常に良好
な誘電特性が得られるので、非常に有用である。従っ
て、比較的に形成温度が低いSTO膜やBSTO膜やP
ZT膜などから形成温度の高いSBT膜にまで適用可能
である。The semiconductor memory device 10 manufactured as described above
Is a 100 nm tantalum boride (TaB 2 ) film and a 150 nm iridium (Ir) film on the conductive plug 15.
Even after the film is formed and the dielectric film 33 is formed on the Ir film 52, the conductive plug 15 made of polysilicon is exposed even if exposed to a high temperature of about 750 ° C. to 800 ° C. for one hour or more in oxygen.
Does not oxidize or react with the electrodes. Further, when the iridium film is used as the base of the dielectric film 33, very good dielectric characteristics can be obtained, and thus it is very useful. Therefore, the STO film, BSTO film, P
The present invention can be applied to ZT films and the like as well as SBT films having a high formation temperature.
【0074】以上の特性は、上記のキャパシタおよび半
導体記憶装置の製造プロセスにおいて、キャパシタ31
の下部電極32を形成したあとに、例えば誘電体膜の形
成に必要な高温酸化性雰囲気中であっても、特に導電性
プラグがポリシリコン等のシリコン系材料で形成されて
いる場合であっても、拡散バリア層によってホウ化物層
へ酸素の拡散、また、ポリシリコンプラグから下部電極
へのシリサイド化作用が阻止されており、ホウ化物層は
酸化され、あるいは、シリコン酸化膜を形成することが
なく、プラグと下部電極の間に、十分な導電性を保って
おり、導通不良を生じることはないことを示している。The above characteristics are the same as those of the capacitor 31 in the manufacturing process of the above-mentioned capacitor and semiconductor memory device.
After the lower electrode 32 is formed, even when the conductive plug is made of a silicon-based material such as polysilicon, even in a high temperature oxidizing atmosphere necessary for forming a dielectric film. In addition, the diffusion barrier layer prevents the diffusion of oxygen into the boride layer and the silicidation action from the polysilicon plug to the lower electrode, so that the boride layer may be oxidized or form a silicon oxide film. In other words, it shows that sufficient electrical conductivity is maintained between the plug and the lower electrode, and no conduction failure occurs.
【0075】上記の実施形態において、下部電極32の
下層の材料としてホウ化タンタル(TaB3)を用いた
が、上記したクロム(Cr)、ハフニウム(Hf)、ラ
ンタン(La)、モリブデン(MO)、ニオブ(N
b)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、バナジウム
(V)、タングステン(W)、イットリウム(Y)、ジ
ルコニウム(Zr)のうち、他の金属のホウ化物を用い
た場合も、シリコンに対するバリア性を有すると共に、
導電性を有するため、ホウ化タンタル(TaB3)と同
等の効果を示した。In the above embodiment, tantalum boride (TaB 3 ) was used as the material of the lower layer of the lower electrode 32, but the above-mentioned chromium (Cr), hafnium (Hf), lanthanum (La), molybdenum (MO) were used. , Niobium (N
b), tantalum (Ta), titanium (Ti), vanadium (V), tungsten (W), yttrium (Y), zirconium (Zr), a barrier against silicon even when a boride of another metal is used. With the
Since it has conductivity, it exhibited the same effect as tantalum boride (TaB 3 ).
【0076】また、キャパシタ31の誘電体膜33の材
料として、Ta2O5(酸化タンタル)、STO(Sr
TiO3:チタン酸ストロンチウム)、BST((B
a,Sr)TiO3:チタン酸バリウムとチタン酸スト
ロンチウム)、BaTiO3等の高誘電体材料を用いた
場合は、本実施形態の半導体記憶装置は高集積度に適用
するDRAMになる。Further, as the material of the dielectric film 33 of the capacitor 31, Ta 2 O 5 (tantalum oxide), STO (Sr
TiO 3 : Strontium titanate), BST ((B
a, Sr) TiO 3: barium titanate and strontium titanate), when using a high dielectric material such as BaTiO 3, the semiconductor memory device of this embodiment is a DRAM applied to highly integrated.
【0077】第4の実施形態
本実施形態は、図3に示した半導体記憶装置60の作製
方法の一例を示す。第2の実施形態において説明したよ
うに、図3における半導体記憶装置60では、1トラン
ジスタ+1キャパシタ(1T/1C)構造を有し、その
キャパシタの下部電極32が高融点金属のホウ化物層5
1と拡散バリア層52とから積層されている。ただし、
第1と第3の実施形態と違って、半導体記憶装置60に
おいて、導電性プラグ15と高融点金属のホウ化物層5
1との界面に、シリサイド膜53が形成されている。 Fourth Embodiment The present embodiment shows an example of a method of manufacturing the semiconductor memory device 60 shown in FIG. As described in the second embodiment, the semiconductor memory device 60 in FIG. 3 has a 1-transistor + 1-capacitor (1T / 1C) structure, and the lower electrode 32 of the capacitor has the boride layer 5 of refractory metal.
1 and the diffusion barrier layer 52 are laminated. However,
Unlike the first and third embodiments, in the semiconductor memory device 60, the conductive plug 15 and the boride layer 5 of refractory metal 5 are used.
A silicide film 53 is formed at the interface with 1.
【0078】図6、図7は、図3に示す半導体記憶装置
60の製造プロセスを示す部分断面図である。なお、図
6、図7において、図3によって説明した構成部品と同
様のものには同一符号を付与する。まず、図6(A)に
おいて、第3の実施形態と同じように、第1の導電性の
半導体基板11に、選択トランジスタ21を形成したあ
と、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜13をCV
D法にて形成し、そして、選択トランジスタ21の不純
物領域24に達する例えばポリシリコン導電性プラグ1
5を形成する。導電性プラグ15の直径は、たとえば、
0.4μmとする。6 and 7 are partial sectional views showing a manufacturing process of the semiconductor memory device 60 shown in FIG. In FIGS. 6 and 7, the same components as those described with reference to FIG. 3 are designated by the same reference numerals. First, in FIG. 6A, similarly to the third embodiment, after the select transistor 21 is formed on the first conductive semiconductor substrate 11, the interlayer insulating film 13 made of, for example, silicon oxide is subjected to CV.
For example, the polysilicon conductive plug 1 is formed by the D method and reaches the impurity region 24 of the selection transistor 21.
5 is formed. The diameter of the conductive plug 15 is, for example,
It is 0.4 μm.
【0079】次に、公知のSC2洗浄を10分間行なっ
た後、公知のコバルトシリサイド技術により、ポリシリ
コンの導電性プラグの表面のみにコバルトシリサイド
(CoSi2)膜を例えば20nmの厚さに形成する。
このCoSi2膜は、シリサイド膜53に相当する。そ
の製造方法の一例を以下に説明する。例えば、公知のD
Cスパッタ法により、コバルト(Co)膜を例えば10
nmの厚さに形成した後、引き続き、チタン(Ti)膜
を20nmの厚さに形成する。次にRTA(Rapid Ther
mal Annealer)により、550゜Cの窒素雰囲気中で3
0秒間の熱処理を行ない、ポリシリコンとコバルトとを
反応させてコバルトシリサイドを形成した。その後、公
知のアンモニア過酸化水素水洗浄を10分間行なった
後、硫酸過酸化水素水洗浄を3分間行ない、Ti層およ
び未反応のコバルト層のみを除去する。そして、もう一
度RTAにより、700゜Cの窒素雰囲気中で30秒間
の熱処理を行なう。その結果、ポリシリコンの導電性プ
ラグの表面のみにコバルトシリサイド(CoSi2)膜
が形成される。Then, after performing a known SC2 cleaning for 10 minutes, a cobalt silicide (CoSi 2 ) film is formed to a thickness of, for example, 20 nm only on the surface of the conductive plug of polysilicon by a known cobalt silicide technique. .
This CoSi 2 film corresponds to the silicide film 53. An example of the manufacturing method will be described below. For example, the known D
A cobalt (Co) film is formed, for example, by the C sputtering method to a thickness of 10
After being formed to a thickness of nm, a titanium (Ti) film is subsequently formed to a thickness of 20 nm. Next, RTA (Rapid Ther
mal Annealer) 3 in a nitrogen atmosphere at 550 ° C
A heat treatment was performed for 0 seconds to react polysilicon with cobalt to form cobalt silicide. After that, a known ammonia hydrogen peroxide solution cleaning is performed for 10 minutes, and then a sulfuric acid hydrogen peroxide solution cleaning is performed for 3 minutes to remove only the Ti layer and the unreacted cobalt layer. Then, heat treatment is again performed for 30 seconds in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. by RTA. As a result, a cobalt silicide (CoSi 2 ) film is formed only on the surface of the polysilicon conductive plug.
【0080】続いて、図6(B)、(C)に示すよう
に、第3の実施形態と同じ方法で、層間絶縁膜13上
に、コバルトシリサイド(CoSi2)膜53が形成さ
れたプラグ15を被覆する下部電極32、誘電体膜33
と上部電極34が積層してなるキャパシタ31を形成す
る。下部電極層32を高融点金属のホウ化物層51と拡
散バリア層52とを積層して形成する。Subsequently, as shown in FIGS. 6B and 6C, a plug in which a cobalt silicide (CoSi 2 ) film 53 is formed on the interlayer insulating film 13 by the same method as in the third embodiment. Lower electrode 32 and dielectric film 33 covering 15
Then, the capacitor 31 is formed by stacking the upper electrode 34. The lower electrode layer 32 is formed by stacking a refractory metal boride layer 51 and a diffusion barrier layer 52.
【0081】高融点金属のホウ化物層51は、例えば、
クロム(Cr)、ハフニウム(Hf)、ランタン(L
a)、モリブデン(MO)、ニオブ(Nb)、タンタル
(Ta)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、タング
ステン(W)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Z
r)のうち、少なくとも一つの金属のホウ化物からな
る、シリコンに対するバリア性を有すると共に、導電性
を有する材料で形成されている。拡散バリア層52は、
例えば、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、ロ
ジウム(Rh)、レニウム(Re)、オスミウム(O
s)の中、少なくとも1種の金属からなる、もしくは前
記金属の酸化物からなる、もしくは前記金属および前記
金属の酸化物を含む混合物からなる。誘電体膜33は、
たとえば、Ta2O5、或は、ABO3型ペロブス力イ
ト構造を有するSrTiO3、(Ba,Sr)Ti
O3、Pb(Zr,Ti)O3(チタン酸ジルコン酸
鉛)、(Pb,La)(Zr,Ti)O3(チタン酸ジ
ルコン酸ランタン鉛)、PbTiO3、BaTiO3、
LiNbO3、LiTaO3、およびYMnO3のう
ち、少なくとも一つを含んでおり、あるいは、ビスマス
系層状ペロブス力イト構造化合物SrBi2Ta2O9
(SBT)、SrBi2Nb2O9(SBN)、SrB
i2(Ta,Nb)2O9、Bi4Ti3O12、Sr
Bi4Ti4O15、SrBi4(Ti,Zr)4O
15、Bi3TiNbO9、Bi3TiTaO9、Ba
Bi2Ta2O9、BaBi2Nb2O9のうち、少な
くとも一つを含んでいる。一例として、下部電極32
は、100nmのタンタル(Ta)のホウ化物(ホウ化
タンタル:TaB2)と100nmのイリジウム(I
r)拡散バリア層を形成し、その上に、100nmの強
誘電体SBT膜33を形成する。さらに、誘電体膜33
の上に、たとえば、膜厚100nmのIr膜を上部電極
層として形成する。The high-melting-point metal boride layer 51 is, for example,
Chromium (Cr), Hafnium (Hf), Lanthanum (L
a), molybdenum (MO), niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (Ti), vanadium (V), tungsten (W), yttrium (Y), zirconium (Z)
It is formed of a material having a barrier property against silicon and having conductivity, which is made of at least one metal boride of r). The diffusion barrier layer 52 is
For example, iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), rhenium (Re), osmium (O
In s), it consists of at least one metal, or an oxide of the above metal, or a mixture containing the above metal and an oxide of the above metal. The dielectric film 33 is
For example, Ta 2 O 5 or SrTiO 3 having a ABO 3 type perovskite structure, (Ba, Sr) Ti
O 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (lead zirconate titanate), (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 (lead lanthanum zirconate titanate), PbTiO 3 , BaTiO 3 ,
At least one of LiNbO 3 , LiTaO 3 , and YMnO 3 is contained, or a bismuth-based layered perovskite structure compound SrBi 2 Ta 2 O 9 is included.
(SBT), SrBi 2 Nb 2 O 9 (SBN), SrB
i 2 (Ta, Nb) 2 O 9 , Bi 4 Ti 3 O 12 , Sr
Bi 4 Ti 4 O 15, SrBi 4 (Ti, Zr) 4 O
15 , Bi 3 TiNbO 9 , Bi 3 TiTaO 9 , Ba
At least one of Bi 2 Ta 2 O 9 and BaBi 2 Nb 2 O 9 is included. As an example, the lower electrode 32
Is 100 nm of tantalum (Ta) boride (tantalum boride: TaB 2 ) and 100 nm of iridium (I).
r) A diffusion barrier layer is formed, and a 100 nm ferroelectric SBT film 33 is formed thereon. Further, the dielectric film 33
A 100 nm-thickness Ir film is formed thereon as the upper electrode layer.
【0082】続いて、図7(A)、(B)に示すよう
に、層間絶縁膜16を堆積してから、層間絶縁膜16上
に、上部電極34に接続するAl-Si合金のプレート
線41を形成する。そして、公知のアルミニウム配線技
術を用いて、選択トランジスタ21の他方の不純物拡散
領域25に接続するビット線42を形成し、半導体記憶
装置60を完成させる。Subsequently, as shown in FIGS. 7A and 7B, after the interlayer insulating film 16 is deposited, an Al--Si alloy plate line connected to the upper electrode 34 is formed on the interlayer insulating film 16. 41 is formed. Then, using a known aluminum wiring technique, the bit line 42 connected to the other impurity diffusion region 25 of the selection transistor 21 is formed, and the semiconductor memory device 60 is completed.
【0083】第3の実施形態と同じような測定により、
ポリシリコンの導電性プラグ15と下部電極32との接
触抵抗が、直径0.4μmのポリシリコンの導電性プラ
グ15の場合、およそ200Ωであり、上記半導体記憶
装置の作製上、十分に小さい値である。さらに、以上の
ように製造したキャパシタ31および半導体装置60
は、強誘電体キャパシタとして十分な動作と特性が確認
され、不揮発性メモリとして良好な特性を示した。By the same measurement as in the third embodiment,
The contact resistance between the polysilicon conductive plug 15 and the lower electrode 32 is about 200Ω in the case of the polysilicon conductive plug 15 having a diameter of 0.4 μm, which is a sufficiently small value in manufacturing the semiconductor memory device. is there. Further, the capacitor 31 and the semiconductor device 60 manufactured as described above.
, Was confirmed to have sufficient operation and characteristics as a ferroelectric capacitor, and showed good characteristics as a non-volatile memory.
【0084】上記の製造プロセスによって製造したキャ
パシタおよび半導体記憶装置によれば、例えば誘電体膜
の形成に必要な高温酸化性雰囲気中であっても、拡散バ
リア層によってホウ化物層へ酸素の拡散、また、ポリシ
リコンプラグから下部電極へのシリサイド化作用が阻止
されており、ホウ化物層は酸化されることがなく、プラ
グと下部電極の間に、十分な導電性を保っており、導通
不良を生じることはない。特に導電性プラグがポリシリ
コン等のシリコン系材料で形成されている場合は、プラ
グ15の表面にシリサイド膜53を形成することによ
り、高温処理中に、ポリシリコンプラグ15からのシリ
コンの拡散による下部電極32のシリサイド化、また、
酸化反応によって、たとえば、酸化シリコンなどの絶縁
膜の形成をさらに抑えることができ、再現性や均一性を
向上する。According to the capacitor and the semiconductor memory device manufactured by the manufacturing process described above, even if the diffusion barrier layer diffuses oxygen into the boride layer even in a high temperature oxidizing atmosphere necessary for forming a dielectric film, In addition, the silicidation action from the polysilicon plug to the lower electrode is prevented, the boride layer is not oxidized, and sufficient conductivity is maintained between the plug and the lower electrode to prevent conduction failure. It never happens. Particularly, when the conductive plug is formed of a silicon-based material such as polysilicon, the silicide film 53 is formed on the surface of the plug 15 so that the lower portion due to the diffusion of silicon from the polysilicon plug 15 during the high temperature treatment. Silicidation of the electrode 32,
By the oxidation reaction, formation of an insulating film of, for example, silicon oxide can be further suppressed, and reproducibility and uniformity are improved.
【0085】上記の実施形態において、下部電極32の
下層の材料としてホウ化タンタル(TaB3)の他は、
上記したクロム(Cr)、ハフニウム(Hf)、ランタ
ン(La)、モリブデン(MO)、ニオブ(Nb)、タ
ンタル(Ta)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、
タングステン(W)、イットリウム(Y)、ジルコニウ
ム(Zr)のうち、いずれかの金属のホウ化物を用いて
もよい。また、キャパシタ31の誘電体膜の材料とし
て、Ta2O5(酸化タンタル)、STO(SrTiO
3:チタン酸ストロンチウム)、BST((Ba,S
r)TiO3:チタン酸バリウムとチタン酸ストロンチ
ウム)、BaTiO3等の高誘電体材料を用いてもよ
い。In the above-described embodiment, other than tantalum boride (TaB 3 ) as the material for the lower layer of the lower electrode 32,
The above-mentioned chromium (Cr), hafnium (Hf), lanthanum (La), molybdenum (MO), niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (Ti), vanadium (V),
A boride of any one of tungsten (W), yttrium (Y), and zirconium (Zr) may be used. Further, as a material of the dielectric film of the capacitor 31, Ta 2 O 5 (tantalum oxide), STO (SrTiO 3) is used.
3 : Strontium titanate), BST ((Ba, S
r) TiO 3 : barium titanate and strontium titanate), BaTiO 3 or other high dielectric material may be used.
【0086】導電性プラグ15と下部電極32との界面
に形成されるシリサイド膜には、コバルトシリサイドの
他、チタンシリサイド、バナジウムシリサイド、クロム
シリサイド、マンガンシリサイド、鉄シリサイド、ニッ
ケルシリサイド、ジルコニウムシリサイド、ニオブシリ
サイド、モリブテンシリサイド、ルテニウムシリサイ
ド、ロジウムシリサイド、パラジウムシリサイド、ハフ
ニウムシリサイド、タンタルシリサイド、タングステン
シリサイド、レニウムシリサイド、オスミウムシリサイ
ド、イリジウムシリサイド、白金シリサイドを用いるこ
とも可能である。In addition to cobalt silicide, titanium silicide, vanadium silicide, chromium silicide, manganese silicide, iron silicide, nickel silicide, zirconium silicide, and niobium are included in the silicide film formed at the interface between the conductive plug 15 and the lower electrode 32. It is also possible to use silicide, molybdenum silicide, ruthenium silicide, rhodium silicide, palladium silicide, hafnium silicide, tantalum silicide, tungsten silicide, rhenium silicide, osmium silicide, iridium silicide, platinum silicide.
【0087】以上、本発明を好ましい実施の形態に基づ
き説明したが、本発明は以上に説明した実施の形態に限
られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々の改変が可能である。本発明のキャパシタ、半
導体記憶装置およびその作製方法において説明した半導
体記憶装置の構造は例示であり、適宜設計変更すること
が可能である。強誘電体薄膜の材料としてSBTを用い
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の強
誘電体材料でも良いし、強誘電体薄膜の形成方法に関し
ても、上記のCSD法以外にMOCVD法やスパッタリ
ング法、蒸着法等の方法に対しても本発明は適用可能で
ある。The present invention has been described above based on the preferred embodiments, but the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Is. The structure of the semiconductor memory device described in the capacitor, the semiconductor memory device, and the method for manufacturing the same of the present invention is an example, and the design can be appropriately changed. Although SBT was used as the material of the ferroelectric thin film, the present invention is not limited to this, other ferroelectric materials may be used, and the method of forming the ferroelectric thin film may be other than the above CSD method. The present invention can also be applied to methods such as MOCVD, sputtering and vapor deposition.
【0088】[0088]
【発明の効果】本発明によれば、導電性プラグに接続し
ている第1の電極は、高融点金属のホウ化物層と、酸素
の拡散を阻止する拡散バリア層とを有し、導電性プラグ
側からホウ化物層、拡散バリア層の順に積層されている
ことから、例えば誘電体膜が高温酸化性雰囲気中で形成
されたものであっても、拡散バリア層によってホウ化物
層への酸素の拡散が阻止されている。そのため、ホウ化
物層は酸化されないので、誘電体膜が形成された後も十
分な導電性を保てたものとなっている。特に導電性プラ
グがポリシリコン等のシリコン系材料で形成されている
場合であっても、シリコン酸化膜を形成することがない
ので、導通不良を生じることはない。よって、本発明の
半導体記憶装置によれば、導電性プラグ等との顕著なバ
リア性を有する、信頼性の高い電極構造を提供すること
ができ、実用上、極めて有用である。According to the present invention, the first electrode connected to the conductive plug has a boride layer of a refractory metal and a diffusion barrier layer for preventing diffusion of oxygen, Since the boride layer and the diffusion barrier layer are laminated in this order from the plug side, even if the dielectric film is formed in a high-temperature oxidizing atmosphere, the diffusion barrier layer prevents oxygen from being introduced into the boride layer. The spread has been stopped. Therefore, since the boride layer is not oxidized, it has sufficient conductivity even after the dielectric film is formed. In particular, even when the conductive plug is formed of a silicon-based material such as polysilicon, since the silicon oxide film is not formed, the conduction failure does not occur. Therefore, according to the semiconductor memory device of the present invention, it is possible to provide a highly reliable electrode structure having a remarkable barrier property against a conductive plug and the like, which is extremely useful in practice.
【0089】また、本発明の半導体記憶装置では、選択
トランジスタと誘電体キャパシタとの接続に導電性プラ
グを用いているので、強誘電体キャパシタを選択トラン
ジスタ上に形成したスタック型構造の採用が可能となっ
ている。それによって、メモリセル領域を縮小し、高集
積化を可能としている。本発明の誘電体キャパシタと半
導体記憶装置の製造方法は、比較的に形成温度が低いS
TO膜やBSTO膜やPZT膜などから形成温度の高い
SBT膜にまで適用可能であるうえに、キャパシタ領域
の段差を低く抑えられるので、素子の高集積化には格段
に有利となる。Further, in the semiconductor memory device of the present invention, since the conductive plug is used for connecting the selection transistor and the dielectric capacitor, it is possible to adopt the stack type structure in which the ferroelectric capacitor is formed on the selection transistor. Has become. As a result, the memory cell area is reduced and high integration is possible. According to the method of manufacturing the dielectric capacitor and the semiconductor memory device of the present invention, S having a relatively low formation temperature is used.
It can be applied to a TO film, a BSTO film, a PZT film, and the like, as well as an SBT film having a high formation temperature, and since the step in the capacitor region can be suppressed to a low level, it is extremely advantageous for high integration of elements.
【図1】本発明の第1の実施形態に係わるキャパシタお
よび半導体記憶装置の部分断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a capacitor and a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施形態に係わる半導体記憶装
置の等価回路を示す。FIG. 2 shows an equivalent circuit of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2の実施形態に係わるキャパシタお
よび半導体記憶装置の部分断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a capacitor and a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3の実施形態に係わるキャパシタお
よび半導体記憶装置の製造方法を説明するための部分断
面図である。FIG. 4 is a partial cross sectional view for illustrating the method for manufacturing the capacitor and the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.
【図5】図4に引き続き、本発明の第3の実施形態に係
わるキャパシタおよび半導体記憶装置の作製方法を説明
するための部分断面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the capacitor and the semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, following FIG.
【図6】本発明の第4の実施形態に係わるキャパシタお
よび半導体記憶装置の製造方法を説明するための部分断
面図である。FIG. 6 is a partial cross sectional view for illustrating the method for manufacturing the capacitor and the semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention.
【図7】図6に引き続き、本発明の第4の実施形態に係
わるキャパシタおよび半導体記憶装置の作製方法を説明
するための部分断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the capacitor and the semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention, following FIG. 6;
【図8】従来の半導体記憶装置を示す概略構成断面図で
ある。FIG. 8 is a schematic sectional view showing a configuration of a conventional semiconductor memory device.
10…半導体記憶装置、11…半導体基板、12…素子
分離領域、13…層間絶縁層、14…コンタクト・ホー
ル、15…コンタクト・プラグ、16…層間絶縁層、1
7…開口部、18…層間絶縁層、19…ビットコンタク
トホール、21…選択トランジスタ、22…ゲート酸化
膜、23…ゲート電極、24、25…ソース・ドレイン
領域、26…サイド・ウォール絶縁層、31…キャパシ
タ、32…下部電極、33…誘電体層、34…上部電極
層、41…プレート線、41…ビット線、51…高融点
金属のホウ化物層、52…拡散バリア層、53…シリサ
イド膜、110…半導体記憶装置、111…半導体基
板、112…素子分離領域、113…層間絶縁層、11
4…コンタクト・ホール、115…コンタクト・プラ
グ、116…層間絶縁層、118…層間絶縁層、119
…ビットコンタクトホール、121…選択トランジス
タ、122…ゲート酸化膜、123…ゲート電極、12
4、125…ソース・ドレイン領域、126…サイド・
ウォール絶縁層、131…キャパシタ、132…下部電
極、133…誘電体層、134…上部電極層、141…
プレート線、141…ビット線、α…プロファイル角
度。10 ... Semiconductor memory device, 11 ... Semiconductor substrate, 12 ... Element isolation region, 13 ... Interlayer insulating layer, 14 ... Contact hole, 15 ... Contact plug, 16 ... Interlayer insulating layer, 1
Reference numeral 7 ... Opening, 18 ... Interlayer insulating layer, 19 ... Bit contact hole, 21 ... Select transistor, 22 ... Gate oxide film, 23 ... Gate electrode, 24, 25 ... Source / drain region, 26 ... Side wall insulating layer, 31 ... Capacitor, 32 ... Lower electrode, 33 ... Dielectric layer, 34 ... Upper electrode layer, 41 ... Plate line, 41 ... Bit line, 51 ... Refractory metal boride layer, 52 ... Diffusion barrier layer, 53 ... Silicide Film, 110 ... Semiconductor memory device, 111 ... Semiconductor substrate, 112 ... Element isolation region, 113 ... Interlayer insulating layer, 11
4 ... Contact hole, 115 ... Contact plug, 116 ... Interlayer insulating layer, 118 ... Interlayer insulating layer, 119
... bit contact hole, 121 ... selection transistor, 122 ... gate oxide film, 123 ... gate electrode, 12
4, 125 ... Source / drain regions, 126 ... Sides
Wall insulating layer, 131 ... Capacitor, 132 ... Lower electrode, 133 ... Dielectric layer, 134 ... Upper electrode layer, 141 ...
Plate line, 141 ... Bit line, α ... Profile angle.
Claims (45)
有し、 前記第1の電極膜は、拡散防止層と、高融点金属のホウ
化物層とを含むキャパシタ。1. A first electrode film, a second electrode film, and a dielectric thin film sandwiched between the first and second electrode films, wherein the first electrode film is diffusion barrier. A capacitor comprising a layer and a boride layer of a refractory metal.
拡散防止層と、高融点金属のホウ化物層とを順次に積層
してなる請求項1に記載のキャパシタ。2. The capacitor according to claim 1, wherein the first electrode film is formed by sequentially stacking a diffusion prevention layer and a boride layer of a refractory metal from the side of the dielectric film.
する請求項1に記載のキャパシタ。3. The capacitor according to claim 1, wherein the refractory metal boride layer has conductivity.
対するバリア性を有する請求項1に記載のキャパシタ。4. The capacitor according to claim 1, wherein the refractory metal boride layer has a barrier property against silicon.
f、La、Mo、Nb、Ta、Ti、V、W、Y、Zr
のうち、少なくとも一つのホウ化物を含んでいる請求項
1に記載のキャパシタ。5. The boride layer of the refractory metal is formed of Cr, H
f, La, Mo, Nb, Ta, Ti, V, W, Y, Zr
The capacitor of claim 1 including at least one boride of
e、Osのうち、少なくとも一つを含み、もしくは、I
r、Ru、Rh、Re、Osのうち、少なくとも一つの
酸化物を含む請求項1に記載のキャパシタ。6. The diffusion barrier layer is made of Ir, Ru, Rh, R.
at least one of e and Os, or I
The capacitor according to claim 1, comprising at least one oxide of r, Ru, Rh, Re, and Os.
ト構造を有する請求項1に記載のキャパシタ。7. The capacitor according to claim 1, wherein the dielectric film has an ABO 3 type perovskite structure.
3、(Ba,Sr)TiO3、Pb(Zr,Ti)
O3、(Pb,La)(Zr,Ti)O3、PbTiO
3、BaTiO3、LiNbO3、LiTaO3、およ
びYMnO3のうち、少なくとも一つを含んでいる請求
項7に記載のキャパシタ。8. The dielectric film is made of Ta 2 O 5 , SrTiO 3.
3 , (Ba, Sr) TiO 3 , Pb (Zr, Ti)
O 3 , (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 , PbTiO
The capacitor according to claim 7, comprising at least one of 3 , 3 , BaTiO 3 , LiNbO 3 , LiTaO 3 , and YMnO 3 .
力イト構造化合物を含む請求項1に記載のキャパシタ。9. The capacitor according to claim 1, wherein the dielectric film contains a bismuth-based layered perovskite structure compound.
9、SrBi2Nb2O9、SrBi 2(Ta,Nb)
2O9、Bi4Ti3O12、SrBi4Ti
4O15、SrBi4(Ti,Zr)4O15、Bi3
TiNbO9、Bi3TiTaO9、BaBi2Ta2
O9、BaBi2Nb2O9のうち、少なくとも一つを
含んでいる請求項9に記載のキャパシタ。10. The dielectric thin film is SrBi.TwoTaTwoO
9, SrBiTwoNbTwoO9, SrBi Two(Ta, Nb)
TwoO9, BiFourTiThreeO12, SrBiFourTi
FourO15, SrBiFour(Ti, Zr)FourO15, BiThree
TiNbO9, BiThreeTiTaO9, BaBiTwoTaTwo
O9, BaBiTwoNbTwoO9At least one of
The capacitor of claim 9 including.
スタの一方の不純物拡散領域と電気的に接続するキャパ
シタとを含む半導体記憶装置であって、 前記キャパシタは、選択トランジスタの一方の不純物拡
散領域と電気的に接続する下部電極膜と、前記下部電極
上方の上部電極膜と、前記下部電極膜および上部電極膜
に挟まれた誘電体膜とを有し、 前記下部電極膜は、拡散防止層と、高融点金属のホウ化
物層とを含む半導体記憶装置。11. A semiconductor memory device including a selection transistor and a capacitor electrically connected to one impurity diffusion region of the selection transistor, wherein the capacitor is electrically connected to one impurity diffusion region of the selection transistor. A lower electrode film connected to the upper electrode film, an upper electrode film above the lower electrode, and a dielectric film sandwiched between the lower electrode film and the upper electrode film. A semiconductor memory device including a melting point metal boride layer.
拡散防止層と、高融点金属のホウ化物層とを順次に積層
してなる請求項11に記載の半導体記憶装置。12. The semiconductor memory device according to claim 11, wherein the lower electrode film is formed by sequentially stacking a diffusion prevention layer and a boride layer of a refractory metal from the dielectric film side.
有する請求項11に記載の半導体記憶装置。13. The semiconductor memory device according to claim 11, wherein the refractory metal boride layer has conductivity.
に対するバリア性を有する請求項11に記載の半導体記
憶装置。14. The semiconductor memory device according to claim 11, wherein the refractory metal boride layer has a barrier property against silicon.
Hf、La、Mo、Nb、Ta、Ti、V、W、Y、Z
rのうち、少なくとも一つのホウ化物を含んでいる請求
項11に記載の半導体記憶装置。15. The refractory metal boride layer comprises Cr,
Hf, La, Mo, Nb, Ta, Ti, V, W, Y, Z
The semiconductor memory device according to claim 11, which contains at least one boride of r.
Re、Osのうち、少なくとも一つを含み、もしくは、
Ir、Ru、Rh、Re、Osのうち、少なくとも一つ
の酸化物を含む請求項11に記載の半導体記憶装置。16. The diffusion preventing layer comprises Ir, Ru, Rh,
At least one of Re and Os is included, or
The semiconductor memory device according to claim 11, comprising at least one oxide selected from Ir, Ru, Rh, Re, and Os.
イト構造を有する請求項11に記載の半導体記憶装置。17. The semiconductor memory device according to claim 11, wherein the dielectric film has an ABO 3 type perovskite structure.
O3、(Ba,Sr)TiO3、Pb(Zr,Ti)O
3、(Pb,La)(Zr,Ti)O3、PbTi
O3、BaTiO3、LiNbO3、LiTaO3、お
よびYMnO3のうち、少なくとも一つを含んでいる請
求項17に記載の半導体記憶装置。18. The dielectric film is made of Ta 2 O 5 or SrTi.
O 3 , (Ba, Sr) TiO 3 , Pb (Zr, Ti) O
3 , (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 , PbTi
18. The semiconductor memory device according to claim 17, comprising at least one of O 3 , BaTiO 3 , LiNbO 3 , LiTaO 3 , and YMnO 3 .
ス力イト構造化合物を含む請求項11に記載の半導体記
憶装置。19. The semiconductor memory device according to claim 11, wherein said dielectric film contains a bismuth-based layered perovskite structure compound.
9、SrBi2Nb2O9、SrBi 2(Ta,Nb)
2O9、Bi4Ti3O12、SrBi4Ti
4O15、SrBi4(Ti,Zr)4O15、Bi3
TiNbO9、Bi3TiTaO9、BaBi2Ta2
O9、BaBi2Nb2O9のうち、少なくとも一つを
含んでいる請求項19に記載の半導体記憶装置。20. The dielectric thin film is SrBi.TwoTaTwoO
9, SrBiTwoNbTwoO9, SrBi Two(Ta, Nb)
TwoO9, BiFourTiThreeO12, SrBiFourTi
FourO15, SrBiFour(Ti, Zr)FourO15, BiThree
TiNbO9, BiThreeTiTaO9, BaBiTwoTaTwo
O9, BaBiTwoNbTwoO9At least one of
20. The semiconductor memory device according to claim 19, which includes.
純物拡散領域に達しており、他方が前記キャパシタの下
部電極と接続している導電性コンタクト・プラグをさら
に有する請求項11に記載の半導体記憶装置。21. The semiconductor memory device according to claim 11, further comprising a conductive contact plug, one of which reaches an impurity diffusion region of one of said selection transistors and the other of which is connected to a lower electrode of said capacitor. .
を注入したポリシリコンを含む請求項21に記載の半導
体記憶装置。22. The semiconductor memory device according to claim 21, wherein the conductive contact plug includes impurity-implanted polysilicon.
ャパシタの下部電極と接する端面に、シリサイド膜が形
成されている請求項22に記載の半導体記憶装置。23. The semiconductor memory device according to claim 22, wherein a silicide film is formed on an end surface of the conductive contact plug which is in contact with the lower electrode of the capacitor.
を形成する工程と、 前記第1の電極膜は、拡散防止層と、高融点金属のホウ
化物層とを含むキャパシタの製造方法。24. A step of forming a first electrode film, a step of forming a second electrode film, and a step of forming a dielectric thin film sandwiched between the first electrode film and the second electrode film. And a method for manufacturing a capacitor, wherein the first electrode film includes a diffusion barrier layer and a boride layer of a refractory metal.
ては、前記誘電体膜側から前記拡散防止層と前記高融点
金属のホウ化物層とを、拡散防止層、高融点金属のホウ
化物層の順に積層する請求項24に記載のキャパシタの
製造方法。25. In the step of forming the first electrode film, the diffusion preventing layer and the boride layer of the refractory metal are provided from the side of the dielectric film, the diffusion preventing layer and the boride of the refractory metal. The method of manufacturing a capacitor according to claim 24, wherein the capacitors are laminated in order of layers.
有する請求項24に記載のキャパシタの製造方法。26. The method of manufacturing a capacitor according to claim 24, wherein the refractory metal boride layer has conductivity.
に対するバリア性を有する請求項24に記載のキャパシ
タの製造方法。27. The method of manufacturing a capacitor according to claim 24, wherein the refractory metal boride layer has a barrier property against silicon.
Hf、La、Mo、Nb、Ta、Ti、V、W、Y、Z
rのうち、少なくとも一つのホウ化物を含んでいる請求
項24に記載のキャパシタの製造方法。28. The refractory metal boride layer is Cr,
Hf, La, Mo, Nb, Ta, Ti, V, W, Y, Z
25. The method of manufacturing a capacitor according to claim 24, wherein at least one boride of r is included.
Re、Osのうち、少なくとも一つを含み、もしくは、
Ir、Ru、Rh、Re、Osのうち、少なくとも一つ
の酸化物を含む請求項24に記載のキャパシタの製造方
法。29. The diffusion preventing layer comprises Ir, Ru, Rh,
At least one of Re and Os is included, or
The method of manufacturing a capacitor according to claim 24, further comprising at least one oxide selected from Ir, Ru, Rh, Re, and Os.
イト構造を有する請求項25に記載のキャパシタの製造
方法。30. The method of manufacturing a capacitor according to claim 25, wherein the dielectric film has an ABO 3 type perovskite structure.
O3、(Ba,Sr)TiO3、Pb(Zr,Ti)O
3、(Pb,La)(Zr,Ti)O3、PbTi
O3、BaTiO3、LiNbO3、LiTaO3、お
よびYMnO3のうち、少なくとも一つを含んでいる請
求項30に記載のキャパシタの製造方法。31. The dielectric film is made of Ta 2 O 5 or SrTi.
O 3 , (Ba, Sr) TiO 3 , Pb (Zr, Ti) O
3 , (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 , PbTi
The method of manufacturing a capacitor according to claim 30, comprising at least one of O 3 , BaTiO 3 , LiNbO 3 , LiTaO 3 , and YMnO 3 .
ス力イト構造化合物を含む請求項24に記載のキャパシ
タの製造方法。32. The method of manufacturing a capacitor according to claim 24, wherein the dielectric film contains a bismuth-based layered perovskite structure compound.
9、SrBi2Nb2O9、SrBi 2(Ta,Nb)
2O9、Bi4Ti3O12、SrBi4Ti
4O15、SrBi4(Ti,Zr)4O15、Bi3
TiNbO9、Bi3TiTaO9、BaBi2Ta2
O9、BaBi2Nb2O9のうち、少なくとも一つを
含んでいる請求項32に記載のキャパシタの製造方法。33. The dielectric thin film is SrBi.TwoTaTwoO
9, SrBiTwoNbTwoO9, SrBi Two(Ta, Nb)
TwoO9, BiFourTiThreeO12, SrBiFourTi
FourO15, SrBiFour(Ti, Zr)FourO15, BiThree
TiNbO9, BiThreeTiTaO9, BaBiTwoTaTwo
O9, BaBiTwoNbTwoO9At least one of
33. A method of making a capacitor according to claim 32 including.
スタの一方の不純物拡散領域と接続するキャパシタとを
含む半導体記憶装置の製造方法であって、 半導体基板の所定の領域に前記選択トランジスタを形成
する工程と、 前記選択トランジスタを含む半導体基板上に絶縁膜を形
成する工程と、 前記絶縁膜に前記選択トランジスタの一方の不純物拡散
領域に達する導電性コンタクト・プラグを形成する工程
と、 前記導電性コンタクト・プラグと接続する前記キャパシ
タを形成する工程とを有し、 前記キャパシタを形成する工程は、 前記導電性コンタクト・プラグ上に下部電極膜を形成す
る工程と、 前記下部電極膜上に誘電体薄膜を形成する工程と、 前記誘電体薄膜上に上部電極膜を形成する工程と、を有
し、 前記下部電極膜は、拡散防止層と、高融点金属のホウ化
物層とを含む半導体記憶装置の製造方法。34. A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising: a select transistor; and a capacitor connected to one impurity diffusion region of the select transistor, the process comprising forming the select transistor in a predetermined region of a semiconductor substrate. Forming an insulating film on a semiconductor substrate including the selection transistor; forming a conductive contact plug reaching the one impurity diffusion region of the selection transistor in the insulating film; A step of forming a lower electrode film on the conductive contact plug, and a step of forming a dielectric thin film on the lower electrode film. And a step of forming an upper electrode film on the dielectric thin film, wherein the lower electrode film is a diffusion barrier. The method of manufacturing a semiconductor memory device comprising a layer, a boride layer of a refractory metal.
は、前記拡散防止層と前記高融点金属のホウ化物層を、
前記誘電体膜側から拡散防止層、高融点金属のホウ化物
層の順に積層する請求項34に記載の半導体記憶装置の
製造方法。35. In the step of forming the lower electrode film, the diffusion barrier layer and the refractory metal boride layer are formed.
The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 34, wherein a diffusion prevention layer and a boride layer of a refractory metal are stacked in this order from the side of the dielectric film.
有する請求項34に記載の半導体記憶装置の製造方法。36. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 34, wherein the refractory metal boride layer has conductivity.
に対するバリア性を有する請求項34に記載の半導体記
憶装置の製造方法。37. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 34, wherein the refractory metal boride layer has a barrier property against silicon.
Hf、La、Mo、Nb、Ta、Ti、V、W、Y、Z
rのうち、少なくとも一つのホウ化物を含んでいる請求
項34に記載の半導体記憶装置の製造方法。38. The boride layer of the refractory metal is Cr,
Hf, La, Mo, Nb, Ta, Ti, V, W, Y, Z
The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 34, wherein at least one boride of r is included.
Re、Osのうち、少なくとも一つを含み、もしくは、
Ir、Ru、Rh、Re、Osのうち、少なくとも一つ
の酸化物を含む請求項34に記載の半導体記憶装置の製
造方法。39. The diffusion preventing layer comprises Ir, Ru, Rh,
At least one of Re and Os is included, or
The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 34, comprising at least one oxide of Ir, Ru, Rh, Re, and Os.
イト構造を有する請求項34に記載の半導体記憶装置の
製造方法。40. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 34, wherein the dielectric film has an ABO 3 type perovskite structure.
O3、(Ba,Sr)TiO3、Pb(Zr,Ti)O
3、(Pb,La)(Zr,Ti)O3、PbTi
O3、BaTiO3、LiNbO3、LiTaO3、お
よびYMnO3のうち、少なくとも一つを含んでいる請
求項40に記載の半導体記憶装置の製造方法。41. The dielectric film is made of Ta 2 O 5 or SrTi.
O 3 , (Ba, Sr) TiO 3 , Pb (Zr, Ti) O
3 , (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 , PbTi
The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 40, comprising at least one of O 3 , BaTiO 3 , LiNbO 3 , LiTaO 3 , and YMnO 3 .
ス力イト構造化合物を含む請求項34に記載の半導体記
憶装置の製造方法。42. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 34, wherein the dielectric film contains a bismuth-based layered perovskite structure compound.
9、SrBi2Nb2O9、SrBi 2(Ta,Nb)
2O9、Bi4Ti3O12、SrBi4Ti
4O15、SrBi4(Ti,Zr)4O15、Bi3
TiNbO9、Bi3TiTaO9、BaBi2Ta2
O9、BaBi2Nb2O9のうち、少なくとも一つを
含んでいる請求項42に記載の半導体記憶装置の製造方
法。43. The dielectric thin film is SrBi.TwoTaTwoO
9, SrBiTwoNbTwoO9, SrBi Two(Ta, Nb)
TwoO9, BiFourTiThreeO12, SrBiFourTi
FourO15, SrBiFour(Ti, Zr)FourO15, BiThree
TiNbO9, BiThreeTiTaO9, BaBiTwoTaTwo
O9, BaBiTwoNbTwoO9At least one of
43. A method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 42, including:
Law.
を注入したポリシリコンを含む請求項34に記載の半導
体記憶装置の製造方法。44. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 34, wherein the conductive contact plug includes impurity-implanted polysilicon.
ャパシタの下部電極と接する端面に、シリサイド膜を形
成する工程をさらに有する請求項44に記載の半導体記
憶装置の製造方法。45. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 44, further comprising the step of forming a silicide film on an end face of said conductive contact plug which is in contact with a lower electrode of said capacitor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001397496A JP2003197772A (en) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Capacitor, semiconductor storage device and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001397496A JP2003197772A (en) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Capacitor, semiconductor storage device and its manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003197772A true JP2003197772A (en) | 2003-07-11 |
Family
ID=27603269
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001397496A Pending JP2003197772A (en) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Capacitor, semiconductor storage device and its manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003197772A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005101141A (en) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Renesas Technology Corp | Semiconductor integrated circuit device and its manufacturing method |
JP2006278579A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Fuji Xerox Co Ltd | Piezoelectric element, droplet discharge head and droplet discharge device |
JP2006324363A (en) * | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Elpida Memory Inc | Capacitor and method for manufacturing same |
KR101850567B1 (en) | 2010-07-16 | 2018-04-19 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | Semiconductor device |
-
2001
- 2001-12-27 JP JP2001397496A patent/JP2003197772A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005101141A (en) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Renesas Technology Corp | Semiconductor integrated circuit device and its manufacturing method |
JP2006278579A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Fuji Xerox Co Ltd | Piezoelectric element, droplet discharge head and droplet discharge device |
JP2006324363A (en) * | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Elpida Memory Inc | Capacitor and method for manufacturing same |
KR101850567B1 (en) | 2010-07-16 | 2018-04-19 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | Semiconductor device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3319994B2 (en) | Semiconductor storage element | |
JP3452763B2 (en) | Semiconductor storage device and method of manufacturing semiconductor storage device | |
JP5251864B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US20100105152A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JPH1154713A (en) | Semiconductor memory element | |
JP2007266429A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing | |
US20060273367A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
US7038264B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JPH11111930A (en) | Manufacture of semiconductor storage element | |
US6495412B1 (en) | Semiconductor device having a ferroelectric capacitor and a fabrication process thereof | |
JP5076890B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP4930371B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US6927121B2 (en) | Method for manufacturing ferroelectric random access memory capacitor | |
JP2003197772A (en) | Capacitor, semiconductor storage device and its manufacturing method | |
JP2003197874A (en) | Manufacturing method for semiconductor device | |
JP2009105223A (en) | Semiconductor device, and its manufacturing method | |
JP2006278550A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP5277657B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2003179212A (en) | Capacitor, memory element and method of manufacturing the same | |
JPWO2005081317A1 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2003243628A (en) | Ferroelectric thin film, ferroelectric capacitor, and method of manufacturing ferroelectric memory device | |
JP4749218B2 (en) | Method for manufacturing ferroelectric element | |
JP5007723B2 (en) | Semiconductor device including capacitor and manufacturing method thereof | |
KR100943011B1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
JP2004023041A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method |