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JP2007027532A - Ferroelectric memory device and its manufacturing method - Google Patents

Ferroelectric memory device and its manufacturing method Download PDF

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JP2007027532A
JP2007027532A JP2005209592A JP2005209592A JP2007027532A JP 2007027532 A JP2007027532 A JP 2007027532A JP 2005209592 A JP2005209592 A JP 2005209592A JP 2005209592 A JP2005209592 A JP 2005209592A JP 2007027532 A JP2007027532 A JP 2007027532A
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Japan
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film
ferroelectric
insulating film
forming
layer
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Application number
JP2005209592A
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Inventor
Kosuke Hara
孝介 原
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferroelectric memory device having an excellent electrical characteristic and a high performance. <P>SOLUTION: A first insulating film 30 and a hydrogen barrier film 60 covering a ferroelectric capacitor structure 40 are formed, a second insulating film 70 is formed on the hydrogen barrier film, a first opening 72 is formed to be passed through the second insulating film and to reach a surface 60a of the hydrogen barrier film, a second opening 62 is formed to be passed through the hydrogen barrier film, a recess communicating with the second opening is formed within the thickness of an etching stopper layer 47, the bottom of the recess is cut to form a third opening 52 to expose an upper electrode 46 therefrom, and a contact hole 90 is formed to be extended from the surface of the second insulating film and to reach the upper electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、2値化データを強誘電体層の分極状態として記憶するメモリセルを有するメモリ装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a memory device having a memory cell for storing binarized data as a polarization state of a ferroelectric layer, and a manufacturing method thereof.

いわゆる強誘電体メモリとして、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)が知られている。   As a so-called ferroelectric memory, an FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) is known.

FeRAMが具える強誘電体層は、いわゆるSBT(SrBi2Ta29)やPZT(Pb(Zr,Ti)O3)といった酸素化合物材料により形成されている。この強誘電体層は、その周囲に形成される、例えば、CVD膜中に不可避的に混入してしまう水分(H2O)及びこの水分に由来する水素(H2)又は埋込みコンタクト(プラグ)を形成する際に発生する水素によって還元反応を起こしてしまう。そして、この還元反応により、強誘電体層の分極特性が劣化してしまう。 The ferroelectric layer included in the FeRAM is formed of an oxygen compound material such as so-called SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) or PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ). This ferroelectric layer is formed in the periphery, for example, moisture (H 2 O) inevitably mixed in the CVD film, hydrogen (H 2 ) derived from this moisture, or a buried contact (plug). The reduction reaction is caused by the hydrogen generated when forming. This reduction reaction deteriorates the polarization characteristics of the ferroelectric layer.

例えば、PZT(ジルコン酸チタン酸鉛)である強誘電体層を、内部拡散する水素から保護するために、導電性拡散バリアTiAlN(チタンアルミニウムナイトライド)で強誘電体層を覆う構成が知られている(特許文献1参照。)。   For example, in order to protect a ferroelectric layer made of PZT (lead zirconate titanate) from internally diffusing hydrogen, a configuration in which the ferroelectric layer is covered with a conductive diffusion barrier TiAlN (titanium aluminum nitride) is known. (See Patent Document 1).

また、メモリセルキャパシタの特性の水素や還元性雰囲気による劣化を抑制及び防止する目的で、メモリセルキャパシタの上側をTEOS等を材料とする段差緩和用の層間膜で覆い、さらにこの層間膜を覆う第2水素バリア膜、及びメモリセルキャパシタの下側を覆う第1水素バリア膜を設ける半導体記憶装置及びその製造方法が知られている(特許文献2参照。)。   Further, for the purpose of suppressing and preventing deterioration of the characteristics of the memory cell capacitor due to hydrogen or a reducing atmosphere, the upper side of the memory cell capacitor is covered with an interlayer film for level difference made of TEOS or the like, and this interlayer film is further covered. A semiconductor memory device provided with a second hydrogen barrier film and a first hydrogen barrier film covering the lower side of the memory cell capacitor and a manufacturing method thereof are known (see Patent Document 2).

さらに、層間絶縁膜(interlayer dielectric film)に起因する水素拡散により、強誘電体キャパシタの強誘電特性の劣化を防止する目的で、ALD法により形成されるAl23膜及びTiO2膜の積層膜を、カプセル化バリア膜(encapselating barrier layer)とする構成が開示されている((非特許文献1参照。)。
特開2000−133633号公報 特開2003−068987号公報 Extended Abstracts of the 1999 International Conference on Solid State Devices and Materials, Tokyo, 1999, pp. 394-395
Furthermore, in order to prevent deterioration of the ferroelectric characteristics of the ferroelectric capacitor due to hydrogen diffusion caused by an interlayer dielectric film, an Al 2 O 3 film and a TiO 2 film formed by the ALD method are laminated. A configuration in which the membrane is an encapsulating barrier layer is disclosed (see Non-Patent Document 1).
JP 2000-133633 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-068987 Extended Abstracts of the 1999 International Conference on Solid State Devices and Materials, Tokyo, 1999, pp. 394-395

特許文献1に開示されているように、強誘電体層を覆う水素バリア膜として設けられているTiAlNの膜を介してコンタクトとの導通を取ろうとすれば、いわゆるコンタクト抵抗が大きくなってしまい、装置の電気的特性に悪影響を与えるおそれがある。   As disclosed in Patent Document 1, if a continuity with a contact is made through a TiAlN film provided as a hydrogen barrier film covering the ferroelectric layer, so-called contact resistance increases, The electrical characteristics of the device may be adversely affected.

また、特許文献2が開示するように、強誘電体層を含むメモリセルキャパシタの周囲を段差緩和用のシリコン酸化膜等で覆う構成とすれば、水素バリア膜のエッチング工程において、段差緩和用の膜がエッチングストッパ層として機能するとも考えられる。しかしながら、このような構成とした場合には、段差緩和用の膜が発生する水素によりメモリセルキャパシタが劣化してしまうおそれがある。   Further, as disclosed in Patent Document 2, if the periphery of the memory cell capacitor including the ferroelectric layer is covered with a silicon oxide film or the like for reducing the step, the step for reducing the step is performed in the etching process of the hydrogen barrier film. It is considered that the film functions as an etching stopper layer. However, in such a configuration, there is a possibility that the memory cell capacitor is deteriorated by hydrogen generated by the step-relief film.

さらに非特許文献1が開示する構成の水素バリア膜(カプセル化バリア膜)を開口して、上部電極と導通を取るべく、CF4+CHF3ガス、Cl2のプラズマといった塩素系ガス、塩素系ガス及びフッ素系ガスの混合ガスといったエッチングガスを用いれば、キャパシタの上部電極のエッチングレートと水素バリア膜のエッチングレートとがほぼ同等となってしまう。すると、水素バリア膜のエッチング工程に際して上部電極が意図せず余計に削り取られてしまい、結果として上部電極における導通不良が発生し、また、コンタクト抵抗が不安定になってしまうおそれがある。 Further, a hydrogen barrier film (encapsulated barrier film) having a configuration disclosed in Non-Patent Document 1 is opened, and a chlorine-based gas such as CF 4 + CHF 3 gas or Cl 2 plasma, or a chlorine-based gas is used to establish conduction with the upper electrode. When an etching gas such as a mixed gas of fluorine gas is used, the etching rate of the upper electrode of the capacitor and the etching rate of the hydrogen barrier film are almost equal. Then, the upper electrode is unintentionally scraped off during the etching process of the hydrogen barrier film, and as a result, conduction failure in the upper electrode may occur, and contact resistance may become unstable.

この発明は、上述した従来技術にかかる問題点に鑑みなされたものである。すなわち、この発明の目的は、水素バリア膜により水素又は水分の浸透を防止しつつ、強誘電体キャパシタの上部電極における導通不良、また、コンタクト抵抗の不安定を効果的に防止することができる強誘電体メモリ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-described problems of the prior art. That is, an object of the present invention is to strongly prevent conduction failure in the upper electrode of the ferroelectric capacitor and instability of contact resistance effectively while preventing hydrogen or moisture penetration by the hydrogen barrier film. A dielectric memory device and a method for manufacturing the same are provided.

これらの目的の達成を図るため、この発明の強誘電体メモリ装置は、下記のような構成を具えている。   In order to achieve these objects, the ferroelectric memory device of the present invention has the following configuration.

すなわち、強誘電体メモリ装置は、複数のメモリセル素子が設けられているメモリセルアレイ領域を有する半導体基板を有している。   That is, the ferroelectric memory device has a semiconductor substrate having a memory cell array region in which a plurality of memory cell elements are provided.

また、強誘電体メモリ装置は、半導体基板のメモリセルアレイ領域を覆って設けられている第1絶縁膜を有している。   The ferroelectric memory device also has a first insulating film provided so as to cover the memory cell array region of the semiconductor substrate.

さらに、強誘電体メモリ装置は、メモリセルアレイ領域に、第1絶縁膜を貫通して、メモリセル素子に接続されている複数のプラグを有している。   Furthermore, the ferroelectric memory device has a plurality of plugs that penetrate the first insulating film and are connected to the memory cell elements in the memory cell array region.

さらにまた、強誘電体メモリ装置は、第1絶縁膜上に設けられている強誘電体キャパシタ構造体であって、第1絶縁膜の表面の一部分を露出してプラグと接続されて設けられている導電性の酸化防止膜、下部電極、強誘電体層、上部電極、及びエッチングストッパ層がこの順に含まれている積層体を有する当該強誘電体キャパシタ構造体を具えている。   Furthermore, the ferroelectric memory device is a ferroelectric capacitor structure provided on the first insulating film, and is provided with a part of the surface of the first insulating film exposed and connected to the plug. And a ferroelectric capacitor structure having a laminate including a conductive anti-oxidation film, a lower electrode, a ferroelectric layer, an upper electrode, and an etching stopper layer in this order.

また、強誘電体メモリ装置は、露出している第1絶縁膜及び強誘電体キャパシタ構造体を覆う水素バリア膜を具えている。この水素バリア膜上には、第2絶縁膜が設けられている。   Further, the ferroelectric memory device includes a hydrogen barrier film that covers the exposed first insulating film and the ferroelectric capacitor structure. A second insulating film is provided on the hydrogen barrier film.

さらに強誘電体メモリ装置は、第2絶縁膜、水素バリア膜及びエッチングストッパ層を貫通して、第2絶縁膜の表面から上部電極に至るコンタクトホールを具えている。   Further, the ferroelectric memory device includes a contact hole that penetrates the second insulating film, the hydrogen barrier film, and the etching stopper layer and extends from the surface of the second insulating film to the upper electrode.

また、この発明の強誘電体メモリ装置の製造方法は、下記のような工程を含んでいる。   The manufacturing method of the ferroelectric memory device according to the present invention includes the following steps.

すなわち、複数のメモリセル素子がマトリクス状に設けられているメモリセルアレイ領域を有する複数のチップ領域を含む半導体基板を準備する。   That is, a semiconductor substrate including a plurality of chip regions having a memory cell array region in which a plurality of memory cell elements are provided in a matrix is prepared.

メモリセル素子が設けられている半導体基板上に、第1絶縁膜を形成する。   A first insulating film is formed on the semiconductor substrate on which the memory cell element is provided.

第1絶縁膜上に、強誘電体キャパシタ構造体を形成する工程であって、第1絶縁膜の表面の一部分を露出する下部電極、強誘電体層、上部電極、及びエッチングストッパ層がこの順に含まれている積層体を有する当該強誘電体キャパシタ構造体を形成する。   A step of forming a ferroelectric capacitor structure on the first insulating film, wherein a lower electrode, a ferroelectric layer, an upper electrode, and an etching stopper layer exposing a part of the surface of the first insulating film are arranged in this order. The ferroelectric capacitor structure having the included laminate is formed.

第1絶縁膜及び強誘電体キャパシタ構造体を覆う水素バリア膜を形成し、水素バリア膜上に、第2絶縁膜を形成する。   A hydrogen barrier film that covers the first insulating film and the ferroelectric capacitor structure is formed, and a second insulating film is formed on the hydrogen barrier film.

第2絶縁膜を貫通して、水素バリア膜の表面に至る第1開口部を形成する。   A first opening that penetrates the second insulating film and reaches the surface of the hydrogen barrier film is formed.

水素バリア膜を貫通して、水素バリア膜に第1開口部と連通する第2開口部を形成し、かつ第2開口部に連通してエッチングストッパ層の厚み内に至る凹部を形成する。   A second opening that penetrates the hydrogen barrier film and communicates with the first opening is formed in the hydrogen barrier film, and a recess that communicates with the second opening and reaches the thickness of the etching stopper layer is formed.

エッチングストッパ層の凹部の底部を削って、上部電極を露出させる第3開口部を形成して、第1開口部、第2開口部及び第3開口部が互いに連通して第2絶縁膜の表面から上部電極に至るコンタクトホールを形成する。   The bottom of the concave portion of the etching stopper layer is scraped to form a third opening that exposes the upper electrode, and the first opening, the second opening, and the third opening communicate with each other and the surface of the second insulating film A contact hole extending from the upper electrode to the upper electrode is formed.

この発明の強誘電体メモリ装置は、特に上部電極に接続されるコンタクトの導通の信頼性が高いため、動作信頼性が高くかつ電気的特性に優れている。   The ferroelectric memory device according to the present invention has high operation reliability and excellent electrical characteristics, in particular, since the reliability of conduction of the contact connected to the upper electrode is high.

また、この発明の強誘電体メモリ装置の製造方法によれば、水素バリア膜のエッチング工程に際して、上部電極が必要以上に削られてしまうことがないため、いわゆるコンタクト抵抗を安定化させた信頼性の高い強誘電体メモリ装置を効率的に、かつ歩留まりよく製造することができる。   Further, according to the method for manufacturing a ferroelectric memory device of the present invention, the upper electrode is not etched more than necessary in the etching process of the hydrogen barrier film, so that the reliability with so-called contact resistance is stabilized. High ferroelectric memory device can be manufactured efficiently and with high yield.

すなわち、上部電極とコンタクトとの接続を、上部電極の劣化を防止しつつ、他の膜等を介さずに直接的に行うことができるので、上記従来の構成と比較してコンタクト抵抗をより低減することができる。また、強誘電体層は、水素バリア膜により覆われるので周囲の絶縁膜に起因する水素による劣化を効果的に防止することができる。   In other words, the contact between the upper electrode and the contact can be made directly without any other film while preventing the upper electrode from deteriorating, so that the contact resistance is further reduced as compared with the above-described conventional configuration. can do. In addition, since the ferroelectric layer is covered with a hydrogen barrier film, it is possible to effectively prevent deterioration due to hydrogen due to the surrounding insulating film.

以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎず、また、以下に挙げる数値的条件等は単なる例示に過ぎないことを理解されたい。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, it is to be understood that each component is only schematically shown to such an extent that the present invention can be understood, and the numerical conditions and the like listed below are merely examples.

〈強誘電体メモリ装置の構成例〉
図1を参照して、この発明の強誘電体メモリ装置の一構成例につき説明する。
<Configuration example of ferroelectric memory device>
A configuration example of the ferroelectric memory device of the present invention will be described with reference to FIG.

図1は、この発明の強誘電体メモリ装置を切断したメモリセルアレイ領域の切り口を示す模式的な図である。   FIG. 1 is a schematic view showing a cut end of a memory cell array region obtained by cutting the ferroelectric memory device of the present invention.

この発明の強誘電体メモリ装置100は、後述するエッチングストッパ層の構成に特徴を有している。その他の構成要素については、従来公知の強誘電体メモリ装置の任意好適な構成要素を適宜選択して適用することができる。   The ferroelectric memory device 100 of the present invention is characterized by the structure of an etching stopper layer described later. As for other components, any suitable components of a conventionally known ferroelectric memory device can be appropriately selected and applied.

図1に示すように、強誘電体メモリ装置100は、半導体基板11を具えている。半導体基板11には、メモリセルアレイ領域1が区画されている。半導体基板11は、このメモリセルアレイ領域1以外に、例えば、後述するメモリセルアレイ領域1内に設けられる構造を電気的に制御する機能を有する構成を含む、いわゆるロジック回路領域等の他の領域を有していてもよい(図示しない。)。   As shown in FIG. 1, the ferroelectric memory device 100 includes a semiconductor substrate 11. A memory cell array region 1 is defined on the semiconductor substrate 11. In addition to the memory cell array region 1, the semiconductor substrate 11 has other regions such as a so-called logic circuit region including a configuration having a function of electrically controlling a structure provided in the memory cell array region 1 described later. It may be (not shown).

ここでいう「領域」とは、半導体基板11上に設けられる構成要素をも含む3次元的な領域を意味する。   As used herein, “region” means a three-dimensional region including components provided on the semiconductor substrate 11.

メモリセルアレイ領域1には、複数のメモリセル素子10が設けられている。これらメモリセル素子10は、従来公知の素子分離工程により形成された素子分離構造5、例えばこの例ではSTI(Shallow Trench Isolation)により、互いに素子分離されている。   A plurality of memory cell elements 10 are provided in the memory cell array region 1. These memory cell elements 10 are isolated from each other by an element isolation structure 5 formed by a conventionally known element isolation process, for example, STI (Shallow Trench Isolation) in this example.

メモリセルアレイ領域1には、後述する強誘電体層を含むメモリセル(強誘電体キャパシタ構造体)がマトリクス状に複数配設されているが、2つの強誘電体キャパシタ構造体を含む領域を図示して説明する。   In the memory cell array region 1, a plurality of memory cells (ferroelectric capacitor structures) including a ferroelectric layer, which will be described later, are arranged in a matrix, but the region including two ferroelectric capacitor structures is illustrated. Shown and explained.

メモリセル素子10は、例えばスイッチトランジスタであり、従来公知の構成を有している。例えばトランジスタの構成要素として、図示例では複数のメモリセル素子拡散領域12、メモリセル素子ゲート電極14等を有している。   The memory cell element 10 is a switch transistor, for example, and has a conventionally known configuration. For example, as a component of the transistor, in the illustrated example, a plurality of memory cell element diffusion regions 12, a memory cell element gate electrode 14, and the like are provided.

メモリセル素子拡散領域12は、例えば任意好適なイオンが打ち込まれているイオン拡散領域である。メモリセル素子ゲート電極14は、メモリセル素子拡散領域12と組み合わされてメモリセル素子10とされている。メモリセル素子拡散領域12及びメモリセル素子ゲート電極14は、従来公知の任意好適な構成として組み合わせることができる。   The memory cell element diffusion region 12 is, for example, an ion diffusion region into which any suitable ions are implanted. The memory cell element gate electrode 14 is combined with the memory cell element diffusion region 12 to form the memory cell element 10. The memory cell element diffusion region 12 and the memory cell element gate electrode 14 can be combined in any conventionally known suitable structure.

メモリセル素子10が作り込まれているメモリセルアレイ領域1、すなわち、メモリセル素子10が設けられている半導体基板11上側全面には、第1絶縁膜30が設けられている。この第1絶縁膜30は、好ましくは、例えば、TEOSを材料としたプラズマCVD法によって成膜されたシリコン酸化膜(以下、単にTEOS膜とも称する。)とするのがよい。   A first insulating film 30 is provided on the memory cell array region 1 in which the memory cell element 10 is formed, that is, on the entire upper surface of the semiconductor substrate 11 on which the memory cell element 10 is provided. The first insulating film 30 is preferably a silicon oxide film (hereinafter also simply referred to as a TEOS film) formed by a plasma CVD method using TEOS as a material, for example.

この第1絶縁膜30には、メモリセルアレイ領域1に設けられている第1コンタクトホール32が設けられている。第1コンタクトホール32は、第1絶縁膜30の表面30aからメモリセル素子10(メモリセル素子拡散領域12)に至っている。第1コンタクトホールの内表面は、第1バリア層34により覆われている。第1バリア層34は、好ましくは窒化チタン(TiN)の膜とするのがよい。   A first contact hole 32 provided in the memory cell array region 1 is provided in the first insulating film 30. The first contact hole 32 extends from the surface 30a of the first insulating film 30 to the memory cell element 10 (memory cell element diffusion region 12). The inner surface of the first contact hole is covered with the first barrier layer 34. The first barrier layer 34 is preferably a titanium nitride (TiN) film.

第1バリア層34に覆われた第1コンタクトホール32は、例えばタングステン(W)により埋め込まれ、プラグ36とされている。   The first contact hole 32 covered with the first barrier layer 34 is filled with, for example, tungsten (W) to form a plug 36.

第1絶縁膜30上には、強誘電体キャパシタ構造体40が設けられている。強誘電体キャパシタ構造体40は、従来公知の構成を有している。すなわち、強誘電体キャパシタ構造体40は、少なくとも下部電極44、強誘電体層45、上部電極46を含む複数層の積層体により構成されている。   A ferroelectric capacitor structure 40 is provided on the first insulating film 30. The ferroelectric capacitor structure 40 has a conventionally known configuration. That is, the ferroelectric capacitor structure 40 is formed of a multilayer structure including at least the lower electrode 44, the ferroelectric layer 45, and the upper electrode 46.

図示例では、強誘電体キャパシタ構造体40は、導電性の酸化防止層41、第1密着層42、第2密着層43、下部電極44、強誘電体層45、上部電極46及びエッチングストッパ層47の積層構造として構成されている。   In the illustrated example, the ferroelectric capacitor structure 40 includes a conductive antioxidant layer 41, a first adhesion layer 42, a second adhesion layer 43, a lower electrode 44, a ferroelectric layer 45, an upper electrode 46, and an etching stopper layer. 47 is formed as a laminated structure.

酸化防止層41は、好ましくはチタンアルミニウムナイトライド(TiAlN)の膜とするのがよい。   The antioxidant layer 41 is preferably a titanium aluminum nitride (TiAlN) film.

酸化防止層41は、第1絶縁膜30の表面30aの一部分を露出させて、パターニングされている。酸化防止層41のパターン形状は、強誘電体キャパシタ構造体40全体の機能を発揮するのに必要にして十分である任意好適な平面形状及び面積とすればよい。   The antioxidant layer 41 is patterned by exposing a part of the surface 30 a of the first insulating film 30. The pattern shape of the antioxidant layer 41 may be any suitable planar shape and area that are necessary and sufficient to exhibit the function of the entire ferroelectric capacitor structure 40.

酸化防止層41は、複数のプラグ36の頂面36aを個別に覆って、プラグ36と電気的に接続されている。   The antioxidant layer 41 individually covers the top surfaces 36 a of the plurality of plugs 36 and is electrically connected to the plugs 36.

この酸化防止層41は、製造工程におけるプラズマCVD工程、又はいわゆる回復アニールと称される熱処理によりプラグ36の頂面36aが酸化されることによる導通不良を防止する。また、酸化防止膜41は、水分又は水素の浸透を防止する。   This anti-oxidation layer 41 prevents conduction failure due to oxidation of the top surface 36a of the plug 36 by a plasma CVD process in the manufacturing process or a heat treatment called so-called recovery annealing. Further, the antioxidant film 41 prevents moisture or hydrogen from penetrating.

酸化防止層41上には導電性の第1密着層42が設けられている。第1密着層42は、好ましくはイリジウム(Ir)の膜とするのがよい。第1密着層42のパターン形状は、酸化防止層41の平面形状と同様の形状とすればよい。   A conductive first adhesion layer 42 is provided on the antioxidant layer 41. The first adhesion layer 42 is preferably an iridium (Ir) film. The pattern shape of the first adhesion layer 42 may be the same shape as the planar shape of the antioxidant layer 41.

第1密着層42上には導電性の第2密着層43が設けられている。第2密着層43は、好ましくは酸化イリジウム(IrO2)の膜とするのがよい。第2密着層43のパターン形状は、第1密着層42の平面形状と同様の形状とすればよい。 A conductive second adhesion layer 43 is provided on the first adhesion layer 42. The second adhesion layer 43 is preferably a film of iridium oxide (IrO 2 ). The pattern shape of the second adhesion layer 43 may be the same shape as the planar shape of the first adhesion layer 42.

これら酸化防止膜41、第1及び第2密着層42及び43の積層構造は、この積層構造より上側への水分又は水素の浸透を防止するための構造である。   The laminated structure of the antioxidant film 41 and the first and second adhesion layers 42 and 43 is a structure for preventing moisture or hydrogen from penetrating upward from the laminated structure.

第2密着層43上には、第2密着層43と同様の平面形状を有する下部電極44が設けられている。下部電極44は、好ましくは例えばプラチナ(Pt)により形成するのがよい。   On the second adhesion layer 43, a lower electrode 44 having the same planar shape as that of the second adhesion layer 43 is provided. The lower electrode 44 is preferably formed of platinum (Pt), for example.

下部電極44上には下部電極44と同様の平面形状を有する強誘電体層45が積層されている。強誘電体層45は、好ましくは、例えばSBT(SrBi2Ta29)膜とするのがよい。 A ferroelectric layer 45 having a planar shape similar to that of the lower electrode 44 is laminated on the lower electrode 44. The ferroelectric layer 45 is preferably an SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) film, for example.

強誘電体層45上には、強誘電体層45と同様の平面形状を有する上部電極46が設けられている。上部電極46は、好ましくは、例えばプラチナの膜とするのがよい。   On the ferroelectric layer 45, an upper electrode 46 having the same planar shape as that of the ferroelectric layer 45 is provided. The upper electrode 46 is preferably a platinum film, for example.

上部電極46上には、エッチングストッパ層47が設けられている。エッチングストッパ層47は、上部電極46と同様の平面形状を有している。エッチングストッパ層47の材料は、後述する水素バリア膜に対するエッチング工程における選択比を考慮して決定すればよいが、好ましくはシリコン酸化膜とするのがよい。   An etching stopper layer 47 is provided on the upper electrode 46. The etching stopper layer 47 has the same planar shape as that of the upper electrode 46. The material of the etching stopper layer 47 may be determined in consideration of a selection ratio in an etching process with respect to a hydrogen barrier film described later, but is preferably a silicon oxide film.

エッチングストッパ層47は、その上面47aから上部電極46の上面46aに至る開口部(第3開口部52)を有している。   The etching stopper layer 47 has an opening (third opening 52) from the upper surface 47a to the upper surface 46a of the upper electrode 46.

水素バリア膜60は、メモリセル領域1にマトリクス状に設けられている複数個の強誘電体キャパシタ構造体40を一体として覆うように設けられている。すなわち、水素バリア膜60は、メモリセル領域1全面に設けられている。   The hydrogen barrier film 60 is provided so as to integrally cover a plurality of ferroelectric capacitor structures 40 provided in a matrix in the memory cell region 1. That is, the hydrogen barrier film 60 is provided on the entire memory cell region 1.

水素バリア膜60は、メモリセル領域1にある強誘電体キャパシタ構造体40の露出面、すなわち、酸化防止層41の側面、第1密着層42の側面、第2密着層43の側面、下部電極44の側面、強誘電体層45の側面、上部電極46の側面及びエッチングストッパ膜47の上面47a及び側面である露出面を覆い、かつ残存する第1絶縁膜30の表面30a上に至って、設けられている。   The hydrogen barrier film 60 includes the exposed surface of the ferroelectric capacitor structure 40 in the memory cell region 1, that is, the side surface of the antioxidant layer 41, the side surface of the first adhesion layer 42, the side surface of the second adhesion layer 43, and the lower electrode. 44, the side surface of the ferroelectric layer 45, the side surface of the upper electrode 46, the upper surface 47a of the etching stopper film 47 and the exposed surface which is the side surface, and is provided on the surface 30a of the remaining first insulating film 30. It has been.

図示例では、メモリセル領域1のみを図示してあるが、この水素バリア膜60は、メモリセル領域1に隣接する他領域(図示せず。)、すなわち、例えばロジック回路領域等をも覆う膜として設けられる。   In the illustrated example, only the memory cell region 1 is shown. However, the hydrogen barrier film 60 is a film that covers another region (not shown) adjacent to the memory cell region 1, that is, a logic circuit region, for example. It is provided as.

結果として、強誘電体層45は、水素又は水分非透過である水素バリア膜60と、既に説明した酸化防止層41、第1密着層42及び第2密着層43とにより、封止されて周囲の構造、特にCVD法により形成される酸化膜が発生する水素から保護される。   As a result, the ferroelectric layer 45 is sealed and surrounded by the hydrogen barrier film 60 that is impermeable to hydrogen or moisture, and the antioxidant layer 41, the first adhesion layer 42, and the second adhesion layer 43 that have already been described. In particular, the oxide film formed by the CVD method is protected from hydrogen generated.

水素バリア膜60としては、例えば酸化タンタル(TaOx)、酸化チタン(TiOx)、酸化アルミニウム(アルミナ:Al23)が挙げられるが、エッチングレート等の条件を考慮すると、好ましくは、酸化アルミニウムの膜とするのがよい。 Examples of the hydrogen barrier film 60 include tantalum oxide (TaOx), titanium oxide (TiOx), and aluminum oxide (alumina: Al 2 O 3 ). It is better to use a membrane.

水素バリア膜60には、表面60aからエッチングストッパ膜47の上面47aに至る開口部(第2開口部62)が設けられている。この第2開口部62は、既に説明した第3開口部52と連通して上部電極46の上面46aの一部分を露出させている。   The hydrogen barrier film 60 is provided with an opening (second opening 62) extending from the surface 60a to the upper surface 47a of the etching stopper film 47. The second opening 62 communicates with the already described third opening 52 to expose a part of the upper surface 46a of the upper electrode 46.

水素バリア膜60上には、第2絶縁膜70が設けられている。第2絶縁膜70は、例えば、従来公知のCVD法により形成されるシリコン酸化膜とするのがよい。   A second insulating film 70 is provided on the hydrogen barrier film 60. The second insulating film 70 is preferably a silicon oxide film formed by a conventionally known CVD method, for example.

第2絶縁膜70は、水素バリア膜60上であるメモリセルアレイ領域1から隣接する他領域に至って設けられている。   The second insulating film 70 is provided from the memory cell array region 1 on the hydrogen barrier film 60 to another region adjacent thereto.

この第2絶縁膜70には、その表面70aから水素バリア膜60の表面60aに至る開口部、すなわち第1開口部72が設けられている。第1開口部72は、第2開口部62と連通させて設けてある。   The second insulating film 70 is provided with an opening from the surface 70 a to the surface 60 a of the hydrogen barrier film 60, that is, a first opening 72. The first opening 72 is provided in communication with the second opening 62.

すなわち、強誘電体メモリ装置100は、第2絶縁膜70の表面70aから上部電極46の上面46aに至るコンタクトホール(第2コンタクトホール90)を有している。   That is, the ferroelectric memory device 100 has a contact hole (second contact hole 90) extending from the surface 70a of the second insulating film 70 to the upper surface 46a of the upper electrode 46.

第2コンタクトホール90の内表面(側壁及び底面)及び後述する第1配線層(92)が形成される第2絶縁膜70の表面70aの一部分には第2バリア層91が設けられている。すなわち、第2バリア層91は第1配線層(92)が延在する領域を覆っている。   A second barrier layer 91 is provided on a part of the inner surface (side wall and bottom surface) of the second contact hole 90 and a surface 70a of the second insulating film 70 on which a first wiring layer (92) described later is formed. That is, the second barrier layer 91 covers a region where the first wiring layer (92) extends.

この第2バリア層91は、好ましくは例えば窒化チタン膜とするのがよい。詳細は後述するが、第2バリア層91は、第1配線層92と第1絶縁膜30との密着性を高めるための層であり、第1配線層92の第2コンタクトホール90への埋込み性を向上させることができる。同時に、第2バリア層91は、水素の浸透を防止するバリア膜としても機能する。第2バリア層91はコンタクトホール90から露出する水素バリア膜60に連接して設けられている。すなわち、第2バリア層91は水素バリア膜60と相俟って、強誘電体キャパシタ構造体40を上側から封止して、配線層を経て浸透してくる水素をブロックする。   The second barrier layer 91 is preferably a titanium nitride film, for example. As will be described in detail later, the second barrier layer 91 is a layer for improving the adhesion between the first wiring layer 92 and the first insulating film 30, and the first wiring layer 92 is embedded in the second contact hole 90. Can be improved. At the same time, the second barrier layer 91 also functions as a barrier film that prevents hydrogen penetration. The second barrier layer 91 is provided so as to be connected to the hydrogen barrier film 60 exposed from the contact hole 90. That is, the second barrier layer 91, together with the hydrogen barrier film 60, seals the ferroelectric capacitor structure 40 from above, and blocks hydrogen that permeates through the wiring layer.

第1配線層92は、第2バリア層91上に設けられている。第1配線層92は、第2バリア層91に覆われている第2コンタクトホール90内を埋め込んで、上部電極46、すなわち強誘電体キャパシタ構造体40と電気的に接続されている。   The first wiring layer 92 is provided on the second barrier layer 91. The first wiring layer 92 fills the second contact hole 90 covered with the second barrier layer 91 and is electrically connected to the upper electrode 46, that is, the ferroelectric capacitor structure 40.

第1配線層92は、好ましくは、例えばアルミニウム(Al)、銅(Cu)といった金属配線とするのがよい。   The first wiring layer 92 is preferably a metal wiring such as aluminum (Al) or copper (Cu).

また、第2バリア層91を設ける構成とすれば、特に第1配線層92がアルミニウムの配線層である場合には、アルミ配線と上部電極46の材料であるプラチナとの反応に起因する不具合を効果的に防止することができる。   Further, if the second barrier layer 91 is provided, particularly when the first wiring layer 92 is an aluminum wiring layer, there is a problem caused by the reaction between the aluminum wiring and platinum which is the material of the upper electrode 46. It can be effectively prevented.

この第1配線層92を第1層目として、この第1配線層92より上側に、さらなる層間絶縁膜及びヴィアを介して、第1配線層92と電気的に接続される第2、第3の配線層を含む多層配線構造をさらに設けてもよい(図示しない。)。   With the first wiring layer 92 as a first layer, the second and third layers electrically connected to the first wiring layer 92 above the first wiring layer 92 through further interlayer insulating films and vias. A multilayer wiring structure including these wiring layers may be further provided (not shown).

〈強誘電体メモリ装置の製造方法〉
次に、図2、図3及び図4を参照して、この発明の強誘電体メモリ装置の製造方法例について説明する。
<Manufacturing Method of Ferroelectric Memory Device>
Next, an example of a method for manufacturing the ferroelectric memory device of the present invention will be described with reference to FIGS.

なお、この発明の製造方法は、強誘電体層を含む強誘電体キャパシタ構造体の上部電極に接続されるコンタクトホール(プラグ)の形成工程、すなわち、強誘電体キャパシタ構造体がマトリクス状に配列されるメモリセルアレイ領域における製造工程に特徴を有している。例えば、メモリセルアレイ領域に隣接するメモリセルの動作を制御するロジック回路領域等の構成及びその製造工程は、従来と変わるところがない。   In the manufacturing method of the present invention, the contact hole (plug) forming step connected to the upper electrode of the ferroelectric capacitor structure including the ferroelectric layer, that is, the ferroelectric capacitor structure is arranged in a matrix. The manufacturing process in the memory cell array region is characterized. For example, the configuration of the logic circuit region and the like for controlling the operation of the memory cell adjacent to the memory cell array region and the manufacturing process thereof are not different from the conventional one.

従って、説明図の複雑化を回避するために、1枚のウェハに同時に形成される多数の強誘電体メモリ装置のうち、1つの強誘電体メモリのメモリセルアレイ領域の一部分のみを図示して説明する。   Therefore, in order to avoid complication of the explanatory diagram, only a part of the memory cell array region of one ferroelectric memory is illustrated and described among many ferroelectric memory devices formed simultaneously on one wafer. To do.

図2(A)、(B)及び(C)は、ウェハレベルで製造途中の強誘電体メモリ装置を切断して示した切り口を示す概略的な製造工程図である。   2A, 2B, and 2C are schematic manufacturing process diagrams showing a cut end of a ferroelectric memory device that is being manufactured at the wafer level.

図3(A)及び(B)は、図2(C)に続く製造工程図である。   3A and 3B are manufacturing process diagrams following FIG. 2C.

図4(A)及び(B)は、図3(B)に続く製造工程図である。   4 (A) and 4 (B) are manufacturing process diagrams following FIG. 3 (B).

図2(A)に示すように、まず、半導体基板(ウェハ)11に、メモリセルアレイ領域1を含む複数のチップ領域を、マトリクス状に区画しておく。   As shown in FIG. 2A, first, a plurality of chip regions including the memory cell array region 1 are partitioned in a matrix on a semiconductor substrate (wafer) 11.

半導体基板11のメモリセルアレイ領域1に、従来公知のウェハプロセスにより、メモリセル素子10を作り込む。   A memory cell element 10 is formed in the memory cell array region 1 of the semiconductor substrate 11 by a conventionally known wafer process.

具体的には、例えばLOCOS法によるフィールド酸化膜、いわゆるSTIといった素子分離構造5を形成する。   Specifically, for example, a field oxide film by a LOCOS method, an element isolation structure 5 such as a so-called STI is formed.

次いで、トランジスタ等の構成要素であるメモリセル素子拡散領域12、メモリセル素子ゲート電極14を含むメモリセル素子10を、メモリセルアレイ領域1に作り込む。   Next, the memory cell element 10 including the memory cell element diffusion region 12 and the memory cell element gate electrode 14 which are components such as transistors is formed in the memory cell array region 1.

次に、メモリセル素子10が作り込まれているメモリセルアレイ領域1を含む半導体基板11の上側全面に、第1絶縁膜30を成膜する。   Next, a first insulating film 30 is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate 11 including the memory cell array region 1 in which the memory cell element 10 is formed.

具体的には、第1絶縁膜30の成膜工程は、例えば、TEOSを材料とした従来公知のプラズマCVD法によって行うシリコン酸化膜の成膜工程とするのがよい。第1絶縁膜30の膜厚は700nm程度とすればよい。   Specifically, the film forming process of the first insulating film 30 is preferably a silicon oxide film forming process performed by a conventionally known plasma CVD method using TEOS as a material. The film thickness of the first insulating film 30 may be about 700 nm.

次いで、第1絶縁膜30に、第1絶縁膜30の表面30aからメモリセル素子10に至る第1コンタクトホール32を形成する。第1コンタクトホール32は、従来公知のホトリソグラフィ工程及びエッチング工程により形成すればよい。   Next, a first contact hole 32 extending from the surface 30 a of the first insulating film 30 to the memory cell element 10 is formed in the first insulating film 30. The first contact hole 32 may be formed by a conventionally known photolithography process and etching process.

次に、第1コンタクトホール32の露出面全面に、いわゆるバリアメタルである第1バリア膜を成膜する。第1バリア膜としては例えば窒化チタンを、常法に従って成膜すればよい。   Next, a first barrier film, which is a so-called barrier metal, is formed on the entire exposed surface of the first contact hole 32. As the first barrier film, for example, titanium nitride may be formed according to a conventional method.

次いで、例えばタングステン(W)といった導電性材料を用いて、第1バリア膜が設けられている第1コンタクトホール32を常法に従って埋め込み、さらにエッチバック工程を行って、その頂面36aが第1絶縁膜30の表面30aから露出するプラグ36を形成する。この工程により第1バリア膜は、第1コンタクトホール32の内表面(側面及び底面)をほぼ均一な膜厚で覆う第1バリア層34となる。   Next, using a conductive material such as tungsten (W), the first contact hole 32 provided with the first barrier film is filled according to a conventional method, and an etch back process is performed. A plug 36 exposed from the surface 30a of the insulating film 30 is formed. By this step, the first barrier film becomes the first barrier layer 34 that covers the inner surface (side surface and bottom surface) of the first contact hole 32 with a substantially uniform film thickness.

図2(B)に示すように、第1絶縁膜30上に、第1プラグ36の頂面36aを覆う酸化防止膜41Xを、常法に従って成膜する。この成膜工程は、所望の材料に応じた任意好適な従来公知のスパッタ法、CVD法といった成膜工程とすることができる。   As shown in FIG. 2B, an antioxidant film 41X covering the top surface 36a of the first plug 36 is formed on the first insulating film 30 according to a conventional method. This film forming process can be a film forming process such as any suitable conventionally known sputtering method or CVD method according to a desired material.

同様の成膜工程により、例えば既に説明した任意好適な成膜材料を用いて、酸化防止膜41X上に第1密着膜42Xを、第1密着膜42X上に第2密着膜43Xを、第2密着膜43X上に下部電極膜44Xを、下部電極膜44X上に強誘電体膜45Xを、強誘電体膜45X上に上部電極膜46Xを、及び上部電極膜46X上にエッチングストッパ膜47Xを順次に成膜する。   In the same film forming process, for example, the first adhesion film 42X is formed on the antioxidant film 41X, the second adhesion film 43X is formed on the first adhesion film 42X, and the second film is formed using any suitable film formation material described above. A lower electrode film 44X is formed on the adhesion film 43X, a ferroelectric film 45X is formed on the lower electrode film 44X, an upper electrode film 46X is formed on the ferroelectric film 45X, and an etching stopper film 47X is formed on the upper electrode film 46X. The film is formed.

具体的には、任意好適な条件でのスパッタ工程により、酸化防止膜41X、第1密着膜42X、第2密着膜43X、下部電極膜44X及び上部電極膜46Xを成膜すればよい。   Specifically, the antioxidant film 41X, the first adhesion film 42X, the second adhesion film 43X, the lower electrode film 44X, and the upper electrode film 46X may be formed by a sputtering process under any suitable conditions.

酸化防止膜41Xとしては、Ti/Al(組成比1:1)をターゲット材料として、Ar/N2雰囲気下、印加電力を100ワット、基板温度を200℃の条件でTiAlN膜として成膜すればよい。 As the anti-oxidation film 41X, Ti / Al (composition ratio 1: 1) is used as a target material, and a TiAlN film is formed under an Ar / N 2 atmosphere with an applied power of 100 watts and a substrate temperature of 200 ° C. Good.

第1密着膜42Xとしては、上述したように、イリジウムをターゲット材料として、例えば、アルゴン(Ar)ガスを用いて、印加電力1000ワット、基板温度400℃の条件で成膜する。膜厚は、50nm程度とすればよい。   As described above, the first adhesion film 42X is formed using iridium as a target material and using, for example, argon (Ar) gas under an applied power of 1000 watts and a substrate temperature of 400 ° C. The film thickness may be about 50 nm.

第2密着膜43Xとしては、上述したように、イリジウムをターゲット材料として、例えば、アルゴン/酸素混合ガスを用いて、印加電力500ワット、基板温度350℃の条件で成膜する。膜厚は、50nm程度とすればよい。   As described above, the second adhesion film 43X is formed by using iridium as a target material and using, for example, an argon / oxygen mixed gas under conditions of an applied power of 500 watts and a substrate temperature of 350 ° C. The film thickness may be about 50 nm.

下部電極膜44X及び上部電極膜46Xとしては、上述したように、プラチナをターゲット材料として、アルゴンガスを用いて、印加電力1000ワット、基板温度200℃の条件で成膜する。膜厚は、それぞれ200nm程度とすればよい。   As described above, the lower electrode film 44X and the upper electrode film 46X are formed using platinum as a target material and using argon gas under an applied power of 1000 watts and a substrate temperature of 200 ° C. Each film thickness may be about 200 nm.

強誘電体膜45Xは、常法に従って、従来公知のゾルゲル法により成膜すればよい。   The ferroelectric film 45X may be formed by a conventionally known sol-gel method according to a conventional method.

具体的には、SBT溶解液を下部電極膜44X上に、スピンオン工程により塗布する。次に700℃で結晶化アニールを行う。さらにSBT溶解液を重ねて塗布し、700℃で2度目の結晶化アニールを行う。さらにまた、SBT溶解液を重ねて塗布し、今度は800℃で3度目の結晶化アニールを行えばよい。   Specifically, the SBT solution is applied on the lower electrode film 44X by a spin-on process. Next, crystallization annealing is performed at 700 ° C. Further, an SBT solution is applied in layers, and a second crystallization annealing is performed at 700 ° C. Furthermore, the SBT solution may be applied repeatedly, and this time, the third crystallization annealing may be performed at 800 ° C.

上部電極膜46X上には、エッチングストッパ膜47Xを形成する。エッチングストッパ膜47Xとしては、好ましくは、例えばシリコン酸化膜を従来公知の任意好適な工程により形成すればよい。   An etching stopper film 47X is formed on the upper electrode film 46X. As the etching stopper film 47X, for example, a silicon oxide film, for example, may be formed by any conventionally known suitable process.

図2(C)に示すように、これら酸化防止膜41X、第1密着膜42X、第2密着膜43X、下部電極膜44X、強誘電体膜45X、上部電極膜46X及びエッチングストッパ膜47Xを、図示しないマスクパターンをマスクとして、常法に従うドライエッチング工程により、プラグ36上に載っていて、プラグ36と電気的に接続されている強誘電体キャパシタ構造体40を形成する。   As shown in FIG. 2C, the antioxidant film 41X, the first adhesion film 42X, the second adhesion film 43X, the lower electrode film 44X, the ferroelectric film 45X, the upper electrode film 46X, and the etching stopper film 47X are formed. Using a mask pattern (not shown) as a mask, a ferroelectric capacitor structure 40 that is placed on the plug 36 and electrically connected to the plug 36 is formed by a dry etching process according to a conventional method.

強誘電体キャパシタ構造体40は、酸化防止層41、第1密着層42、第2密着層43、下部電極44、強誘電体層45、上部電極46及びエッチングストッパ層47が積層されている。すなわち、強誘電体キャパシタ構造体40は、その最上層に、上部電極46の上面46aのみを覆うエッチングストッパ層47を有することとなる。   In the ferroelectric capacitor structure 40, an antioxidant layer 41, a first adhesion layer 42, a second adhesion layer 43, a lower electrode 44, a ferroelectric layer 45, an upper electrode 46, and an etching stopper layer 47 are laminated. That is, the ferroelectric capacitor structure 40 has an etching stopper layer 47 that covers only the upper surface 46a of the upper electrode 46 as the uppermost layer.

ここで、強誘電体層45の劣化を回復するためのいわゆる回復アニール工程を行う。この工程は、具体的には、好ましくは、例えば酸素雰囲気下、550℃から850℃の範囲で30分間から90分間、特に好ましくは600℃で60分間程度加熱処理することにより行うのがよい。   Here, a so-called recovery annealing process for recovering the deterioration of the ferroelectric layer 45 is performed. Specifically, this step is preferably performed by heat treatment in an oxygen atmosphere in the range of 550 ° C. to 850 ° C. for 30 minutes to 90 minutes, particularly preferably 600 ° C. for about 60 minutes.

この発明の製造工程では、この回復アニール工程を行う際には、メモリセル素子10に接続されるプラグ36の頂面36aは露出せず、酸化防止層41により覆われて保護されている。従って、回復アニール工程によるプラグ36の酸化、ひいてはプラグ36の酸化に起因する導通不良を効果的に防止することができる。   In the manufacturing process of the present invention, when this recovery annealing process is performed, the top surface 36a of the plug 36 connected to the memory cell element 10 is not exposed, but is covered and protected by the antioxidant layer 41. Accordingly, it is possible to effectively prevent conduction failure due to oxidation of the plug 36 due to the recovery annealing step, and consequently, oxidation of the plug 36.

図3(A)に示すように、水素バリア膜60を形成する。水素バリア膜60は、メモリセル領域1にある強誘電体キャパシタ構造体40の露出面を覆い、かつこの強誘電体キャパシタ構造体40の周囲の、第1絶縁膜30の表面30a上に至る範囲にまで形成する。   As shown in FIG. 3A, a hydrogen barrier film 60 is formed. The hydrogen barrier film 60 covers the exposed surface of the ferroelectric capacitor structure 40 in the memory cell region 1 and reaches the surface 30 a of the first insulating film 30 around the ferroelectric capacitor structure 40. Form up to.

水素バリア膜60の成膜工程は、水素バリア膜60を酸化アルミニウム膜とする場合には、例えば原子層成膜法により行うことができる。具体的には、トリエチルアルミニウムガス、オゾンガスを交互にチャンバ内に導入する堆積工程を繰り返すことにより所望の膜厚の酸化アルミニウムを得ることができる。好ましくは水素バリア膜60の膜厚は50nm程度とすればよい。   When the hydrogen barrier film 60 is an aluminum oxide film, the film formation process of the hydrogen barrier film 60 can be performed by, for example, an atomic layer film forming method. Specifically, aluminum oxide having a desired film thickness can be obtained by repeating a deposition process in which triethylaluminum gas and ozone gas are alternately introduced into the chamber. Preferably, the thickness of the hydrogen barrier film 60 may be about 50 nm.

強誘電体キャパシタ構造体40の特に強誘電体層45は、結果として、その上側に位置する水素バリア膜60、第2バリア膜91(後述)及びその下側に位置する酸化防止層41、及び第1及び第2密着層42及び43により、全体が被覆されて、これらにより隙間なく封止される。上述したように酸化防止層41、第1密着層42及び第2密着層43は水素の浸透、すなわち強誘電キャパシタ構造体40の下側からの水素の侵入を防止する機能も有している。すなわち、強誘電体層45は外部環境に存在する水素から完全に遮蔽される。   As a result, the ferroelectric layer 45 of the ferroelectric capacitor structure 40, as a result, includes a hydrogen barrier film 60 located on the upper side, a second barrier film 91 (described later), an antioxidant layer 41 located on the lower side, and The whole is covered with the first and second adhesion layers 42 and 43, and is sealed without gaps therebetween. As described above, the antioxidant layer 41, the first adhesion layer 42, and the second adhesion layer 43 also have a function of preventing hydrogen permeation, that is, entry of hydrogen from the lower side of the ferroelectric capacitor structure 40. That is, the ferroelectric layer 45 is completely shielded from hydrogen existing in the external environment.

次に、第2絶縁膜70を成膜する。この第2絶縁膜70は、メモリセルアレイ領域1の全面にわたって形成する。すなわち、第2絶縁膜70は、強誘電体キャパシタ構造体40を覆う水素バリア膜60を覆うように成膜する。   Next, a second insulating film 70 is formed. The second insulating film 70 is formed over the entire surface of the memory cell array region 1. That is, the second insulating film 70 is formed so as to cover the hydrogen barrier film 60 that covers the ferroelectric capacitor structure 40.

第2絶縁膜70は、常法に従うCVD法により、好ましくは、例えばシリコン酸化膜を堆積すればよい。   For example, a silicon oxide film may be deposited on the second insulating film 70 by a conventional CVD method.

次に、第2絶縁膜70の表面70a全面上に、コンタクトホールを形成するためのレジスト膜80を、任意好適なレジスト材料を用いて、成膜する。   Next, a resist film 80 for forming contact holes is formed on the entire surface 70a of the second insulating film 70 using any suitable resist material.

レジスト膜80の表面80aから第2絶縁膜70の表面70aに至る開口パターン82を、常法に従うホトリソグラフィ工程により形成する。この開口パターン82は、強誘電体キャパシタ構造体40の直上に位置している。   An opening pattern 82 extending from the surface 80a of the resist film 80 to the surface 70a of the second insulating film 70 is formed by a photolithography process according to a conventional method. The opening pattern 82 is located immediately above the ferroelectric capacitor structure 40.

次いで、第2コンタクトホール90(図1参照。)を形成する。この第2コンタクトホール90は、第2絶縁膜70の表面70aから上部電極46の上面46aに至るコンタクトホールである。この第2コンタクトホール90の形成工程は、3段階のエッチング工程(以下、第1エッチング工程、第2エッチング工程及び第3エッチング工程と称する。)を含んでいる。   Next, a second contact hole 90 (see FIG. 1) is formed. The second contact hole 90 is a contact hole extending from the surface 70 a of the second insulating film 70 to the upper surface 46 a of the upper electrode 46. The formation process of the second contact hole 90 includes a three-stage etching process (hereinafter referred to as a first etching process, a second etching process, and a third etching process).

図3(B)に示すように、第1エッチング工程として、第2絶縁膜70を貫通し、水素バリア膜60の表面60aに至る第1開口部72を形成する。この工程は、常法に従い、例えば酸化アルミニウムである水素バリア膜60をエッチングストッパ膜として用いるエッチング工程として行う。   As shown in FIG. 3B, as the first etching step, a first opening 72 that penetrates the second insulating film 70 and reaches the surface 60 a of the hydrogen barrier film 60 is formed. This step is performed as an etching step using a hydrogen barrier film 60 made of, for example, aluminum oxide as an etching stopper film according to a conventional method.

図4(A)に示すように、引き続き、第2エッチング工程を行う。この第2エッチング工程は、水素バリア膜60の表面60aからエッチングストッパ層47の厚み内に至るまで行われる。   As shown in FIG. 4A, the second etching step is subsequently performed. This second etching step is performed from the surface 60 a of the hydrogen barrier film 60 to within the thickness of the etching stopper layer 47.

具体的には、この第2エッチング工程は、第1開口部72と連通して、水素バリア膜60を貫通する第2開口部62を形成し、かつ第2開口部62に連通して、上部電極46上に設けられているエッチングストッパ層47の厚み内に至る凹部52Xを形成する工程である。   Specifically, the second etching step forms a second opening 62 that communicates with the first opening 72 and penetrates the hydrogen barrier film 60, and communicates with the second opening 62 to form an upper portion. This is a step of forming the recess 52X that reaches the thickness of the etching stopper layer 47 provided on the electrode 46.

このとき、エッチングストッパ層の水素バリア膜に対する選択比が0.7未満であると、エッチングストッパ層47を貫通して上部電極46まで過剰にエッチングされて、上部電極46が減損してしまいコンタクト抵抗が不安定になってしまう場合がある。従って、この第2エッチング工程は、エッチングストッパ層47の水素バリア膜60に対する選択比が最小でも0.7程度となるようにして行う。   At this time, if the selection ratio of the etching stopper layer to the hydrogen barrier film is less than 0.7, the etching is excessively etched up to the upper electrode 46 through the etching stopper layer 47, and the upper electrode 46 is lost, resulting in contact resistance. May become unstable. Therefore, this second etching step is performed so that the selection ratio of the etching stopper layer 47 to the hydrogen barrier film 60 is at least about 0.7.

この選択比は、大きければ大きいほどよいが、エッチングストッパ層の現実的な膜厚、生産性、コスト等を勘案すると、最小でも0.7程度の選択比とすれば、十分な効果が得られる。   The larger the selection ratio, the better. However, considering the realistic film thickness, productivity, cost, etc. of the etching stopper layer, a sufficient effect can be obtained if the selection ratio is at least about 0.7. .

具体的には、BCl3及びCl2といった塩素系ガスの混合ガスを用いたドライエッチング工程として行うのがよい。 Specifically, it may be performed as a dry etching process using a mixed gas of chlorine gas such as BCl 3 and Cl 2 .

以下に、表1を参照して具体的なエッチング条件につき実施例として説明する。なお、この例ではエッチングストッパ層47はシリコン酸化膜であり、水素バリア膜60は酸化アルミニウム膜である。   Hereinafter, specific etching conditions will be described as examples with reference to Table 1. In this example, the etching stopper layer 47 is a silicon oxide film, and the hydrogen barrier film 60 is an aluminum oxide film.

表1は、酸化アルミニウム膜をエッチングする際のエッチング条件及びシリコン酸化膜に対する選択比を示す表である。   Table 1 is a table showing the etching conditions when etching the aluminum oxide film and the selection ratio with respect to the silicon oxide film.

Figure 2007027532
Figure 2007027532

このように、従来のエッチング条件と比較すると、印加電力をより小さくし、かつBCl3の流量比を下げることにより、選択比を最適化することができる。 Thus, the selection ratio can be optimized by making the applied power smaller and lowering the flow rate ratio of BCl 3 compared to the conventional etching conditions.

具体的には、電極印加電力を70ワット(W)とし、BCl3ガス流量(SCCM)及びCl2ガス流量(SCCM)の和を100SCCMとすることを条件として、BCl3ガス流量を好ましくは50SCCMから70SCCMの範囲とし、かつCl2ガス流量を50SCCMから30SCCMの範囲とすれば、Al23/SiO2選択比を0.8〜0.9程度とすることができる。 Specifically, the BCl 3 gas flow rate is preferably 50 SCCM, provided that the electrode applied power is 70 watts (W) and the sum of the BCl 3 gas flow rate (SCCM) and the Cl 2 gas flow rate (SCCM) is 100 SCCM. If the Cl 2 gas flow rate is in the range of 50 SCCM to 30 SCCM, the Al 2 O 3 / SiO 2 selection ratio can be about 0.8 to 0.9.

すなわち、Al23/SiO2選択比を、従来の塩素ガス、又は塩素ガス及びF(フッ素)系ガスの混合ガスを用いた場合と比較して、より小さくすることができるので、第2のエッチング工程によるエッチング量が、エッチングストッパ層47の厚み内に収まるように制御することが容易となる。 That is, the Al 2 O 3 / SiO 2 selection ratio can be further reduced as compared with the case where a conventional chlorine gas or a mixed gas of chlorine gas and F (fluorine) gas is used. It becomes easy to control the etching amount in the etching process so as to be within the thickness of the etching stopper layer 47.

従って、エッチングストッパ層47の膜厚は、水素拡散バリア膜のエッチング工程時に、上部電極までエッチングが達しないことを条件として任意好適な膜厚とすることができる。   Accordingly, the thickness of the etching stopper layer 47 can be set to any suitable thickness on the condition that the etching does not reach the upper electrode during the etching process of the hydrogen diffusion barrier film.

結果として、このようなエッチング工程によれば、エッチング(反応)の進行を、エッチングストッパ層47の厚み内で一旦止めることができる。従って、例えば酸化アルミニウム膜である水素バリア膜60のエッチング工程に際して、エッチングが過剰に行われてしまうことにより、上部電極46が過度に削られてしまう現象を防止することができる。   As a result, according to such an etching process, the progress of etching (reaction) can be temporarily stopped within the thickness of the etching stopper layer 47. Therefore, for example, in the etching process of the hydrogen barrier film 60 that is an aluminum oxide film, a phenomenon in which the upper electrode 46 is excessively shaved due to excessive etching can be prevented.

図4(B)に示すように、引き続き第3のエッチング工程を行う。第3のエッチング工程は、エッチングストッパ層47の厚み内に存在する凹部52Xの底部52Xaをエッチングする工程である。この第3のエッチング工程により、上部電極46の上面46aを露出し、かつ第2開口部62と連通する第3開口部52を形成する。結果として、第1開口部72、第2開口部62及び第3開口部52が互いに連通して、第2絶縁膜70の表面70aから上部電極46の上面46aに至る第2コンタクトホール90が完成する。   As shown in FIG. 4B, a third etching step is subsequently performed. The third etching step is a step of etching the bottom 52Xa of the recess 52X existing within the thickness of the etching stopper layer 47. By this third etching step, a third opening 52 that exposes the upper surface 46 a of the upper electrode 46 and communicates with the second opening 62 is formed. As a result, the first opening 72, the second opening 62, and the third opening 52 communicate with each other to complete the second contact hole 90 from the surface 70a of the second insulating film 70 to the upper surface 46a of the upper electrode 46. To do.

第3のエッチング工程は、例えばC48/Ar/O2の混合ガスを用いて行えばよい。具体的には、C48/Ar/O2の流量比をそれぞれ、20SCCM/500SCCM/10SCCMとし、印加電力を1500ワットとし、かつ圧力を5.33Pa(40mTorr)として行えばよい。 The third etching step may be performed using, for example, a mixed gas of C 4 F 8 / Ar / O 2 . Specifically, the flow rate ratio of C 4 F 8 / Ar / O 2 may be 20 SCCM / 500 SCCM / 10 SCCM, the applied power may be 1500 watts, and the pressure may be 5.33 Pa (40 mTorr).

次いで、図4(B)に示すように、レジスト膜80を除去した後、第2コンタクトホール90の内表面(側壁及び底面)及び第2絶縁膜70の表面70aの全面に第2バリア膜91Xを形成する。   4B, after removing the resist film 80, the second barrier film 91X is formed on the entire inner surface (side wall and bottom surface) of the second contact hole 90 and the entire surface 70a of the second insulating film 70. Form.

この第2バリア膜91Xは、好ましくはTiN膜を従来公知の方法により、任意好適な条件で形成すればよい。   As the second barrier film 91X, a TiN film is preferably formed under any suitable conditions by a conventionally known method.

次に、図1に示すように、第1配線層92を形成する。第1配線層92は、第2バリア膜91Xに覆われた第2コンタクトホール90を埋め込んで、上部電極46に接続して形成する。   Next, as shown in FIG. 1, a first wiring layer 92 is formed. The first wiring layer 92 is formed by filling the second contact hole 90 covered with the second barrier film 91X and connecting to the upper electrode 46.

第1配線層92は、好ましくは、例えば、アルミ(Al)、銅(Cu)といった金属材料を用いて、形成すればよい。   The first wiring layer 92 is preferably formed using a metal material such as aluminum (Al) or copper (Cu), for example.

第1配線層92は、従来公知の成膜工程、ホトリソグラフィ工程及びエッチング工程により、所望の配線パターンにパターニングすればよい。このとき、第2バリア膜91Xは、第1配線層92の配線パターンと平面的には同一形状に第2バリア層91としてパターニングされる。   The first wiring layer 92 may be patterned into a desired wiring pattern by a conventionally known film forming process, photolithography process, and etching process. At this time, the second barrier film 91X is patterned as the second barrier layer 91 in the same shape as the wiring pattern of the first wiring layer 92 in plan view.

図示しないが、この第1配線層92を第1層目として、配線層を覆う層間絶縁膜、層間絶縁膜に形成されるヴィアホール、ヴィアホールを埋込み、下層の配線と接続されるプラグ、プラグに接続されるさらなる配線層を形成する工程を繰り返すことにより、所望の多層配線構造を形成することができる。   Although not shown, the first wiring layer 92 is used as a first layer, an interlayer insulating film covering the wiring layer, a via hole formed in the interlayer insulating film, a via hole is buried, and a plug connected to a lower layer wiring, plug A desired multilayer wiring structure can be formed by repeating the step of forming a further wiring layer connected to the.

然る後、図示しないスクライブラインに沿って、従来公知のダイシング装置を用いてダイシングすることにより、基板11に予め設定されていた複数のチップ領域を切り出して個片化する。   Thereafter, by dicing along a scribe line (not shown) using a conventionally known dicing apparatus, a plurality of chip areas set in advance on the substrate 11 are cut out and separated into individual pieces.

このようにして、いわゆる半導体チップの形態を有し、それぞれ同一の構造を有する複数個の強誘電体メモリ装置100を1枚のウェハ11から製造することができる。   In this way, a plurality of ferroelectric memory devices 100 having a so-called semiconductor chip configuration and the same structure can be manufactured from one wafer 11.

この発明の強誘電体メモリ装置の一部分を切断した部分的な切り口を示す模式的な図である。1 is a schematic diagram showing a partial cut surface obtained by cutting a part of a ferroelectric memory device according to the present invention; FIG. (A)図、(B)図及び(C)図は、ウェハレベルで製造途中の強誘電体メモリ装置を切断した切り口を示す概略的な製造工程図である。(A), (B), and (C) are schematic manufacturing process diagrams showing a cut surface of a ferroelectric memory device being manufactured at the wafer level. (A)図及び(B)図は、図2(C)に続く、製造工程図である。FIGS. 2A and 2B are manufacturing process diagrams subsequent to FIG. (A)図及び(B)図は、図3(B)に続く製造工程図である。FIGS. 3A and 3B are manufacturing process diagrams subsequent to FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1:メモリセルアレイ領域
5:素子分離構造
10:メモリセル素子
11:半導体基板
12:メモリセル素子拡散領域
14:メモリセル素子ゲート電極
30:第1絶縁膜
30a:表面
32:第1コンタクトホール
34:第1バリア層
36:プラグ
36a:頂面
40:強誘電体キャパシタ構造体
41:酸化防止層
41X:酸化防止膜
42:第1密着層
42X:第1密着膜
43:第2密着層
43X:第2密着膜
44:下部電極
44X:下部電極膜
45:強誘電体層
45X:強誘電体膜
46:上部電極
46a:上面
46X:上部電極膜
47:エッチングストッパ層
47a:上面
47X:エッチングストッパ膜
52:第3開口部
52X:凹部
52Xa:底部
60:水素バリア膜
60a:表面
62:第2開口部
70:第2絶縁膜
70a:表面
72:第1開口部
80:レジスト膜
80a:表面
82:開口パターン
90:第2コンタクトホール
91:第2バリア層
91X:第2バリア膜
92:第1配線層
100:強誘電体メモリ装置
1: memory cell array region 5: element isolation structure 10: memory cell element 11: semiconductor substrate 12: memory cell element diffusion region 14: memory cell element gate electrode 30: first insulating film 30a: surface 32: first contact hole 34: First barrier layer 36: Plug 36a: Top surface 40: Ferroelectric capacitor structure 41: Antioxidation layer 41X: Antioxidation film 42: First adhesion layer 42X: First adhesion film 43: Second adhesion layer 43X: First 2 Adhesive film 44: Lower electrode 44X: Lower electrode film 45: Ferroelectric layer 45X: Ferroelectric film 46: Upper electrode 46a: Upper surface 46X: Upper electrode film 47: Etching stopper layer 47a: Upper surface 47X: Etching stopper film 52 : Third opening 52X: recess 52Xa: bottom 60: hydrogen barrier film 60a: surface 62: second opening 70: second insulating film 70a: surface 72: first opening Part 80: resist film 80a: surface 82: aperture pattern 90: second contact hole 91: second barrier layer 91X: second barrier film 92: first wiring layer 100: a ferroelectric memory device

Claims (9)

複数のメモリセル素子が設けられているメモリセルアレイ領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記メモリセルアレイ領域を覆って設けられている第1絶縁膜と、
前記メモリセルアレイ領域に、前記第1絶縁膜を貫通して、前記メモリセル素子に接続されて設けられている複数のプラグと、
前記第1絶縁膜上に設けられている強誘電体キャパシタ構造体であって、当該第1絶縁膜の表面の一部分を露出して前記プラグと接続されて設けられている導電性の酸化防止膜、下部電極、強誘電体層、上部電極、及びエッチングストッパ層がこの順に含まれている積層体を有する当該強誘電体キャパシタ構造体と、
露出している前記第1絶縁膜及び前記強誘電体キャパシタ構造体を覆う水素バリア膜と、
前記水素バリア膜上に設けられている第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜、前記水素バリア膜及び前記エッチングストッパ層を貫通して、前記第2絶縁膜の前記表面から前記上部電極に至るコンタクトホールと
を具えていることを特徴とする強誘電体メモリ装置。
A semiconductor substrate having a memory cell array region provided with a plurality of memory cell elements;
A first insulating film provided to cover the memory cell array region of the semiconductor substrate;
A plurality of plugs provided in the memory cell array region through the first insulating film and connected to the memory cell element;
A ferroelectric capacitor structure provided on the first insulating film, wherein the conductive antioxidant film is provided by exposing a part of the surface of the first insulating film and connected to the plug The ferroelectric capacitor structure having a laminate including a lower electrode, a ferroelectric layer, an upper electrode, and an etching stopper layer in this order;
A hydrogen barrier film covering the exposed first insulating film and the ferroelectric capacitor structure;
A second insulating film provided on the hydrogen barrier film;
A ferroelectric memory comprising a contact hole penetrating through the second insulating film, the hydrogen barrier film and the etching stopper layer and extending from the surface of the second insulating film to the upper electrode. apparatus.
前記エッチングストッパ層はシリコン酸化膜であり、かつ前記水素バリア膜は酸化アルミニウム膜であることを特徴とする請求項1に記載の強誘電体メモリ装置。   2. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein the etching stopper layer is a silicon oxide film, and the hydrogen barrier film is an aluminum oxide film. 前記コンタクトホールの内表面を覆っており、前記水素バリア膜に連接して、前記強誘電体キャパシタ構造体を上側から封止するバリア層をさらに具えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の強誘電体メモリ装置。   The barrier layer which covers the inner surface of the said contact hole, is connected with the said hydrogen barrier film | membrane, and seals the said ferroelectric capacitor structure from the upper side is further provided. 2. A ferroelectric memory device according to 1. 複数のメモリセル素子がマトリクス状に設けられているメモリセルアレイ領域を有する複数のチップ領域を含む半導体基板を準備する工程と、
前記メモリセル素子が設けられている前記半導体基板上に、第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上に、強誘電体キャパシタ構造体を形成する工程であって、該第1絶縁膜の表面の一部分を露出する下部電極、強誘電体層、上部電極、及びエッチングストッパ層がこの順に含まれている積層体を有する当該強誘電体キャパシタ構造体を形成する工程と、
前記第1絶縁膜及び前記強誘電体キャパシタ構造体を覆う水素バリア膜を形成する工程と、
前記水素バリア膜上に、第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜を貫通して、前記水素バリア膜の表面に至る第1開口部を形成する工程と、
前記水素バリア膜を貫通して、該水素バリア膜に前記第1開口部と連通する第2開口部を形成し、かつ該第2開口部に連通して前記エッチングストッパ層の厚み内に至る凹部を形成する工程と、
前記エッチングストッパ層の前記凹部の底部を削って、前記上部電極を露出させる第3開口部を形成して、前記第1開口部、前記第2開口部及び前記第3開口部が互いに連通して前記第2絶縁膜の前記表面から前記上部電極に至るコンタクトホールを形成する工程と
を含むことを特徴とする前記強誘電体メモリ装置の製造方法。
Preparing a semiconductor substrate including a plurality of chip regions having a memory cell array region in which a plurality of memory cell elements are provided in a matrix;
Forming a first insulating film on the semiconductor substrate provided with the memory cell element;
Forming a ferroelectric capacitor structure on the first insulating film, wherein a lower electrode, a ferroelectric layer, an upper electrode, and an etching stopper layer exposing a part of the surface of the first insulating film; Forming the ferroelectric capacitor structure having the multilayer body included in this order;
Forming a hydrogen barrier film covering the first insulating film and the ferroelectric capacitor structure;
Forming a second insulating film on the hydrogen barrier film;
Forming a first opening that penetrates the second insulating film and reaches the surface of the hydrogen barrier film;
A recess that penetrates through the hydrogen barrier film, forms a second opening in the hydrogen barrier film and communicates with the first opening, and communicates with the second opening and reaches the thickness of the etching stopper layer. Forming a step;
The bottom of the recess of the etching stopper layer is scraped to form a third opening that exposes the upper electrode, and the first opening, the second opening, and the third opening communicate with each other. Forming a contact hole from the surface of the second insulating film to the upper electrode. The method of manufacturing a ferroelectric memory device according to claim 1, further comprising:
複数のメモリセル素子がマトリクス状に設けられているメモリセルアレイ領域を有する複数のチップ領域を含む半導体基板を準備する工程と、
前記メモリセル素子が設けられている前記半導体基板上に、第1絶縁膜を形成する工程と、
前記メモリセルアレイ領域に、前記第1絶縁膜を貫通して、前記メモリセル素子に接続される複数のプラグを形成する工程と、
前記プラグの頂面及び前記第1絶縁膜を覆う酸化防止膜、第1密着膜、該第1密着膜上に設けられる第2密着膜、該第2密着膜上に設けられる下部電極膜、該下部電極膜上に設けられる強誘電体膜、該強誘電体膜上に設けられる上部電極膜、及び該上部電極膜上に設けられるエッチングストッパ膜を順次に成膜する工程と、
前記第1密着膜、前記第2密着膜、前記下部電極膜、前記強誘電体膜、前記上部電極膜、及びエッチングストッパ膜をパターニングして、前記第1絶縁膜の表面の一部分を露出しており、前記プラグと接続される酸化防止層、第1密着層、第2密着層、下部電極、強誘電体層、上部電極、及びエッチングストッパ層が順次に積層されてなる強誘電体キャパシタ構造体を形成する工程と、
露出している前記第1絶縁膜及び前記強誘電体キャパシタ構造体を覆う水素バリア膜を形成する工程と、
前記水素バリア膜上に、第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜を貫通し、前記水素バリア膜の表面に至る第1開口部を形成する工程と、
前記水素バリア膜を貫通して、当該水素バリア膜に前記第1開口部と連通する第2開口部を形成し、かつ当該第2開口部に連通して前記エッチングストッパ層の厚み内に至る凹部を形成する工程と、
前記エッチングストッパ層の前記凹部の底部を削って、前記上部電極を露出させる第3開口部を形成して、前記第1開口部、前記第2開口部及び前記第3開口部が互いに連通して、前記第2絶縁膜の前記表面から前記上部電極に至るコンタクトホールを形成する工程と
を具えていることを特徴とする強誘電体メモリ装置の製造方法。
Preparing a semiconductor substrate including a plurality of chip regions having a memory cell array region in which a plurality of memory cell elements are provided in a matrix;
Forming a first insulating film on the semiconductor substrate provided with the memory cell element;
Forming a plurality of plugs connected to the memory cell element through the first insulating film in the memory cell array region;
An antioxidant film covering the top surface of the plug and the first insulating film; a first adhesion film; a second adhesion film provided on the first adhesion film; a lower electrode film provided on the second adhesion film; Sequentially forming a ferroelectric film provided on the lower electrode film, an upper electrode film provided on the ferroelectric film, and an etching stopper film provided on the upper electrode film;
Patterning the first adhesion film, the second adhesion film, the lower electrode film, the ferroelectric film, the upper electrode film, and the etching stopper film to expose a portion of the surface of the first insulating film; A ferroelectric capacitor structure in which an antioxidant layer, a first adhesion layer, a second adhesion layer, a lower electrode, a ferroelectric layer, an upper electrode, and an etching stopper layer connected to the plug are sequentially laminated; Forming a step;
Forming a hydrogen barrier film covering the exposed first insulating film and the ferroelectric capacitor structure;
Forming a second insulating film on the hydrogen barrier film;
Forming a first opening that penetrates the second insulating film and reaches the surface of the hydrogen barrier film;
A recess that penetrates the hydrogen barrier film, forms a second opening in the hydrogen barrier film and communicates with the first opening, and communicates with the second opening and reaches the thickness of the etching stopper layer. Forming a step;
The bottom of the recess of the etching stopper layer is scraped to form a third opening that exposes the upper electrode, and the first opening, the second opening, and the third opening communicate with each other. Forming a contact hole from the surface of the second insulating film to the upper electrode. A method for manufacturing a ferroelectric memory device, comprising:
前記コンタクトホールを形成する工程の後に、前記コンタクトホールの内表面を覆っており、前記水素バリア膜に連接して、前記強誘電体キャパシタ構造体を上側から封止するバリア層を形成する工程をさらに具えていることを特徴とする請求項4又は5に記載の強誘電体メモリ装置。   After the step of forming the contact hole, a step of forming a barrier layer that covers the inner surface of the contact hole and is connected to the hydrogen barrier film to seal the ferroelectric capacitor structure from above. 6. The ferroelectric memory device according to claim 4, further comprising a ferroelectric memory device. 前記エッチングストッパ膜を形成する工程は、シリコン酸化膜を形成する工程であり、
前記水素バリア膜を形成する工程は、酸化アルミニウム膜を形成する工程であり、
前記第2開口部及び前記凹部を形成する工程は、前記エッチングストッパ膜の前記水素バリア膜に対する選択比が最小でも0.7であるエッチング工程であることを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
The step of forming the etching stopper film is a step of forming a silicon oxide film,
The step of forming the hydrogen barrier film is a step of forming an aluminum oxide film,
7. The step of forming the second opening and the recess is an etching step in which a selection ratio of the etching stopper film to the hydrogen barrier film is 0.7 at a minimum. A method for manufacturing a ferroelectric memory device according to claim 1.
前記エッチング工程は、BCl3ガス及びCl2ガスを含む混合ガスを用いるドライエッチング工程であることを特徴とする請求項7に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。 8. The method of manufacturing a ferroelectric memory device according to claim 7, wherein the etching process is a dry etching process using a mixed gas containing BCl 3 gas and Cl 2 gas. 前記エッチング工程は、前記BCl3ガスの流量及び前記Cl2ガスの流量の和を100SCCMとすることを条件として、前記BCl3ガスの流量を50SCCMから70SCCMの範囲とし、かつ前記Cl2ガスの流量を50SCCMから30SCCMの範囲として行われるドライエッチング工程であることを特徴とする請求項8に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。 In the etching step, the flow rate of the BCl 3 gas is set to a range of 50 SCCM to 70 SCCM on the condition that the sum of the flow rate of the BCl 3 gas and the flow rate of the Cl 2 gas is 100 SCCM, and the flow rate of the Cl 2 gas 9. The method of manufacturing a ferroelectric memory device according to claim 8, wherein the dry etching process is performed in a range of 50 SCCM to 30 SCCM.
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