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KR20070081714A - Ferroelectric memory device and manufacturing method thereof - Google Patents

Ferroelectric memory device and manufacturing method thereof Download PDF

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KR20070081714A
KR20070081714A KR1020060013882A KR20060013882A KR20070081714A KR 20070081714 A KR20070081714 A KR 20070081714A KR 1020060013882 A KR1020060013882 A KR 1020060013882A KR 20060013882 A KR20060013882 A KR 20060013882A KR 20070081714 A KR20070081714 A KR 20070081714A
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KR
South Korea
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diffusion barrier
interlayer insulating
capacitor
layer
barrier layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020060013882A
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Korean (ko)
Inventor
정주영
주흥진
강승국
김기남
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B53/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors
    • H10W20/069

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  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

본 발명은 강유전체 메모리 소자를 제공한다. 이 메모리 소자의 강유전체 물질로 형성된 유전막을 포함하는 커패시터는 하부 및 상부 확산 방지막에 의해 둘러싸인 형태를 가진다. 이에 따라, 커패시터가 열화되는 현상을 방지함으로써, 성능이 향상될 수 있는 강유전체 메모리 소자를 제공할 수 있다.The present invention provides a ferroelectric memory device. The capacitor including the dielectric film formed of the ferroelectric material of the memory element has a form surrounded by the lower and upper diffusion barrier films. Accordingly, it is possible to provide a ferroelectric memory device capable of improving performance by preventing the capacitor from deteriorating.

Description

강유전체 메모리 소자 및 그 제조 방법{Ferroelectric Random Access Memory Device and Method for Fabricating the Same}Ferroelectric random access memory device and method for fabricating the same

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따른 강유전체 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 강유전체 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly, to a ferroelectric memory device and a manufacturing method thereof.

반도체 집적 회로(IC : Integrated Circuit) 장치에서 데이터(data)는 메모리 셀 커패시터(memory cell capacitor)에 전하의 형태로 저장된다. 이 저장된 전하는 시간이 지나면서 여러 경로를 통해 소실된다. 따라서, 주기적으로 정보를 재생시키는 리프레쉬(refresh) 동작이 필요하다. 이러한 리프레쉬 동작 사이의 간격을 리프레쉬 시간이라고 한다. 이러한 리프레쉬 시간은 커패시터의 용량(capacitance)을 증가시켜 메로리 셀 커패시터에 의해 저장되는 전하량을 증가시킴으로써 개선할 수 있다.In an integrated circuit (IC) device, data is stored in the form of a charge in a memory cell capacitor. This stored charge is lost through several paths over time. Therefore, there is a need for a refresh operation to periodically refresh information. The interval between such refresh operations is called refresh time. This refresh time can be improved by increasing the capacitance of the capacitor to increase the amount of charge stored by the memory cell capacitor.

커패시터의 용량을 증가시키기 위한 방법으로 널리 사용되는 방법 중의 하나 가 고유전율을 갖는 강유전체 물질을 커패시터의 유전막으로 사용하는 방법이 있다. 강유전체는 자발 분극(Ps : spontaneous polarization)의 일부인 잔류 분극(Pr : remanant polarization)이 외부에 형성된 전계가 제거된 이후에도 잔존하며, 또한 그 자발 분극의 방향을 외부에 형성되는 전계의 방향을 변화시킴으로써 바꿀 수 있는 재료이다.One of the widely used methods to increase the capacity of the capacitor is to use a ferroelectric material having a high dielectric constant as the dielectric film of the capacitor. The ferroelectric remains after the externally formed electric field has been removed from the external polarization (P r : remanant polarization), which is part of spontaneous polarization (P s ), and the direction of the spontaneous polarization changes the direction of the electric field. It is the material which can be changed by making it.

강유전체의 이와 같은 성질은 현재 널리 사용되는 디지털 메모리 소자의 기본이 되고 있는 바이너리(binary) 메모리의 기본 개념과 합치되는 점이기 때문에, PZT(Pb(Zr,Ti)O3), SBT(SrBi2Ta2O9)와 같은 강유전체를 이용한 메모리 소자의 연구가 진행되고 있다.This property of ferroelectrics coincides with the basic concept of binary memory, which is the basis of widely used digital memory devices. Therefore, PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) and SBT (SrBi 2 Ta Research of memory devices using ferroelectrics, such as 2 O 9 ), is being conducted.

이러한 에프램(FRAM : Ferroelectric Random Access Memory)의 실현에 장애가 되는 가장 큰 요소로는 PZT 커패시터의 강유전 특성이 집적 과정에서 열화된다는 것이다. 즉, 층간 절연막, 금속간 절연막 또는 페시베이션(passivation) 공정에서 자발 분극의 감소가 일어난다. 예를 들면, 강유전체막을 유전막으로 포함하는 커패시터의 모든 표면에는 후속의 공정에서 형성되는 금속 배선 등과의 절연을 목적으로 층간 절연막을 형성하게 된다. 그러나, 이 층간 절연막을 강유전체막과 직접 접촉시키게 되면, 둘 사이의 반응에 의해 커패시터의 특성이 열화된다. 또한, 전극 물질과 접촉하는 절연막 내에 크랙(crack)이 발생한다. 이러한 문제점을 방지하고 후속 공정에서 강유전체막을 이루고 있는 물질들이 휘발하여 확산되거나, 수소(H)가 강유전체막으로 침투하는 것을 방지하기 위하여 강유전체 커패시터와 층간 절연막과의 사이에 금속 산화막인 산화 티타늄막(TiO2) 또는 산화 알루미늄막(Al2O3) 등의 확산 방지막(EBL : Encapsulating barrier layer)이 형성된다.The biggest obstacle to the realization of this FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) is that the ferroelectric properties of the PZT capacitors degrade during the integration process. That is, the spontaneous polarization decreases in the interlayer insulating film, the intermetallic insulating film, or the passivation process. For example, an interlayer insulating film is formed on all surfaces of a capacitor including a ferroelectric film as a dielectric film for the purpose of insulating the metal wiring and the like formed in a subsequent step. However, when this interlayer insulating film is brought into direct contact with the ferroelectric film, the characteristics of the capacitor deteriorate due to the reaction between the two. In addition, cracks occur in the insulating film in contact with the electrode material. In order to prevent this problem and to prevent volatilization and diffusion of materials forming the ferroelectric film in a subsequent process, or hydrogen (H) to penetrate into the ferroelectric film, a titanium oxide film (TiO), which is a metal oxide film, is formed between the ferroelectric capacitor and the interlayer insulating film. 2 ) or an encapsulating barrier layer (EBL) such as an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) is formed.

상기와 같은 강유전체 메모리 소자는 반도체 장치의 성능이 향상되고, 크기가 작아질수록 커패시터에 대한 수소의 영향이 커지게 된다. 이에 따라, 적은 양의 수소에 의해서도 커패시터가 열화되는 현상이 발생하게 된다. 커패시터를 덮는 확산 방지막을 가진 강유전체 메모리 소자의 구조는 상부에서 하부로 내려오는 수소에 대해서는 효과를 발휘할 수 있으나, 어떠한 경로를 통해 하부에서 상부로 올라오는 수소에 대해서는 취약하다는 문제점이 있다.The ferroelectric memory device as described above improves the performance of the semiconductor device, and the smaller the size, the greater the influence of hydrogen on the capacitor. Accordingly, a phenomenon in which the capacitor deteriorates even with a small amount of hydrogen occurs. The structure of the ferroelectric memory device having a diffusion barrier covering the capacitor can exert an effect on the hydrogen coming from the top to the bottom, but has a problem of being vulnerable to the hydrogen rising from the bottom to the top through any path.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 강유전체 물질로 형성된 유전막을 포함하는 커패시터의 열화를 방지할 수 있는 강유전체 메모리 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a ferroelectric memory device capable of preventing deterioration of a capacitor including a dielectric film formed of a ferroelectric material and a method of manufacturing the same.

본 발명은 강유전체 메모리 소자의 제조 방법을 제공한다. 이 방법에 따르면, 먼저 반도체 기판 상에 제 1 층간 절연막 및 하부 확산 방지막을 형성한다. 하부 확산 방지막 및 제 1 층간 절연막을 패터닝하여 반도체 기판의 소정 영역이 노출되는 콘택 홀을 형성한 후, 콘택 홀을 채워 콘택 플러그를 형성한다. 콘택 플러그를 포함하는 하부 확산 방지막의 소정 영역에 커패시터를 형성한다. 커패시터를 포함하는 상기 반도체 기판을 덮는 상부 확산 방지막을 형성한 후, 상부 확산 방지 막 상에 제 2 층간 절연막을 형성함으로써, 강유전체 메모리 소자를 제조할 수 있다. 커패시터는 하부 및 상부 확산 방지막에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a method of manufacturing a ferroelectric memory device. According to this method, first, a first interlayer insulating film and a lower diffusion barrier film are formed on a semiconductor substrate. The lower diffusion barrier layer and the first interlayer dielectric layer are patterned to form contact holes that expose a predetermined region of the semiconductor substrate, and then fill contact holes to form contact plugs. A capacitor is formed in a predetermined region of the lower diffusion barrier layer including the contact plug. After forming the upper diffusion barrier layer covering the semiconductor substrate including the capacitor, a second interlayer insulating layer is formed on the upper diffusion barrier layer, thereby manufacturing a ferroelectric memory device. The capacitor is characterized by being surrounded by the lower and upper diffusion barriers.

제 1 및 제 2 층간 절연막은 실리콘 산화물로 형성될 수 있다.The first and second interlayer insulating films may be formed of silicon oxide.

하부 및 상부 확산 방지막은 알루미늄 산화물, 실리콘 산화 질화물 또는 실리콘 질화물을 포함하는 물질로 형성될 수 있다.The lower and upper diffusion barrier layers may be formed of a material including aluminum oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride.

하부 확산 방지막 상에 추가적인 층간 절연막을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 층간 절연막은 실리콘 산화물로 형성될 수 있다.The method may further include forming an additional interlayer insulating layer on the lower diffusion barrier. The interlayer insulating film may be formed of silicon oxide.

커패시터의 유전막은 강유전체 물질로 형성될 수 있다. 강유전체 물질은 PZT일 수 있다.The dielectric film of the capacitor may be formed of a ferroelectric material. The ferroelectric material may be PZT.

상부 확산 방지막은 커패시터가 형성되지 않은 영역에서 하부 확산 방지막과 서로 겹치게 형성될 수 있다.The upper diffusion barrier layer may be formed to overlap the lower diffusion barrier layer in a region where the capacitor is not formed.

또한, 본 발명은 강유전체 메모리 소자를 제공한다. 이 메모리 소자는 반도체 기판, 반도체 기판 상에 순차적으로 형성된 제 1 층간 절연막 및 하부 확산 방지막, 하부 확산 방지막 및 제 1 층간 절연막을 관통하여 반도체 기판의 소정 영역과 연결된 콘택 플러그, 콘택 플러그를 포함하는 하부 확산 방지막의 소정 영역에 형성된 커패시터, 커패시터를 포함하는 반도체 기판을 덮는 상부 확산 방지막 및 상부 확산 방지막 상에 형성된 제 2 층간 절연막을 포함하되, 커패시터는 하부 및 상부 확산 방지막에 의해 둘러싸인 형태인 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a ferroelectric memory device. The memory device includes a semiconductor substrate, a lower portion including a contact plug and a contact plug connected to a predetermined region of the semiconductor substrate through a first interlayer insulating layer and a lower diffusion barrier, a lower diffusion barrier, and a first interlayer insulation layer formed sequentially on the semiconductor substrate. A capacitor formed in a predetermined region of the diffusion barrier layer, an upper diffusion barrier layer covering the semiconductor substrate including the capacitor, and a second interlayer insulating layer formed on the upper diffusion barrier layer, wherein the capacitor is surrounded by the lower and upper diffusion barrier layers. do.

제 1 및 제 2 층간 절연막은 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다.The first and second interlayer insulating films may be formed of a silicon oxide film.

하부 및 상부 확산 방지막은 알루미늄 산화막, 실리콘 산화 질화막 또는 실 리콘 질화막을 포함하는 단일막 또는 다중막으로 이루어질 수 있다.The lower and upper diffusion barrier layers may be formed of a single layer or multiple layers including an aluminum oxide layer, a silicon oxynitride layer, or a silicon nitride layer.

하부 확산 방지막 상에 형성되는 층간 절연막이 더 포함될 수 있다. 층간 절연막은 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다.The interlayer insulating layer formed on the lower diffusion barrier layer may be further included. The interlayer insulating film may be made of a silicon oxide film.

커패시터의 유전막은 강유전체 물질로 이루어질 수 있다. 강유전체 물질은 PZT일 수 있다.The dielectric film of the capacitor may be made of ferroelectric material. The ferroelectric material may be PZT.

상부 확산 방지막은 커패시터가 형성되지 않은 영역에서 하부 확산 방지막과 서로 접하는 형태를 가질 수 있다.The upper diffusion barrier layer may be in contact with the lower diffusion barrier layer in a region where the capacitor is not formed.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for clarity. Also, if it is mentioned that the film is on another film or substrate, it may be formed directly on the other film or substrate or a third film may be interposed therebetween.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따른 강유전체 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(110) 상에 일반적인 소자분리 공정을 사용하여 소자분리막(112)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a device isolation layer 112 is formed on a semiconductor substrate 110 using a general device isolation process.

일반적인 모스(MOS : Metal-Oxide Semiconductor) 트랜지스터 제조 공정을 수행하여 반도체 기판(110) 상에 게이트 산화막(114), 게이트 전극(116) 및 불순물 영역(소오스/드레인 영역, 118s/118d)을 형성한다. 게이트 산화막(114)은 열 산화막으로 형성될 수 있다. 게이트 전극(116)은 폴리 실리콘(polysilicon)으로 형성될 수 있다. 불순물 영역(118s 및 118d)은 이온 주입 공정으로 형성될 수 있다.A general metal-oxide semiconductor (MOS) transistor manufacturing process is performed to form a gate oxide film 114, a gate electrode 116, and an impurity region (source / drain regions, 118s / 118d) on the semiconductor substrate 110. . The gate oxide film 114 may be formed of a thermal oxide film. The gate electrode 116 may be formed of polysilicon. The impurity regions 118s and 118d may be formed by an ion implantation process.

모스 트랜지스터를 포함하는 반도체 기판(110)의 전면을 덮는 제 1 층간 절연막(120)을 형성한다. 층간 절연막(120)은 화학적 기상 증착(CVD : Chemical Vapor Deposition) 방식을 사용하여 증착된 실리콘 산화막(silicon oxide)으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PE-CVD : Plasma Enhanced CVD) 방식을 사용하여 증착된 테오스(TEOS : TetraEthly OrthoSilicate)막으로 형성될 수 있다. 제 1 층간 절연막(120)은 2,000Å 정도의 두께를 가지게 형성될 수 있다.The first interlayer insulating layer 120 covering the entire surface of the semiconductor substrate 110 including the MOS transistor is formed. The interlayer insulating layer 120 may be formed of a silicon oxide film deposited using a chemical vapor deposition (CVD) method, and preferably, plasma enhanced CVD (PE-CVD). It may be formed of a Teos (TetraEthly OrthoSilicate) film deposited by using a) method. The first interlayer insulating layer 120 may be formed to have a thickness of about 2,000 μs.

도 1b를 참조하면, 제 1 층간 절연막(120)은 상에 하부 확산 방지막(122) 및 제 2 층간 절연막(124)을 형성한다. 하부 확산 방지막(122)은 수소에 대한 배리어 특성뿐만 아니라 PZT 확산에 대한 배리어 역할도 할 수 있는 물질로 알루미늄 산화물, 실리콘 산화 질화물(SiON) 또는 실리콘 질화물(SiN)을 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 하부 확산 방지막(122)은 이들 각 물질의 단일막 또는 다중막으로 형성될 수 있다. 바람직하게는 원자층 증착(ALD : Atomic Layer Deposition) 방식으로 증착된 산화 알루미늄이 사용될 수 있다. 하부 확산 방지막(122)은 50~200Å 정도의 두께를 가지게 형성될 수 있다. 확산 방지막의 두께는 배리어 역할을 할 수 있는 최소 두께에서 후속 공정에 지장을 주지 않는 범위까지 선택 가능하며, 그 범위 안 에서 두께가 두꺼울수록 좋다. 제 2 층간 절연막(124)은 제 1 층간 절연막(120)과 동일한 방법으로 형성된 실리콘 산화막일 수 있다. 제 2 층간 절연막(124)은 1,300Å 정도의 두께를 가지게 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1B, the first interlayer insulating layer 120 forms a lower diffusion barrier layer 122 and a second interlayer insulating layer 124 on the first interlayer insulating layer 120. The lower diffusion barrier layer 122 may be formed of a material including aluminum oxide, silicon oxynitride (SiON), or silicon nitride (SiN) as a material that may serve as a barrier to PZT diffusion as well as a barrier property to hydrogen. . The lower diffusion barrier 122 may be formed of a single layer or multiple layers of each of these materials. Preferably, aluminum oxide deposited by atomic layer deposition (ALD) may be used. The lower diffusion barrier 122 may be formed to have a thickness of about 50 ~ 200Å. The thickness of the diffusion barrier can be selected from a minimum thickness that can serve as a barrier to a range that does not interfere with subsequent processes, and a thicker thickness within this range is better. The second interlayer insulating film 124 may be a silicon oxide film formed by the same method as the first interlayer insulating film 120. The second interlayer insulating layer 124 may be formed to have a thickness of about 1,300 Å.

도 1c를 참조하면, 사진 식각 공정으로 제 2 층간 절연막(124), 하부 확산 방지막(122) 및 제 1 층간 절연막(120)을 식각하여 드레인 영역(118d)의 소정 영역을 노출하는 콘택 홀(contact hole, 125)을 형성한다. 콘택 홀(125)을 채우는 콘택 플러그(contact plug, 126)를 형성한다. 콘택 플러그(126)는 예를 들어, 펄스 결정핵 생성층(PNL : Pulsed Nucleation Layer) 형성 방식을 사용하여 증착된 텅스텐(W)으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1C, a contact hole exposing a predetermined region of the drain region 118d by etching the second interlayer insulating layer 124, the lower diffusion barrier 122, and the first interlayer insulating layer 120 by a photolithography process. hole, 125). A contact plug 126 is formed to fill the contact hole 125. The contact plug 126 may be formed of, for example, tungsten (W) deposited using a pulsed nucleation layer (PNL) formation method.

콘택 플러그(126)를 형성하기 전에 후속의 열처리 공정에서 서로 접촉하는 콘택 플러그(126)와 제 1 및 제 2 층간 절연막(120 및 124) 및 하부 확산 방지막(122) 사이의 계면에서의 확산을 방지하기 위해 배리어(barrier) 금속막(미도시)이 형성될 수 있다. 배리어 금속막은 티타늄(Ti) 및 티타늄 질화물(TiN)이 차례로 적층된 이중막으로 형성될 수 있다.Prevents diffusion at the interface between the contact plug 126 and the first and second interlayer insulating films 120 and 124 and the lower diffusion barrier film 122 in contact with each other in a subsequent heat treatment process before the contact plug 126 is formed. In order to do this, a barrier metal film (not shown) may be formed. The barrier metal film may be formed as a double film in which titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) are sequentially stacked.

도 1d 및 도 1e를 참조하면, 콘택 플러그(126)를 포함하는 제 2 층간 절연막(124)의 소정 영역에 커패시터(130)를 형성한다. 커패시터(130)는 하부 전극, 유전막 및 상부 전극으로 형성될 수 있다. 유전막은 강유전체 물질로 형성될 수 있다. 강유전체 물질은 PZT일 수 있다.1D and 1E, the capacitor 130 is formed in a predetermined region of the second interlayer insulating layer 124 including the contact plug 126. The capacitor 130 may be formed of a lower electrode, a dielectric layer, and an upper electrode. The dielectric film may be formed of a ferroelectric material. The ferroelectric material may be PZT.

커패시터(130)를 형성하기 위한 식각 공정에서 커패시터(130)가 형성되는 부위를 제외한 제 2 층간 절연막(124)은 200~300Å 정도의 리세스(recess, 도 1e의 A)가 발생할 수 있다. 이에 따라, 커패시터(130)를 형성하기 위한 식각 공정 마진(margin)에 따라 하부 확산 방지막(122)의 상부면이 노출되거나, 하부 확산 방지막(122) 상에 제 2 층간 절연막(124)이 일부 잔존할 수 있다.In the etching process for forming the capacitor 130, the second interlayer insulating layer 124 except for the portion where the capacitor 130 is formed may have a recess of about 200˜300 μs (A of FIG. 1E). Accordingly, an upper surface of the lower diffusion barrier 122 is exposed or a portion of the second interlayer insulating layer 124 remains on the lower diffusion barrier 122 according to an etching process margin for forming the capacitor 130. can do.

커패시터(130)를 형성한 후, 커패시터(130)를 포함하는 제 2 층간 절연막(124) 상에 상부 확산 방지막(132)을 형성한다. 상부 확산 방지막(132)은 하부 확산 방지막(122)와 동일하게 알루미늄 산화물, 실리콘 산화 질화물 또는 실리콘 질화물을 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 상부 확산 방지막(132)은 이들 각 물질의 단일막 또는 다중막으로 형성될 수 있다. 바람직하게는 원자층 증착 방식으로 증착된 산화 알루미늄이 사용될 수 있다. 상부 확산 방지막(132)은 50~200Å 정도의 두께를 가지게 형성될 수 있다.After the capacitor 130 is formed, the upper diffusion barrier 132 is formed on the second interlayer insulating layer 124 including the capacitor 130. The upper diffusion barrier 132 may be formed of a material including aluminum oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride in the same manner as the lower diffusion barrier 122. The upper diffusion barrier 132 may be formed of a single layer or multiple layers of each of these materials. Preferably, aluminum oxide deposited by atomic layer deposition may be used. The upper diffusion barrier 132 may be formed to have a thickness of about 50 ~ 200Å.

상부 확산 방지막(132)은 커패시터가 형성되지 않은 부위의 제 2 층간 절연막(124)에 발생할 수 있는 리세스(A)를 덮게 된다. 이에 따라, 상부 확산 방지막(132)은 하부 확산 방지막(122)과 서로 접하게 형성되거나, 둘 사이에 제 2 층간 절연막(124)을 개재할 수도 있다.The upper diffusion barrier layer 132 covers the recess A that may occur in the second interlayer insulating layer 124 in the portion where the capacitor is not formed. Accordingly, the upper diffusion barrier 132 may be formed in contact with the lower diffusion barrier 122, or may be interposed between the second interlayer insulating layer 124.

도 1f를 참조하면, 상부 확산 방지막(132) 상에 제 3 층간 절연막(134)이 형성된다. 제 3 층간 절연막(134)은 화학적 기상 증착 방식을 사용하여 증착된 실리콘 산화막으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 플라즈마 강화 화학적 기상 증착 방식을 사용하여 증착된 테오스막으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1F, a third interlayer insulating layer 134 is formed on the upper diffusion barrier 132. The third interlayer insulating layer 134 may be formed of a silicon oxide film deposited using a chemical vapor deposition method, and preferably, may be formed of a theos film deposited using a plasma enhanced chemical vapor deposition method.

상기한 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 강유전체 메모리 소자의 강유전체 물질로 형성된 유전막을 포함하는 커패시터를 확산 방지막으로 둘러쌀 수 있다. 이 에 따라, 강유전체 물질의 확산 또는 반응에 의해 커패시터가 열화되는 현상을 방지할 수 있는 강유전체 메모리 소자 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.By the method according to the embodiment of the present invention, a capacitor including a dielectric film formed of a ferroelectric material of the ferroelectric memory device may be surrounded by a diffusion barrier. Accordingly, it is possible to provide a ferroelectric memory device capable of preventing the capacitor from deteriorating due to diffusion or reaction of a ferroelectric material and a method of manufacturing the same.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 강유전체 물질로 형성된 유전막을 포함하는 커패시터를 확산 방지막으로 둘러쌈으로써, 커패시터가 열화되는 현상을 방지하여 그 성능을 향상시킬 수 있는 강유전체 메모리 소자 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, by surrounding a capacitor including a dielectric film formed of a ferroelectric material with a diffusion barrier, a ferroelectric memory device capable of preventing a capacitor from deteriorating and improving its performance and a method of manufacturing the same are provided. can do.

Claims (16)

반도체 기판 상에 제 1 층간 절연막 및 하부 확산 방지막을 형성하는 단계;Forming a first interlayer insulating film and a lower diffusion barrier film on the semiconductor substrate; 상기 하부 확산 방지막 및 상기 제 1 층간 절연막을 패터닝하여 상기 반도체 기판의 소정 영역이 노출되는 콘택 홀을 형성하는 단계;Patterning the lower diffusion barrier layer and the first interlayer insulating layer to form a contact hole exposing a predetermined region of the semiconductor substrate; 상기 콘택 홀을 채워 콘택 플러그를 형성하는 단계;Filling the contact hole to form a contact plug; 상기 콘택 플러그를 포함하는 상기 하부 확산 방지막의 소정 영역에 커패시터를 형성하는 단계;Forming a capacitor in a predetermined region of the lower diffusion barrier layer including the contact plug; 상기 커패시터를 포함하는 상기 반도체 기판을 덮는 상부 확산 방지막을 형성하는 단계; 및Forming an upper diffusion barrier layer covering the semiconductor substrate including the capacitor; And 상기 상부 확산 방지막 상에 제 2 층간 절연막을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 커패시터는 상기 하부 및 상부 확산 방지막에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.And forming a second interlayer insulating film on the upper diffusion barrier, wherein the capacitor is surrounded by the lower and upper diffusion barriers. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막은 실리콘 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.And the first and second interlayer insulating films are formed of silicon oxide. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하부 및 상부 확산 방지막은 알루미늄 산화물, 실리콘 산화 질화물 또 는 실리콘 질화물을 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.The lower and upper diffusion barrier layers are formed of a material including aluminum oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하부 확산 방지막 상에 추가적인 층간 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.And forming an additional interlayer insulating film on the lower diffusion barrier layer. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 층간 절연막은 실리콘 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.And said interlayer insulating film is formed of silicon oxide. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 커패시터의 유전막은 강유전체 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.And a dielectric layer of the capacitor is formed of a ferroelectric material. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 강유전체 물질은 PZT인 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.The ferroelectric material is a method of manufacturing a ferroelectric memory device, characterized in that the PZT. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상부 확산 방지막은 상기 커패시터가 형성되지 않은 영역에서 상기 하부 확산 방지막과 서로 접하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.And the upper diffusion barrier layer is formed to be in contact with the lower diffusion barrier layer in a region where the capacitor is not formed. 반도체 기판;Semiconductor substrates; 상기 반도체 기판 상에 순차적으로 형성된 제 1 층간 절연막 및 하부 확산 방지막;A first interlayer insulating film and a lower diffusion barrier film sequentially formed on the semiconductor substrate; 상기 하부 확산 방지막 및 상기 제 1 층간 절연막을 관통하여 상기 반도체 기판의 소정 영역과 연결된 콘택 플러그;A contact plug connected to a predetermined region of the semiconductor substrate through the lower diffusion barrier layer and the first interlayer insulating layer; 상기 콘택 플러그를 포함하는 상기 하부 확산 방지막의 소정 영역에 형성된 커패시터;A capacitor formed in a predetermined region of the lower diffusion barrier layer including the contact plug; 상기 커패시터를 포함하는 상기 반도체 기판을 덮는 상부 확산 방지막; 및An upper diffusion barrier layer covering the semiconductor substrate including the capacitor; And 상기 상부 확산 방지막 상에 형성된 제 2 층간 절연막을 포함하되, 상기 커패시터는 상기 하부 및 상부 확산 방지막에 의해 둘러싸인 형태인 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자.And a second interlayer insulating film formed on the upper diffusion barrier, wherein the capacitor is surrounded by the lower and upper diffusion barriers. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막은 실리콘 산화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자.And the first and second interlayer insulating films are formed of a silicon oxide film. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 하부 및 상부 확산 방지막은 알루미늄 산화막, 실리콘 산화 질화막 또는 실리콘 질화막을 포함하는 단일막 또는 다중막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자.The lower and upper diffusion barrier layers are formed of a single layer or multiple layers including an aluminum oxide layer, a silicon oxynitride layer, or a silicon nitride layer. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 하부 확산 방지막 상에 형성되는 층간 절연막이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자.And an interlayer insulating layer formed on the lower diffusion barrier layer. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 층간 절연막은 실리콘 산화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자.And the interlayer insulating film is formed of a silicon oxide film. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 커패시터의 유전막은 강유전체 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자.A ferroelectric memory device, characterized in that the dielectric film of the capacitor is made of a ferroelectric material. 제 14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 강유전체 물질은 PZT인 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자.And the ferroelectric material is PZT. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 상부 확산 방지막은 상기 커패시터가 형성되지 않은 영역에서 상기 하부 확산 방지막과 서로 접하는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자.And the upper diffusion barrier layer is in contact with the lower diffusion barrier layer in a region where the capacitor is not formed.
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