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JP2007035969A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2007035969A
JP2007035969A JP2005217899A JP2005217899A JP2007035969A JP 2007035969 A JP2007035969 A JP 2007035969A JP 2005217899 A JP2005217899 A JP 2005217899A JP 2005217899 A JP2005217899 A JP 2005217899A JP 2007035969 A JP2007035969 A JP 2007035969A
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JP
Japan
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film
insulating film
oxygen barrier
barrier film
lower electrode
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Pending
Application number
JP2005217899A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasufumi Izutsu
康文 井筒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2005217899A priority Critical patent/JP2007035969A/en
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Abstract

【課題】 半導体装置の容量絶縁膜となる誘電体薄膜を結晶化させる高温酸素雰囲気中の熱処理を行った場合にも、酸素バリア膜の酸素バリア性の劣化を防止する。
【解決手段】 半導体基板100上の第1の層間絶縁膜107中にコンタクトプラグ106が形成されている。第1の層間絶縁膜107上に、コンタクトプラグ106と電気的に接続し且つ導電性酸化物からなる酸素バリア膜109が形成されている。下部電極111と、下部電極111上に形成された強誘電体膜112と、強誘電体膜112上に形成された上部電極113とからなる容量素子が酸素バリア膜109上に形成されている。強誘電体膜112は酸素バリア膜109と部分的に接するように形成されている。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent deterioration of oxygen barrier properties of an oxygen barrier film even when heat treatment is performed in a high-temperature oxygen atmosphere for crystallizing a dielectric thin film that becomes a capacitive insulating film of a semiconductor device.
A contact plug is formed in a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate. Over the first interlayer insulating film 107, an oxygen barrier film 109 made of a conductive oxide and electrically connected to the contact plug 106 is formed. A capacitive element including a lower electrode 111, a ferroelectric film 112 formed on the lower electrode 111, and an upper electrode 113 formed on the ferroelectric film 112 is formed on the oxygen barrier film 109. The ferroelectric film 112 is formed so as to partially contact the oxygen barrier film 109.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、強誘電体又は高誘電体を容量絶縁膜とする容量素子を有する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 having a capacitive element using a ferroelectric or high dielectric as a capacitive insulating film, and a method for manufacturing the same.

近年、デジタル技術の進化に伴って、大容量データの高速処理及び保存が半導体集積回路装置にとって必要不可欠な条件となってきた。特に、データの入出力や保存に利用される半導体装置については、微細化による高集積化及び高速化が急速に求められている。半導体装置のより一層の微細化及び高速化を実現するために、従来の珪素酸化物や珪素窒化物に代えて、高誘電体を容量絶縁膜として用いる技術が広く研究開発されている。従来よりも高速且つ低電圧で動作する不揮発性RAM(Random Access Memory)を実現するために、強誘電体を容量絶縁膜として用いる技術の研究開発が盛んに行われている。この不揮発性RAMでは、プレーナ型に代えてスタック型を用いることにより集積度を上げて大容量化を図ることができるため、スタック型メモリセルが主流になりつつある。   In recent years, with the advancement of digital technology, high-speed processing and storage of large-capacity data has become an indispensable condition for semiconductor integrated circuit devices. In particular, for semiconductor devices used for data input / output and storage, high integration and high speed by miniaturization are rapidly required. In order to realize further miniaturization and higher speed of a semiconductor device, a technique using a high dielectric as a capacitive insulating film instead of the conventional silicon oxide and silicon nitride has been widely researched and developed. In order to realize a nonvolatile RAM (Random Access Memory) that operates at a higher speed and at a lower voltage than in the past, research and development of a technique using a ferroelectric as a capacitive insulating film has been actively conducted. In this nonvolatile RAM, stack type memory cells are becoming mainstream because the stack type is used instead of the planar type to increase the degree of integration and increase the capacity.

以下、従来の半導体装置について、図9を参照しながら説明する。図9は、従来の半導体装置の要部断面図である。   A conventional semiconductor device will be described below with reference to FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of a conventional semiconductor device.

図9に示すように、プラグ2が埋め込まれた絶縁膜1上にプラグ2と接続するように誘電体薄膜素子(容量素子)3が形成されていると共に誘電体薄膜素子3の全体を覆うように絶縁膜8が形成されている。誘電体薄膜素子3は、導電性ペロブスカイト型酸化物からなる下部電極4と、下部電極4上に形成され且つペロブスカイト型酸化物からなる誘電体薄膜5と、誘電体薄膜5上に形成された上部電極6と、下部電極4の下地層7とを有する。下地層7は、その酸化物が導電性を有する金属、導電性金属窒化物、導電性金属珪化物及び導電性金属酸化物の中から選ばれる少なくとも1種類の材料からなる。   As shown in FIG. 9, a dielectric thin film element (capacitance element) 3 is formed on the insulating film 1 in which the plug 2 is embedded so as to be connected to the plug 2 and covers the entire dielectric thin film element 3. An insulating film 8 is formed on the substrate. The dielectric thin film element 3 includes a lower electrode 4 made of a conductive perovskite oxide, a dielectric thin film 5 formed on the lower electrode 4 and made of a perovskite oxide, and an upper portion formed on the dielectric thin film 5. It has an electrode 6 and a base layer 7 for the lower electrode 4. The underlayer 7 is made of at least one material selected from a metal whose conductivity is conductive, a conductive metal nitride, a conductive metal silicide, and a conductive metal oxide.

このような誘電体薄膜素子3においては、酸素含有雰囲気中で下部電極4の形成を行う必要があるため、下部電極4の構成元素の複合酸化物等(例えばイリジウム酸化物)からなる下地層7が酸化防止層兼拡散バリア層として下部電極4の下に設けられており、それによってプラグ2の酸化を防止している(例えば特許文献1を参照)。
特開平10−93036号公報(第10頁、第1図)
In such a dielectric thin film element 3, since it is necessary to form the lower electrode 4 in an oxygen-containing atmosphere, the underlayer 7 made of a complex oxide or the like (for example, iridium oxide) of the constituent elements of the lower electrode 4 is required. Is provided under the lower electrode 4 as an antioxidant / diffusion barrier layer, thereby preventing oxidation of the plug 2 (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-10-93036 (page 10, FIG. 1)

しかしながら、上記従来の半導体装置では、上部電極、誘電体膜、下部電極及び下地層をパターンニングした後、容量素子全体を絶縁膜によって覆っているため、後工程で実施される誘電体膜の結晶化熱処理又はダメージ回復熱処理(リカバリアニール)に用いる650℃〜800℃という高温によりイリジウム酸化膜(下地層)が還元されてしまう。その結果、イリジウム酸化膜の酸素バリア性が損なわれるので、誘電体膜に含有されていた酸素が下地層を通り抜けてプラグを酸化し、それによってコンタクト抵抗が上昇してしまうという問題が生じる。   However, in the above conventional semiconductor device, the upper electrode, the dielectric film, the lower electrode, and the underlayer are patterned, and the entire capacitive element is covered with an insulating film. The iridium oxide film (underlying layer) is reduced at a high temperature of 650 ° C. to 800 ° C. used for the crystallization heat treatment or damage recovery heat treatment (recovery annealing). As a result, the oxygen barrier property of the iridium oxide film is impaired, so that oxygen contained in the dielectric film passes through the underlayer and oxidizes the plug, thereby increasing the contact resistance.

本発明は、上記従来の問題に鑑みて、誘電体薄膜を結晶化させる高温酸素雰囲気中の熱処理を行った場合にも、酸素バリア膜の酸素バリア性の劣化を防止できる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a semiconductor device capable of preventing deterioration of oxygen barrier properties of an oxygen barrier film even when heat treatment in a high-temperature oxygen atmosphere for crystallizing a dielectric thin film is performed, and a method for manufacturing the same The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明は、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極からなるキャパシタ(容量素子)の下に例えば導電性酸化物からなる酸素バリア膜を備えると共に酸素バリア膜の側方周囲を覆う絶縁膜を備えた半導体装置において、当該絶縁膜から酸素バリア膜の一部分が露出しており且つ該露出する部分にて酸素バリア膜と容量絶縁膜とが接触することを特徴とする。本発明によれば、容量絶縁膜とする誘電体膜の結晶化温度によって、導電性酸化物等からなる酸素バリア膜が還元され、それによって酸素バリア性が劣化してしまう事態を防止できる。   In order to achieve the above object, the present invention includes an oxygen barrier film made of, for example, a conductive oxide under a capacitor (capacitance element) made up of a lower electrode, a capacitor insulating film, and an upper electrode, and a side of the oxygen barrier film. In a semiconductor device including an insulating film covering the periphery, a part of the oxygen barrier film is exposed from the insulating film, and the oxygen barrier film and the capacitor insulating film are in contact with each other at the exposed part. According to the present invention, it is possible to prevent a situation in which an oxygen barrier film made of a conductive oxide or the like is reduced due to the crystallization temperature of a dielectric film serving as a capacitive insulating film, thereby deteriorating oxygen barrier properties.

具体的には、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜中に形成されたコンタクトプラグと、第1の絶縁膜上にコンタクトプラグと電気的に接続するように形成されており且つ導電性酸化物からなる酸素バリア膜と、酸素バリア膜上に形成された容量素子とを備え、容量素子は、下部電極と、下部電極上に形成され且つ誘電体膜からなる容量絶縁膜と、容量絶縁膜上に形成された上部電極とを有し、容量絶縁膜は酸素バリア膜と部分的に接するように形成されている。   Specifically, a semiconductor device according to the present invention includes a first insulating film formed on a semiconductor substrate, a contact plug formed in the first insulating film, and a contact plug on the first insulating film. And an oxygen barrier film made of a conductive oxide and a capacitor formed on the oxygen barrier film. The capacitor is formed on the lower electrode and the lower electrode. The capacitor insulating film is formed of a dielectric film and has an upper electrode formed on the capacitor insulating film, and the capacitor insulating film is formed to be in partial contact with the oxygen barrier film.

本発明の半導体装置によると、例えば酸素バリア膜の一部分を下部電極及び周囲の絶縁膜から露出させることによって、下部電極上に形成する容量絶縁膜と酸素バリア膜とが接する構造が得られる。そして、当該構造、容量絶縁膜中を酸素が自由に透過できること、及び容量絶縁膜中に酸素が含まれていることによって、容量絶縁膜と接する酸素バリア膜は十分に酸素を受け取ることができる。すなわち、容量絶縁膜からの酸素の供給によって酸素バリア膜の還元を防止できるので、下層のプラグに対する当該酸素バリア膜の酸素バリア性を効果的に保持することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, for example, by exposing a part of the oxygen barrier film from the lower electrode and the surrounding insulating film, a structure in which the capacitor insulating film formed on the lower electrode is in contact with the oxygen barrier film can be obtained. In addition, since oxygen can freely pass through the structure, the capacitor insulating film, and oxygen is contained in the capacitor insulating film, the oxygen barrier film in contact with the capacitor insulating film can sufficiently receive oxygen. That is, since the oxygen barrier film can be prevented from being reduced by supplying oxygen from the capacitor insulating film, the oxygen barrier property of the oxygen barrier film with respect to the lower plug can be effectively maintained.

上記の本発明の半導体装置において、第1の絶縁膜上に酸素バリア膜の側面を覆うように形成された第2の絶縁膜をさらに備え、容量絶縁膜は下部電極の上及び第2の絶縁膜の上に形成されていてもよい。この場合、第2の絶縁膜の上面は、酸素バリア膜の底面よりも上方で且つ酸素バリア膜の上面と同等か又は当該上面よりも下方の位置に存在してもよい。   The semiconductor device according to the present invention further includes a second insulating film formed on the first insulating film so as to cover a side surface of the oxygen barrier film, and the capacitive insulating film is formed on the lower electrode and the second insulating film. It may be formed on the film. In this case, the upper surface of the second insulating film may exist above the bottom surface of the oxygen barrier film and at the same level as or below the top surface of the oxygen barrier film.

上記の本発明の半導体装置において、容量絶縁膜は、酸素バリア膜の側面又は上面において酸素バリア膜と接してもよい。   In the semiconductor device of the present invention, the capacitor insulating film may be in contact with the oxygen barrier film on the side surface or the upper surface of the oxygen barrier film.

上記の本発明の半導体装置において、第1の絶縁膜上に酸素バリア膜の側面を覆うように形成された第2の絶縁膜をさらに備え、容量絶縁膜は、酸素バリア膜の上、下部電極の上及び第2の絶縁膜の上に形成されていてもよい。   The semiconductor device according to the present invention further includes a second insulating film formed on the first insulating film so as to cover the side surface of the oxygen barrier film, and the capacitive insulating film is formed on the oxygen barrier film and on the lower electrode. And on the second insulating film.

上記の本発明の半導体装置において、酸素バリア膜の平面形状は、容量下部電極の平面形状よりも大きいことが好ましい。これにより、酸素バリア膜と接する容量絶縁膜の面積が大きくなり、また、容量絶縁膜中を酸素が自由に透過できると共に容量絶縁膜中に酸素が含まれているため、酸素バリア膜は容量絶縁膜から十分に酸素を受け取ることができる。従って、容量絶縁膜からの酸素の供給によって酸素バリア膜が還元されることを防止できるので、下層のプラグに対する当該酸素バリア膜の酸素バリア性を保持することができる。   In the semiconductor device of the present invention, the planar shape of the oxygen barrier film is preferably larger than the planar shape of the capacitor lower electrode. As a result, the area of the capacitive insulating film in contact with the oxygen barrier film is increased, oxygen can freely pass through the capacitive insulating film, and oxygen is contained in the capacitive insulating film. Sufficient oxygen can be received from the membrane. Therefore, since the oxygen barrier film can be prevented from being reduced by the supply of oxygen from the capacitor insulating film, the oxygen barrier property of the oxygen barrier film with respect to the lower plug can be maintained.

上記の本発明の半導体装置において、酸素バリア膜は、イリジウム酸化膜、ルテニウム酸化膜、レニウム酸化膜、オスミウム酸化膜及びロジウム酸化膜からなる導電性酸化膜群のうちのいずれか1つからなる単層膜、又は当該導電性酸化膜群のうちの2つ以上からなる積層膜であることが好ましい。   In the above-described semiconductor device of the present invention, the oxygen barrier film is a single electrode made of any one of a conductive oxide film group consisting of an iridium oxide film, a ruthenium oxide film, a rhenium oxide film, an osmium oxide film, and a rhodium oxide film. A layer film or a laminated film composed of two or more members of the conductive oxide film group is preferable.

本発明に係る第1の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、第1の絶縁膜中にコンタクトプラグを形成する工程と、第1の絶縁膜上に、コンタクトプラグと電気的に接続する酸素バリア膜を形成する工程と、酸素バリア膜の上に下部電極を形成する工程と、下部電極の上に、誘電体膜からなる容量絶縁膜を形成する工程と、容量絶縁膜の上に上部電極を形成する工程とを備え、下部電極を形成する工程と容量絶縁膜を形成する工程との間に、下部電極及び酸素バリア膜を覆うように第2の絶縁膜を形成した後、下部電極の上面及び側面並びに酸素バリア膜の側面上部が露出するように第2の絶縁膜の上面を平坦化する工程をさらに備え、容量絶縁膜を形成する工程は、下部電極の上、第2の絶縁膜の上及び酸素バリア膜の露出した側面上部の上に容量絶縁膜を形成する工程を含む。   The first method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a contact plug in the first insulating film, and a step on the first insulating film. In addition, a step of forming an oxygen barrier film electrically connected to the contact plug, a step of forming a lower electrode on the oxygen barrier film, and a capacitive insulating film made of a dielectric film are formed on the lower electrode. And a step of forming an upper electrode on the capacitor insulating film, and the second electrode is formed so as to cover the lower electrode and the oxygen barrier film between the step of forming the lower electrode and the step of forming the capacitor insulating film. Forming the capacitive insulating film, and further comprising the step of planarizing the upper surface of the second insulating film so that the upper surface and side surfaces of the lower electrode and the upper side surface of the oxygen barrier film are exposed. , On the lower electrode, on the second insulating film and Comprising the step of forming a capacitor insulating film on the exposed upper side surface of the unit barrier film.

本発明に係る第2の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、第1の絶縁膜中にコンタクトプラグを形成する工程と、第1の絶縁膜上に、コンタクトプラグと電気的に接続する酸素バリア膜を形成する工程と、酸素バリア膜の上に下部電極を形成する工程と、下部電極の上に、誘電体膜からなる容量絶縁膜を形成する工程と、容量絶縁膜の上に上部電極を形成する工程とを備え、下部電極を形成する工程は、酸素バリア膜の平面形状よりも小さい平面形状を持つ下部電極を形成する工程を含み、下部電極を形成する工程と容量絶縁膜を形成する工程との間に、下部電極及び酸素バリア膜を覆うように第2の絶縁膜を形成した後、下部電極の上面及び側面並びに酸素バリア膜の上面が露出するように第2の絶縁膜の上面を平坦化する工程をさらに備え、容量絶縁膜を形成する工程は、下部電極の上、第2の絶縁膜の上及び酸素バリア膜の上に容量絶縁膜を形成する工程を含む。   The second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a contact plug in the first insulating film, and a step on the first insulating film. In addition, a step of forming an oxygen barrier film electrically connected to the contact plug, a step of forming a lower electrode on the oxygen barrier film, and a capacitive insulating film made of a dielectric film are formed on the lower electrode. And a step of forming an upper electrode on the capacitor insulating film, and the step of forming the lower electrode includes a step of forming a lower electrode having a planar shape smaller than the planar shape of the oxygen barrier film. After forming the second insulating film so as to cover the lower electrode and the oxygen barrier film between the step of forming the electrode and the step of forming the capacitive insulating film, the upper surface and side surfaces of the lower electrode and the upper surface of the oxygen barrier film 2nd insulation so that is exposed Top further comprising a step of flattening the, the step of forming the capacitor insulating film, over the lower electrode includes forming a capacitor insulating film on the upper and oxygen barrier film of the second insulating film.

本発明の第1及び第2の半導体装置の製造方法によれば、容量絶縁膜形成のための熱処理時において、酸素バリア膜の一部分が第2の絶縁膜及び下部電極によって覆われずに露出しているため、当該露出部分から、酸素雰囲気中の酸素を十分に取り込むことができる。また、容量絶縁膜形成後においては、当該露出部分と容量絶縁膜とが接触すること、容量絶縁膜中を酸素が自由に透過できること、及び容量絶縁膜中に酸素が含まれていることによって、容量絶縁膜と接する酸素バリア膜は、容量絶縁膜を結晶化させる高温酸素雰囲気中の熱処理の際にも十分に酸素を受け取ることができる。従って、酸素バリア膜の還元を防止して、下層のプラグに対する当該酸素バリア膜の酸素バリア性を保持することができる。   According to the first and second semiconductor device manufacturing methods of the present invention, a portion of the oxygen barrier film is exposed without being covered by the second insulating film and the lower electrode during the heat treatment for forming the capacitive insulating film. Therefore, oxygen in the oxygen atmosphere can be sufficiently taken in from the exposed portion. Further, after the capacitor insulating film is formed, the exposed portion and the capacitor insulating film are in contact with each other, oxygen can freely pass through the capacitor insulating film, and oxygen is contained in the capacitor insulating film. The oxygen barrier film in contact with the capacitor insulating film can sufficiently receive oxygen even during heat treatment in a high-temperature oxygen atmosphere for crystallizing the capacitor insulating film. Therefore, reduction of the oxygen barrier film can be prevented, and the oxygen barrier property of the oxygen barrier film with respect to the lower plug can be maintained.

本発明の第1又は第2の半導体装置の製造方法において、第2の絶縁膜の上面を平坦化する工程は、第2の絶縁膜の上面が酸素バリア膜の底面よりも上方で且つ酸素バリア膜の上面と同等か又は当該上面よりも下方の位置に存在するように第2の絶縁膜の上面を平坦化する工程を含むことが好ましい。このようにすると、容量絶縁膜形成のための熱処理時において、酸素バリア膜中に酸素をより効果的に取り込むことができる。   In the first or second method for fabricating a semiconductor device of the present invention, the step of planarizing the upper surface of the second insulating film is performed by the upper surface of the second insulating film being above the bottom surface of the oxygen barrier film and the oxygen barrier. It is preferable to include a step of planarizing the upper surface of the second insulating film so as to exist at a position equivalent to or lower than the upper surface of the film. In this way, oxygen can be more effectively taken into the oxygen barrier film during the heat treatment for forming the capacitive insulating film.

本発明によれば、酸素雰囲気中で高温熱処理を行った場合にも酸素バリア膜の特性劣化を抑制することができ、それによりコンタクト抵抗の安定した高性能な半導体装置及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, even when high-temperature heat treatment is performed in an oxygen atmosphere, it is possible to suppress deterioration in characteristics of the oxygen barrier film, thereby providing a high-performance semiconductor device with stable contact resistance and a method for manufacturing the same. be able to.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。図1は、第1の実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。
(First embodiment)
The semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of the semiconductor device according to the first embodiment.

図1に示すように、半導体基板100における素子分離101により囲まれた素子領域(選択用トランジスタ形成領域)の上にはゲート絶縁膜103を介してゲート電極104が形成されている。ゲート電極104の側面には絶縁性サイドウォール105が形成されている。また、半導体基板100におけるゲート電極104の両側方には、選択用トランジスタのソース及びドレインのそれぞれとなる不純物拡散層102A及び102Bが形成されている。半導体基板100の上には、選択用トランジスタを覆うように、例えばシリコン酸化物等からなる第1の層間絶縁膜107が形成されている。第1の層間絶縁膜107中には、不純物拡散層102Bと電気的に接続し且つ例えばタングステンからなるコンタクトプラグ106が形成されている。第1の層間絶縁膜107上には、コンタクトプラグ106と接続し且つ例えばイリジウム酸化物からなる酸素バリア膜109、及び酸素バリア膜109の側面を覆う第2の層間絶縁膜114が形成されている。尚、酸素バリア膜109の側面上部は第2の層間絶縁膜114から露出している。   As shown in FIG. 1, a gate electrode 104 is formed on an element region (selection transistor formation region) surrounded by the element isolation 101 in the semiconductor substrate 100 via a gate insulating film 103. An insulating sidewall 105 is formed on the side surface of the gate electrode 104. Impurity diffusion layers 102A and 102B, which are the source and drain of the selection transistor, are formed on both sides of the gate electrode 104 in the semiconductor substrate 100, respectively. A first interlayer insulating film 107 made of, for example, silicon oxide is formed on the semiconductor substrate 100 so as to cover the selection transistor. In the first interlayer insulating film 107, a contact plug 106 made of, for example, tungsten and electrically connected to the impurity diffusion layer 102B is formed. On the first interlayer insulating film 107, an oxygen barrier film 109 made of, for example, iridium oxide and a second interlayer insulating film 114 covering the side surfaces of the oxygen barrier film 109 are formed, which are connected to the contact plug 106. . Note that the upper portion of the side surface of the oxygen barrier film 109 is exposed from the second interlayer insulating film 114.

酸素バリア膜109の上には例えば白金からなる下部電極111、強誘電体膜112及び例えば白金からなる上部電極113が順次積層されている。すなわち、不純物拡散層102Bと下部電極111とは酸素バリア膜109及びコンタクトプラグ106を介して電気的に接続されている。   On the oxygen barrier film 109, a lower electrode 111 made of, for example, platinum, a ferroelectric film 112, and an upper electrode 113 made of, for example, platinum are sequentially stacked. That is, the impurity diffusion layer 102 </ b> B and the lower electrode 111 are electrically connected through the oxygen barrier film 109 and the contact plug 106.

下部電極111、強誘電体膜112及び上部電極113からなる容量素子を覆うように第3の層間絶縁膜115が形成されている。第1の層間絶縁膜107、第2の層間絶縁膜114及び第3の層間絶縁膜115には、不純物拡散層102Bと接続するプラグ117が形成されていると共に、第3の層間絶縁膜115の上には、プラグ117と接続する配線116が形成されている。   A third interlayer insulating film 115 is formed so as to cover the capacitive element composed of the lower electrode 111, the ferroelectric film 112 and the upper electrode 113. In the first interlayer insulating film 107, the second interlayer insulating film 114, and the third interlayer insulating film 115, a plug 117 connected to the impurity diffusion layer 102B is formed, and the third interlayer insulating film 115 A wiring 116 connected to the plug 117 is formed on the top.

本実施形態の特徴は、第2の層間絶縁膜114の上面高さが、酸素バリア膜109の上面高さよりも下側に設定されており、それによって強誘電体膜112と酸素バリア膜109とが部分的に接触していることである。言い換えると、強誘電体膜112は、下部電極111の上面及び側面、酸素バリア膜109の側面上部並びに第2の層間絶縁膜114の上面(酸素バリア膜109の近傍領域)を覆っている。すなわち、強誘電体膜112の形成時点においては、酸素バリア膜109の側面上部は第2の層間絶縁膜114によって覆われずに露出している。また、強誘電体膜112の形成後においては、当該露出部分と強誘電体膜112とが接触している。従って、強誘電体焼結時において、酸素バリア膜109の露出部分から、酸素雰囲気中の酸素を効果的に取り込むことができる。さらに、強誘電体膜112中を酸素が自由に透過できること、及び強誘電体膜112中に酸素が含まれていることによって、強誘電体膜112と接する酸素バリア膜109は、強誘電体膜112を結晶化させる高温酸素雰囲気中の熱処理の際にも強誘電体膜112からさらに十分に酸素を受け取ることができる。従って、酸素バリア膜109の還元を防止して、下層のコンタクトプラグ106に対する当該酸素バリア膜109の酸素バリア性を保持することができる。   The feature of this embodiment is that the upper surface height of the second interlayer insulating film 114 is set to be lower than the upper surface height of the oxygen barrier film 109, whereby the ferroelectric film 112, the oxygen barrier film 109, Is in partial contact. In other words, the ferroelectric film 112 covers the upper surface and side surfaces of the lower electrode 111, the upper side surfaces of the oxygen barrier film 109, and the upper surface of the second interlayer insulating film 114 (regions near the oxygen barrier film 109). That is, at the time of forming the ferroelectric film 112, the upper portion of the side surface of the oxygen barrier film 109 is exposed without being covered by the second interlayer insulating film 114. Further, after the formation of the ferroelectric film 112, the exposed portion and the ferroelectric film 112 are in contact with each other. Therefore, oxygen in the oxygen atmosphere can be effectively taken in from the exposed portion of the oxygen barrier film 109 during the ferroelectric sintering. Further, since oxygen can freely pass through the ferroelectric film 112 and oxygen is contained in the ferroelectric film 112, the oxygen barrier film 109 in contact with the ferroelectric film 112 is a ferroelectric film. Even during heat treatment in a high-temperature oxygen atmosphere for crystallizing 112, oxygen can be more sufficiently received from the ferroelectric film 112. Therefore, reduction of the oxygen barrier film 109 can be prevented, and the oxygen barrier property of the oxygen barrier film 109 with respect to the lower contact plug 106 can be maintained.

尚、本実施形態において、酸素バリア膜109の膜厚に関しては、酸素バリア性を安定して得るために、5〜200nmの範囲にあることが望ましい。   In the present embodiment, the film thickness of the oxygen barrier film 109 is preferably in the range of 5 to 200 nm in order to stably obtain the oxygen barrier property.

以下、下部電極111として白金、酸素バリア膜109としてイリジウム酸化膜を用いた場合を例として具体的に説明する。   Hereinafter, a case where platinum is used as the lower electrode 111 and an iridium oxide film is used as the oxygen barrier film 109 will be described in detail.

スタック型メモリセルの場合、平坦化工程を比較的容易に実施できることから、容量素子の下部電極をその上面だけを露出させた状態で絶縁膜中に埋設し、その後、下部電極上に容量絶縁膜及び上部電極を形成することが多い。一般に、イリジウム酸化膜を十分な酸素が与えられない状態で高温に曝すと、350℃〜400℃程度の温度で還元が起こり始める。従来のメモリセル構造では、酸素バリア膜となるイリジウム酸化膜が絶縁膜中に完全に埋設されているため、言い換えると、イリジウム酸化膜が絶縁膜と下部電極とによって完全に囲まれているため、イリジウム酸化膜に供給される酸素は、直上にある白金下部電極中を通り抜けてくる酸素のみとなる。従って、イリジウム酸化膜において酸素の供給不足の状態が生じるので、容量絶縁膜となる強誘電体の結晶化に用いる650℃〜800℃という高温によってイリジウム酸化膜の還元が起こってしまう。その結果、イリジウム酸化膜の酸素バリア性が損なわれるので、イリジウム酸化膜を僅かに通り抜ける酸素によってイリジウム酸化膜の下側の拡散バリア膜やプラグが酸化して高抵抗化が生じるという不具合が起こっていた。   In the case of a stacked memory cell, since the planarization process can be performed relatively easily, the lower electrode of the capacitive element is embedded in the insulating film with only the upper surface thereof exposed, and then the capacitive insulating film is formed on the lower electrode. In many cases, an upper electrode is formed. Generally, when an iridium oxide film is exposed to a high temperature in a state where sufficient oxygen is not applied, reduction starts to occur at a temperature of about 350 ° C. to 400 ° C. In the conventional memory cell structure, since the iridium oxide film serving as the oxygen barrier film is completely embedded in the insulating film, in other words, the iridium oxide film is completely surrounded by the insulating film and the lower electrode. The oxygen supplied to the iridium oxide film is only oxygen that passes through the platinum lower electrode directly above. Therefore, since the oxygen supply state is insufficient in the iridium oxide film, the iridium oxide film is reduced at a high temperature of 650 ° C. to 800 ° C. used for crystallization of the ferroelectric material serving as the capacitive insulating film. As a result, since the oxygen barrier property of the iridium oxide film is impaired, there is a problem in that the diffusion barrier film and the plug below the iridium oxide film are oxidized by oxygen slightly passing through the iridium oxide film, resulting in high resistance. It was.

それに対して、上述した本発明に係る第1の実施形態によれば、酸素バリア膜109の一部分が下部電極111及び周囲の絶縁膜(第2の層間絶縁膜114)から露出しているため、下部電極111上に形成される容量絶縁膜(強誘電体膜112)と酸素バリア膜109とが必然的に接することになる。ここで、容量絶縁膜中においては酸素が自由に透過できると共に容量絶縁膜中に酸素が含有されているため、容量絶縁膜から酸素バリア膜109は十分に酸素を受け取ることができる。このように、容量絶縁膜からの酸素の供給により酸素バリア膜109の還元を防止し、それにより下層のプラグ(コンタクトプラグ106)等に対する当該酸素バリア膜109の酸素バリア性を保持することができる。   On the other hand, according to the first embodiment of the present invention described above, a part of the oxygen barrier film 109 is exposed from the lower electrode 111 and the surrounding insulating film (second interlayer insulating film 114). The capacitor insulating film (ferroelectric film 112) formed on the lower electrode 111 and the oxygen barrier film 109 inevitably come into contact with each other. Here, since oxygen can freely pass through the capacitor insulating film and oxygen is contained in the capacitor insulating film, the oxygen barrier film 109 can sufficiently receive oxygen from the capacitor insulating film. In this manner, the oxygen barrier film 109 is prevented from being reduced by supplying oxygen from the capacitor insulating film, whereby the oxygen barrier property of the oxygen barrier film 109 with respect to the lower plug (contact plug 106) and the like can be maintained. .

以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。図2(a)〜(c)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。尚、図2(a)〜(c)においては、図1と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。   Hereinafter, a semiconductor device manufacturing method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating respective steps of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment. 2A to 2C, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

まず、図2(a)に示すように、半導体基板100上に、例えばシリコントレンチ技術を用いて素子分離領域101を形成する。これにより、素子領域(選択用トランジスタ形成領域)が規定される。次に、当該素子領域の上にゲート絶縁膜103を介して選択用トランジスタのゲート電極104を形成すると共にゲート電極104の側面に絶縁性サイドウォール105を形成する。続いて、半導体基板100におけるゲート電極104の両側方に、イオン注入によって、選択用トランジスタのソース及びドレインのそれぞれとなる不純物拡散層102A及び102Bを形成する。   First, as shown in FIG. 2A, an element isolation region 101 is formed on a semiconductor substrate 100 by using, for example, a silicon trench technique. Thereby, an element region (selection transistor formation region) is defined. Next, the gate electrode 104 of the selection transistor is formed on the element region through the gate insulating film 103, and the insulating sidewall 105 is formed on the side surface of the gate electrode 104. Subsequently, impurity diffusion layers 102 </ b> A and 102 </ b> B to be the source and drain of the selection transistor are formed by ion implantation on both sides of the gate electrode 104 in the semiconductor substrate 100.

次に、上記のトランジスタと後述する容量素子とを絶縁するために、例えばシリコン酸化膜を第1の層間絶縁膜107として半導体基板100上に形成する。また、当該容量素子と不純物拡散層102Bとの接続領域に位置する層間絶縁膜107にコンタクトホールを形成した後、当該コンタクトホールに例えばタングステンを埋め込むことにより、不純物拡散層102Bと接続するコンタクトプラグ106を形成する。次に、コンタクトプラグ106の上を含む第1の層間絶縁膜107の上に例えば膜厚100nmのイリジウム酸化膜及び例えば膜厚50nmの白金膜を順次成膜した後、当該イリジウム酸化膜及び白金膜をパターンニングして、コンタクトプラグ106と接続する酸素バリア膜109及び下部電極111(下部電極群)を形成する。次に、当該下部電極群を覆うように例えばシリコン酸化膜からなる第2の層間絶縁膜114を成膜した後、例えばCMP(chemical mechanical polishing )によって、第2の層間絶縁膜114の上面と下部電極111の上面とが面一になるように第2の層間絶縁膜114を平坦化する。その後、第2の層間絶縁膜114に対して例えばドライエッチングを行うことによって、第2の層間絶縁膜114の上面を酸素バリア膜109の上面よりも20nm程度低くする。これにより、酸素バリア膜109の側面上部が露出する。   Next, for example, a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 100 as the first interlayer insulating film 107 in order to insulate the above-described transistor from a capacitor element described later. Further, after forming a contact hole in the interlayer insulating film 107 located in the connection region between the capacitor element and the impurity diffusion layer 102B, the contact plug 106 connected to the impurity diffusion layer 102B is buried by filling the contact hole with tungsten, for example. Form. Next, an iridium oxide film having a thickness of, for example, 100 nm and a platinum film having a thickness of, for example, 50 nm are sequentially formed on the first interlayer insulating film 107 including the contact plug 106, and then the iridium oxide film and the platinum film are formed. Then, an oxygen barrier film 109 and a lower electrode 111 (lower electrode group) connected to the contact plug 106 are formed. Next, after forming a second interlayer insulating film 114 made of, for example, a silicon oxide film so as to cover the lower electrode group, the upper surface and the lower portion of the second interlayer insulating film 114 are formed by, for example, CMP (chemical mechanical polishing). The second interlayer insulating film 114 is planarized so that the upper surface of the electrode 111 is flush with the upper surface. Thereafter, for example, dry etching is performed on the second interlayer insulating film 114 to lower the upper surface of the second interlayer insulating film 114 by about 20 nm from the upper surface of the oxygen barrier film 109. Thereby, the upper part of the side surface of the oxygen barrier film 109 is exposed.

次に、下部電極111の上を含む第2の層間絶縁膜114の上に例えばスピン塗布によって強誘電体薄膜を形成した後、例えば650℃程度の酸素雰囲気中で当該強誘電体薄膜の仮焼結を行う。次に、当該強誘電体薄膜の上に例えば膜厚50nmの白金膜を成膜した後、当該白金膜及び当該強誘電体薄膜を一括してパターニングする。これにより、図2(b)に示すように、下部電極111の上に容量絶縁膜(強誘電体膜)112及び上部電極113が形成される。すなわち、下部電極111、容量絶縁膜112及び上部電極113からなる容量素子が形成される。このとき、容量絶縁膜112は、酸素バリア膜109の側面上部と接触するように第2の層間絶縁膜114の上にも形成される。   Next, after forming a ferroelectric thin film on the second interlayer insulating film 114 including the lower electrode 111 by, for example, spin coating, the ferroelectric thin film is calcined in an oxygen atmosphere of, for example, about 650 ° C. Do the tie. Next, after a platinum film having a film thickness of, for example, 50 nm is formed on the ferroelectric thin film, the platinum film and the ferroelectric thin film are patterned at once. As a result, as shown in FIG. 2B, a capacitive insulating film (ferroelectric film) 112 and an upper electrode 113 are formed on the lower electrode 111. That is, a capacitor element including the lower electrode 111, the capacitor insulating film 112, and the upper electrode 113 is formed. At this time, the capacitor insulating film 112 is also formed on the second interlayer insulating film 114 so as to be in contact with the upper side surface of the oxygen barrier film 109.

次に、図2(c)に示すように、上記の容量素子の上を含む半導体基板100の全面を第3の層間絶縁膜115によって覆った後、例えば800℃の酸素雰囲気中で容量絶縁膜112を構成する強誘電体の本焼結を行う。続いて、第1の層間絶縁膜107、第2の層間絶縁膜114及び第3の層間絶縁膜115に、不純物拡散層102Aに達するコンタクトホールを形成する。次に、当該コンタクトホールに例えばタングステンを埋め込んでプラグ(ビット線コンタクト)117を形成した後、第3の層間絶縁膜115の上に、プラグ117と接続する配線(ビット線)116を形成する。   Next, as shown in FIG. 2C, after covering the entire surface of the semiconductor substrate 100 including the above capacitor element with a third interlayer insulating film 115, the capacitor insulating film is formed in an oxygen atmosphere at 800 ° C., for example. The main body 112 is subjected to main sintering. Subsequently, a contact hole reaching the impurity diffusion layer 102A is formed in the first interlayer insulating film 107, the second interlayer insulating film 114, and the third interlayer insulating film 115. Next, for example, tungsten is buried in the contact hole to form a plug (bit line contact) 117, and then a wiring (bit line) 116 connected to the plug 117 is formed on the third interlayer insulating film 115.

以上に説明した、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、容量絶縁膜形成のための熱処理時において、酸素バリア膜109の一部分(側面上部)が第2の層間絶縁膜114及び下部電極111によって覆われずに露出しているため、当該露出部分から、酸素雰囲気中の酸素を十分に取り込むことができる。また、容量絶縁膜形成後においては、当該露出部分と容量絶縁膜112とが接触すること、容量絶縁膜112中を酸素が自由に透過できること、及び容量絶縁膜112中に酸素が含まれていることによって、容量絶縁膜112と接する酸素バリア膜109は、容量絶縁膜112を構成する強誘電体を結晶化させる高温酸素雰囲気中の熱処理の際にも十分に酸素を受け取ることができる。従って、酸素バリア膜109の還元を防止して、下層のコンタクトプラグ106に対する当該酸素バリア膜109の酸素バリア性を保持することができる。   According to the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment described above, a part (upper side surface) of the oxygen barrier film 109 is formed by the second interlayer insulating film 114 and the heat treatment for forming the capacitive insulating film. Since it is exposed without being covered by the lower electrode 111, oxygen in the oxygen atmosphere can be sufficiently taken in from the exposed portion. Further, after the capacitor insulating film is formed, the exposed portion and the capacitor insulating film 112 are in contact with each other, oxygen can freely pass through the capacitor insulating film 112, and oxygen is contained in the capacitor insulating film 112. As a result, the oxygen barrier film 109 in contact with the capacitor insulating film 112 can sufficiently receive oxygen even during heat treatment in a high-temperature oxygen atmosphere for crystallizing the ferroelectric forming the capacitor insulating film 112. Therefore, reduction of the oxygen barrier film 109 can be prevented, and the oxygen barrier property of the oxygen barrier film 109 with respect to the lower contact plug 106 can be maintained.

(第1の実施形態の変形例)
以下、本発明の第1の実施形態の変形例に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。図3は、第1の実施形態の変形例に係る半導体装置の要部断面図である。尚、図3において、図1に示す第1の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより説明を省略する。
(Modification of the first embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device according to a modification of the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a cross-sectional view of main parts of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. In FIG. 3, the same components as those in the first embodiment shown in FIG.

図3に示すように、本変形例が第1の実施形態と異なっている点は、コンタクトプラグ106と酸素バリア膜109(以下、本変形例において上部酸素バリア膜109と称する)との間に下から順に、例えばチタン及びアルミニウムの窒化物(窒化チタンアルミニウム)からなる拡散バリア膜108及び例えばイリジウムからなる下部酸素バリア膜110が介在していることである。すなわち、本変形例においては、不純物拡散層102Bと下部電極111とは、上部酸素バリア膜109、下部酸素バリア膜110、拡散バリア膜108及びコンタクトプラグ106を介して電気的に接続されている。また、本変形例においては、第2の層間絶縁膜114は、上部酸素バリア膜109、下部酸素バリア膜110及び拡散バリア膜108のそれぞれの側面を覆うように形成されている。但し、上部酸素バリア膜109の側面上部は第2の層間絶縁膜114から露出している。   As shown in FIG. 3, this modification differs from the first embodiment between the contact plug 106 and the oxygen barrier film 109 (hereinafter referred to as the upper oxygen barrier film 109 in this modification). In order from the bottom, a diffusion barrier film 108 made of, for example, a nitride of titanium and aluminum (titanium aluminum nitride) and a lower oxygen barrier film 110 made of, for example, iridium are interposed. That is, in this modification, the impurity diffusion layer 102B and the lower electrode 111 are electrically connected via the upper oxygen barrier film 109, the lower oxygen barrier film 110, the diffusion barrier film 108, and the contact plug 106. In the present modification, the second interlayer insulating film 114 is formed so as to cover the side surfaces of the upper oxygen barrier film 109, the lower oxygen barrier film 110, and the diffusion barrier film 108. However, the upper part of the side surface of the upper oxygen barrier film 109 is exposed from the second interlayer insulating film 114.

具体的には、第1の実施形態と同様に、第2の層間絶縁膜114の上面高さが、上部酸素バリア膜109の上面高さよりも下側に設定されており、それによって強誘電体膜112と上部酸素バリア膜109とが部分的に接触している。言い換えると、強誘電体膜112は、下部電極111の上面及び側面、上部酸素バリア膜109の側面上部、並びに第2の層間絶縁膜114の上面(上部酸素バリア膜109の近傍領域)を覆っている。すなわち、強誘電体膜112の形成時点においては、上部酸素バリア膜109の側面上部は第2の層間絶縁膜114によって覆われずに露出している。従って、強誘電体焼結時において、酸素バリア膜109の露出部分から、酸素雰囲気中の酸素を十分に取り込むことができる。また、強誘電体膜112の形成後においては、当該露出部分と強誘電体膜112とが接触すること、強誘電体膜112中を酸素が自由に透過できること、及び強誘電体膜112中に酸素が含まれていることによって、強誘電体膜112と接する上部酸素バリア膜109は、強誘電体膜112を結晶化させる高温酸素雰囲気中の熱処理の際にも強誘電体膜112から十分に酸素を受け取ることができる。従って、上部酸素バリア膜109が還元されて劣化してしまうことを防止できるので、下層の拡散バリア膜108及びコンタクトプラグ106に対する当該上部酸素バリア膜109の酸素バリア性を保持することができる。   Specifically, as in the first embodiment, the upper surface height of the second interlayer insulating film 114 is set to be lower than the upper surface height of the upper oxygen barrier film 109, whereby the ferroelectric material The film 112 and the upper oxygen barrier film 109 are in partial contact. In other words, the ferroelectric film 112 covers the upper surface and side surfaces of the lower electrode 111, the upper side surfaces of the upper oxygen barrier film 109, and the upper surface of the second interlayer insulating film 114 (a region near the upper oxygen barrier film 109). Yes. In other words, when the ferroelectric film 112 is formed, the upper part of the side surface of the upper oxygen barrier film 109 is exposed without being covered by the second interlayer insulating film 114. Therefore, oxygen in the oxygen atmosphere can be sufficiently taken in from the exposed portion of the oxygen barrier film 109 during the ferroelectric sintering. Further, after the formation of the ferroelectric film 112, the exposed portion and the ferroelectric film 112 are in contact with each other, oxygen can freely pass through the ferroelectric film 112, and By containing oxygen, the upper oxygen barrier film 109 in contact with the ferroelectric film 112 is sufficiently separated from the ferroelectric film 112 even during heat treatment in a high-temperature oxygen atmosphere for crystallizing the ferroelectric film 112. Can receive oxygen. Therefore, the upper oxygen barrier film 109 can be prevented from being reduced and deteriorated, so that the oxygen barrier property of the upper oxygen barrier film 109 with respect to the lower diffusion barrier film 108 and the contact plug 106 can be maintained.

尚、本変形例において、上部酸素バリア膜109の膜厚に関しては、酸素バリア性を安定して得るために、5〜200nmの範囲にあることが望ましい。   In the present modification, the film thickness of the upper oxygen barrier film 109 is preferably in the range of 5 to 200 nm in order to stably obtain the oxygen barrier property.

また、本変形例において、第2の層間絶縁膜114の上面は、拡散バリア膜108の酸化を防止するために、上部酸素バリア膜109の下面よりも5nm程度以上上方に位置することが望ましい。   Further, in this modification, the upper surface of the second interlayer insulating film 114 is desirably positioned about 5 nm or more above the lower surface of the upper oxygen barrier film 109 in order to prevent oxidation of the diffusion barrier film 108.

また、本変形例においては、コンタクトプラグ106と上部酸素バリア膜109との間に拡散バリア膜108を設けているため、強誘電体膜112の焼結等、コンタクトプラグ106形成後の熱処理によって各膜の構成元素が下層のトランジスタ領域や上層の容量素子領域に相互拡散することを防止できる。   In this modification, since the diffusion barrier film 108 is provided between the contact plug 106 and the upper oxygen barrier film 109, each of the heat treatments after the formation of the contact plug 106 such as sintering of the ferroelectric film 112 is performed. It is possible to prevent the constituent elements of the film from interdiffusing into the lower transistor region and the upper capacitive element region.

また、本変形例においては、コンタクトプラグ106と上部酸素バリア膜109との間に下部酸素バリア膜110を設けているため、組み合わせによる相乗効果が生じ、強誘電体膜112の焼結等、コンタクトプラグ106形成後の熱処理によってコンタクトプラグ106が酸化して高抵抗化することを防止できる。   Further, in this modification, since the lower oxygen barrier film 110 is provided between the contact plug 106 and the upper oxygen barrier film 109, a synergistic effect is produced by the combination, such as sintering of the ferroelectric film 112, etc. It is possible to prevent the contact plug 106 from being oxidized and increased in resistance by heat treatment after the plug 106 is formed.

ここで、本発明の第1の実施形態の変形例に係る半導体装置を本願発明者が評価した結果について説明する。図4は、本発明の第1の実施形態の変形例に係る半導体装置の要部を模擬的に評価できるように構成した評価用モジュールを用いて、コンタクトプラグの歩留まり評価を行った結果を示している。図4において、グラフの横軸は、上部酸素バリア膜109の上面位置を基準とする第2の層間絶縁膜114の上面位置(第2の層間絶縁膜114の上面位置が上部酸素バリア膜109の上面位置よりも低い状態つまり上部酸素バリア膜109が露出した状態を正値で表す)であり、グラフの縦軸は、前記評価用モジュールによるウェハレベルでのコンタクトプラグの歩留まり(コンタクトプラグがある規定値以上の抵抗値を持つ場合を不良とした不良発生率で表す)である。   Here, the result of evaluation of the semiconductor device according to the modification of the first embodiment of the present invention by the inventor will be described. FIG. 4 shows the result of evaluating the yield of contact plugs using an evaluation module configured to simulate the main part of the semiconductor device according to the modification of the first embodiment of the present invention. ing. In FIG. 4, the horizontal axis of the graph represents the upper surface position of the second interlayer insulating film 114 with respect to the upper surface position of the upper oxygen barrier film 109 (the upper surface position of the second interlayer insulating film 114 is the upper oxygen barrier film 109. It is a state lower than the upper surface position, that is, a state in which the upper oxygen barrier film 109 is exposed, is represented by a positive value. It is expressed by a defect occurrence rate in which a case having a resistance value equal to or greater than the value is defined as a defect).

図4に示すように、上部酸素バリア膜109が絶縁膜(第2の層間絶縁膜114)に埋設されてしまうと、コンタクトプラグの不良率が急激に高くなる。尚、実際に使用した評価用モジュールはコンタクトチェーンタイプのものであり、異常箇所を物理解析した結果、本変形例と異なり上部酸素バリア膜109が絶縁膜に埋設されている場合には、拡散バリア膜108の上面及び側面の酸化に起因する界面剥離(拡散バリア膜108と下部酸素バリア膜110との界面の剥離)、又はコンタクトプラグ106の酸化が確認された。   As shown in FIG. 4, when the upper oxygen barrier film 109 is embedded in the insulating film (second interlayer insulating film 114), the contact plug defect rate rapidly increases. Note that the actually used evaluation module is a contact chain type. As a result of physical analysis of the abnormal part, unlike the present modification, when the upper oxygen barrier film 109 is embedded in an insulating film, a diffusion barrier is used. Interfacial delamination (delamination of the interface between the diffusion barrier film 108 and the lower oxygen barrier film 110) due to oxidation of the upper surface and side surfaces of the film 108, or oxidation of the contact plug 106 was confirmed.

(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図面を参照しながら説明する。図5は、第2の実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。尚、図5において、図1に示す第1の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより説明を省略する。
(Second Embodiment)
A semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment. In FIG. 5, the same components as those in the first embodiment shown in FIG.

図5に示すように、本実施形態が第1の実施形態と異なっている第1の点は、酸素バリア膜109の平面形状が下部電極111の平面形状よりも大きいことである。また、本実施形態が第1の実施形態と異なっている第2の点は、第2の層間絶縁膜114の上面高さが酸素バリア膜109の上面高さと実質的に同等に設定されており、それによって強誘電体膜112の底面と酸素バリア膜109の上面とが部分的に接触していることである。言い換えると、強誘電体膜112は、下部電極111の上面及び側面、酸素バリア膜109の上面端部並びに第2の層間絶縁膜114の上面(酸素バリア膜109の近傍領域)を覆っている。すなわち、強誘電体膜112の形成時点においては、酸素バリア膜109の上面端部は第2の層間絶縁膜114によって覆われずに露出している。従って、強誘電体焼結時において、酸素バリア膜109の露出部分から、酸素雰囲気中の酸素を十分に取り込むことができる。また、強誘電体膜112の形成後においては、当該露出部分と強誘電体膜112とが接触すること、強誘電体膜112中を酸素が自由に透過できること、及び強誘電体膜112中に酸素が含まれていることによって、強誘電体膜112と接する酸素バリア膜109は、強誘電体膜112を結晶化させる高温酸素雰囲気中の熱処理の際にも強誘電体膜112から十分に酸素を受け取ることができる。従って、酸素バリア膜109の還元を防止して、下層のコンタクトプラグ106に対する当該酸素バリア膜109の酸素バリア性を保持することができる。   As shown in FIG. 5, the first point that this embodiment is different from the first embodiment is that the planar shape of the oxygen barrier film 109 is larger than the planar shape of the lower electrode 111. In addition, the second point that this embodiment is different from the first embodiment is that the upper surface height of the second interlayer insulating film 114 is set substantially equal to the upper surface height of the oxygen barrier film 109. As a result, the bottom surface of the ferroelectric film 112 and the top surface of the oxygen barrier film 109 are in partial contact. In other words, the ferroelectric film 112 covers the upper surface and side surfaces of the lower electrode 111, the upper end portion of the oxygen barrier film 109, and the upper surface of the second interlayer insulating film 114 (a region near the oxygen barrier film 109). That is, at the time of forming the ferroelectric film 112, the upper end portion of the oxygen barrier film 109 is exposed without being covered by the second interlayer insulating film 114. Therefore, oxygen in the oxygen atmosphere can be sufficiently taken in from the exposed portion of the oxygen barrier film 109 during the ferroelectric sintering. Further, after the formation of the ferroelectric film 112, the exposed portion and the ferroelectric film 112 are in contact with each other, oxygen can freely pass through the ferroelectric film 112, and Since oxygen is contained, the oxygen barrier film 109 in contact with the ferroelectric film 112 is sufficiently oxygenated from the ferroelectric film 112 even during heat treatment in a high-temperature oxygen atmosphere for crystallizing the ferroelectric film 112. Can receive. Therefore, reduction of the oxygen barrier film 109 can be prevented, and the oxygen barrier property of the oxygen barrier film 109 with respect to the lower contact plug 106 can be maintained.

尚、本実施形態において、酸素バリア膜109に関しては、酸素バリア性を安定して得るために、膜厚が5〜200nmの範囲にあり、且つ下部電極111の外周部からの露出寸法(露出上面端部の寸法)が50nm以上であることが望ましい。   In the present embodiment, the oxygen barrier film 109 has a film thickness in the range of 5 to 200 nm and an exposed dimension from the outer peripheral portion of the lower electrode 111 (exposed upper surface) in order to stably obtain oxygen barrier properties. It is desirable that the end dimension is 50 nm or more.

また、本実施形態において、第2の層間絶縁膜114の上面高さと酸素バリア膜109の上面高さとを実質的に同等に設定した。しかし、これに代えて、第1の実施形態と同様に、第2の層間絶縁膜114の上面高さを、酸素バリア膜109の上面高さよりも下側に設定してもよい。このようにすると、強誘電体焼結時や強誘電体結晶化時において、酸素バリア膜109の上面端部のみならず側面上部からも酸素が供給されるので、酸素バリア膜109の酸素バリア性をより一層確実に保持することができる。   In the present embodiment, the upper surface height of the second interlayer insulating film 114 and the upper surface height of the oxygen barrier film 109 are set to be substantially equal. However, instead of this, the upper surface height of the second interlayer insulating film 114 may be set lower than the upper surface height of the oxygen barrier film 109 as in the first embodiment. In this case, oxygen is supplied not only from the upper end portion of the oxygen barrier film 109 but also from the upper part of the side surface at the time of ferroelectric sintering or ferroelectric crystallization. Can be held even more reliably.

以下、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ついて図面を参照しながら説明する。図6(a)〜(c)は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。尚、図6(a)〜(c)においては、図2(a)〜(c)に示す第1の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。   A semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 6A to 6C are cross-sectional views illustrating respective steps of the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. 6A to 6C, the same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 2A to 2C are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

まず、第1の実施形態の図2(a)に示す工程と同様に、図6(a)に示すように、半導体基板100における素子分離101により囲まれた素子領域(選択用トランジスタ形成領域)の上に、ゲート絶縁膜103、ゲート電極104、絶縁性サイドウォール105並びに不純物拡散層102A及び102Bからなる選択用トランジスタを形成する。その後、半導体基板100上に、不純物拡散層102Bと電気的に接続するコンタクトプラグ106を有する第1の層間絶縁膜107を形成する。次に、コンタクトプラグ106の上を含む第1の層間絶縁膜107の上に例えば膜厚100nmのイリジウム酸化膜及び例えば膜厚50nmの白金膜を順次成膜した後、当該白金膜をパターンニングして下部電極111を形成する。続いて、下部電極111の平面形状よりも大きい平面形状(具体的には下部電極111よりもその周囲に200nm程度大きい形状)を持つように、前記イリジウム酸化膜をパターンニングして、コンタクトプラグ106と接続する酸素バリア膜109を形成する。次に、酸素バリア膜109及び下部電極111(下部電極群)を覆うように例えばシリコン酸化膜からなる第2の層間絶縁膜114を成膜した後、例えばCMPによって、第2の層間絶縁膜114の上面と下部電極111の上面とが面一になるように第2の層間絶縁膜114を平坦化する。その後、第2の層間絶縁膜114に対して例えばドライエッチングを行うことによって、第2の層間絶縁膜114の上面を酸素バリア膜109の上面と実質的に面一にする。これにより、酸素バリア膜109の上面端部が露出する。ここで、第1の実施形態と同様に、第2の層間絶縁膜114の上面を酸素バリア膜109の上面よりも20nm程度低くしてもよい。この場合には、酸素バリア膜109の上面端部に加えて側面上部が露出する。   First, similarly to the process shown in FIG. 2A of the first embodiment, as shown in FIG. 6A, an element region (selection transistor formation region) surrounded by the element isolation 101 in the semiconductor substrate 100 is shown. A selection transistor including the gate insulating film 103, the gate electrode 104, the insulating sidewall 105, and the impurity diffusion layers 102A and 102B is formed thereon. Thereafter, a first interlayer insulating film 107 having a contact plug 106 electrically connected to the impurity diffusion layer 102B is formed on the semiconductor substrate 100. Next, an iridium oxide film having a thickness of, for example, 100 nm and a platinum film having a thickness of, for example, 50 nm are sequentially formed on the first interlayer insulating film 107 including the contact plug 106, and then the platinum film is patterned. Thus, the lower electrode 111 is formed. Subsequently, the iridium oxide film is patterned so as to have a planar shape larger than the planar shape of the lower electrode 111 (specifically, a shape larger by about 200 nm around the lower electrode 111), and the contact plug 106 is patterned. An oxygen barrier film 109 to be connected to is formed. Next, after forming a second interlayer insulating film 114 made of, for example, a silicon oxide film so as to cover the oxygen barrier film 109 and the lower electrode 111 (lower electrode group), the second interlayer insulating film 114 is formed by CMP, for example. The second interlayer insulating film 114 is planarized so that the upper surface of the first electrode and the upper surface of the lower electrode 111 are flush with each other. Thereafter, for example, dry etching is performed on the second interlayer insulating film 114 so that the upper surface of the second interlayer insulating film 114 is substantially flush with the upper surface of the oxygen barrier film 109. As a result, the upper end portion of the oxygen barrier film 109 is exposed. Here, as in the first embodiment, the upper surface of the second interlayer insulating film 114 may be lower than the upper surface of the oxygen barrier film 109 by about 20 nm. In this case, the upper portion of the side surface is exposed in addition to the upper end portion of the oxygen barrier film 109.

続いて、第1の実施形態の図2(b)に示す工程と同様に、図6(b)に示すように、下部電極111の上に容量絶縁膜(強誘電体膜)112及び上部電極113を形成し、容量素子を完成させる。このとき、容量絶縁膜112は、酸素バリア膜109の上面端部と接触するように第2の層間絶縁膜114の上にも形成される。   Subsequently, similarly to the step shown in FIG. 2B of the first embodiment, as shown in FIG. 6B, a capacitive insulating film (ferroelectric film) 112 and an upper electrode are formed on the lower electrode 111. 113 is formed to complete the capacitive element. At this time, the capacitor insulating film 112 is also formed on the second interlayer insulating film 114 so as to be in contact with the upper end portion of the oxygen barrier film 109.

次に、第1の実施形態の図2(c)に示す工程と同様に、図6(c)に示すように、上記の容量素子の上を含む半導体基板100の全面を第3の層間絶縁膜115によって覆った後、例えば800℃の酸素雰囲気中で容量絶縁膜112を構成する強誘電体の本焼結を行う。続いて、第1の層間絶縁膜107、第2の層間絶縁膜114及び第3の層間絶縁膜115に、不純物拡散層102Aに達するコンタクトホールを形成する。次に、当該コンタクトホールに例えばタングステンを埋め込んでプラグ(ビット線コンタクト)117を形成した後、第3の層間絶縁膜115の上に、プラグ117と接続する配線(ビット線)116を形成する。   Next, similarly to the step shown in FIG. 2C of the first embodiment, as shown in FIG. 6C, the entire surface of the semiconductor substrate 100 including the capacitor element is covered with a third interlayer insulation. After being covered with the film 115, main sintering of the ferroelectric constituting the capacitive insulating film 112 is performed in an oxygen atmosphere at 800 ° C., for example. Subsequently, a contact hole reaching the impurity diffusion layer 102A is formed in the first interlayer insulating film 107, the second interlayer insulating film 114, and the third interlayer insulating film 115. Next, for example, tungsten is buried in the contact hole to form a plug (bit line contact) 117, and then a wiring (bit line) 116 connected to the plug 117 is formed on the third interlayer insulating film 115.

以上に説明した、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、容量絶縁膜形成のための熱処理時において、酸素バリア膜109の一部分(上面端部)が第2の層間絶縁膜114及び下部電極111によって覆われずに露出しているため、当該露出部分から、酸素雰囲気中の酸素を十分に取り込むことができる。また、容量絶縁膜形成後においては、当該露出部分と容量絶縁膜112とが接触すること、容量絶縁膜112中を酸素が自由に透過できること、及び容量絶縁膜112中に酸素が含まれていることによって、容量絶縁膜112と接する酸素バリア膜109は、容量絶縁膜112を構成する強誘電体を結晶化させる高温酸素雰囲気中の熱処理の際にも十分に酸素を受け取ることができる。従って、酸素バリア膜109の還元を防止して、下層のコンタクトプラグ106に対する当該酸素バリア膜109の酸素バリア性を保持することができる。   According to the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment described above, a part (upper end portion) of the oxygen barrier film 109 is formed on the second interlayer insulating film 114 during the heat treatment for forming the capacitive insulating film. And since it is exposed without being covered by the lower electrode 111, oxygen in the oxygen atmosphere can be sufficiently taken in from the exposed portion. Further, after the capacitor insulating film is formed, the exposed portion and the capacitor insulating film 112 are in contact with each other, oxygen can freely pass through the capacitor insulating film 112, and oxygen is contained in the capacitor insulating film 112. As a result, the oxygen barrier film 109 in contact with the capacitor insulating film 112 can sufficiently receive oxygen even during heat treatment in a high-temperature oxygen atmosphere for crystallizing the ferroelectric forming the capacitor insulating film 112. Therefore, reduction of the oxygen barrier film 109 can be prevented, and the oxygen barrier property of the oxygen barrier film 109 with respect to the lower contact plug 106 can be maintained.

(第2の実施形態の変形例)
以下、本発明の第2の実施形態の変形例に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。図7は、第2の実施形態の変形例に係る半導体装置の要部断面図である。尚、図7において、図5に示す第2の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより説明を省略する。
(Modification of the second embodiment)
A semiconductor device according to a modification of the second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor device according to a modification of the second embodiment. In FIG. 7, the same components as those of the second embodiment shown in FIG.

図7に示すように、本変形例が第2の実施形態と異なっている点は、コンタクトプラグ106と酸素バリア膜109(以下、本変形例において上部酸素バリア膜109と称する)との間に下から順に、例えばチタン及びアルミニウムの窒化物(窒化チタンアルミニウム)からなる拡散バリア膜108及び例えばイリジウムからなる下部酸素バリア膜110が介在していることである。すなわち、本変形例においては、不純物拡散層102Bと下部電極111とは、上部酸素バリア膜109、下部酸素バリア膜110、拡散バリア膜108及びコンタクトプラグ106を介して電気的に接続されている。また、本変形例においては、第2の層間絶縁膜114は、上部酸素バリア膜109、下部酸素バリア膜110及び拡散バリア膜108のそれぞれの側面を覆うように形成されている。   As shown in FIG. 7, this modification differs from the second embodiment between the contact plug 106 and the oxygen barrier film 109 (hereinafter referred to as the upper oxygen barrier film 109 in this modification). In order from the bottom, a diffusion barrier film 108 made of, for example, a nitride of titanium and aluminum (titanium aluminum nitride) and a lower oxygen barrier film 110 made of, for example, iridium are interposed. That is, in this modification, the impurity diffusion layer 102B and the lower electrode 111 are electrically connected via the upper oxygen barrier film 109, the lower oxygen barrier film 110, the diffusion barrier film 108, and the contact plug 106. In the present modification, the second interlayer insulating film 114 is formed so as to cover the side surfaces of the upper oxygen barrier film 109, the lower oxygen barrier film 110, and the diffusion barrier film 108.

尚、本変形例においても、第2の実施形態と同様に、上部酸素バリア膜109の平面形状が下部電極111の平面形状よりも大きく設定されていると共に第2の層間絶縁膜114の上面高さが上部酸素バリア膜109の上面高さと実質的に同等に設定されており、それによって強誘電体膜112と上部酸素バリア膜109とが部分的に接触している。言い換えると、強誘電体膜112は、下部電極111の上面及び側面、上部酸素バリア膜109の上面端部並びに第2の層間絶縁膜114の上面(上部酸素バリア膜109の近傍領域)を覆っている。すなわち、強誘電体膜112の形成時点においては、上部酸素バリア膜109の上面端部は第2の層間絶縁膜114によって覆われずに露出している。従って、強誘電体焼結時において、上部酸素バリア膜109の露出部分から、酸素雰囲気中の酸素を十分に取り込むことができる。また、強誘電体膜112の形成後においては、当該露出部分と強誘電体膜112とが接触すること、強誘電体膜112中を酸素が自由に透過できること、及び強誘電体膜112中に酸素が含まれていることによって、強誘電体膜112と接する上部酸素バリア膜109は、強誘電体膜112を結晶化させる高温酸素雰囲気中の熱処理の際にも強誘電体膜112から十分に酸素を受け取ることができる。従って、上部酸素バリア膜109が還元されて劣化してしまうことを防止できるので、下層の拡散バリア膜108及びコンタクトプラグ106に対する当該上部酸素バリア膜109の酸素バリア性を保持することができる。   Also in this modification, as in the second embodiment, the planar shape of the upper oxygen barrier film 109 is set to be larger than the planar shape of the lower electrode 111 and the height of the upper surface of the second interlayer insulating film 114 is increased. Is set to be substantially equal to the height of the upper surface of the upper oxygen barrier film 109, whereby the ferroelectric film 112 and the upper oxygen barrier film 109 are in partial contact. In other words, the ferroelectric film 112 covers the upper surface and side surfaces of the lower electrode 111, the upper surface end of the upper oxygen barrier film 109, and the upper surface of the second interlayer insulating film 114 (a region near the upper oxygen barrier film 109). Yes. That is, when the ferroelectric film 112 is formed, the upper surface end portion of the upper oxygen barrier film 109 is exposed without being covered by the second interlayer insulating film 114. Therefore, oxygen in the oxygen atmosphere can be sufficiently taken in from the exposed portion of the upper oxygen barrier film 109 during ferroelectric sintering. Further, after the formation of the ferroelectric film 112, the exposed portion and the ferroelectric film 112 are in contact with each other, oxygen can freely pass through the ferroelectric film 112, and By containing oxygen, the upper oxygen barrier film 109 in contact with the ferroelectric film 112 is sufficiently separated from the ferroelectric film 112 even during heat treatment in a high-temperature oxygen atmosphere for crystallizing the ferroelectric film 112. Can receive oxygen. Therefore, the upper oxygen barrier film 109 can be prevented from being reduced and deteriorated, so that the oxygen barrier property of the upper oxygen barrier film 109 with respect to the lower diffusion barrier film 108 and the contact plug 106 can be maintained.

尚、本変形例において、酸素バリア膜109に関しては、酸素バリア性を安定して得るために、膜厚が5〜200nmの範囲にあり、且つ下部電極111の外周部からの露出寸法(露出上面端部の寸法)が50nm以上であることが望ましい。   In this modification, the oxygen barrier film 109 has a thickness in the range of 5 to 200 nm and an exposed dimension from the outer peripheral portion of the lower electrode 111 (exposed upper surface) in order to stably obtain oxygen barrier properties. It is desirable that the end dimension is 50 nm or more.

また、本変形例において、第2の層間絶縁膜114の上面高さと酸素バリア膜109の上面高さとを実質的に同等に設定した。しかし、これに代えて、第1の実施形態と同様に、第2の層間絶縁膜114の上面高さを、酸素バリア膜109の上面高さよりも下側に設定してもよい。このようにすると、強誘電体焼結時や強誘電体結晶化時において、酸素バリア膜109の上面端部のみならず側面上部からも酸素が供給されるので、酸素バリア膜109の酸素バリア性をより一層確実に保持することができる。但し、第2の層間絶縁膜114の上面は、拡散バリア膜108の酸化を防止するために、上部酸素バリア膜109の下面よりも5nm程度以上上方に位置することが望ましい。   In the present modification, the upper surface height of the second interlayer insulating film 114 and the upper surface height of the oxygen barrier film 109 are set to be substantially equal. However, instead of this, the upper surface height of the second interlayer insulating film 114 may be set lower than the upper surface height of the oxygen barrier film 109 as in the first embodiment. In this case, oxygen is supplied not only from the upper end portion of the oxygen barrier film 109 but also from the upper part of the side surface at the time of ferroelectric sintering or ferroelectric crystallization. Can be held even more reliably. However, it is desirable that the upper surface of the second interlayer insulating film 114 be positioned about 5 nm or more above the lower surface of the upper oxygen barrier film 109 in order to prevent oxidation of the diffusion barrier film 108.

また、本変形例においては、コンタクトプラグ106と上部酸素バリア膜109との間に拡散バリア膜108を設けているため、強誘電体膜112の焼結等、コンタクトプラグ106形成後の熱処理によって各膜の構成元素が下層のトランジスタ領域や上層の容量素子領域に相互拡散することを防止できる。   In this modification, since the diffusion barrier film 108 is provided between the contact plug 106 and the upper oxygen barrier film 109, each of the heat treatments after the formation of the contact plug 106 such as sintering of the ferroelectric film 112 is performed. It is possible to prevent the constituent elements of the film from interdiffusing into the lower transistor region and the upper capacitive element region.

また、本変形例においては、コンタクトプラグ106と上部酸素バリア膜109との間に下部酸素バリア膜110を設けているため、組み合わせによる相乗効果が生じ、強誘電体膜112の焼結等、コンタクトプラグ106形成後の熱処理によってコンタクトプラグ106が酸化して高抵抗化することを防止できる。   Further, in this modification, since the lower oxygen barrier film 110 is provided between the contact plug 106 and the upper oxygen barrier film 109, a synergistic effect is produced by the combination, such as sintering of the ferroelectric film 112, etc. It is possible to prevent the contact plug 106 from being oxidized and increased in resistance by heat treatment after the plug 106 is formed.

(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図面を参照しながら説明する。図8は、第3の実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。
(Third embodiment)
A semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of the semiconductor device according to the third embodiment.

図8に示すように、半導体基板100における素子分離101により囲まれた素子領域(選択用トランジスタ形成領域)の上にはゲート絶縁膜103を介してゲート電極104が形成されている。ゲート電極104の側面には絶縁性サイドウォール105が形成されている。また、半導体基板100におけるゲート電極104の両側方には、選択用トランジスタのソース及びドレインのそれぞれとなる不純物拡散層102A及び102Bが形成されている。半導体基板100の上には、ゲート電極104等からなる選択用トランジスタを覆うように、例えばシリコン酸化物等からなる第1の層間絶縁膜107が形成されている。第1の層間絶縁膜107中には、不純物拡散層102Bと電気的に接続し且つ例えばタングステンからなるコンタクトプラグ106が形成されている。尚、コンタクトプラグ106の上部には拡散バリア膜108が設けられている。第1の層間絶縁膜107上には、容量素子形成領域となる凹部を有する第2の層間絶縁膜114が形成されている。当該凹部は拡散バリア膜108に達すると共に、当該凹部内に、例えばイリジウムからなる下部酸素バリア膜110、例えばイリジウム酸化物からなる上部酸素バリア膜109、及び例えば白金からなる下部電極111が順次形成されている。すなわち、不純物拡散層102Bと下部電極111とは、上部酸素バリア膜109、下部酸素バリア膜110、拡散バリア膜108及びコンタクトプラグ106を介して電気的に接続されている。ここで、下部酸素バリア膜110、上部酸素バリア膜109及び下部電極111は、下部電極111上に凹部が生じるように、且つ下部酸素バリア膜110、上部酸素バリア膜109及び下部電極111のそれぞれの側面が第2の層間絶縁膜114の上面と面一になるように形成されている。下部電極111の上面及び側面、上部酸素バリア膜109の側面、下部酸素バリア膜110の側面並びに第2の層間絶縁膜114の上面(上部酸素バリア膜109の近傍領域)のそれぞれの上に、強誘電体膜112及び例えば白金からなる上部電極113が形成されている。   As shown in FIG. 8, a gate electrode 104 is formed on an element region (selection transistor formation region) surrounded by the element isolation 101 in the semiconductor substrate 100 via a gate insulating film 103. An insulating sidewall 105 is formed on the side surface of the gate electrode 104. Impurity diffusion layers 102A and 102B, which are the source and drain of the selection transistor, are formed on both sides of the gate electrode 104 in the semiconductor substrate 100, respectively. A first interlayer insulating film 107 made of, for example, silicon oxide is formed on the semiconductor substrate 100 so as to cover the selection transistor made of the gate electrode 104 and the like. In the first interlayer insulating film 107, a contact plug 106 made of, for example, tungsten and electrically connected to the impurity diffusion layer 102B is formed. A diffusion barrier film 108 is provided on the contact plug 106. On the first interlayer insulating film 107, a second interlayer insulating film 114 having a recess to be a capacitor element formation region is formed. The recess reaches the diffusion barrier film 108, and a lower oxygen barrier film 110 made of, for example, iridium, an upper oxygen barrier film 109 made of, for example, iridium oxide, and a lower electrode 111, made of, for example, platinum are sequentially formed in the recess. ing. That is, the impurity diffusion layer 102B and the lower electrode 111 are electrically connected via the upper oxygen barrier film 109, the lower oxygen barrier film 110, the diffusion barrier film 108, and the contact plug 106. Here, the lower oxygen barrier film 110, the upper oxygen barrier film 109, and the lower electrode 111 are formed so that a recess is formed on the lower electrode 111, and each of the lower oxygen barrier film 110, the upper oxygen barrier film 109, and the lower electrode 111 is formed. The side surface is formed so as to be flush with the upper surface of the second interlayer insulating film 114. On each of the upper surface and side surface of the lower electrode 111, the side surface of the upper oxygen barrier film 109, the side surface of the lower oxygen barrier film 110, and the upper surface of the second interlayer insulating film 114 (a region near the upper oxygen barrier film 109). A dielectric film 112 and an upper electrode 113 made of, for example, platinum are formed.

下部電極111、強誘電体膜112及び上部電極113からなる容量素子を覆うように第3の層間絶縁膜115が形成されている。第1の層間絶縁膜107、第2の層間絶縁膜114及び第3の層間絶縁膜115には、不純物拡散層102Bと接続するプラグ117が形成されていると共に、第3の層間絶縁膜115の上には、プラグ117と接続する配線116が形成されている。   A third interlayer insulating film 115 is formed so as to cover the capacitive element composed of the lower electrode 111, the ferroelectric film 112 and the upper electrode 113. In the first interlayer insulating film 107, the second interlayer insulating film 114, and the third interlayer insulating film 115, a plug 117 connected to the impurity diffusion layer 102B is formed, and the third interlayer insulating film 115 A wiring 116 connected to the plug 117 is formed on the top.

本実施形態の特徴は、上部酸素バリア膜109の側面(加工断面)が第2の層間絶縁膜114の上面と面一となるように設定されており、それによって強誘電体膜112と上部酸素バリア膜109とが部分的に接触していることである。すなわち、強誘電体膜112の形成時点においては、上部酸素バリア膜109の側面は第2の層間絶縁膜114によって覆われずに露出している。従って、強誘電体焼結時において、上部酸素バリア膜109の露出部分から、酸素雰囲気中の酸素を十分に取り込むことができる。また、強誘電体膜112の形成後においては、当該露出部分と強誘電体膜112とが接触すること、強誘電体膜112中を酸素が自由に透過できること、及び強誘電体膜112中に酸素が含まれていることによって、強誘電体膜112と接する上部酸素バリア膜109は、強誘電体膜112を結晶化させる高温酸素雰囲気中の熱処理の際にも強誘電体膜112から十分に酸素を受け取ることができる。従って、上部酸素バリア膜109の還元を防止して、下層のコンタクトプラグ106に対する当該上部酸素バリア膜109の酸素バリア性を保持することができる。   The feature of the present embodiment is that the side surface (processed cross section) of the upper oxygen barrier film 109 is set to be flush with the upper surface of the second interlayer insulating film 114, thereby the ferroelectric film 112 and the upper oxygen barrier film 109. That is, the barrier film 109 is in partial contact. That is, when the ferroelectric film 112 is formed, the side surfaces of the upper oxygen barrier film 109 are exposed without being covered by the second interlayer insulating film 114. Therefore, oxygen in the oxygen atmosphere can be sufficiently taken in from the exposed portion of the upper oxygen barrier film 109 during ferroelectric sintering. Further, after the formation of the ferroelectric film 112, the exposed portion and the ferroelectric film 112 are in contact with each other, oxygen can freely pass through the ferroelectric film 112, and By containing oxygen, the upper oxygen barrier film 109 in contact with the ferroelectric film 112 is sufficiently separated from the ferroelectric film 112 even during heat treatment in a high-temperature oxygen atmosphere for crystallizing the ferroelectric film 112. Can receive oxygen. Therefore, reduction of the upper oxygen barrier film 109 can be prevented, and the oxygen barrier property of the upper oxygen barrier film 109 with respect to the lower contact plug 106 can be maintained.

尚、本実施形態において、酸素バリア膜109の膜厚に関しては、酸素バリア性を安定して得るために、5〜100nmの範囲にあることが望ましい。   In the present embodiment, the film thickness of the oxygen barrier film 109 is desirably in the range of 5 to 100 nm in order to stably obtain the oxygen barrier property.

また、本実施形態において、強誘電体膜112及び上部電極113の加工ダメージを回避するためには、強誘電体膜112及び上部電極113のそれぞれを、第2の層間絶縁膜114上において容量素子形成領域となる凹部の上縁部から50〜500nm程度延在させることが好ましい。   In the present embodiment, in order to avoid processing damage to the ferroelectric film 112 and the upper electrode 113, each of the ferroelectric film 112 and the upper electrode 113 is placed on the second interlayer insulating film 114. It is preferable to extend about 50-500 nm from the upper edge part of the recessed part used as a formation area.

また、本実施形態においては、コンタクトプラグ106と上部酸素バリア膜109との間に拡散バリア膜108を設けているため、強誘電体膜112の焼結等、コンタクトプラグ106形成後の熱処理によって各膜の構成元素が下層のトランジスタ領域や上層の容量素子領域に相互拡散することを防止できる。   Further, in this embodiment, since the diffusion barrier film 108 is provided between the contact plug 106 and the upper oxygen barrier film 109, each heat treatment after the formation of the contact plug 106 such as sintering of the ferroelectric film 112 is performed. It is possible to prevent the constituent elements of the film from interdiffusing into the lower transistor region and the upper capacitive element region.

また、本実施形態においては、コンタクトプラグ106と上部酸素バリア膜109との間に下部酸素バリア膜110を設けているため、組み合わせによる相乗効果が生じ、強誘電体膜112の焼結等、コンタクトプラグ106形成後の熱処理によってコンタクトプラグ106が酸化して高抵抗化することを防止できる。   In the present embodiment, since the lower oxygen barrier film 110 is provided between the contact plug 106 and the upper oxygen barrier film 109, a synergistic effect is produced by the combination, and the contact of the ferroelectric film 112, such as sintering, etc. It is possible to prevent the contact plug 106 from being oxidized and increased in resistance by heat treatment after the plug 106 is formed.

以下、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、第1の実施形態の図2(a)に示す工程と同様に、半導体基板100における素子分離101により囲まれた素子領域(選択用トランジスタ形成領域)の上に、ゲート絶縁膜103、ゲート電極104、絶縁性サイドウォール105並びに不純物拡散層102A及び102Bからなる選択用トランジスタを形成する。その後、半導体基板100上に第1の層間絶縁膜107を形成した後、第1の層間絶縁膜107に、不純物拡散層102Bに達するコンタクトホールを形成し、その後、当該コンタクトホールに例えばタングステンを埋め込んでコンタクトプラグ106を形成する。続いて、コンタクトプラグ106の上部をエッチングにより除去して、エッチング後のコンタクトプラグ106の上面を第1の層間絶縁膜107の上面よりも50nm程度低くする。次に、コンタクトプラグ106の上を含む第1の層間絶縁膜107の上に例えば膜厚70nm程度の窒化チタンアルミニウム膜を成膜した後、当該窒化チタンアルミニウム膜におけるコンタクトプラグ106上に形成されている部分以外の他の部分を例えばCMPによって除去する。これにより、コンタクトホールにおけるコンタクトプラグ106の上側に拡散バリア膜108が形成される。   First, similarly to the process shown in FIG. 2A of the first embodiment, the gate insulating film 103 and the gate are formed on the element region (selection transistor formation region) surrounded by the element isolation 101 in the semiconductor substrate 100. A selection transistor including the electrode 104, the insulating sidewall 105, and the impurity diffusion layers 102A and 102B is formed. Thereafter, after forming a first interlayer insulating film 107 on the semiconductor substrate 100, a contact hole reaching the impurity diffusion layer 102B is formed in the first interlayer insulating film 107, and then, for example, tungsten is embedded in the contact hole. Then, the contact plug 106 is formed. Subsequently, the upper portion of the contact plug 106 is removed by etching, and the upper surface of the etched contact plug 106 is made lower by about 50 nm than the upper surface of the first interlayer insulating film 107. Next, after a titanium aluminum nitride film having a thickness of, for example, about 70 nm is formed on the first interlayer insulating film 107 including the contact plug 106, the titanium aluminum nitride film is formed on the contact plug 106. Other parts other than the existing part are removed by CMP, for example. As a result, a diffusion barrier film 108 is formed above the contact plug 106 in the contact hole.

次に、第1の層間絶縁膜107上に例えば膜厚450nm程度のシリコン酸化膜からなる第2の層間絶縁膜114を成膜した後、第2の層間絶縁膜114に、拡散バリア膜108に達し且つ容量素子形成領域となる凹部を形成する。次に、第2の層間絶縁膜114及び当該第2の層間絶縁膜114に形成した凹部内壁のそれぞれの上に、例えば膜厚50nm程度のイリジウム膜、例えば膜厚50nm程度のイリジウム酸化膜、及び例えば膜厚50nm程度の白金膜を順次成膜する。次に、凹部(容量素子形成領域)外側のイリジウム膜、イリジウム酸化膜及び白金膜(各膜の不要部分)をドライエッチングによって取り除く。続いて、残存する白金膜上の凹部を例えば膜厚450nm程度のシリコン酸化膜によって埋め込んだ後、各膜の側面が第2の層間絶縁膜114の上面と面一になるようにCMPを行う。これによって、白金膜からなる下部電極111、イリジウム酸化膜からなる上部酸素バリア膜109及びイリジウム膜からなる下部酸素バリア膜110(合わせて下部電極群)が形成される。   Next, after forming a second interlayer insulating film 114 made of, for example, a silicon oxide film having a thickness of about 450 nm on the first interlayer insulating film 107, the second interlayer insulating film 114 and the diffusion barrier film 108 are formed. A concave portion that reaches the capacitor element formation region is formed. Next, on each of the second interlayer insulating film 114 and the inner wall of the recess formed in the second interlayer insulating film 114, for example, an iridium film having a thickness of about 50 nm, for example, an iridium oxide film having a thickness of about 50 nm, and For example, a platinum film having a thickness of about 50 nm is sequentially formed. Next, the iridium film, iridium oxide film, and platinum film (unnecessary portions of each film) outside the recess (capacitor element formation region) are removed by dry etching. Subsequently, after the recesses on the remaining platinum film are filled with a silicon oxide film having a thickness of, for example, about 450 nm, CMP is performed so that the side surface of each film is flush with the upper surface of the second interlayer insulating film 114. As a result, a lower electrode 111 made of a platinum film, an upper oxygen barrier film 109 made of an iridium oxide film, and a lower oxygen barrier film 110 made of an iridium film (a lower electrode group together) are formed.

次に、下部電極111上の凹部内のシリコン酸化膜を例えばドライエッチングによって除去した後、半導体基板100の上に全面に亘って、例えばMOCVD(metal organic chemical vapor deposition )法によって強誘電体薄膜を形成し、その後、例えば650℃の酸素雰囲気中で当該強誘電体薄膜の仮焼結を行う。続いて、強誘電体薄膜の上に、例えば膜厚50nm程度の白金膜を成膜した後、当該白金膜及び強誘電体薄膜を一括してパターンニングし、それによって、上部電極113及び容量絶縁膜(強誘電体膜)112を形成し、容量素子を完成させる。尚、上部電極113及び容量絶縁膜112は、下部電極111の上面及び側面、上部酸素バリア膜109の側面、下部酸素バリア膜110の側面並びに第2の層間絶縁膜114の上面(上部酸素バリア膜109の近傍領域)を覆うように形成される。   Next, after removing the silicon oxide film in the recess on the lower electrode 111 by, for example, dry etching, a ferroelectric thin film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 by, for example, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). After that, the ferroelectric thin film is temporarily sintered in an oxygen atmosphere at 650 ° C., for example. Subsequently, after a platinum film having a film thickness of, for example, about 50 nm is formed on the ferroelectric thin film, the platinum film and the ferroelectric thin film are patterned in a lump so that the upper electrode 113 and the capacitive insulation are formed. A film (ferroelectric film) 112 is formed to complete the capacitive element. The upper electrode 113 and the capacitor insulating film 112 are the upper surface and side surface of the lower electrode 111, the side surface of the upper oxygen barrier film 109, the side surface of the lower oxygen barrier film 110, and the upper surface of the second interlayer insulating film 114 (upper oxygen barrier film). 109 in the vicinity region).

次に、第1の実施形態の図2(c)に示す工程と同様に、上記の容量素子の上を含む半導体基板100の全面を第3の層間絶縁膜115によって覆った後、例えば800℃の酸素雰囲気中で容量絶縁膜112を構成する強誘電体の本焼結を行う。続いて、第1の層間絶縁膜107、第2の層間絶縁膜114及び第3の層間絶縁膜115に、不純物拡散層102Aに達するコンタクトホールを形成する。次に、当該コンタクトホールに例えばタングステンを埋め込んでプラグ(ビット線コンタクト)117を形成した後、第3の層間絶縁膜115の上に、プラグ117と接続する配線(ビット線)116を形成する。   Next, similarly to the step shown in FIG. 2C of the first embodiment, the entire surface of the semiconductor substrate 100 including the above-described capacitive element is covered with a third interlayer insulating film 115, and then, for example, 800 ° C. In this oxygen atmosphere, the ferroelectric constituting the capacitive insulating film 112 is sintered. Subsequently, a contact hole reaching the impurity diffusion layer 102A is formed in the first interlayer insulating film 107, the second interlayer insulating film 114, and the third interlayer insulating film 115. Next, for example, tungsten is buried in the contact hole to form a plug (bit line contact) 117, and then a wiring (bit line) 116 connected to the plug 117 is formed on the third interlayer insulating film 115.

以上に説明した、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、容量絶縁膜形成のための熱処理時において、上部酸素バリア膜109の一部分(加工面である側面)が第2の層間絶縁膜114及び下部電極111によって覆われずに露出しているため、当該露出部分から、酸素雰囲気中の酸素を十分に取り込むことができる。また、容量絶縁膜形成後においては、当該露出部分と容量絶縁膜112とが接触すること、容量絶縁膜112中を酸素が自由に透過できること、及び容量絶縁膜112中に酸素が含まれていることによって、容量絶縁膜112と接する上部酸素バリア膜109は、容量絶縁膜112を構成する強誘電体を結晶化させる高温酸素雰囲気中の熱処理の際にも十分に酸素を受け取ることができる。従って、上部酸素バリア膜109の還元を防止して、下層の拡散バリア膜108及びコンタクトプラグ106に対する当該上部酸素バリア膜109の酸素バリア性を保持することができる。   According to the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment described above, a part of the upper oxygen barrier film 109 (side surface which is a processed surface) is formed in the second interlayer during the heat treatment for forming the capacitive insulating film. Since the insulating film 114 and the lower electrode 111 are exposed without being covered, oxygen in the oxygen atmosphere can be sufficiently taken in from the exposed portion. Further, after the capacitor insulating film is formed, the exposed portion and the capacitor insulating film 112 are in contact with each other, oxygen can freely pass through the capacitor insulating film 112, and oxygen is contained in the capacitor insulating film 112. As a result, the upper oxygen barrier film 109 in contact with the capacitor insulating film 112 can sufficiently receive oxygen even during heat treatment in a high-temperature oxygen atmosphere for crystallizing the ferroelectric forming the capacitor insulating film 112. Therefore, reduction of the upper oxygen barrier film 109 can be prevented, and the oxygen barrier property of the upper oxygen barrier film 109 with respect to the lower diffusion barrier film 108 and the contact plug 106 can be maintained.

尚、第1〜第3の実施形態(変形例を含む)において、酸素バリア膜(又は上部酸素バリア膜)109として、イリジウム酸化膜を用いた。しかし、これに限られず、イリジウム酸化膜、ルテニウム酸化膜、レニウム酸化膜、オスミウム酸化膜及びロジウム酸化膜からなる導電性酸化膜群のうちのいずれか1つからなる単層膜、又は当該導電性酸化膜群のうちの2つ以上からなる積層膜を用いても、同様の効果が得られる。   In the first to third embodiments (including modifications), an iridium oxide film is used as the oxygen barrier film (or upper oxygen barrier film) 109. However, the present invention is not limited to this, and a single-layer film made of any one of a conductive oxide film group consisting of an iridium oxide film, a ruthenium oxide film, a rhenium oxide film, an osmium oxide film, and a rhodium oxide film, or the conductive film The same effect can be obtained by using a laminated film composed of two or more of the oxide film groups.

本発明は、強誘電体又は高誘電体を容量絶縁膜とする容量素子を有する半導体装置において、高温酸素雰囲気中の熱処理に起因する酸素バリア性の劣化を防止するのに有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for preventing deterioration of oxygen barrier properties due to heat treatment in a high-temperature oxygen atmosphere in a semiconductor device having a capacitive element using a ferroelectric or high dielectric as a capacitive insulating film.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of main parts of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図2(a)〜(c)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の各工程を示す断面図である。2A to 2C are cross-sectional views showing respective steps of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第1の実施形態の変形例に係る半導体装置の要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of main parts of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第1の実施形態の変形例に係る半導体装置によるコンタクトプラグの歩留まり改善効果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a yield improvement effect of contact plugs by the semiconductor device according to the modification of the first embodiment of the present invention. 図5は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 図6(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の各工程を示す断面図である。6A to 6C are cross-sectional views showing respective steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 図7は、本発明の第2の実施形態の変形例に係る半導体装置の要部断面図である。FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor device according to a modification of the second embodiment of the present invention. 図8は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 図9は、従来の半導体装置の要部断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of a conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

100 半導体基板
101 素子分離領域
102A、102B 不純物拡散層
103 ゲート絶縁膜
104 ゲート電極
105 絶縁性サイドウォール
106 コンタクトプラグ
107 第1の層間絶縁膜
108 拡散バリア膜
109 酸素バリア膜(上部酸素バリア膜)
110 下部酸素バリア膜
111 下部電極
112 強誘電体膜(容量絶縁膜)
113 上部電極
114 第2の層間絶縁膜
115 第3の層間絶縁膜
116 ビット線(配線)
117 プラグ(ビット線コンタクト)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor substrate 101 Element isolation region 102A, 102B Impurity diffusion layer 103 Gate insulating film 104 Gate electrode 105 Insulating sidewall 106 Contact plug 107 First interlayer insulating film 108 Diffusion barrier film 109 Oxygen barrier film (upper oxygen barrier film)
110 Lower oxygen barrier film 111 Lower electrode 112 Ferroelectric film (capacitive insulating film)
113 Upper electrode 114 Second interlayer insulating film 115 Third interlayer insulating film 116 Bit line (wiring)
117 Plug (bit line contact)

Claims (11)

半導体基板上に形成された第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜中に形成されたコンタクトプラグと、
前記第1の絶縁膜上に前記コンタクトプラグと電気的に接続するように形成されており且つ導電性酸化物からなる酸素バリア膜と、
前記酸素バリア膜上に形成された容量素子とを備え、
前記容量素子は、下部電極と、前記下部電極上に形成され且つ誘電体膜からなる容量絶縁膜と、前記容量絶縁膜上に形成された上部電極とを有し、
前記容量絶縁膜は前記酸素バリア膜と部分的に接するように形成されていることを特徴とする半導体装置。
A first insulating film formed on the semiconductor substrate;
A contact plug formed in the first insulating film;
An oxygen barrier film formed on the first insulating film so as to be electrically connected to the contact plug and made of a conductive oxide;
A capacitive element formed on the oxygen barrier film,
The capacitive element has a lower electrode, a capacitive insulating film formed on the lower electrode and made of a dielectric film, and an upper electrode formed on the capacitive insulating film,
The semiconductor device, wherein the capacitive insulating film is formed so as to be in partial contact with the oxygen barrier film.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1の絶縁膜上に前記酸素バリア膜の側面を覆うように形成された第2の絶縁膜をさらに備え、
前記容量絶縁膜は前記下部電極の上及び前記第2の絶縁膜の上に形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A second insulating film formed on the first insulating film so as to cover a side surface of the oxygen barrier film;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the capacitor insulating film is formed on the lower electrode and on the second insulating film.
請求項2に記載の半導体装置において、
前記第2の絶縁膜の上面は、前記酸素バリア膜の底面よりも上方で且つ前記酸素バリア膜の上面と同等か又は当該上面よりも下方の位置に存在することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The upper surface of the second insulating film is above the bottom surface of the oxygen barrier film, and is present at a position equal to or below the upper surface of the oxygen barrier film.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記容量絶縁膜は、前記酸素バリア膜の側面又は上面において前記酸素バリア膜と接することを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The capacitance insulating film is in contact with the oxygen barrier film on a side surface or an upper surface of the oxygen barrier film.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1の絶縁膜上に前記酸素バリア膜の側面を覆うように形成された第2の絶縁膜をさらに備え、
前記容量絶縁膜は、前記酸素バリア膜の上、前記下部電極の上及び前記第2の絶縁膜の上に形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A second insulating film formed on the first insulating film so as to cover a side surface of the oxygen barrier film;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the capacitive insulating film is formed on the oxygen barrier film, on the lower electrode, and on the second insulating film.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記酸素バリア膜の平面形状は、前記容量下部電極の平面形状よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a planar shape of the oxygen barrier film is larger than a planar shape of the capacitor lower electrode.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記酸素バリア膜は、イリジウム酸化膜、ルテニウム酸化膜、レニウム酸化膜、オスミウム酸化膜及びロジウム酸化膜からなる導電性酸化膜群のうちのいずれか1つの酸化膜からなる単層膜、又は当該導電性酸化膜群のうちの2つ以上の酸化膜からなる積層膜であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6,
The oxygen barrier film may be a single-layer film made of any one oxide film selected from the group consisting of an iridium oxide film, a ruthenium oxide film, a rhenium oxide film, an osmium oxide film, and a rhodium oxide film, or the conductive film. A semiconductor device comprising a laminated film composed of two or more oxide films in a group of conductive oxide films.
半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜中にコンタクトプラグを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上に、前記コンタクトプラグと電気的に接続する酸素バリア膜を形成する工程と、
前記酸素バリア膜の上に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上に、誘電体膜からなる容量絶縁膜を形成する工程と、
前記容量絶縁膜の上に上部電極を形成する工程とを備え、
前記下部電極を形成する工程と前記容量絶縁膜を形成する工程との間に、前記下部電極及び前記酸素バリア膜を覆うように第2の絶縁膜を形成した後、前記下部電極の上面及び側面並びに前記酸素バリア膜の側面上部が露出するように前記第2の絶縁膜の上面を平坦化する工程をさらに備え、
前記容量絶縁膜を形成する工程は、前記下部電極の上、前記第2の絶縁膜の上及び前記酸素バリア膜の露出した側面上部の上に前記容量絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a contact plug in the first insulating film;
Forming an oxygen barrier film electrically connected to the contact plug on the first insulating film;
Forming a lower electrode on the oxygen barrier film;
Forming a capacitive insulating film made of a dielectric film on the lower electrode;
Forming an upper electrode on the capacitive insulating film,
After forming a second insulating film so as to cover the lower electrode and the oxygen barrier film between the step of forming the lower electrode and the step of forming the capacitive insulating film, the upper surface and side surfaces of the lower electrode And further comprising the step of planarizing the upper surface of the second insulating film so that the upper side surface of the oxygen barrier film is exposed,
The step of forming the capacitive insulating film includes the step of forming the capacitive insulating film on the lower electrode, on the second insulating film, and on the exposed upper side surface of the oxygen barrier film. A method for manufacturing a semiconductor device.
半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜中にコンタクトプラグを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上に、前記コンタクトプラグと電気的に接続する酸素バリア膜を形成する工程と、
前記酸素バリア膜の上に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上に、誘電体膜からなる容量絶縁膜を形成する工程と、
前記容量絶縁膜の上に上部電極を形成する工程とを備え、
前記下部電極を形成する工程は、前記酸素バリア膜の平面形状よりも小さい平面形状を持つ前記下部電極を形成する工程を含み、
前記下部電極を形成する工程と前記容量絶縁膜を形成する工程との間に、前記下部電極及び前記酸素バリア膜を覆うように第2の絶縁膜を形成した後、前記下部電極の上面及び側面並びに前記酸素バリア膜の上面が露出するように前記第2の絶縁膜の上面を平坦化する工程をさらに備え、
前記容量絶縁膜を形成する工程は、前記下部電極の上、前記第2の絶縁膜の上及び前記酸素バリア膜の上に前記容量絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a contact plug in the first insulating film;
Forming an oxygen barrier film electrically connected to the contact plug on the first insulating film;
Forming a lower electrode on the oxygen barrier film;
Forming a capacitive insulating film made of a dielectric film on the lower electrode;
Forming an upper electrode on the capacitive insulating film,
The step of forming the lower electrode includes the step of forming the lower electrode having a planar shape smaller than the planar shape of the oxygen barrier film,
After forming a second insulating film so as to cover the lower electrode and the oxygen barrier film between the step of forming the lower electrode and the step of forming the capacitive insulating film, the upper surface and side surfaces of the lower electrode And further comprising the step of planarizing the upper surface of the second insulating film such that the upper surface of the oxygen barrier film is exposed,
The step of forming the capacitive insulating film includes the step of forming the capacitive insulating film on the lower electrode, on the second insulating film, and on the oxygen barrier film. Production method.
請求項8又は9に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の絶縁膜の上面を平坦化する工程は、前記第2の絶縁膜の上面が前記酸素バリア膜の底面よりも上方で且つ前記酸素バリア膜の上面と同等か又は当該上面よりも下方の位置に存在するように前記第2の絶縁膜の上面を平坦化する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 8 or 9,
The step of planarizing the upper surface of the second insulating film includes the step of the upper surface of the second insulating film being above the bottom surface of the oxygen barrier film and equal to or below the upper surface of the oxygen barrier film. And a step of planarizing the upper surface of the second insulating film so as to exist at the position of the semiconductor device.
請求項8又は9に記載の半導体装置の製造方法において、
前記酸素バリア膜は、イリジウム酸化膜、ルテニウム酸化膜、レニウム酸化膜、オスミウム酸化膜及びロジウム酸化膜からなる導電性酸化膜群のうちのいずれか1つの酸化膜からなる単層膜、又は当該導電性酸化膜群のうちの2つ以上の酸化膜からなる積層膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 8 or 9,
The oxygen barrier film may be a single-layer film made of any one oxide film selected from the group consisting of an iridium oxide film, a ruthenium oxide film, a rhenium oxide film, an osmium oxide film, and a rhodium oxide film, or the conductive film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a laminated film comprising two or more oxide films in a group of conductive oxide films.
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