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JP2004221358A - Dielectric memory and method of manufacturing the same - Google Patents

Dielectric memory and method of manufacturing the same Download PDF

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JP2004221358A
JP2004221358A JP2003007621A JP2003007621A JP2004221358A JP 2004221358 A JP2004221358 A JP 2004221358A JP 2003007621 A JP2003007621 A JP 2003007621A JP 2003007621 A JP2003007621 A JP 2003007621A JP 2004221358 A JP2004221358 A JP 2004221358A
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lower electrode
contact plug
upper electrode
dielectric
dielectric memory
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Takumi Mikawa
巧 三河
Yuuji Soshiro
勇治 十代
Yoshihisa Nagano
能久 長野
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】スタック型強誘電体キャパシタのコンタクトプラグの酸化、あるいはストレス起因による下部電極、酸素バリア膜、コンタクトプラグ界面の剥離を防止し、高集積可能な誘電体メモリ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板(1)上に下方より順に積層して形成された下部電極(3)、容量絶縁膜(4)および上部電極(5)からなる誘電体メモリであって、下部電極(3)は基板(1)に電気的に接続するコンタクトプラグ(6)を被覆してその周囲に広がるように形成され、上部電極(5)は第1の方向(上部電極延長方向)に延びるように形成する。下部電極(3)のコンタクトプラグ(6)上を越えて延びる長さ(下部電極延長量)が、上部電極(5)の第1の方向よりも第1の方向と直交する方向(上部電極非延長方向)において長くなるように形成する。
【選択図】 図1
An object of the present invention is to provide a dielectric memory capable of preventing a lower electrode, an oxygen barrier film, and a contact plug interface from being peeled off due to oxidation or contact stress of a contact plug of a stacked ferroelectric capacitor, and a highly integrated dielectric memory and a method of manufacturing the same.
The dielectric memory includes a lower electrode (3), a capacitor insulating film (4), and an upper electrode (5), which are sequentially stacked from below on a substrate (1), wherein the lower electrode (3) is provided. ) Is formed so as to cover and extend around the contact plug (6) electrically connected to the substrate (1), and the upper electrode (5) extends in the first direction (upper electrode extension direction). Form. The length of the lower electrode (3) extending above the contact plug (6) (the amount of extension of the lower electrode) is more perpendicular to the first direction of the upper electrode (5) than the first direction (the upper electrode non-extending direction). (Extended direction).
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体メモリおよびその製造方法、特に、高温焼結が必要な強誘電体メモリや高誘電体メモリに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
強誘電体メモリの開発は、プレーナ型構造を使用した1〜64kbitの小容量のものが量産され始め、最近ではスタック型構造を使用した256kbit〜4Mbitの大容量のものが開発の中心となってきている。このスタック型強誘電体メモリの構造は、下部電極直下に半導体基板と電気的に接続するコンタクトプラグを配置して、セルサイズを縮小し、集積度の大幅な向上を目標としている。このようなスタック型構造の実現するためには、強誘電体膜を結晶化するための酸素雰囲気での高温熱処理に対して、コンタクトプラグが酸化されないようにする工夫が重要である。従来は電極材料の下層に酸素バリア膜を積層し、コンタクトプラグの酸化を防ぐ構造を実現していた(例えば、特許文献1)。
【0003】
以下、従来の強誘電体メモリにおける強誘電体キャパシタ構造について、図面を参照しながら説明する。図8A〜図8Cは従来の誘電体メモリの要部を示す図で、AはCのV−V線断面図、BはCのVI−VI線断面図、Cは平面図である。半導体基板1上の第1の層間絶縁膜2上に強誘電体キャパシタが形成されている。強誘電体キャパシタは導電性をもつ酸素バリア膜(例えばRu、Irまたはこれらの酸化物)とPtからなる積層構造の下部電極3、強誘電体膜からなる容量絶縁膜4、上部電極5から構成されており、下部電極3は、メモリセルトランジスタが形成されている半導体基板1にコンタクトプラグ6を介して電気的に接続されている。なお、ここでは省略したが、この後、強誘電体キャパシタはキャパシタ層間絶縁膜形成後、配線工程が形成される。
【0004】
以上の構造により、強誘電体膜を結晶化する際の酸素雰囲気中での高温熱処理時にも、下部電極中を拡散してくる酸素は酸素バリア膜によりその拡散が遮断され、コンタクトプラグの酸化を防止することができ、高歩留で信頼性の高い強誘電体メモリを実現することができる。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−93036号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、先に示した従来例では、強誘電体焼結時のコンタクトプラグの横方向からの酸化(いわゆるサイド酸化)を完全に防ぐことができない。そのため、微細化がすすむにつれ、即ち下部電極が小さくなるにつれ、サイド酸化によるコンタクト歩留の低下という問題が顕在化してきた。
【0007】
また、下部電極とコンタクトプラグの界面もしくは下部電極と酸素バリア膜を積層した場合の界面では、それぞれの材料の持つ熱膨張係数の違い、膜ストレスの温度に対する振る舞い、あるいは被酸化具合の差などから、強誘電体焼結時にその界面で剥離が生じるという新たな課題も発生した。
【0008】
特に強誘電体膜の結晶化時には、650℃以上の高温熱処理に加え、強誘電体膜中の有機成分の除去、結晶成長の過程において、強誘電体膜の収縮が起こり大きなストレスマイグレーションが発生する。同様に上部電極においても熱処理によるストレスマイグレーションが発生する。製造方法にもよるが、上部電極及び強誘電体膜がウエハ全面に存在する状態で焼結する場合において、そのストレス変化量が大きく、また、上部電極、強誘電体膜をパターニングした後で焼結を行っても、例えばセルプレート方向にはそのストレス変化量がある程度残り、これが1つの下部電極にストレスが集中すると、前記した剥離を助長する原因となっていた。
【0009】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、スタック型強誘電体キャパシタのコンタクトプラグの酸化、あるいはストレス起因による下部電極、酸素バリア膜、コンタクトプラグ界面の剥離を防止し、高集積可能な誘電体メモリ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の第1番目の誘電体メモリは、基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、前記下部電極は前記基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、前記上部電極は第1の方向に延びるように形成され、前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向よりも前記第1の方向と直交する方向において長いことを特徴とする。
【0011】
本発明の第2番目の誘電体メモリは、基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、前記下部電極は前記基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、前記上部電極は第1の方向に延びるように形成され、前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向と直交する方向において、その方向からの酸素の侵入によって前記コンタクトプラグが酸化されない長さに設定されていることを特徴とする。
【0012】
本発明の第3番目の誘電体メモリは、基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、前記下部電極は前記基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、前記上部電極は第1の方向に延びるように形成され、前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向において、前記容量絶縁膜のストレスによる前記下部電極の剥離を起こさない長さに設定されていることを特徴とする。
【0013】
本発明の第4番目の誘電体メモリは、基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、前記下部電極は前記基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、前記上部電極は第1の方向に延びるように形成され、前記コンタクトプラグは前記第1の方向と直交する方向よりも前記第1の方向において長い断面形状であることを特徴とする。
【0014】
本発明の第5番目の誘電体メモリは、基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、前記上部電極は第1の方向に延びるように形成され、前記第1の方向における前記上部電極の長さが500μm以下であることを特徴とする。
【0015】
本発明の第6番目の誘電体メモリは、基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、前記上部電極は第1の方向に延びるように500μm以下の長さを単位として分割形成され、隣接する前記上部電極間は基板を介して電気的に接続されていることを特徴とする。
【0016】
本発明の第7番目の誘電体メモリは、基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、前記上部電極は第1の方向に延びるように500μm以下の長さを単位として分割形成され、隣接する前記上部電極間は配線層を介して電気的に接続されていることを特徴とする。
【0017】
本発明の第1番目の誘電体メモリの製造方法は、基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の所定領域を開口してコンタクトプラグを形成し、
前記コンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように下部電極を形成し、
前記下部電極上に誘電体膜を形成し、
前記誘電体膜上に、第1の方向に延びるように上部電極を形成し、
前記誘電体膜を形成する工程以降において前記誘電体を熱処理して結晶化し、
前記下部電極を形成する工程では、前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向よりも前記第1の方向と直交する方向において長くなるように形成することを特徴とする。
【0018】
本発明の第2番目の誘電体メモリの製造方法は、基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の所定領域を開口してコンタクトプラグを形成し、
前記コンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように下部電極を形成し、
前記下部電極上に誘電体膜を形成し、
前記誘電体膜上に、第1の方向に延びるように上部電極を形成し、
前記誘電体膜を形成する工程以降において前記誘電体を熱処理して結晶化し、
前記コンタクトプラグは前記第1の方向と直交する方向よりも前記第1の方向において長い断面形状となるように形成することを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の第1番目の誘電体メモリは、下部電極は前記基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、上部電極は第1の方向に延びるように形成され、下部電極のコンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、第1の方向よりも第1の方向と直交する方向において長いことを特徴とする。このような構成とすることで、コンタクトプラグの不良を防止するとともに、セルの微細化を実現することができる。
【0020】
また、本発明の第1番目の誘電体メモリにおいて、前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向よりも前記第1の方向と直交する方向において、0.1μm以上長いことが好ましい。このような構成とすることで、コンタクトプラグの酸化をより確実に防止することができる。
【0021】
本発明の第2番目の誘電体メモリは、下部電極は基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、上部電極は第1の方向に延びるように形成され、下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、第1の方向と直交する方向において、その方向からの酸素の侵入によって前記コンタクトプラグが酸化されない長さに設定されている。このような構成とすることで、コンタクトプラグのサイド酸化による不良を防止することができる。
【0022】
本発明の第3番目の誘電体メモリは、下部電極は基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、上部電極は第1の方向に延びるように形成され、下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、第1の方向において、容量絶縁膜のストレスによる下部電極の剥離を起こさない長さに設定されている。このような構成とすることで、コンタクトプラグのストレス起因による剥離といった形状不良を防止することができる。
【0023】
本発明の第3番目の誘電体メモリにおいて、前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向において0.25μm以下であることが好ましい。このような構成とすることで、コンタクトプラグのストレス起因による剥離を確実に防止することできる。
【0024】
本発明の第4番目の誘電体メモリは、下部電極は基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、上部電極は第1の方向に延びるように形成され、コンタクトプラグは第1の方向と直交する方向よりも第1の方向において長い断面形状である。このような構成とすることで、コンタクトプラグの不良を防止するとともに、セルの微細化を実現することができる。
【0025】
本発明の第5番目の誘電体メモリは、上部電極は第1の方向に延びるように形成され、第1の方向における前記上部電極の長さが500μm以下である。このような構成とすることで、セルプレート方向からコンタクトプラグにかかるストレスを抑制することができる。
【0026】
本発明の第6番目の誘電体メモリは、上部電極は第1の方向に延びるように500μm以下の長さを単位として分割形成され、隣接する上部電極間は基板を介して電気的に接続されている。本発明の第7番目の誘電体メモリは、上部電極は第1の方向に延びるように500μm以下の長さを単位として分割形成され、隣接する上部電極間は配線層を介して電気的に接続されている。このような構成とすることで、セルプレートの長さ方向の規定にとらわれず、ストレスのみを抑制することができる。
【0027】
本発明の第1乃至第7番目の誘電体メモリにおいては、下部電極の少なくとも一部に酸素バリア膜が含まれていることが好ましい。このような構成とすることで、下部電極を介して拡散してくる酸素を酸素バリア膜で確実に防止することができ、コンタクトプラグの酸化抑制により良い効果を生む。
【0028】
また、本発明の第1乃至第7番目の誘電体メモリにおいて、上部電極の少なくとも一部に酸素バリア膜が含まれていることが好ましい。このような構成とすることで、上部電極を介して拡散してくる酸素を酸素バリア膜で確実に防止することができ、コンタクトのプラグの酸化抑制により良い効果を生む。
【0029】
本発明の第1〜2番目の誘電体メモリの製造方法によれば、効率よく合理的にコンタクトプラグのサイド酸化防止することができる。
【0030】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0031】
(第1の実施形態)
図1Aは、本発明の第1の実施形態における誘電体メモリの上部電極同士がつながって延びる方向である上部電極延長方向(セルプレート方向)断面図、図1Bは上部電極延長方向と直交する方向である上部電極非延長方向(ビット線方向)の断面図、及び図1Cは平面図を示している。
【0032】
半導体基板1上に、B,Pなどが添加されたSiO(通称BPSG)膜からなる第1の層間絶縁膜2(膜厚500〜800nm)を形成し、その上に強誘電体キャパシタが形成されており、強誘電体キャパシタは下部電極3(膜厚200〜400nm)、SBT(一例としてSrBiTa)の強誘電体膜からなる容量絶縁膜4(膜厚50〜200nm)、上部電極5(膜厚50〜200nm)から構成されている。強誘電体キャパシタのここでの下部電極3は、タングステン(W)からなるコンタクトプラグ6を介して半導体基板1に接続されている。12は素子分離絶縁膜(STI)である。
【0033】
一般に、強誘電体膜の結晶化は650℃以上の高温酸素雰囲気で行われるが、この際にコンタクトプラグの高抵抗化、形状異常(剥離)といった歩留課題が発生する。その原因は、外側からの酸素の回りこみによる下部電極の酸化と、上部電極、容量絶縁膜の熱的ストレス変化による下部電極の剥離とである。前者については、上部電極延長方向は上部電極、及び強誘電体膜が長く延びているため、ある程度酸素のバリアとなるが、上部電極非延長方向には通常酸素透過性の高いシリコン酸化膜などの層間絶縁膜しかないために、この方向からより多くの酸素が拡散してくる。そのため、上部電極非延長方向において、平面的にみた時の下部電極端がコンタクトプラグ端を越えて延びる長さ(下部電極延長量)を長くすることで、サイド酸化に対するマージンを確保することが重要である。後者については、上部電極、容量絶縁膜の熱的ストレス変化に対する絶対量が上部電極延長方向においてより大きいことは明らかであり、このストレス変化量が特定の下部電極に集中して剥離を発生させている。この剥離を起こさないためには密着性を確保することが重要である。また本発明者の実験により、剥離はコンタクトプラグ直上ではなく、コンタクトプラグ以外の領域に発生することが明らかとなった。これは、コンタクトプラグ直上ではコンタクトプラグ材料が下部電極へ拡散し、密着性が向上しているためである。このことから、ストレス変化の大きい上部電極延長方向には下部電極とコンタクトプラグのオーバーラップ量を増加させる、即ちコンタクトプラグ材料の拡散により密着性が向上する領域をより増加させることが重要である。
【0034】
以上の理由から、本実施形態では、下部電極を上部電極延長方向に短く、上部電極非延長方向に長い長方形の形状としている。これにより上部電極や容量絶縁膜で防護されていない外側から回りこんでくる酸素によるコンタクトの酸化に対しては、上部電極非延長方向において下部電極延長量を長くし、また、ストレス変化の大きい上部電極延長方向において下部電極とコンタクトプラグのオーバーラップ量を増加させることでコンタクト不良を防止することができる。
【0035】
図2は、従来の正方形状をした下部電極と本発明の上部電極非延長方向が上部電極延長方向より0.2μm大きい長方形状をした下部電極に対して、強誘電体焼結として800℃、酸素雰囲気下で熱処理した場合の、上部電極延長方向における下部電極延長量に対するコンタクト抵抗の値を示している。正方形状の下部電極では、コンタクト抵抗が規格値を満足するには下部電極延長量が0.20μm以上必要であり、下部電極延長量が0.15μm以下になると高抵抗化(20Ω.cm以上と上限規格割れ)が始まるのに対し、長方形状の下部電極は0.10μmまで高抵抗化が始まっていない。
【0036】
以上より、上部電極非延長方向の方が上部電極延長方向に比べてサイド酸化の影響を受けやすいこと、また、上部電極非延長方向が上部電極延長方向より0.2μm大きい長方形状の下部電極を採用すれば、従来の正方形状をした下部電極に比べ、上部電極延長方向における下部電極延長量を0.10μm短くしても同程度のコンタクト抵抗値を得ることができることがわかる。
【0037】
図3は、上部電極延長方向における下部電極のコンタクトプラグに対する下部電極延長量と下部電極の剥離の発生数との関係を示している。下部電極延長量が0.25μm以下では下部電極の剥離は発生していないが、0.3μm〜0.4μmにかけて剥離が発生し、0.5μm以上では剥離は発生していない。
【0038】
この現象は上部電極延長方向のストレスマイグレーションが起こった場合でも同様に発生する。その原因は、以下のように考えられる。
(1)0.25μm以下ではコンタクトプラグ直上のより密着性の良い界面が全体の割合に占める割合が高く、剥離が発生しにくい。
(2)0.3〜0.45μmでは上記のコンタクトプラグ直上の密着性の良い領域の実効的割合が減るものの、サイド酸化領域に暴露される領域のみが増えるのみで、実効的に密着性向上に寄与せず、剥離が発生しやすい。
(3)0.5μm以上では、サイド酸化領域に暴露されない領域が十分確保され、密着性向上につながる。
【0039】
以上より、セルの微細化を考慮した場合、上部電極延長方向における下部電極延長量は0.25μm以下とすることが望ましい。
【0040】
次に、本実施形態の誘電体メモリの製造方法について、図1および図7を用いて説明する。図1A〜図1Cは本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリの要部を示す図で、図1Aは図1CのI−I線断面図、図1Bは図1CのII−II線断面図、Cは平面図である。また、図7A〜図7Eは本発明の一実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す工程断面図である。
【0041】
図7Aでは、高濃度不純物拡散層と分離領域で形成された半導体基板1上の上に層間絶縁膜(例えばBPSG)2上を形成する。次に、図7Bでは、所望のマスクを用いて、層間絶縁膜2中にコンタクトを開口し、半導体基板と強誘電体キャパシタの下部電極を電気的に接続するコンタクトプラグ6(W、Poly Si)を形成する。次に、図7Cでは、強誘電体膜の結晶成長を促進する膜(Pt)と酸素バリア層(IrO/Ir/TiAlN)からなる導電膜を積層し、所望のマスク、即ち上方に形成する上部電極の延長方向には幅が小さく、非延長方向には幅が大きな下部電極マスクを用いて第1のコンタクトプラグ3が被覆されるようにパターニングして、図1Cに示したような下部電極3を形成する。次に、下部電極3上に下部電極間埋め込み絶縁膜11(例えばO3TEOS、OとSi(OC Tetraethylorthosilicateの原料をCVD法で形成)を成膜し、CMP(chemical mechanical polishing)法を用いて下部電極3の表面を露出させる。ここでは下部電極を絶縁膜中に埋め込む構造としたが、本発明を拘束するものではない。次に図7Dに示すように、強誘電体溶液をスピンコート法にて塗布し、強誘電体膜4Aを形成する。強誘電体膜は有機成分除去のために400℃以下の低温でウエハベークされ、後の結晶化のための核となる結晶核650℃、1分酸素雰囲気でのRTP(Rapid Thermal Process)を行うことが望ましい。その上にPtからなる導電膜5Aを成膜する。最後に図7Eに示すように、所望のマスクを用いて下部電極3が被覆されるようにパターニングして強誘電体膜4及び上部電極5を形成する。ここでは強誘電体膜及び上部電極を同じマスクでパターニングしたが、別マスクで行ってもかまわない。パターニング後、強誘電体膜を高温で熱処理し、結晶化させる。SBT材料の場合は、熱処理温度は約650℃〜800℃程度である。パターニング後に焼結を行うことで、上部電極及び強誘電体膜のストレスマイグレーションは上部電極延長方向に限定できると同時に、非延長方向からのサイド酸化に対しても下部電極が上部電極非延長方向に十分な下部電極延長量を確保して形成することができる。
【0042】
(第2の実施形態)
図4A〜図4Cは本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリの要部を示す図で、図4Aは図4CのIII−III線断面図、図4Bは図4CのIV−IV線断面図、Cは平面図である。すなわち、誘電体メモリの上部電極同士がつながって延びる方向である上部電極延長方向(セルプレート方向)及び上部電極延長方向と直交する方向である上部電極非延長方向(ビット線方向)の断面図と平面図を示している。
【0043】
半導体基板1上のBPSG膜からなる第1の層間絶縁膜2(膜厚500〜800nm)の上に強誘電体キャパシタが形成されており、強誘電体キャパシタは下部電極3(膜厚200〜400nm)、SBTの強誘電体膜からなる容量絶縁膜4(膜厚50〜200nm)、上部電極5(膜厚50〜200nm)から構成されている。強誘電体キャパシタのここでの下部電極3は、Wからなるコンタクトプラグ6を介して半導体基板1に接続されている。
【0044】
第1の実施形態で述べた課題に対して、本実施形態では、コンタクトプラグが上部電極延長方向に長く、非延長方向に短い長方形の形状をしている。これにより上部電極や容量絶縁膜で防護されていない外側から回りこんでくる酸素によるコンタクトの酸化に対しては、上部電極非延長方向において下部電極延長量を長くし、また、ストレス変化の大きい上部電極延長方向において下部電極とコンタクトプラグのオーバーラップ量を増加させることでコンタクト不良を防止することができる。
【0045】
次に、本実施形態の誘電体メモリの製造方法について、図4A〜Bおよび図7A〜Eを用いて説明する。
【0046】
図7Aでは、高濃度不純物拡散層と分離領域で形成された半導体基板1上の上に層間絶縁膜(例えばBPSG)2上を形成する。次に、図7Bでは、所望のマスクを用いて、層間絶縁膜2中にコンタクトを開口し、半導体基板と強誘電体キャパシタの下部電極を電気的に接続する図4Cに示したようなコンタクトプラグ6(W、Poly Si)を形成する。次に、図7Cでは強誘電体膜の結晶成長を促進する膜(Pt)と酸素バリア層(IrO/Ir/TiAlN)からなる導電膜を積層し、所望のマスク、即ち正方形の形状をした下部電極マスクを用いて第1のコンタクトプラグ3が被覆されるようにパターニングして下部電極3を形成する。次に、下部電極3上に下部電極間埋め込み絶縁膜11(例えばO3TEOS)を成膜し、CMPを用いて下部電極3の表面を露出させる。ここでは下部電極を絶縁膜中に埋め込む構造としたが、本発明を拘束するものではない。次に図7Dに示すように、強誘電体溶液をスピンコート法にて塗布し、強誘電体膜4Aを形成する。強誘電体膜は有機成分除去のために400℃以下の低温でウエハベークされ、後の結晶化のための核となる結晶核650℃1分酸素雰囲気でのRTPを行うことが望ましい。その上にPtからなる導電膜5Aを成膜する。最後に図7Eに示すように、所望のマスクを用いて下部電極3が被覆されるようにパターニングして強誘電体膜4及び上部電極5を形成する。ここでは強誘電体膜及び上部電極を同じマスクでパターニングしたが、別マスクで行ってもかまわない。パターニング後、強誘電体膜を高温で熱処理し、結晶化させる。SBT材料はおおよそ650℃〜800℃程度である。パターニング後に焼結を行うことで、上部電極及び強誘電体膜のストレスマイグレーションは上部電極延長方向に限定できると同時に、非延長方向からのサイド酸化に対しても下部電極が上部電極非延長方向に十分な下部電極延長量を確保して形成することができる。
【0047】
また、第1および第2の実施形態において、下部電極の少なくとも一部または/および上部電極の少なくとも一部に、例えばIr,IrO,Ru,RuO,TiAlN,TaAlN,TaN,TaSiNあるいはこれらの積層構造からなる酸素バリア膜を含むことが望ましい。これによりコンタクトプラグに介してその直上からの酸素についてはその拡散を防止することができる。
【0048】
(第3の実施形態)
図5は、上部電極延長方向の総延長に対する下部電極の剥離発生数を示したものである。ここでは下部電極に関して、上部電極延長方向および上部電極非延長方向においてともにコンタクトプラグに対する下部電極延長量が同じ従来構造のものを利用し、800℃1分酸素雰囲気でのRTP熱処理を行っている。
【0049】
図5より上部電極延長方向の総延長が500μmより大きい領域から剥離が観察されることより、上部電極延長方向の総延長としては500μm以下であることが好ましいことがわかる。
【0050】
図6A〜Bは、本発明の第3の実施形態における誘電体メモリの上部電極延長方向の総延長が500μmに規定された上部電極同士の接続部における断面図を示している。
【0051】
半導体基板1上のBPSG膜からなる第1の層間絶縁膜2の上に強誘電体キャパシタが形成されており、強誘電体キャパシタは下部電極3、SBTの強誘電体膜からなる容量絶縁膜4、上部電極5から構成されている。強誘電体キャパシタのここでの下部電極3は、Wからなるコンタクトプラグ6を介して半導体基板1に接続されている。
【0052】
図6Aでは、容量絶縁膜の特定箇所にコンタクト開口部7が設けられており、ここで隣接する上部電極はコンタクト開口部7、下部電極3、半導体基板1中の拡散層を介して電気的に接続されている。
【0053】
図6Bでは、キャパシタ上に形成された層間絶縁膜8中の特定箇所にコンタクトプラグ9が形成され、隣接するコンタクトプラグ9および層間絶縁膜8上に形成された配線10を介して、隣接する上部電極7同士を電気的に接続している。
【0054】
以上より、上部電極延長方向の総延長に制約を受けても、他の導電層を介して隣接する上部電極を接続することで、実効的に上部電極延長方向の総延長に対する制約はなくなり、自由にレイアウトすることが可能になる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の誘電体メモリ及びその製造方法によれば、酸素による下部電極からコンタクトプラグにかけての側壁方向からの酸化、いわゆるサイド酸化を防止し、なおかつ上部電極延長方向にかかるストレスマイグレーションによる下部電極内部の剥離、コンタクトプラグ界面での剥離を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】A〜Cは本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリの要部を示す図で、AはCのI−I線断面図、BはCのII−II線断面図、Cは平面図
【図2】本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリにおける下部電極延長量とコンタクト抵抗の関係を示す図
【図3】本発明の第1の実施形態に係る誘電体メモリにおける下部電極延長量(上部電極非延長方向)と剥離発生数の関係を示す図
【図4】A〜Cは本発明の第2の実施形態に係る誘電体メモリの要部を示す図で、AはCのIII−III線断面図、BはCのIV−IV線断面図、Cは平面図
【図5】本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリにおける上部電極延長方向の長さと剥離発生数の関係を示す図
【図6】A〜Bは本発明の第3の実施形態に係る誘電体メモリにおける隣接する上部電極間の接続手段を示す断面図
【図7】A〜Eは本発明の第1および第2の実施形態に係る誘電体メモリの製造方法を示す工程断面図
【図8】A〜Cは従来の誘電体メモリの要部を示す図で、AはCのV−V線断面図、BはCのVI−VI線断面図、Cは平面図
【符号の説明】
1 半導体基板
2 層間絶縁膜
3 下部電極
4 強誘電体膜(容量絶縁膜)
4A 強誘電体膜
5 上部電極
5A 導電層
6 コンタクトプラグ(半導体基板と下部電極間)
7 コンタクト(容量絶縁膜)
8 キャパシタ上層間絶縁膜
9 コンタクトプラグ(上部電極と配線)
10 AL配線
11 下部電極間スペーサ膜
12 素子分離絶縁膜(STI)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a dielectric memory and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a ferroelectric memory and a high dielectric memory that require high-temperature sintering.
[0002]
[Prior art]
In the development of ferroelectric memories, small-capacity memories of 1 to 64 kbits using a planar type structure have begun to be mass-produced, and recently, large-capacity memories of 256 kbits to 4 Mbits using a stack type structure have become the main focus of development. ing. The structure of the stacked ferroelectric memory aims at reducing the cell size and greatly improving the degree of integration by arranging a contact plug electrically connected to the semiconductor substrate immediately below the lower electrode. In order to realize such a stacked structure, it is important to take measures to prevent the contact plug from being oxidized by high-temperature heat treatment in an oxygen atmosphere for crystallizing the ferroelectric film. Conventionally, an oxygen barrier film is laminated below an electrode material to realize a structure that prevents oxidation of a contact plug (for example, Patent Document 1).
[0003]
Hereinafter, a ferroelectric capacitor structure in a conventional ferroelectric memory will be described with reference to the drawings. 8A to 8C are diagrams showing the main parts of a conventional dielectric memory, where A is a cross-sectional view taken along line VV of C, B is a cross-sectional view taken along line VI-VI of C, and C is a plan view. A ferroelectric capacitor is formed on a first interlayer insulating film 2 on a semiconductor substrate 1. The ferroelectric capacitor includes a lower electrode 3 having a laminated structure made of a conductive oxygen barrier film (for example, Ru, Ir or an oxide thereof) and Pt, a capacitance insulating film 4 made of a ferroelectric film, and an upper electrode 5. The lower electrode 3 is electrically connected via a contact plug 6 to the semiconductor substrate 1 on which the memory cell transistor is formed. Although omitted here, after that, a wiring process is formed on the ferroelectric capacitor after forming the capacitor interlayer insulating film.
[0004]
With the above structure, even during high-temperature heat treatment in an oxygen atmosphere during crystallization of the ferroelectric film, diffusion of oxygen diffusing in the lower electrode is blocked by the oxygen barrier film, and oxidation of the contact plug is prevented. Thus, a highly reliable ferroelectric memory with a high yield can be realized.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-10-93036
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional example, oxidation of the contact plug from the lateral direction (so-called side oxidation) during ferroelectric sintering cannot be completely prevented. Therefore, as the miniaturization progresses, that is, as the size of the lower electrode becomes smaller, the problem that the contact yield decreases due to side oxidation has become apparent.
[0007]
In addition, at the interface between the lower electrode and the contact plug or the interface when the lower electrode and the oxygen barrier film are laminated, the difference in the thermal expansion coefficient of each material, the behavior with respect to the temperature of the film stress, or the difference in the degree of oxidation, etc. In addition, there is a new problem that peeling occurs at the interface during ferroelectric sintering.
[0008]
In particular, when the ferroelectric film is crystallized, in addition to the high-temperature heat treatment at 650 ° C. or more, in the process of removing the organic components in the ferroelectric film and growing the crystal, the ferroelectric film contracts and large stress migration occurs. . Similarly, stress migration occurs in the upper electrode due to the heat treatment. Although depending on the manufacturing method, when the upper electrode and the ferroelectric film are sintered in a state where they are present on the entire surface of the wafer, the amount of stress change is large, and the firing is performed after the upper electrode and the ferroelectric film are patterned. Even if the bonding is performed, for example, a certain amount of the change in the stress remains in the cell plate direction, and if the stress is concentrated on one lower electrode, this causes the above-described separation to be promoted.
[0009]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems by preventing oxidation of a contact plug of a stacked ferroelectric capacitor or peeling of an interface of a lower electrode, an oxygen barrier film, and a contact plug due to stress, thereby achieving a highly integrated dielectric. It is an object to provide a body memory and a method for manufacturing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first dielectric memory of the present invention is a dielectric memory including a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode formed by sequentially laminating on a substrate from below, The lower electrode is formed so as to cover and extend around the contact plug electrically connected to the substrate, and the upper electrode is formed so as to extend in the first direction, and extends over the contact plug of the lower electrode. The length extending beyond is longer in the direction orthogonal to the first direction than in the first direction.
[0011]
A second dielectric memory according to the present invention is a dielectric memory comprising a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode which are sequentially formed on a substrate from below, wherein the lower electrode is electrically connected to the substrate. The upper electrode is formed so as to cover and extend around the contact plug to be electrically connected, the upper electrode is formed to extend in a first direction, and the length of the lower electrode extending over the contact plug is: In a direction orthogonal to the first direction, the length is set so that the contact plug is not oxidized by invasion of oxygen from the direction.
[0012]
A third dielectric memory according to the present invention is a dielectric memory comprising a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode, which are sequentially stacked on a substrate from below, wherein the lower electrode is electrically connected to the substrate. The upper electrode is formed so as to cover and extend around the contact plug to be electrically connected, the upper electrode is formed to extend in a first direction, and the length of the lower electrode extending over the contact plug is: In the first direction, the length is set so that the lower electrode does not peel off due to the stress of the capacitive insulating film.
[0013]
A fourth dielectric memory according to the present invention is a dielectric memory comprising a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode which are sequentially stacked on a substrate from below, wherein the lower electrode is electrically connected to the substrate. The upper electrode is formed to extend in a first direction, and the contact plug is formed to extend in a first direction, and the contact plug is formed in a direction perpendicular to the first direction. It is characterized by having a long cross-sectional shape in the first direction.
[0014]
A fifth dielectric memory according to the present invention is a dielectric memory comprising a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode which are sequentially formed on a substrate from below, wherein the upper electrode is disposed in a first direction. And the length of the upper electrode in the first direction is 500 μm or less.
[0015]
A sixth dielectric memory according to the present invention is a dielectric memory comprising a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode which are sequentially stacked on a substrate from below, wherein the upper electrode is disposed in a first direction. The upper electrodes are adjacent to each other and electrically connected to each other via a substrate.
[0016]
A seventh dielectric memory according to the present invention is a dielectric memory comprising a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode which are sequentially stacked on a substrate from below, wherein the upper electrode is disposed in a first direction. The upper electrodes adjacent to each other are electrically connected to each other through a wiring layer.
[0017]
According to a first method of manufacturing a dielectric memory of the present invention, a step of forming an insulating film on a substrate; forming a contact plug by opening a predetermined region of the insulating film;
Forming a lower electrode so as to cover the contact plug and spread around the contact plug,
Forming a dielectric film on the lower electrode,
Forming an upper electrode on the dielectric film so as to extend in a first direction;
Heat treating and crystallizing the dielectric after the step of forming the dielectric film,
The step of forming the lower electrode may include forming the lower electrode such that a length of the lower electrode extending above the contact plug is longer in a direction orthogonal to the first direction than in the first direction. Features.
[0018]
According to a second method of manufacturing a dielectric memory of the present invention, an insulating film is formed on a substrate,
Opening a predetermined region of the insulating film to form a contact plug,
Forming a lower electrode so as to cover the contact plug and spread around the contact plug,
Forming a dielectric film on the lower electrode,
Forming an upper electrode on the dielectric film so as to extend in a first direction;
Heat treating and crystallizing the dielectric after the step of forming the dielectric film,
The contact plug is formed so as to have a cross-sectional shape that is longer in the first direction than in a direction orthogonal to the first direction.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the first dielectric memory of the present invention, the lower electrode is formed so as to cover a contact plug electrically connected to the substrate and spread around the contact plug, and the upper electrode is formed so as to extend in the first direction. The length of the lower electrode extending over the contact plug is longer in the direction orthogonal to the first direction than in the first direction. With such a configuration, it is possible to prevent a defect of the contact plug and to realize a finer cell.
[0020]
Further, in the first dielectric memory of the present invention, the length of the lower electrode extending over the contact plug is equal to 0.1 mm in a direction perpendicular to the first direction rather than the first direction. It is preferably longer than 1 μm. With such a configuration, the oxidation of the contact plug can be more reliably prevented.
[0021]
In the second dielectric memory of the present invention, the lower electrode is formed so as to cover a contact plug electrically connected to the substrate and spread around the contact plug, and the upper electrode is formed so as to extend in the first direction. The length of the lower electrode extending over the contact plug is set in a direction orthogonal to the first direction such that the contact plug is not oxidized by intrusion of oxygen from that direction. With such a configuration, it is possible to prevent defects due to side oxidation of the contact plug.
[0022]
In the third dielectric memory according to the present invention, the lower electrode is formed so as to cover a contact plug electrically connected to the substrate and spread around the contact plug, and the upper electrode is formed so as to extend in the first direction. The length of the lower electrode extending over the contact plug is set in the first direction to a length that does not cause the lower electrode to peel off due to the stress of the capacitive insulating film. With such a configuration, it is possible to prevent a shape defect such as separation due to stress of the contact plug.
[0023]
In the third dielectric memory of the present invention, it is preferable that a length of the lower electrode extending over the contact plug is equal to or less than 0.25 μm in the first direction. With such a configuration, separation of the contact plug due to stress can be reliably prevented.
[0024]
In a fourth dielectric memory according to the present invention, the lower electrode is formed so as to cover a contact plug electrically connected to the substrate and spread therearound, and the upper electrode is formed so as to extend in the first direction. The contact plug has a cross-sectional shape that is longer in the first direction than in a direction orthogonal to the first direction. With such a configuration, it is possible to prevent a defect of the contact plug and to realize a finer cell.
[0025]
In a fifth dielectric memory according to the present invention, the upper electrode is formed to extend in the first direction, and the length of the upper electrode in the first direction is 500 μm or less. With such a configuration, stress applied to the contact plug from the cell plate direction can be suppressed.
[0026]
In a sixth dielectric memory according to the present invention, the upper electrode is divided into units each having a length of 500 μm or less so as to extend in the first direction, and adjacent upper electrodes are electrically connected to each other via a substrate. ing. In a seventh dielectric memory according to the present invention, the upper electrode is divided into units each having a length of 500 μm or less so as to extend in the first direction, and adjacent upper electrodes are electrically connected via a wiring layer. Have been. With such a configuration, it is possible to suppress only the stress without being restricted by the length direction of the cell plate.
[0027]
In the first to seventh dielectric memories of the present invention, it is preferable that at least a part of the lower electrode includes an oxygen barrier film. With such a structure, oxygen diffused through the lower electrode can be reliably prevented by the oxygen barrier film, and a better effect can be obtained by suppressing the oxidation of the contact plug.
[0028]
In the first to seventh dielectric memories of the present invention, it is preferable that at least a part of the upper electrode includes an oxygen barrier film. With this configuration, oxygen diffused through the upper electrode can be reliably prevented by the oxygen barrier film, and a better effect can be obtained by suppressing the oxidation of the contact plug.
[0029]
According to the first and second methods for manufacturing a dielectric memory of the present invention, side oxidation of a contact plug can be efficiently and rationally prevented.
[0030]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
(1st Embodiment)
FIG. 1A is a cross-sectional view of an upper electrode extension direction (cell plate direction), which is a direction in which upper electrodes of a dielectric memory according to a first embodiment of the present invention are connected to each other and extends. FIG. 1B is a direction orthogonal to the upper electrode extension direction. 1C is a cross-sectional view in the non-extending direction (bit line direction) of the upper electrode, and FIG. 1C is a plan view.
[0032]
SiO 2 doped with B, P, etc. on the semiconductor substrate 1 2 A first interlayer insulating film 2 (thickness: 500 to 800 nm) made of a (commonly called BPSG) film is formed, and a ferroelectric capacitor is formed thereon. 400400 nm), SBT (for example, SrBi 2 Ta 2 O 9 ), A capacitive insulating film 4 (film thickness 50 to 200 nm) made of a ferroelectric film and an upper electrode 5 (film thickness 50 to 200 nm). The lower electrode 3 here of the ferroelectric capacitor is connected to the semiconductor substrate 1 via a contact plug 6 made of tungsten (W). Reference numeral 12 denotes an element isolation insulating film (STI).
[0033]
Generally, crystallization of a ferroelectric film is performed in a high-temperature oxygen atmosphere of 650 ° C. or higher. At this time, yield problems such as increase in resistance of a contact plug and abnormal shape (peeling) occur. The causes are oxidation of the lower electrode due to the inflow of oxygen from the outside, and separation of the lower electrode due to a change in thermal stress of the upper electrode and the capacitor insulating film. In the former case, the upper electrode and the ferroelectric film extend in the direction in which the upper electrode extends, and thus provide a barrier to oxygen to some extent. Since there is only an interlayer insulating film, more oxygen diffuses from this direction. Therefore, in the non-extension direction of the upper electrode, it is important to secure a margin for side oxidation by increasing the length of the lower electrode end extending beyond the contact plug end (the amount of extension of the lower electrode) in plan view. It is. For the latter, it is clear that the absolute amount of the upper electrode and the capacitor insulating film with respect to the thermal stress change is greater in the extension direction of the upper electrode, and this amount of the stress change is concentrated on a specific lower electrode to cause peeling. I have. In order to prevent this peeling, it is important to ensure the adhesion. Further, the experiment by the present inventor has revealed that peeling occurs not in a region immediately above the contact plug but in a region other than the contact plug. This is because the material of the contact plug diffuses to the lower electrode immediately above the contact plug, and the adhesion is improved. For this reason, it is important to increase the amount of overlap between the lower electrode and the contact plug in the extension direction of the upper electrode where the stress change is large, that is, to increase the region where the adhesion is improved by the diffusion of the contact plug material.
[0034]
For the above reasons, in the present embodiment, the lower electrode has a rectangular shape that is short in the upper electrode extension direction and long in the upper electrode non-extension direction. As a result, the length of extension of the lower electrode in the non-extension direction of the upper electrode is increased, and the upper electrode, which has a large stress change, is prevented from oxidizing the contact by oxygen flowing from the outside that is not protected by the upper electrode or the capacitor insulating film. By increasing the amount of overlap between the lower electrode and the contact plug in the electrode extension direction, contact failure can be prevented.
[0035]
FIG. 2 shows a conventional square lower electrode and a rectangular lower electrode in which the upper electrode non-extending direction is 0.2 μm larger than the upper electrode extending direction according to the present invention. It shows the value of the contact resistance with respect to the extension amount of the lower electrode in the extension direction of the upper electrode when the heat treatment is performed in an oxygen atmosphere. In the case of a square lower electrode, the extension of the lower electrode is required to be 0.20 μm or more in order for the contact resistance to satisfy the standard value, and when the extension of the lower electrode is 0.15 μm or less, the resistance increases (20 Ω · cm or more). (Upper limit specification cracking), whereas the rectangular lower electrode has not started increasing the resistance to 0.10 μm.
[0036]
As described above, the upper electrode non-extending direction is more susceptible to side oxidation than the upper electrode extending direction, and a rectangular lower electrode in which the upper electrode non-extending direction is 0.2 μm larger than the upper electrode extending direction is used. If it is adopted, it can be understood that the same contact resistance can be obtained even if the extension amount of the lower electrode in the extension direction of the upper electrode is reduced by 0.10 μm as compared with the conventional square-shaped lower electrode.
[0037]
FIG. 3 shows the relationship between the extension amount of the lower electrode with respect to the contact plug of the lower electrode and the number of occurrences of peeling of the lower electrode in the extension direction of the upper electrode. When the extension amount of the lower electrode is 0.25 μm or less, peeling of the lower electrode does not occur, but peeling occurs from 0.3 μm to 0.4 μm, and peeling does not occur when it is 0.5 μm or more.
[0038]
This phenomenon similarly occurs even when stress migration occurs in the extension direction of the upper electrode. The cause is considered as follows.
(1) When the thickness is 0.25 μm or less, the interface having better adhesion right above the contact plug accounts for a large proportion of the entire area, and peeling hardly occurs.
(2) When the thickness is 0.3 to 0.45 μm, the effective ratio of the region having good adhesion directly above the contact plug is reduced, but only the region exposed to the side oxide region is increased, and the adhesion is effectively improved. Does not contribute to peeling, and peeling is likely to occur.
(3) When the thickness is 0.5 μm or more, a region that is not exposed to the side oxide region is sufficiently secured, which leads to an improvement in adhesion.
[0039]
As described above, in consideration of the miniaturization of the cell, it is desirable that the extension amount of the lower electrode in the extension direction of the upper electrode is 0.25 μm or less.
[0040]
Next, a method for manufacturing the dielectric memory according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 1C are views showing a main part of a dielectric memory according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 1C, and FIG. 1B is a line II-II of FIG. 1C. Sectional view, C is a plan view. 7A to 7E are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a dielectric memory according to an embodiment of the present invention.
[0041]
In FIG. 7A, an interlayer insulating film (for example, BPSG) 2 is formed on the semiconductor substrate 1 formed of the high-concentration impurity diffusion layer and the isolation region. Next, in FIG. 7B, a contact is opened in the interlayer insulating film 2 using a desired mask, and a contact plug 6 (W, Poly Si) for electrically connecting the semiconductor substrate and the lower electrode of the ferroelectric capacitor is formed. To form Next, in FIG. 7C, a film (Pt) for promoting the crystal growth of the ferroelectric film and a conductive film composed of an oxygen barrier layer (IrO / Ir / TiAlN) are laminated, and a desired mask, that is, an upper portion formed thereon is formed. Using a lower electrode mask having a small width in the direction in which the electrodes extend and a large width in the non-extension direction, patterning is performed so as to cover the first contact plugs 3, and the lower electrode 3 as shown in FIG. To form Next, a lower inter-electrode buried insulating film 11 (for example, O3TEOS, O3 3 And Si (OC 2 H 5 ) 4 A film of tetraethylorthosilicate is formed by a CVD method, and the surface of the lower electrode 3 is exposed by using a CMP (chemical mechanical polishing) method. Here, the lower electrode is embedded in the insulating film. However, the present invention is not limited to the structure. Next, as shown in FIG. 7D, a ferroelectric solution is applied by spin coating to form a ferroelectric film 4A. The ferroelectric film is baked at a low temperature of 400 ° C. or less to remove organic components, and subjected to RTP (Rapid Thermal Process) in an oxygen atmosphere for 1 minute at 650 ° C. which serves as a nucleus for crystallization. Is desirable. A conductive film 5A made of Pt is formed thereon. Finally, as shown in FIG. 7E, a ferroelectric film 4 and an upper electrode 5 are formed by patterning using a desired mask so that the lower electrode 3 is covered. Here, the ferroelectric film and the upper electrode are patterned using the same mask, but may be performed using different masks. After patterning, the ferroelectric film is heat-treated at a high temperature and crystallized. In the case of the SBT material, the heat treatment temperature is about 650 ° C. to 800 ° C. By performing sintering after patterning, the stress migration of the upper electrode and the ferroelectric film can be limited to the direction in which the upper electrode extends, and at the same time, the lower electrode moves in the non-extension direction of the upper electrode against side oxidation from the non-extension direction. It can be formed while securing a sufficient extension amount of the lower electrode.
[0042]
(Second embodiment)
4A to 4C are views showing the main part of the dielectric memory according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4A is a sectional view taken along the line III-III of FIG. 4C, and FIG. 4B is a line IV-IV of FIG. 4C. Sectional view, C is a plan view. That is, a sectional view of an upper electrode extension direction (cell plate direction), which is a direction in which upper electrodes of the dielectric memory are connected to each other, and an upper electrode non-extension direction (bit line direction), which is a direction orthogonal to the upper electrode extension direction. FIG.
[0043]
A ferroelectric capacitor is formed on a first interlayer insulating film 2 (thickness: 500 to 800 nm) made of a BPSG film on a semiconductor substrate 1, and the lower electrode 3 (thickness: 200 to 400 nm) is formed on the ferroelectric capacitor. ), A capacitive insulating film 4 (50-200 nm in thickness) made of an SBT ferroelectric film, and an upper electrode 5 (50-200 nm in thickness). The lower electrode 3 here of the ferroelectric capacitor is connected to the semiconductor substrate 1 via a W contact plug 6.
[0044]
In contrast to the problem described in the first embodiment, in the present embodiment, the contact plug has a rectangular shape that is long in the upper electrode extension direction and short in the non-extension direction. As a result, the length of extension of the lower electrode in the non-extension direction of the upper electrode is increased, and the upper electrode, which has a large stress change, is prevented from oxidizing the contact by oxygen flowing from the outside that is not protected by the upper electrode or the capacitor insulating film. By increasing the amount of overlap between the lower electrode and the contact plug in the electrode extension direction, contact failure can be prevented.
[0045]
Next, a method of manufacturing the dielectric memory according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4A and 4B and FIGS.
[0046]
In FIG. 7A, an interlayer insulating film (for example, BPSG) 2 is formed on the semiconductor substrate 1 formed of the high-concentration impurity diffusion layer and the isolation region. Next, in FIG. 7B, using a desired mask, a contact is opened in the interlayer insulating film 2 to electrically connect the semiconductor substrate and the lower electrode of the ferroelectric capacitor as shown in FIG. 4C. 6 (W, Poly Si) is formed. Next, in FIG. 7C, a film (Pt) for promoting crystal growth of a ferroelectric film and a conductive film composed of an oxygen barrier layer (IrO / Ir / TiAlN) are laminated, and a desired mask, that is, a square-shaped lower part is formed. The lower electrode 3 is formed by patterning using the electrode mask so that the first contact plug 3 is covered. Next, a lower inter-electrode buried insulating film 11 (for example, O3TEOS) is formed on the lower electrode 3, and the surface of the lower electrode 3 is exposed using CMP. Here, the lower electrode is embedded in the insulating film. However, the present invention is not limited to the structure. Next, as shown in FIG. 7D, a ferroelectric solution is applied by spin coating to form a ferroelectric film 4A. The ferroelectric film is preferably baked at a low temperature of 400 ° C. or less to remove organic components, and is subjected to RTP in an oxygen atmosphere at 650 ° C. for 1 minute as a nucleus for crystallization later. A conductive film 5A made of Pt is formed thereon. Finally, as shown in FIG. 7E, a ferroelectric film 4 and an upper electrode 5 are formed by patterning using a desired mask so that the lower electrode 3 is covered. Here, the ferroelectric film and the upper electrode are patterned using the same mask, but may be performed using different masks. After patterning, the ferroelectric film is heat-treated at a high temperature and crystallized. The temperature of the SBT material is approximately 650 ° C to 800 ° C. By performing sintering after patterning, the stress migration of the upper electrode and the ferroelectric film can be limited to the direction in which the upper electrode extends, and at the same time, the lower electrode moves in the non-extension direction of the upper electrode against side oxidation from the non-extension direction. It can be formed while securing a sufficient extension amount of the lower electrode.
[0047]
Further, in the first and second embodiments, at least a part of the lower electrode and / or at least a part of the upper electrode are provided with, for example, Ir, IrO, Ru, RuO, TiAlN, TaAlN, TaN, TaSiN, or a laminated structure thereof. It is desirable to include an oxygen barrier film composed of Thus, diffusion of oxygen directly above the contact plug through the contact plug can be prevented.
[0048]
(Third embodiment)
FIG. 5 shows the number of occurrences of peeling of the lower electrode with respect to the total extension in the extension direction of the upper electrode. Here, as for the lower electrode, an RTP heat treatment in an oxygen atmosphere at 800 ° C. for 1 minute is performed using a conventional structure having the same lower electrode extension with respect to the contact plug in both the upper electrode extension direction and the upper electrode non-extension direction.
[0049]
From FIG. 5, it can be seen that peeling is observed from a region where the total extension in the upper electrode extension direction is larger than 500 μm, and that the total extension in the upper electrode extension direction is preferably 500 μm or less.
[0050]
6A and 6B are cross-sectional views of a connection portion between upper electrodes of the dielectric memory according to the third embodiment of the present invention, in which the total extension in the extension direction of the upper electrode is set to 500 μm.
[0051]
A ferroelectric capacitor is formed on a first interlayer insulating film 2 made of a BPSG film on a semiconductor substrate 1. The ferroelectric capacitor includes a lower electrode 3, a capacitive insulating film 4 made of an SBT ferroelectric film. , Upper electrode 5. The lower electrode 3 here of the ferroelectric capacitor is connected to the semiconductor substrate 1 via a W contact plug 6.
[0052]
In FIG. 6A, a contact opening 7 is provided at a specific portion of the capacitance insulating film, and the adjacent upper electrode is electrically connected to the contact opening 7, the lower electrode 3, and the diffusion layer in the semiconductor substrate 1. It is connected.
[0053]
In FIG. 6B, a contact plug 9 is formed at a specific location in the interlayer insulating film 8 formed on the capacitor, and the adjacent upper portion is formed via the contact plug 9 and the wiring 10 formed on the interlayer insulating film 8. The electrodes 7 are electrically connected.
[0054]
As described above, even if the total extension in the upper electrode extension direction is restricted, by connecting the adjacent upper electrode via another conductive layer, the restriction on the total extension in the upper electrode extension direction is effectively eliminated, and the upper electrode is freely extended. Layout.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the dielectric memory and the method of manufacturing the same of the present invention, oxidation from the side wall direction from the lower electrode to the contact plug due to oxygen, that is, so-called side oxidation, is prevented, and the stress applied in the upper electrode extension direction is further reduced. Separation inside the lower electrode due to migration and separation at the interface of the contact plug can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are diagrams showing main parts of a dielectric memory according to a first embodiment of the present invention, wherein A is a cross-sectional view taken along line II of C, and B is a cross-sectional view taken along line II-II of C; , C is a plan view
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a lower electrode extension amount and a contact resistance in the dielectric memory according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of extension of the lower electrode (the direction in which the upper electrode does not extend) and the number of occurrences of peeling in the dielectric memory according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 4A to 4C are views showing a main part of a dielectric memory according to a second embodiment of the present invention, wherein A is a cross-sectional view taken along line III-III of C, and B is a cross-sectional view taken along line IV-IV of C; , C is a plan view
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the length of an upper electrode extending direction and the number of occurrences of peeling in a dielectric memory according to a third embodiment of the present invention.
FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views showing connection means between adjacent upper electrodes in a dielectric memory according to a third embodiment of the present invention;
FIGS. 7A to 7E are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the dielectric memory according to the first and second embodiments of the present invention.
8A to 8C are views showing main parts of a conventional dielectric memory, wherein A is a cross-sectional view taken along line VV of C, B is a cross-sectional view taken along line VI-VI of C, and C is a plan view.
[Explanation of symbols]
1 semiconductor substrate
2 Interlayer insulating film
3 Lower electrode
4 Ferroelectric film (capacitive insulating film)
4A ferroelectric film
5 Upper electrode
5A conductive layer
6 Contact plug (between semiconductor substrate and lower electrode)
7 Contact (capacitive insulating film)
8 Interlayer insulating film on capacitor
9 Contact plug (upper electrode and wiring)
10 AL wiring
11 Lower electrode spacer film
12 Element isolation insulating film (STI)

Claims (13)

基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、
前記下部電極は前記基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、
前記上部電極は第1の方向に延びるように形成され、
前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向よりも前記第1の方向と直交する方向において長いことを特徴とする誘電体メモリ。
A dielectric memory comprising a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode formed by laminating in order from the bottom on a substrate,
The lower electrode is formed so as to cover a contact plug electrically connected to the substrate and spread around the contact plug,
The upper electrode is formed to extend in a first direction,
A dielectric memory, wherein a length of the lower electrode extending over the contact plug is longer in a direction orthogonal to the first direction than in the first direction.
前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向よりも前記第1の方向と直交する方向において、0.1μm以上長い請求項1に記載の誘電体メモリ。2. The dielectric memory according to claim 1, wherein a length of the lower electrode extending above the contact plug is longer than the first direction by 0.1 μm or more in a direction orthogonal to the first direction. 3. 基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、
前記下部電極は前記基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、
前記上部電極は第1の方向に延びるように形成され、
前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向と直交する方向において、その方向からの酸素の侵入によって前記コンタクトプラグが酸化されない長さに設定されていることを特徴とする誘電体メモリ。
A dielectric memory comprising a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode formed by laminating in order from the bottom on a substrate,
The lower electrode is formed so as to cover a contact plug electrically connected to the substrate and spread around the contact plug,
The upper electrode is formed to extend in a first direction,
A length of the lower electrode extending over the contact plug is set in a direction orthogonal to the first direction so that the contact plug is not oxidized by intrusion of oxygen from the direction. Characteristic dielectric memory.
基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、
前記下部電極は前記基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、
前記上部電極は第1の方向に延びるように形成され、
前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向において、前記容量絶縁膜のストレスによる前記下部電極の剥離を起こさない長さに設定されていることを特徴とする誘電体メモリ。
A dielectric memory comprising a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode formed by laminating in order from the bottom on a substrate,
The lower electrode is formed so as to cover a contact plug electrically connected to the substrate and spread around the contact plug,
The upper electrode is formed to extend in a first direction,
The length of the lower electrode extending over the contact plug is set in the first direction to a length that does not cause separation of the lower electrode due to stress of the capacitive insulating film. Dielectric memory.
前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向において0.25μm以下である請求項4に記載の誘電体メモリ。5. The dielectric memory according to claim 4, wherein a length of the lower electrode extending over the contact plug is equal to or less than 0.25 [mu] m in the first direction. 基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、
前記下部電極は前記基板に電気的に接続するコンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように形成され、
前記上部電極は第1の方向に延びるように形成され、
前記コンタクトプラグは前記第1の方向と直交する方向よりも前記第1の方向において長い断面形状であることを特徴とする誘電体メモリ。
A dielectric memory comprising a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode formed by laminating in order from the bottom on a substrate,
The lower electrode is formed so as to cover a contact plug electrically connected to the substrate and spread around the contact plug,
The upper electrode is formed to extend in a first direction,
2. The dielectric memory according to claim 1, wherein the contact plug has a cross section longer in the first direction than in a direction orthogonal to the first direction.
基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、
前記上部電極は第1の方向に延びるように形成され、
前記第1の方向における前記上部電極の長さが500μm以下であることを特徴とする誘電体メモリ。
A dielectric memory comprising a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode formed by laminating in order from the bottom on a substrate,
The upper electrode is formed to extend in a first direction,
The length of the upper electrode in the first direction is 500 μm or less.
基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、
前記上部電極は第1の方向に延びるように500μm以下の長さを単位として分割形成され、隣接する前記上部電極間は基板を介して電気的に接続されていることを特徴とする誘電体メモリ。
A dielectric memory comprising a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode formed by laminating in order from the bottom on a substrate,
The dielectric memory, wherein the upper electrode is formed so as to extend in a first direction by a unit of a length of 500 μm or less, and the adjacent upper electrodes are electrically connected via a substrate. .
基板上に下方より順に積層して形成された下部電極、容量絶縁膜および上部電極からなる誘電体メモリであって、
前記上部電極は第1の方向に延びるように500μm以下の長さを単位として分割形成され、隣接する前記上部電極間は配線層を介して電気的に接続されていることを特徴とする誘電体メモリ。
A dielectric memory comprising a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode formed by laminating in order from the bottom on a substrate,
The upper electrode is divided and formed in units of a length of 500 μm or less so as to extend in a first direction, and the adjacent upper electrodes are electrically connected via a wiring layer. memory.
前記下部電極の少なくとも一部に酸素バリア膜が含まれている請求項1乃至9のいずれかに記載の誘電体メモリ。10. The dielectric memory according to claim 1, wherein at least a part of said lower electrode includes an oxygen barrier film. 前記上部電極の少なくとも一部に酸素バリア膜が含まれている請求項1乃至10のいずれかに記載の誘電体メモリ。The dielectric memory according to claim 1, wherein at least a part of the upper electrode includes an oxygen barrier film. 基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の所定領域を開口してコンタクトプラグを形成し、
前記コンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように下部電極を形成し、
前記下部電極上に誘電体膜を形成し、
前記誘電体膜上に、第1の方向に延びるように上部電極を形成し、
前記誘電体膜を形成する工程以降において前記誘電体を熱処理して結晶化し、
前記下部電極を形成する工程では、前記下部電極の前記コンタクトプラグ上を越えて延びる長さが、前記第1の方向よりも前記第1の方向と直交する方向において長くなるように形成することを特徴とする誘電体メモリの製造方法。
Forming an insulating film on the substrate, forming a contact plug by opening a predetermined region of the insulating film,
Forming a lower electrode so as to cover the contact plug and spread around the contact plug,
Forming a dielectric film on the lower electrode,
Forming an upper electrode on the dielectric film so as to extend in a first direction;
Heat treating and crystallizing the dielectric after the step of forming the dielectric film,
The step of forming the lower electrode may include forming the lower electrode such that a length of the lower electrode extending above the contact plug is longer in a direction orthogonal to the first direction than in the first direction. A method for manufacturing a dielectric memory.
基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の所定領域を開口してコンタクトプラグを形成し、
前記コンタクトプラグを被覆してその周囲に広がるように下部電極を形成し、
前記下部電極上に誘電体膜を形成し、
前記誘電体膜上に、第1の方向に延びるように上部電極を形成し、
前記誘電体膜を形成する工程以降において前記誘電体を熱処理して結晶化し、
前記コンタクトプラグは前記第1の方向と直交する方向よりも前記第1の方向において長い断面形状となるように形成することを特徴とする誘電体メモリの製造方法。
Forming an insulating film on the substrate,
Opening a predetermined region of the insulating film to form a contact plug,
Forming a lower electrode so as to cover the contact plug and spread around the contact plug,
Forming a dielectric film on the lower electrode,
Forming an upper electrode on the dielectric film so as to extend in a first direction;
Heat treating and crystallizing the dielectric after the step of forming the dielectric film,
The method of manufacturing a dielectric memory according to claim 1, wherein the contact plug is formed to have a cross section longer in the first direction than in a direction orthogonal to the first direction.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007036089A (en) * 2005-07-29 2007-02-08 Tdk Corp Lower electrode structure
JP2008071899A (en) * 2006-09-13 2008-03-27 Toshiba Corp Semiconductor device
WO2009022503A1 (en) * 2007-08-10 2009-02-19 Sharp Kabushiki Kaisha Thin film capacitor, and display and memory cell employing the film capacitor, and mehtods for fabricating the thin film capacitor, the display and the memory cell
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