JP2010141143A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、コンタクトプラグの上に容量素子を有するスタック型構造の誘電体メモリ素子を含む半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device including a dielectric memory element having a stacked structure having a capacitor element on a contact plug and a manufacturing method thereof.
ダイナミックランダムアクセスメモリ(Dynamic Random Access Memory:DRAM)装置又は強誘電体不揮発性メモリ(Ferroelectric Random Access Memory:FeRAM)装置においては、容量絶縁膜である誘電体膜の特性を発現させるために、成膜後に高温の酸素雰囲気において熱処理をする必要があるが、コンタクトプラグの上に容量素子を有するスタック型構造の容量素子においては、この熱処理時にコンタクトプラグが酸化して、高抵抗化するという問題がある。 In a dynamic random access memory (DRAM) device or a ferroelectric non-volatile memory (Ferroelectric Random Access Memory: FeRAM) device, a film is formed in order to develop characteristics of a dielectric film that is a capacitive insulating film. Although it is necessary to perform heat treatment later in a high-temperature oxygen atmosphere, a capacitor with a stacked structure having a capacitor element on the contact plug has a problem that the contact plug is oxidized during the heat treatment to increase resistance. .
これに対して、従来、コンタクトプラグと容量素子の下部電極との間に酸素の透過を防止する酸素バリア膜を配置し、コンタクトプラグが酸化されることを防止する方法が用いられている。更に、酸素バリア性の向上及び膜剥がれの防止を目的に、酸素バリア膜として種々の膜又はそれらの積層膜がこれまでに検討されてきている。 On the other hand, conventionally, a method has been used in which an oxygen barrier film for preventing permeation of oxygen is disposed between the contact plug and the lower electrode of the capacitive element to prevent the contact plug from being oxidized. Furthermore, various films or their laminated films have been studied as oxygen barrier films for the purpose of improving oxygen barrier properties and preventing film peeling.
従来、図12に示すような酸素バリア性の向上と膜剥がれの防止との両立が可能な構造が、例えば特許文献1に提示されている。
Conventionally, for example,
図12(a)は従来の半導体装置の模式的な構成断面を示している。 FIG. 12A shows a schematic cross section of a conventional semiconductor device.
図12(a)において、半導体基板401に形成されたシャロウトレンチ分離(Shallow Trench Isolation : STI)領域402によって区画された素子の形成領域には、それぞれゲート絶縁膜403を介在させたゲート電極404と半導体基板401におけるゲート電極404の両側方の領域に形成された不純物拡散層405とからなるトランジスタが形成されている。
In FIG. 12A, in the formation region of the element partitioned by the shallow trench isolation (STI)
半導体基板401の上には、トランジスタを覆うように第1の層間絶縁膜406が形成されている。第1の層間絶縁膜の膜厚は0.5μmである。
A first interlayer
第1の層間絶縁膜406には、第1の層間絶縁膜406を貫通し不純物拡散層405と接続される第1のコンタクトプラグ407が形成されている。
A
第1の層間絶縁膜406の上には、第1のコンタクトプラグ407と接続する導電膜408が選択的に形成されている。導電膜408の膜厚は0.1μmである。
On the first interlayer
導電膜408を含む第1の層間絶縁膜406の上には、第2の層間絶縁膜409が形成されている。第2の層間絶縁膜409における導電膜408の上側部分の膜厚は0.3μmである。
A second interlayer insulating film 409 is formed over the first
また、第2の層間絶縁膜409には、第2の層間絶縁膜409を貫通し、導電膜408と接続される第2のコンタクトプラグ410が形成されている。
In addition, a
第2の層間絶縁膜409上における第2のコンタクトプラグ410とその周辺部分を覆うように、酸素バリア膜411が形成されている。酸素バリア膜411は、下層から順次形成されたチタン(Ti)、チタンナイトライド(TiN)及びチタン(Ti)により構成されている。
An
酸素バリア膜411の上には、下部電極412、強誘電体膜413及び上部電極414からなる強誘電体容量素子415が形成されている。また、強誘電体容量素子415を含む第2の層間絶縁膜409の上には、第3の層間絶縁膜416が形成されている。
On the
前記のように、強誘電体膜413は成膜した状態においては良好な強誘電体特性を発現しないため、高温の酸素雰囲気において熱処理をする必要がある。従来の技術においては、酸素バリア膜411として、Ti/TiN/Tiの積層構造を用いることにより、熱処理時の酸素が破線の矢印で示した経路を通って第2のコンタクトプラグ410に到達して高抵抗化することを防止すると共に、酸素バリア膜411及び下部電極412の剥がれを防止している。
しかしながら、前記従来の半導体装置には図12(a)〜(c)に示す問題がある。 However, the conventional semiconductor device has the problems shown in FIGS.
従来技術においては、前記の酸素バリア構造によって、強誘電体膜413を結晶化させるための前記熱処理時の酸素が破線の矢印の経路を通って第2のコンタクトプラグ410に到達することを防止しているが、図12(a)の実線の矢印で示すように、強誘電体容量素子415と第3の層間絶縁膜416との界面を酸素が半導体基板401に向かって拡散した後、酸素バリア膜411における最下層のTiの側面から周囲を酸化しながら横方向に進行する。このTiの酸化が、第2のコンタクトプラグ410にまで進行すると、第2のコンタクトプラグ410の表面が酸化して高抵抗化する。
In the prior art, the oxygen barrier structure prevents oxygen during the heat treatment for crystallizing the ferroelectric film 413 from reaching the
図12(a)に示す、酸素バリア膜411における最下層のTiの側面から第2のコンタクトプラグ410までの距離Xとコンタクト歩留まりの関係を、図12(c)に示す。また、図12(c)では、酸素バリア膜の最下層がTiの場合と窒化チタンアルミニウム(TiAlN)の場合とについてそれぞれ示している。
FIG. 12C shows the relationship between the distance X from the lowermost Ti side surface of the
酸素バリア膜の最下層が従来例のTiの場合においては、距離Xが0.60μmよりも小さい場合にTiの側面からの酸化がコンタクトプラグに達し、高抵抗化が発生していることがわかる。また、酸素バリア膜の最下層がTiAlNの場合においても、距離Xが0.35μmよりも小さい場合にTiAlNの側面からの酸化がコンタクトプラグに達し、高抵抗化が発生していることがわかる。 In the case where the lowermost layer of the oxygen barrier film is Ti of the conventional example, when the distance X is smaller than 0.60 μm, the oxidation from the side surface of Ti reaches the contact plug, and high resistance is generated. . It can also be seen that even when the lowermost layer of the oxygen barrier film is TiAlN, when the distance X is smaller than 0.35 μm, oxidation from the side surface of TiAlN reaches the contact plug, and high resistance is generated.
そこで、歩留まりが高い強誘電体メモリ装置を作製するには、酸素バリア膜の最下層として従来例のTiを使用する場合には、距離Xを0.60μm以上確保する必要がある。 Therefore, in order to manufacture a ferroelectric memory device with a high yield, when using the conventional Ti as the lowermost layer of the oxygen barrier film, it is necessary to secure a distance X of 0.60 μm or more.
図12(b)には、距離Xを0.60μmとした場合における従来の半導体装置の構造に対応する模式的な平面図と、各部の寸法を示す。距離Xは0.60μm、酸素バリア膜の間隔は0.24μm、第2のコンタクトプラグの寸法は0.28μmであることから、二点鎖線の枠で示したメモリセルサイズ(2トランジスタ−2容量素子型)は約5.92μm2となる。 FIG. 12B shows a schematic plan view corresponding to the structure of a conventional semiconductor device when the distance X is 0.60 μm, and the dimensions of each part. The distance X is 0.60 μm, the distance between the oxygen barrier films is 0.24 μm, and the second contact plug has a dimension of 0.28 μm. Element type) is about 5.92 μm 2.
また、ゲート電極と第1のコンタクトプラグの間隔は0.10μm以上必要であるが、図12(b)に示すメモリセルサイズでは、その間隔が0.13μmと大きく確保できている。つまり、メモリセルサイズは容量素子サイズで決定されていることになる。 Further, although the distance between the gate electrode and the first contact plug needs to be 0.10 μm or more, in the memory cell size shown in FIG. 12B, the distance is as large as 0.13 μm. That is, the memory cell size is determined by the capacitor element size.
そのため、メモリセルサイズを更に小さくするためには、距離Xを更に小さくする必要があるが、単純に縮小すると前記したようにコンタクト歩留まりが悪化してしまうという問題が発生する。 Therefore, in order to further reduce the memory cell size, it is necessary to further reduce the distance X. However, if the size is simply reduced, there arises a problem that the contact yield deteriorates as described above.
この問題を解決すべく、これまで種々の解決手法が検討されてきた。 In order to solve this problem, various solutions have been studied so far.
例えば、酸素バリア膜の最下層のバリアメタル膜の側面に酸素透過防止膜となる窒化シリコンを形成する手法が、例えば特許文献2に提示されている。 For example, Patent Document 2 proposes a method of forming silicon nitride serving as an oxygen permeation preventive film on the side surface of the lowermost barrier metal film of the oxygen barrier film.
しかし、この手法では、バリアメタル膜の側面に窒化シリコンを形成する際に、パターニングしたバリアメタル膜の上に窒化シリコンを成膜した後、化学機械研磨(Chemical Mechanical Polish:CMP)法によりバリアメタル膜が露出するまで研磨する追加工程が必要である。このため、工程の増加によるコストアップ、CMP時のパターン剥がれ及びスクラッチによる歩留りの悪化を招く。更に、下部電極によりバリアメタル膜の上面を完全に覆う必要があり、パターン合わせ時のずれを考慮してバリアメタル膜よりも下部電極を大きく形成しなければならず、セルサイズが大きくなる。 However, in this method, when silicon nitride is formed on the side surface of the barrier metal film, after silicon nitride is formed on the patterned barrier metal film, the barrier metal film is formed by a chemical mechanical polishing (CMP) method. An additional step of polishing until the film is exposed is necessary. For this reason, the cost increases due to an increase in the number of processes, pattern peeling at the time of CMP, and yield deterioration due to scratches are caused. Furthermore, it is necessary to completely cover the upper surface of the barrier metal film with the lower electrode, and the lower electrode has to be formed larger than the barrier metal film in consideration of a shift at the time of pattern alignment, which increases the cell size.
また、他の手法として、酸素バリア膜の最下層に酸化の進行が遅いTiAlNを用いる方法が、例えば特許文献3に提示されている。 As another method, for example, Patent Document 3 proposes a method of using TiAlN whose oxidation proceeds slowly in the lowermost layer of the oxygen barrier film.
しかし、この手法では、図12(c)に示し、前記で説明したように、更にメモリセルサイズが小さくなりTiAlN膜端からコンタクトプラグまでの距離Xが0.35μmよりも小さくなると、酸素がコンタクトプラグに到達するため、Tiを用いた場合と同様にコンタクトプラグが酸化する。 However, in this method, as shown in FIG. 12C and described above, when the memory cell size is further reduced and the distance X from the edge of the TiAlN film to the contact plug becomes smaller than 0.35 μm, oxygen is contacted. In order to reach the plug, the contact plug is oxidized as in the case of using Ti.
また、図12(a)に示すような、図の中央の導電膜408を誘電体メモリの下置きビット線として用いる2トランジスタ−2容量素子型の誘電体メモリにおいて、図12(b)に示すように、ゲート電極とコンタクトプラグとのスペースは0.10μm以上必要であり、ゲート電極の幅は0.32μmであるため、トランジスタの両側に設けられたコンタクトプラグ間の距離を0.52μm以下にすることはできない。
FIG. 12B shows a two-transistor-two-capacitance element type dielectric memory using the
この状態において、容量素子のサイズの縮小が更に進むと、メモリセルサイズは下地のトランジスタやコンタクトのレイアウトによって決定されるようになり、容量素子の中心から図の周縁部にずれた位置にコンタクトプラグを形成せざるを得なくなる。その場合、距離Xは図の周縁部に近い部分が最小となり、周縁部において側面からの酸化の進行が問題となる。 In this state, if the size of the capacitive element is further reduced, the memory cell size is determined by the underlying transistor and contact layout, and the contact plug is shifted from the center of the capacitive element to the periphery of the figure. Must be formed. In this case, the distance X is minimized at a portion close to the peripheral portion in the figure, and the progress of oxidation from the side surface becomes a problem at the peripheral portion.
そこで、本発明は、前記従来の問題に鑑み、その目的は、容量素子の下層のコンタクトプラグの酸化を防止しつつ、メモリセルサイズの縮小が可能な半導体装置を得られるようにすることにある。 Therefore, in view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to obtain a semiconductor device capable of reducing the memory cell size while preventing oxidation of a contact plug under the capacitor element. .
前記の目的を達成するために、本発明は、半導体装置をバリア膜側の第2のコンダクトプラグの径が、基板側の第1のコンダクトプラグの径よりも小さい構成とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, the semiconductor device is configured such that the diameter of the second conduct plug on the barrier film side is smaller than the diameter of the first conduct plug on the substrate side.
具体的には、本発明の第1の半導体装置は、半導体基板の上に形成された層間絶縁膜と、該層間絶縁膜を貫通し、半導体基板と接続する第1のコンタクトプラグと、層間絶縁膜の上に第1のコンタクトプラグを覆うように形成された絶縁性水素バリア膜と、該絶縁性水素バリア膜を貫通し、第1のコンタクトプラグと接続する第2のコンタクトプラグと、絶縁性水素バリア膜の上に、第2のコンタクトプラグと接続され且つ該第2のコンタクトプラグを覆うように形成された酸素バリア膜と、該酸素バリア膜の上に形成された容量素子とを備え、第2のコンタクトプラグは、その径が第1のコンタクトプラグの径よりも小さいことを特徴とする。 Specifically, a first semiconductor device of the present invention includes an interlayer insulating film formed on a semiconductor substrate, a first contact plug that penetrates the interlayer insulating film and is connected to the semiconductor substrate, and an interlayer insulating film. An insulating hydrogen barrier film formed on the film so as to cover the first contact plug; a second contact plug penetrating the insulating hydrogen barrier film and connected to the first contact plug; An oxygen barrier film connected to the second contact plug and formed to cover the second contact plug on the hydrogen barrier film; and a capacitor element formed on the oxygen barrier film, The diameter of the second contact plug is smaller than the diameter of the first contact plug.
本発明の第1の半導体装置によると、絶縁性水素バリア膜を貫通するように第2のコンタクトプラグが形成されており、コンタクトプラグを形成する際のCMP時の膜減り量及びエロージョン量を減らすことができるため、絶縁性水素バリア膜を薄く形成することができる。 According to the first semiconductor device of the present invention, the second contact plug is formed so as to penetrate the insulating hydrogen barrier film, and the amount of film loss and erosion during CMP when forming the contact plug is reduced. Therefore, the insulating hydrogen barrier film can be formed thin.
これにより、第2のコンタクトプラグを第1のコンタクトプラグよりも容易に小さく形成できるので、酸素バリア膜の側面とコンタクトプラグとの距離を同一に保ったまま、メモリセルサイズを縮小することができる。 As a result, the second contact plug can be easily formed smaller than the first contact plug, so that the memory cell size can be reduced while keeping the distance between the side surface of the oxygen barrier film and the contact plug the same. .
本発明の第1の半導体装置において、絶縁性水素バリア膜は、層間絶縁膜よりも薄いことが好ましい。 In the first semiconductor device of the present invention, the insulating hydrogen barrier film is preferably thinner than the interlayer insulating film.
本発明の第2の半導体装置は、半導体基板の上に形成された第1の層間絶縁膜と、該第1の層間絶縁膜を貫通し、半導体基板と接続する第1のコンタクトプラグと、第1の層間絶縁膜の上に第1のコンタクトプラグと接続するように形成された導電膜と、第1の層間絶縁膜の上に導電膜を覆うように形成された第2の層間絶縁膜と、該第2の層間絶縁膜を貫通し、導電膜と接続する第2のコンタクトプラグと、第2の層間絶縁膜の上に、第2のコンタクトプラグと接続され且つ該第2のコンタクトプラグを覆うように形成された酸素バリア膜と、該酸素バリア膜の上に形成された容量素子とを備え、第2のコンタクトプラグの径が第1のコンタクトプラグの径よりも小さいことを特徴とする。 A second semiconductor device of the present invention includes a first interlayer insulating film formed on a semiconductor substrate, a first contact plug that penetrates the first interlayer insulating film and is connected to the semiconductor substrate, A conductive film formed on the first interlayer insulating film so as to be connected to the first contact plug; a second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film so as to cover the conductive film; A second contact plug penetrating through the second interlayer insulating film and connected to the conductive film; and a second contact plug connected to the second contact plug and on the second interlayer insulating film. An oxygen barrier film formed so as to cover and a capacitor element formed on the oxygen barrier film, wherein a diameter of the second contact plug is smaller than a diameter of the first contact plug .
本発明の第2の半導体装置によると、第2のコンタクトプラグは、その径が第1のコンタクトプラグの径よりも小さいため、酸素バリア膜の側面とコンタクトプラグとの距離を同一に保ったまま、メモリセルサイズを縮小することができる。 According to the second semiconductor device of the present invention, since the diameter of the second contact plug is smaller than the diameter of the first contact plug, the distance between the side surface of the oxygen barrier film and the contact plug is kept the same. The memory cell size can be reduced.
本発明の第3の半導体装置は、半導体基板の上に形成された第1の層間絶縁膜と、該第1の層間絶縁膜を貫通し、半導体基板と接続する第1のコンタクトプラグと、第1の層間絶縁膜の上に第1のコンタクトプラグと接続するように形成された導電膜と、第1の層間絶縁膜の上に導電膜を覆うように形成された第2の層間絶縁膜と、該第2の層間絶縁膜を貫通し、導電膜と接続する第2のコンタクトプラグと、第2の層間絶縁膜の上に、第2のコンタクトプラグと接続され且つ該第2のコンタクトプラグを覆うように形成された酸素バリア膜と、該酸素バリア膜の上に形成された容量素子とを備え、第1のコンタクトプラグは、酸素バリア膜における面内の中心位置と異なる位置に設けられ、第2のコンタクトプラグは、酸素バリア膜における面内の中心位置に設けられていることを特徴とする。 A third semiconductor device of the present invention includes a first interlayer insulating film formed on a semiconductor substrate, a first contact plug that penetrates the first interlayer insulating film and is connected to the semiconductor substrate, A conductive film formed on the first interlayer insulating film so as to be connected to the first contact plug; a second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film so as to cover the conductive film; A second contact plug penetrating through the second interlayer insulating film and connected to the conductive film; and a second contact plug connected to the second contact plug and on the second interlayer insulating film. An oxygen barrier film formed so as to cover and a capacitive element formed on the oxygen barrier film, the first contact plug is provided at a position different from the center position in the plane of the oxygen barrier film; The second contact plug is on the oxygen barrier film. Characterized in that provided at the center of the plane.
本発明の第3の半導体装置によると、第1のコンタクトプラグを容量素子の中心位置と異なる位置に設けたとしても、第2のコンタクトプラグを酸素バリア膜の中心位置に設けることができるため、酸素バリア膜の側面とコンタクトプラグとの距離Xを大きく確保できる。このため、酸素バリア膜の側面とコンタクトプラグとの距離を同一に保ったまま、メモリセルサイズをより縮小することができる。 According to the third semiconductor device of the present invention, even if the first contact plug is provided at a position different from the center position of the capacitor element, the second contact plug can be provided at the center position of the oxygen barrier film. A large distance X between the side surface of the oxygen barrier film and the contact plug can be secured. For this reason, the memory cell size can be further reduced while the distance between the side surface of the oxygen barrier film and the contact plug is kept the same.
本発明の第3の半導体装置において、第2のコンタクトプラグは、その径が第1のコンタクトプラグの径よりも小さいことが好ましい。 In the third semiconductor device of the present invention, the second contact plug preferably has a diameter smaller than that of the first contact plug.
本発明の第2の半導体装置及び第3の半導体装置において、第2の層間絶縁膜における導電膜の上側部分の膜厚は、第1の層間絶縁膜における半導体基板の上側部分の膜厚よりも薄いことが好ましい。 In the second semiconductor device and the third semiconductor device of the present invention, the thickness of the upper portion of the conductive film in the second interlayer insulating film is larger than the thickness of the upper portion of the semiconductor substrate in the first interlayer insulating film. Thin is preferred.
本発明の第2の半導体装置及び第3の半導体装置において、第2の層間絶縁膜は、絶縁性水素バリア膜であることが好ましい。 In the second semiconductor device and the third semiconductor device of the present invention, the second interlayer insulating film is preferably an insulating hydrogen barrier film.
本発明の第2の半導体装置及び第3の半導体装置において、第2の層間絶縁膜は、導電膜と同一の層において導電膜を除く部分に形成された酸化シリコンからなる絶縁膜と、導電膜と酸化シリコンからなる絶縁膜とを覆うように形成された絶縁性水素バリア膜とからなることが好ましい。 In the second semiconductor device and the third semiconductor device of the present invention, the second interlayer insulating film includes an insulating film made of silicon oxide formed in a portion other than the conductive film in the same layer as the conductive film, and a conductive film And an insulating hydrogen barrier film formed so as to cover the insulating film made of silicon oxide.
本発明の第1の半導体装置、第2の半導体装置及び第3の半導体装置において、絶縁性水素バリア膜は、チタンアルミオキサイド又は窒化シリコン膜からなることが好ましい。 In the first semiconductor device, the second semiconductor device, and the third semiconductor device of the present invention, the insulating hydrogen barrier film is preferably made of a titanium aluminum oxide film or a silicon nitride film.
本発明の第1の半導体装置、第2の半導体装置及び第3の半導体装置において、第2のコンタクトプラグのアスペクト比の値は、1以下であることが好ましい。 In the first semiconductor device, the second semiconductor device, and the third semiconductor device of the present invention, the aspect ratio value of the second contact plug is preferably 1 or less.
本発明の第2の半導体装置及び第3の半導体装置において、導電膜は、容量素子よりも下層に配置されるビット線と同一の膜により形成されていることが好ましい。 In the second semiconductor device and the third semiconductor device of the present invention, it is preferable that the conductive film is formed of the same film as the bit line arranged below the capacitor.
本発明の第1の半導体装置、第2の半導体装置及び第3の半導体装置において、容量素子は、下部電極、該下部電極の上に形成された容量絶縁膜及び該容量絶縁膜の上に形成された上部電極からなることが好ましい。 In the first semiconductor device, the second semiconductor device, and the third semiconductor device of the present invention, the capacitor element is formed on the lower electrode, the capacitor insulating film formed on the lower electrode, and the capacitor insulating film. It is preferable that the upper electrode is formed.
本発明の第1の半導体装置、第2の半導体装置及び第3の半導体装置において、容量絶縁膜は、強誘電体からなることが好ましい。 In the first semiconductor device, the second semiconductor device, and the third semiconductor device of the present invention, the capacitor insulating film is preferably made of a ferroelectric.
本発明の第1の半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する工程(a)と、層間絶縁膜を貫通し、半導体基板と接続する第1のコンタクトプラグを形成する工程(b)と、層間絶縁膜の上に第1のコンタクトプラグを覆うように絶縁性水素バリア膜を形成する工程(c)と、該絶縁性水素バリア膜を貫通し、第1のコンタクトプラグと接続する第2のコンタクトプラグを形成する工程(d)と、絶縁性水素バリア膜の上に、第2のコンタクトプラグと接続し且つ該第2のコンタクトプラグを覆うように酸素バリア膜を形成する工程(e)と、該酸素バリア膜の上に、下層より順に下部電極、容量絶縁膜及び上部電極を形成して、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極から容量素子を形成する工程(f)とを備え、工程(d)において、第2のコンタクトプラグの径を第1のコンタクトプラグの径よりも小さく形成することを特徴とする。 According to a first method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step (a) of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and a first contact plug penetrating the interlayer insulating film and connected to the semiconductor substrate are formed. A step (b), a step (c) of forming an insulating hydrogen barrier film on the interlayer insulating film so as to cover the first contact plug, and a first contact plug penetrating the insulating hydrogen barrier film. A step (d) of forming a second contact plug to be connected to the substrate, and an oxygen barrier film is formed on the insulating hydrogen barrier film so as to connect to the second contact plug and cover the second contact plug A step (e) of forming a lower electrode, a capacitive insulating film and an upper electrode in order from the lower layer on the oxygen barrier film, and forming a capacitive element from the lower electrode, the capacitive insulating film and the upper electrode (f) And a step (d) In, wherein the formation to be smaller than the diameter of the diameter of the second contact plug first contact plug.
本発明の第1の半導体装置の製造方法によると、絶縁性水素バリア膜に第2のコンタクトプラグが形成されており、コンタクトプラグを形成する際のCMP時の膜減り量やエロージョン量を減らすことができるため、絶縁性水素バリア膜を薄く形成することができる。これにより、第2のコンタクトプラグを第1のコンタクトプラグよりも容易に小さくでき、酸素バリアの側面とコンタクトプラグとの距離を同じに保ったまま、メモリセルサイズを縮小することができる。 According to the first method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the second contact plug is formed in the insulating hydrogen barrier film, and the amount of film loss and erosion during CMP when the contact plug is formed can be reduced. Therefore, the insulating hydrogen barrier film can be formed thin. As a result, the second contact plug can be easily made smaller than the first contact plug, and the memory cell size can be reduced while maintaining the same distance between the side surface of the oxygen barrier and the contact plug.
本発明の第1の半導体装置の製造方法は、工程(c)において、絶縁性水素バリア膜は、層間絶縁膜よりも薄く形成することが好ましい。 In the first method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in step (c), the insulating hydrogen barrier film is preferably formed thinner than the interlayer insulating film.
本発明の第2の半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に、第1の層間絶縁膜を形成する工程(a)と、該第1の層間絶縁膜を貫通し、半導体基板と接続する第1のコンタクトプラグを形成する工程(b)と、第1の層間絶縁膜の上に第1のコンタクトプラグと接続し且つ該第1のコンタクトプラグを覆うように導電膜を形成する工程(c)と、第1の層間絶縁膜の上に導電膜を覆うように第2の層間絶縁膜を形成する工程(d)と、該第2の層間絶縁膜を貫通し、導電膜と接続する第2のコンタクトプラグを形成する工程(e)と、第2の層間絶縁膜の上に、第2のコンタクトプラグと接続し且つ該第2のコンタクトプラグを覆うように酸素バリア膜を形成する工程(f)と、該酸素バリア膜の上に、下層より順に下部電極、容量絶縁膜及び上部電極を形成して、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極から容量素子を形成する工程(g)とを備え、工程(e)において、第2のコンタクトプラグの径を第1のコンタクトプラグの径よりも小さく形成することを特徴とする。 In the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step (a) of forming a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and the first interlayer insulating film are penetrated and connected to the semiconductor substrate. A step (b) of forming a first contact plug, and a step of forming a conductive film on the first interlayer insulating film so as to connect to the first contact plug and cover the first contact plug (c) ), A step (d) of forming a second interlayer insulating film so as to cover the conductive film on the first interlayer insulating film, and a step of connecting the conductive film with the conductive film through the second interlayer insulating film A step (e) of forming a second contact plug, and a step of forming an oxygen barrier film on the second interlayer insulating film so as to connect to the second contact plug and cover the second contact plug ( f) and a lower electrode and a capacitive insulating film on the oxygen barrier film in order from the lower layer. Forming a capacitor element from the lower electrode, the capacitor insulating film, and the upper electrode, and in step (e), the diameter of the second contact plug is set to the first contact plug. It is characterized in that it is formed smaller than the diameter.
本発明の第2の半導体装置の製造方法によると、第2のコンタクトプラグの径が第1のコンタクトプラグの径よりも小さいため、酸素バリア膜の側面とコンタクトプラグとの距離を同一に保ったまま、メモリセルサイズを縮小することができる。 According to the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the diameter of the second contact plug is smaller than the diameter of the first contact plug, the distance between the side surface of the oxygen barrier film and the contact plug is kept the same. The memory cell size can be reduced as it is.
本発明の第2の半導体装置の製造方法は、工程(d)において、第2の層間絶縁膜における導電膜の上側部分の膜厚は、第1の層間絶縁膜における半導体基板の上側部分の膜厚よりも薄く形成することが好ましい。 In the manufacturing method of the second semiconductor device of the present invention, in step (d), the film thickness of the upper part of the conductive film in the second interlayer insulating film is the film of the upper part of the semiconductor substrate in the first interlayer insulating film. It is preferable to form it thinner than the thickness.
本発明の第2の半導体装置の製造方法は、工程(d)において、導電膜の上に酸化シリコンからなる絶縁膜を成膜した後、CMP法を用いて導電膜が露出するまで酸化シリコンからなる絶縁膜を研磨して該絶縁膜を平坦化する工程と、導電膜を含む酸化シリコンからなる絶縁膜の上に、絶縁性水素バリア膜を形成する工程とを含むことが好ましい。 In the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in step (d), an insulating film made of silicon oxide is formed on the conductive film, and then the silicon oxide is used until the conductive film is exposed by CMP. It is preferable to include a step of polishing the insulating film to be planarized and a step of forming an insulating hydrogen barrier film on the insulating film made of silicon oxide including the conductive film.
本発明の第2の半導体装置の製造方法は、工程(c)において、導電膜と共に、容量素子より下層に配置されるビット線を形成することが好ましい。 In the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the step (c), it is preferable to form a bit line disposed below the capacitor element together with the conductive film.
本発明の第3の半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に第1の層間絶縁膜を形成する工程(a)と、該第1の層間絶縁膜を貫通し、半導体基板と接続する第1のコンタクトプラグを形成する工程(b)と、第1の層間絶縁膜の上に、第1のコンタクトプラグと接続し且つ該第1のコンタクトプラグを覆うように導電膜を形成する工程(c)と、第1の層間絶縁膜の上に導電膜を覆うように、第2の層間絶縁膜を形成する工程(d)と、該第2の層間絶縁膜を貫通し、導電膜と接続する第2のコンタクトプラグを形成する工程(e)と、第2の層間絶縁膜の上に、第2のコンタクトプラグと接続し且つ該第2のコンタクトプラグを覆うように酸素バリア膜を形成する工程(f)と、該酸素バリア膜の上に、下層より順に下部電極、容量絶縁膜及び上部電極を形成して、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極から容量素子を形成する工程(g)とを備え、工程(f)において、第1のコンタクトプラグが酸素バリア膜における面内の中心位置と異なる位置に配置され且つ第2のコンタクトプラグが酸素バリア膜における面内の中心位置に配置されるように、酸素バリア膜を形成することを特徴とする。 According to a third method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, there is provided a step (a) of forming a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and a step of penetrating the first interlayer insulating film and connected to the semiconductor substrate. A step (b) of forming a first contact plug, and a step of forming a conductive film on the first interlayer insulating film so as to be connected to the first contact plug and cover the first contact plug (c) And (d) forming a second interlayer insulating film so as to cover the conductive film on the first interlayer insulating film, and connecting the conductive film through the second interlayer insulating film A step (e) of forming a second contact plug, and a step of forming an oxygen barrier film on the second interlayer insulating film so as to connect to the second contact plug and cover the second contact plug (F) and a lower electrode and a capacitor insulation in order from the lower layer on the oxygen barrier film And forming a capacitive element from the lower electrode, the capacitive insulating film, and the upper electrode, and in the step (f), the first contact plug is in-plane with the oxygen barrier film. The oxygen barrier film is formed so that the second contact plug is disposed at a position different from the central position and the second contact plug is disposed at a central position in the plane of the oxygen barrier film.
本発明の第3の半導体装置の製造方法によると、第1のコンタクトプラグを容量素子の中心位置と異なる位置に設けたとしても、第2のコンタクトプラグを酸素バリア膜の中心位置に設けることができるため、酸素バリア膜の側面とコンタクトプラグとの距離Xを大きく確保できる。このため、酸素バリア膜の側面とコンタクトプラグとの距離を同一に保ったまま、メモリセルサイズをより縮小することができる。 According to the third method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, even if the first contact plug is provided at a position different from the center position of the capacitive element, the second contact plug can be provided at the center position of the oxygen barrier film. Therefore, a large distance X between the side surface of the oxygen barrier film and the contact plug can be secured. For this reason, the memory cell size can be further reduced while the distance between the side surface of the oxygen barrier film and the contact plug is kept the same.
本発明の第3の半導体装置の製造方法は、工程(e)において、第2のコンタクトプラグの径を第1のコンタクトプラグの径よりも小さく形成することが好ましい。 In the third method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the step (e), the diameter of the second contact plug is preferably smaller than the diameter of the first contact plug.
本発明の第3の半導体装置の製造方法は、工程(d)において、第2の層間絶縁膜における導電膜の上側部分の膜厚は、第1の層間絶縁膜における半導体基板の上側部分の膜厚よりも薄く形成することが好ましい。 In the third method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, in step (d), the film thickness of the upper part of the conductive film in the second interlayer insulating film is the film of the upper part of the semiconductor substrate in the first interlayer insulating film. It is preferable to form it thinner than the thickness.
本発明の第3の半導体装置の製造方法は、工程(d)において、導電膜の上に酸化シリコンからなる絶縁膜を成膜した後、CMP法を用いて導電膜が露出するまで酸化シリコンからなる絶縁膜を研磨して該絶縁膜を平坦化する工程と、導電膜の上及び酸化シリコンからなる絶縁膜の上に、絶縁性水素バリア膜を形成する工程とを含むことが好ましい。 In the third method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in step (d), after an insulating film made of silicon oxide is formed on the conductive film, the silicon oxide is used until the conductive film is exposed by CMP. Preferably, the method includes a step of polishing the insulating film to be planarized and a step of forming an insulating hydrogen barrier film on the conductive film and the insulating film made of silicon oxide.
本発明の第3の半導体装置の製造方法は、工程(c)において、導電膜と共に、容量素子よりも下層に配置されるビット線を形成することが好ましい。 In the third method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the step (c), it is preferable to form a bit line disposed below the capacitor element together with the conductive film.
本発明の第2及び第3の半導体装置の製造方法において、第2の層間絶縁膜は、絶縁性水素バリア膜により形成することが好ましい。 In the second and third semiconductor device manufacturing methods of the present invention, the second interlayer insulating film is preferably formed of an insulating hydrogen barrier film.
本発明の第1、第2及び第3の半導体装置の製造方法において、絶縁性水素バリア膜は、チタンアルミオキサイド又は窒化シリコン膜であることが好ましい。 In the first, second and third semiconductor device manufacturing methods of the present invention, the insulating hydrogen barrier film is preferably a titanium aluminum oxide film or a silicon nitride film.
本発明の第1、第2及び第3の半導体装置の製造方法において、第2のコンタクトプラグのアスペクト比の値が1以下であることが好ましい。 In the first, second, and third semiconductor device manufacturing methods of the present invention, it is preferable that the aspect ratio value of the second contact plug is 1 or less.
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、コンタクトプラグ上に容量素子を有するスタック型構造の誘電体メモリにおいて、容量素子下層のコンタクトプラグの酸化を防止しつつ、メモリセルサイズの縮小が可能となる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, in a dielectric memory having a stacked structure having a capacitor element on a contact plug, the memory cell size can be reduced while preventing the contact plug under the capacitor element from being oxidized. It becomes.
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described.
図1(a)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の断面構造を示している。 FIG. 1A shows a cross-sectional structure of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
図1(a)に示すように、例えばシリコン(Si)からなる半導体基板101には、各素子形成領域を区画するシャロウトレンチ分離(Shallow Trench Isolation:STI)領域102が形成されており、各素子の形成領域には、それぞれゲート絶縁膜103を介在させたゲート電極104と半導体基板101におけるゲート電極104の両側方の領域に形成されたソース領域又はドレイン領域として機能する不純物拡散層105とからなるトランジスタが形成されている。ゲート電極104の膜厚は、例えば0.2μmである。
As shown in FIG. 1A, a
また、半導体基板101の上には、トランジスタを覆うように、膜厚が約0.5μmの酸化シリコンからなる第1の層間絶縁膜106が形成されている。ここで、酸化シリコンには、ホウ素(B)及びリン(P)が添加されてなるいわゆるBPSG(Boron-Phospho-Silicate Glass)や、高密度プラズマにより形成され、ホウ素やリンが添加されない、いわゆるHDP−NSG(High Density Plasma-Non Silicate Glass)、又は酸化雰囲気にオゾン(O3)を用いたO3−NSGを用いるとよい。
A first
第1の層間絶縁膜106におけるトランジスタの一方の不純物拡散層105の上には該不純物拡散層105と電気的に接続される第3のコンタクトプラグ107が形成されている。第3のコンタクトプラグ107には、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)又は窒化タンタル(TaN)を用いるとよい。さらに、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)若しくはコバルト(Co)の珪化金属、又は銅(Cu)、さらにはドーピングされた多結晶シリコンを用いてもよい。
A
上面が平坦化された第1の層間絶縁膜106の上には、第3のコンタクトプラグ107と電気的に接続され、タングステン又は多結晶シリコンからなるビット配線108が選択的に形成されている。ビット配線108の膜厚は例えば100nmである。第1の層間絶縁膜106の上には、ビット配線108を覆うように第2の層間絶縁膜109が形成されている。第2の層間絶縁膜109は例えば酸化シリコンからなり、第2の層間絶縁膜109のビット配線108の上側部分の膜厚は例えば200nmである。
A bit wiring 108 made of tungsten or polycrystalline silicon is selectively formed on the first
また、第2の層間絶縁膜109と第1の層間絶縁膜106との積層膜を貫通し、トランジスタの他方の拡散層と電気的に接続する第1のコンタクトプラグ110が形成されている。
In addition, a
第1のコンタクトプラグ110を含む第2の層間絶縁膜109の上には、膜厚が約0.2μmの絶縁性水素バリア膜111が形成されている。ここで、絶縁性水素バリア膜には、スパッタ法により成膜されたチタンアルミオキサイド(TiAlO)又はプラズマ化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法若しくは熱CVD法により成膜された窒化シリコン膜(SiN)を用いるとよい。
On the second
この絶縁性水素バリア膜により、容量素子の形成後に配線の形成工程等で発生する水素が容量素子の下方から浸入し、誘電体膜を還元して劣化させることを防止することができる。 With this insulating hydrogen barrier film, it is possible to prevent hydrogen generated in the wiring formation process or the like after forming the capacitive element from entering from the lower side of the capacitive element and reducing and deteriorating the dielectric film.
絶縁性水素バリア膜111には、該絶縁性水素バリア膜111を貫通して第1のコンタクトプラグ110と電気的に接続された第2のコンタクトプラグ112が形成されている。なお、第2のコンタクトプラグ112には、前述の第3のコンタクトプラグ107又は第1のコンタクトプラグ110に用いた材料と同一の材料を用いるとよい。本実施形態においては、第2のコンタクトプラグ112の平面積は第1のコンタクトプラグ110の平面積よりも小さく、第1のコンタクトプラグ110と少なくとも接続されていることを特徴とする。
In the insulating
上面が平坦化された絶縁性水素バリア膜111の上には、第2のコンタクトプラグ112とそれぞれ電気的に接続され、且つ、第2のコンタクトプラグ112とその周辺部分を覆う酸素バリア膜113が形成されている。酸素バリア膜113は、Ti/TiN/Tiからなる積層膜である。最下層のTiは、第2のコンタクトプラグ112上での応力集中を緩和する役割を果たしている。また、TiNは第2のコンタクトプラグ112の材料が誘電体膜に拡散することを抑制する及び第2のコンタクトプラグ112に酸素が拡散することを防止するだけでなく、第2のコンタクトプラグ112上の領域における下部電極114の浮き上がりを抑制する役割を果たしている。また、最上層のTiは、下部電極114との密着性向上の役割を果たしている。また、酸素バリア膜113には、例えば窒化チタンアルミニウム(TiAlN)、酸窒化チタンアルミニウム(TiAlON)、窒化チタン(TiN)、酸化イリジウム(IrOx)、イリジウム(Ir)、酸化ルテニウム(RuOx)、ルテニウム(Ru)又はチタン(Ti)を用いてもよい。また、これらのうちの少なくとも2つからなる積層構造を用いてもよい。ここで、酸化イリジウム及び酸化ルテニウムの一般式におけるxは正の実数である。
On the insulating
酸素バリア膜113の上には、例えば貴金属膜又は該貴金属の導電性を有する酸化物、窒化物若しくは酸窒化物からなる下部電極114が形成されている。下部電極114には、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)又はこれらの導電性を有する酸化物、窒化物若しくは酸窒化物を用いるとよい。また、これらのうちの少なくとも2つからなる積層構造としてもよい。
On the
下部電極114の上には、例えば膜厚が0.07μmの容量絶縁膜115が形成されている。容量絶縁膜115において、強誘電体であるチタン酸バリウムストロンチウム(BaxSr1−xTiO3)(但し、xは0≦x≦1である。以下、BSTと呼ぶ。)系誘電体や、ジルコニウムチタン酸鉛(Pb(ZrxTi1−x)O3)(但し、xは0≦x≦1である。以下、PZTと呼ぶ。)若しくはジルコニウムチタン酸鉛ランタン(PbyLa1−y(ZrxTi1−x)O3)(但し、x,yは0≦x,y≦1である。)等の鉛を含むペロブスカイト系誘電体、又はタンタル酸ストロンチウムビスマス(Sr1−yBi2+xTa2O9)(但し、x,yは0≦x,y≦1である。以下、SBTと呼ぶ。)若しくはチタン酸ビスマスランタン(Bi4−xLaxTi2O12)(但し、xは0≦x≦1である。)等のビスマスを含むペロブスカイト系誘電体を用いることにより、不揮発性メモリ装置を作製することができる。
On the
また、強誘電体からなる容量絶縁膜115には、一般式がABO3(但し、AとBとは異なる元素である。)で表わされるペロブスカイト構造を有する化合物を用いることができる。
For the
ここで、元素Aは、例えば、鉛(Pb)、バリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)、ランタン(La)、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、マグネシウム(Mg)及びビスマス(Bi)からなる群より選択される少なくとも1つであり、元素Bは、例えば、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、スカンジウム(Sc)、コバルト(Co)、ハフニウム(Hf)、マグネシウム(Mg)及びモリブデン(Mo)からなる群より選択される少なくとも1つである。 Here, the element A is, for example, lead (Pb), barium (Ba), strontium (Sr), calcium (Ca), lanthanum (La), lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), magnesium. (Mg) and at least one selected from the group consisting of bismuth (Bi), and the element B is, for example, titanium (Ti), zirconium (Zr), niobium (Nb), tantalum (Ta), tungsten (W ), Iron (Fe), nickel (Ni), scandium (Sc), cobalt (Co), hafnium (Hf), magnesium (Mg), and molybdenum (Mo).
また、容量絶縁膜115は、単層の強誘電体膜に限定されず、組成が異なる複数の強誘電体膜を用いてもよく、さらには、異なる組成を傾斜させる構成としてもよい。
Further, the
また、容量絶縁膜115は、強誘電体には限定されず、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(Si3N4)、五酸化ニオブ(Nb2O5)、五酸化タンタル(Ta2O5)又は酸化アルミニウム(Al2O3)等を用いてもよい。
In addition, the
容量絶縁膜115の上には、上部電極116が形成されている。上部電極116には、例えば貴金属又は該貴金属の導電性を有する酸化物、窒化物若しくは酸窒化物を用いるとよい。また、具体的に、上部電極116には、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)又はこれらの導電性を有する酸化物、窒化物若しくは酸窒化物を用いるとよい。
An
絶縁性水素バリア膜111と容量素子117の上には、第3の層間絶縁膜118が形成されている。
A third
以下に、上記の構造を有する半導体装置の製造方法について説明する。 Below, the manufacturing method of the semiconductor device which has said structure is demonstrated.
図2(a)〜(f)、図3(a)〜(f)及び図4(a)〜(d)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示している。 2A to 2F, FIGS. 3A to 4F, and FIGS. 4A to 4D show the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. Yes.
まず、図2(a)に示すように、半導体基板101の上部に、複数の素子形成領域を区画するSTI領域102を選択的に形成する。続いて、各素子の形成領域に、例えば酸化シリコン又は酸窒化シリコンからなる膜厚が約3nmのゲート絶縁膜103と、多結晶シリコン、金属又は金属珪化物を含み膜厚が約200nmのゲート電極104とを順次形成する。続いて、ゲート電極104をマスクとして不純物イオンをイオン注入してソース領域又はドレイン領域である不純物拡散層105を形成することにより、トランジスタをそれぞれ形成する。
First, as shown in FIG. 2A, an
次に、図2(b)に示すように、CVD法により、膜厚が約1.0μmのBPSG、HDP−NSG又はO3−NSG等からなる絶縁膜を成膜し、その後、CMP法を用いて、成膜した絶縁膜の表面を平坦化することにより、膜厚が0.5μmの第1の層間絶縁膜106を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, an insulating film made of BPSG, HDP-NSG, or O 3 -NSG having a film thickness of about 1.0 μm is formed by CVD, and then CMP is performed. Then, the surface of the formed insulating film is planarized to form the first
次に、図2(c)に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第1の層間絶縁膜106に各トランジスタの一方の不純物拡散層105を露出する第3のコンタクトホール119を形成する。第3のコンタクトホール119の径は0.28μmである。
Next, as shown in FIG. 2C, a
次に、図2(d)に示すように、スパッタ法、CVD法又はめっき法により、第1の層間絶縁膜106の上に、第3のコンタクトホール119が充填されるように、コンタクトプラグ形成膜(図示せず)を成膜する。コンタクトプラグ形成膜には、タングステン等の金属、窒化チタン等の窒化金属、珪化チタン等の珪化金属、銅、又は多結晶シリコンを用いるとよい。また、コンタクトプラグ形成膜を成膜する前に、第3のコンタクトホール119の内側に、例えば半導体基板101側から順次積層されたチタン及び窒化チタンの積層膜、又はタンタル及び窒化タンタルの積層膜からなる密着層を形成してもよい。この成膜されたコンタクトプラグ形成膜に対して、第1の層間絶縁膜106が露出するまでCMP処理を行うことにより、コンタクトプラグ形成膜からなり、各トランジスタの一方の不純物拡散層105と電気的に接続される第3のコンタクトプラグ107を形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, a contact plug is formed so that the
次に、図2(e)に示すように、スパッタ法、CVD法又は減圧CVD(Low Pressure-CVD:LP−CVD)法により、第1の層間絶縁膜106の上に、例えばタングステン又は多結晶シリコンからなるビット配線形成膜108Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 2E, for example, tungsten or polycrystalline is formed on the first
次に、図2(f)に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法により、ビット配線形成膜108Aが第3のコンタクトプラグ107と接続するようにパターニングをして、ビット配線形成膜108Aからビット配線108を形成する。このとき、ビット配線108がタングステンからなる場合には、例えば塩素系ガス及びフッ素系ガスを混合したエッチングガスを用いるとよく、ビット配線108が多結晶シリコンからなる場合には、フッ素系ガスを用いるとよい。また、ビット配線108にタングステンを用いる場合には、タングステン膜を形成する前に、半導体基板101側から順次積層された例えばチタンと窒化チタンとの積層膜からなる密着層を形成してもよい。また、ビット配線108の膜厚は、例えば100nmである。
Next, as shown in FIG. 2F, patterning is performed so that the bit wiring
次に、図3(a)に示すように、CVD法により、第1の層間絶縁膜106の上に、各ビット配線108を覆うように、膜厚が約500nmのBPSG等からなる第2の層間絶縁膜109を成膜する。その後、CMP処理を行って、第2の層間絶縁膜109の表面を平坦化する。なお、第2の層間絶縁膜109におけるビット配線108の上側部分の膜厚は、例えば200nmである。
Next, as shown in FIG. 3A, a second layer of BPSG or the like having a film thickness of about 500 nm is formed on the first
次に、図3(b)に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第1の層間絶縁膜106と第2の層間絶縁膜109との積層膜に各トランジスタの第3のコンタクトプラグ107と接続された不純物拡散層105と異なる他方の不純物拡散層105を露出する第1のコンタクトホール120を形成する。第1のコンタクトホール120の径は0.28μmである。
Next, as shown in FIG. 3B, a
次に、図3(c)に示すように、スパッタ法、CVD法又はめっき法により、第2の層間絶縁膜109の上に、第1のコンタクトホール120が充填されるように、コンタクトプラグ形成膜(図示せず)を成膜する。コンタクトプラグ形成膜には、前述したように、タングステン等の金属、窒化チタン等の窒化金属、珪化チタン等の珪化金属、銅又は多結晶シリコンを用いるとよい。また、コンタクトプラグ形成膜を成膜する前に、第1のコンタクトホール120内に、例えば半導体基板101側から順次積層されたチタン及び窒化チタンの積層膜、又はタンタル及び窒化タンタルの積層膜からなる密着層を形成してもよい。この成膜されたコンタクトプラグ形成膜に対して、第2の層間絶縁膜109が露出するまでCMP処理を行うことにより、コンタクトプラグ形成膜からなり、不純物拡散層105と電気的に接続される第1のコンタクトプラグ110を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, a contact plug is formed so that the
次に、図3(d)に示すように、第1のコンタクトプラグ110を含む第2の層間絶縁膜109の上に、膜厚が0.15μmの絶縁性水素バリア膜111を形成する。この絶縁性水素バリア膜は、スパッタ法によりTiAlOを成膜するか又はプラズマCVD法若しくは熱CVD法によりSi3N4膜を成膜すればよい。
Next, as shown in FIG. 3D, an insulating
このように、容量素子の下側に絶縁性水素バリア膜を設けると、容量素子の形成後に配線の形成工程等で発生する水素が容量素子の下方から浸入し、誘電体膜を還元劣化させることを防止できる。 As described above, when the insulating hydrogen barrier film is provided on the lower side of the capacitive element, hydrogen generated in the wiring forming process after the capacitive element is formed enters from the lower side of the capacitive element, and the dielectric film is reduced and deteriorated. Can be prevented.
次に、図3(e)に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、絶縁性水素バリア膜111に、第1のコンタクトプラグ110の上面を露出する第2のコンタクトホール121を形成する。第2のコンタクトホールの径は、例えば0.16μmであり、図3(b)で径0.28μmに形成した第1のコンタクトホール120よりも小さく、少なくとも第1のコンタクトプラグ110と接続するように形成する。更には、第1のコンタクトプラグ110の上面内に位置することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 3E, a
次に、図3(f)に示すように、スパッタ法、CVD法又はめっき法により、絶縁性水素バリア膜111の上に、第2のコンタクトホール121が充填されるように、第2のコンタクトプラグ形成膜112Aを成膜する。ここで、第2のコンタクトプラグ形成膜112Aは、第3のコンタクトプラグ107又は第1のコンタクトプラグ110と同一の材料でよい。また、コンタクトプラグ形成膜を成膜する前に、第2のコンタクトホール121の内側に、窒化チタン及びチタンの積層膜又は窒化タンタル及びタンタルの積層膜からなる密着層を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 3F, the second contact hole is filled so that the
次に、図4(a)に示すように、第2のコンタクトプラグ形成膜112Aに対して、下地膜である絶縁性水素バリア膜111が露出するまでCMP処理を行い、第2のコンタクトプラグ112を形成する。ここで、下地膜が酸化シリコン膜である場合(A)と、絶縁性水素バリア膜である場合(B)との、CMP後の形状を示す。酸化シリコン膜は比較のために例示している。また、コンタクトプラグを複数描画するために、これまでの図面に対して、倍率を縮小し、第1のコンタクトプラグ110と第2のコンタクトプラグ112以外は省略する。また、わかりやすいように、CMPを行う前の下地膜の表面を基準線(図中の二点鎖線)に揃えて描画する。
Next, as shown in FIG. 4A, the second contact plug formation film 112A is subjected to CMP until the insulating
下地膜が絶縁性水素バリア膜の場合には、下地膜が酸化シリコン膜の場合と比較して、膜減り量(I)やエロージョン量(II)が小さく、その結果、例えば酸化シリコン膜の場合は、膜厚が300nm必要なのに対し、絶縁性水素バリア膜の場合には、150nmと薄くすることができる。CMPでは、スラリ中に含まれる酸化剤により、膜を酸化させる化学的な作用と、研磨剤により物理的に酸化させた膜を除去する作用を併用しており、下地膜が絶縁性水素バリア膜の場合には、その緻密性と安定性により酸化しにくいため、酸化シリコンに比べて研磨レートが非常に遅くなり、このような差が発生する。また、研磨後にはウェハのパーティクル、スラリ又は他の汚染物質を除去する目的で、フッ化水素酸(HF)による洗浄が行われる。このとき、酸化シリコンはHFによりエッチングされるのに対し、絶縁性水素バリア膜はウェットエッチされないため、必要な膜厚差は更に大きくなる。 When the base film is an insulating hydrogen barrier film, the amount of film reduction (I) and the amount of erosion (II) are smaller than when the base film is a silicon oxide film. Can be as thin as 150 nm in the case of an insulating hydrogen barrier film. In CMP, a chemical action that oxidizes a film by an oxidant contained in a slurry and an action that removes a film that is physically oxidized by an abrasive are used together, and the underlying film is an insulating hydrogen barrier film. In this case, since it is difficult to oxidize due to its denseness and stability, the polishing rate becomes very slow compared with silicon oxide, and such a difference occurs. Also, after polishing, cleaning with hydrofluoric acid (HF) is performed for the purpose of removing wafer particles, slurry or other contaminants. At this time, since the silicon oxide is etched by HF, the insulating hydrogen barrier film is not wet etched, so that the required film thickness difference is further increased.
次に、図4(b)に示すように、例えば、スパッタ法、CVD法又は有機金属気相堆積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法により、絶縁性水素バリア膜111の上の全面に、膜厚が250nmで第2のコンタクトプラグ112の酸化を防止する酸素バリア形成膜113Aを成膜する。酸素バリア膜113は、Ti/TiN/Tiの積層膜からなる。
Next, as shown in FIG. 4B, the entire surface of the insulating
次に、スパッタ法により、酸素バリア形成膜113Aの上に、白金若しくはイリジウム等の貴金属又は該貴金属の導電性を有する酸化物、窒化物若しくは酸窒化物からなり、膜厚が約100nmの下部電極形成膜114Aを成膜する。
Next, a lower electrode made of a noble metal such as platinum or iridium or an oxide, nitride or oxynitride having conductivity of the noble metal and having a film thickness of about 100 nm is formed on the oxygen
次に、有機金属化合物堆積(Metal Organic Deposition:MOD)法、スパッタ法又はMOCVD法等により、下部電極形成膜114A上に、例えば強誘電体からなり、膜厚が70nmの容量絶縁膜形成膜115Aを成膜する。容量絶縁膜形成膜115Aには、BST、PZT又はSBT等の強誘電体材料を用いるとよい。
Next, a capacitive insulating
次に、スパッタ法により、下部電極形成膜114Aの成膜条件と同等の成膜条件で、膜厚が60nmの上部電極形成膜116Aを成膜する。
Next, the upper
次に、図4(c)に示すように、リソグラフィ法と、塩素系ガス及びフッ素系ガスの混合ガスを用いたドライエッチング法とにより、酸素バリア形成膜113A、下部電極形成膜114A、容量絶縁膜形成膜115A及び上部電極形成膜116Aをパターニングし、それぞれ酸素バリア膜113、下部電極114、容量絶縁膜115及び上部電極116を形成する。これにより、下部電極114、容量絶縁膜115及び上部電極116からなる容量素子117が形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, the oxygen
なお、この例では、酸素バリア膜113、下部電極114、容量絶縁膜115及び上部電極116を一度にエッチングしたが、酸素バリア膜113と下部電極114とをエッチングする工程と、容量絶縁膜115と上部電極116とをエッチングする工程とに分けても構わない。
In this example, the
次に、図4(d)に示すように、CVD法により、絶縁性水素バリア膜111の上に、容量素子117を覆うように、BPSG等からなる第3の層間絶縁膜118を例えば1.0μmの膜厚で成膜する。その後、CMP法により、成膜した第3の層間絶縁膜118の表面を平坦化する。平坦化後の第3の層間絶縁膜118における容量素子117上の膜厚は100nm〜300nmが望ましい。
Next, as shown in FIG. 4D, a third
続いて、容量絶縁膜115を結晶化すると共に膜質を向上するために、高温で且つ酸素雰囲気下において熱処理を行う。なお、この熱処理は、炉を用いるアニールでも良く、急速加熱処理(Rapid Thermal Anneal:RTA)であってもよい。加熱温度は600℃以上且つ850℃以下であることが好ましい。
Subsequently, heat treatment is performed at a high temperature and in an oxygen atmosphere in order to crystallize the
以降、図示しないが、第3の層間絶縁膜118、絶縁性水素バリア膜111、第2の層間絶縁膜109及び第1の層間絶縁膜106からなる積層膜に、他の不純物拡散層105と接続するコンタクトプラグを形成し、その後、一般的なアルミニウム(Al)や銅(Cu)からなる配線を形成する。
Thereafter, although not shown in the figure, the other
一般に、コンタクトプラグを形成する層間絶縁膜が厚い、つまりアスペクト比の値が大きい場合には、エッチングガスがホール内部に入りにくくなり、ホールの途中でエッチングが止まる、いわゆるエッチストップが発生しやすい。また、コンタクトホールが深い場合には、プラグ形成膜をホール内に十分に埋め込めず、導通不良が発生しやすい。しかし、本実施形態では、前述したように、第2のコンタクトプラグ112を形成する層間絶縁膜に、絶縁性水素バリア膜111を用いることにより、第2のコンタクトプラグ112を形成する層間絶縁膜を薄くすることができる。本実施形態では、第1のコンタクトプラグ110を形成する第1の層間絶縁膜106の膜厚は、0.8μmであるのに対して、第2のコンタクトプラグ112を形成する絶縁性水素バリア膜111の膜厚は0.15μmである。その結果、第2のコンタクトプラグ112を第1のコンタクトプラグ110より小さく形成することができ、その分だけ、メモリセルサイズを小さくすることができる。
In general, when the interlayer insulating film for forming the contact plug is thick, that is, the aspect ratio is large, the etching gas is difficult to enter the hole, and so-called etch stop is likely to occur. In addition, when the contact hole is deep, the plug formation film cannot be sufficiently embedded in the hole, and a conduction failure is likely to occur. However, in this embodiment, as described above, by using the insulating
図1(b)には、本実施形態における平面図及び各部の寸法を示す。ここで、従来例に対して、第2のコンタクトプラグ112の径を第1のコンタクトプラグ110の径よりも小さく形成することによりメモリセルサイズを小さくすることができることを説明する。
FIG. 1B shows a plan view and dimensions of each part in the present embodiment. Here, it is described that the memory cell size can be reduced by forming the diameter of the
図1(b)に示すように、第2のコンタクトプラグ112の径を0.16μmで形成した場合に、酸素バリア膜113の側面と第2のコンタクトプラグ112との必要な距離は、従来例と同一である。このため、コンタクトプラグを小さくした分だけメモリセルを小さくすることができる。本実施形態においては、メモリセルサイズは5.12μm2であり、従来例に対して、その86%程度に縮小することができる。
As shown in FIG. 1B, when the diameter of the
また、第2のコンタクトプラグ112とゲート電極104との距離、第1のコンタクトプラグ110とゲート電極104との距離は0.10μmであり、容量素子のサイズが更に小さくなると、第2のコンタクトプラグ112は酸素バリア膜113の中心位置に設けることができなくなる。
Further, the distance between the
本実施形態において、絶縁性水素バリア膜111を第1の層間絶縁膜106と第2の層間絶縁膜109からなる積層膜に対して薄く形成することにより、第2のコンタクトプラグ112を小さく形成することができる。ここで、第2のコンタクトプラグ112のアスペクト比の値は1以下にすることが好ましい。このようにすることにより、第2のコンタクトプラグ112を容易に小さく形成することができる。本実施形態において、第2のコンタクトプラグ112の径は0.16μmであり、高さは0.15μmであり、アスペクト比の値は1以下である。このため、第2のコンタクトプラグ112を第1のコンタクトプラグ110よりも容易に小さく形成することができる。
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置について説明する。
In the present embodiment, the insulating
(Second Embodiment)
The semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described below.
図5(a)は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の断面構造を示している。 FIG. 5A shows a cross-sectional structure of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
図5(a)において、半導体基板101から第1の層間絶縁膜106までの層の構造は、第1の実施形態に係る半導体基板101から第1の層間絶縁膜106までの層の構造と同一であるため、繰り返しの説明は省略する。
In FIG. 5A, the layer structure from the
上面が平坦化された第1の層間絶縁膜106の上には、第1のコンタクトプラグ201と電気的に接続され、タングステン又は多結晶シリコンからなる第1の導電膜202B及び第2の導電膜202Cが選択的に形成されている。第1の層間絶縁膜106の上には、第1の導電膜202B及び第2の導電膜202Cを覆うように第2の層間絶縁膜203が形成されている。この第2の層間絶縁膜203は例えば酸化シリコンからなり、第1の導電膜202B及び第2の導電膜202Cの上側部分の膜厚は、例えば150nmである。また、第2の層間絶縁膜203には、第1の導電膜202Bと電気的に接続される第2のコンタクトプラグ204が形成されている。ここで、第2のコンタクトプラグの径は第1のコンタクトプラグの径よりも小さい。
A first
また、上面が平坦化された第2の層間絶縁膜203の上には、第2のコンタクトプラグ204とそれぞれ電気的に接続され、且つ、第2の層間絶縁膜203上における第2のコンタクトプラグ204とその周辺部分を覆う複数の酸素バリア膜205が形成されている。酸素バリア膜205は、Ti/TiN/Tiの積層膜からなる。
On the second
また、酸素バリア膜205上には、例えば貴金属膜又は該貴金属の導電性を有する酸化物、窒化物若しくは酸窒化物からなる下部電極206が形成されている。また、下部電極206の上には、例えば70nmの膜厚の容量絶縁膜207が形成されている。また、容量絶縁膜207上には、上部電極208が形成されている。また、第2の層間絶縁膜203の上には、容量素子209を埋めるように第3の層間絶縁膜210が形成されている。
On the
以下に、上記の構造を有する半導体装置の製造方法について説明する。 Below, the manufacturing method of the semiconductor device which has said structure is demonstrated.
図6(a)〜(e)及び図7(a)〜(c)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示している。 6A to 6E and FIGS. 7A to 7C show a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps.
本実施形態において、半導体基板101から第1のコンタクトプラグ201までの製造方法は、第1の実施形態における図2(a)〜(d)までの工程と同じであるため、繰り返しの説明は省略する。
In the present embodiment, the manufacturing method from the
まず、図6(a)に示すように、スパッタ法、CVD法又はLP−CVDにより、第1の層間絶縁膜106の上に、例えばタングステン又は多結晶シリコンからなる導電膜形成膜202Aを形成する。
First, as shown in FIG. 6A, a conductive
次に、図6(b)に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法により、導電膜形成膜202Aを第1のコンタクトプラグ201と接続されるようにパターニングをして、導電膜形成膜202Aから第1の導電膜202B及び第2の導電膜202Cを形成する。第1の導電膜202B及び第2の導電膜202Cの膜厚は例えば100nmである。
Next, as shown in FIG. 6B, the conductive
次に、図6(c)に示すように、CVD法により、層間絶縁膜106の上に、第1の導電膜202B及び第2の導電膜202Cを覆うように、膜厚が約500nmのBPSG等からなる第2の層間絶縁膜203を成膜した後、CMP処理を行なって、その表面を平坦化する。なお、第2の層間絶縁膜203における第1の導電膜202B及び第2の導電膜202Cの上側部分の膜厚は、例えば200nmである。ここで、第2の導電膜202Cはビット配線となり、第1の導電膜202Bは以降の工程で形成される第2のコンタクトプラグ204と第1のコンタクトプラグ201とを接続する接続部となる。
Next, as shown in FIG. 6C, a BPSG film having a thickness of about 500 nm is formed on the
次に、図6(d)に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第2の層間絶縁膜203に、第1の導電膜202Bを露出する第2のコンタクトホール211を形成する。コンタクトホールの径は例えば0.16μmである。
Next, as shown in FIG. 6D, a
次に、図6(e)に示すように、スパッタ法、CVD法又はめっき法により、第2の層間絶縁膜203の上に、第2のコンタクトホール211が充填されるように、コンタクトプラグ形成膜(図示せず)を成膜し、続いて、このコンタクトプラグ形成膜に対して、第2の層間絶縁膜203が露出するまでCMP処理を行うことにより、コンタクトプラグ形成膜からなり、第1の導電膜202Bと電気的に接続される第2のコンタクトプラグ204を形成する。
Next, as shown in FIG. 6E, a contact plug is formed so that the
次に、図7(a)に示すように、例えば、スパッタ法、CVD法又はMOCVD法により、第2の層間絶縁膜203上の全面に、膜厚が例えば250nmで、第2のコンタクトプラグ204の酸化を防止する酸素バリア形成膜205Aを成膜する。酸素バリア形成膜205Aは、Ti/TiN/Tiの積層膜からなる。
Next, as shown in FIG. 7A, the
次に、スパッタ法により、酸素バリア形成膜205Aの上に、白金若しくはイリジウム等の貴金属又は該貴金属の導電性を有する酸化物、窒化物若しくは酸窒化物からなり、膜厚が例えば約100nmの下部電極形成膜206Aを成膜する。
Next, by sputtering, the oxygen
次に、MOD法、スパッタ法又はMOCVD法等により、下部電極形成膜206A上に、例えば強誘電体からなり、膜厚が例えば40nmの容量絶縁膜形成膜207Aを成膜する。
Next, a capacitive insulating
次に、スパッタ法により、下部電極形成膜206Aの成膜条件と同等の成膜条件で、膜厚が例えば60nmの上部電極形成膜208Aを成膜する。
Next, an upper
次に、図7(b)に示すように、リソグラフィ法と、塩素系ガス及びフッ素系ガスの混合ガスを用いたドライエッチング法とにより、酸素バリア形成膜205A、下部電極形成膜206A、容量絶縁膜形成膜207A及び上部電極形成膜208Aをパターニングし、それぞれ酸素バリア膜205、下部電極206、容量絶縁膜207及び上部電極208を形成する。これにより、下部電極206、容量絶縁膜207及び上部電極208からなる容量素子209が形成される。
Next, as shown in FIG. 7B, the oxygen
なお、この例では、酸素バリア膜205、下部電極206、容量絶縁膜207及び上部電極208を一度にエッチングしたが、酸素バリア膜205と下部電極206とをエッチングする工程と、容量絶縁膜207と上部電極208とをエッチングする工程とに分けても構わない。
In this example, the
次に、図7(c)に示すように、CVD法により、第2の層間絶縁膜203の上に、容量素子209を覆うように、BPSG等からなる、膜厚が例えば1.0μmの第3の層間絶縁膜210を成膜する。その後、CMP法により、成膜した第3の層間絶縁膜210の表面を平坦化する。平坦化後の第3の層間絶縁膜210における容量素子209の上側部分の膜厚は100nm〜300nmが望ましい。
Next, as shown in FIG. 7C, by CVD, the second
続いて、容量絶縁膜207を結晶化すると共に膜質を向上するために、高温で且つ酸素雰囲気下において熱処理を行う。なお、この熱処理は、炉を用いるアニールでも良く又はRTAであってもよい。加熱温度は600℃以上且つ850℃以下であることが好ましい。
Subsequently, heat treatment is performed at a high temperature and in an oxygen atmosphere in order to crystallize the
以降、図示しないが、第3の層間絶縁膜210、第2の層間絶縁膜203及び第1の層間絶縁膜106からなる積層膜に、他の不純物拡散層105と接続するコンタクトプラグを形成し、一般的なAlやCuからなる配線を形成する。
Thereafter, although not shown, a contact plug connected to the other
図5(b)には、本実施形態における平面図及び各部の寸法を示す。ここで、従来例に対して、第2のコンタクトプラグ204の径を第1のコンタクトプラグ201の径よりも小さく形成することでメモリセルサイズを小さくできることを説明する。
FIG. 5B shows a plan view and dimensions of each part in the present embodiment. Here, as compared with the conventional example, it will be described that the memory cell size can be reduced by forming the diameter of the
図5(b)に示すように、第2のコンタクトプラグ204を0.16μmで形成した場合に、酸素バリア膜205の側面と第2のコンタクトプラグ204の必要距離は従来例と同一である。このため、コンタクトプラグを小さくした分だけメモリセルを小さくすることができる。本実施形態においては、メモリセルサイズは、5.12μm2となり、従来例に対して、その86%程度に縮小することができる。
As shown in FIG. 5B, when the
また、第2の層間絶縁膜203における第1の導電膜202B及び第2の導電膜202Cの上側部分の膜厚が、第1の層間絶縁膜106の膜厚よりも薄いことが好ましい。この場合、第2のコンタクトプラグ204を第1のコンタクトプラグ201よりも容易に小さく形成することができる。
In addition, it is preferable that the film thickness of the upper part of the first
また、第2の層間絶縁膜203として絶縁性水素バリア膜を用いることが好ましい。この場合、コンタクトプラグを形成するCMP時の膜減り量やエロージョン量を減らすことができるため、絶縁性水素バリア膜を薄く形成することができる。これにより、第2のコンタクトプラグ204を第1のコンタクトプラグ201より容易に小さく形成することができる。
In addition, an insulating hydrogen barrier film is preferably used as the second
また、第1の導電膜202B及び第2の導電膜202Cを形成する工程は、容量素子209の下層に配置されるビット配線(容量素子下置きビット線)と共に形成されることが好ましい。このビット配線は、容量素子の記憶データを読み出したり、書き換えたりする配線であり、容量素子の上に配置する容量素子上置きビット線、容量素子の下に配置する容量素子下置きビット線がある。特に、容量素子の下に配置する構造は、メモリセルの微細化に有効であり、このビット配線を上記した導電膜と兼ねることにより、追加工程が全くなく、低コストの半導体装置を作製することが可能となる。
(第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例)
図8(a)〜(e)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を工程順に示している。
In addition, the step of forming the first
(Modification of the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment)
8A to 8E show a modification of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps.
この工程は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法における図6(c)に示す第2の層間絶縁膜を形成する工程に相当し、それ以外の工程については説明を省略する。 This step corresponds to the step of forming the second interlayer insulating film shown in FIG. 6C in the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and the description of the other steps is omitted. To do.
まず、図8(a)に示すように、第1の導電膜202Bを覆うように、酸化シリコン膜212を形成し、第1の導電膜202BをストッパーとするCMPにより、第1の導電膜202Bの上面と同一平面になるように酸化シリコン膜212を研磨する。
First, as shown in FIG. 8A, a
次に、図8(b)に示すように、第1の導電膜202Bと酸化シリコン膜212の上に、絶縁性水素バリア膜213を形成する。絶縁性水素バリア膜213の膜厚は例えば100nmである。
Next, as illustrated in FIG. 8B, an insulating
次に、図8(c)に示すように、リソグラフィ法とドライエッチ法により、絶縁性水素バリア膜213を貫通し、第1の導電膜202Bを底面とする第2のコンタクトホール211を形成する。第2のコンタクトホールの径は、例えば0.14μmである。
Next, as shown in FIG. 8C, a
次に、図8(d)に示すように、第2のコンタクトホール211を埋め込むように絶縁性バリア膜213上に第2のコンタクトプラグ形成膜204Aを成膜する。
Next, as illustrated in FIG. 8D, a second contact
次に、図8(e)に示すように、第2のコンタクトホール211以外の第2のコンタクトプラグ形成膜204Aを除去し、第2のコンタクトプラグ204を形成する。
Next, as shown in FIG. 8E, the second contact
この方法では、第2の層間絶縁膜として絶縁性水素バリア膜213を形成した場合に、第2の層間絶縁膜をCMP法で研磨して平坦化する製造方法と比較して、絶縁性水素バリア膜213を研磨しないため、絶縁性水素バリア膜213のばらつきが小さく、更に膜厚を薄く形成できるので、コンタクトプラグを更に小さく形成できる。
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置について説明する。
In this method, when the insulating
(Third embodiment)
A semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described below.
図9(a)は本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の断面構造を示している。 FIG. 9A shows a cross-sectional structure of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
図9(a)において、半導体基板から第1の層間絶縁膜までの層の構造は、第1の実施形態に係る半導体基板101から第1の層間絶縁膜106までの層の構造と同一であるため、繰り返しの説明は省略する。
In FIG. 9A, the layer structure from the semiconductor substrate to the first interlayer insulating film is the same as the layer structure from the
上面が平坦化された第1の層間絶縁膜106の上には、第1のコンタクトプラグ301と電気的に接続され、タングステン又は多結晶シリコンからなる第1の導電膜302B及び第2の導電膜302Cが選択的に形成されている。第1の層間絶縁膜106の上には、第1の導電膜302B及び第2の導電膜302Cを覆うように第2の層間絶縁膜303が形成されている。この第2の層間絶縁膜303は例えば酸化シリコンからなり、第1の導電膜302B及び第2の導電膜302Cの上側部分の膜厚は150nmである。また、第2の層間絶縁膜303には、第1の導電膜302Bと電気的に接続される第2のコンタクトプラグ304が形成されている。
A first
また、上面が平坦化された第2の層間絶縁膜303の上には、第2のコンタクトプラグ304とそれぞれ電気的に接続され、且つ、第2の層間絶縁膜303上における第2のコンタクトプラグ304とその周辺部分を覆う複数の酸素バリア膜305が形成されている。この酸素バリア膜305は、例えば、下からチタンアルミナイトライド(TiAlN)、イリジウム(Ir)及びイリジウムオキサイド(IrOx)からなる積層膜である。
In addition, the
また、酸素バリア膜305上には、例えば貴金属又は該貴金属の導電性を有する酸化物、窒化物若しくは酸窒化物からなる下部電極306が形成されている。また、下部電極306の上には、例えば60nmの膜厚の容量絶縁膜307が形成されている。また、容量絶縁膜307上には、上部電極308が形成されている。また、第2の層間絶縁膜303の上には、容量素子309を埋めるように第3の層間絶縁膜310が形成されている。
On the
第3の実施形態において、第1のコンタクトプラグ301は、第1の導電膜302Bを介して第2のコンタクトプラグ304の中心位置からゲート電極104と反対側にずれて形成されている。
In the third embodiment, the
以下に、上記の構造を有する半導体装置の製造方法について説明する。 Below, the manufacturing method of the semiconductor device which has said structure is demonstrated.
図10(a)〜(d)及び、図11(a)〜(d)は本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示している。 10A to 10D and FIGS. 11A to 11D show a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention in the order of steps.
本実施形態において、半導体基板101から第1のコンタクトプラグ107までの製造方法は、第1の実施形態における図2(a)〜(d)までの工程と同じため、繰り返しの説明は省略する。
In the present embodiment, the manufacturing method from the
まず、図10(a)に示すように、スパッタ法、CVD法又はLP−CVDにより、第1の層間絶縁膜106の上に、例えばタングステン又は多結晶シリコンからなる導電膜形成膜302Aを形成する。
First, as shown in FIG. 10A, a conductive
次に、図10(b)に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法により、導電膜形成膜302Aを第1のコンタクトプラグ301と接続されるようにパターニングして、導電膜形成膜302Aから第1の導電膜302B及び第2の導電膜302Cを形成する。第1の導電膜302B及び第2の導電膜302Cの膜厚は例えば100nmである。ここで、第1の導電膜302Bの内側の端部はゲート電極104の端部とその上方で重なるように形成されている。
Next, as shown in FIG. 10B, the conductive
次に、図10(c)に示すように、CVD法により、第1の層間絶縁膜106の上に、第1の導電膜302B及び第2の導電膜302Cを覆うように、膜厚が約500nmのBPSG等からなる第2の層間絶縁膜303を成膜した後に、CMP処理を行って、その表面を平坦化する。なお、第2の層間絶縁膜303における第1の導電膜302B及び第2の導電膜302Cの上側部分の膜厚は、例えば150nmである。ここで、第2の導電膜302Cはビット配線となり、第1の導電膜302Bは以降の工程で形成される第2のコンタクトプラグ305と第1のコンタクトプラグ301とを接続する接続部となる。
Next, as illustrated in FIG. 10C, the film thickness is approximately over the first
次に、図10(d)に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第2の層間絶縁膜303に、第1の導電膜302Bにおける第2の導電膜302C側の端部を露出する第2のコンタクトホール311を形成する。第2のコンタクトホールの径は例えば0.16μmである。
Next, as shown in FIG. 10D, the end portion of the first
次に、図11(a)に示すように、スパッタ法、CVD法又はめっき法により、第2の層間絶縁膜303の上に、第2のコンタクトホール311が充填されるように、コンタクトプラグ形成膜(図示せず)を成膜し、続いて、このコンタクトプラグ形成膜に対して、第2の層間絶縁膜303が露出するまでCMP処理を行って、コンタクトプラグ形成膜からなり、第1の導電膜302Bと電気的に接続される第2のコンタクトプラグ304を形成する。
Next, as shown in FIG. 11A, a contact plug is formed so that the
次に、図11(b)に示すように、例えば、スパッタ法、CVD法又はMOCVD法により、第2の層間絶縁膜303上の全面に、第2のコンタクトプラグ304の酸化を防止するために、例えば膜厚が250nmの酸素バリア形成膜305Aを成膜する。この酸素バリア形成膜305Aは、例えば、下からチタンアルミナイトライド(TiAlN)、イリジウム(Ir)及びイリジウムオキサイド(IrOx)からなる積層膜である。
Next, as shown in FIG. 11B, the
次に、スパッタ法により、酸素バリア形成膜306Aの上に、白金若しくはイリジウム等の貴金属又は該貴金属導電性を有する酸化物、窒化物若しくは酸窒化物からなり、膜厚が約100nmの下部電極形成膜306Aを成膜する。
Next, by sputtering, a lower electrode having a thickness of about 100 nm is formed on the oxygen
次に、MOD法、スパッタ法又はMOCVD法等により、下部電極形成膜306A上に、例えば強誘電体からなり、例えば膜厚が40nmの容量絶縁膜形成膜307Aを成膜する。
Next, a capacitive insulating
次に、スパッタ法により、下部電極形成膜306Aの成膜条件と同等の成膜条件で、例えば膜厚が60nmの上部電極形成膜308Aを成膜する。
Next, an upper
次に、図11(c)に示すように、リソグラフィ法と、塩素系ガス及びフッ素系ガスの混合ガスを用いたドライエッチング法とにより、酸素バリア形成膜305A、下部電極形成膜306A、容量絶縁膜形成膜307A及び上部電極形成膜308Aをパターニングし、それぞれ酸素バリア膜305、下部電極306、容量絶縁膜307及び上部電極308を形成する。これにより、下部電極306、容量絶縁膜307及び上部電極308からなる容量素子309が形成される。
Next, as shown in FIG. 11C, the oxygen
なお、この例では、酸素バリア膜305、下部電極306、容量絶縁膜307及び上部電極308を一度にエッチングしたが、酸素バリア膜305と下部電極306とをエッチングする工程と、容量絶縁膜307と上部電極308とをエッチングする工程とに分けても構わない。
In this example, the
次に、図11(d)に示すように、CVD法により、第2の層間絶縁膜303の上に、容量素子309を覆うように、BPSG等からなる、膜厚が例えば1.0μmの第3の層間絶縁膜310を成膜する。その後、CMP法により、成膜した第3の層間絶縁膜310の表面を平坦化する。平坦化後の第3の層間絶縁膜310における容量素子の上側部分の膜厚は100nm〜300nmが望ましい。
Next, as shown in FIG. 11D, a CVD method is used to cover the
続いて、容量絶縁膜307を結晶化すると共に膜質を向上するために、高温で且つ酸素雰囲気下において熱処理を行う。なお、この熱処理は、炉を用いるアニールでもよく又はRTAであってもよい。加熱温度は600℃以上且つ850℃以下であることが好ましい。
Subsequently, heat treatment is performed at a high temperature and in an oxygen atmosphere in order to crystallize the
以降、図示しないが、第3の層間絶縁膜310、第2の層間絶縁膜303及び第1の層間絶縁膜106の積層膜からなる、他の不純物拡散層105と接続するコンタクトプラグを形成し、一般的なAlやCuからなる配線を形成する。
Thereafter, although not shown, a contact plug made of a laminated film of the third
本実施形態では、第1のコンタクトプラグ301を容量素子309の中心位置と異なる位置に設けている場合においても、第2のコンタクトプラグ304を酸素バリア膜305の中央に設けることができるため、酸素バリア膜305の側面と第2のコンタクトプラグ304との距離Xを大きく確保することができる。
In the present embodiment, even when the
図9(b)には、本実施形態における平面図及び各部の寸法を示す。ここで、第3の実施形態においては、容量素子309のサイズが小さいため、第1のコンタクトプラグ301が酸素バリア膜305の中央からずれた位置に配置される。従来例のように、第2のコンタクトプラグ304を第1のコンタクトプラグ301の真上に配置した場合、酸素バリア膜305の側面とコンタクトプラグとの距離がある方向で小さくなり、コンタクト歩留りが悪化しない距離をこの箇所で確保することができない。これに対して、本実施形態では、第1の導電膜302Bを第1のコンタクトプラグ301と第2のコンタクトプラグ304との間に介在させることにより、容量素子309のサイズを小さい状態に維持するために第1のコンタクトプラグ301を酸素バリア膜305の中央からずれた位置に配置しても、酸素バリア膜305の中心位置に第2のコンタクトプラグ304を設けることができるため、酸素バリア膜305の側面と第2のコンタクトプラグ304との距離を大きくすることができる。
FIG. 9B shows a plan view and dimensions of each part in the present embodiment. Here, in the third embodiment, since the size of the
本実施形態では、酸素バリア膜305の最下層にTiAlNを用いているため、距離Xを0.35μmまで減少しても問題はない。また、酸素バリア膜305間のスペースは0.24μm、第2のコンタクトプラグ304の径は0.16μmであり、メモリセルサイズは2.42μm2となり、従来例に対して、その41%程度に縮小することができる。
In this embodiment, since TiAlN is used for the lowermost layer of the
また、第2の層間絶縁膜における導電膜上の膜厚が、第1の層間絶縁膜の膜厚よりも薄いことが好ましい。この場合、第2のコンタクトプラグ304を第1のコンタクトプラグ301よりも容易に小さく形成することができる。
In addition, it is preferable that the film thickness on the conductive film in the second interlayer insulating film is smaller than the film thickness of the first interlayer insulating film. In this case, the
また、第2の層間絶縁膜303に絶縁性水素バリア膜を用いることが好ましい。この場合、第2のコンタクトプラグ304を形成するCMP時の膜減り量やエロージョン量を減らすことができるため、絶縁性水素バリア膜を薄く形成することができる。これにより、第2のコンタクトプラグを第1のコンタクトプラグよりも容易に小さくできる。
In addition, an insulating hydrogen barrier film is preferably used for the second
また、第1の導電膜302B及び第2の導電膜302Cを形成する工程は、容量素子の下層に配置されるビット配線(容量素子下置きビット線)と共に形成されることが好ましい。これにより、追加工程が全くなく、低コストの半導体装置を作製することが可能となる。
In addition, the step of forming the first
本発明に係る半導体装置及びその製造方法は、容量素子下層のコンタクトプラグの酸化を防止しつつ、メモリセルサイズの縮小が可能であり、特にコンタクトプラグの上に容量素子を有するスタック型構造の誘電体メモリ素子を含む半導体装置及びその製造方法等に有用である。 The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention can reduce the size of the memory cell while preventing the oxidation of the contact plug under the capacitive element, and in particular, the dielectric of the stack type structure having the capacitive element on the contact plug. The present invention is useful for a semiconductor device including a body memory element and a manufacturing method thereof.
101 半導体基板
102 シャロウトレンチ分離領域
103 ゲート絶縁膜
104 ゲート電極
105 不純物拡散層
106 第1の層間絶縁膜
107 第3のコンタクトプラグ
108A ビット配線形成膜
108 ビット配線
109 第2の層間絶縁膜
110 第1のコンタクトプラグ
111 絶縁性水素バリア膜
112A 第2のコンタクトプラグ形成膜
112 第2のコンタクトプラグ
113A 酸素バリア形成膜
113 酸素バリア膜
114A 下部電極形成膜
114 下部電極
115A 容量絶縁膜形成膜
115 容量絶縁膜
116A 上部電極形成膜
116 上部電極
117 容量素子
118 第3の層間絶縁膜
119 第3のコンタクトホール
120 第1のコンタクトホール
121 第2のコンタクトホール
201 第1のコンタクトプラグ
202A 導電膜形成膜
202B 第1の導電膜
202C 第2の導電膜
203 第2の層間絶縁膜
204A 第2のコンタクトプラグ形成膜
204 第2のコンタクトプラグ
205A 酸素バリア形成膜
205 酸素バリア膜
206A 下部電極形成膜
206 下部電極
207A 容量絶縁膜形成膜
207 容量絶縁膜
208A 上部電極形成膜
208 上部電極膜
209 容量素子
210 第3の層間絶縁膜
211 第2のコンタクトホール
212 酸化シリコン膜
213 絶縁性水素バリア膜
301 第1のコンタクトプラグ
302A 導電膜形成膜
302B 第1の導電膜
302C 第2の導電膜
303 第2の層間絶縁膜
304 第2のコンタクトプラグ
305A 酸素バリア形成膜
305 酸素バリア膜
306A 下部電極形成膜
306 下部電極
307A 容量絶縁膜形成膜
307 容量絶縁膜
308A 上部電極形成膜
308 上部電極
309 容量素子
310 第3の層間絶縁膜
311 第2のコンタクトホール
101 Semiconductor substrate 102 Shallow trench isolation region 103 Gate insulating film 104 Gate electrode 105 Impurity diffusion layer 106 First interlayer insulating film 107 Third contact plug 108A Bit wiring forming film 108 Bit wiring 109 Second interlayer insulating film 110 First Contact plug 111 Insulating hydrogen barrier film 112A Second contact plug formation film 112 Second contact plug 113A Oxygen barrier formation film 113 Oxygen barrier film 114A Lower electrode formation film 114 Lower electrode 115A Capacitance insulation film formation film 115 Capacitance insulation film 116A Upper electrode formation film 116 Upper electrode 117 Capacitor element 118 Third interlayer insulating film 119 Third contact hole 120 First contact hole 121 Second contact hole 201 First contact plug 02A Conductive film formation film 202B First conductive film 202C Second conductive film 203 Second interlayer insulating film 204A Second contact plug formation film 204 Second contact plug 205A Oxygen barrier formation film 205 Oxygen barrier film 206A Lower electrode Formation film 206 Lower electrode 207A Capacitance insulation film formation film 207 Capacitance insulation film 208A Upper electrode formation film 208 Upper electrode film 209 Capacitor element 210 Third interlayer insulation film 211 Second contact hole 212 Silicon oxide film 213 Insulating hydrogen barrier film 301 First contact plug 302A Conductive film forming film 302B First conductive film 302C Second conductive film 303 Second interlayer insulating film 304 Second contact plug 305A Oxygen barrier forming film 305 Oxygen barrier film 306A Lower electrode forming film 306 Lower electrode 3 7A capacitor insulating film formation film 307 capacitor insulating film 308A forming the upper electrode film 308 upper electrode 309 capacitive element 310 third interlayer insulating film 311 second contact hole
Claims (27)
前記層間絶縁膜を貫通し、前記半導体基板と接続する第1のコンタクトプラグと、
前記層間絶縁膜の上に前記第1のコンタクトプラグを覆うように形成された絶縁性水素バリア膜と、
前記絶縁性水素バリア膜を貫通し、前記第1のコンタクトプラグと接続する第2のコンタクトプラグと、
前記絶縁性水素バリア膜の上に、前記第2のコンタクトプラグと接続され且つ前記第2のコンタクトプラグを覆うように形成された酸素バリア膜と、
前記酸素バリア膜の上に形成された容量素子とを備え、
前記第2のコンタクトプラグは、その径が前記第1のコンタクトプラグの径よりも小さいことを特徴とする半導体装置。 An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate;
A first contact plug passing through the interlayer insulating film and connected to the semiconductor substrate;
An insulating hydrogen barrier film formed on the interlayer insulating film so as to cover the first contact plug;
A second contact plug penetrating the insulating hydrogen barrier film and connected to the first contact plug;
An oxygen barrier film formed on the insulating hydrogen barrier film so as to be connected to the second contact plug and to cover the second contact plug;
A capacitive element formed on the oxygen barrier film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second contact plug has a diameter smaller than that of the first contact plug.
前記第1の層間絶縁膜を貫通し、前記半導体基板の接続する第1のコンタクトプラグと、
前記第1の層間絶縁膜の上に前記第1のコンタクトプラグと接続するように形成された導電膜と、
前記第1の層間絶縁膜の上に前記導電膜を覆うように形成された第2の層間絶縁膜と、
前記第2の層間絶縁膜を貫通し、前記導電膜と接続する第2のコンタクトプラグと、
前記第2の層間絶縁膜の上に、前記第2のコンタクトプラグと接続され且つ前記第2のコンタクトプラグを覆うように形成された酸素バリア膜と、
前記酸素バリア膜の上に形成された容量素子とを備え、
前記第2のコンタクトプラグは、その径が前記第1のコンタクトプラグの径よりも小さいことを特徴とする半導体装置。 A first interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate;
A first contact plug penetrating the first interlayer insulating film and connected to the semiconductor substrate;
A conductive film formed on the first interlayer insulating film so as to be connected to the first contact plug;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film so as to cover the conductive film;
A second contact plug penetrating through the second interlayer insulating film and connected to the conductive film;
An oxygen barrier film formed on the second interlayer insulating film so as to be connected to the second contact plug and to cover the second contact plug;
A capacitive element formed on the oxygen barrier film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second contact plug has a diameter smaller than that of the first contact plug.
前記第1の層間絶縁膜を貫通し、前記半導体基板と接続する第1のコンタクトプラグと、
前記第1の層間絶縁膜の上に前記第1のコンタクトプラグと接続するように形成された導電膜と、
前記第1の層間絶縁膜の上に前記導電膜を覆うように形成された第2の層間絶縁膜と、
前記第2の層間絶縁膜を貫通し、前記導電膜と接続する第2のコンタクトプラグと、
前記第2の層間絶縁膜の上に、前記第2のコンタクトプラグと接続され且つ前記第2のコンタクトプラグを覆うように形成された酸素バリア膜と、
前記酸素バリア膜の上に形成された容量素子とを備え、
前記第1のコンタクトプラグは、前記酸素バリア膜における面内の中心位置と異なる位置に設けられ、前記第2のコンタクトプラグは、前記酸素バリア膜における面内の中心位置に設けられていることを特徴とする半導体装置。 A first interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate;
A first contact plug passing through the first interlayer insulating film and connected to the semiconductor substrate;
A conductive film formed on the first interlayer insulating film so as to be connected to the first contact plug;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film so as to cover the conductive film;
A second contact plug penetrating through the second interlayer insulating film and connected to the conductive film;
An oxygen barrier film formed on the second interlayer insulating film so as to be connected to the second contact plug and to cover the second contact plug;
A capacitive element formed on the oxygen barrier film,
The first contact plug is provided at a position different from the center position in the plane of the oxygen barrier film, and the second contact plug is provided at a center position in the plane of the oxygen barrier film. A featured semiconductor device.
前記層間絶縁膜を貫通し、前記半導体基板と接続する第1のコンタクトプラグを形成する工程(b)と、
前記層間絶縁膜の上に前記第1のコンタクトプラグを覆うように絶縁性水素バリア膜を形成する工程(c)と、
前記絶縁性水素バリア膜を貫通し、前記第1のコンタクトプラグと接続する第2のコンタクトプラグを形成する工程(d)と、
前記絶縁性水素バリア膜の上に、前記第2のコンタクトプラグと接続し且つ前記第2のコンタクトプラグを覆うように酸素バリア膜を形成する工程(e)と、
前記酸素バリア膜の上に、下層より順に下部電極、容量絶縁膜及び上部電極を形成して、前記下部電極、容量絶縁膜及び上部電極から容量素子を形成する工程(f)とを備え、
前記工程(d)において、前記第2のコンタクトプラグの径を前記第1のコンタクトプラグの径よりも小さく形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate (a);
Forming a first contact plug penetrating the interlayer insulating film and connected to the semiconductor substrate;
(C) forming an insulating hydrogen barrier film on the interlayer insulating film so as to cover the first contact plug;
Forming a second contact plug penetrating the insulating hydrogen barrier film and connected to the first contact plug;
Forming an oxygen barrier film on the insulating hydrogen barrier film so as to connect to the second contact plug and cover the second contact plug;
A step (f) of forming a lower electrode, a capacitive insulating film and an upper electrode in order from the lower layer on the oxygen barrier film, and forming a capacitive element from the lower electrode, the capacitive insulating film and the upper electrode;
In the step (d), the diameter of the second contact plug is formed smaller than the diameter of the first contact plug.
前記第1の層間絶縁膜を貫通し、前記半導体基板と接続する第1のコンタクトプラグを形成する工程(b)と、
前記第1の層間絶縁膜の上に、前記第1のコンタクトプラグと接続し且つ前記第1のコンタクトプラグを覆うように導電膜を形成する工程(c)と、
前記第1の層間絶縁膜の上に前記導電膜を覆うように第2の層間絶縁膜を形成する工程(d)と、
前記第2の層間絶縁膜を貫通し、前記導電膜と接続する第2のコンタクトプラグを形成する工程(e)と、
前記第2の層間絶縁膜の上に、前記第2のコンタクトプラグと接続し且つ前記第2のコンタクトプラグを覆うように酸素バリア膜を形成する工程(f)と、
前記酸素バリア膜の上に、下層より順に下部電極、容量絶縁膜及び上部電極を形成して、前記下部電極、容量絶縁膜及び上部電極から容量素子を形成する工程(g)とを備え、
前記工程(e)において、前記第2のコンタクトプラグの径を前記第1のコンタクトプラグの径よりも小さく形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate (a);
Forming a first contact plug penetrating through the first interlayer insulating film and connected to the semiconductor substrate;
Forming a conductive film on the first interlayer insulating film so as to connect to the first contact plug and cover the first contact plug;
Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film so as to cover the conductive film (d);
Forming a second contact plug penetrating the second interlayer insulating film and connected to the conductive film;
Forming an oxygen barrier film on the second interlayer insulating film so as to be connected to the second contact plug and cover the second contact plug;
A step (g) of forming a lower electrode, a capacitive insulating film and an upper electrode in order from the lower layer on the oxygen barrier film, and forming a capacitive element from the lower electrode, the capacitive insulating film and the upper electrode;
In the step (e), the diameter of the second contact plug is formed smaller than the diameter of the first contact plug.
前記導電膜の上に酸化シリコンからなる絶縁膜を成膜した後、化学機械研磨法を用いて前記導電膜が露出するまで前記絶縁膜を研磨して前記絶縁膜を平坦化する工程と、
前記導電膜を含む前記絶縁膜の上に、絶縁性水素バリア膜を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置の製造方法。 The step (d)
Forming an insulating film made of silicon oxide on the conductive film, and then polishing the insulating film using a chemical mechanical polishing method until the conductive film is exposed to planarize the insulating film;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 16, further comprising: forming an insulating hydrogen barrier film on the insulating film including the conductive film.
前記第1の層間絶縁膜を貫通し、前記半導体基板と接続する第1のコンタクトプラグを形成する工程(b)と、
前記第1の層間絶縁膜の上に、前記第1のコンタクトプラグと接続し且つ前記第1のコンタクトプラグを覆うように導電膜を形成する工程(c)と、
前記第1の層間絶縁膜の上に前記導電膜を覆うように第2の層間絶縁膜を形成する工程(d)と、
前記第2の層間絶縁膜を貫通し、前記導電膜と接続する第2のコンタクトプラグを形成する工程(e)と、
前記第2の層間絶縁膜の上に、前記第2のコンタクトプラグと接続し且つ前記第2のコンタクトプラグを覆うように酸素バリア膜を形成する工程(f)と、
前記酸素バリア膜の上に、下層より順に下部電極、容量絶縁膜及び上部電極を形成して、前記下部電極、容量絶縁膜及び上部電極から容量素子を形成する工程(g)とを備え、
前記工程(f)において、前記第1のコンタクトプラグが前記酸素バリア膜における面内の中心位置と異なる位置に配置され且つ前記第2のコンタクトプラグが前記酸素バリア膜における面内の中心位置に配置されるように、前記酸素バリア膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate (a);
Forming a first contact plug penetrating through the first interlayer insulating film and connected to the semiconductor substrate;
Forming a conductive film on the first interlayer insulating film so as to connect to the first contact plug and cover the first contact plug;
Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film so as to cover the conductive film (d);
Forming a second contact plug penetrating the second interlayer insulating film and connected to the conductive film;
Forming an oxygen barrier film on the second interlayer insulating film so as to connect to the second contact plug and cover the second contact plug;
A step (g) of forming a lower electrode, a capacitive insulating film and an upper electrode in order from the lower layer on the oxygen barrier film, and forming a capacitive element from the lower electrode, the capacitive insulating film and the upper electrode;
In the step (f), the first contact plug is disposed at a position different from the center position in the plane of the oxygen barrier film, and the second contact plug is disposed at a center position in the plane of the oxygen barrier film. As described above, a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the oxygen barrier film is formed.
前記導電膜の上に酸化シリコンからなる絶縁膜を成膜した後、化学機械研磨法を用いて前記導電膜が露出するまで前記絶縁膜を研磨して前記絶縁膜を平坦化する工程と、
前記導電膜を含む前記絶縁膜の上に、絶縁性水素バリア膜を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項20に記載の半導体装置の製造方法。 The step (d)
Forming an insulating film made of silicon oxide on the conductive film, and then polishing the insulating film using a chemical mechanical polishing method until the conductive film is exposed to planarize the insulating film;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 20, further comprising: forming an insulating hydrogen barrier film on the insulating film including the conductive film.
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